【엔진 튜닝의 과학(6)/캠 샤프트 설치 각도를 바꾼다】
상태바
【엔진 튜닝의 과학(6)/캠 샤프트 설치 각도를 바꾼다】
  • cartech
  • 승인 2003.01.01 17:19
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

DOHC엔진이라면 캠 샤프트의 설치각을 흡기와 배기를 각각 별도로 바꾸는 것이 가능하지만 SOHC의 경우는 동시에 같은 각도만 비트는 것으로 된다. 따라서 SOHC엔진에서는 캠의 설치각을 바꾸어도 별로 의미가 없다. 오히려 역으로 성능이 저하되는 것이 보통이다. 또한 캠 샤프트의 흑피부분을 깎아내는 것이 너무 지나치면 축부의 강도가 저하된다

4스트로크 엔진의 흡배기 밸브는 <그림 1>의 과정으로 개폐가 이루어진다. 이 그림을 소위 ‘밸브 타이밍 다이어그램’이라고 한다. 덧붙여서 말하자면 밸브 대신에 배기와 소기포트 또는 흡기포트로 이것을 행하는 2스트로크 엔진에서는 ‘포트 타이밍 다이어그램’이라고 한다. 흡기 밸브는 상사점 전 θio에서 열리고 상사점 후의 θic에서 닫힌다. 결과적으로 작동각은 크랭크각도로 θio+180°+θic로 된다. 또 캠의 설치 중심각 θi는 (θio+180°+θic)×1/2-θio가 된다. 마찬가지로 배기측도 그림처럼 θeo, θec, θe를 설정하면 중심각 θe는 (θeo+180°+θec)×1/2-θec가 된다.

여기서 배기의 상사점을 좁혀 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열려지는 기간 θio+θec를 ‘밸브 오버랩’이라고 한다.

DOHC엔진이라면 캠 샤프트의 설치각을 흡기와 배기를 각각 별도로 바꾸는 것이 가능하지만 SOHC의 경우는 동시에 같은 각도만 비트는 것으로 된다. 따라서 SOHC엔진에서는 캠의 설치각을 바꾸어도 별로 의미가 없다. 메이커에서 제조 생산된 상태가 최적으로 세팅되어 있다고 할 수 있기 때문에 이 경우는 바꾸면 역으로 성능이 저하되는 것이 보통이다.

DOHC엔진에서는 밸브 오버랩을 늘리는 것도, 흡기밸브가 닫히는 것을 늦추는 것도, 배기밸브를 빨리 닫히도록 하는 것도 가능하다.

예를 들면 θi가 커지도록 캠 샤프트를 설치하면 θio는 작아지게 되지만 θic를 크게 하는 것이 가능하다. 이에 따라 고속주행 때에 흡기행정에서 피스톤이 하사점을 지나쳐도 아직 흡기의 관성으로 실린더에 흡기가 계속 유입되는 경우에는 흡입효율을 향상시키는 것이 가능하다. 배기측의 캠 샤프트의 설치각를 바꾸어도 엔진의 토크특성은 변화한다.

하지만 DOHC에 있어서도 밸브 작동각이 같기 때문에 중심각을 바꾸면 밸브 오버랩까지 변화하고 말기 때문에 자연히 한계가 있다. 그래서 밸브 작동각을 바꾼 캠 샤프트를 사용해 최적의 설치각을 재선정하면 엔진의 출력특성을 크게 바꾸는 것이 가능하다. 최대토크의 발생점을 고속측으로 옮겨 출력을 증대시키는 경우에는 작동각이 큰 캠 샤프트를 사용해 밸브 오버랩을 크게 유지하면서 θic와 θeo를 크게 한다. 하지만 아이들링의 안정성과 고속토크가 희생되게 되는 것은 피할 수가 없다.

밸브 작동각이 큰 캠 샤프트를 사용하는 경우에는 밸브 오버랩 때에 밸브와 피스톤이 간섭하지 않도록 충분한 주의를 기울일 필요가 있다.

밸브와 피스톤과의 사이의 거리가 적정(손으로 크랭크를 돌렸을 때)하다고 해도 엔진 운전중에는 극히 작아져 있다. 밸브가 점프와 바운스를 하면서 밸브 리프트 커브보다 올라가는 순간이 생긴다. 캠 샤프트가 비틀림 진동을 일으키면 밸브타이밍은 변화한다. 또 타이밍체인과 벨트가 진동하거나 늘어나면 밸브 리프트 특성은 흐트러지고 만다. 결과적으로 동적으로는 여유를 취하지 않으면 아주 위험하게 된다. 그 수치는 밸브계의 구조와 스트로크 등에 따라 다르지만 최저 2mm는 필요하다.

캠샤프트 축의 흑피부분을 깎는다

실용성을 중시하는 자동차의 엔진에 설치되어 있는 캠 샤프트는 주철재나 스틸제가 주를 이룬다. 캠 샤프트의 재질에 요구되는 특성은 캠의 부분이 태핏과 로커암과 상성이 좋은 축부의 강성이 높다는 것이다. 즉 서로의 재료에 대한 공격성이 없고 캠 자신도 다른 재료에 의해 마모되지 않는다. 또 축 부분에는 밸브를 개폐하기 위해 비틀림과 구부러지게 하는 힘이 작용한다.

만약 캠 샤프트가 이들의 힘에 의해 변형된다면 밸브는 정확한 운동을 할 수 없게 된다. 게다가 내 마모성과 고강성 외에도 캠 로브가 손상되기는 것도 막아야 하고 높은 면압에도 견딜 수 있어야 한다.

생산성이 높은 내마모성이 뛰어난 카본을 함유한 주철제의 캠 샤프트가 많다. 하지만 주철의 내마모율은 스틸의 2/3정도이기 때문에 같은 축부의 강도를 얻도록 하려면 단면계수를 확보하기 위


당신만 안 본 뉴스
댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
주요기사