KR0184523B1 - 지연급기 내연기관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡입파이프(8)내에 밸브를 사용한 지연급기 내연기관에 관한 것이다. 밸브는 각각의 실린더의 흡입행정의 초기 단계 동안은 폐쇄된 채로 유지되고 어떤 시점에서는 신속하게 개방된다. 펄스 효과는 과급을 발생시킨다. 밸브는 전자석(17,18) 에 의해 제어되는 플랩(13,14)이며 비귀환 밸브로서 기능한다.

Description

지연급기 내연 기관

제1도는 흡입다기관을 갖춘 실린더 헤드의 일부분에 대한 단면도.

제2도는 통상의 엔진 밸브시간과 관련하여 플랩밸브 시간을 예시하는 선도.

제3도는 인디케이터 선도

제4도는 지연급기를 가지고저 낮은 회전수 영역에 있게 되는 정도의 변화를 예시하는 선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 흡입 밸브 6 : 흡입 도관

9 : 격벽 10, 11 : 흡입도관 (통로)

12 : 핀 13, 14 : 밸브플랩

17, 18 : 전자석 19, 20 : 막대자석

본 발명은, 각각의 실린더 챔버마다로의 흡입도관내에 배열되어 있으며, 실린더 흡입 밸브 장치의 상류쪽에 위치하며, 각각의 피스톤마다의 흡입 행정의 초기 단계중에 연료-공기 혼합물이 실린더 챔버로 유입되는 것을 방지하기 위헤 닫힘 위치에서 흡입도관을 밀봉하며, 소정의 시점에서 연료- 공기 혼합물이 실린더 챔버내로 자유롭게 유입될 수 있도록 도관을 개방시키기 위해 제어되는 밸브를 포함하는 내연기관에 관한 것이다.

맞추어진 흡입다기관을 가진 흡입공기 시스템을 갖춘 현대식 자동차 엔진은 최적 작동에 대한 비교적 협소한 최적 범위를 갖고 있으며, 이것은 정상구동속력에서의 가장 빈번한 엔진 작동의 R.P.M 범위내에 위치되어야만 한다. 저속의 엔진속력에서 그리고 어느 정도 고속인 엔진 속력에서 조차 최적의 충전도는 충분한 량의 연료-공기 혼합물이 엔진 실린더로 공급되지 않는다는 사실 때문에 얻어질 수 없다. 저속의 엔진속력에서, 엔진효율과 승차감을 흡입다기관에 맞추어져 있는 엔진속력 범위내에서 보다 더 나빠질 것이다.

오랫동안, 주로 저속의 엔진속력, 즉 흡입다기관에 맞추어져 있는 R.P.M보다 더 낮은 R.P.M의 속력에서 엔진의 충전도와 토오크를 증가시키기 위해 소위 지연 급기를 사용하는 것이 알려져왔다. 지연 또는 펄스급기는 흡입다기관내의 밸브의 도움으로 이루어지며, 상기 밸브는 흡입 행정의 초기 단계 중에 닫힘상태로 유지되며, 따라서 실린더 챔버내에 부입이 형성된다. 소정의 시점에서, R.P.M이 낮을 수록 흡입행정에서도 늦어진다는 원리에 따라서, 밸브가 개방되고 연료-공기 혼합물이 실린더로 유입될 수 있게 된다. 따라서 펄스 효과는 엔진 토오크를 증가시키는 과급을 제공한다.

이미 알려져 있는 지연급기 내연기관(DE 3 328 870)에 있어서, 한쌍의 회전가능하게 구동되는 디스크 - 형상밸브 요소의 형태로 되어 있는 밸브장치는 엔진흡입다기관내에 설치되어 있다. 이 디스크는 단위 회전당 한번씩 흡입다기관의 단면을 노출시키는 원주방향으로 뻗은 슬롯을 가지고 있다. 따라서 이 설계는 슬롯의 전방 에지가 단면을 가로질러 이동할 때는 흡입다기관의 유동단면의 점진적인 노출을, 그리고 슬롯의 후방 에지가 단면을 가로질러 이동할 때는 점진적인 닫힘을 제공한다.

