KR0144104B1 - 2사이클 엔진의 배기장치 - Google Patents

2사이클 엔진의 배기장치

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KR0144104B1
KR0144104B1 KR1019940031390A KR19940031390A KR0144104B1 KR 0144104 B1 KR0144104 B1 KR 0144104B1 KR 1019940031390 A KR1019940031390 A KR 1019940031390A KR 19940031390 A KR19940031390 A KR 19940031390A KR 0144104 B1 KR0144104 B1 KR 0144104B1
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valve
throttle valve
exhaust pipe
throttle
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미츠오 구사
겐스케 스즈키
히로유키 사사키
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가와모토 노부히코
혼다기켄고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 고속회전시의 출력향상을 위해 배기맥동을 이용하는 2사이클 엔진에 관한 것으로서, 저회전, 저스로틀 밸브의 개도시에 생기기 쉬운 배기중에 대한 탄화수소 배출량 증가를 커다란 출력 저하를 초래하지 않고 감소시킬 수 있는 배기장치를 제공하는 것이다.
또한, 2사이클 엔진(16)의 배기관(22)중에 확경된 밸브실(41)을 형성하고, 스로틀밸브(39)와 연동하여 스로틀 밸브의 개도가 낮을 때 배기통과 면적을 좁히는 교축밸브(24)를 밸브실(41) 내에 배설하고, 교축밸브(24)를 실린더면(21)으로 부터 상기 교축밸브까지의 배기관내 용적의 엔진 배기량에 대한 비율(Kv)이 1Kv 5가 되는 관계를 만족하는 위치에 배설하고, 또 밸브실(41)의 단면적을 상기 단면적의 배기관(22) 단면적에 대한 비율(Ka)이 1.1Ka

Description

2사이클 엔진의 배기장치
제1도는 본 발명에 따른 배기장치를 구비한 스쿠터형 자동2륜차의 측면도,
제2도는 배기관의 교축밸브 부분의 개략 단면도,
제3도는 교축밸브 부분의 외관측면도,
제4도는 제3도의 IV-IV선을 따른 단면도,
제5도는 엔진 근방의 구성을 간략화하여 도시한 대략도,
제6도는 비율(Kv)을 설명하기 위한 설명도,
제7도는 Kv와 HC 저감율의 관계를 도시한 그래프,
제8도는 비(Ka)와 최고출력비의 관계를 도시한 그래프,
제9도는 배기관에 대한 밸브실의 편심량과 최고출력비의 관계를 도시한 그래프,
제10도는 배기관에 대한 밸브실 편심의 각 형태를 도시한 대략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1:차체 프론트부 2:차체후부
3:플로어부 4:차체 프레임
5:시이트 6:핸들
7:스테어링 헤드 8:프론트 포크
9:전륜 10:브래킷
11:링크 12:스윙 유닛
13:후륜 14:차축
15:리어 쿠션 16:엔진
17:연료탱크 18:기화기
19:흡기관 20:에어크리너
21:배기구 22:배기관
23:머플러 24:교축밸브
25:스핀들 26:풀리
27:돌기편 28, 29:스토퍼
30:스프링 31:케이블
32:배기통과부 33:팽창실
34:소음기 35:안내관
36:케이블 접속박스 37:풀리
38:스로틀 케이블 39:스로틀 밸브
40:실린더 41:밸브실
본 발명은 2사이클 엔진의 배기장치에 과한 것으로서, 특히 커다란 출력저하를 초래하지 않고 배기중의 탄화수소를 감소시키기 위한 배기장치에 관한 것이다.
2사이클 엔진에 있어서는 출력을 향상시키기 위해 배기맥동을 이용하는 것이 실행되고 있으며, 피스톤이 하사점을 지나 상승하고, 이어서 소기(掃氣)포트를 닫고, 다음에 배기 포트를 닫을 때, 배기맥동에 의한 정압(正壓)이 배기포트에 생겨서 새 공기의 블로우-바이를 방지하도록 되어 있다.
그러나, 이와 같은 배기맥동과 피스톤 행정의 정합은 엔진의 고회전시에 얻을 수 있도록 설계되어 있으므로, 저회전시에는 이러한 정합성이 사라지며, 소기포트, 배기포트가 닫히는 시기에 부압이 배기포트에 생겨서 새로운 공기의 블로우-바이를 오히려 조장하기 쉬워진다. 특히, 스로틀 밸브 개도가 낮은 경우에는 새로운 공기의 원래의 흡입량도 적으므로, 실화를 일으켜서 부정 연소가 되기 쉬우며, 그 결과 연료소비량이 증대함과 동시에, 배기중에 연소가 안된 탄화수소(이하 HC라고 칭함)가 많이 함유되게 된다.
