밸브 타이밍이란 무엇이며 작동 방식

연료와 연료의 혼합물을 연소하는 동안 에너지 방출 원리에 따라 작동하는 XNUMX 행정 엔진의 설계에는 장치가 작동하지 않는 한 가지 중요한 메커니즘이 포함됩니다. 이것은 타이밍 또는 가스 분배 메커니즘입니다.

대부분의 표준 엔진에서는 실린더 헤드에 설치됩니다. 메커니즘 구조에 대한 자세한 내용은 별도의 기사... 이제 우리는 밸브 타이밍이 무엇인지, 그리고 그 작업이 모터의 전력 표시기 및 효율성에 어떻게 영향을 미치는지에 초점을 맞출 것입니다.

엔진 밸브 타이밍이란?

타이밍 메커니즘 자체에 대해 간략히 설명합니다. 벨트 드라이브를 통한 크랭크 샤프트 (많은 현대 내연 기관에서 고무 벨트 대신 체인이 설치됨)는 다음에 연결됩니다. 캠축. 운전자가 엔진을 시동하면 스타터가 플라이휠을 크랭크합니다. 두 샤프트가 동시에 회전하기 시작하지만 다른 속도로 회전합니다 (기본적으로 캠 샤프트의 한 회전에서 크랭크 샤프트는 두 회전).

캠축에는 특별한 물방울 모양의 캠이 있습니다. 구조가 회전하면 캠이 스프링이 장착 된 밸브 스템을 밀어냅니다. 밸브가 열리면 연료 / 공기 혼합물이 실린더로 들어가거나 배기 매니 폴드로 배출됩니다.

가스 분배 단계는 밸브가 완전히 닫히는 순간까지 입구 / 출구를 열기 시작하는 순간입니다. 전원 장치 개발에 참여하는 각 엔지니어는 밸브 개방 높이와 밸브 개방 시간을 계산합니다.

엔진 작동에 대한 밸브 타이밍의 영향

엔진이 작동하는 모드에 따라 가스 분배가 더 일찍 또는 나중에 시작되어야합니다. 이것은 장치의 효율성, 경제성 및 최대 토크에 영향을 미칩니다. 이는 흡기 및 배기 매니 폴드를 적시에 열고 닫는 것이 HVAC 연소 중에 방출되는 에너지를 최대한 활용하는 데 중요하기 때문입니다.

피스톤이 흡기 행정을 수행 할 때 다른 순간에 흡기 밸브가 열리기 시작하면, 실린더 캐비티에 신선한 공기 부분이 고르지 않게 채워지고 연료가 더 심하게 혼합되어 혼합물이 불완전하게 연소됩니다.

배기 밸브의 경우, 피스톤이 하사 점을 차지하기 전에는 열리지 않아야하며 위쪽 스트로크를 시작한 후에는 늦지 않아야합니다. 첫 번째 경우 압축이 떨어지고 모터가 전력을 잃게됩니다. 두 번째로 밸브가 닫힌 연소 생성물은 상승하기 시작한 피스톤에 대한 저항을 생성합니다. 이는 크랭크 메커니즘에 대한 추가 부하로 일부 부품을 손상시킬 수 있습니다.

전원 장치의 적절한 작동을 위해 다른 밸브 타이밍이 필요합니다. 한 모드의 경우 밸브를 더 일찍 열고 나중에 닫아야하며 다른 모드의 경우 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 중복 매개 변수는 두 밸브가 동시에 열리는 지 여부도 매우 중요합니다.

대부분의 표준 모터에는 고정 된 타이밍이 있습니다. 이러한 엔진은 캠축 유형에 따라 스포츠 모드에서 또는 저속 주행시 최대 효율을 제공합니다.

오늘날, 중간 및 프리미엄 세그먼트의 많은 자동차에는 모터가 장착되어 있으며, 가스 분배 시스템은 밸브 개방의 일부 매개 변수를 변경할 수 있으며, 이로 인해 실린더의 고품질 충전 및 환기가 서로 다른 크랭크 샤프트 속도에서 발생합니다.

다른 엔진 속도에서 타이밍을 수행하는 방법은 다음과 같습니다.

1. 공회전에는 소위 좁은 단계가 필요합니다. 이것은 밸브가 나중에 열리기 시작하고 반대로 닫히는 시간이 빠르다는 것을 의미합니다. 이 모드에서는 동시 개방 상태가 없습니다 (두 밸브가 동시에 열리지 않음). 크랭크 샤프트의 회전이 중요하지 않을 때 위상이 겹치면 배기 가스가 흡기 매니 폴드로 들어가고 일정량의 VTS가 배기로 들어갈 수 있습니다.
2. 가장 강력한 모드-넓은 단계가 필요합니다. 이것은 고속으로 인해 밸브의 개방 위치가 더 짧은 모드입니다. 이것은 스포츠 운전 중에 실린더의 충전 및 환기가 제대로 수행되지 않는다는 사실로 이어집니다. 상황을 수정하려면 밸브 타이밍을 변경해야합니다. 즉, 밸브를 더 일찍 열어야하고이 위치에서 지속 시간을 늘려야합니다.

