KR0151492B1 - 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치에 관한 것으로, 특히 흡기의 동적 효과에 의해 출력이 향상되도록 한 엔진의 흡기장치의 개량에 관한 것이다. 본 발명에 의한 스월효과를 이용한 가변흡기 조정장치는, 복수의 기통을 갖춘 다기통 엔진의 흡기장치에 있어서, ECU 제어에 의하여 작동되는 구동장치와, 각 흡기관의 상류에 다수의 베인으로 구성되어 상기 구동장치 의하여 베인이 서로 엇회전하여 각 흡기관을 개폐하는 가변 밸브를 구비하여 구성된다.

Description

스월효과를 이용한 가변흡기조정장치

제1도는 본 발명의 엔진흡기장치의 구성을 도시한 개략도.

제2도는 본 발명에 의한 흡기다기관을 나타내는 사시도.

제3도는 제2도의 평면도.

제4도는 본 발명의 다른 일실시예를 나타내는 사시도.

제5도는 제4도의 평면도.

제6도는 본 발명의 또 다른 일실시예를 나타내는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 본체 10 : 흡기다기관

11: 흡기관 12 : 서어지탱크

13 : 공통흡입통로 14 : 스로틀밸브

20 : 가변밸브 21,22 : 베인

24 : 모터 25 : 중공측

26 : 축 30 : 전환부

31,32 : 베벨기어 33 : 전동기어

본 발명은 스월(Swil)효과를 이용한 가변흡기조정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡기의 동적 효과에 의해 출력이 향상되도록 한 엔진의 흡기장치에 관한 것이다.

일반적으로, 흡기다기관의 경우, 가속시의 응답성을 좋게 하거나 또는 저속시의 원활한 운전을 하기 위해서는 다기관의 다면적이 적어 흡기의 흐름속도가 빠른 것이 사용됨이 바람직하고, 고속 운전시에 큰 출력이 필요할 때는 저항이 적고 단면적이 큰 것이 사용됨이 바람직하다.

따라서, 저속시에는 단면적이 작고 길이가 긴 흡기관이 요구되고, 고속시에는 짧고 단면적이 큰 흡기관 설치가 요망된다.

또한, 흡기밸브의 개폐작동에 의하여 흡기관내에 압력파가 발생하여 흡기관내에서 엔진회전수에 따라 소정의 주파수로 맥동하게 되는 바, 전술한 압력파의 주기와 흡기밸브의 개폐시기를 일치시키면 흡기의 과급효과를 향상시킬 수 있다.

그러나, 흡기의 주파수는 엔진회전수에 비례해서 변화하므로 엔진의 저회전영역에서 효과적인 과급효과를 얻으려면, 길이가 긴 흡기통로가 필요하다. 그러나, 실제로 차량에 탑재되는 엔진의 흡기계는 엔진룸의 스페이스와의 관계로 그 크기가 한정되어 설계된다.

즉, 엔진의 저회전영역에서도 과급효과가 확보될 수 있도록 종래의 엔진의 흡기장치에 있어서는, 흡기개시에 따라 생기는 부압파가 흡기 통로의 상류쪽의 대기 또는 확대실로의 개구끝에서 반사되어 정압파가 되어 흡기구 방향으로 되돌아가는 것을 이용하여 ,상기 정압파가 흡기밸브의 닫히기 직전에 흡기구에 도달하여 흡기가 밀려들어가도록 하므로써 흡기의 관성효과로 충진효율을 높여왔다.

이러한 기술을 이용하려고 할 경우, 흡기통로의 형상이 일정하면 흡기통로에 생기는 압력판의 진동주기와 흡기밸브 개폐주기가 맷칭하여 관성효과가 높아지는 것은 특정속도역에 한한다.

이때문에 일본국 특개소 56-115819호에서 개시된 바와 같이, 엔진의 회전수에 따라 흡기통로의 길이를 변화시킨 것이 있다.

예컨데, 각 기통별로 흡기통로를 상류부에서 두갈래로 분기시켜 긴 통로와 짧은 통로를 형성하여, 이들 통로의 상류끝을 흡기 확대실등에 개구시킴과 동시에 짧은 통로에 개폐밸브를 설치사여, 고속역에서 이 개폐밸브를 개방하므로써 흡기통로의 유효길이를 단축함에 따라 저속역과 고속역에서 각각 흡기의 관성효과를 높이도록 한 흡기장치도 제안되어 있다.

