KR100205995B1 - 내연기관의 흡기 조절장치 - Google Patents

내연기관의 흡기 조절장치 Download PDF

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Abstract

가속페달에 의해 연동되는 스로틀 밸브의 개폐 작용으로 유입되는 공기를 일시적으로 저장하는 서지탱크와, 이 서지탱크로부터 2개의 관으로 분기되어 공기를 연소실로 유도하는 저속 및 고속용 흡기관을 보유하는 내연기관에 잇어서, 엔진의 아이들 및 저속 구간에서 부조화 현상을 해소하고 연소성 및 토오크를 향상시킴과 아울러, 중속과 고속으로의 가속시 충진 효율을 증대시켜 최대 출력을 얻을 수 있도록 하기 위하여, 상기 저속용 흡기관에, 아이들링 상태를 포함하는 저부하 운전시 흡기포트의 개구 일부를 차단하여 소용돌이를 발생시키는 스월 제어밸브를 설치하고; 상기 고속용 흡기관에, 가속페달에 연동하여 상기 스월 제어밸브와 함께 동시에 개방되는 가변 흡기밸브를 설치하여 구성되어 있음을 특징으로하는 내연기관의 흡기조절장치를 제안한다.

Description

내연기관의 흡기조절장치
제1도는 본 발명에 관련된 흡기조절장치가 적용된 상태를 개략적으로 도시한 종단면도.
제2도는 본 발명에 관련된 흡기조절장치를 도시한 사시도.
제3도는 본 발명에 관련된 흡기조절장치의 폐쇄된 상태를 나타내는 평면도.
제4도는 본 발명에 관련된 흡기조절장치의 스월 제어밸브를 도시한 종단면도.
제5도는 본 발명에 관련된 흡기조절장치의 개방된 상태를 나타내는 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
6 : 저속용 흡기관 8 : 고속용 흡기관
22 : 흡기포트 30 : 스월 제어밸브
32 : 회동축 34 : 제1기어
36 : 제2기어 38 : 제3기어
40 : 가변 흡기밸브 42 : 구동축
44 : 연결부재 46 : 회전체
48 : 리턴 스프링
[산업상의 이용분야]
본 발명은 내연기관의 흡기조절장에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 아이들(Idle) 및 저속 구간에서 연소실로 유입되는 흡기의 스월(Swirl) 유동을 발생시킴과 아울러, 중속과 고속으로의 가속시에는 충진 효율을 증대시켜 연소성과 토오크를 향상시킬 수있도록 한 흡기조절장치에 관한 것이다.
[종래기술]
일반적으로 난기(Warm up) 전 이나 난기후의 아이들링 상태를 포함하는 저부하 운전시에는 흡기 통로의 면적에 비하여 고부하 운전시 보다 흡입 공기량, 연료 공급량이 적고, 흡입 공기의 유속 저하로 연소성이 좋지 않기 때문에 발진성 및 응답성이 떨어진다.
이를 극복하기 위해, 종래에는 저부하용 흡기통로와 고부하용 흡기통로를 1개의 실린더에 함께 설치하여, 엔진의 부하 상태에 따라 고속용 흡기통로를 개폐할 수 있는 흡기 조절수단을 갖는 고성능 엔진이 제안되어 있다.
더 구체적으로, 상기한 고성능 엔진에서는 저속시 길이가 긴 저속용 흡기통로를 통해 신기가 유입될 수 있도록 하여 충진 효율을 증대시키고 있으며, 고속시에는 길이가 짧은 고속용 흡기통로를 통해 유입되도록 하여 흡기저항을 줄이고 신속하게 유입될 수 있도록 함으로써 높은 출력을 얻을 수 있도록 한 것이다.
[발명이 해결하려고 하는 문제점]
그러나, 상술한 고성능 엔진의 흡기 조절수단은 엔진의 부하 상태에 따라 흡기통로를 완전히 열거나 닫는 구조로 되어 있기 때문에, 엔진의 전속도 구간에서 만족할 만한 효과를 얻지 못하고 있다.
예를 들어, 상술한 흡기 조절수단은 아이들링 상태를 포함하는 저속 영역에서 고속용 흡기통로를 완전히 폐쇄하게 되는데, 이는 저속 영역에서의 갑작스런 흡기량의 변화로 엔진의 부조화 현상을 초래하게 되고, 또한 흡기의 관성을 이용할 수 없기 때문에 높은 충진 효율을 기대할 수 없다는 문제점이 있다.