일반적으로, 흡입 다기관내의 밸브가 빨리 개방될 수록 펄스효과와 그에 따른 급기는 더 커진다. 본 발명의 목적은 모두에서 기술된 타입의 내연기관에, 주지되어 있는 상기의 밸브장치가 개방될 수 잇는 것보다 더 빠르게 개방될 수 있는 밸브장치를 제공하는 것이며, 이때 이 밸브는 구조가 단순하며 그 밸브시간을 현 엔진속력 및 부하에 정밀하게 적합시키도록 제어될 수 있다.

이것은 밸브가 흡입도관내에 힌지식으로 연결되어 있는 적어도 하나의 밸브플랩을 갖고 있다는 사실에 의하여 본 발명에 따라 달성되며, 상기 밸브 플랩은 전자기 작동 장치와 상호 협동하고 있으며, 이 전자기 전동장치는 활성화된 상태에서 밸브 플랩을 그 닫힘 위치에 유지시킨다.

흡입다기관내에 영구적으로 장착되어 있는 전자석에 의해 발생된 자기장내에 위치되는 그와 같은 밸브 플랩은 저중량으로 만들어질 수 있다. 이것은 어떤 특별한 작동장치와 연결될 필요가 없기 때문에, 이 디자인은 대체로 경량으로 될 뿐만 아니라 단순하고 저렴하게 된다. 저중량은 관성을 조금도 제공하지 않으므로 밸브의 반작용 시간은 짧아진다. 밸브의 전자기 제어는 엔진 점화제어에 사용되는 것과 동일한 제어원리의 사용을 가능하게 하며, 이것은 매우 간단한 방식으로 엔진속력과 부하에 관한 매우 정밀한 밸브 시간의 제어를 달성하는 것을 가능하게 한다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 예를 참고로 더 상세히 설명될 것이다.

제1도에서, 1은 이중오버헤드캠축을 갖춘 내연 기관의 실린더 헤드의 일부을 대체적으로 나타내며, 이 캠축중 하나는 2번으로 표시되어 도시되어 있다. 각각의 캠(3)은 각각의 실린더 챔버(7)로 이끌어지는 흡입도관(6)내의 흡입밸브(5)를 밸브리프터(4)를 통해 제어한다. 흡입파이프(8)는 도시되어 있는 도관(6)에 연결되어 있으며, 이 파이프의 4기통 엔진으로의 흡입다기관의 4개의 지관 중 하나가 될 수 있으며, 나머지 지관들(도시되지 않음)은 상응하는 방식으로 엔진의 나머지 실린더 챔버로의 각각의 흡입도관에 연결되어 있다.

흡입파이프(8)는 격벽(9)에 의해 2개의 통로(10,11)로 나누어진다. 실린더 헤드 부분에 바로 근접한 벽(9)의 끝에서 핀(12)은 여기서는 더 상세히 설명되지 않을 방식으로 장착되어 있다. 핀(12)은 한 쌍의 밸브 플랩(13,14)을 지지하고 있으며 예컨대, 흡입파이프(8)내에 고정될 수 있고, 플랩 (13,14)은 피아노 힌지와 동일한 원리로 핀(12)상에 장착 될 수 있다. 플랩은 그 상호간에 예각을 형성하고 있는 제1도에 도시된 위치에서, 흡입파이프(8) 내의 밸브시트 역활을 하는 플랜지에 대해 밀봉하도록 하는 형상(반원, 반타원 등)을 가지고 있다. 따라서 밸브플랩(13,14)의 제1도에 도시된 위치에서, 플랩(13,14)의 상류쪽의 흡입파이프(8)와 흡입도관(6) 사이의 연이어 통함을 단절된다. 핀(12)은 플랩을 도시된 위치에 유지하려 하는 작은 힘을 가하고 있는 박력(薄力) 헬리컬 스프링(16)을 지지하고 있다. 전자석은 흡입파이프(8)의 외부에 고정되어 있으며, 이것에 의해 자기장이 밸브시트 플랜지(15) 부근의 흡입파이프에 형성된다.

