밸브 트레인 구성 요소
밸브 트레인은 주로 배기 캠축, 흡기 캠축, 로커 암, 유압 리프터 및 기타 구성 요소로 구성됩니다. 그 기능은 충분한 밸브 리프트를 유지하면서 엔진 작동 요구 사항에 따라 흡기 및 배기 밸브가 정확한 시간에 열리고 닫히도록 하는 것입니다.
캠축 구조
4{0}행정 엔진의 캠축은 크랭크축 속도의 절반 속도로 회전하지만 회전 속도는 여전히 높게 유지되며 상당한 토크를 견뎌야 합니다. 따라서 캠축의 강도와 안정적인 지지력에 대한 요구가 높습니다. 캠샤프트의 본체는 실린더 블록의 길이와 동일한 원통형 샤프트로, 표면에 여러 개의 캠이 가공되어 있습니다. 캠축은 일반적으로 특수 주철로 만들어지지만 단조강이나 합금 재료도 사용될 수 있습니다. 대부분의 캠샤프트는 속이 빈 내부 구조를 갖고 있어 무게를 줄일 뿐만 아니라 하중-지탱 능력도 향상시킵니다. 오일 통로도 캠축에 가공되어 윤활유가 흘러 캠축, 로커암 샤프트 및 로커암에 오일을 공급할 수 있습니다.
캠샤프트의 기능
캠축은 엔진 밸브 트레인 시스템의 중요한 구성 요소입니다. 엔진 작동 중에 신선한 공기를 적시에 흡입하고 배기 가스를 신속하게 배출하기 위해 캠축이 정확한 간격으로 밸브를 열고 닫습니다. 일부 캠축은 분배기를 구동하기도 합니다. 승용차 엔진의 높은 작동 속도로 인해 흡기 및 배기 효율을 극대화하기 위해 오버헤드 밸브 배열이 채택됩니다. 이러한 설계에서 캠축은 유압 리프터와 같은 메커니즘을 통해 작동하여 밸브를 작동시킵니다.
캠축은 위치에 따라 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 하단-장착형 캠축, 중간-장착형 캠축, 오버헤드 캠축입니다.
1. 하단-장착형 및 중간-장착형 캠축
하단-장착 및 중간{1}}장착 캠축은 유사한 구성을 공유합니다. 이러한 레이아웃을 사용하는 엔진은 일반적으로 더 나은 저속 성능, 더 단순한 구조, 더 쉬운 유지 관리를 제공하며, 이는 수년간 널리 사용되는 이유입니다. 그러나 현재는 현대 승용차 엔진에는 거의 사용되지 않습니다. 이는 두 구성 모두 캠축과 밸브 사이의 거리가 상당하여 밸브를 작동하려면 긴 리프터와 로커암과 같은 보조 구성 요소가 필요하기 때문입니다. 이로 인해 엔진 작동이 덜 원활해지고 밸브 트레인에서 소음이 증가합니다. 높은 엔진 속도에서는 긴 리프터가 동적 응력으로 인해 제대로 작동하지 않습니다. 무거운 하중을 받으면 구부러지거나 변형되기 쉬우며 잠재적으로 밸브가 열리지 않는 등 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.
2. 오버헤드 캠샤프트(OHC)
대부분의 현대 승용차 엔진은 오버헤드 캠축 설계를 사용합니다. 캠축을 엔진 위에 배치하면 캠축과 밸브 사이의 거리가 크게 줄어들어 긴 밸브 리프터가 필요 없고 밸브 트레인 메커니즘이 단순화됩니다. 이를 통해 보다 컴팩트한 엔진 설계가 가능해졌습니다. 오버헤드 캠축은 로커 암이나 유압 리프터를 통해 밸브를 구동하여 변속기 효율을 향상시키고 작동 소음을 줄입니다. 그러나 캠샤프트와 밸브 사이의 거리가 짧아지더라도 캠샤프트와 크랭크샤프트 사이의 거리가 늘어나는 단점도 있습니다. 결과적으로 이들을 연결하는 타이밍 체인이나 타이밍 벨트가 길어지고 하단-장착형 시스템에 비해 변속기 메커니즘이 더 복잡해집니다.
밸브 트레인의 캠축 수에 따라 오버헤드 캠샤프트 엔진은 단일 오버헤드 캠샤프트(SOHC) 구성과 듀얼 오버헤드 캠샤프트(DOHC) 구성으로 분류됩니다.
① 단일 오버헤드 캠샤프트(SOHC): 흡기 밸브와 배기 밸브가 모두 단일 오버헤드 캠샤프트로 구동됩니다. 흡기 밸브와 배기 밸브는 실린더 헤드 내에서 서로 다르게 위치하므로 이러한 배열은 밸브 타이밍의 정확성에 영향을 미칠 수 있습니다.
