KR100222521B1 - Intake system and its control method for internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
엔진의 전속도 영역에서 크고 균일한 토오크를 얻으며 최대의 출력을 낼 수 있고, 희박연소를 가능하게 하기 위한 수단으로, 공기량을 가감하는 스로틀 밸브를 보유하는 스로틀 바디(2)와, 상기한 스로틀 바디로부터 흡기를 유입받아 각각의 연소실로 공기를 분배, 공급하는 서지탱크(4)와, 배기포트 및 흡기포트(38)를 갖추고 있는 실린더 헤드(8)와, 상기한 흡기포트(38)와 서지탱크(4)를 연결하여 연소실(40)로 공기를 공급하는 저속용 흡기관들(6)과, 상기한 스로틀 바디(2)와 흡기포트(38)를 연결하여 연소실(40)로 공기를 공급하는 고속용 흡기관들(14)과, 상기한 고속용 흡기관에 설치되어 엔진 영역이 고속시에만 연소실로 공기를 추가공급할 수 있도록 하는 원통밸브(16) 및 이 원통밸브를 전자제어 유닛에 의해 제어하는 스트펩핑 모터(18)를 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기 시스템.A throttle body (2) having a throttle valve for regulating the amount of air as a means for obtaining a large and uniform torque in the full speed range of the engine and producing a maximum output and enabling lean combustion, and the throttle body described above. A surge tank 4 for distributing and supplying air to each combustion chamber by receiving intake air from the intake air, a cylinder head 8 having an exhaust port and an intake port 38, and the intake port 38 and the surge tank described above. (4) to connect the low-speed intake pipes (6) for supplying air to the combustion chamber 40, the throttle body (2) and the intake port (38) to supply air to the combustion chamber (40) The high speed intake pipes 14 and the cylindrical valve 16 installed in the high speed intake pipe so as to supply air to the combustion chamber only at the high speed of the engine region and the cylindrical valve are controlled by the electronic control unit. Including the strapping motor 18 That of the engine intake system.
Description
제1도는 본 발명에 의한 흡기 시스템의 사시도.1 is a perspective view of an intake system according to the present invention.
제2도는 본 발명에 관련하는 흡기제어밸브의 일시예를 나타내는 도면.2 is a diagram showing a temporary example of an intake control valve according to the present invention.
제3도는 본 발명에 관련하는 흡기제어밸브의 다른 실시예를 나타내는 도면.3 is a view showing another embodiment of an intake control valve according to the present invention.
제4도는 본 발명에 의한 흡기 시스템의 측단면도.4 is a side cross-sectional view of the intake system according to the present invention.
제5도는 본 발명에 의한 흡기 시스템의 고속시 흡기 흐름을 설명하기 위한 도면.5 is a view for explaining the intake flow at high speed of the intake system according to the present invention.
제6도는 본 발명에 의한 흡기 시스템의 중,저속시 흡기 흐름을 설명하기 위한 도면.Figure 6 is a view for explaining the intake flow at low and medium speed of the intake system according to the present invention.
제7도는 본 발명에 관련하는 흡기포트에 연료흐름을 제어할 수 있는 수단을 도시한 도면.7 shows means for controlling fuel flow to the intake port according to the present invention.
제8도는 본 발명에 의한 흡기제어방법을 설명하기 위한 블록도.8 is a block diagram for explaining the intake control method according to the present invention.
