가변 밸브 타이밍(VVT)은 엔진 작동 중 흡기 및/또는 배기 밸브의 개폐 타이밍을 조정할 수 있는 자동차 엔진 기술입니다.
이 기술을 통해 엔진은 광범위한 작동 조건에서 성능, 연료 효율성 및 배기가스 배출을 최적화할 수 있습니다.
기존의 고정 밸브 타이밍 시스템은 사전 결정된 일정에 따라 작동하며, 여기서 밸브 이벤트(열림 및 닫힘)의 타이밍은 엔진의 크랭크축 회전을 기준으로 고정됩니다.
이 고정 타이밍 설정은 엔진 속도, 부하, 온도와 같은 특정 작동 조건에 최적화되어 있지만 모든 주행 시나리오에 이상적이지는 않을 수 있습니다.
반면 가변 밸브 타이밍 시스템은 엔진 작동 매개변수에 따라 밸브 타이밍을 실시간으로 조정할 수 있습니다.
이는 일반적으로 크랭크샤프트에 대한 캠샤프트의 위치를 제어하는 유압식 또는 전자식 액추에이터를 사용하여 달성됩니다.
밸브 이벤트의 타이밍을 변경함으로써 VVT 시스템은 다음과 같은 방법으로 엔진 성능을 최적화할 수 있습니다.
향상된 출력 및 토크
VVT 시스템은 흡기 및/또는 배기 밸브의 타이밍을 조정하여 엔진의 체적 효율을 최적화하고 연소실로 들어가는 공기-연료 혼합물의 양을 최대화할 수 있습니다.
그 결과 실린더 충전이 개선되어 특히 높은 엔진 속도에서 출력과 토크 출력이 증가합니다.
향상된 연료 효율성
다양한 엔진 부하 및 작동 조건에 맞게 밸브 타이밍을 최적화함으로써 VVT 시스템은 연소 효율을 향상시키고 펌핑 손실을 줄일 수 있습니다.
이를 통해 엔진은 더 넓은 범위의 속도와 부하에서 보다 효율적으로 작동할 수 있어 연비가 향상되고 배기가스 배출이 줄어듭니다.
배출 감소
밸브 타이밍을 최적화하면 연소 효율을 개선하고 보다 완전한 연료 연소를 촉진하여 배기가스 배출을 줄이는 데도 도움이 됩니다.
VVT 시스템은 배기 밸브 개폐 타이밍을 조정함으로써 배기가스 재순환(EGR)을 최적화하고 질소산화물(NOx) 및 탄화수소(HC)와 같은 유해 오염물질의 형성을 줄일 수 있습니다.
질소산화물(NOx)과 탄화수소(HC)는 환경과 인간의 건강에 해로운 영향을 미치는 중요한 오염물질입니다
이러한 오염물질은 주로 연소 과정, 특히 차량 및 산업 활동에서 배출됩니다.
질소산화물(NOx)
NOx는 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 총칭입니다.
이러한 가스는 자동차 엔진이나 발전소 등 고온 연소 시 질소와 산소의 반응으로 생성됩니다.
NOx는 유해한 오염물질인 지상 오존과 미세먼지 형성에 중요한 역할을 합니다.
환경 적 영향:
오존 형성: NOx는 햇빛이 있을 때 휘발성 유기 화합물(VOC)과 반응하여 스모그의 주요 구성 요소인 지상 오존을 형성합니다.
지상의 오존은 식생에 해를 끼치고 광합성을 방해하며 작물 수확량을 감소시킬 수 있습니다.
산성비: NOx는 수역을 산성화하여 수생 생물에 해를 끼치고 토양의 질을 저하시켜 식물 성장에 영향을 줄 수 있는 산성비 형성에 기여합니다.
미세먼지: NOx는 환경과 건강에 심각한 영향을 미치는 2차 미세먼지(PM2.5)를 형성할 수 있습니다.
건강에 미치는 영향:
호흡기 문제: NOx는 기도를 자극하여 천식, 기관지염 및 폐 기능 저하와 같은 호흡기 질환을 유발할 수 있습니다.
심혈관 문제: NOx에 장기간 노출되면 심장 질환이 악화되고 심장마비 위험이 높아질 수 있습니다.
