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XE 레이아웃 카메론 XE LAYOUT CAMERON XE1.8.3

엔진 및 자동차 장치 관련 정보를 알 수 있습니다.


2010-12-20 01:28 조회 수 26547 댓글 수 0

@@ CVVT 엔진. @@

1. CVVT 작동원리

현대 Beta 2.0 CVVT(Continuous Variable Valve Timing) 엔진에 장착된 CVVT 장치는 일본 Denso 社에서 개발되어 도요타 엔진등에 널리 상용되는 시스템으로 흡기 CAM의 위상을 변위 시켜 Valve Overlap을 조정하는 구조로 되어 있다.

널리 알려진 데로 VVT 엔진의 목적은 첫째, DOHC 엔진의 단점인 저,중속 토크저하를 개선하는 것이며, 둘째, 실용구간(저/중속 RPM 구간)에서의 연비 및 유해 배출가스를 저감 하는데 있다.

베타 CVVT System 의 구조는 아래 그림과 같이 VVT Control Unit이 배기 Cam-Shaft 끝 단에 장착되어, 유압에 의해 흡기캠의 위상이 변위되는 구조로 되어있다.

CVVT Control Unit은  Rotor 와 Vane의 구조로 되어있으며, 진각 쳄버에 유압이 형성되면 Valve Overlap은 커지는 쪽으로, 지각 쳄버에 유압이 형성되면 Overlap이 작아지는 구조로 되어있다.
진각 또는 지각 쳄버의 유압을 적절히 조정함으로 원하는 Valve Overlap 양이 ECU에 의해 컨트롤 된다.

밸브 오버랩이 조정되는 과장은  진각 챔버에 오일 압력이 걸리면 흡기밸브 위상이 전진하여 오버랩이 증대되며, 반대로 지각 챔버에 오일 압력이 걸리면 오버랩이 감소되는 방향으로 흡기밸브 위상이 후퇴한다.

2. VVT 효과

1) 성능개선

위에서 언급된 바와 같이 VVT 엔진의 이점중의 하나는 출력의 증대이다.
기존의 DOHC 엔진은 최대출력을 높이는 방향으로 밸브타이밍을 설정하는데, 이때 중/저속 영역에서 출력 손해를 보게 된다.  
기존 DOHC 베타 엔진과 CVVT 엔진의 출력 특성을 보여 주는데, 저/중속 영역에서 CVVT 엔진이 상당한 개선된 출력특성을 보인다는 것을 알수 있다.

저/중속의 최대출력을 위한 밸브 오버랩은 약 30도 부근이며, 반면 고 RPM에서는 밸브 오버랩을 작게 설정하여야 최대 출력을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

저/중속에서는 밸브오버랩을 증대하여 배기가스 관성을 이용해야 하며, 고속에서는 흡기밸브를 늦게 닫아 흡입관성을 이용해야 출력측면 유리해 진다는 교과서적인 이론에 비추어봐도 이러한 설정은 타당하다 할 수 있다.

위 결과를 볼 때, 베타 CVVT 엔진의 경우 성능을 높이기 위해서는 저/중속 RPM 영역에서 반드시 밸브오버랩을 주어야 한다는 것을 알 수 있다.

그러나 현재 시중에서 베타 CVVT 엔진에 터보를 장착하는 실태를 보면 이런 원리를 완전히 무시한 셋팅이라 하지 않을 수 없다.

현재 튜닝샵에서 CVVT 엔진에 터보를 셋팅하는 내용을 보면 먼저 ECU를 옛 시절의 MAP 타입으로 교체하고, Hot-Film 대신 MAP 센서를 사용하며, CVVT Control Wire는 절단하여버린다. 고가의 CVVT 모듈 그리고 컨트롤러는 그야말로 무용지물이 되고, CVVT의 기능은 완전히 사라져버려 항상 밸브오버랩 제로(0)인 상태로 운전되게 되는 것이다.

이렇게 되면 RPM 5500 이상에서는 엔진이 가지고 있는 본래의 출력은 얻을 수 있을지 모르지만 그 이하 영역에서는 말 몇 마리는 다리에 족쇄를 채우고 달리게 하는 것이나 마찬가지 일 것이다.

