KR100200111B1 - 내연기관의 흡기 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡기의 맥동효과를 전회전 영역에서 얻을 수 있도록 하여 전 영역에서의 부조화를 해결하고, 충진효율 향상으로 성능향상과 연비를 향상시킬 목적으로;

통상의 내연기관의 흡기계통에 있어서, 서어지 탱크로부터 2개의 관으로 분기되어 길이를 달리하여 길고, 짧게 인출되는 저, 고속용 흡기관과; 상기 저, 고속용 흡기관이 만나는 부위에 체적이 크게 증대될 수 있도록 형성되어 하나의 포트로서 실린더 헤드의 연소실과 연통되는 팽창실과; 상기 저, 고속용 흡기관의 출구측 팽창실에 배치되어 상기 저, 고속용 흡기관의 흐름상태를 제어하거나 또는 어느 하나의 흡기관을 기관의 회전속도에 따라 선택적으로 개폐할 수 있는 흡기 조절수단을 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기장치를 제공한다.

Description

내연기관의 흡기 제어장치 및 그 방법

제1도는 본 발명에 적용되는 흡기 조절수단의 사시도.

제2도는 본 발명에 의한 흡기 조절수단이 적용된 상태의 측면도.

제3도는 저속 운전 영역에서의 흡기 조절밸브 작동과 이에 따른 흡기의 흐름상태도.

제4도는 고속 운전 영역에서의 흡기 조절밸브 작동과 이에 따른 흡기의 흐름상태도.

제5도는 본 발명의 제어부에 적응되는 감지부의 블록도.

제6도는 본 발명 장치를 제어하기 위한 제어부의 작동 흐름도이다.

본 발명은 내연기관의 흡기 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기의 맥동효과를 전회전 영역에서 얻을 수 있도록 하여 전 영역에서의 부조화를 해결하고, 충진효율 향상으로 성능향상과 연비를 향상시킬 수 있는 내연기관의 흡기 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

내연기관의 대표적인 예로 들 수 있는 자동차 엔진은 최근 자동차의 고성능화 추세에 따라 높은 출력을 얻을 수 있는 고성능 엔진으로 설계되고 있다.

이러한 고성능 엔진의 경우에는 1개의 실린더당 2개의 흡기관을 장착하고 있는데, 이중 하나의 흡기관은 고속 영역에서만 공기를 흐르게 하고, 다른 하나의 흡기관은 모든 영역에서 공기가 흐르도록 하고 있다.

이에 따라 저속에서는 길이가 긴 흡기관을 통해 신기가 유입될 수 있도록 하여 맥동효과를 높힘으로써, 충진효율을 증대시키고, 고속에서는 길이가 짧은 흡기관을 통해 유입되도록 하여 흡기저항을 줄이고 신속하게 유입될 수 있도록 하여 높은 출력을 얻을 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기와 같은 종래 흡기 제어장치에 있어서는 저속 영역에서 고속용 흡기관을 완전 폐쇄하게 되는 바, 저속 영역에서 갑작스런 흡기량의 변화에 따른 엔진의 부조화가 발생되고, 또한 흡기의 관성을 이용할 수 없기 때문에 높은 충진 효율을 기대할 수 없다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 흡기의 맥동효과를 전회전 영역에서 얻을 수 있도록 하여 전 영역에서의 부조화를 해결하고, 충진효율 향상으로 성능향상과 연비를 향상시킬 수 있는 내연기관의 흡기 제어장치 및 그 방법을 제공하려는 것이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 통상의 내연기관의 흡기계통에 있어서,

서어지 탱크로부터 2개의 관으로 분기되어 길이를 달리하여 길고, 짧게 인출되는 저, 고속용 흡기관과;

상기 저, 고속용 흡기관이 만나는 부위에 체적이 크게 증대될 수 있도록 형성되어 하나의 포트로서 실린더 헤드의 연소실과 연통되는 팽창실과;

상기 저, 고속용 흡기관의 출구측 팽창실에 배치되어 상기 저, 고속용 흡기관의 흐름상태를 제어하거나 또는 어느 하나의 흡기관을 기관의 회전속도에 따라 선택적으로 개폐할 수 있는 흡기 조절수단을 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기장치를 제공한다.

