KR0121446B1 - 불꽃점화식 2싸이클엔진의 냉각장치 - Google Patents

불꽃점화식 2싸이클엔진의 냉각장치

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KR0121446B1
KR0121446B1 KR1019940031288A KR19940031288A KR0121446B1 KR 0121446 B1 KR0121446 B1 KR 0121446B1 KR 1019940031288 A KR1019940031288 A KR 1019940031288A KR 19940031288 A KR19940031288 A KR 19940031288A KR 0121446 B1 KR0121446 B1 KR 0121446B1
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가와모토 노부히코
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Abstract

본 발명은 적어도 저부하 운전시 연소실내의 새로운 공기를 자기착화에 의해 연소시키도록 한 불꽃점화식 2싸이클엔진에 있어서, 시동시에 급속하게 자기착화에 의한 연소를 행할 수 있는 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 불꽃점화식 2싸이클엔진의 냉각장치에 관한 것이다. 본발명은 실린더 냉각수통로(35)의 유입단은 냉각수관(37)을 통해서 냉각수펌프(33)의 토출구에 접속됨과 동시에, 실린더헤드 냉각수통로(36)의 유입단은 냉각수관(38)을 통해서 냉각수펌프(3나)의 토출구에 접속되고, 실린더 냉각수통로(35)의 유출단은 서머스탯(39)을 통해서 실린더냉각 라디에이터(40)의 상단에 접속되고, 실린더헤드 냉각수통로(36)의 유출단은 3방향밸브(41)를 통해서 실린더헤드냉각라디에이트(42)의 상단에 접속되어 있으며, CPU(45)의 제어신호에 의해 동작하는 서보모터(44)에 의해, 소정 수온이상에 달했을때에, 그곳까지 관조인트(43)에의 통로가 연통됨과 동시에 실린더헤드냉각 라디에이터(42)로의 통로가 차단된 상태에서, 관조인트(43)에의 통로가 차단됨과 동시에, 실린더헤드냉각 라디에이터(42)에의 통로가 연통되도록 3방향밸브(41)는 전환되도록 구성되어 있다.

Description

불꽃점화식 2싸이클엔진의 냉각장치
제1도는 본 발명의 냉각장치를 구비한 불꽃점화식 2싸이클엔진의 실린더부분을 종단하여 도시한 종단측면도이다.
제2도는 제1도와 같은 쪽의 측면을 도시하는 실린더부분의 측면도이다.
제3도는 제1도의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라서 절단한 횡단평면도이다.
제4도는 제1도와 반대측의 측면도이다.
제5도는 본 발명의 냉각장치의 일실시예를 도시한 측면도이다.
제6도는 제어맵을 도시한 도면이다.
제7도는 냉각수 수온의 변화에 따라 AR 연소가능한 도시유효 평균압력의 한계가 엔진회전수 및 차속에 대해 어떻게 변화하는지를 도시한 특성도이다.
제8도는 본 발명의 다른 실시예의 측면도이다.
제9도는 본 발명의 또다른 실시예가 측면도이다.
제10도는 종래의 수냉식 2싸이클엔진의 측면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 불꽃점화식 2싸이클엔진 2 : 크랭크 케이스
3 : 실린더블록 4 : 실린더헤드
5 : 실린더홀 6 : 피스톤
7 : 연접봉 8 : 크랭크
9 : 크랭크실 10 : 흡기통로
11 : 기화기 12 : 스로틀밸브
13 : 리드밸브 14 : 로드
15 : 레버 16 : 스로틀 드럼
17 : 소기포트 18 : 배기포트
19 : 소기통로 20 : 배기통로
21 : 연소실 22 : 점화플러그
23 : 배기제어밸브 24 : 오목부
25 : 배기통로부재 26 : 간극
27 : 구동축 28 : 구동레버
29 : 구동케이블 30 : 배기제어 서보모터
31 : 풀리 32 : 간극부
33,34 : 냉각수펌프 35 : 실린더 냉각수통로
36 : 실린더헤드 냉각수통로 37, 38 : 냉각수관
39 : 서머스탯 40 : 실린더냉각 라디에이터
41 : 3방향밸브 42 : 실린더 헤드냉각 라디에이터
43 : 관조인트 44 : 서보모터
45 : CPU 46 : 스로틀밸브 개방도 센서
47 : 엔진회전수센서 48 : 흡기압력센서
49 : 수온계 50 : 지압 또는 광센서
51 : 서미스탯 52 : 냉각수펌프
53 : 라디에이터 54 : 칸막이밸브
55 : 액츄에이터
본 발명은 적어도 저부하 운전시에 연소실내의 새로운 공기를 자기착화에 의해 연소시키도록 한 불꽃점화식 2싸이클엔진에 있어서, 시동시에 급속하게 자기착화에 의한 연소를 행할 수 있는 냉각장치에 관한 것이다.