실제로 터보 차를 운전할 때 5500RPM 이상으로 달리는 순간이 얼마나 많은지 생각해 볼 일이다.
그리고 실질적인 운전영역에서 얼마나 많은 손실이 발생하는지 알면 정말 가슴아픈 일이지 않겠는가?

그렇게 작업하는 튜닝샵에서 하는 주장은 인테이크(Intake) 호스에 장착된 Hot-Film이 저항으로 작용해 출력을 저하 시킨다는 내용이다.
그러나 자연흡입시스템(Natural Intake System)에서는 어느 정도 인정할 수 있는 예기지만 과급(Turbo) 차량에서는 그 차이를 오너가 느낄 수 없을 정도로 미비하다.

여기에 CVVT를 작동시켜야 하는 또 한가지 더 중요한 이유가 있다.

2) 연비개선

두번째 CVVT 엔진의 커다란 장점은 기존 DOHC 엔진에 비해 연비가 크게 개선됐다는 것이다.

가장 많이 운전되는 영역인 저/중속에서 연비가 좋아지는 주요 메커니즘은 밸브 오버랩을 증대시키면 내부 EGR (Exhaust Gas Recirculation)이 커지게 되는데 이 현상은 결론적으로 엔진의 펌핑로스 (Pumping Loss)를 감소시켜 엔진 효율이 증대되고 이에 따라 연비가 개선되는 결과를 가져온다.

다소 어려운 예기지만 결론적으로 파트로드(엑셀페달을 부분적으로 밟은 경우) 조건에서 적당양의 밸브오버랩을 반드시 주어야 연비측면 개선효과가 나타난다는 것이다.

실제 베타 CVVT 엔진의 엔진 부하 및 RPM에 따른 밸브 오버랩 맵핑 값을 보여준다.  
부분부하 조건에서 밸브 오버랩이 거의 최대값으로 맵핑되어 있는 것을 확인할 수 있다.


{ 원문 : http://www.roadnspeed.com/webpm/notice/col.php?pagemode=view&idno=col&seqno=11&page=0 }

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@ 연속 가변 밸브 타이밍 장치 @

CVVT (Continuously Variable Valve Timing)-①

현대·기아 자동차에 얹혀진 엔진은 CVVT 시스템이 적용된 엔진으로, 엔진의 출력 및 연비 향상을 비롯해 배출가스 부분에서도 많은 효과를 얻게 된다.

이번 호에는 CVVT 장치의 종류와 이 장치의 필요성에 대해 살펴보고, 다음 호에는 CVVT의 구조 및 작동원리에 대해 알아본다

** CVVT 개요 **

최근 각 메이커들은 최고 수준의 저 연비와 저 배출가스를 실현시키는 정화기술과 고출력 및 전 영역에 걸친 풍부한 토크 특성을 갖춘 고성능/경량화 엔진을 적용하고자 많은 노력을 기울이고 있다.

특히 21세기 아니 19세기 말부터 지구의 환경에 대해 많은 관심을 가지고 여러 나라들이 배출가스의 규제를 강화하고 있다.
그러다 보니 자동차의 기술은 날로 발전에 발전을 거듭, 새로운 시스템들이 솟아져 나오는 상황이다.

흡기 장치와 배기 장치는 동적 효과에 따른 체적효율의 향상, 말하자면 토크 향상에 알맞은 회전수와 그렇지 않은 회전수가 존재한다.

즉, 하나의 흡기관과 배기관으로 고속회전과 저속회전을 동시에 만족키는 것이 불가능하다는 말이다.
그렇기 때문에 가변 흡기 시스템이 고안된 것이다.

똑같은 현상이 밸브 타이밍에도 존재하는데, 하나의 밸브 타이밍으로 고속 회전과 저속 회전을 동시에 만족시키는 것은 불가능하다.

결국, 고속 회전에 맞춘 밸브 타이밍은 저속 회전 때 바람직하지 않은 현상이 일어나고, 반대로 저속 회전에 맞춘 밸브 타이밍은 고속 회전 때 성능 면에서 매우 부족하게 된다.
그런 과정에서 본다면 CVVT 시스템 전 영역에서 만족시키기 위한 장치가 CVVT 시스템이다.

