KR0149364B1 - 내연기관의 흡기 스월 발생수단 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DOHC엔진의 두개의 흡기밸브(101,101')중 하나의 흡기밸브(101)에 스월 장치(1)를 설치하고, 중, 저속시 흡기행정이라도 상기 흡기밸브(101)가 열리지 않도록 하여 다른 한 쪽의 흡기 밸브(101')를 통하여 들어오는 혼합기가 내연기관의 연소실(120)내로의 유입될때 불 균형된 상태에 의해 흡입 모멘트가 생겨 스월되는 것으로서, 엔진 회전수와 부하상태에 따라 오일의 경로를 제어하는 솔레노이드 밸브(9)와; 솔레노이드 밸브(9)에 의해 오일을 공급받거나 배출하여 캠샤프트(100) 아래에 장착되어 캠샤프트(100)의 회전에 따라 운동하는 플런저(20)와; 상기 플런저(20)내부에 설치되어 있고 아울러 흡기밸브와 직접적인 연결이 되어있으며 플런저(20)의 하향하는 운동과 상향하는 운동에 따라 운동하여 흡기 밸브(101)의 열고 닫음을 제어하는 피스턴(21)을 포함하여 이루어진 내연기관의 흡기 스월 발생수단이다.

Description

내연기관의 흡기 스월 발생수단

제1도는 본 발명에 의한 흡기 스월 발생 수단의 전체 시스템을 도시한 도면.

제2도는 본 발명의 스월 발생 수단의 측단면도.

제3도는 (a)는 본 발명에 의한 엔진 저속 회전시의 흡기계 작동도이고,

(b)는 본 발명에 의한 엔진 고속회전시의 흡기계 작동도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스월 장치 2 : ECU

9 : 솔레노이드 밸브 20 : 플런저

21 : 피스턴

[산업상 이용분야]

본 발명은 DOHC(Double Over Head Camshaft) 엔진의 중, 저속시 연료를 미립화시켜 연비를 향상시키기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 유압으로 흡기 밸브의 열림을 조절하여 스월(swirl)을 발생시키는 수단에 관한 것이다.

[종래의 기술]

일반적으로 DOHC엔진은 흡, 배기 밸브를 각 실린더에 2개씩 설치하여 흡, 배기 효율을 향상시킴으로써 보다 많은 혼합기를 실린더 내에 공급할 뿐만 아니라 배출토록 하여 기관의 출력을 향상시키고, 특히 성능은 높고 연비는 적은 이상적인 효과를 발휘하여 추월 가속 및 고속주행시 강력한 파워를 발생하도록 하는 바 근래에 이르러 널리 적용되고 있다.

그러나 초창기의 DOHC엔진은 혼합기의 충진 효율을 향상시키기 위해 밸브수를 늘리고, 가속에 따른 쓰로틀 개도의 향상으로 성능을 향상시키는 것이 주된 요인으로 되어 있기 때문에 배기 가스의 강화 규제를 만족시키지 못할 뿐만 아니라 연비향상을 기대할 수 없게 되며, 흡 배기 밸브의 상호 경사 각도가 크고 혼합기의 흐름 손실 측면만 강조한 연소실 및 흡기 포트에 있어서, 특히 저속 연역(2500rpm이하)의 경우 유입되는 혼합기의 속도가 인젝터가 설치된 흡기 포트의 위치에서 저하됨에 따라 연료의 무화상태가 나쁘고, 난류강도가 미약한 점이 대두되게 된다.

따라서 이러한 문제점을 개선하기 위하여 연료를 와류시킴으로써 혼합기류에 운동에너지를 발생시켜 연료의 미립화를 촉진시키는 방법이 제안되어 왔다.

종래에는 이러한 스월 방법에는 두가지가 있는데, 그중 하나의 방법은 흡기 포트 중 하나에 헬리컬 홈을 형성하여 들어오는 혼합기를 나선 유동시킴으로써, 혼합기를 와류상태로 만들고, 다른 하나의 방법은 두개의 흡기 포트중 하나의 포트를 제어밸브로 폐쇄시킴으로써, 연소실로 흡입되는 연료에 모멘트를 발생시켜 와류시키는 방법이다.

그리고 근래에는 상기 두개의 방법을 조합하여 두개의 흡기관중 하나에는 헬리컬 포트를 형성하고 다른 하나에는 제어밸브를 장착하여 혼합기를 헬리컬 포트를 형성하는 쪽으로 유도하는 방법도 있다.