제9도는 본 발명에 의한 흡기 제어시스템의 흡기제어를 설명하기 위한 작동도이다.9 is an operation diagram for explaining the intake control of the intake control system according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
2 : 스로틀 바디 4 : 서지탱크2: Throttle Body 4: Surge Tank
6 : 저속용 흡기관 8 : 실린더 헤드6: low speed intake pipe 8: cylinder head
10 : 바이패스 관로 14 : 고속용 흡기관10: bypass pipe 14: high speed intake pipe
16 : 원통 밸브 18 : 스탭핑 모터16: cylindrical valve 18: stepping motor
20 : 채널 24 : 액츄에이터20: channel 24: actuator
38 : 흡기포트 40 : 연소실38: intake port 40: combustion chamber
42 : 연료 인젝터 48 : 점화 플러그42: fuel injector 48: spark plug
50 : 분리벽50: dividing wall
본 발명은 내연기관의 흡기 시스템 및 흡기 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저, 중, 고속영역에서 균일한 출력을 얻을 수 있으며, 특히 고속영역으로 진입시 출력의 저하를 방지함과 아울러 최저 연비를 실현할 수 있는 흡기 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an intake system and an intake control method of an internal combustion engine, and more particularly, it is possible to obtain a uniform output in a low, medium, and high speed region, and in particular, to prevent a decrease in output when entering a high speed region, It relates to an intake system capable of realizing.
엔진의 출력은 서지탱크와 연소실 사이를 연결하는 흡기관들의 구조와 형상에 따라 좌우되는데, 이러한 것은 흡기관의 구조를 변경함으로써 흡기의 충진효율을 높일 수 있기 때문이다.The output of the engine depends on the structure and shape of the intake pipes connecting between the surge tank and the combustion chamber, because the filling efficiency of the intake air can be increased by changing the structure of the intake pipe.
고성능 엔진의 경우 1개의 실린더에 대하여 2개의 흡기관을 장착하고 있는데, 1개의 흡기관은 고속영역에서만 공기가 흐를 수 있는 것이며, 다른 하나의 흡기관은 저,고속영역에서 공기가 흐르는 구조를 갖는다.In the case of a high-performance engine, two intake pipes are installed for one cylinder. One intake pipe allows air to flow only in a high speed region, and the other intake pipe has air flow in a low and high speed region. .
이와 같이 1개의 실린더에 대하여 2개의 흡기관을 장착하고 있는 엔진은, 엔진의 속도영역에 따라 이들 흡기관을 선택할 수 있는 에어 조절수단이 마련된다.In this way, the engine equipped with two intake pipes for one cylinder is provided with air adjusting means for selecting these intake pipes according to the speed range of the engine.
이러한 흡기가변 시스템을 채택하고 있는 엔진은, 저속용 흡기관과 고속용 흡기관으로 분리되는 흡기관들이 공기 흐름의 저항을 최소화할 수 있는 구조로 설치되어야 그 효율을 높일 수 있다.The engine employing such an air intake variable system, the intake pipe separated into the low speed intake pipe and the high speed intake pipe can be installed in a structure that can minimize the resistance of the air flow can be improved efficiency.
그러나 엔진이 속도영역에 따라 고속에서 흡기를 추가로 공급하기 위한 수단이 강구된 차량일지라도 공기의 추가공급 방식에 따라 그 효율이 제한을 받게 되므로 추가 공기의 공급방식은 흡기계통의 설계에 있어서 중요하다.However, even if the engine is provided with a means for additionally supplying intake air at high speed according to the speed range, the additional air supply method is important in the design of the intake cylinder because the efficiency is limited by the additional supply method of air. .