존 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해소 하기 위하여 발명된 것으로서, 엔진의 아이들링 상태를 포함하는 저속 구간에서, 엔진의 부조화 현상을 해소함과 아울러, 연소성 및 응답성을 향상시키고 토오크를 높일 수 있도록 한 내연기관의 흡기조절장치를 제공하려는데 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 중속과 고송으로의 가속시에 충진 효율을 높여, 확실한 엑셀러레이션과 연소성 및 토오크를 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.
[문제점을 해결하기 위한 수단]
상술한 목적을 실현하기 위한 것으로서, 본 발명의 내연기관은 가속페달에 의해 연동되는 스로틀 밸브의 개폐 작용으로 유입되는 공기를 일시적으로 저장하는 서지탱크와, 이 서지탱크로부터 2개의 관으로 분기되어 공기를 연소실로 유도하는 저속 및 고속용 흡기관을 포함하고 있다.
여기서, 본 발명의 흡기조절장치는 상기 저속용 흡기관에, 아이들링 상태를 포함하는 저부하 운전시 흡기 포트의 개구 일부를 차단하여 연소실로 유입되는 공기에 소용돌이를 발생시키는 스월 제어밸브를 설치한 구성으로 이루어진다.
또한, 상기한 고속용 흡기관에는, 상기 스월 제어밸브와 함께 중속 및 고속시 가속페달에 연동하여 동시에 개방되는 가변 흡기밸브가 설치되어 있음을 특징으로 한다.
상술한 구성에 따라, 저부하 운전시에는 스월 제어밸브를 통해 유입되는 공기가 연소실내에서 강한 소용돌이를 일으키게 되는 바, 이는 엔진의 연소성 및 출력의 향상과 부조화 현상을 해소할 수 있도록 작용하게 된다.
아울러, 중속 및 고속 운전시에는 저속 및 고속용 흡기관을 막고 있는 스월 제어밸브와 가변 흡기밸브가 동기하여 함께 개방됨으로써, 연소실로 유입되는 공기의 충진 효율을 높이게 되고, 이는 엔진의 토오크와 출력 향상을 이루어 가속시 확실한 엑셀러레이션을 실현할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
제1도 및 제2도는 본 발명에 관련된 흡기조절창치의 적용 상태를 나타내는 종단면도 및 그 사시도로서, 도면의 설명 부호 10은 서지탱크를 나타내고 있다.
상술한 서지탱크(10)는 가속 페달에 연동되는 스로틀 밸브(12)의 개폐작용에 의해 에어크리너(14)를 통해 유입되는 공기를 일시적으로 저장하게 되는것으로서, 이러한 서지탱크(10)에는 2개의 관으로 분기되어 연소실(2)로 공기를 유도하는 저속 및 고속용 흡기관(6)(8)이 연결되어 있다.
이 경우에, 상기한 저속 및 고속용 흡기관(6)(8)은 실린더 블록(4)과 함께 연소실(2)을 구성하는 실린더 헤드(20)의 흡기 포트(22)와 연통 설치되어 있으며, 그 저속용 흡기관(6)쪽의 흡기 포트(22)에는 인젝터(16)가 설치되어 있다.
여기서, 본 발명에 관련된 흡기조절장치는 저속용 흡기관(6)에 설치되어 연소실(2)로 유입되는 공기에 소용돌이를 발생시키는 스월 제어밸브(30)와; 이 스월 제어밸브(30)와 동기하도록 연결됨과 동시에 고속용 흡기관(8)에 설치되어, 엔진의 아이들 상태를 포함하는 저속시에 폐쇄되고, 중속 및 고속시에 개방되어 연소실(2)로 유입되는 공기의 충진 효율을 높이는 가변흡기밸브(40)를 포함하여 이루어진다.
상술한 스월 제어밸브(30)는 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 상기 흡기 포트(22)에 회동 가능하게 설치되어 있다. 아울러, 상기 스월 제어밸브(30)는 저속용 흡기관(6) 내측에 장착할 수도 있으나, 연소실(2)로 유입되는 공기의 소용돌이 효과를 고려하여 흡기 포트(22)에 장착하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 인젝터(16)는 스월 제어밸브(30)의 후방에 설치되어 연료를 분사할 수 있도록 구성되어 있다.