자동 2륜차 등에 탑재되는 종래의 차량용 불꽃점화식 2싸이클엔진에 있어서는, 실린더홀의 내주면에 피스톤에 의해 개폐되는 배기포트 및 소기포트를 형성하고, 크랭크실내에서 예압된 새로운 공기를 소기포트로부터 실린더실내로 공급함과 동시에, 실린더실내의 기연가스를 배기포트로부터 배출하고, 실린더실내에서 압축된 새로운 공기를 점화플러그에 의해 착화시킬 수 있도록 되어 있으며, 아이들 운전시에 있어서도 어느 정도이상의 새로운 공기를 기통내에 공급해야 하는 필요에 따라 흡기통로내의 스로틀밸브를 어느 정도의 스로틀밸브 개방도 구체적으로는 약 10%이상 개방해야만 했었다.
또 이러한 종래의 불꽃점화식 2싸이클엔진에서는, 고속, 고분하 운전영역에서의 출력 및 효율을 높은 수준 이상으로 설정하기 위해 배기포트를 크게 하면, 저부하 운전영역에서는 새로운 공기의 블로우 바이(blow-by)나 연소불안정에 의해 배기가스중의 미연소 탄화수소량이 증대하여 연비가 악화되었다.
이를 해소하기 위해, 연진회전수와 스로틀밸브 개방도에 따른 배기개구율로 배기제어밸브를 구동시킴으로써, 적어도 저부하 운전영역에서, 피스톤에 의한 배기개구폐색시의 기통내 압력을 적절히 제어하고, 엔진의 운전에 바람직한 착화시기에 연소실내의 새로운 공기를 자기착화시킬 수 있는 불꽃점화식 2싸이클엔진을 개발하여 본 출원인은 출원하였다 (일본국 특허평 5-187488호).
이와 같이 엔진의 운전에 바람직한 착화시기를 적극적으로 제어함으로써 활성열분위기 연소를 행하게 하는 연소를 이하 AR연소라고 칭한다.
이와 같이 저부하 운전영역에 있어서, AR연소시킬 수 있는 불꽃점화식 2싸이클엔진에서는, 기연가스의 열에너지를 이용하여 새로운 공기를 활성화하고 있기 때문에, 엔진시동시에는 연소실 벽면의 온도가 낮으므로 AR연소가 곤란하였다.
특히, 제10도에 도시한 바와 같이 종래의 수냉식 2싸이클엔진(01)에서는 냉각수통로에 저온도일지라도 약간 냉각수가 통과될 수 있는 서머스탯(thermostat)(02)이 설치되고, 냉각펌프(03)는 도시되지 않은 크랭크샤프트에 직결되며, 또 냉각수펌프(03)로부터 토출된 냉각수는 실린더 블록(04)의 실린더를 주벽(도시되지 않음) 근방의 냉각수통로뿐만 아니라, 실린더헤드(05)의 도시되지 않은 연소실 주벽근방의 냉각수통로도 통과하도록 되어 있기 때문에, 시동시에도 연소실 근방에 냉각수가 흘러서, 연소실 벽면의 온도상승이 억제되어 AR연소가 일어나기 힘들었다.
본 발명은, 이러한 난점을 극복한 불꽃점화식 2싸이클엔진의 냉각장치의 개량에 관한 것으로서, 적어도 저부하 운전영역에서 연소실내의 새로운 공기를 자기착화에 의해 연소시킬 수 있는 불꽃점화식 2싸이클엔진에 있어서, 엔진의 냉각시스템이 실린더냉각시스템과 실린더헤드 냉각시스템으로 병렬로 분할되어, 엔진시동시에 있어서의 상기 실린더헤드 냉각시스템의 냉각능력이 상기 실린더 냉각시스템의 냉각능력보다 작아지도록 상기 실린더헤드 냉각시스템이 형성됨과 동시에 상기 실린더헤드 냉각시스템의 수온이 소정수온에 도달할 상태에서 상기 실린더헤드 냉각시스템의 냉각능력을 높이도록 동작하는 냉각수온 조정수단이 설치된 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같이 구성되어 있으므로, 엔진시동시에는 실린더헤드 냉각시스템의 수온이 실린더 냉각시스템의 수온보다 급격하게 상승하여, 연소실 벽면의 온도가 AR 연소가능한 온도에 단시간내에 도달하여 배기가스중의 미연소 탄화수소의 배출이 억제됨과 동시에 연비의 개선을 도모할 수 있다.
