[가솔린 엔진 성능] 기아 포르테 엔진에서 밸브오버랩을 두는 이유는 무엇일까?

과연 자동차 가솔린 엔진에서 밸브오버랩을 두는 이유는 무엇일까?... 하고 질문을 하는 경우가 있죠.

쉬운 예로, 지금 방에 에어컨을 틀어놨는데, 어머니가 창문을 여십니다... 그래서 전 말하죠. "어무이, 찬바람 밖으로 다 나가겠어요."... 그럼 어머니는 말씀하십니다. "이렇게 해야 방이 더 빨리 시원해져!!"

그럼 먼저, CVVT 장치와 밸브 오버랩에 대한 중요한 요점을 고려해보겠습니다. ^^

밸브 오버랩(VALVE OVERLAP) CVVT 장치란 연속 가변밸브 장치를 말합니다. 여기서 '밸브 타이밍을 가변한다'는 것은 '밸브 오버랩을 변화시킨다'라고도 표현할 수 있죠. 그러면 밸브 오버랩(VALVE OVERLAP)이란 무엇을 말할까요?

밸브 오버랩이란 자동차 엔진의 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열려 있는 구간을 말합니다. 이러한 밸브 오버랩은 일반적인 엔진 중부하 운전에서는 좋은 장점이 있으나 저속 또는 고속영역에서는 불리합니다. 즉, 시내주행을 하거나, 고속도로 주행을 할 때 마이너스 요인이라는 뜻이죠.

그러므로 '밸브 오버랩을 엔진 부하에 맞게 제어한다'는 것은 곧 엔진 출력의 향상으로 나타나는 것입니다. 여기서 밸브오버랩을 두는 한 가지 힌트를 얻을 수 있는데요. 바로 "엔진 출력의 향상"입니다. 이것은 공기 흐름을 좀 더 자연스럽게... 또는 기계적인 힘이 아니라 "자연의 관성"이라는 힘을 빌리는 것과 관련이 있죠. 어쩌면 가솔린 엔진이나 디젤 엔진이 진화하기 위해서는 혁신적인 기술이 필요한데 이와 같이 "밸브 오버랩을 합리적으로 제어"하는 장치가 발전한다면 더할 나위 없이 좋은 거겠죠. ^^ 

여기에서 우리는 CVVT 장치의 역할을 이해할 수 있는데요. 특히 밸브 오버랩을 엔진 부하에 맞게 제어하는 것이 바로 CVVT 장치로 보시면 됩니다. 이러한 경우 자동차 배출가스의 감소, 엔진출력의 향상, 연료소비율 향상을 얻을 수 있어 매우 좋습니다.

기아 CVVT 엔진

여기서 관건은 "내부 EGR"입니다. 내부 EGR이라...??

그러면 내부 EGR을 살펴볼까요... 일반적으로 배기행정의 상사점 부근에서 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열려 있는 시기가 있고, 부분 부하 시에는 밸브 오버랩에 의해 배기가스가 역류 하는데, 이를 내부 EGR 이라고 합니다.

그러면 여기서 한가지 질문이 생기죠. 바로 "배기가스는 왜 역류하는가?" 입니다. 그 이유는 밸브 오버랩시, 대기압보다 낮은 흡기압(부압)에 의해 배기가스의 흐름이 보다 낮은 압력을 가진 흡기구 쪽으로 역류가 발생하는 것이죠. 특히 배기 행정 말기에는 배기가스의 미연소 가스가 배출될 때, 탄화수소를 많이 포함하고 있는 특징이 있습니다. 그래서 엔진의 실린더 헤드를 분해하여 보면 흡기 쪽이 검게 되어 있죠. 이 부분은 여러가지 요인이 있겠지만, 보통 배기 가스의 역류에 의해 발생된 것이라고 볼 수 있습다.

이처럼 내부 EGR은 엔진 성능 전체에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 특히 내부 EGR량은 흡기관 부압의 크기와 밸브 오버랩에서 크게 변화하는데 연속 가변 밸브 타이밍 기구(CVVT 장치)를 이용해서 엔진 조건에 따라 최적의 오버랩을 설정할 수 있습니다. 

이로 인해 3가지 장점을 얻을 수 있는데요. 이 부분은 다음 포스팅에서 다루도록 하겠습니다.

 

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