● CVVT 란

밸브 타이밍을 엔진의 회전수와 엔진 부하에 따라 연속적으로 개폐시기를 변경할 수 있는 장치를 말하며, ‘Continuously Variable Valve Timing(연속 가변 밸브 타이밍)’의 약자로 CVVT라고 부른다.


● CVVT 적용 목적

2003년부터는 SULEV(Super Ultra Low Emission Vehicle) 대응 자동차 개발이 요구되며 SULEV 자동차용 엔진은 촉매를 거치기 전 배출가스의 저감이 요구되며 이를 위해서는 CVVT 장치의 적용은 필연적인 부분이다.

① 배기가스 저감

중부하 영역에서는 밸브 오버랩을 크게 해 내부 EGR을 높인다.
이에 따라 질소산화물(NOx) 발생을 제어하고 탄화수소(HC)도 저감할 수 있다.

② 연비 저감

중부하 영역에서는 밸브 오버랩을 크게 해 흡기관 부압을 저하시켜 펌핑 로스를 적게 할 수 있어 연비 저감이 된다.

③ 성능 향상

고부하 중·저속회전 영역에서는 흡기밸브를 빨리 닫고(진각) 체적효율을 향상시키는데, 결과적으로는 오버랩(Overlap)을 최대로 하는 것이다.(최대 진각)

④ 아이들 안정화

아이들 회전 영역 및 시동 때 등에서는 밸브 오버랩을 최소로 해(흡기 최지각), 역류를 막아 연소 상태의 안정화를 도모한다. 흡입공기량 감소로 연비와 시동성을 향상시킨다.

* 엔진에서의 개선 효과 *

● 엔진의 효율

가솔린의 연료를 태워 실제로 엔진 출력이 나오는 것은 얼마되지 않는다.

실제로 엔진에서 연료를 태워 배기 매니폴드와 냉각수로 빼앗기는 열은 약 60% 이상으로 보인다.

그리고 엔진의 피스톤 링, 각종 베어링 등 각부의 마찰 손실과 발전기, 워터 펌프, 파워 스티어링 펌프 등을 구동하기 위한 손실이 발생한다.

또한 엔진에서 혼합기를 연소실로 흡입하는 과정과 연소가스를 배출하기 위해 들어가는 일에 대한 손실인 펌핑 손실이 있다.
그러고 나면 나머지로 엔진의 출력을 내게 되는 것이다.

● 펌핑 손실(Pumping loss)이란

피스톤이 하강하면서 혼합기를 끌어당기는 일, 피스톤이 상승하면서 배기가스를 배출하는 힘이 모두 펌핑 손실이 된다.

밸브 오버랩을 키우면 흡기와 배기를 모두 원활히 할 수 있으므로 펌핑 손실을 줄일 수 있다.
따라서 단위 시간/단위 마력당(g/kW·h)의 연료 소비율이 저감된다.

* 밸브 타이밍이란? *

‘흡기 밸브와 배기 밸브가 열림 또는 닫힘 시기를 일반적으로 밸브 타이밍이라고 한다’라는 사실을 모르는 정비인은 없을 것이라 생각한다.

다시 말해, 흡기 과정은 흡기 밸브가 열려 닫히기까지의 신기가 들어오는 과정을 칭하며, 배기 과정은 배기 밸브가 열려 닫히기까지의 연소가스가 배출되는 과정을 칭한다.

●  내부 EGR의 원리와 효과

일반적으로 배기 상사점 부근에서 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열려있는 밸브 오버랩(valve overlap) 시기가 있고,이러한 밸브 오버랩에 의해 부분부하 운전 때 배기가스가 역류하는 내부 EGR(Exhaust Gas Recirculation)이 있다.

이 내부 EGR의 양은 흡기관 부압의 크기와 오버랩 양에 따라 크게 변화한다.
따라서 엔진의 운전조건에 따라 밸브 오버랩 양을 변화시켜 변화하는 내부 EGR의 효과를 최대로 이용하는 것이 VVT 시스템이다.

* CVVT의 종류 *

가변 밸브 타이밍 장치는 90년대 초 도요타 자동차가 최초로 코롤라에 적용하면서 사용되기 시작, 현재는 많은 메이커들이 채용하고 있다.