또한, 엔진의 시동으로 동작에 필요한 전원이 공급되면, 전자 제어유닛의 동작이 시작되는 시작 단계와;

차속 감지부와 엔진 회전수 감지부와 스로틀 밸브 개도 감지부에서 인가되는 감지 신호를 판독하여 현재 엔진의 작동 여부를 판단하는 엔진 정지 확인 단계와;

상기 엔진 정지 확인 단계에서 엔진이 정지하지 않았다고 판단되었을 때, 차속 감지부에서 인가되는 신호에 의해 판단된 자동차의 주행속도를 설정속도와 비교 판단하는 단계와;

상기 주행속도 판단 단계에서 저속 주행 상태로 판단되었을 때, 고속용 흡기관을 폐쇄하는 고속용 흡기관 폐쇄단계와;

상기 주행속도 판단 단계에서 고속 주행 상태로 판단되었을 때, 차량의 주행속도가 설정속도를 경과하는 경과시간을 체크한 후, 이미 설정되어 있는 설정 시간과 비교 판단하는 경과시간 판단단계와;

상기 경과시간 판단 단계에 의하여 차량의 주행속도가 설정 속도를 이상으로 주행하여 주행시간이 설정시간을 경과할 경우에 스로틀 밸브 개도 감지부에서 인가되는 신호와 이미 설정되어 있는 데이타를 이용하여 엔진에 작용하는 부하정도를 판단하는 고부하 영역 판단단계와;

상기 고부하 영역 판단단계에서 엔진의 부하 정도가 고부하 상태로 판단되었을 때, 저속용 흡기관을 폐쇄하는 단계와;

상기 고부하 영역 판단단계에서 엔진의 부하 정도가 저부하 상태로 판단되었을 때, 고속용 흡기관을 폐쇄하는 단계와;

상기 저, 고속용 흡기관 폐쇄단계에서는 처음단계로 넘어가도록 이루어지는 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 제어방법을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도 및 제2도는 본 발명에 적용되는 흡기 조절수단의 사시도 및 이의 흡기 조절수단이 적용된 상태의 측면도로서, 부호 2은 흡기 조절수단의 전체를 총칭한다.

상기 흡기 조절수단(2)은 제2도에서와 같이, 서어지 탱크(4)로부터 인출되는 2개의 저, 고속용 흡기관(6)(8)이 만나는 부위에 형성되는 팽창실(10)의 입구측에 배치되어 선택적으로 상기 저, 고속용 흡기관(6)(8)를 개방/폐쇄하는 동작을 하게 된다.

상기에서 저속용 흡기관(6)은 고속용 흡기관(6)의 길이 보다 비교적 길게 형성되어 흡기에 맥동효과를 줌으로써, 흡기 충진 효율을 증대시킬 수 있도록 형성된다.

그리고 상기 고속용 흡기관(8)은 비교적 길이가 짧고 내경이 저속용 흡기관(6)에 비하여 크게 형성됨으로서, 흡기 유입에 대한 흐름저항을 최소화 할 수 있도록 형성된다.

또한, 상기 저, 고속용 흡기관(6)(8)이 만나는 하류측에 마련된 팽창실(10)은 각 실린더 마다 연통 설치되어 있으며, 이의 내부 체척을 크게함으로써, 흡기의 관성, 공명효과에 의한 압력파의 과급효과로 충진효율을 증가시킬 때 빠른 응답성을 얻기 위함이다.

즉, 상기 관성, 공명에 의한 압력파의 과급 효과는 각 실린더의 흡기밸브가 열렸을 때 흡기포트에서 발생되는 부압파를 음속으로 상류의 서어지 탱크(4)로 보내어 여기서 부압파를 정압파로 반전시켜 다시 하류를 향해 복귀시킴으로써, 흡기밸브가 닫히기 전에 흡기포트에 도달하면서 흡기를 연소실내로 밀어넣어 충진 효율을 높힘을 말하는 것이다.

이때, 팽창실(10)은 저속시에는 저속용 흡기관(6)을 통하고, 고속시에는 고속용 흡기관(8)을 통하여 압력파의 과급효과를 돕게 되는 것이다.

그리고 상기 저, 고속용 흡기관(6)(8)을 선택적으로 개폐시키는 흡기 조절수단(2)은 제1도에서와 같이, 일측으로 구동원인 스탭모터(12)가 장착되는 회전축(14)과; 실린더수에 따라 상기 회전축(14)상에 등간격으로 배치되어 이의 회전 방향에 따라 상기 흡기관(6)(8)의 팽창실(10) 입구부를 선택적으로 개폐하는 복수개의 밸브판(16)과; 상기 회전축(14)의 타단에 배치되어 연결부재(18)로 미도시한 스로틀 밸브와 연결되는 회전체(20)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 스탭모터(12)는 엔진의 회전수 및 차속, 그리고 스로틀 개도각에 따른 전자 제어유닛의 제어에 의하여 정역회전 하면서 상기 회전축(14)을 정, 역회전시키게 되며, 회전축(14)은 양 흡기관(6)(8)의 팽창실(10) 입구부 사이를 관통한 상태에서 각 실린더의 흡기로를 제어하는 상기 밸브판(16)을 지지하게 된다.