[본 발명이 해결하고자 하는 문제점]

상기한 바와 같은 방법은 비록 연소실로 유입되는 혼합기 스월의 효과는 있으나, 흡기관 내에 헬리컬 홈을 형성시키거나 흡기관 내에 제어밸브를 설치하는 등의 제작상의 어려움이 많아 제작단가가 높을 뿐만 아니라, 설치 및 정비의 난점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 솔레노이드 밸브에 의해 선택되는 오일의 흐름양과 흐름방향에 의해 작동하는 스월장치를 흡기관 외부에 설치하여 흡기밸브의 여닫음을 제어함으로써, 제작 공정이 용이하고, 아울러 제작단가가 낮으며, 설치 및 정비의 효율을 높일 수 있는 내연기관의 흡기스월 발생 수단을 제공하는 데에 있다.

[종래의 문제점을 해결하고자 하는 수단]

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 엔진의 고, 중, 저속을 감지하는 ECU에 의해 전기적 신호를 받아 오일의 흐름방향과 흐름양을 선택적으로 제어하는 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브에 의해 제어되는 오일을 흡입하거나 배출하며 캠샤프트의 회전에 따라 상하운동하는 플런저와, 상기 플런저내에 위치하며 오일의 유입과 배출에 의한 직접적인 영향을 받아 흡기밸브의 열림과 닫힘을 주도하는 피스턴으로 이루어진 스월장치를 포함하여 이루어진 내연기관의 흡기 스월 발생수단을 특징으로 한다.

[작용]

본 발명에 의하면, 엔진의 회전수와 엔진의 부하를 검출하는 센서로 부터 입력된 신호를 ECU에서 변환하여 시그널 출력단자에서 전기적인 신호를 솔레노이드 밸브에 전달하여 솔레노이드 밸브로 하여금 오일의 출력 상태를 선택할 수 있도록 한 것이다.

즉, 중, 저속일 경우, 흡기행정시에 흡기 밸브를 열기 위하여 캠의 회전에 따른 미는 힘을 차단 또는 작게시켜 스월 장치가 장착되어 있는 흡기 밸브로 연소실로 유입되는 혼합기 유량을 스월 장치가 장착되지 않은 다른 흡기밸브를 통하여 들어오는 혼합기 유량보다 작게하여 연소실내에서 혼합기의 유입 모멘트를 발생시킴으로써, 혼합기를 와류시킨다.

[실시예]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 흡기 스월장치의 시스템을 도입한 것이고, 제2도는 본 발명에 의한 흡기 스월 장치의 측단면도를 도시한 것으로서, 부호 1은 스월 장치를 지칭한다.

ECU(2)는 엔진 회전수 센서(3)에서 인가되는 신호를 판단하여 그 신호에 의해 적정 동작을 하게 되어진다.

즉, 엔진 회전수 센서(3)가 동작하지 않아 아무런 신호가 출력되지 않을 경우에는 자동차의 전원 상태가 오프된 것으로 판단하여 동작을 종료한다.

그러나 엔진이 동작되고 있을 때, 엔진 회전수 센서(3)에 정상적으로 동작에 필요한 전원이 인가되어 ECU(2)는 엔진의 상태를 판단하기 위하여 엔진 회전수 센서(3)와 부하 센서(4)에서 인가되는 신호를 검출하여 현재 동작중의 엔진의 상태를 판단하게 되며, 부하의 크기와 엔진의 회전수에 따라 연비를 향상시킬 수 있는 가장 적절한 와류현상을 발생시킬 수 있도록 엔진의 운전 영역을 고, 중, 저영역으로 나누고 적절신호를 솔레노이드 밸브(9)로 내보낸다.

따라서 솔레노이드 밸브(9)는 엔진오일을 스월 장치(1)내로 유량을 조절하여 주입하거나 리턴 파이프(10)를 통하여 다시 엔진 오일 탱크(5)으로 보내어진다.

도면에서 설명하지 않은 부호 6은 오일 펌프이고, 7은 유압 조절 밸브이다.

