엔진 제어를 장악할 새로운 밸브 기술
상태바
엔진 제어를 장악할 새로운 밸브 기술
  • 제시 크로스(Jesse Crosse)
  • 승인 2019.09.04 14:11
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

내연기관의 성능, 효율을 높이고 배출가스를 개선하는 방법 중 하나는 엔진의 흡배기를 더 잘 제어하는 방법을 적용하는 것이다. <오토카>는 먼저 영국 회사인 캠콘(Camcon)이 2017년에 선보인 인텔리전트 밸브 테크놀로지(iVT) 시스템에 주목했고, 지금은 단일 실린더 버전으로서 브루넬 유니버시티 런던(Brunel University London)의 첨단 파워트레인 및 연료 센터(CAFP)가 채택한 싱글 실린더 인텔리전트 밸브 테크놀로지(SCI)가 눈길을 끈다. CAFP는 이 기술을 첨단 연소 연구에 활용할 예정이다.

그러면 iVT는 어떤 일을 하는 걸까? 기본적인 밸브계통은 엔진이 작동하고 있을 때에는 가변성이 없다. 밸브는 샤프트에 있는 캠에 의해 열리고 스프링에 의해 닫히는 것이 일반적이다. 낮은 회전수에서 차분하고 유연하게 작동하면서 높은 회전수에서 절대적인 성능을 최대한 이끌어내는 엔진을 만드는 것은 불가능하다. 따라서 두 가지 특성 사이에서 타협해야 한다. 

지금은 캠 타이밍(페이징), 리프트, 그리고 이제는 밸브 개방 시간(현대차의 새로운 CVVD 시스템에서 볼 수 있다)까지 모두 가변 조절이 되고 있지만, 엔진 크랭크샤프트와 별개로 각 밸브를 완전히 독립 제어한다면 가장 이상적일 것이다.

iVT는 ‘하나로 모든 일을 하는’ 캠 샤프트를 밸브마다 별도의 개폐 메커니즘으로 대체하는 것이다. 과거 많은 ‘캠리스’ 기술이 시도되었다. 몇몇 기술은 다른 것들보다 더 엉뚱했고 대부분 캠을 전자석 솔레노이드로 교체했지만, 지금까지 양산에 이른 해법은 없었다. 캠콘의 시스템은 여전히 캠을 쓰지만, 밸브마다 하나씩 엔진 길이 방향이 아닌 실린더 헤드를 가로질러 배치되고 크랭크샤프트와 체인이나 벨트로 연결하는 대신 전기 액추에이터로 구동한다. 이 시스템은 일반적인 엔진의 전통적인 크랭크샤프트를 디지털 방식으로 바꿈으로써 각 밸브에 원하는 데로 움직일 수 있는 자유를 주는 것이다.

밸브의 세 가지 서로 다른 기능, 즉 열리는 시기, 열리는 양, 열려 있는 시간에 관한 것이 하나로 합쳐진 것인데, iVT의 기능은 그 이상이다. 흡기와 배기밸브 모두 4행정이 이루어지는 동안 언제든지 움직일 수 있어, 엔진의 호흡을 아주 섬세하게 조절할 수 있다. 시스템은 작동 중에도 밸브가 열리고 닫히는 방식까지도 조절할 수 있을 만큼 아주 정확하다. 예를 들어, 밸브가 최대한 열리는 시점도 바꿀 수 있다. 실린더 안에 있는 피스톤의 위치에 따라 일찍 또는 늦게 조절할 수 있는 것이다. 밸브는 매우 빠르게 열 수 있기 때문에 원하는 양 만큼 연 상태를 유지(이 역시 조절할 수 있다)한 뒤에 마찬가지로 매우 빠르게 닫을 수 있다. 반대로, 밸브를 천천히 열기 시작해 가장 많이 열릴 때까지 점점 더 빠르게 연 다음 다시 닫을 수도 있다.

이처럼 미세한 가변 제어는 일반적인 밸브 스프링으로는 할 수 없었기 때문에, 캠콘이 만든 시스템은 ‘데스모드로믹’(Desmodromic) 방식을 쓴다. 이는 밸브 개폐가 모두 기계식으로 이루어지는 것으로, 밸브 스프링이 없다. 이 시스템은 진정한 혁신으로, 재규어 XF의 2.0L 인제니엄 가솔린 엔진에서 성공적으로 시험이 진행되었다. 그러나 이 기술은 사용하는 연료와 실린더 수에 관계없이 모든 피스톤 엔진에 적용할 수 있다. 

글·제시 크로스(Jesse Crosse)

 

르노의 초기 iVT

르노는 1999년에 스프링의 도움을 받아 전자식으로 구동하는 캠리스 시스템을 선보였다. 르노는 이 시스템으로 20% 더 높은 토크를 내면서 연료 소비와 배출가스를 15~20% 줄일 수 있다고 주장했다. 이와 같은 수치가 오늘날 다른 방법들에 의해 더 나아진 것이 아마도 이 아이디어가 사장된 이유 중 하나일 것이다. 아울러 실제로는 특히 높은 회전수에서 솔레노이드로 작동하는 밸브가 제 기능을 발휘하기 어렵다는 것이 입증되었다는 사실도 영향을 주었을 것이다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.