조기 사망: 높은 NOx 수치에 만성적으로 노출되면 호흡기 및 심혈관 질환으로 인한 조기 사망과 관련이 있습니다.
탄화수소(HC)
탄화수소는 전적으로 수소와 탄소로 구성된 광범위한 종류의 유기 화합물입니다.
이는 화석 연료의 불완전 연소와 연료 시스템의 증발 배출을 통해 대기로 방출됩니다.
환경 적 영향:
오존 형성: NOx와 유사하게 탄화수소는 햇빛 아래에서 NOx와 반응할 때 지표 오존 형성에 기여합니다.
지구 온난화: 일부 탄화수소는 강력한 온실가스로 지구 온난화와 기후 변화에 기여합니다.
건강에 미치는 영향:
발암 효과: 벤젠과 같은 특정 탄화수소는 발암 물질로 알려져 있어 장기간 노출 시 암 위험이 증가합니다.
호흡기 및 신경계에 미치는 영향: 탄화수소는 두통, 현기증, 호흡기 자극, 중추신경계 손상 등 다양한 건강 문제를 일으킬 수 있습니다.
완화 전략
NOx와 HC의 유해한 영향을 해결하기 위해 다양한 전략이 구현되었습니다.
배출 제어: 차량에 촉매 변환기를 채택하면 NOx 및 HC를 덜 유해한 물질로 변환하여 배출을 크게 줄입니다.
규정: 정부는 다양한 배출원에서 배출될 수 있는 NOx 및 HC의 양을 제한하기 위해 엄격한 배출 표준 및 규정을 설정했습니다.
전반적으로 NOx와 HC의 배출을 줄이는 것은 환경과 공중 보건을 모두 보호하는 데 중요하며 규제, 기술 및 대중 인식에 대한 지속적인 노력이 필요합니다.
향상된 주행성
VVT 시스템은 전체 작동 범위에 걸쳐 부드럽고 선형적인 동력 전달을 위해 밸브 타이밍을 최적화하여 엔진 응답과 주행성을 향상시킬 수 있습니다.
흡기 밸브 이벤트의 타이밍을 조정함으로써 VVT 시스템은 공기 흐름 역학을 최적화하고 터보차저 엔진의 터보 지연을 줄여 스로틀 응답 가속을 향상시킬 수 있습니다.
자동차 엔진에 일반적으로 사용되는 VVT 시스템에는 두 가지 주요 유형이 있습니다
캠축 기반 VVT
캠축 기반 VVT 시스템에서 크랭크축에 대한 캠축의 위치는 유압식 또는 기계식 액추에이터를 사용하여 조정됩니다.
이를 통해 엔진 속도, 부하 및 온도와 같은 엔진 작동 매개변수를 기반으로 밸브 타이밍을 지속적으로 또는 개별적으로 조정할 수 있습니다.
캠축 기반 VVT 시스템은 오버헤드 캠샤프트(OHC) 및 듀얼 오버헤드 캠샤프트(DOHC) 엔진에서 흔히 볼 수 있습니다.
밸브 기반 VVT
가변 밸브 리프트(VVL) 시스템으로도 알려진 밸브 기반 VVT 시스템은 흡기 및/또는 배기 밸브의 리프트와 지속 시간을 직접 조정합니다.
이는 일반적으로 밸브 리프트와 기간을 제어하는 특수 캠축 프로파일, 유압 리프터 또는 전자기 액추에이터를 사용하여 달성됩니다.
밸브 기반 VVT 시스템은 밸브 이벤트 최적화에 더 큰 유연성을 제공하지만 구현이 더 복잡하고 비용이 많이 들 수 있습니다.
전반적으로 가변 밸브 타이밍은 최신 엔진이 다양한 작동 조건에서 성능, 연료 효율성 및 배기가스 배출 규정 준수의 균형을 달성할 수 있도록 하는 핵심 기술입니다.
VVT 시스템은 실시간으로 밸브 타이밍을 최적화함으로써 엔진 효율성, 주행성 및 전반적인 차량 성능을 향상시키는 동시에 환경에 미치는 영향을 줄입니다.
