캠리스 엔진은 모두 어디에 있나요?

Jul 27, 2023

최근 전기 자동차가 대세이지만, 오래된 대기 모드인 내연기관도 잊지 마세요. 현대 내연기관은 공학의 경이로움입니다. 오늘날의 엔진과 주변 시스템은 이전의 어떤 것보다 더 나은 출력, 더 뛰어난 연비, 더 낮은 배기가스 배출을 자랑합니다. 한 가지 주목할 만한 예외를 제외하고 엔진의 모든 측면을 개선하는 데 수세기에 걸친 엔지니어링 시간이 투자되었습니다. 어떤 자동차 제조업체도 피스톤 구동 생산 차량에서 엔진의 캠축을 제거할 수 없었습니다. 여기서 아이러니한 점은 캠리스 엔진이 상대적으로 제작하기 쉽다는 것입니다. 일반 해커는 작업장에서 캠 없이 작동할 수 있도록 소형 4행정 엔진을 수정할 수 있습니다. 실용적인 장치는 아니지만 실험과 학습을 위한 훌륭한 테스트 베드가 될 것입니다.

다중 실린더 가솔린 엔진은 복잡한 춤입니다. 수백 개의 부품이 동시에 움직여야 합니다. 밸브가 열리고 닫히고, 인젝터가 연료를 분사하고, 스파크 플러그가 작동하고, 피스톤이 위아래로 움직입니다. 모두 4행정 "흡기, 압축, 연소, 배기" Otto 사이클을 따릅니다. 캠축은 엔진의 스프링 장착 흡기 및 배기 밸브를 열고 닫음으로써 이 중 많은 부분을 제어합니다. 샤프트의 돌출부가 태핏을 누르면 밸브 스템과 밸브 자체가 움직입니다. 캠축 자체는 타이밍 기어, 체인 또는 벨트를 통해 크랭크축 속도의 절반으로 구동됩니다. 오버헤드 캠 엔진과 같은 일부 밸브 트레인은 상대적으로 단순합니다. 캠인블록 설계와 같은 다른 설계는 푸시로드, 로커 및 ​​캠 로브의 움직임을 밸브의 움직임으로 변환하는 데 필요한 기타 부품이 있어 더 복잡합니다.

밸브가 열리는 정확한 시기와 속도는 캠 로브의 프로파일에 따라 결정됩니다. 자동차 경주 및 성능 매니아들은 엔진 요구 사항에 따라 더 공격적인 프로필과 다양한 타이밍 오프셋을 갖춘 캠축으로 변경하는 경우가 많습니다. 하지만 모든 것에는 비용이 따릅니다. 최대 출력을 위해 가공된 캠축은 일반적으로 잘 공회전하지 않으며 엔진 시동을 어렵게 만듭니다. 로브 프로파일이 너무 공격적이면 밸브 플로트가 발생하여 밸브가 높은 RPM에서 완전히 장착되지 않을 수 있습니다.

엔진 제조업체는 캠축의 한계를 해결하기 위해 수년을 보냈습니다. 그 결과 수많은 독점 솔루션이 탄생했습니다. 혼다에는 가변 밸브 타이밍 및 리프트 전자 제어(Variable Valve Timing and Lift Electronic Control)의 약어인 VTEC가 있습니다. 토요타에는 VVT-i가 있습니다. BMW에는 VANOS가 있고 포드에는 VCT가 있습니다. 이러한 모든 시스템은 밸브 동작을 어느 정도 조정하는 방법을 제공합니다. VANOS는 타이밍 체인에서 한두 개의 톱니를 움직이는 것과 유사하게 캠축이 정상적인 타이밍에 비해 몇도 정도 회전하도록 허용함으로써 작동합니다. 이러한 시스템은 작동하지만 기계적으로 복잡하고 수리 비용이 많이 드는 경향이 있습니다.

간단한 해결책은 캠리스 엔진을 사용하는 것입니다. 이는 캠축, 타이밍 벨트 및 대부분의 관련 하드웨어를 제거하는 것을 의미합니다. 솔레노이드 또는 유압 액츄에이터는 무한히 다양한 방식으로 밸브를 열고 닫습니다. 밸브는 무한정 열린 상태로 유지되어 최대 출력이 필요하지 않을 때 실린더를 효과적으로 차단할 수도 있습니다.

그렇다면 왜 우리 모두는 캠리스 엔진을 운전하지 않는 걸까요? 몇 가지 이유가 있습니다. 캠축 엔진에 대한 캠리스 엔진의 장점은 전자식 연료 분사(EFI)와 기화기의 장점과 유사합니다. 핵심에서 연료 분사 장치는 솔레노이드 제어 밸브입니다. 연료 펌프는 일정한 압력을 제공합니다. 엔진 제어 장치(ECU)는 적절한 시점에 인젝터를 작동하여 실린더에 연료를 분사합니다. 또한 컴퓨터는 현재 스로틀 위치에 적절한 양의 연료가 분사되도록 밸브를 충분히 오랫동안 열어 둡니다. 전자적으로 이는 캠리스 엔진에 필요한 것과 매우 유사합니다. 그러면 무엇이 주는가?

30대 이상의 해커라면 1970년대 후반과 1980년대 초반까지는 기화기가 왕이었다는 사실을 기억할 것입니다. 기업들은 1950년대부터 EFI를 실험해 왔습니다. 이 시스템은 70년대 엄격한 오염법이 시행되기 전까지는 주류가 되지 못했습니다. 깨끗하고 연료 효율적인 기화 엔진을 만드는 것이 가능했지만 필요한 기계 및 전자 액추에이터가 너무 많아서 EFI가 더 나은 대안이었습니다. 따라서 70년대의 법률은 기화기의 존재를 효과적으로 규제했습니다. 우리는 캠리스 엔진에서도 거의 같은 것을 보고 있습니다. 빠진 것은 문제를 강제하는 규정이다.