CVVT 시스템은 ① 가변 Valve Timing 시스템, ② 가변 Valve Timing. Lift 시스템, ③ 가변 Valve 작동각 시스템 등 3가지 방식으로 구분한다.

● 가변 밸브 타이밍 시스템

캠축의 중심각을 가변하는 시스템으로, 밸브를 여는 각도와 밸브 리프트 양은 변하지 않고 개폐 시기만을 변화시키는 장치이다.
크랭축과 캠축의 위상을 어긋나게 하는 비교적 간단한 구조이기 때문에 엔진에 적용하는 것은 크게 어렵지 않다.
또 신뢰성이 높은 장점도 지니고 있다.

● 가변 밸브 타이밍/리프트 시스템

작동각, 리프트, 중심각의 모든 것을 가변하는 시스템으로 밸브 타이밍과 밸브 리프트량 양쪽이 다 변화하는 시스템이다.

저회전 영역에서는 밸브 개도를 좁게 밸브 리프트량을 낮게하고, 고회전 영역에서는 밸브를 여는 각도를 넓혀 밸브 리프트량을 높게 하는 것으로 구체적으로 캠 프로파일(CAM PROFILE)을 저속용과 고속용 2종류로 설정하고 저속과 고속에서 전환해 사용하는 것이다.

즉, 저속 토크와 고속 토크의 출력을 높은 차원에서 양립시키는 장치이다.

● 가변 밸브 작동각 시스템

밸브의 전체적인 작동각 만을 변화시키는 장치로, 이를 채용하는 차는 아직 없다.


{ blog.naver.com/leeh2130 }
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* CVT 가변밸브 타이밍 장치 *

가변 밸브 타이밍 장치는 Continuously Variable Valve Timing의 약자로 CVVT 라
고 부릅니다.

배기 캠 샤프트에 CVVT장치가 추가 적용됐습니다. 그 다음 CVVT 장치를 제어하기
위한 CVVT용 오일 플로우 컨트롤 밸브와 오일 필터 역시 추가 적용되어 있습니
다.

타이밍 체인의 유격을 자동으로 조정하기 위한 타이밍 체인 오토 텐셔너도 추
가 장착됐습니다. 센서 부분을 살펴보면, 엔진의 오일 온도를 측정하여 오일 점도
에 따른 CVVT 장치 작동을 정확하게 제어하기 위해 오일 온도 센서가 추가되었습
니다.

변경된 항목으로는 MAP SENSOR에서 MAF SENSOR 즉 에어 플로우 센서로 변경
됐습니다. 또, CMP SENSOR TYPE이 변경됐는데요. 외관상은 기존과 동일하지만 센
싱하는 방식에서 엔진이 회전하지 않는 상태에서도 캠축의 위치를 확인할 수 있
는 ZERO DITECTION 방식으로 변경되었고, 동시에 캠축도 함께 변경됐습니다.
또 배출가스 부분에서 많은 효과를 보기 때문에 촉매가 기존의 촉매의 보다 적은 용량의 촉매로 변경됐습니다.

1.CVVT의 종류

가변 밸브 타이밍 장치는 90년대 초, 도요타 자동차가 최초로 코롤라에 탑재하면서 사용되기 시작, 현재는 많은 메이커들이 채용하고 있습니다.

우선 CVVT 종류에는 3가지방식의 아래와 같습니다.
1) 가변 Valve Timing 시스템
2) 가변 Valve Timing . Lift 시스템
3) 가변 Valve 작동각 시스템

그리고 작동 범위에 대해서는 현대2.0 베타 CVVT 엔진은 기존 베타엔진 대비 최대토크 2.2%,
최대출력은 3.6% 향상되었고, 연비는 약 2% 정도 개선되었습니다..

또한 질소 산화물 배출량은 40~50%, 탄화수소 배출량은 10%가량 감소한 환경친화적 엔진이라고 현대측에서는 밝히고 있습니다..

CVVT 작동 응답속도도 기존제품보다 30~40%가량 빠르며 그 작동영역을 확대해 보다 넓은 운전조건에서 CVVT 의 장점을 살릴 수 있도록 설계되었다고 합니다.


{ 네이버 아이디 : coolguy077 }

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