그러나 전술한 장치에 의하면, 저속역에서 고속역 전환시 일정한 과급효과를 얻기가 어려웠으며, 이를 해결하기 위하여 각 기통을 연통하는 통로를 개설하는 등의 별도의 장치가 필요하게 되었다.

이와 같은 장치는 구조가 복잡해지고 장비가 대형화될 수 밖에 없으며, 이를 해결하기 위해 흡기장치를 콤팩트화하는 수단이 구비되어야 한다.

따라서, 전술한 흡기의 관성효과와 장치의 콤팩트화라는 상호 상반된 목적을 흡기관의 형상변경을 통하여 구형하는 것은 일정한 한계가 있게 마련이다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 저속역에서 고속역에 이르는 가능한 어떤 엔진의 회전역에서도 흡기의 관성효과를 일정하게 유지할 수 있는 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 본 발명의 목적은, 복수의 기통을 갖춘 엔진의 흡기장치에 있어서, ECU의 제어에 의하여 작동되는 구동장치, 각 흡기관의 상류에 다수의 베인으로 구성되어 상기 구동장치 의하여 베인이 서로 엇회전하여 각 흡기관을 개폐하는 가변밸브를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치를 제공함에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 가변밸브는, 2개의 반원 형상의 베인임을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 구동장치는, 컨트롤 유니트의 제어에 의하여 구동하는 모터와, 상기 모터와 연결되어 상기 각 가변밸브의 제1베인에 회전력을 전달하는 중공축과, 상기 중공축과 연결되어 중공축의 회전을 역회전으로 바꾸는 전환부와, 상기 전환부와 연결되어 상기 중공축의 중공부를 통하여 상기 각 가변밸브의 제2 베인에 역회전을 전달하는 축을 구비하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 , 바람직하게는 , 상기 전환부는, 하우징과, 상기 중공축과 연결된 제1베벨기어와, 상기 제1베벨기어와 치합된 전동기어와, 상기 전동기어와 치합되고 상기 축과 연결된 제2베벨기어를 구비하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 가변밸브는, 적어도 3개 이상의 베인을 구비하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 구동장치가 구비된 상기 가변밸브가 공통흡입통로 하류의 스로틀밸브에 치환되어 설치됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통하여 상세히 설명한다.

본 발명의 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치는, 흡기관을 통하여 공기 또는 혼합기가 유입되는 모든 엔진에 적용될 수 있다.

제1도 내지 제3도에 도시된 바와 같이, 엔진본체(1)에는 복수개의 실린더(2)가 구비되어 있다.

각 실린더(2)에는 피스톤(3)과 이 피스톤의 상부에 연소실(4)이 형성되어 있으며, 이 연소실에는 상부에 흡입구(5) 및 배기구(6)가 형성되고, 이들 두 흡입구 및 배기구는 각각 소정의 타이밍에서 흡입밸브(7)및 배기밸브(8)에 의해 개폐가능하도록 되어 있다.

상기 엔진본체(1)에 흡기를 공급하는 흡기다기관(10)은, 각 실린더에 대해 설치된 흡입관(11)과 각 흡입관의 상류측단에 접속된 서어지탱크(12)와 상기 서어지탱크의 상류측단에 접속된 공통흡입통로(13)로 구성되며, 흡입관(11)은 흡입구(5)까지 연장되고, 공통흡기통로(13)안에는 가속폐달(ACCELERATOR:미도시)의 운동에 따라 흡기의 양을 조절하는 스로틀밸브(14)와 연료를 분사하는 기화기(미도시)가 각각 설치되어 있다.

본 실시예에서는 기화기가 서어지탱크 상부에 장착되어 있는 구조이나, 흡입관 하류에 인젝터가 구비된 엔진에도 적용된다.

또한, 각 흡기관(11)의 상류에는 가변밸브(20)가 설치되고 각 가변밸브는 2개의 베인(21,22)으로 구성되고, 각 가변밸브(20)를 구동하는 구동장치(23)가 구비되어 ECU(미도시)에 인가되어 엔진의 회전수에 따라 가변밸브(20)의 개폐를 제어한다.

한편, 본 실시예에서는 가변밸브가 2개의 베인으로 구성되었지만, 3개 이상의 베인으로 구성되어도 무관하다.

