KR0134991B1 - 압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치 - Google Patents

압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치

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Abstract

본 발명은 압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치에 관한 것으로서, 적어도 하나 이상의 실린더(2)와 상기 실린더(2)내를 왕복운동하는 피스톤(4)을 구비하고, 흡입공기를 개폐하는 흡기밸브(20)와 배기가스를 개폐하는 배기밸브(30)가 구비된 엔진에 있어서, 상기 흡기밸브(20)와 배기밸브(30)의 후단에 작동로드(41)로 연결되며, 전기적신호를 기계적 운동으로 변환하여 상기 흡기밸브(20)와 배기밸브(30)를 전후진 이동시키도록 압전소자로 이루어진 압전액튜에이터(40)와, 상기 압전액튜에이터(40)에 전기신호를 공급하는 전기신호 발생수단(Es)으로 이루어진 것으로서, 흡/배기 밸브 개폐장치의 기구적 단순화를 달성할 수 있고, 엔진의 중량을 감소시킬 수 있으며, 또한 엔진의 속도, 부하조건, 토오크등에 따라서 상기와 같이 기구적으로 단순화된 흡/배기 밸브 개폐장치와 작동시기를 용이하게 조절할 수 있도록 된 것이다.

Description

압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치
제1도는 본 발명의 압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치를 엔진에 적용한 상태를 나타내는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 실린더 4 : 피스톤
20 : 흡기밸브 21, 31 : 스템엔드
30 : 배기밸브 40 : 압전액튜에이터
41 : 작동로드 ES : 전기신호 발생수단
ECU : 전자제어유니트 CPS : 그랭크샤프트위치센서
TPS : 스로틀밸브위치센서
본 발명은 자동차의 흡/배기 밸브 개폐장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 흡/배기 밸브를 구동함에 있어서 종래의 캠기구를 배제하고 압전액튜에이터(Piezoelectric Actuator)를 이용하여 전자적으로 제어함으로써 엔진의 구성을 단순화 시킨 압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치에 관한 것이다.
통상적인 자동차 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치는 크랭크풀리와 타이밍벨트로 연결된 캠풀리를 구동시켜 각각의 밸브개폐시기에 맞추어진 캠을 회전시킴으로써 상기 캠에 접촉된 흡/배기 밸브를 작동하였다. 또한 이와 같은 흡/배기 밸브 개폐장치는 변화되는 엔진의 부하조건을 자동차의 전자제어유니트(ECU)에서 판단하여 그 개폐시기를 가변적으로 조정할 수 있는 개폐시기 조절장치도 이미 개시되고 있다.
그러나, 상술한 종래의 흡/배기 밸브 개폐장치는 그 기구적 구성이 복잡하고 정밀성이 요구될 뿐만 아니라, 이에따라 엔진의 중량을 감소시키는데 일정한 한계가 있었다. 특히, 상기 흡/배기 밸브 개폐장치는 기구적 메카니즘의 복잡한 연결이기 때문에 부하조건에 따른 개폐시기 조절이 정확하거나 민활하지 못한 문제가 상존하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 흡/배기 밸브 개폐장치가 내포한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전기적에너지를 기계적에너지로 변환하는 압전액튜에이터를 이용하여 흡배기 밸브를 개폐함으로써, 기구적으로 단순화 시키고 개폐시기의 제어가 용이한 압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전액튜에이터를 이용한 흡/배기 밸브 개폐장치는 적어도 하나 이상의 실린더와 상기 실린더내를 왕복운동하는 피스톤을 구비하고, 흡입공기를 개폐하는 흡기밸브와 배기가스를 개폐하는 배기밸브가 구비된 엔진에 있어서, 상기 흡기밸브와 배기밸브의 후단에 작동로드로 연결되어 상기 흡기밸브와 배기밸브를 전후진 이동시키는 압전액튜에이터와, 상기 압전액튜에이터의 내장된 전극에 전기신호를 공급하는 전기신호 발생수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전기신호 발생수단은 엔진의 부하에 따라 크랭크샤프트위치센서(Crank Shaft Position Sensor)와 스로틀밸브위치센서(Trottle Valve Position Sensor)로부터 감지된 신호를 내장된 엔진제어방식 및 상기 센서 신호에 따른 제어신호를 상기 전기신호발생수단에 인가하여 상기 압전액튜에이터의 작동을 제어함으로써 상기 흡기밸브와 배기밸브의 개폐를 제어하도록 하는 전자제어유니트로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.
제1도는 본 발명의 압전액튜에이터를 이용한 흡/배기 밸브 개폐장치를 적용한 엔진을 나내는 도면이다.
도시된 바와 같이 통상적인 엔진에 있어서와 같이 실린더(2)와, 상기 실린더(2) 내를 상하 왕복운동하는 피스톤(4)이 구비되어 있다. 상기 실린더(2) 상단에는 흡기포트(6)와 배기포트(8)가 형성되어 있는 실린더헤드(10)가 안착 고정된다. 상기 피스톤(4)이 상사점에 있을 때 상기 피스톤(4)과 실린더헤드(10)가 이루는 공간이 연소실(12)이다. 또한 흡기밸브(20)와 배기밸브(30)도 통상적인 방법으로 상기 흡기포트(6)와 배기포트(8)를 개폐하도록 상기 실린더헤드(10)를 관통하여 설치되어 있다.
여기서 주목할 것은 상기 흡기밸브(20)와 배기밸브(30)의 스템엔드(21, 31)가 두 개의 고정된 압전액튜에이터(40)의 작동로드(41)에 각각 연결되어 있다는 것이다. 상기 압전액튜에이터(40)는 다수의 전극을 포함하는 압전소자로 이루어져 있으며, 상기 압전소자(Piezoelectric Element)에 전기신호를 공급하면 진동을 하게 되는데, 이러한 진동을 축방향 운동으로 전환시키는 장치를 내장하면 상기 흡/배기 밸브(20, 30)를 이동시킬 수 있는 것이다. 따라서 전기신호를 공급하는 전기신호 발생수단(ES)이 상기 흡/배기 밸브에 연결된다.
한편, 상기와 같은 흡/배기 밸브 개폐장치는 엔진의 속도, 부하조건, 토오크 등에 따라서 그 개폐시기를 적절히 제어하는 것이 바람직한데, 본 발명에서는 전자제어유니트(ECU)를 통하여 상기 전기신호발생수단(ES)을 제어함으로써 달성된다. 상기 전자제어유니트(ECU)는 크랭크샤프트위치센서(CPS)와 스로틀밸브위치센서(TPS) 및 흡기압센서(도시되지 않음), 흡기온도센서(도시되지 않음)등 기타의 센서들로부터 감지된 신호를 미리 내장된 데이터와 비교하여 각 장치를 제어하도록 되어 있다.
따라서, 전자제어유니트(ECU)에서 제어신호를 상기 전기신호발생수단(ES)에 인가하여 상기 압전액튜에이터(40)의 작동시기를 조절할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치에 전기적에너지를 기계적에너지로 변환할 수 있는 압전액튜에이터(40)를 이용함으로써, 흡/배기 밸브 개폐장치의 기구적 단순화를 달성할 수있고, 엔진의 중량을 감소시킬 수 있으며, 또한 엔진의 속도, 부하조건, 토오크등에 따라서 상기와 같이 기구적으로 단순화된 흡/배기 밸브 개폐장치의 작동시기를 용이하게 조절할 수 있는 효과가 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

