가변 밸브 작동기 제작 및 흡기 밸브 닫음 타이밍이 디젤 엔진 성능에 미치는 영향

Abstract

직접 분사식 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 높은 열효율을 보이며, 낮은 엔진 속도로부터 높은 엔진 속도까지 고르게 높은 토크 특성을 보여 승용차, 상용차로부터 선박에까지 폭넓게 이용되고 있다. 디젤 엔진의 높은 열효율은 좋은 연비 특성을 의미하며, 높은 압축비와 희박 연소로부터 기인한다. 과거로부터 가변 밸브 작동 기술은 연비를 개선하고 배기 배출을 저감하기 위한 목적으로 가솔린 엔진에 적용디어 왔다. 가솔린 엔진의 경우 흡기 매니폴드의 쓰로틀로 인한 펌핑 손실이 존재하고, 이론공연비 조건에서의 연소를 하기 때문에 충진 효율이 중요하다. 초기 연구원들은 가변 밸브 작동기의 적용을 통해 쓰로틀 없이 흡입 공기량을 조절하는 방식으로 연비를 개선하고 동시에 배기 배출을 저감하고자 하였다. 디젤 엔진은 쓰로틀이 존재 하지 않은 경우가 일반적이고 희박 연소를 하는 특성이 있어, 가솔린 엔진과 같은 방식의 적용을 통하여 극적인 효과를 기대하기 어렵다. 그러므로 가솔린 엔진과 분리하여 디젤 엔진만의 밸브 전략을 연구하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 유압 시뮬레이션을 활용하여 대형 디젤 엔진에 적용 가능한 가변 밸브 작동기를 설계, 제작한다. 또한 단기통 대형 디젤 엔진에의 캠축의 위상을 조절하고 로커암과 캘리퍼 사이의 간극 조절을 통하여 이른 흡기 밸브 닫음 타이밍을 적용하여 효과를 살핀다. 더하여 엔진 시뮬레이션을 통하여 더 확장 된 영역에서의 흡기 밸브 닫음 타이밍 변경이 엔진에 미치는 영향을 살핀다. 제작 된 가변 밸브 작동기는 유압 시스템에서의 문제로 기대했던 수준의 작동 수준이 나오지 않아 추가적인 개선이 필요하다. 이른 흡기 밸브 닫음 타이밍의 적용을 통하여 일부 분사 시기에서 기존에 비해 더 높은 도시 평균 유효 압력을 얻었고, 높은 연소 온도에 따라 탄화수소와 일산화탄소의 배출을 저감할 수 있었다. 엔진 시뮬레이션 결과 연소상 예측의 한계에 따라 거시적인 엔진 출력 및 배기 배출 특성의 경향을 살필 수 있었지만 세부적인 경향은 살필 수 없었다.