전술한 구동장치(23)는 회전력이 발생되는 모터(24)가 서어지탱크(12)일측에 형성되고, 모터(24)의 회전을 각 가변밸브의 제1베인(21)에 전달하는 중공축(25)이 설치되며, 중공축(25)과 연결되고 중공축(25)이 회전함에 따라 역으로 회전을 전환하는 전환부(30)가 각 가변밸브(20)의 일측에 형성되고, 전환부(30)와 가변밸브의 제2베인(22)을 연결하는 축(26)이 중공축(25)에 삽입되어 설치된다.

또한, 각 전환부(30)는, 하우징(34)과, 하우징내에 중공축(25)과 연결된 제1베벨기어(31)와, 축(26)과 연결된 제2베벨기어(32)와, 제1베벨기어(31)와 제2베벨기어(32)사이에 양 베벨기어를 치합하는 전동기어(33)가 설치되어 중공축(25)과 전환부(30)에서 전달되는 축(26)과의 회전방향이 반대로 된다.

따라서, 중공축(25)및 축(26)과 연결된 제1 베인(31)및 제2베인(32)은 중공축(25)을 중심으로 엇회전된다.

한편, 제6도에 도시된 바와 같이, 가변밸브가 3개의 베인으로 구성된 것을 나타낸다.

제6도에 도시된 바와 같이, 각 베인(40,40a,40b)에 고정된 축(41,41a,41b)이 설치되고, 축의 일단은 회전가능하게 지지되며, 타단은 피니언(42,42a,42b)이 고정되고, 각 피니언(42,42a,42b)과 치합되는 랙(43)이 베인의 둘레에 설치되며, 랙의 소정위치에 모터(44)에 의하여 구동되며 피니언(45)이 치합되어 피니언(45)이 회전됨에 따라 랙(43)이 회전되고, 랙(43)의 회전에 따라 피니언(42,42a,42b)이 회전되어 각 축(41,41a,41b)이 회전하므로써 각 베인(40,40a,40b)은 소정의 개방면적을 갖는 개방각으로 회전된다.

이하, 이와같이 구성된 본 실시예의 작동 및 효과를 설명한다.

ECU의 제어에 의하여 모터(24)가 구동되면, 모터의 구동력이 중공축(25)을 통하여 전달되어 각 가변밸브의 제1베인(21)이 회전(시계방향)됨과 동시에 전환부(30)에 연결된 제2베인(22)은 역회전(반시계방향)되어 흡기관(11)이 개방되어 서어지탱크(12)내의 흡기가 흡기관(11)으로 유입된다.

따라서, 양베인(21,22)의 엇회전에 따른 가변밸브(20)의 개구면적은 베인의 중심에서 원주방향으로 점차 증가되므로 가변밸브를 통하여 흡기관(11)으로 유입되는 흡기는 흡기관(11)의 중심축을 중심으로 하여 회전하는 스월이 발생되게 된다.

이때, 제2도에 도시된 바와 같이, 베인(21,22)과 흡기관(11)사이로도 흡기가 유입되지만, 전술할 양베인(21,22)의 엇회전에 의한 개구면적을 통하여 유입되는 흡기보다 월등히 적으므로 스월을 일으키는 힘에 편승되어 스월 유동하게 된다.

따라서, 개방각이 적은 저속역에서는 스월량이 많음에 따라 회전이 강력하여 회전유속이 빠르며, 베인의 개방각이 증가됨에 따라 스월량에 감소하나, 흡기관내의 단위시간당 흡기의 통과유량이 증가된다.

따라서, 고속역에 적합하게 흡기관을 굵고 짧게 세팅한 상태에서, 베인의 개방각을 적게하여 가변밸브를 열면 흡기에 스월이 발생됨에 따라 실제적으로 흡기관이 길어지는 효과가 발생된다.

즉, 회전유속이 빠른 흡기가 흡기관의 하류에서 연소실로 유입되며, 전술한 흡기밸브의 개폐로 인한 압력파가 흡기관의 상류로 이동하는 중에 흡기관의 스월에 의해 흡수 분산되어 서어징탱크의 압력이 일정하게 유지되어 타기통의 흡기에 영향을 미치지 않는 등의 흡기관이 저속영역에 세팅한 상태인 단면적이 작고 길이가 긴 흡기관과 같은 것이 된다.

또한, 고속역으로 전환될수록 본래 고속역으로 세팅한 상태로 되는 것이므로 베인의 개방각이 점차 증가되어 가변밸브의 개구면적이 커짐에 의하여 흡기관의 스월량이 감소하지만 연소실로 유입되는 흡기의 양이 증대되는 것이다.