그리고 상기 밸브판(16)은 그의 일측부분이 상기 회전축(14)에 고정이 이루어지며, 이의 크기는 흡기관(6)(9)의 출구부를 막아줄 수 있으면 족하고, 그의 중앙부에는 소정 크기의 통공(22)이 형성된다.

상기 통공(22)은 밸브판(16)이 어느 흡기관(6)(8)을 선택적으로 폐쇄하였을 때, 이의 폐쇄되는 흡기관의 완전 폐쇄를 방지함으로써, 흡기밸브의 작동에 따른 신기의 끊김이나 갑작스런 유량 증감을 최소화하고, 지속적인 맥동효과로 엔진의 부조화 현상을 방지하기 위함이다.

또한, 상기 팽창실(10)에서 저속시에는 저속용 흡기관(6)을 통하고, 고속시에는 고속용 흡기관(8)을 통하여 압력파의 과급효과를 도울 수 있는 것은 이의 통공(22)에 의한 압력파의 전달이 이루어지기 때문이다.

따라서, 제1 관성, 공명효과는 팽창실(10)에서 얻을 수 있고, 제2 관성, 공명 효과는 밸브판(16)에 형성되는 통공을 통해 얻을 수 있는 바, 결과적으로는 흡기의 충진효율을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 회전체(20)는 스로틀 밸브를 연동시키기 위한 것으로서, 이의 외주측에는 스로틀 밸브와 연결되는 연결부재(18)의 일측단이 연결되는데, 이의 회전체(20)는 회전축(14)과 회전 간섭이 없도록 리턴 스프링(24)을 개재시켜 연결된다.

이에 따라 회전축(14)이 소정각 이상으로 회전이 이루어질 때 만 회전체(20)의 회전이 이루어지게 되며, 또한, 상기와는 반대로 가속페달의 작동에 의한 스로틀 밸브의 구동시에는 회전축의 회전은 이루어지지 않는다.

제3도는 저속 영역에서의 흡기 조절수단(2)의 작동 상태를 도시한 것으로서, 저속 영역에서는 스탭모터(12)가 전자 제어유닛의 제어에 따라 밸브판(16)을 작동시켜 고속용 흡기관(8)의 출구부를 폐쇄하게 된다.

그러면 서어지 탱크(4)로부터 유입되는 흡기는 저속용 흡기관(6)를 통해 유입이 이루어지게 되는데, 이때 고속용 흡기관(8)은 밸브판(16)의 통공(22)에 의하여 작은 개구면적으로 개구됨으로써, 이의 통공(22)을 통해 흡기가 유입된다.

그리고 제4도는 고속 영역에서의 흡기 조절수단(2)의 작동상태를 도시한 것으로서, 이의 고속 영역에서는 상기와는 반대로 스탭모터(12)가 전자 제어유닛의 제어에 따라 밸브판(16)을 작동시켜 저속용 흡기관(6)의 출구부를 폐쇄하게 된다.

그러면 서어지 탱크(4)로부터 유입되는 흡기는 고속용 흡기관(8)를 통해 유입이 이루어지게 되는데, 이때 저속용 흡기관(6)은 밸브판(16)의 통공(22)에 의하여 작은 개구면적으로 개구됨으로써, 이의 통공(22)을 통해 흡기가 유입된다.

이러한 작동과정에서 통공(22)은 갑작스런 흡기의 변화를 감소시키고 계속적인 맥동효과를 얻어 엔진의 부조화 현상을 제거하고, 흡기의 관성, 공명효과에 의한 압력파 과급을 얻어 충진 효과를 증대시키게 된다.

그리고 팽창실(10)에서는 상기 압력파 과급의 응답성을 빠르게함으로써, 충진효율이 최대화 될 수 있도록 한다.