게다가 이러한 흡기 시스템은 희박연소를 실현할 수 있는 4구조이어야 하는데, 일반적으로 희박연소를 행하는 경우 점화속도가 빠르게 진행되지 않는 문제점이 있다.In addition, such an intake system should have four structures capable of realizing lean combustion, and in general, there is a problem that the ignition speed does not proceed rapidly when lean combustion is performed.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 희박연소로 점화속도를 빠르게 함과 아울러 엔진의 전 속도영역에서 최대의 출력을 얻을 수 있으며, 도심주행시 가속성을 빠르게 할 수 있는 내연기관의 흡기 시스템을 제공하는데 있다.The present invention has been invented in view of the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to increase the ignition speed with lean combustion and to obtain the maximum output in the full speed range of the engine, It is to provide an intake system of the internal combustion engine that can speed up.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 공기량을 가감하는 스로틀 밸브를 보유하는 스로틀 바디와, 상기한 스로틀 바디로부터 흡기를 유입받아 각각의 연소실로 공기를 분배, 공급하는 서지탱크와, 배기포트 및 흡기포트를 갖추고 있는 실린더 헤드와, 상기한 흡기포트와 서지탱크를 연결하여 연소실로 공기를 공급하는 저속용 흡기관들과, 상기한 스로틀 바디와 흡기포트를 연결하여 연소실로 공기를 공급하는 고속용 흡기관들과, 상기한 고속용 흡기관에 설치되어 엔진 영역이 고속시에만 연소실로 공기를 추가공급할 수 있도록 하는 원통밸브 및 이 원통밸브를 전자제어 유닛에 의해 제어하는 스트펩핑 모터를 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기 시스템을 제공한다.In order to realize the object of the present invention as described above, a throttle body having a throttle valve for adjusting the amount of air, a surge tank for distributing and supplying air to each combustion chamber by receiving intake air from the throttle body, and exhaust A cylinder head having a port and an intake port, low-speed intake pipes connecting the intake port and the surge tank to supply air to the combustion chamber, and connecting the throttle body and the intake port to supply air to the combustion chamber A high speed intake pipe, a cylindrical valve installed in the high speed intake pipe so as to supply air to the combustion chamber only at a high speed in the engine region, and a strapping motor controlling the cylindrical valve by an electronic control unit. An intake system of an internal combustion engine is provided.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 발명에 의한 흡기 시스템의 외관 사시도로서, 에어 클리너(미도시)측과 연결되어 공기를 공급받으며 실질적으로 공급받은 공기를 연소실내로 조절하여 공급하기 위한 스로틀 밸브판이 내장된 스로틀 바디(2)와, 이 스로틀 바디와 연통하여 각각의 연소실로 공기를 공급하는 서지탱크(4)를 도시하여 보여주고 있다.1 is an external perspective view of an intake system according to the present invention, which is connected to an air cleaner (not shown) to receive air and has a throttle body having a throttle valve plate for controlling and supplying substantially supplied air into a combustion chamber. 2) and a surge tank 4 which communicates with this throttle body to supply air to each combustion chamber.
상기한 서지탱크(4)는 저속시 연소실로 공기를 유도하는 저속용 흡기관들(6)에 의해 실린더 헤드(8)와 연결되고 있다.The surge tank 4 is connected to the cylinder head 8 by low speed intake pipes 6 which induce air into the combustion chamber at low speed.
본 실시예에서는 4기통의 엔진을 보여주고 있으므로 4개의 저속용 흡기관이 도시되고 있다.In this embodiment, four-cylinder engines are shown, so four low speed intake pipes are shown.
그리고 상기한 스로틀 바디(2)로부터 이어지는 바이패스 관로(10)에는 원통형 밸브 케이싱(12)이 고정되어 연통하고 있다.The cylindrical valve casing 12 is fixedly communicated with the bypass conduit 10 leading from the throttle body 2.
이 밸브 케이싱(12)은 실린더 헤드(8)와 고속용 흡기관들(14)을 통하여 연통하므로서 추가공기를 고속영역에서 공급받을 수 있도록 되어 있다.The valve casing 12 communicates with the cylinder head 8 through the high speed intake pipes 14 so that additional air can be supplied in the high speed region.
상기한 저속용 흡기관과 고속용 흡기관은 각각 해당하는 연소실로 연결됨에 있어서 1개의 흡기포트로 연결된다.The low speed intake pipe and the high speed intake pipe are connected to one intake port, respectively, in connection to the corresponding combustion chamber.
상기한 저속용 흡기관들(6)의 내경은, 고속용 흡기관들(14)의 내경에 비하여 작으며 그 길이는 길게 형성되는데 이것은 공기가 높은 관성을 갖고 빠르게 흐르도록 함으로서 체적효율을 증가시키고 연소효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.The inner diameter of the low speed intake pipes 6 is smaller than the inner diameter of the high speed intake pipes 14 and has a long length, which increases volumetric efficiency by allowing air to flow quickly with high inertia. This is to improve the combustion efficiency.