그리고, 상기 실린더헤드 냉각수시스템의 수온이 소정수온에 달했을때에, 상기 냉각수온 조정수단이 동작하여, 상기 실린더 헤드 냉각수시스템의 냉각능력이 향상되고, 연소실 벽면의 온도가 고부하 운전영역에서도 적정한 온도로 유지되어, 원활한 운전이 가능해진다.
이하, 제1도 내지 제5도에 도시된 본 발명의 일실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 스로틀밸브 제어장치를 구비한 불꽃점화식 2싸이클엔진(1)은, 도시되지 않은 자동 2륜차에 탑재되는 것으로서, 상기 불꽃점화식 2싸이클엔진(1)에서는 크랭크 케이스(2)의 상부에 실린더블록(3) 및 실린더헤드(4)가 순차적으로 겹쳐서 상호 일체적으로 결합되어 있다.
또 실린더블록(3)에 형성된 실린더홀(5)에 피스톤(6)이 상하로 슬라이딩 자유롭게 장착되며, 상기 피스톤(6)과 크랭크(8)는 연접봉(7)에 의해 상호연결되어 있으며, 피스톤(6)의 승강에 따라 크랭크(8)가 회전구동 되도록 되어 있다.
또한 크랭크 케이스(2)내의 크랭크실(9)에 흡기통로(10)가 접속되며, 상기 흡기통로(10)에 기화기(11)와 리드밸브(13)가 직렬로 장착되고, 기화기(11)의 피스톤형 스로틀밸브(12)는, 로드(14) 및 레버(15)를 통해서 스로틀 드럼(16)에 연결되며, 상기 스로틀 드럼(16)은 도시되지 않은 와이어를 통해서 스로틀 그립에 연결되어 있으며, 스로틀 그립을 한 방향으로 틀면, 스로틀밸브(12)가 상승하여 스로틀밸브 개방도가 증대하도록 되어 있다.
또한, 흡기통로(10)는 크랭크 케이스(2)와 크랭크실(9)에 접속되고, 실린더홀(5)의 내주면에 소기포트(17)와 배기포트(18)가 개구되며, 상기 소기포트(17)는 소기통로(19)를 통해서 크랭크실(9)에 연통됨과 동시에, 배기포트(18)는 배기통로(20)에 연통되어 있다.
또, 실린더홀(5) 상방의 연소실(21)의 오목부는 배기포트(18)에 의해 오프셋되고, 상기 연소실(21)의 오목부에 점화플러그(22)가 설치되어 있으며, 기화기(11)로부터 공급된 연료와 혼합된 새로운 공기는, 상승행정시에 부압으로된 크랭크실(9)내에 리드밸브(13)를 통해서 흡입되며, 하강행정시에 압축됨과 동시에 소기포트(17)로부터 피스톤(6)이 하강하여 소기포트(17)가 개방되었을때에 압축된 새로운 공기가 연소실(18)내에 공급되며, 이 압축된 새로운 공기의 진입으로 연소실(18)내의 기연가스의 일부는 배기포트(17)로부터 배기통로(19)로 배출되고, 피스톤(6)의 상승에 의해 소기포트(17) 이어서 배기포트(18)가 폐색되면, 연소실(21)내의 혼합공기는 피스톤(6)의 상승에 의해 압축되고, 상사점 근방에서 점화플러그(22)에 의해 착화 또는 앞싸이클의 잔류가스의 열에너지에 의한 자기착화가 행해지도록 되어 있다.
또한, 배기포트(18)근처에는 배기제어밸브(23)가 배설되고, 상기 배기제어밸브(23)는 실린더블록(3)에 설치된 종단면 원호형상의 오목부(24)와, 상기 오목부(24)와 거의 동일한 종단면형상으로 형성된 배기통로부재(25) 사이에 위치한 거의 동일한 간격폭을 갖는 간극(26)에 끼워지며 중심선(c)을 중심으로 하여 상하로 스윙이 자유롭게 지지되어 있으며, 배기제어밸브(23)와 일체인 구동축(27)에, 제2도에 도시되는 구동레버(28)가 일체적으로 장착되고, 상기 구동레버(28)는 구동케이블(29)을 통해서 배기제어 서보모터(30)의 풀리(31)에 연결되어 있으며, 상기 배기제어 서보모터(30)에 의해 배기제어밸브(23)는 상하로 스윙구동되어 0 내지 100% 사이의 소요되는 배기개구율(θe)로 설정될수 있도록 되어 있다.
또한, 배기제어밸브(23)의 수평횡단면 형상은 그자형상으로 형성되며, 그 측면 아암부(23b)는 배기통로(20)보다 외측에 위치한 간극부(32)에 장착되어 있으며, 배기포트(18)를 폐색하는 배기제어밸브(23)의 원호형상부(23a)를 제외한 측면 아암부(23b)는 배기의 흐름에 하등의 악영향을 주지 않도록 되어 있다.
또 제4도에 도시되는 바와 같이, 불꽃점화식 2싸이클엔진(1)은 냉각수펌프(33)(34)을 구비하고, 상기 냉각수펌프(33)(34)는 각각 크랭크(78)에 연결되며, 크랭크(8)의 회전에 의해 상기 냉각수펌프(33)(34)는 각각 구동되도록 되어 있다.
또한, 실린더헤드 냉각수통로(35)의 유입단은 냉각수관(37)을 통해서 냉각수펌프(33)의 토출구에 접속됨과 동시에, 실린더헤드 냉각수통로(36)의 유입단은 냉각수관(38)을 통해서 냉각수펌프(34)의 토출구에 접속되며, 실린더 냉각수통로(35)의 유출단을 서머스탯(39)을 통해서 실린더냉각 라디에이터(40)의 상단에 접속되고, 상기 실린더냉각 라디에이커(40)의 하단은 냉각수펌프(33)의 흡입구에 접속되어 있다.
또한, 실린더헤드 냉각수통로(36)의 유출단은 3방향밸브(41)를 통해서 실린더헤드냉각 라디에이터(42)의 상단에 접속되며, 실린더헤드냉각 라디에이터(42)의 하단은 관조인트(43)를 통해서 냉각수펌프(34)의 흡입구에 접속되어 있으며, CPU(45)의 제어신호에 의해 동작하는 서보모터(44)에 의해, 소정수온이상에 도달했을때에, 그곳까지 관조인트(43)로의 통로가 연통됨과 동시에, 실린더헤드냉각 라디에이터(42)로의 통로가 차단된 상태에서 관조인트(43)로의 통로가 차단됨과 동시에, 실린더헤드 냉각 라디에이터(42)에의 통로가 연통되도록 3방향밸브(41)는 전환되게 되어 있다.
또 불꽃점화식 2싸이클엔진(1)의 요부를 도시적으로 도시한 제5도에 있어서, 수동조작된 스로틀밸브(12)의 스로틀밸브 개방도(θth)는 포텐시오미터 등으로 이루어진 스로틀밸브 개방도 센서(46)에 의해 검출되어, CPU(45)에 입력되도록 되어 있다.
또 엔진회전수 센서(47)에 의해 검출된 엔진회전수(Ne), 흡기압력센서(48)에 의해 검출된 흡기압력(P1), 수온계(49)에 의해 검출된 냉각수 온도(TW), 지압 또는 광센서(50)에 의해 검출된 최대지압 발생시기 또는 착화시기 혹은 압축개시압력(PEC), 클러치의 단속, 변속기의 변속위치 등도 CPU(45)에 입력되도록 되어 있다.
CPU(45)는 이들 각 입력값에 의해 불꽃점화식 2싸이클엔진(1)의 운전상태를 판단하여 각종 제어신호를 발신하지만, AR연소를 행하는 운전영역에 있어서는, 엔진회전수(Ne)와 스로틀밸브 개방도(θth)에 따라서 배기개구율(θe)을 정한 제6도의 제어맵에 따라서 동작하고, 상기 맵에 따른 배기개구율(θe)이 되는 구동신호(△θe)를 배기제어 서보모터(30)에 송신하도록 되어 있다.
제1도 내지 제5도에 도시하는 실시예는 상기한 바와 같이 구성되어 있으므로, 시동시에는 3방향배브(41)가 관조인트(43)측으로 개방하고, 3방향밸브(41)를 유출한 냉각수 실린더헤드냉각 라디에이터(42)를 통과하지 않고 냉각수펌프(34)의 흡입구로 되돌아오며, 실린더헤드 냉각수통로(36)내의 냉각수는 실린더헤드냉각 라디에이터(42)에 의해 냉각되지 않고, 연소실(21)의 벽면은 그다지 냉각되지 않기 때문에, 연소실(21)은 급격히 가열되서, AR 연소가능한 상태로 빨리 도달할 수 있다.
그리고, 실린더헤드 냉각수통로(36)의 수은이 소정온도에 도달했을때에는, CPU(45)의 제어신호에 따라 서보모터(44)가 동작하고, 3방향밸브(41)는 관조인트(43)에의 연통상태로부터 실린더헤드 냉각 라디에이터(42)로의 연통상태로 전환되며, 실린더헤드 냉각수통로(36)내의 냉각수는 실린더헤드냉각 라디에이터(42)에 공급되어 충분히 냉각된 후, 냉각수펌프(34)에 의해 다시 실린더헤드 냉각수통로(36)내로 되돌아오며, 연소실(21)은 적정한 온도범위로 유지되어, 불꽃점화식 2싸이클엔진(1)은 통상연소운전 또는 AR연소운전을 지속할 수 있다.
제7도에 도시되는 바와 같이, 실린더헤드 냉각수통로(36)의 수온이 예를들면 50℃에서 90℃로 상승됨에 따라서, AR 연소가능한 평균 유효압력, 나아가서는 주행속도의 하한값이 저하되므로, 보다 저속주행상태에서도 AR 연소에 의해 주행할 수 있으며, 미연소 탄화수소의 배출억제와 연비향상이 가능해진다.
제1도 내지 제5도에 도시한 실시예에서는, 실린더헤드 냉각수통로(36)로부터 실린더헤드냉각 라디에이터(42)로의 관로중에 실린더헤드냉각 라디에이터(42)를 설치했으나, 제8도에 도시하는 바와 같이, 3방향밸브(41)와 관조인트(43)를 연결하는 바이패스통로를 배제하고 3방향밸브(41)를 서머스탯(51) 대신으로 해도 되고, 제8도의 실시예에서는, 제1도 내지 제5도에 도시한 실시예와 같이, 저온상태에서 실린더헤드 냉각수통로(36)내의 냉각수 온도의 급상승을 촉진할 수 없으나, 서머스탯(51)의 스로틀효과와 실린더 냉각수통로(35)보다 큰 유통저항에 의해, 실린더헤드 냉각수통로(36)내의 냉각수의 온도상승을 실린더 냉각수통로(35)내의 냉각수의 온도상승보다 크게 하여, 연소실(21) 벽면의 온도를 AR 연소가 가능한 상태로 가능한 빠르게 달성시킬 수 있다.
또 제9도에 도시하는 바와 같이, 실린더 냉각수통로(35)와 실린더헤드냉각수통로(36)를 병렬로 접속하여, 냉각수 온도가 고온상태에서는, 1개의 냉각수펌프(52)와 라디에이터(53)에 의해 양쪽 실린더 냉각수통로(35), 실린더헤드 냉각수통로(36)를 동시에 냉각시킬 수 있음과 동시에, 냉각수온이 저온상태에서는 실린더헤드 냉각수통로(36)에 장착된 칸막이밸브(54)를 CPU(45)의 제어신호에 의해 동작하는 액츄에이터(55)로써 폐색하고, 실린더헤드 냉각수통로(36)내의 수온을 급상승시키도록 해도 된다.

Claims (1)

  1. 적어도 저부하 운전영역에서 연소실내의 새로운 공기를 자기착화에 의해 연소시키도록 한 불꽃점화식 2싸이클엔진에 있어서, 엔진의 냉각시스템이 실린더 냉각시스템과 실린더헤드 냉각시스템에 의해 병렬로 분할되고, 엔진시동시에 상기 실린더헤드 냉각시스템의 냉각능력이 상기 실린더 냉각시스템의 냉각능력보다 작아지도록 상기 실린더헤드 냉각시스템이 형성되어 있음과 동시에, 상기 실린더헤드 냉각시스템의 수온이 소정수온에 달한 상태에서 상기 실린더헤드 냉각시스템의 냉각능력을 높이도록 동작하는 냉각수온 조정수단이 설치된 것을 특징으로 하는 불꽃점화식 2싸이클엔진의 냉각장치.
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