자동차 신기술 #2 - Camless Engine (Electro-Hydraulic Valve control)

 

 

  이번 포스팅에서 살펴볼 자동차 신기술은 Camless engine, 즉 캠이 없는 엔진에 관련된 내용으로써, FIAT에서 Multi-air technology로 지칭된 Electro-Hydraulic Valve control에 대해서 정리를 해볼까 한다.

 

 

 

 

 

 

2012/12/06 - [띠띠빵빵/자동차 신기술] - 자동차 신기술 #1 - Dual Injection

 

 

 

  일반적인 엔진에서는 기계적으로 크랭크 샤프트에 연결되어 있는 벨트나 체인에 의해 캠샤프트가 구동이 되고, 그 캠샤프트와 함께 회전운동을 하는 캠의 프로파일(단면 형상)에 의해서 밸브가 상하 직선운동을 하게 된다. 따라서 물리적인 체결에 의하여 캠 프로파일에 따라 밸브의 타이밍(Liming)과 리프트(Lift)는 정해져 있다.

  여기서 한 단계 발전한 것이 VVL(Variable Valve Timing)로써 가변 밸브 타이밍 기술이며, 더 한 단계 진보한 것이 VVL (Variable Valve Lift) 등이 있다. 하지만 위의 VVT, VVL 또한 변칙적으로 프로파일이 다른 캠을 2개로 사용한다던가, 유압식으로 캠의 회전을 일시 제어하는 등의 기술로써 캠의 한계를 벗어날 수가 없기 때문에 결과적으로 기계적인 손실과 펌핑 로스등의 근본적인 해결책이 될 수는 없다.

 

  이러한 물리적인 한계를 극복하려는 연구의 결과가 Camless, 캠이 없이 전자-유압의 조합으로 밸브를 제어하는 기술(EHV, Electro-Hydraulic Valve control)로써, 캠의 기계적인 제어가 아닌 밸브에 장착된 유압펌프 내의 솔레노이드 밸브를 이용하여 밸브 타이밍, 그리고 리프트를 제어하는 기술이다.

 

 

 

 

흡기밸브에 적용된 EHV

  위의 그림처럼 흡기밸브에 EHV가 적용된다면 흡기밸브의 실린더별, 행정별 제어를 통하여 탄력적, 능동적인 밸브 제어가 가능해진다. 또한 부하(Load)에 최적화된 공기량 제어로 펌핑로스 극복을 통한 연비 향상 및 CO2를 저감할 수 있게 된다.

 

  자세한 내용은 아래 그림에서 볼 수 있듯이 빨간색의 다양한 밸브 타이밍&리프트 조합이 가능해진다. 그리고 해당 빨간색 영역이 밸브가 열리는 형상이라고 봤을 때, 그 영역은 실린더 내로 유입되는 공기량으로 볼 수 있다. 따라서 제어하는 입장에서 원하는 시간에 원하는 공기량을 실린더 내로 넣어줄 수 있다는 것은 제어 관점의 자유도를 높여주고, 연비와 배출 가스 저감에 큰 이득을 얻을 수 있다.

  또한 개발된다면 가솔린, 디젤 엔진 구분없이 모든 엔진 뿐만 아니라 각 세그먼트(segment)별 적용이 가능한 기술이다.

 

Dynamic valve control

Full Lift

 

 

 

Late valve opening

 

 

 

Early valve closing

 

 

 

Partial Load

 

 

 

Multi Lift

 

 

 

 

 

  이 기술은 현재 FIAT에서 2009년 3월 Geneva Auto Show에서 선보인 기술로써, 'Multi Air Technology'라고 지칭하고 있으며, Alfa MiTo 1.4L 차량에 적용되어 있다.