이 경우에, 상술한 스월 제어밸브(30)와 가변 흡기밸브(40)는 가속 페달에 연동하여 동시에 개폐가 조절되도록 구성되어 지는 바, 그 상세한 구성이 제2도에 도시되어 있다.
상술한 스월 제어밸브(30)는 흡기 포트(22)의 외부로 인출되어 실린더 헤드(20)에 회전 가능하게 결합되어 있는 회동축(32)을 재재하여, 일측 표면에 치차가 형성된 제1기어(34)와 일체로 고정되어 있다.
상술한 제1기어(34)는 원형으로 된 제2기어(36)를 사이에 배치하여, 구동축(42)에 일체로 고정되어 있는 제3기어(38)와 치차 결합되어 있으며, 이 구동축(42)에는 고속용 흡기관(8)에 설치되어 중속 및 고속시에만 개방되는 가변 흡기밸브(40)가 설치되어 있다.
한편, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 흡기조절장치는 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 구동축(42)으로 연결된 타 실린더의 흡기조절장치와 동시에 구동되어 지는 바, 이는 가속 페달에 연동되는 연동부재(44)와, 이 연결부재(44)가 권선되어 있는 회전체(46)에 의해 달성되어 진다.
이 경우에, 상술한 회전체(46)는 일단이 고속용 흡기관(8)에 고정되어 있는 리턴 스프링(48)을 보유하게 되는 바, 이는 감속시 즉, 상기 가속 페달의 해제시 상술한 가변 흡기밸브(40)와 스월 제어밸브(30)의 리턴을 위하여 설치되어 있다.
제3도는 본 발명의 흡기조절장치가 적용된 상태를 도시한 평면도로서, 가속 페달이 밟혀지지 않은 상태를 나타내고 있다.
스월 제어밸브(30)는 저속용 흡기관(6)의 흡기 포트(22)에 일부 공간으로 공기기 유입되도록 설치되어, 연소실로 유입되는 공기(A)에 소용돌이를 발생시키게 된다.
더 구체적으로, 상기 스월 제어밸브(30)는 제4도에 도시된 바와 같이, 흡기 포트(22)를 차폐할 경우에 일측으로 편심된 개구를 갖도록 설치되어 지는 바, 상기 단면적이 축소된 개구를 통과한 공기는 유속이 증대되어 소용돌이 발생을 가능하게 한다.
이때, 가변 흡기밸브(30)는 고속용 흡기관(8)을 완전히 폐쇄하여, 공기의 유입을 차단하고 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 엔진의 아이들링 상태를 포함하는 저부하 운전시에, 저속용 흡기관(8)으로만 신기(A)가 유입되어 지는 바, 이는 스월 제어밸브를 통해 연소실로 유입되면서 강한 소용돌이를 일으키게 됨으로써, 엔진의 연소성 및 토오크의 향상은 물론 아이들링 상태, 저속 및 중속으로 이어지는 엔지 부조화 현상을 해소하게 되는 것이다.
이러한 저속 상태에서 가속 페달을 밟게 되면, 상기 가속 페달에 연동하는 연결부재(44)가 당겨지게 되고, 이는 회전체(46)를 동작시키게 된다.
이에 따라, 상기 회전체(46)와 일체로 되어 있는 구동축(42)이 동작되고, 이는 고속용 흡기관(8)을 폐쇄하고 있는 가변 흡기밸브(40)를 다소 개방하여, 상기 고속용 흡기관(8)을 통해 연소실(2)로 신기를 유입하게 된다.
또한, 상기 구동축(42)에 고정되어 있는 제3기어(38)는 제2기어(36) 및 제1기어(34)를 통해, 상기 가변 흡기밸브(40)와 동시에 스월 제어밸브(30)를 개방하게 되는데, 이는 저속용 흡기 포트(22)를 통해 연소실(2)로 유입되는 신기의 소용돌이 강도를 낮추게 된다.
실질적으로, 엔진의 중속 및 고속상태에서, 강한 스월 현상은 오히려 엔진의 연소성을 방해하도록 작용하기 때문에, 가속시에는 스월 강도를 낮추는것이 바람직하다.