이와 같은 문제에 대처하기 위해 일본국 실원소60-72925호 공보에 기재된 엔진 출력조절장치에 있어서는, 엔진의 배기홀에 연결된 배기관 도중에 챔버를 설치하고 상기 챔버내 주변에 틈새를 형성한 나비밸브를 회동 가능하게 고정하고, 상기 나비밸브를 스로틀 밸브와 연동시켜 개폐하도록 되어 있다.
그러나, 상기 나비밸브와 같이 배기관중에 배설된 교축밸브에 의해 배기의 배출을 나쁘게 하기 쉬우므로, 배기중에의 HC 배출량을 줄여 배기를 정화하려면 단순히 스로틀 밸브와 연동하는 교축밸브를 배기관중에 배설하는 것 만으로는 충분하지 않다. 즉, 엔진의 배기량마다 배기관의 형상이 다른데다 배기 질량도 다르기 때문이다.
또, 교축밸브에 의해 배기저항이 증가하는 것과, 상기 챔버가 팽창실로서 작용하여 배기관내에 그때부터 반사파가 발생됨으로서 엔진의 출력이 저하된다.
그래서, 본 발명은 배기관중에 있어서 교축밸브의 위치를 적절히 선정함과 동시에, 챔버 즉 교축밸브실의 형상을 적절하게 구성함으로서, 커다란 출력저하를 초래하지 않고 충분한 배기정화효과를 얻을 수 있도록 하고자 한 것이다.
이 때문에, 본 발명에서는 배기관안에 확경된 밸브실을 형성하고, 스로틀 밸브와 연동하여 스로틀 밸브 개도가 낮을 때 배기통과 면적을 좁히는 교축밸브를 상기 밸브실내에 배설한 2사이클 엔진의 배기장치에 있어서, 상기 교축밸브를 실린더면으로 부터 상기 교축밸브 까지의 배기관내 용적의 엔진 배기량에 대한 비율(Kv)이 1Kv 5가 되는 관계를 만족하는 위치에 배설하고, 또, 상기 밸브실의 단면적을 상기 면적의 상기 배기관의 단면적에 대한 비율(Ka)이 1.1Ka 1.35가 되는 관계를 만족하도록 선정한다.
교축밸브를 1Kv 5가 되는 관계를 만족하는 위치에 배설함으로서, 저회전, 저스로틀 밸브 개도에 있어서 배기중인 HC 함유량을 현저하게 저감시킬 수 있으며, 또 밸브실의 단면적을 1.1Ka 1.35가 되는 관계를 만족하도록 선정하면 출력저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
제1도는 발명에 따른 배기장치를 구비한 스쿠터형 자동2륜차의 측면도이다. 차체 프론트부(1)와, 차체 후부(2)가 낮은 플로어부(3)를 통해 연결되어 있으며, 차체의 골격을 이루는 차체 프레임(4)은 차체 프론트부(1)를 하강한 후, 플로어부(3)의 하부를 후방으로 연장하고, 다음에 차체 후부(2)를 상부나 후방으로 연장하고 있다. 차체 후부(2)의 상부에 시이트(5)가 배설되고, 그 전방의 차체 프론트부(1)의 상부에 핸들(6)을 구비한 스터어링 헤드(7)가 배설되어 있다.
차체 프론트부(1)에는 프론트 포크(8)를 통해 전륜(9)이 현가되어 핸들(6)에 의해 조향된다. 또, 차체프레임(4)의 하부 후방에 브래킷(10)이 용착되어서 후방으로 돌출되어 있으며, 상기 브래킷(10)에 링크(11)를 통해 스윙유닛(12)이 상하로 요동 가능하게 지지되고, 상기 스윙유닛(12)의 후단부에 후륜(13)이 차축(14)에 의해 지지되어 있다. 스윙유닛(12)의 후부와 차체프레임(4)의 후방 상부 사이에는 리어쿠션(15)이 끼워져 있다.
스윙유닛(12)의 프론트부에 엔진(16)이 일체로 배설되어 있으며, 스윙유닛(12)내에 배설된 동력전달기구를 통해 후륜(13)이 상기 엔진(16)에 의해 구동된다. 연료탱크(17)는 프로어부(3)의 하부에 차체프레임(4)으로 고정되어 탑재되어 있다.
