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엔진의 연소실에 공기가 흡입되고 연소가스가 배출되는 통로인 흡,배기밸브가 여러 개로 만들어진 것을 다중밸브(Multi-Valve) 엔진이라고 합니다. 역사적으로 다중밸브 엔진은 1912년에 일부 경주용 차량에서 선보였다고 합니다. 그러나 본격적으로 대량생산되는 차량에 적용된 것은 1960년대의 일로, 4밸브 엔진을 탑재한 혼다의 Honda S600이 최초였던 것으로 알려지고 있습니다.
1970년대에 들어서 Lotus나 BMW와 같은 유럽 차량들이 뒤를 이었고, 한 개의 캠축으로 4개의 밸브를 구동하는 엔진도 등장하였습니다. 1980년대 들어 혼다가 3밸브을 일부 제작하기도 했지만,80년대 중반에 도요타(Toyota)와 혼다(Honda)가 4밸브 엔진을 전 배기량에 걸쳐 대표 모델 엔진으로 결정했습니다. 전세계적으로 일본의 자동차 제작사들이 가장 먼저 다중밸브 엔진을 표준화(?)한 셈이 된 것입니다.
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3 밸브 |
초기의 다중밸브 엔진은 설계와 제작의 간편성 때문에 3밸브 엔진이었습니다.엔진의 출력을 높이기 위해 보다 더 많은 양의 공기를 흡입하기 위해서 흡기용 밸브를 두 개로 하였습니다. 국내에서도 3밸브 엔진이 생산된 적이 있습니다. 오늘날에도 제작비를 줄이기 위해 3밸브 엔진을 장착한 차량이 일부 있습니다. 저렴한 제작비 외에도 배출가스의 저감 측면에서 3밸브 엔진을 채용하고 있는 예도 있습니다. |
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4 밸브 |
2밸브 엔진의 경우가 밸브의 면적이 연소실 헤드 면적의 약 33% 정도를 차지하는 것에 비하여 4밸브 엔진의 경우에는 연소실 헤드 면적의 50% 이상을 차지하고 있습니다. 그만큼 더 빠르고 효과적으로 공기가 흡입되는 것입니다. 또한 4밸브 엔진에서는 점화플러그가 연소실의 중심에 위치하기 때문에 보다 완전한 연소가 이루어져 연료소모나 배출가스 측면에서 유리한 점도 있습니다.
4밸브 엔진은 흡입면적이 넓어 저,중속에서는 흡입공기의 흐름이 약하므로 공기와 연료의 혼합이 불완전해지는 문제가 있습니다. 이런 문제를 개선하기 위해 엔진의 회전수에 따라 밸브의 개폐시기를 다르게 하는 VVT(가변밸브시스템:Variable Valve Timing)가 환영받고 있습니다.
4밸브를 구동하는 캠축의 갯수가 보통은 2개이나 1개인 경우도 있습니다. 1개인 경우를 Single-cam 4밸브(OHC방식일 경우, SOHC 4 valve)라고 합니다. 1개를 사용하는 경우에 구조가 간단하여 제작비가 적게 든다는 장점이 있는 반면에 저항이 더 많이 걸리고 고속출력이 악화된다는 단점이 있어 대체적으로 2개의 캠축을 선호하고 있습니다. |
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5 밸브 |
실린더당 5개의 밸브를 가지는 것이 출력에 효과가 있는가에 대해서는 의문이 있습니다. 효과가 있다고 주장하는 제작사도 있지만, 그 엔진이 다른 제작사의 동급 4밸브 엔진에 비해 더 높은 출력을 내고 있지 못하고 있는 것도 사실입니다.5밸브 엔진은 그 구조의 복잡성에 비하여 효과가 증명되지 않았기 때문에,보편화되지 못하고 일부 제작사에서만 채택하고 있습니다.
사실 5밸브방식을 채용해도 연소실 헤드 면적에 있어서 밸브 면적이 차지하는 비율이 별도의 방법을 강구하지 않고서는 4밸브 엔진에 비해서 더 높아지지는 않습니다. 더구나 급속한 흡입은 저속에 불리하게 작용하기 때문에 저속을 위해서는 별도의 대책이 필요합니다. 따라서 5밸브 엔진은 고속을 주로 사용하는 경주용 엔진으로 사용되는 것이 적당하다고 여겨지고 있습니다.
현재 제작되고 있는 5밸브 엔진은 흡입밸브 3개와 배기밸브 2개로 구성되어 있습니다. 밸브 자체의 크기로는 배기밸브가 더 크지만, 밸브 전체가 차지하는 면적에 있어서는 흡입밸브 측이 더 큽니다. 또 흡입밸브 중에서도 일부의 개폐시기를 다른 것과 다르게 해서 흡입되는 공기의 흐름에 선회운동을 더하는 것도 있습니다.
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