성형엔진의 캠판에 대해서 다음과 같은 공식이 있다
이번 글에서는 성형엔진의 캠판이 작동하는 원리를 살펴보면서 어떻게 위의 공식이 나왔는지 알아보자
우선 9기통 성형엔진을 예시로 들어보자
9기통 성형엔진은 원주방향으로 9개의 실린더가 장착되어있으며, 각 실린더 사이의 각도는 40도이다
또한 성형엔진의 점화순서는 홀수 - 짝수 순으로 9기통이므로 1-3-5-7-9-2-4-6-8이다
위의 그림에서 점화순서가 아닌 작동 순서라고 표시한 것은 점화순서가 같다는 것은 작동 순서가 같다는 것과도
같은 말이기 때문이다. 점화가 1-3-5-7-9-2-4-6-8 순으로 일어난다는 것은 왕복엔진의 4행정인
흡입-압축-폭발-배기 행정 또한 1-3-5-7-9-2-4-6-8순으로 이루어 지며, 각각의 행정에 대한 밸브의 개폐도
1-3-5-7-9-2-4-6-8순서대로 이루어진다는 것을 의미한다
또한 공식에 따르면 캠판의 로브수 n은 실린더 수 N에 대하여 (N+-1)/2이므로 9기통 성형엔진에 대해서는
로브 수가 4개 또는 5개일 수 있다
먼저 로브 수가 4개인 캠판이 9기통 성형엔진에서 어떻게 작동하는지 알아보자
뒤에서 설명하겠지만 이경우는 (N-1)/2를 적용한 것으로써 캠판이 반시계방향으로 회전하게 된다
여기서 반시계라는 것은 ALF(After Look Forward, 조종사 시점에서 앞을 보고) 기준이다.
시작은 로브 A에 의해 실린더 1번의 밸브(흡입 또는 배기)가 작동중인 상황이다
이 상태에서 캠판이 반시계방향으로 10도 회전하면 다음과 같아진다
로브 B에 의해 3번 실린더의 밸브가 작동중인 상황이다
이 상태에서 다시 캠판이 반시계방향으로 10도회전하면 다음과 같아진다
로브 C에 의해서 5번 실린더의 밸브가 작동중인 상황이다
이러한 과정을 계속 반복하면 다음 그림과 같이 작동하게 된다
즉 9기통 성형엔진에서 4개의 로브를 가진 캠판을 이용하면 위의 원리와 같이 작동 순서대로
밸브를 작동시킬 수 있다. 설명을 추가하자면 아래 사진과 같다.
다음으로는 9기통 성형엔진에서 (N+1)/2를 적용하여 로브가 5개인 캠판이 어떻게 작동하는지 살펴보자
로브 A에 의해서 1번 실린더의 밸브가 작동중인 상황이다. 이전의 상황과 다른점은 로브의 수가
4개에서 5개로 증가했다는 것이고, 또 캠판의 회전이 반대라는 것이다.
이 상태에서 캠판이 시계방향으로 8도 회전하면 다음과 같아진다.
로브 B에 의해서 3번 실린더의 밸브가 작동중인 상황이다
여기서 다시 캠판이 시계방향으로 8도 회전하면 다음과 같아진다
로브 C에 의해서 5번 실린더의 밸브가 작동중인 상황이다
이러한 과정을 계속 반복하면 아래의 그림과 같이 작동하게 된다
즉 9기통 성형엔진에서 5개의 로브를 가진 캠판을 이용해도 위의 원리와 같이 작동 순서대로
밸브를 작동시킬 수 있다. 설명을 추가하자면 아래 사진과 같다.
위의 결과들을 공식에 대입해 보면 알겠지만 로브 수가 4개인 경우와 5개인 경우 모두
처음에 나온 크랭크축에 대한 캠판의 회전속도 공식인 1/2n을 만족시킨다.
캠판의 회전속도 공식은 아래와 같이 증명할 수 있다
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