엔진(16)은 2사이클 엔진으로서, 혼합기는 기화기(18)로 부터 흡기관(19)을 거쳐 상기 엔진의 크랭크실에 공급된다. (20)은 기화기(18)에 도입되는 공기를 정화하는 에어크리너이다. 엔진(16)의 배기구(21)에 저속된 배기관(22)은 스윙유닛(12)의전방을 하부나우측 후방을 향해 우회하고, 차체 우측에 배설된 머플러(23)에 접속되어 있다.
배기관(22)의 길이는 엔진(16)의 고속회전시에 배기맥동을 이용하여 새로운 공기의 블로우-바이를 방지할 수 있도록 선정되어 있다. 즉, 소기 행정의 말기에 있어서 배기맥동에 의한 정압이 배기구(21)에 출현함으로서, 새로운 공기의 블로우-바이가 저지되도록 되어 있다. 그러나, 엔진회전수가 저하되면, 상기와 같은 소기행정과 배기맥동의 정합성이 무너지므로, 소기행정 말기에 배기구(21)에 부압이출현하게 되며, 그 결과 새로운 공기의 블로우-바이는 오히려 조장되어 배기중에 연소가 안된 HC가 배출되게 된다.
그 외에, 스로틀 밸브 개도가 낮은 경우에는 새로운 공기의 원래 흡입량도 적으므로, 실화를 일으켜서 부정연소가 되기쉬우며, 이 때문에 배기중으로의 HC배출량은 점점 증가한다.
그래서, 배기관(22)의 후단부에 교축밸브(24)를 배설하고, 스로틀 밸브의 개도가 낮을 때에는 이 교축밸브(24)를 작동시켜 배기통과 면적을 좁혀서 배기유동에 저항을 주도록 하고 있다. 이와 같이 하면 배기압력이 전반적으로 높아지므로, 소기행정 말기에 배기구(21)에 생기는 부압이 정압으로 바뀌어 새로운 공기의 블로우-바이를 저지한다.
교축밸브(24)는 제2도에 도시한 바와 같이, 배기관(22)의 후단부에 확경되어 배설된 밸브실(41)내에 배설되어 있으며, 배기관(22)은 상기 밸브실(41)을 통해 머플러(23) 전단의 확개부(23a)에 연접되어 있다. 또한, 도면중 점선은 이러한 밸브실(41)을 갖지 않은 통상의 배기관의 확개부(23a)에 대한 접속상태를 나타낸다.
제3도는 밸브실(41)의 외관측면도, 제4도는 제3도의 IV-IV선을 따른 단면도이다. 교축밸브(24)는 밸브실(41)을 옆으로 통과시키는 스핀들(25)에 고정된 나비밸브이다. 스핀들(25)의 일단은 밸브실(41)의 관벽을 관통해서 외측으로 돌출되며, 상기돌출단에 풀리(26)가 고정되어 있다. 풀리(26)는 반경방향 외부로 돌출된 돌출편(27)을 구비하고 있다. 한편, 밸브실(41)의 외부면에 상기 돌출편(27)에 계합하는 스토퍼(28)(29)가 스핀들(25)에 관하여 약 90。의 협각을 이루며 세워져 배설되어 있으며, 돌출편(27)은 이들 스토퍼(28)(29) 사이에 위치하고 있다. 따라서, 풀리(26), 스핀들(25) 및 교축밸브(24)는 돌출편(27)이 스토퍼(28)에 계합하는 위치에서 돌출편(27)이 스토퍼(29)에 계합하는 위치까지 약 90。각도의 범위에서 회동가능하게 되어 있다.
풀리(26)와 밸브실(41) 사이에는 나사스프링(30)이 끼워져있고, 풀리(26)는 이 스프링(30)에 의해 상기 돌출편(27)이 스토퍼(28)에 계합되는 위치(제3도으)를 향해 힘을 가하고 있다. 이 위치에서 교축밸브(24)는 제4도에 도시된 바와 같이, 배기관(22) 및 밸브실(41)의 축선에 대해서 거의 직각이 된다. 단, 교축밸브(24)의 외경은 밸브실(41) 내경보다 작으므로, 밸브실(24)이 교축밸브(24)에 의해 완전히 폐쇄되지는 않으며, 밸브실(41)과 교축밸브(24) 사이에 배기통과부(32)가 남겨진다.