따라서, 저속역에서 고속역에 이르까지 연속적으로 흡기의 충진효과가 일정하게 유지된다.

한편, 흡기관의 상류에 가변밸브가 설치됨에 따라 부압파가 상쇄되어 서어징탱크내의 압력이 일정하게 유지된다.

본 발명의 다른 일실시예를 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

본 실시예는, 제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 공통흡입통로 하류에 설치된 스로틀밸브를 본 발명에 의한 가변밸브로 설치한 것을 관한 것이다 .

전술한 바와 같이, 가변밸브는 2개의 베인을 구성되며, ECU의 제어에 의하여 구동되는 모터가 가변밸브의 일측에 형성되고, 모터의 회전력을 가변밸브에 전달하는 중공축이 설치되고, 중공축의 회전방향을 역으로 전환하는 전환부가 가변밸브의 타측에 설치되고, 전환부의 회전력을 제2베인에 전달하는 축에 중공축의 중공부에 삽입 설치된다.

한편, 전환부의 구성은 전술한 본 발명의 제1실시예와 동일하다.

이하, 이와 같이 구성된 본 실시예의 작동 및 효과를 설명한다.

ECU의 인가에 따라 작동되는 모터의 회전력은 중공축을 통하여 제1베인과 전환를 구동하고, 전환부에 의한 역회전력은 축을 통하여 제2베인에 전달되어 제1베인과 제2베인을 서로 엇회전된다.

따라서, 전술한 바와 같이, 엔진의 출력에 따라 가변밸브를 조정함으로써 서어지탱크로 유입되는 흡기의 스월 발생량을 가감시킬 수 있는 것이다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치에 의하면, 흡기다기관을 고속역에 적합하게 세팅한 상태에서 연소실에 흡입되는 흡기에 스월을 발생시켜 실제로 흡기관의 길이가 변화되는 효과를 발생시킨다.

즉, 저속에서는, 흡기의 유속이 증가되고, 부압파가 감소되어 서어지탱크의 압력이 일정하게 유지되며, 스월에 의하여 흡기밸브등에 누적된 카본이 세척되어 흡배기 효율이 향상된다.

또한, 강한 흡기와류는 연소실에서 흡기의 배합이 증진되어 착화후, 효율적인 화염 전파가 이루어지며, 흡기 효율 증진으로 인한 공연비를 실현함으로써 완전연소가 가능해져서 공해가 감소됨과 아울러 연소효율이 증가되어 경제성 향상을 도모하는 장점이 있다.

또한, 저속역에서 고속역에 이르기까지 토오크 피크(Torque Peak)점이 없는 균일하게 높은 토오크를 얻을 수 있으므로 전체적으로 고출력이 가능하게 되어 저속역에서 고속역에 이르는 전 속도 영역에서 흡기의 동적효과가 발휘되는 특별한 효과가 있다.

Claims (6)

1. 복수의 기통을 갖춘 엔진의 흡기장치에 있어서: 서어지탱크 일측에 ECU의 제어에 의하여 작동되는 구동장치; 및 각 흡기관의 상류에 다수의 베인으로 구성되어 상기 구동장치 의하여 베인이 서로 엇회전하여 각 흡기관을 개폐하는 가변밸브를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가변밸브는, 2개의 반원 형상의 베인을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 구동장치는, 컨트롤 유니트의 제어에 의하여 구동하는 모터; 상기 모터와 연결되어 상기 각 가변밸브의 제1베인에 회전력을 전달하는 중공축; 상기 중공축과 연결되어 중공축의 회전을 역회로 바꾸는 전환부; 및 상기 전화부와 연결되어 상기 중공축의 중공부를 통하여 상기 각 가변밸브의 제2베인에 역회를 전달하는 축을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 전환부는, 하우징; 상기 중공축과 연결돤 제1베벨기어; 상기 제1베벨기어와 치합된 전동기어; 및 상기 정동기어와 치합되고 상기 축과 연결된 제2베벨기어를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 스월효과를 이용한 가변흡기 조정장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 가변밸브는, 적어도 3개 이상의 베인을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치.
6. 제1항내지 제5항에 있어서, 상기 구동장치가 구비된 상기 가변밸브가 공통흡입통로 하류의 스로틀밸브에 치환되어 설치됨을 특징으로 하는 스월효과를 이용한 가변흡기조정장치.