계속하여, 상기 가속 폐달을 더욱 밟게 되면 상술한 가변 흡기밸브(40)와 스월 제어밸브(30)는 완전히 개방되어 내부 체적을 확개하게 되는 바, 그 상태가 제5도에 도시되어 있다.
도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 엔진의 중속 및 고속시에는 가변 흡기밸브(40)와 스월 제어밸브(30)가 완전히 개방되어, 저속 및 고속용 흡기관(6)(8)을 통해 동시에 신기(A)를 유입하게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면 연소실(2)로 유입되는 공기의 충진 효율이 향상되어 지고, 이는 엔진의 토오크와 출력을 최대로 향상시키게 되는바, 가속시 확실한 엑셀러레이션을 실현할 수 있다.
아울러, 상기와 같은 중속 및 고속 상태에서 감속을 하여 가속 페달을 해제하게 되면, 상기 가면 흡기밸브(40)와 스월 제어밸브(30)는 제3도에 도시된 바와 같이 폐쇄되어, 저속용 흡기관(6)으로만 신기를 유입하여 소용돌이를 발생시키게 되는 바, 이러한 작용에 의해 종래에 문제시되었던 엔진의 부조화 현상을 실직적으로 해소할 수 있게 된다.
[발명의 효과]
이상에서 설명한 실시예에서와 같이, 본 발명에 의한 내연기관의 흡기조절장치는 저속용 흡기관으로 유입되는 동기에 스월을 발생시킴으로써, 종전의 저속 구간에서 발생되었던 엔진 부조화 현상을 실질적으로 해소하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명은 아이들링 상태를 포함하는 저부하 운전시에 엔진의 연소성 및 토오크를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 중속 및 고속 운전시 저속 및 고속용 흡기관을 동시에 개방하게 됨으로써, 연소실로 유입되는 공기의 충진 효율을 높이게 되는 바, 이는 엔진의 토오크와 출력 향상은 물론, 그로 인한 엔진 가속시에 확실한 엑셀러레이션을 실현할 수 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 가속페달에 의해 연동되는 스로틀 밸브의 개폐 작용으로 유입되는 공기를 일시적으로 저장하는 서지탱크와, 이 서지탱트로부터 2개의 관으로 분기되어 공기를 연소실로 유도하는 저속 및 고속용 흡기관을 보유하는 내연기관에 있어서, 상기 저속용 흡기관(6)에, 아이들링 상태를 포함하는 저부하 운전시 흡기 포트(22)의 개구 일부를 차단하여 소용돌이를 발생시키는 스월 제어밸브(30)를 설치하고; 상기 고속용 흡기관(8)에, 가속페달에 연동하여 상기 스월 제어밸브(30)와 함께 동시에 개방되는 가변 흡기밸브(40)를 설치하여 구성되어 있음을 특징으로 하는 내연기관의 흡기조절장치.
  2. 제1항에 있어서, 스월 제어밸브(30)는 회동축(32)을 개재하여 제1기어(34)와 일체로 고정되고, 이 제1기어(34)는 제2기어(36)을 개재하여 제3기어(38)와 치차 결합되어 있으며, 이 제3기어(38)은 구동축(42)을 개재하여 가변 흡기밸브(40)와 일체로 결합되어 있음을 특징으로 하는 내연기관의 흡기조절장치.
  3. 제2항에 있어서, 스월 제어밸브930)와 가면 흡기밸브(40)는 구동축(42)으로 연결된 인접 실린더에 동상으로 대칭 설치되어 있음을 특징으로 하는 내연기관의 흡기조절장치.
  4. 제2항에 있어서, 제1기어(34)는 판상부재의 일측면 테두리에 치차를 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 흡기조절장치
  5. 제1항 또는제2항 또는 제3항에 있어서, 스월 제어밸브(30)와 가변흡기밸브(40)는 구동축(40)에 고정되는 회전체(46)와, 이 회전체(46)에 권선되어 있음과 동시에 가속 페달과 연동되는 연결부재(44)와, 상기 회전체(46)에 일단이 고정되고 타단이 고속용 흡기관(8)에 지지되어 리턴 스프링(48)을 구비하여 개폐되어 짐을 특징으로 하는 내연기관의 흡기조절장치.
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