제1도는 개략적으로 또한 예시만을 위해서 2개의 직경상으로 마주하는 전자석(17,18)과 흡입파이프(8) 벽을 관통해서 뻗어있으며 그 내부 끝이 밸브스트 플랜지(15)와 동일한 레벨에 있는 막대자석(19,20)을 도시하고 있다. 전자석(17,18)과 플랜지(15)의 설계에 따라, 자기장은 전자석에 전류가 공급될 때 플랜지(15) 전체 또는 그 일부의 주위에 형성될 수 있다. 플랩(13,14)은 완전하게 또는 일부분만 자성물질로 만들어지며, 이것은 전자기 인력의 영향하에서 전류가 턴온(turn on) 될 때 플랩이 플랜지(15)에 대하여 유지된다는 것를 의미한다.

플랩(13,14)이 닫힌 상태로, 실린더 흡입행정의 초기 단계에서 부압이 실린더 챔버내에 형성되어, 플랩 전체에 걸쳐 압력차가 존재하게 되어서 풀랩상에 개방방향으로 힘이 발생한다. 이것은 이제 원리에 있어서 상이한 2개의 모델에 따라서 개방되도록 제어될 수 있다.

제1모델에 따르면, 신호들이 공급되어 특히 엔진속력 및 부하를 나타내는 제어유니트(여기에서는 더 상세히 도시되지 않음) 로부터 신호에 의해 결정되는 순간에서 전류는 하나의 또는 2개 모두의 전자석에 대하여 끊겨지며 이에 따라 하나의 또는 2개 모두의 플랩이 유동방향과 평행한 위치로 회전이동된다. 밸브가 개방됨에 따른 전류의 순간적인 자극 역전은 자성의 잔류를 피하기 위해 밸브플랩을 탈자화 시킨다. 자극 역전은 또한 반발력을 형성하는데, 이 힘은 매우 신속한 밸브의 개방 반작용에 어느 정도 기여할 수 있다. 제2모델에 따르면, 자석의 인력은 전압 조정기에 의해 제어되며, 밸브플랩은 플랩 전체에 걸친 압력차에 의해 형성된 힘이 자력보다 더 커질 때 개방된다. 전압 조종기에 의해 공급된 전압은 무엇보다도 엔진 속력과 부하에 의해 결정된다.

제2도의 도표는 상기 제1모델에 따라 제어된 배열 상태에서의 배기 및 흡입밸브의 개방 시간과 관련하여 전자석으로의 전압이 턴온될 때를 예시하고 있다. 전류가 끊겨질 때, 전자석은 플랩을 해제하고 이어서 플랩은 개방된다. 엔진 속력에 따라, 해제 시간은 배기 밸브가 완전히 닫힘되어 있을 때의 시간(점선)과 흡입밸브가 2/3가량 개방되어 있을 때의 시간 사이에서 변화된다. 흡입밸브가 완전히 닫힘되어 있을 때 전류는 재공급된다. 흡입부에 부압이 더 이상 존재하지 않기 때문에 박력 스프링(15)의 힘은 밸브플랩(13,14)을 그 닫힘위치에 되돌려 놓는다.

제3도는 인디케이터 선도를 도시하고 있으며, 여기에서 실선의 곡선은 지연급기를 위한 상기의 밸브배열을 갖고 있는 엔진의 도시일을 도시하고 있다. 점선의 곡선은 지연 급기되지 않는 동일한 엔진에서의 도시일을 도시하고 있다. 이 선도는 본 발명의 15%가량의 부가적인 토오크을 제공하는 것을 도시하고 있다. 충전도의 변화는 제 4도에 도표로 도시되어 있다.