본 발명의 스월 발생 수단은 이러한 제어시스템을 포함하고 있는데, 스월 장치(1)는 캠샤프트(100)와 흡기밸브(101)의 팁(tip)(102) 사이에 위치하여 상기 캠샤프트(100)의 회전에 따라 상하운동하고 상기 솔레노이드 밸브(9)로 부터 엔진 오일을 받거나 또는 솔레노이드 밸브(9)로 오일을 내보내는 플런저(20)와, 유입되거나 배출되는 오일에 의하여 플런저 내에서의 위치변화를 하고 흡기밸브(101)를 열거나 닫게하는 피스턴(21)으로 이루어져 있다.

상기 플런저(20)는 원통형으로서, 측벽의 소정의 위치에 오일유입구(22)을 형성하여 실린더 헤드의 오일 통로(111)로 부터 오일을 제공받으며, 내측벽면에는 피스턴(21)의 플런저(20) 내부에서의 위치 변화를 오일 유입구(22)의 아래로 한정시키기 위한 스토퍼(23)가 형성되어 있다.

그리고 플런저(20)가 캠샤프트(100)의 회전에 따른 일정한 상하운동을 하게 하기 위한 것으로서, 실린더 헤드의 플런저 가이드(200)가 있는데, 이는 플런저의 오일유입구(22)이 형성되어 있는 플런저(20)면을 지지하는 부위에 오일 통로(111)와 연통되어 있는 오일 챔버(112)가 형성도어 있어서, 플런저(20)의 상하 운동에도 플런저(20)에 오일을 공급하거나 받을 수 있도록 할 수 있도록 하였다.

그리고 상기 플런저(20)안에 장착되는 피스턴(21)은 상기 플런저(20) 내경과 같은 외경을 갖는 원판형으로 플런저(20) 내벽과 기밀을 유지하게 된다.

또한 피스턴(21)은 흡기밸브(101)와 직접적으로 연동할 수 있도록 연결되어 동작하며, 따라서 밸브 팁(102)과 접하는 장소에는 상기 밸브 팁(102)의 형상과 대응되는 형상의 결착홈(26)이 형성되어 있으므로 밸브의 팁(102)과 맞물려 장착하여 밸브운동을 일정방향으로 안정시키도록 하였고 밸브의 열고닫음의 상하 운동중에 이탈을 방지토록 하였다.

그리고 상기 플런저(20)의 하판(24)은 밸브가 상기 피스턴(21)에서 연장할 수 있도록 밸브 스템(103)이 통과하는 구멍(25)이 뚫여져 있으며 용접등의 수단으로 상기 플런저(20)의 하단부와 일체화되며, 그 하부에는 밸브 스프링(110)이 장착되어 있어 플런저(20)의 상향운동을 돕는다.

이러한 구성을 하고 있는 본 발명에서는 캠의 회전에 따라 플런저(20)가 상하운동을 하는 것으로서, 제2도는 흡기 밸브가 닫히는 압축행정시의 작동 상태를 측단면도로 도시한 것으로 캠샤프트(100)의 플런저의 상면(19)과 접하는 부위가 캠샤프트의 회전에 의해 로브(99)면을 지나므로써 밸브스프링(110)의 팽창으로 플런저(20)가 상승하는 상태를 보여주고 있으며, 이때 피스턴(21)은 유압의 영향을 받지 않는다.

제3도는 본 발명의 작동상태를 도시한 것으로 (a)는 엔진이 저, 종속으로 회전하여 흡기 수월을 발생시키는 작동 상태를 나타낸다.

저속시 솔레노이드 밸브(9)는 리턴 파이프(10)를 통하여 오일을 오일탱크(5)로 보내고, 중속시 오일을 일부는 리턴 파이프(10)로 일부는 플런저(20)로 유입시키게 된다.

저속시의 흡기행정에서 캠샤프트(100)가 회전하면서 플런저(20)를 아래로 밀게 되는데, 이때의 플런저(20)내의 피스턴(21)의 윗부분의 오일은 플런저(20)와 피스턴(21)의 압축으로 오일 통로(111)를 통하여 빠른 속도로 드레인되어 캠샤프트(100)이 회전에 의해 플런저(20)가 하향 운동 하더라도 피스턴(21)에 가해지는 오일압이 없으므로 자연히 흡기밸브(101)가 열리지 않는다.

그리고 중속시에는 플런저(20)내의 오일의 배출속도를 작게하여 캠샤프트(100)의 흡기회전에 의해 플런저(20)내부에 오일이 피스턴(21)에 작은 힘으로 작용함으로써 흡기 밸브는 작게 열려 연소실(120)로 혼합기를 작은 유량으로 보낸다.