② DOHC(듀얼 오버헤드 캠샤프트): SOHC 설계에서 개발된 DOHC 엔진은 흡기 밸브와 배기 밸브에 대해 별도의 캠샤프트를 갖추고 있으며 각각 해당 밸브 세트를 구동합니다. 흡기 및 배기 밸브를 독립적으로 제어할 수 있으므로 밸브 타이밍을 정밀하게 조절할 수 있습니다. 실린더당 밸브가 2개 이상이거나 V- 구성으로 배열된 엔진의 경우 이중 캠축을 사용하면 밸브 트레인 메커니즘이 단순화되고 밸브 개폐를 더 잘 제어할 수 있습니다.
오버헤드 캠축을 사용하면 캠축과 밸브 사이의 거리가 줄어들어 로커암이 더 짧고 가벼워집니다.{0}}캠축에서 밸브를 직접 구동하여 로커암을 완전히 제거할 수도 있습니다. 또한 흡기 및 배기 캠축을 분리하면 밸브 배치의 설계 유연성이 향상됩니다. 점화 플러그는 두 개의 캠축 사이, 이상적으로는 연소실 중앙에 쉽게 위치할 수 있습니다. 이러한 특징으로 인해 듀얼 오버헤드 캠샤프트는 고속-엔진에 특히 적합합니다.
캠샤프트와 크랭크샤프트 사이에 동력을 전달하는 일반적인 방법에는 기어 구동, 체인 구동, 타이밍 벨트 구동 등이 있습니다. 언더슬렁 및 중앙- 장착 캠샤프트의 경우 일반적으로 원통형 타이밍 기어가 사용되며 일반적으로 크랭크샤프트에서 캠샤프트로 동작을 전달하는 데 한 쌍의 기어만 필요합니다. 기어 직경이 너무 커지면 아이들러 기어를 추가할 수 있습니다. 원활한 결합을 보장하고 소음을 줄이기 위해 타이밍 기어는 일반적으로 나선형입니다.
체인 구동은 오버헤드 캠축과 크랭크축 사이에 일반적으로 사용되지만 신뢰성과 내구성은 기어 구동보다 열등합니다. 최근에는 저소음, 높은 신뢰성 및 저렴한 비용으로 인해 타이밍 벨트가 고속 엔진의 체인을 점점 더 많이 대체하고 있습니다.{1}} 그러나 일부 고출력 엔진에서는 여전히 체인이 사용됩니다.- 타이밍 벨트는 조용한 작동, 안정적인 성능, 저렴한 비용과 같은 장점을 제공합니다. 듀얼 오버헤드 캠샤프트 구성에서 배기 캠샤프트는 일반적으로 타이밍 벨트 또는 체인을 통해 크랭크샤프트에 의해 구동되는 반면 흡기 캠샤프트는 배기 캠샤프트의 금속 체인에 의해 구동되거나 두 캠샤프트 모두 타이밍 벨트 또는 체인을 통해 크랭크샤프트에서 직접 구동됩니다.
일반적인 캠축 오류
일반적인 캠축 고장에는 비정상적인 마모, 비정상적인 소음 및 파손이 포함됩니다. 비정상적인 소음과 파손은 종종 비정상적인 마모 증상을 따릅니다.
(1) 캠축은 엔진 윤활 시스템의 끝 부분에 위치하므로 윤활 조건이-최적보다 낮습니다.- 노후된 오일 펌프로 인한 오일 압력 부족, 오일이 캠샤프트에 도달하지 못하도록 막는 오일 통로 또는 캠샤프트 간극으로 오일 흐름을 제한하는 베어링 캡 볼트의 과도한 조임 토크는 모두 비정상적인 마모를 초래할 수 있습니다.
(2) 비정상적인 마모로 인해 캠샤프트와 베어링 하우징 사이의 간격이 증가하여 캠샤프트 회전 시 축방향 변위가 발생하고 소음이 발생합니다. 또한 구동 캠과 유압 리프터 사이의 간격이 증가하면 캠이 리프터에 접촉할 때 충격이 발생하여 가청 소음이 발생합니다.
(3) 유압 리프터의 파손 또는 심하게 마모, 심각한 윤활 부족, 캠축 품질 저하 또는 타이밍 기어 파손 등의 요인으로 인해 파손과 같은 심각한 캠축 고장이 발생할 수 있습니다.
(4) 경우에 따라 캠축 손상은 사람의 실수, 특히 엔진 유지 관리 중 부적절한 취급으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 캠샤프트 베어링 캡을 망치로 세게 때리거나, 드라이버로 들어 올리거나, 베어링 캡을 잘못 설치하여 베어링 시트와 제대로 정렬되지 않거나, 베어링 캡 볼트를 과도하게 조이는- 것입니다. 베어링 캡을 설치할 때 캡의 방향 화살표와 위치 표시에 주의하고 토크 렌치를 사용하여 지정된 토크 값에 따라 볼트를 엄격하게 조이십시오.
팁:캠축을 설치할 때 항상 캠축 풀리나 스프로킷의 타이밍 표시를 주의 깊게 확인하십시오. 일부 엔진에는 명확한 타이밍 표시가 없습니다. 기술자는 분해하기 전에 크랭크샤프트와 캠샤프트의 정확한 위치를 표시해야 합니다. 다른 사람들은 적절한 타이밍 조정을 위해 특수 도구가 필요합니다.