이에 따라 전영역에서 엔진의 출력이 크게 향상되고, 연비를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

제5도는 본 발명 장치를 제어부에 적용되어 차량의 운전상태를 감지하는 감지부의 블록도로서, 흡기 조절수단(2)의 스탭모터(12)를 제어하는 전자제어유닛(30)은 차속센서로 이루어지는 차속 감지부(32)와 크랭크 포지션 센서로 이루어지는 엔진 회전수 감지부(34)와 스로틀 포지션 밸브로 이루어지는 스로틀 밸브 개도 감지부(36)에서 인가되는 감지 신호를 판독하여 현재 차량의 운전상태를 판단하게 된다.

제6도는 상기의 감지부로부터 입력되는 신호에 따라 본 발명에 적용되는 흡기 조절수단(2)의 제어방법을 설명하기 위한 작동 흐름도를 나타낸것으로서, 먼저, 엔진의 시동으로 동작에 필요한 전원이 공급되면, 전자 제어유닛(30)은 동작을 시작하여(40), 차속 감지부(32)와 엔진 회전수 감지부(34)와 스로틀 밸브 개도 감지부(36)에서 인가되는 감지 신호를 판독하여(42) 현재 차량의 운전상태를 판단한다.

이와 같이 인가되는 감지신호를 판독하여 차량의 운전상태가 판단되면, 전자 제어유닛(30)은 엔진 회전수 감지부(34)에서 인가되는 신호를 이용하여 현재 엔진의 동작 상태가 정지 상태인지를 판단한다(44).

상기 엔진 회전수 감지부(34)는 엔진의 동작에 따라 회전상태가 가변되는 크랭크 축의 회전 속도에 따라 출력 신호의 상태가 가변되는데, 이때 이의 신호에 의해 판단된 엔진의 회전속도가 0일 경우에는 엔진의 상태를 정지 상태로 판단한다.

이에 따라 전자 제어유닛(30)에서는 엔진 회전수가 0으로 현재 판단되면 엔진의 동작이 정지 상태인 것으로 판단하여 별도의 제어동작을 실행하지 않고 동작을 종료한다.

그러나 차량의 운전에 따라 엔진이 동작하고 있을 경우에, 전자 제어유닛(30)은 차속 감지부(32)에서 인가되는 신호에 의해 판단된 자동차의 주행속도를 설정속도와 비교 판단한다.

상기에서 설정속도는 여러 가지로 설정할 수 있겠으나 본 발명에서는 차량이 50Km/h 이하이면 저속, 50Km/h 이상이면 고속으로 판단될 수 있도록 하였다.

이와 같은 비교값이 차량의 주행속도가 설정속도 보다 작을 경우에는 현재 차량의 주행상태를 저속 상태로 판단하여 저속 주행상태에 알맞게 흡기를 제어하기 위하여 흡기 조절수단(2)을 구동시키게 된다.

이에 따라 전자 제어유닛(30)은 밸브판(16)이 고속용 흡기관(8)을 닫을 수 있도록 스탭모터(12)를 역회전(또는 정회전)시키기 위한 구동신호를 스탭모터(12)로 출력한다(48).

그러나 자동차의 주행속도가 설정속도 보다 클 경우에는 전자 제어유닛(30)에서는 차량의 주행속도가 설정속도를 경과하는 경과시간을 체크한 후(50), 이미 설정되어 있는 설정 시간과 비교 판단한다(52).

이와 같은 판단에 의하여 차량의 주행속도가 설정 속도를 이상으로 주행하여 주행시간이 설정시간을 경과할 경우에, 전자 제어유닛(30)에서는 스로틀 밸브 개도 감지부(36)에서 인가되는 신호와 이미 설정되어 있는 데이타를 이용하여 엔진에 작용하는 부하정도를 판단한다(54).

이때, 가속페달의 밟음 정도에 따라 개폐 상태가 가변되는 스로틀 밸브의 개도 상태에 따라 판단된 엔진의 부하 정도가 고부하 상태로 판단되면, 전자 제어유닛(30)에서는 스탭모터(12)를 정회전(또는 역회전)시킬 수 있는 제어신호를 스탭모터(12)로 출력한다.

그러면 스탭모터(12)는 상기 제어에 따라 밸브판(16)이 저속용 흡기관(6)을 폐쇄하게 된다(56).

그러나 엔진의 부하상태가 저부하 영역에 해당되거나, 설정 속도 이상으로 주행하는 차량의 주행속도가 설정시간을 경과하지 않을 경우에, 전자 제어유닛(30)에서는 고속용 흡기관(8)을 폐쇄할 수 있도록 스텝모터(12)로 해당하는 제어신호를 출력한 후(58), 처음 단계(40)로 넘어간다.