따라서 저, 중속의 흡기 행정시, 스월 장치(1)를 설치한 흡기밸브(101)은 스월장치를 설치하지 않은 다른 흡기밸브(101')보다 작은 유량의 혼합기를 연소실(120) 내로 유입시킴으로써, 흐름 모멘트를 발생시켜 스월 상태로 만든다.

그리고 저속시, 스월장치(1)가 장착 되어 있는 흡기밸브(101)는 플런저(20)내의 오일이 빠져나가 압력발생을 못한다 하더라도 피스턴의 높이를 최소한 밸브가 1㎜ 정도 리프트되도록 설계하여 연료가 밸브헤드(112)에 퇴적되는 것을 방지한다.

고속시의 상태는 제3도의 (b)에 도시한 것으로, 각 센서(3,4)에 의해 감지되어 ECU(2)에 의해 전기적인 신호로 변환되고 출력단자에 의해 솔레노이드 밸브(9)로 출력됨으로써, 오일은 오일 통로(111)를 통하여 오일챔버(112)를 거쳐 플런저(20)의 오일유입구(22)으로 해서 상기 플런저(20)의 내부로 들어오게 된다.

상기 플런저(20)내에는 오일이 충만하게 되어 흡기행정이 시작될 때, 캠샤프트(100)는 회전하여 플런저(20)을 하향으로 이동시키게 되고 플런저(20) 내부에 충만되어 있는 오일은 플런저(20)의 하향힘을 받아 피스턴(21)을 밀어줌으로써, 상기 피스턴(21)은 상기 플런저(20)를 따라 하향운동하게 된다.

따라서 상기 피스턴(21)의 하향운동을 받은 흡기밸브(101)는 열리게 되어 도시한 바와 같이 혼합기는 정상적인 흐름을 하며 연소실(120) 내로 흐르게 된다.

[효과]

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 스월 장치는, 흡기관 외부의 소정의 위치에 장착함과 아울러 중, 저속시 흡기밸브를 닫히게 하여 연료를 와류시킴으로써 미립화시켜 완전 연소하여 DOHC엔진의 사각지대라 할 수 있는 저, 중속시를 보완하고, 구조가 간단하고 설치가 용이하여 제작단가를 저렴하게 할 수 있을 뿐만 아니라 정비효율을 높일 수 있다.

Claims (4)

1. 엔진 회전수와 부하상태에 따라 ECU(2)의 변환된 신호를 받아 오일의 유량을 제어하고 오일 경로를 제어하는 솔레노이드 밸브(9)와; 흡기관 외부에 설치되어 있으며 캠샤프트(100)와 상기 솔레노이드 밸브(9)로부터 제어되는 오일에 의해 작동하여 흡기 밸브(101)를 여닫음으로써 혼합기 스월 발생을 제어하는 스월 장치(1)를 포함하여 이루어진 내연기관의 흡기 스월 발생 수단.
2. 제1항에 있어서, 스월장치(1)는 캠샤프트(100) 아래에 장착되어 캠샤프트(100)의 회전에 따라 상하 운동하며, 솔레노이드 밸브(9)로 부터 오일을 공급 받거나 배출하는 플런저(20)와; 상기 플런저(20)내부에 설치되어 있고 아울러 흡기밸브와 직접적인 연결이 되어있으며 플런저(20)의 하향하는 운동과 상향하는 운동에 따라 운동하여 흡기 밸브(101)의 열고 닫음을 제어하는 피스턴(21)을 포함하여 이루어진 내연기관의 흡기 스월 발생 수단.
3. 제2항에 있어서, 플런저(20)는 상하 왕복 운동시에 실린더 헤드의 오일통로(111)로부터 오일을 공급받거나 배출하는 오일유입구(22)와; 상기 오일유입구(22) 하측에 형성되어 피스턴(21)의 플런저(20)내부에서의 위치변위를 오일유입구(22) 하부로 한정시키는 스토퍼(23)를 포함하여 이루어진 내연기관의 흡기 스월 발생 수단.
4. 제2항에 있어서, 피스턴(21)은 하단에 흡기 밸브(101)가 상하운동중 이탈하는 것을 방지하기 위하여 흡기밸브의 팁(102)과 상응하는 모양의 결착홈(26)이 형성되어 있는 것을 특징으로하는 내연기관의 흡기 스월 발생수단.