풀리(26)의 외주면에는 케이블(31)이 감겨지고, 그 선단(31a)은 풀리(26)에 계지되어 있다. 다라서, 케이블(31)을 제3도에 화살표 a로 나타낸 바와 같이, 풀리(26)로 부터 되돌려감는 방향으로 잡아당기면 풀리(26)는 스토러(29)에 계합될 때까지 약 90。회전하며, 교축밸브(24)는 배기관(22)의 축선방향을 지향하여 배기관(22)을 완전개방 상태로 한다.
제5도는 상술한 엔진 근방의 구성을 간략화시켜 도시한 개략도이다. 엔진(16)으로 부터 배기관(22)에 배출된 배기는 머플러(23)의 팽창실(33)에서 팽창된 후, 소음기(34)를 거쳐 차체 후방으로 배출된다. 상기 케이블(31)은 고정설치된 안내관(35)(제3도)을 슬라이딩해서 통과한 후, 차체의 적당한 위치에 고정설치된 케이블 접속박스(36)를 향해 연장되어 이것에 연결되어 있다.
케이블 접속박스(36)는 일체로되어 회전하는 풀리(37a)(37b)로 이루어지며, 케이블(31)은 연결점(31b)에서 풀리(37a)에 연결되어 있다. 풀리(37b)에는 핸들(6)에 배설된 도시하지 않은 스로틀 글립과 연동하는 스로틀 케이블(38a)으 타단이 연결점(38c)에서 연결되어 있다. 스로틀 케이블(38a)의 상기 타단부에는 제2의 스로틀 케이블(38b)의 일단이 연결점(38d)에서 연결되어 있으며, 상기 스로틀 케이블(38b)의 타단은 상기 기화기(18)의 스로틀밸브(39)에 연결되어있다.
스로틀 글립을 조작하여 스로틀 케이블(38a)을 화살표 a방향으로 잡아당기면 스로틀 케이블(38b)도 a방향으로 당겨지며, 스로틀밸브(39)를 도면에 실선으로 도시한 바와 같이 높은 개방도로 하므로, 엔진(16)은 고속 회전한다. 스로틀 케이블(38a)의 상기끌어당김에 의해 풀리(37a)는 풀리(37b)와 일체로 도면에서 시계반대방향으로 회동하고, 그 결과케이블(31)도 화살표a방향(이것은 제3도의 화살표 a와 같은 방향이다)으로 당겨지므로, 풀리(26)는 돌출편(27)이 스토퍼(29)에 계합되는 위치로 회동하고, 교축밸브(24)는 제5도에 실선으로 도시한 바와같이 완전 개방 위치를 점하며, 이렇게 해거 배기맥동이 설계대로 효과적으로 이용되어 출력의 향상에 기여한다.
이 상태에서 스로틀 글립을 복귀시키면, 스로틀 케이블(38a)(38b) 및 케이블(31)은 적당히 설계된 리턴 스프링의 작용에 의해 화살표 a와는 반대방향으로 슬라이딩하여, 스로틀밸브(39)를 낮은 개도 위치로 설정함과 동시에, 교축밸브(24)를 교축위치에 설정한다. 제5도에는 이들의 위치를 점선으로 나타내고 있다. 이와 같이 해서 교축밸브(24)는 스로틀밸브(39)와 연동하여 스로틀밸브의 개도가 낮을 때 배기통로 면적을 좁힌다.
상술한 바와 같은 케이블 접속박스(36)를 사용하는 대신에 스로틀 밸브의 개도를 검출하는 스로틀 센서를 배설하고, 상기 센서의 검출치에 따라 서보모터를 통해 교축밸브(24)를 구동하도록 해도 된다.
본 발명자들은 상기와 같은 교축밸브(24)에 의한 저회전, 스로틀밸브의 낮은 개도에 있어서의 HC배출량 저감효과는, 이하에 설명하는 수치 Kv에 의해 크게 좌우된다는 것을 발견해 내었다.
제6도는 배기관(22)과, 이것이 접속되어 있는 엔진(16)의 실린더(40)와, 배기관(22)(본 도면에서는 밸브실(41)을 생략하고 있다)에 배설된 교축밸브(24)를 도시한 개략도이지만, 동 도면에 각각 사선으로 표시되어 있는 바와 같이, 실린더(40)의 배기량(배기관(22)이 다수의 실린더에 접속되어 있을 때에는 그 총배기량)을 C라 하고, 실린더면, 즉 상기 배기구(21)로 부터 교축밸브(24)까지의 배기관내 용적을 D라 했을 때, D의 C에 대한 비율을 Kv라 한다. 즉, Kv=D/CD이다.