가변 밸브 타이밍을 사용하는 모터 설계를 개발할 때 엔지니어는 크랭크 샤프트 속도에 대한 밸브 개방 모멘트의 의존성을 고려합니다. 이러한 정교한 시스템을 통해 모터는 다양한 라이딩 스타일에 대해 최대한 다목적으로 사용할 수 있습니다. 이 개발 덕분에 장치는 다음과 같은 다양한 가능성을 보여줍니다.

• 낮은 회전 수에서 모터는 끈끈해야합니다.
• 회전 수가 증가하면 힘을 잃지 않아야합니다.
• 내연 기관이 작동하는 모드에 관계없이 연비 및 운송의 환경 친화 성은 특정 장치에 대해 가능한 가장 높은 수준을 가져야합니다.

이러한 모든 매개 변수는 캠 축의 설계를 변경하여 변경할 수 있습니다. 그러나이 경우 모터 효율은 한 모드에서만 제한됩니다. 크랭크 샤프트의 회전 수에 따라 모터가 스스로 프로파일을 변경할 수 있습니까?

가변 밸브 타이밍

전원 장치 작동 중에 밸브 개방 시간을 변경하는 아이디어 자체는 새로운 것이 아닙니다. 이 아이디어는 여전히 증기 엔진을 개발하고있는 엔지니어들의 마음 속에 주기적으로 나타났습니다.

따라서 이러한 개발 중 하나는 Stevenson 기어라고 불 렸습니다. 메커니즘은 작동 실린더로 들어가는 증기의 시간을 변경했습니다. 정권은 "증기 차단"이라고 불렸다. 메커니즘이 트리거되면 차량의 디자인에 따라 압력이 방향 전환되었습니다. 이런 이유로 기차가 가만히 서있을 때 연기와 함께 오래된 증기 기관차도 증기를 내 뿜었습니다.

밸브 타이밍 변경 작업도 항공 유닛과 함께 수행되었습니다. 따라서 8 마력 용량의 Clerget-Blin 회사의 V-200 엔진 실험 모델은 메커니즘의 설계에 슬라이딩 캠축이 포함되어 있기 때문에이 매개 변수를 변경할 수 있습니다.

그리고 Lycoming XR-7755 엔진에는 각 밸브에 대해 두 개의 다른 캠이있는 캠축이 설치되었습니다. 이 장치에는 기계식 드라이브가 있으며 조종사가 직접 활성화했습니다. 비행기를 하늘로 타야하는지, 추격에서 벗어나야하는지, 아니면 단순히 경제적으로 비행해야하는지에 따라 두 가지 옵션 중 하나를 선택할 수 있습니다.

자동차 산업의 경우 엔지니어들은 지난 세기의 20 년대에이 아이디어의 적용에 대해 생각하기 시작했습니다. 그 이유는 스포츠카에 탑재 된 고속 모터가 등장했기 때문입니다. 이러한 유닛의 전력 증가에는 특정 한계가 있었지만 유닛이 더 많이 풀릴 수 있습니다. 차량의 출력을 높이기 위해 처음에는 엔진 볼륨 만 증가 시켰습니다.

가변 밸브 타이밍을 처음으로 도입 한 사람은 자동차 회사 Vauxhall의 수석 디자이너로 일한 Lawrence Pomeroy였습니다. 그는 가스 분배 메커니즘에 특수 캠축이 설치된 모터를 만들었습니다. 그의 카메라 중에는 여러 세트의 프로필이 있습니다.

4.4 리터 H 형은 크랭크 샤프트의 속도와 경험 한 하중에 따라 종축을 따라 캠 샤프트를 움직일 수 있습니다. 이로 인해 밸브의 시간과 높이가 변경되었습니다. 이 부분은 움직임에 한계가 있었기 때문에 위상 제어에도 한계가있었습니다.

포르쉐도 비슷한 아이디어에 참여했습니다. 1959년에 캠축의 "진동 캠"에 대한 특허가 나타났습니다. 이 개발은 밸브 리프트와 동시에 개방 시간을 변경하기로 되어 있었습니다. 개발은 프로젝트 단계에 머물렀다.

최초의 작동 가능한 밸브 타이밍 제어 메커니즘은 Fiat에서 개발했습니다. 이 발명품은 60년대 후반 Giovanni Torazza에 의해 개발되었습니다. 메커니즘은 밸브 태핏의 피벗 포인트를 변경하는 유압 푸셔를 사용했습니다. 이 장치는 엔진 속도와 흡기 매니폴드의 압력에 따라 작동했습니다.

그러나 가변 GR 단계가 있는 최초의 양산 차량은 알파 로메오였습니다. 1980년 스파이더 모델은 내연 기관의 작동 모드에 따라 위상을 변경하는 전자 메커니즘을 받았습니다.

밸브 타이밍의 기간과 너비를 변경하는 방법

오늘날 밸브 개방의 순간, 시간 및 높이를 변경하는 여러 유형의 메커니즘이 있습니다.

