[[엔진학]]메인무빙시스템 / 캠샤프트

[뉘앙스]

메인무빙시스템 / 캠샤프트

 

개요

혼합기가 연소실로 들어가는 곳은 실린더 헤드에 있는 흡기포트이고, 연소가스가 배출되는 곳은 배기포트이지만 이러한 포트의 개폐를 행하는 밸브를 작동시키는 것이 캠이다. 캠축은 이러한 캠과 일체로 구조된 형상이며 흡배기 밸브와 같은 수의 캠을 각각의 밸브 개폐시기에 맞도록 배열되어 있다.

캠축은 항시 밸브리프터 및 로커암과 고속으로 강하게 밀착되어 회전하므로 내마모성이 좋은 주철을 사용하고 캠의 표면은 열처리 하여 경화한 것을 사용한다.

분류

기어 구동 방식(Gear drive type)

기어 구동 방식은 실린더 블럭에 캠축이 설치되어 크랭크축 앞쪽에 있는 크랭크축 기어와 캠축 기어가 직접 맞물려서 구동되는 형식으로 재질은 베이클라이트로 제작하여 크랭크축 기어와 맞물려 회전시 소음 및 마멸을 감소한다.

특성

동력전달이 확실하여, 측압이 적으며 동력 전달 효율이 높다.

회전비가 정확하기 떄문에 밸브 개폐시기가 확실하다.

이중 재질의 기어를 사용하기 때문에 충격을 흡수하므로 진동,소음이 적다.

체인 구동 방식(Chain drive type)

체인 구동 방식은 크랭크축 기어와 캠축 기어를 체인으로 연결하여 캠축을 구동하는 방식으로 축간 거리가 긴 엔진에 사용된다.

특성

소음을 적게 할 수 있고 동력전달효율이 높으며, 캠축의 설치 위치를 자유롭게 할 수 있다.

체인이 늘어나 헐거워지면 밸브 개페 시기가 틀려지는 단점이 있다. 그러므로 최근에는 체인의 장력을 자동으로 조절해주는 텐셔너와 진동을 흡수하는 댐퍼를 설치하고 있다.

벨트 구동 방식(Belt drive type)

크랭크축과 캠축 앞에 스프로켓을 설치하여 벨트로서 캠축을 구동하는 방식으로, 벨트의 장력을 자동으로 조정하는 텐셔너와 아이들러가 설치되어 있다. 최근의 승용차는 거의 이 방식을 사용하고 있다.

특성

소음이 발생되지 않고 윤활이 필요없다.

벨트는 섬유와 고무 재질로 되어 있어 열 및 기름에 약하여 일정기간 사용 후 교환하여야 한다.

구성

캠 축(Cam shaft)

캠축은 크랭크축에서 전달되는 동력을 이용하여 밸브를 개폐하는 역할을 하며 캠과 일체로된 구조로 되어 있고 캠축 스프로켓은 볼트에 의해 체결되어 있다. 일부 자동차에는 배전기 및 연료펌프, 오일펌프 등을 구동하는 역할도 한다.

캠 (Cam)

캠은 캠축과 일체로 되어 있고 밸브를 직,간접적으로 개폐시키는 역할을 하며 캠의 수는 밸브의 수와 똑같다.

캠의 구성

노스 : 밸브가 완전히 열리는 점

로브 : 밸브가 열려서 닫힐 때까지

플랭크 : 로커암이 접촉되는 부분

양정 : 밸브의 작동거리(열림)

캠의 종류

접선 캠(tangential cam)
접선 캠은 밸브리프터나 로커암이 접촉되는 플랭크가 기초원과 노스원이 공통의 접선으로 연결되어 있는 형상으로 밸브의 개폐가 급격히 이루어지기 때문에 밸브가 닫힐때 밸브의 운동이 캠의 감속도를 따라가지 못하므로 밸브스프링 장력이 큰 것을 사용하여 밸브리프터나 로커암이 캠과 원활하게 접속되도록 한다.

- 캠의 플랭크면은 평면이기 때문에 제작이 쉬우며, 밸브리프터는 캠과 접촉면이 원호면으로 되어 있어야 한다. 또한 밸브스 프링의 장력을 크게 하면 밸브시트에 충격이 가해지므로 고속용엔진에는 부적합하다.

볼록 캠(convex cam)
볼록 캠은 로커암이 접촉되는 기초원과 노스원이 볼록하게 연결되어 있는 형상으로 원호캠이라 한다. 밸브 개폐시기의 가속도가 크고 급격히 변화하므로 고속시는 불안정하게 되기 쉽다. 또한 밸브기구에 진동이 발생하기 쉬우므로 중량을 가볍게 하여 관성력의 영향을 적게 받도록 하여야 한다.

오목 캠(concave cam)
오목 캠은 밸브리프터나 로커암이 접촉되는 플랭크가 기초원과 노스원의 연결이 오목하게 연결되어 있는 형상으로 밸브의 가속도를 일정하게 할 수 있으므로 일정 속도 캠이라고도 한다. 양정의 곡선과 접촉 면적이 크며 롤러리프터를 사용한다.

저어널

캠 저어널은 캠축을 지지하는 기능을 하며 캠축의 윤활을 한다. 윤활하는 방법에는 내부급유와 외부급유의 방법이 있는데 내부급유는 저어널로 부터 오일을 분출하며 내부급유는 캠샤프트에 구멍을 두어 저어널 부분에 오일을 공급하는 방법이다.

원리

피스톤의 위치와 밸브의 위치가 실린더별 각 행정에 맞게 일치 되어야만 큰 힘을 얻어낸다. 그러기 위해서는 크랭크축 스프로켓의 타이밍 마크와 크랭크케이스에 있는 타이밍 마크가 일치되고, 캠축의 스프로켓에 표시된 타이밍 마크와 헤드에 표시된 타이밍 마크가 동시에 일치되어야 한다. 그러기 위해서는 크랭크축이 2회전 시 캠축은 1회전의 비율로 일치된다.