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캠리스엔진의 가변 밸브 타이밍에 따른 성능특성에 관한 연구 = A study on the performance characteristics in camless engine according to variable valve timing
서명 / 저자 캠리스엔진의 가변 밸브 타이밍에 따른 성능특성에 관한 연구 = A study on the performance characteristics in camless engine according to variable valve timing / 김성수.
저자명 김성수 ; Kim, Seong-Soo
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2010].
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MME 10005

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초록정보

Camless Engine has been known as a future technology for improving fuel efficiency, enhancing power output, and reducing emissions of Internal Combustion engine, because it has an intake and exhaust valve-train driven by electro-hydraulic valve actuators instead of mechanical camshaft in order to control the valve timing and valve duration independently. As a result of this advantage, it is able to control a valve phase and a valve deactivation additionally. This thesis presents the research results like hydraulic actuator design, Camless Engine simulation, and performance characteristic analysis. The Camless Engine system has been modeled by means of a commercial engine simulation tool, Wave, which is useful for modeling and analysis of diverse engine systems. The Camless Engine valve actuation system designed using Wave has been applied to VJF-I, a commercial 125 cc single cylinder engine, because of its simple structure. A prototype test bench has been set up for applying engine valve profile in Wave. Valve landing velocity and valve open/close timing are measured by a prototype test bench, and applied to Wave for increased simulation accuracy. This research is focused on the performance characteristics of the test engine during an idle state, such as the change of torque, engine speed, fuel consumption, and emission for Variable Compression Ratio (VCR) and Variable Residual Gas Fraction (VRGF) engine operation modes. By the proper control of valve timing, fuel consumption and emission can be improved significantly.

내연기관의 엔진에서 흡기밸브 열림 (IVO: Intake Valve Open), 흡기밸브 닫힘 (IVC: Intake Valve Close), 배기밸브 열림 (EVO: Exhaust Valve Open), 배기 밸브 닫힘 (EVC: Exhaust Valve Close)의 동작시점의 변화는 연비, 배기가스, 및 출력에 상당한 영향을 끼친다. 기존 엔진의 경우 기계적인 캠축에 의해 캠의 형상에 따라서 고정적인 밸브 움직임을 갖는다. 비록 가변밸브타이밍 (VVT: Variable Valve Timing) 장치를 통하여 엔진 밸브의 동작시점을 조절하는 경우도 있으나 그 변화의 폭이 매우 제한돼 있기 때문에 다양한 운전조건에 따른 엔진 성능을 최적화 시키기 어렵다. 이에 반해 캠을 제거하고 유압식 액츄에이터 (Hydraulic Actuator)나 전자석식 액츄에이터 (Electro-Magnetic Actuator)를 사용하여 흡기밸브 및 배기밸브를 직접 구동시킬 수 있는 캠리스 엔진 (Camless Engine: 캠이 없는 엔진)은 흡기밸브와 배기밸브의 동작시점을 독립적으로 제어가능하고, 열림기간 (Valve Duration), 양정 (Valve Lift), 및 밸브 디액티베이션 (Valve Deactivation) 등을 자유자제로 조절 가능하기 때문에 기존의 내연기관이 가지고 있는 엔진 성능의 한계를 뛰어넘을 수 있다. 예를 들어, 차량의 고속주행 시에는 엔진밸브의 타이밍 제어를 통하여 흡기밸브와 배기밸브 사이의 오버랩을 변화시켜 높은 출력을 얻을 수 있고, 차량의 정속 주행 시에는 높은 출력을 필요로 하지 않기 때문에 다시 엔진 밸브의 타이밍을 변화시켜 출력 및 연료 소비량을 낮출 수 있게 된다. 또한 캠리스 엔진의 다양한 장점 중 하나인 밸브의 디액티베이션을 통해서도 연료 소비량을 혁신적으로 절감 시킬 수 있다. 즉 높은 출력을 필요로 하지 않는 공회전 상태나 정속 주행 시에는 모든 실린더들이 작동될 필요가 없기 때문에 실린더 일부를 작동시키지 않는 방법을 사용하여 배기량을 줄여 연료 소비량 및 배기가스 배출을 줄일 수 있다[7][8]. 이러한 장점들 이외에도 가솔린 엔진 (SI Engine: Spark Ignition Engine)에 캠리스 엔진 장치를 적용할 시 스로틀 밸브를 사용하지 않고 흡입 공기량을 조절함으로써 펌핑로스 (Pumping Loss)를 줄일 수 있다. 본 연구에서는 상대적으로 큰 출력을 필요로 하지 않는 공회전 상태에서 유압식 액츄에이터가 장착된 캠리스 엔진의 흡기밸브 및 배기밸브의 타이밍 변화를 통하여 실린더 내부의 압축비 및 잔류가스량을 조절하였으며, 그에 따른 공회전 안정성과 엔진성능 및 배기가스의 배출 특성에 미치는 영향에 대해 비교 분석해보았다. 또한 캠리스 엔진의 밸브 타이밍을 이용하여 스로틀 밸브를 제거함과 동시에 흡입 공기량을 제어함으로써 펌핑로스를 최소화 하여 공회전 상태에서의 연비를 극적으로 높이는 것을 검증하는데 목표를 둔다.

서지기타정보

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청구기호 {MME 10005
형태사항 xi, 78, 2 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Seong-Soo Kim
지도교수의 한글표기 : 최세범
지도교수의 영문표기 : Sei-Bum Choi
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 참고문헌: p. 75-78
주제 캠리스엔진
압축비
잔류가스량
가변 밸브 타이밍
펌핑 손실
camless engine
compression ratio
residual gas fraction
variable valve timing
pumping loss
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