그리고 고속용 흡기관들(14)을 저속용 흡기관들의 내경보다 크게하고 그 길이를 짧게 한 것은, 고속영역에서 빠른 응답과 흡기의 마찰저항을 최소로 하기 위한 것이다.And the high speed intake pipes 14 are made larger than the inner diameter of the low speed intake pipes and the length thereof is shortened to minimize the quick response and the frictional resistance of the intake air in the high speed area.
상기한 원통형 밸브 케이싱(12)의 내측에는 제2도에 도시한 바와 같이 원통 밸브(16)가 회전가능하게 위치하여 전자제어 유닛(ECU)에 의해 제어되는 스탭핑 모터(18)에 의해 180도씩 회전할 수 있는 구조를 갖는다.Inside the cylindrical valve casing 12, as shown in FIG. 2, the cylindrical valve 16 is rotatably positioned and rotated 180 degrees by a stepping motor 18 controlled by the electronic control unit (ECU). It has a rotatable structure.
상기한 원통 밸브(16)는 길이방향으로 일정한 폭을 갖으며 채널(20)이 형성되어 있으며, 이 원통밸브(16)의 일측단에 스텝핑 모터(18)의 회전축이 연결되며 그 반대측에는 개구(22)가 형성되어 바이패스 관로(10)로부터 유입되는 공기를 받아드릴 수 있도록 되어 있다.The cylindrical valve 16 has a constant width in the longitudinal direction and the channel 20 is formed, the rotational axis of the stepping motor 18 is connected to one end of the cylindrical valve 16 and the opening (opposite side) 22 is formed to receive the air flowing from the bypass pipe (10).
이러한 구조에 의해 원통밸브(16)가 회전하여 채널(22)이 고속용 흡기관들(14)측으로 위치하면 추가로 공기가 공급되고, 채널(22)이 고속용 흡기관들과 연통하지 않는 상태이면 추가공급이 이루어지지 않는다.With this structure, when the cylindrical valve 16 is rotated so that the channel 22 is positioned toward the high speed intake pipes 14, additional air is supplied, and the channel 22 does not communicate with the high speed intake pipes. Then no additional supply is made.
제3도는 본 발명에 의한 원통밸브의 다른 실시예를 나타내는 도면으로서, 원통밸브(16)의 회전을 제1실시예에서는 스탬핑 모터로 하는 것을 예시하였으나, 제2실시예에서는 엔진의 흡기계 부압에 의해 작용하는 액츄에이터(24)로 랙기어(26)를 직선이동시킬 수 있도록 하고 있으며, 원통밸브(16)와 연결된 피니온(28)을 상기한 랙기어(26)에 치차물림시키고 있다.3 is a view showing another embodiment of the cylindrical valve according to the present invention. In the first embodiment, the cylindrical valve 16 is rotated as a stamping motor. The rack gear 26 can be linearly moved by the actuator 24 acting by the same, and the pinion 28 connected to the cylindrical valve 16 is geared to the rack gear 26 described above.
또한 상기한 원통밸브(16)의 공기흐름통로를 제1실시예에서는 길이방향으로 절개된 채널을 예시하고 있으나, 제2실시예에서는 각 고속용 흡기관과 각각 연통할 수 있는 통로(30,32,34,36)를 뚫고 있다.In addition, in the first embodiment, the air flow path of the cylindrical valve 16 is illustrated in the longitudinally cut channel, but in the second embodiment, passages 30 and 32 that can communicate with each of the high speed intake pipes, respectively. , 34,36).
제4도는 본 발명에 의한 흡기 시스템의 측단면도로서, 서지탱크(4)로 실린더 헤드(8)의 흡기포트(38)로 저속 및 고속용 흡기관(6,14)가 함께 연통하여 공기를 연소실(40)로 공급할 수 있도록 하고 있다.4 is a side cross-sectional view of the intake system according to the present invention, in which the surge tank 4 communicates with the intake port 38 of the cylinder head 8 to the intake port 38 of the cylinder head 8 so that the air flows through the combustion chamber. (40) can be supplied.
