지능형 밸브 작동 시스템(IVA): 내연기관 제어의 미래

가변 밸브 타이밍은 내연기관(ICE) 효율을 향상시키는 가장 효과적인 방법 중 하나로 널리 인정받고 있습니다. 현대 엔진은 일반적으로 흡기 및/또는 배기 시 가스 배분 위상을 조정하며, 일부는 밸브 리프트 높이도 변경합니다. 그러나 이러한 시스템은 여전히 기계적 제약 내에서 작동합니다 — 캠샤프트를 몇 도 이동시키거나 캠 프로파일 간에 전환하는 방식입니다. 영국 회사 Camcon Automotive가 개발한 지능형 밸브 작동 시스템(IVA)은 이러한 제한을 완전히 없애고 밸브 제어에 대한 완전하고 프로그래밍 가능한 자유를 제공합니다.

지능형 밸브 작동 시스템은 어떻게 작동하나요?

기존 시스템과 달리, IVA는 각 개별 밸브에 전용 캠샤프트를 할당합니다. 지속적으로 회전하는 대신, 각 캠샤프트는 밸브를 열거나 닫아야 할 때만 회전하며 — 각 작동마다 방향을 교대로 전환합니다. 캠샤프트와 밸브 사이의 연결에는 데스모드로믹 밸브 제어 메커니즘을 사용하여, 개폐 행정 모두 복귀 스프링에 의존하지 않고 기계적으로 구동됩니다.

이 구조는 기존 시스템으로는 구현할 수 없는 수준의 정밀도와 유연성을 가능하게 합니다. IVA를 통해 엔지니어와 프로그래머는 다음을 수행할 수 있습니다:

• 기존 내연기관보다 훨씬 빠르게 밸브를 개방
• 행정 중간의 어떤 위치에서도 밸브를 거의 정지 상태로 유지
• 단일 피스톤 행정 내에서 밸브를 두 번 개방
• 소프트웨어만으로 실린더 점화 순서를 완전히 변경
• 각 개별 실린더에 대해 고유한 밸브 리프트 및 닫힘 프로파일 정의
• 엔진 작동 중 실시간으로 이러한 매개변수 수정

열역학적 유연성: 원하는 사이클을 즉시 구현

IVA의 가장 놀라운 기능 중 하나는 열역학적 사이클 간을 즉시 전환할 수 있는 능력입니다. IVA를 장착한 기존 내연기관은 소프트웨어를 업데이트하는 것만으로 다음 사이클 중 어느 것이든 구현할 수 있습니다:

• 오토 사이클 — 표준 가솔린 엔진 사이클
• 밀러/앳킨슨 사이클 — 부분 부하에서 열효율 향상을 위한
• 균질 혼합기 압축 착화(HCCI) — 더 깨끗하고 효율적인 연소를 위한
• 스파크 제어 압축 착화(SPCCI) — 마쓰다의 HCCI 양산형 변형
• 2행정 사이클 — 높은 출력 밀도를 위한
• 12행정 사이클 — 저부하 주행을 위한 초고효율 모드

12행정 사이클은 특별한 주목을 받을 만합니다. 이는 오랫동안 확립된 실린더 비활성화 개념을 기반으로 하지만, 결정적인 차이점이 있습니다: 기존 내연기관에서는 전자 장치가 일정한 실린더 세트를 장시간 동안 차단하여 불균일한 열 분포를 유발합니다. IVA를 사용하면 모든 실린더가 활성 상태로 유지되지만, 각 실린더는 세 번의 작동 행정마다 한 번씩 — 즉 12사이클마다 한 번씩 점화됩니다. 이를 통해 모든 실린더를 정상 작동 온도로 유지하면서 경부하 시 연료 소비를 크게 줄입니다.

IVA 대 기타 캠리스 밸브 기술

Camcon Automotive가 완전 가변 밸브 제어를 추구한 최초의 회사는 아닙니다. 여러 주요 기업들이 수년에 걸쳐 유사한 개념을 탐구해 왔습니다:

• 제너럴 모터스와 포드 — 완전 가변 밸브 작동에 관한 초기 연구 프로그램
• 리카도와 로터스 엔지니어링 — 엔지니어링 연구 및 프로토타입 시스템
• FreeValve / Qamfree — 쾨닉세그에서 처음 개발되어 FreeValve와 Qoros 파트너십을 통해 이어진 완전 캠샤프트 없는 시스템

Qamfree와 같은 시스템이 캠샤프트를 완전히 제거하는 반면, Camcon은 반대의 접근 방식을 택했습니다: 모든 밸브에 자체 전용 캠샤프트를 부여하는 것입니다. 이는 완전 전자식 시스템의 프로그래밍 가능성을 제공하면서도 캠 구동 작동의 기계적 신뢰성과 정밀도를 보존합니다.

효율성 향상 및 양산화 로드맵

IVA 프로토타입의 성능 및 효율성 결과는 유망합니다. Camcon Automotive 개발자에 따르면:

• 기존 엔진 대비 CO₂ 배출량을 15–20% 줄일 수 있습니다
• 터보차저 2.0리터 4기통 엔진에 대한 프로토타입 테스트에서 연비 7.5% 향상이 입증되었습니다
• 가솔린 IVA 엔진의 연료 소비는 디젤 엔진과 대체로 비슷한 수준입니다
• 양산형 IVA 시스템은 하이브리드 파워트레인보다 비용이 덜 들 것입니다

Camcon Automotive는 시장 진출을 위한 두 가지 경로를 제시합니다: 제조업체에 IVA 액추에이터 키트 및 엔진 개조 하드웨어를 직접 공급하거나, 기존 자동차 부품 공급업체와 파트너십을 맺는 방식입니다. 회사는 IVA가 장착된 양산 차량이 상용화 후 5년 이내에 출시될 수 있을 것으로 예측합니다.

이 글은 번역본입니다. 원문은 여기에서 읽으실 수 있습니다: https://www.drive.ru/technic/5be19fd7ec05c4bb5c00003d.html