상기 엔진은 격벽(9)에 의해서 2개의 밸브플랩(13,14)과 함께 2개의 통로(10,11)로 분리되는 흡입파이프(8)을 갖고 있는데, 이 플랩은 비-귀환밸브로서 기능하도록 또한 배기 및 흡입밸브의 개방단계가 겹치는 동안의 귀환 유동을 방지하도록, 그 닫힘 위치에서 V-형상의 형태를 갖추고 있다. 밸브 플랩은 하나의 또는 2개 모두의 통로를 개방하기 위해 단독으로 또는 동시에 개방될 수 있다.

물론 본 발명은 상기와 같은 배열에만 한정되어 있지는 않다. 대부분의 엔진은 흡입파이프를 2개의 통로로 만드는 격벽이 없어 한개의 실린더 마다 하나의 통로 또는 도관만을 가지고 있다. 그러나 이러한 경우에 있어서도, 상기의 설계 즉, 도관내의 중심에 장착된 핀상에서 힌지식으로 연결되도록 하는 설계에 의한 2개의 밸브플랩이 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 2개의 플랩 모두 항상 동시에 움직인다. 본 발명의 범주내에서, 당연히 단일 힌지식 플랩은 비 귀환 밸브 기능이 제공되어 있는 방식으로 장착되어 사용될 수 있다.

힌지식으로 연결된 플랩 대신에 가요성 재료로 된, 고정적으로 장착되어 있는 플랩이 사용될 수 있으며, 이 밸브는 플랩자체를 구부림으로써 개방된다.

상기 실시예에서, 한개의 실린더 마다 하나의 플랩밸브가 사용되었지만, 하나의 밸브로 여러개의 실린더를 일원화하여 사용하는 것도 또한 가능하다.

밸브가 최대 충전도를 얻기 위해 상기한 것보다 늦게 개방된다면, 연소챔버내의 난류는 증가할 수 있다. 상기 플랩밸브의 배열과 결합하여, 종래의 엔진 흡입밸브는 더 빨리 개방되고 더 늦게 닫힘되도록 허용될 수 있다.

Claims (6)

1. 각각의 실린더 챔버 마다의 흡입도관내에 배열되어 있는 밸브, 실린더 흡입밸브장치의 상류에 위치되며 각각의 피스톤의 흡입행정의 초기 단계 중에 연료-공기 혼합물의 실린더 챔버내로의 유입을 방지하기 위해 그 닫힘위치에서 흡입도관을 밀봉하는 상기 밸브, 소정의 시점에서 도관을 개방하여 연료-공기 혼합물이 실린더 챔버내로 자유롭게 유입될 수 있도록 제어되는 상기 밸브을 포함하고 있는 내연 기관에 있어서, 밸브는 흡입도관(10,11)내에 힌지식으로 연결된 적어도 하나의 밸브플랩을 가지고 있으며, 상기 밸브 플랩은, 활성화된 상태에서 밸브 플랩을 닫힘 위치에 유지 시키는, 전자기 작동 장치(17 내지 20)와 상호 협동작동하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
2. 제1항에 있어서, 밸브플랩(13,14)은 실린더 챔버에 직면하는 측의 압력이 그 대향측에 압력보다 더 높게 닫힘방향으로 작용하도록 하는 한편, 그와 반대로 된 압력차가 개방방향으로 작용하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 밸브플랩(13,14)은 그 닫힘 위치쪽으로 스프링-가압 되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
4. 제2항에 있어서, 플랩(13,14)의 적어도 일부분을 자성재료로 구성되어 있고, 그리고, 전자기 작동장치(17 내지 20)는 흡입도관(10,11) 에 대하여 고정되어 있으며 그리고 활성화 상태에 있을 때 플랩을 닫힘위치에 유지시키기 위해 플랩에 대하여 작용하는 자기장을 형성하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
5. 제1항에 있어서, 밸브는 닫힘위치에서 양방향으로 작용하는 2개의 밸브플랩(13,14)을 가지며, 이 플랩은 흡입도관(10,11)내의 중심에 힌지식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
6. 제5항에 있어서, 흡입도관은 중앙격벽(9)에 의해 분리되어 있는 2개의 통로(10,11)를 가지며, 밸브플랩(13,14)은 격벽의 내부끝에서 공통핀 (12)에 힌지식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.