쏘나타 DN8 터보 엔진 CVVD 기술 (Continuous Variable Valve Duration)

프롤로그

 18년도 초에 VVT, CVVT, CVVL에 대해서 정리한 글을 쓴 적이 있다. 시작부터 그 글을 링크 걸기는 좀 그렇지만 사실 CVVD라는 게 문자에서 느껴지듯이 쟤들한테서 이어지는 기술이라서 그 글부터 먼저 보는 게 이해하는 데 있어서 훨씬 수월할 것 같아서 일단 링크를 걸어놓아 본다.

(이미 써놓은 내용을 한 번 더 쓰기는 좀 그렇기도 하고)

 

2018/01/08 - [과학] - VVT, CVVT, CVVL 이란 (자동차 엔진 밸브 기술, 가변 밸브 타이밍)

VVT, CVVT, CVVL 이란 (자동차 엔진 밸브 기술, 가변 밸브 타이밍)

(글을 올려보고 확인해야겠지만 '새창'으로 열리는 것 같으니 다시 한 번 저 글부터 읽기를 권장하는 바, 뭐 그냥 이왕 들어온 김에 이 글부터 봐도 되긴 하지만, 신과 함께 같은 시리즈 영화를 2편부터 보는 느낌이랄까, 그럴 것 같아서)

 

CVVD 영상

 내 글이 항상 그렇지만 이번 CVVD 만큼은 더욱 더 영상을 무조건 강조하고 싶다. 영상이 없이 구동 원리를 이해하기가 더욱 힘들다. 그 힘든 과정은 내가 대신 겪었으니, 지금 이 글을 읽고 계신 독자분께서는 독자에서 잠시 시청자가 되어 편하게 이해하기를 바라는 바이다. 소리가 걱정이라면 어차피 배경음악 외에 따로 목소리 설명은 없으니 소리 끄고 봐도 된다.

CVVD 엔진 기술

 사실 영상만 보면 CVVD가 뭔지에 대해서 궁금증이 해결되었을 것이다. 내가 블로그에 글을 쓰는 절차는 항상, 유튜브에 영상을 올리고 그 영상을 다시 글로 푸는 정도로 해서 글을 쓰기 때문이다. 그리고 좀 봉인된 수다를 풀어버리려는 이유도 있는 것 같고; 영상에서는 최대한 불필요한 것을 덜어내서 만든다면 블로그에서는 지금 하고 있는 말 같이 다 써버린달까.

 

 

CVVD 전 기술

 이전 글을 확인해달라고는 했지만 이전 기술들을 전혀 언급없이 CVVD를 설명할 수는 없다. VVT, CVVT, CVVL에서 CVVD로 연결되는 이 기술은 공통적으로 VV가 들어가는데 Variable Valve의 약자로 가변 밸브 관련 기술이다. 이전 글에 있으므로 간략하게 개념만 훑고 넘어간다.

VVT

   VVT는 VV에 Timing이 붙어서 원래는 고정된 하나의 타이밍으로만 밸브가 열리고 닫혔는데 2개의 타이밍을 상황에 맞게 골라썼다.

 

CVVT

 2개로는 한계가 많아서 유압을 통해서 연속적으로 밸브 타이밍을 바꿀 수 있게 한 기술이 Continuous VVT, CVVT이다.

 

CVVL

 CVVL에서 L은 Lift의 약자로 열리는 높이를 변형할 수 있게 되었다.

 

 

CVVD 전 기술들의 한계

 축이 시계 방향으로 돌고 있다고 생각하고 아래 그림들을 보면 뒤에 가려진 흑백 캠, 밸브가 기본 타이밍이고 파란색이 타이밍을 늦춘 것, 빨간색이 타이밍을 빠르게 한 것이다.

 

밸브 타이밍 지각

밸브 타이밍 진각

 열림과 닫힘이 같이 움직일 수 밖에 없다. 조금 더 일찍 밸브를 열어주기 위해서는 어쩔 수 없이 일찍 닫히게 될 수밖에 없고 반대의 경우도 열려있는 기간(Duration)이 일정한 것이 한계이다.

 

 

CVVD 구조

 이 문제를 해결한 기술이 바로 CVVD, Continuous Variable Valve Duration 기술이다. 간단하게 말로 설명하면 편심을 이용한 구간별 각속도 변화를 준 것이다. (뭔 소리?) (이래서 영상부터 보기를 권장한 것)

 어떻게 그것을 구현할 수 있는지 구조부터 보자면 (따로 이미지를 만들지 않고 영상 중간 중간 필요한 프레임만 빼와서 사진 업로드 하다보니 멘트들도 같이 있는데 일단 무시하고)

CVVD 구조

 회색으로 해놓은 축과 주황색 캠을 바로 연결시키는 것이 아니라, 어느 정도 위치를 움직여서 회전할 수 있는 연두색 브라켓을 따로 두고 회전과 슬라이딩이 가능한 파란색 슬라이더 핀으로 축과 브라켓을 연결시켜준다.

 그리고 축에 걸려는 있지만 같이 돌지 않는 캠과 브라켓을 이어주는데, 빨간색 핀과 캠에 붙은 주황색 키를 이용한다. 그리고 녹색 하우징으로 브라켓의 위치를 제어한다.

 그렇게 하면 구간에 따라 다른 각속도를 갖게 될 수 있다. 구간별로 각속도를 보면

 

CVVD 구동

 가운데는 하우징을 이동시키않은 축과 브라켓의 중심이 같은 기본 상태이고, 왼쪽 세트는 하우징을 위로, 오른쪽 세트는 하우징을 아래로 이동시킨 것이다. 축의 슬라이더 홈 12시 방향에서 시계방향으로 90도마다 이미지를 올려놓아 구간별 각속도를 가늠해볼 수 있다.

12시

3시

6시

9시

다시 12시

 쭉 보면 왼쪽, 하우징을 올린 경우에는 밸브가 열리는 구간에 캠의 각속도가 상대적으로 느려진다. 반대로 오른쪽, 하우징을 내린 경우는 밸브를 열 때 캠의 각속도가 빨라진다.

CVVD 제어

 이는 밸브가 열리는 듀레이션과 연결된다. 왼쪽의 경우엔 더 오래 열려 있고, 오른쪽은 더 짧게 열려 있게 된다.

밸브 열릴 즈음

밸브 닫힐 즈음

 왼쪽이 밸브가 먼저 열리지만 늦게 닫히고, 오른쪽이 밸브가 늦게 열리지만 먼저 닫힌다.

 이를 기존의 유압 타이밍 변형 기술 (CVVT)와 함께 사용하여 필요에 따라 열림과 닫힘을 각각 제어할 수 있게 된다. 예를 들어 흡기 밸브를 빨리 열어야 할 필요가 있는 구간에서 열림을 빠르게 당기면서도 닫힘은 그대로 제 타이밍에 닫히게 하거나 필요에 따라서는 늦게까지 열려 있게 하여 더 높은 효율을 얻어낼 수 있다.

 이 제어의 경우 흡기 밸브와 배기 밸브가 함께 열려 있는 구간인 '밸브 오버랩'이 핵심이 되는데 이 부분 역시 이전 글에 비교적 상세하게 정리해놨다. (혹시나 이왕 들어온 김에 이 글부터 쭉 읽은 분들을 위해 한 번 더 링크)

2018/01/08 - [과학] - VVT, CVVT, CVVL 이란 (자동차 엔진 밸브 기술, 가변 밸브 타이밍)

VVT, CVVT, CVVL 이란 (자동차 엔진 밸브 기술, 가변 밸브 타이밍)

 그리고 CVVD에서의 정밀한 제어의 경우는 공개되어 있는 정보가 상당히 부족하여 따로 추가할 만한 내용을 찾을 수는 없었다. 심지어 CVVD가 무엇인지에 대해서 알아내는 것조차 쉽지 않았으니 말이다.

 

에필로그

 사실 세부적인 컨트롤에 대해서는 제조사에서 공개하기에는 무리가 있을 것 같다고는 생각한다. 그것이 자기들만의 노하우이고 기술일 테니 말이다. 하지만 일반인으로서는 알기 힘든 기술에 대해서 그냥 '이 엔진에는 CVVD라는 기술이 들어가서 좋다' 이렇게 두루뭉술하게 말할 게 아니라 소비자들이 어느 정도 납득할 만한 정보까지는 줘야 하지 않나 싶다.  (그렇게 기술에 대해서 궁금해 하는 사람이 많지가 않을라나. 그렇다면 뭐 계속 이렇게 가죠. 내가 정리해서 한 번씩 올리는 걸로다가)

 

2019/07/04 - [과학] - 엔진에 전기식 가변 밸브를 쓰지 않는 이유 두 가지