[가솔린 엔진 궁금해요] 흡기밸브의 개폐시기가 세 마리 토끼를 잡는다?

오늘의 주제 :: 흡기밸브 개폐시기와 엔진 성능, 연비, 배기가스 배기가스와의 상관관계

흡기 밸브 개폐시기와 엔진 성능과의 관계

일반적으로 엔진성능의 향상은 가능한 많은 공기를 연소실로 흡입하는데 달려 있고, 그 중 흡기밸브의 개폐시기는 흡입효율과 밀접한 관계를 갖고 있죠. 따라서 최적의 흡입효율을 갖기 위한 다양한 노력을 기울이게 됩니다.

그러면 흡입밸브의 닫힘 시기와 엔진 성능과는 어떤 관련이 있을까요?

피스톤이 하사점을 지나 상승을 시작하여도 흡입공기는 관성이 있어 계속 밀려 들어 오게 됩니다. 피스톤이 상승하면서 점점 밀어 내는 힘이 증가하므로 두 힘이 상쇄되는 순간 흡입밸브를 닫는 것이 가장 이상적이라고 할 수 있죠. 고회전일수록 흡입공기의 관성은 크므로 흡입밸브를 늦게 닫는 것이 유리합니다.

반대로 흡입밸브의 열림 시기와 엔진 성능은 어떤 관련이 있는지 알아볼까요?

엔진 작동 사이클 과정에서 상사점 이전(피스톤이 제일 위로 올라가 있는 상태 바로 전)에 배기밸브가 열려 있는 동안 흡기밸브를 열면 배기가스가 배기밸브로 배출되는 힘을 이용하여 혼합기를 흡입할 수 있으므로 대부분 엔진은 상사점 이전에 흡입밸브를 열게 됩니다. 

그렇지만 너무 빨리 흡기밸브를 열 경우 흡입공기가 배기밸브로 배출될 수 있으므로 최적의 오버랩 값을 찾아야 하죠. 또한 저회전에서는 흡입공기와 배기가스가 충돌하여 흡입이 방해를 받게 되는데, 따라서 저속에서는 밸브 오버랩을 증가시키는 것은 제한을 받을 수밖에 없습니다. 한 가지 덧붙이자면, 고회전에서는 흡입공기의 유속이 충분히 빨라서 배기가스와 충돌을 일으키지 않고 흡입될 수 있기 때문에 그 "관성"을 최대한 이용하는 것도 중요합니다.

자동차의 엔진 성능

연비와의 뗄레야 뗄 수 없는 관계?

피스톤이 하강하면서 혼합기를 끌어 당기는 일, 피스톤이 상승 하면서 배기가스를 배출하는 힘이 모두 펌핑손실이 되는데요.

만약 밸브오버랩을 키우게 되면, 흡기와 배기를 모두 원활히 할 수 있으므로 펌핑손실을 상당부분 줄일 수 있게 됩니다.

따라서 자연스럽게 연료소비율은 떨어지게 되죠.

흡기밸브와 배기가스와의 관계

NOx : 밸브 오버랩 증가에 따른 내부 EGR에 의해 연소온도를 저하시켜 NOx를 저감하는 효과가 있습니다.

HC : 내부 EGR에 의해 미연소가스를 재연소시켜 HC를 저감할 수 있어 소모되는 연료를 적게나마 줄일 수 있죠.

그러나 밸브오버랩이 너무 증가하면 연소가 불안정해지는 경우가 있으므로 거꾸로 HC가 증가하기도 합니다. 따라서 앞서 강조했듯이 최적의 오버랩 값을 찾고 그 데이터를 지속적으로 유지하는 것이 관건입니다. 또한 각 운전 조건에서 최적의 밸브오버랩 값이 다를 수 있으므로 그 값을 찾으면 HC를 저감시킬 수 있습니다.

CVVT 작동효과 정리

그러면 최적의 밸브오버랩 장치라 불리는 CVVT 작동 효과에 대해 지금까지 살펴본 내용을 토대로 정리를 해볼까요?

1.  배기가스 저감

지각(오버랩 감소): 연소개선/HC감소

진각(오버랩증가): 연소온도 저하/NOX 저감

2.  연비향상

진각방향(내부 EGR 조절): 펌핑손실 저감

3.  저속토크 및 출력 향상

진각: 저,중속 체적효율 향상

지각: 고속, 흡기관성 향상

 

<포스팅에 사용된 방송 사진은 인용의 목적으로 사용되었으며, 저작권은 해당 방송사에 있습니다.>

<사진에 첨부된 서명은 저작자이며, 저작권은 해당 저작자에게 있습니다.>

구독과 추천을 눌러주시는 센스!! 추천은 로그인 없이도 아래 손가락 버튼을 클릭하시면 된답니다. ^^ 만약 제 글을 구독하기길 원하시면 새 글을 편안하게 받아 보실 수도 있죠. 읽어주셔서 감사해요. 오늘도 행복한 하루 보내세요..^^