  1. 적어도 하나 이상의 실린더(2)와 상기 실린더(2)내를 왕복운동하는 피스톤(4)이 구비하고, 흡입공기를 개폐하는 흡기밸브(20)와 배기가스를 개폐하는 배기밸브(30)가 구비된 엔진에 있어서, 상기 흡기밸브(20)와 배기밸브(30)의 스템엔드(21)에 작동로드(41)로 연결되며, 전기적신호를 기계적 운동으로 변환하여 상기 흡기밸브(20)와 배기밸브(30)를 전후진 이동시키도록 압전소자로 이루어진 두 개의 고정된 압전액튜에이터(40)와, 상기 압전액튜에이터(40)에 전기신호를 공급하는 전기신호발생수단(ES)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기신호발생수단(ES)은 엔진의 부하조건에 따라 크랭크샤프트위치센서(CPS)와 스로틀밸브위치센서(TPS)로부터 감지된 신호를 내장된 엔진제어방식에 따라 상기 전기신호발생수단(ES)에 인가하여 상기 압전액튜에이터(40)의 작동을 제어함으로써, 상기 흡기밸브와 배기밸브의 개폐를 제어하도록 하는 전자제어유니트(ECU)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전액튜에이터를 이용한 엔진의 흡/배기 밸브 개폐장치.
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