상기 본 발명의 실시예에서는 엔진의 부하 정도를 판단하기 위하여 스로틀 밸브의 개도량을 감지하는 것으로 설명하고 있으나, 서어지 탱크에 작용하는 공기압력 또는 흡기관으로 유입되는 흡기량을 감지하여 인가되는 신호에 따라 엔진의 부하정도를 판단할 수도 있다.

도면중 미설명 부호 60은 엔진을 총칭하며, 62, 64는 실린더 헤드와 실린더 블록을 지칭한다.

이상에서와 같이 본 발명은 흡기의 맥동효과를 전회전 영역에서 얻을 수 있도록 하여 전 영역에서의 부조화를 해결하고, 충진효율 향상으로 성능향상과 연비를 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 통상의 내연기관의 흡기계통에 있어서, 서어지 탱크로부터 2개의 관으로 분기되어 길이를 달리하여 길고, 짧게 인출되는 저, 고속용 흡기관과; 상기 저, 고속용 흡기관이 만나는 부위에 체적이 크게 증대될 수 있도록 형성되어 하나의 포트로서 실린더 헤드의 연소실과 연통되는 팽창실과; 상기 저, 고속용 흡기관의 출구측 팽창실에 배치되어 상기 저, 고속용 흡기관의 흐름상태를 제어하거나 또는 어느 하나의 흡기관을 기관의 회전속도에 따라 선택적으로 개폐할 수 있는 흡기 조절수단을 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기장치.
2. 제1항에 있어서, 흡기 조절수단은 일측으로 구동원인 스탭모터가 장착되는 회전축과; 실린더수에 따라 상기 회전축상에 등간격으로 배치되어 이의 회전 방향에 따라 상기 흡기관의 팽창실 입구부를 선택적으로 개폐하는 복수개의 밸브판과; 상기 회전축의 타단에 배치되어 연결부재로 스로틀 밸브와 연결되는 회전체를 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기 제어장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흡기 조절수단의 밸브판은 일측 부분이 상기 회전축에 고정이 이루어지며, 그의 중앙부에 소정 크기의 통공이 형성됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 제어장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흡기 조절수단의 회전체는 회전축에 회전 간섭이 발생되지 않도록 삽입하고, 외주측 소정 위치에 스로틀 밸브와 연결되는 연결부재의 일측단을 연결하되, 회전축과 리턴 스프링을 개재시켜 연결함을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 제어장치.
5. 엔진의 시동으로 동작에 필요한 전원이 공급되면, 전자 제어유닛의 동작이 시작되는 시작 단계와; 차속 감지부와 엔진 회전수 감지부와 스로틀 밸브 개도 감지부에서 인가되는 감지 신호를 판독하여 현재 엔진의 작동 여부를 판단하는 엔진 정지 확인 단계와; 상기 엔진 정지 확인 단계에서 엔진이 정지하지 않았다고 판단되었을 때, 차속 감지부에서 인가되는 신호에 의해 판단된 자동차의 주행속도를 설정속도와 비교 판단하는 단계와; 상기 주행속도 판단 단계에서 저속 주행 상태로 판단되었을 때, 고속용 흡기관을 폐쇄하는 고속용 흡기관 폐쇄단계와; 상기 주행속도 판단 단계에서 고속 주행 상태로 판단되었을 때, 차량의 주행속도가 설정속도를 경과하는 경과시간을 체크한 후, 이미 설정되어 있는 설정 시간과 비교 판단하는 경과시간 판단단계와; 상기 경과시간 판단 단계에 의하여 차량의 주행속도가 설정 속도를 이상으로 주행하여 주행시간이 설정시간을 경과할 경우에 스로틀 밸브 개도 감지부에서 인가되는 신호와 이미 설정되어 있는 데이터를 이용하여 엔진에 작용하는 부하정도를 판단하는 고부하 영역 판단단계와; 상기 고부하 영역 판단단계에서 엔진의 부하 정도가 고부하 상태로 판단되었을 때, 저속용 흡기관을 폐쇄하는 단계와; 상기 고부하 영역 판단단계에서 엔진의 부하 정도가 저부하 상태로 판단되었을 때, 고속용 흡기관을 폐쇄하는 단계와; 상기 저, 고속용 흡기관 폐쇄단계에서는 처음단계로 넘어가도록 이루어지는 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 제어방법.
6. 제5항에 있어서, 주행속도 판단단계에서 설정속도는 50Km/h로 함을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 제어방법.