제7도는 배기량이 다른 3종류의 엔진에 대해 각각 재기관(22)에 있어서의 교축밸브(24)의 위치, 즉 Kv를 여러 가지로 바꾸어 아이들 운전을 하고, 측정된 배기증의 HC량으로 부터 HC 저감율(정화율), 즉 교축밸브(24)에 의해 저감된 HC량의, 교축밸브(24)를 배설하지 않은 경우의 HC량에 대한 백분율을 구한 결과를, 횡축에 Kv, 종축에 상기 HC 저감율로서 나타낸 그래프로서, 각 엔진에 대한 결과를 각각 E, F, G로 나타내고 있다. 또한 곡선E에 대응하는 엔진의 배기량이 가장 크고, 곡선G에 대응하는 엔진의 배기량이 가장 작다.
제7도에서 알 수 있듯이, HC 저감율은 Kv값에 크게 의존하며, 20% 이상의 양호한 HC저감율을 얻으려면 Kv의 값은 1에서 5가지의 값이어야 한다.
한편, 배기관(22)에 상술한 바와 같은 교축밸브(24)를 배설하면 배기흐름이 교축밸브(24)에 의해 좁혀짐으로서 배기 저항이 증가하고, 또 배기관(22)의 밸브실(41)내에 개구된 부분이 상기 배기관(22)의 개단부가 되어 배기의 압력파가 여기서도 반사되게 되므로, 이러한 이유에 의해 엔진출력이 저하되게 된다.
이것에 관하여 본 발명자들은 상기 출력 저하의 정도는 하기의 수치(Ka)에 의해 크게 좌우된다는 것을 발견해내었다.
Ka는 배기관(22) 단면적(A)에 대한 밸브실(41) 단면적(B)의 비율이며 (제2도 참조), 다음 식에 의해 표시된다.
Ka=B/A
제8도는 상기와 같이 3종류의 엔진에 대해 각각 Ka를 여러 가지로 바꾸어 운전을 하고, 각 운전에서 얻어진 최고출력을 교축밸브(24)를 배설하지 않은 경우에 얻어지는 최고출력에 대한 백분율(최고출력비)로 나타낸 그래프이다.
제8도에서 Ka를 1.1내지 1.35의 범위로선정하면 어떤 엔진에 대해서도 출력 저하율 5% 이내의 양호한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 Kv를 1내지 5의 범위로 선정할 뿐만 아니라, 거기다 Ka를 1.1내지 1.35의 범위로 선정한다.
상기 실시예에서는 제10(a)도에도시된 바와 같이, 배기관(22)의 중심선(C1)과 밸브실(41)의 중심선(C2)를 일치시키고 있으나, 이 경우와 제10(b)도에 도시된 바와같이 밸브실(41)을 e만큼 하부로 편심시킨 경우 및 제10(c)도에 도시된 바와 같이 상부로 편심시킨 경우에 대해 얻어진 최고출력을 비교한 결과를 제9도에 도시하고 있다.
제9도에서 횡좌표는 편심량으로서 중앙의 0점이 중심선(C1)(C2)이 일치할 때이며, 그 좌측에 하부에의 편심량(e)을 마이너스(-)값으로 나타내고, 우측에 상부에의 편심량을 플러스(+)값으로 나타내고 있다.
제9도에서 알 수 있듯이, 밸브실(41)의 중심선(C2)이 배기관(22)의 중심선(C1)에 대해 편심되면 최고출력은 저하되는 경향이 있다. 따라서, 양중심선(C1)(C2)은 일치시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 고속회전시의 출력향상을 위해 배기맥동을 이용하는 2사이클 엔진에 있어서, 저회전, 저스로틀 밸브 개도시에 생기기 쉬운 배기중에 대한 탄화수소 배출량 증가를 커다란 출력저하를 초래하지 않고 감소시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 배기관중에 확경된 밸브실을 형성하고, 스로틀 밸브와 연동하여 스로틀 밸브의 개도가 낮을 때에 배기통과면적을 좁히는 교축밸브를 상기 밸브실 내에 배설한 2사이클 엔진의 배기장치에 있어서, 상기 교축밸브를 실린더면으로 부터 상기 교축밸브까지의 배기관내 용적의 엔진 배기량에 대한 비율(Kv)이 1Kv 5가 되는 관계를 만족하는 위치에 배설하고, 또한 상기 밸브실의 단면적을 상기단면적의 상기 배기관 단면적에 대한 비율(Ka)이 1.1Ka 1.35가 되는 관계를 만족하도록 선정한 것을 특징으로 하는 2사이클 엔진의 배기장치.
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