1. 가장 단순한 설계로 타이밍 메커니즘 드라이브 (위상 시프터)에 설치된 특수 클러치입니다. 제어는 실행 메커니즘에 대한 유압 효과 덕분에 수행되고 제어는 전자 장치에 의해 수행됩니다. 엔진이 공회전하면 캠 축은 원래 위치에 있습니다. 회전 수가 증가하자마자 전자 장치가이 매개 변수에 반응하여 유압 장치를 활성화하여 캠 샤프트를 초기 위치에 대해 약간 회전시킵니다. 덕분에 밸브가 조금 더 일찍 열리므로 실린더에 BTC의 새로운 부분을 빠르게 채울 수 있습니다.
2. 캠 프로필 변경. 이것은 자동차 운전자가 오랫동안 사용해온 개발입니다. 비표준 캠이있는 캠 축을 장착하면 장치가 더 높은 rpm에서 더 효율적으로 작동 할 수 있습니다. 그러나 이러한 업그레이드는 지식이 풍부한 기술자가 수행해야하므로 많은 낭비가 발생합니다. VVTL-i 시스템이있는 엔진에서 캠축에는 프로필이 다른 여러 세트의 캠이 있습니다. 내연 기관이 공회전하면 표준 요소가 그 기능을 수행합니다. 크랭크 샤프트 속도 표시기가 6 표시를 넘으면 캠 샤프트가 약간 이동하여 다른 캠 세트가 작동합니다. 엔진이 최대 8.5 천 회전하고 세 번째 캠 세트가 작동하기 시작하여 위상이 더 넓어 질 때 유사한 프로세스가 발생합니다.
3. 밸브 개방 높이 변경. 이 개발을 통해 타이밍의 작동 모드를 동시에 변경하고 스로틀 밸브를 제외 할 수 있습니다. 이러한 메커니즘에서 가속 페달을 밟으면 흡기 밸브의 개방 력에 영향을 미치는 기계 장치가 활성화됩니다. 이 시스템은 연료 소비를 약 15 % 줄이고 장치의 출력을 같은 양만큼 증가시킵니다. 더 현대적인 모터에서는 기계가 아니라 전자기 아날로그가 사용됩니다. 두 번째 옵션의 장점은 전자 장치가 밸브 개방 모드를보다 효율적이고 원활하게 변경할 수 있다는 것입니다. 리프트 높이는 거의 이상적 일 수 있으며 개방 시간은 이전 버전보다 더 넓을 수 있습니다. 연료 절약을위한 이러한 개발은 일부 실린더를 끌 수도 있습니다 (일부 밸브를 열지 마십시오). 이 모터는 차량이 멈출 때 시스템을 활성화하지만 내연 기관을 끌 필요는 없습니다 (예 : 신호등에서) 또는 운전자가 내연 기관으로 차량의 속도를 늦출 때.

밸브 타이밍을 변경하는 이유

밸브 타이밍을 변경하는 메커니즘을 사용하면 다음이 가능합니다.

• 다른 작동 모드에서 전원 장치의 자원을 사용하는 것이 더 효율적입니다.
• 맞춤형 캠 축을 설치할 필요없이 전력을 증가시킵니다.
• 차량을 더 경제적으로 만드십시오.
• 고속으로 실린더를 효과적으로 채우고 환기를 제공하십시오.
• 공기-연료 혼합물의보다 효율적인 연소로 운송의 환경 친 화성을 높입니다.

내연 기관의 다양한 작동 모드는 FGR을 변경하는 메커니즘을 사용하여 밸브 타이밍의 자체 매개 변수를 필요로하기 때문에 기계는 출력, 토크, 환경 친 화성 및 경제성의 이상적인 매개 변수에 해당 할 수 있습니다. 지금까지 어떤 제조업체도 해결할 수없는 유일한 문제는 장치의 높은 비용입니다. 표준 모터와 비교할 때 유사한 메커니즘을 갖춘 아날로그는 거의 두 배의 비용이 듭니다.

일부 운전자는 가변 밸브 타이밍 시스템을 사용하여 자동차의 힘을 높입니다. 그러나 수정 된 타이밍 벨트의 도움으로 장치에서 최대 값을 짜내는 것은 불가능합니다. 다른 가능성에 대해 읽어보기 여기에.

결론적으로, 우리는 가변 밸브 타이밍 시스템의 작동에 대한 작은 시각 자료를 제공합니다.

CVVT의 예를 사용한 가변 밸브 타이밍 시스템

질의 응답 :

밸브 타이밍은 무엇입니까? 밸브(입구 또는 출구)가 열리고 닫히는 순간입니다. 이 항은 엔진 크랭크축 회전 각도로 표시됩니다.

Ч밸브 타이밍에 영향을 주는 것은 무엇입니까? 밸브 타이밍은 엔진 작동 모드의 영향을 받습니다. 타이밍에 위상 시프터가 없으면 특정 모터 회전 범위에서만 최대 효과가 달성됩니다.

밸브 타이밍 다이어그램은 무엇을 위한 것입니까? 이 다이어그램은 실린더의 충전, 연소 및 청소가 특정 RPM 범위에서 얼마나 효율적으로 발생하는지 보여줍니다. 밸브 타이밍을 올바르게 선택할 수 있습니다.