그리고 흡기포트(38)의 입구측에 전자제어 유닛에 의해 제어되는 연료 인젝터(42)가 설치되어 있음을 도시하고 있으며, 이 흡기포트를 개폐하는 흡기밸브(44) 및 배기포트를 개폐하는 배기밸브(46)를 함께 도시하여 나타내고 있다.The fuel injector 42 controlled by the electronic control unit is provided at the inlet side of the intake port 38. The intake valve 44 for opening and closing the intake port and the exhaust valve for opening and closing the exhaust port are shown. (46) is shown and shown together.
제5도는 엔진의 속도영역이 고속인때에 연소실로 공기를 추가공급할 수 있는 상애를 나타내는 것이며, 제6도는 저속인때에 고속용 흡기관으로 공기가 흐르지 못하도록 차단하고 있는 상태를 도시한다.FIG. 5 shows a phase in which air can be additionally supplied to the combustion chamber when the speed range of the engine is high speed, and FIG. 6 shows a state in which air is blocked from flowing to the high speed intake pipe at low speed.
제7도는 본 발명에 의한 흡기포트(38)를 횡단면으로 나타낸 도면으로서, 연소실(40)로 연통하는 흡기포트(38)는 2개로 분리되어 있는 타입이며 연료인젝터(42)는 2개의 흡기포트의 중앙부위에서 연료를 분사할 수 있도록 되어 있다.7 is a cross-sectional view of the intake port 38 according to the present invention. The intake port 38 communicating with the combustion chamber 40 is divided into two types, and the fuel injector 42 has two intake ports. It is possible to inject fuel from the central part.
이 연료 인젝터(42)로 분사되는 연료가 점화 플러그(48)의 주위로 유도되어 이 점화 플러그의 주위에 진한 혼합기가 존재할 수 있도록 하기 위한 수단으로 본 실시예에서는 분리된 흡기포트에 분리벽(50)을 형성하여 연료 인젝터(42)로부터 분사되는 연료가 점화 플러그(48)측으로 집중되어 흐를 수 있도록 하고 있다.The fuel injected into the fuel injector 42 is guided around the spark plug 48 so that a dark mixer can exist around the spark plug in this embodiment. ) So that fuel injected from the fuel injector 42 can flow to the spark plug 48 side.
이와 같이 이루어지는 본 발명의 흡기 시스템은, 엔진이 저속영역에서는 고속용 흡기관들(14)이 차단되어 저속용 흡기관들(6)로 공기가 흐를 수 있도록 하는 것으로서, 저속영역에서는 제6도와 같은 상태를 이루게된다.In the intake system of the present invention, the engine allows the high speed intake pipes 14 to be blocked in the low speed region so that air can flow to the low speed intake pipes 6, and in the low speed region, as shown in FIG. State is achieved.
그리고 엔진이 고속영역으로 진입되면서 스템핑 모터(18)가 구동하여 원통밸브(16)를 회전시켜 제5도에 도시한 바와 같이 원통밸브와 고속용 흡기관(14)이 연통하게 되면 저속 및 고속용 흡기관으로 모두 공기가 흐르게 된다.As the engine enters the high speed region, the stamping motor 18 is driven to rotate the cylindrical valve 16 so that the cylindrical valve and the high speed intake pipe 14 communicate with each other as shown in FIG. 5. Air flows through all the intake pipes.
이러한 흡기 시스템의 흡기 제어방법은, 제8도에 도시한 바와 같이 크랭크 각 센서(S1), 공기흐름센서(S2), 스로틀 밸브 개도센서(S3)로부터 각각의 신호가 회전수 검출부(52), 공기량 검출부(54), 개도값 검출부(56)로 입력되고 이들 검출부의 값은 연산부(58)로 전달되어 스텝핑 모터(18)를 제어함으로서 실현된다.In the intake control method of the intake system, as shown in FIG. 8, signals from the crank angle sensor S1, the air flow sensor S2, and the throttle valve opening sensor S3 are rotated by the rotational speed detection unit 52, The air amount detecting unit 54 and the opening degree value detecting unit 56 are input, and the values of these detecting units are transferred to the calculating unit 58 to realize the stepping motor 18.
즉 제9도에 도시한 바와 같이 제1단계(100)에서 엔진의 회전수가 3800rpm보다 큰가를 판단하여 비교값보다 작은 경우에는 모터를 구동시키지 않고, 비교값보다 큰 경우에는 제2단계(110)에서 스로틀 밸브의 개도값이 47도보다 큰가를 판단한다.That is, as shown in FIG. 9, in the first step 100, it is determined whether the engine speed is greater than 3800 rpm. If the engine speed is smaller than the comparison value, the motor is not driven. It is determined whether the opening value of the throttle valve is greater than 47 degrees at.
상기한 제2단계(110)에서 판단된 값이 비교값보다 작은 경우에는 모터를 구동시키지 않으며 비교값보다 큰 경우에는 스위치(60)를 제3단계(120)에서 온시키고 제4단계(130)에서 스텝핑 모터(18)를 구동시키게 된다.If the value determined in the second step 110 is smaller than the comparison value, the motor is not driven. If the value is greater than the comparison value, the switch 60 is turned on in the third step 120 and the fourth step 130 is performed. Will drive the stepping motor 18.
이러한 제어방법에 의해 스텝핑 모터(18)가 구동하게 되면 원통밸브(16)가 회전하면서 제5도 또는 제6도와 같은 상태로 되면서 바이패스 관로(10)로 유입되는 추가공기를 고속시에는 연소실로 공급하게되고, 저속시에는 차단하게 된다.When the stepping motor 18 is driven by this control method, the cylindrical valve 16 is rotated to be in the state of FIG. 5 or 6, and the additional air flowing into the bypass pipe 10 is transferred to the combustion chamber at high speed. It will be supplied and cut off at low speed.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 흡기 시스템은, 저속에서 직경이 작고 길이 긴 저속용 흡기관들을 통하여 연소실로 공기를 공급하기 때문에 흡기의 속도가 빠르게 되어 체적효율의 증가와 연소효율을 향상시킬 수 있다.As described above, the intake system according to the present invention supplies air to the combustion chamber through a low-speed intake pipe having a small diameter and a long length at a low speed, so that the speed of intake is increased, thereby increasing volumetric efficiency and improving combustion efficiency. .
그리고 고속에서는 길이가 짧고 직경이 큰 흡기관으로 공기를 추가로 공급하기 때문에 흡기의 흐름저항을 최소로 할 수 있다.At high speeds, additional air is supplied to the intake pipe having a shorter diameter and a larger diameter, thereby minimizing the flow resistance of the intake air.
이러한 흡기의 제어는 저, 중, 고속에서 균일한 큰 토오크를 얻을 수 있고, 또 최대의 출력을 낼 수 있으므로 고속주행시 가속성 및 주행성을 향상시킬 수 있다.Such intake control can obtain a large torque uniformly at low, medium and high speeds, and can produce maximum output power, thereby improving acceleration and runability at high speeds.
그리고 연료 인젝터로부터 분사되는 연료가 점화 플러그의 주위에 진한 혼합기를 형성하게 되므로 희박영역 공연비(17-23:1)로도 점화를 가능하게 할 수 있어 연비향상을 기대할 수 있다.In addition, since the fuel injected from the fuel injector forms a dark mixer around the spark plug, the ignition can be enabled even in the lean region air-fuel ratio (17-23: 1), thereby improving fuel economy.
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KR100418771B1 (en) * | 2000-12-30 | 2004-02-18 | 기아자동차주식회사 | Operation controlling method of lean burn engine for a vehicle |
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1994
- 1994-09-01 KR KR1019940022017A patent/KR100222521B1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |