KR100222869B1 - 내연기관의 흡기 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

고속에서 최대의 토오크 및 최대의 출력을 얻을 수 있도록 튜닝된 엔진에 있어서, 중저속에서도 만족할만한 토오크 및 출력을 얻기 위하여, 서지탱크(4)와, 흡배기 밸브를 개폐하기 위한 밸브 트레인이 설치되며 배기 및 흡기포트(10)가 형성된 실린더 헤드(8)와, 상기한 흡기포트(10)와 서지탱크(4)를 연결하여 연소실(6)로 공기를 공급하는 흡기관(12)과, 저속영역에서 상기한 흡기관(12)내로 전진하여 회전함으로서 난류를 발생시키는 임펠러(26)를 보유하는 난류 발생수단(14)를 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기 시스템.

Description

내연기관의 흡기 시스템 및 그 제어방법

제1도는 본 발명에 의한 흡기 시스템의 측단면도.

제2도는 본 발명에 관련하는 흡기 제어수단의 측단면도.

제3도는 본 발명에 의한 흡기 제어수단의 작동예를 나타내는 도면.

제4도는 본 발명에 의한 제어 계통의 블럭도.

제5도는 본 발명에 의한 제어방법을 설명하기 위한 작동 흐름도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4 : 서지탱크 6 : 연소실

8 : 실린더 헤드 10 : 흡기포트

12 : 흡기관 14 : 난류발생수단

16 : 모터 18 : 회전축

20 : 로드부재 22 : 직선이동기구

24 : 케이싱 26 : 임펠러

28 : 슬릿 30 : 돌기

36 : 다이어프램 38 : 액츄에이터

본 발명은 내연기관의 흡기 시스템 및 흡기 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속으로 튜닝된 엔진이 저, 중속에서 나타나는 토오크 및 출력저하를 방지할 수 있는 흡기 시스템에 관한 것이다.

엔진의 출력은 서지탱크와 연소실 사이를 연결하는 흡기관들의 구조와 형상 및 그 배치상태에 따라 좌우되는데, 이러한 것은 흡기관의 구조를 변경함으로서 엔진의 출력을 높이는 것이 가능한 것이므로 고성능 엔진에서는 흡기계의 변화를 많이 모색하고 있다.

고성능 엔진의 경우 1개의 실린더에 대하여 2개의 흡기관을 장착하고 있는데, 1개의 흡기관은 고속영역에서만 공기가 흐르도록 하여 가속성 및 주행성을 향상시키는 것이며, 다른 1개의 흡기관은 저속용으로서 흡기의 충진효율을 높이는 구조로 이루어진다.

이와 같이 1개의 실린더에 대하여 2개의 흡기관을 장착하고 있는 엔진은 엔진의 속도영역에 따라 이들 흡기관을 선택할 수 있는 흡기조절수단이 마련되고 있다.

그러나 고속영역으로 최대의 출력을 얻을 수 있으며 최대의 토오크를 얻을 수 있도록 튜닝된 엔진은, 저속영역에서 만족할만한 토오크와 출력을 얻지못하고 있다.

그 이유는 고속영역에 적합하게 튜닝된 엔진의 경우 흡기관은 그 내측으로 흐르는 공기의 흐름저항을 적게하고 응답성을 빠르게 하기 위하여 흡기관의 길이를 짧게 함과 아울러 그 직경을 비교적 크게 하고 있기 때문이다.

이러한 구조의 흡기관은 신기의 흐름속도가 느리고 관성력이 저하되며 흡기의 충진효율이 나쁘기 때문에 발진속도가 늦고, 시가지 주행시 주행성이 저하되며 연비 및 배기가스내의 유해물질 생성을 많게 하는 요인이 되고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 고속으로 튜닝된 엔진이 저, 중속에서도 만족할만한 토오크와 출력을 얻을 수 있으며, 배기가스내 유해물질을 줄이고 연비를 향상시킬 수 있는 내연기관의 흡기 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 있다. 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 수단으로, 서지탱크과, 흡배기 밸브를 개폐하기 위한 밸브 트레인이 설치되며 배기 및 흡기포트가 형성된 실린더 헤드와, 상기한 흡기포트와 서지탱크를 연결하여 연소실로 공기를 공급하는 흡기관과 저속영역에서 상기한 흡기관내로 전진하여 회전함으로서 난류를 발생시키는 임펠러를 보유하는 난류 발생수단을 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기 시스템을 제공한다.

상기한 난류 발생수단은 전자제어 유닛(ECU)에 의해 구동이 제어되는 모터와, 이 모터를 흡기관에 고정하기 위한 케이싱과, 상기한 모터의 회전축을 관통하며 선단에 임펠러가 설치된 로드부재와, 이 로드부재를 선택적으로 전후진시키는 액츄에이터를 갖는 직선이동기구로 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 시스템을 제공한다.

상기한 직선이동기구는 엔진의 흡기계 부압에 의해 전후진하는 다이어프램을 갖는 액츄에이터와, 이 액츄에이터의 작동축 선단에 형성되는 랙기어와, 상기한 이 랙기어 치차물림되는 피니온과, 이 피니온의 회전력을 전달받으며 로드부재의 후단부에 형성되는 랙기어를 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기 시스템을 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 의한 흡기 시스템의 측단면도로서, 에어클리너(미도시)를 통하여 유입되는 공기가 관로(2)를 통하여 서지탱크(4)로 유입되면서 각각의 연소실(6)로 분배되어 유입될 수 있는 통상의 시스템을 갖는 엔진을 도시하고 있다.

본 발명은 이러한 시스템에서 서지탱크(4)와, 실린더 헤드(8)에 형성된 흡기포트(10)를 연결하는 흡기관(12)에 난류(turbulent)를 발생시키는 난류 발생수단(14)을 제공하고 있다.

상기한 난류 발생수단(14)은 고속영역에서 작동하지 않고 저속영역에서만 작동하는 것으로서, 전자제어 유닛(ECU)에 의해 제어되는 모터(16)와, 이 모터(16)의 회전축(18)을 관통하는 로드부재(20)를 직선이동시키는 직선이동기구(22)를 포함한다.

상기한 모터(16)는 흡기관(12)에 고정되는 케이싱(24)내에 장착되어 그 회전축(18)이 흡기관을 향하는 자세로 위치되고 있으며, 이 회전축(18)을 관통하는 로드부재(20)는 선단부에 임펠러(26)가 설치되어 있고, 후단부는 직선이동기구(22)와 연결되는 구조를 갖는다.

제2도 및 제3도는 본 발명에 관련하는 난류 발생수단 및 직선이동기구를 설명하기 위한 도면으로서, 모터의 회전축(18)에는 길이방향으로 슬릿(28)이 형성되어 있는데, 이 슬릿에는 이 회전축의 중심을 관통하는 로드부재(20)에 고정된 돌기(30)가 위치하여 전후진은 가능하지만 개별적인 회전은 이루어지지 않도록 되어 있다.

즉 모터(16)의 회전축(18)과 함께 회전을 할 수 있도록 되어 있으면서 로드부재(20)는 전후진을 할 수 있도록 되어 있다.

상기한 로드부재(20)는 회전축(18)내에서 스프링(32)으로 탄지되어 후진시 스프링의 탄성력으로 원활한 후진이 이루어질 수 있도록 되어 있다.

상기한 직선이동기구(22)는 제1도에 도시한 바와 같이 관로(34)를 통하여 흡기관(12)과 연통함으로서 엔진의 부압이 작용하여 전후진 다이어프램(36)을 보유하는 액츄에이터(38)를 갖는다.

상기한 액츄에이터(38)의 작동로드 선단에는 랙리어(44)가 형성되어 차체에 회전가능하게 설치된 피이온(42)과 치차결합됨으로서 이 피니온을 자전시킬 수 있도록 되어 있다.

상기한 피니온(42)은 로드부재(20)의 후단에 형성된 또다른 랙기어(44)와 치차결합되어 액츄에이터(38)의 구동력으로 임펠러(26)의 위치를 흡기관(12)측으로 이동시킬 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 흡기 시스템은, 고속영역에서는 임펠러(26)가 흡기관(12)으로 돌출되지 않고 또 회전도 하지 않는 상태로서 통상의 흡기작용(고속시)이 이루어진다.

그러나 엔진이 저속영역에 있는 경우에는, 임펠러(26)가 흡기관(12)내로 위치하여 회전함으로서 이 흡기관(12)으로 흐르는 공기에 대하여 난류를 발생시키게 된다.

이러한 작용은 제4도 및 제5도를 통하여 설명된다.

즉 제4도에 도시한 바와 같이, 크랭크 각 센서(S1), 공기흐름센서(S2), 스로틀 밸브 개도센서(S3), ...들이 각각 회전수 검출부(50), 로드(load)검출부(52), 공기량 검출부(54)등으로 센싱신호를 전달할 수 있도록 되어 있으며, 이들 검출부는 연산부(56)로 신호를 전달하여 스위치(58)를 온/오프시킬 수 있도록 되어 있다.

이러한 제어계통도에 의해 연산부(56)는 제5도에 도시한 바와 같은 로직으로 흡기의 난류형성을 제어하게 된다.

제1단계(100)에서 엔진의 회전수가 3700rpm보다 작거나 같은 가를 판단하고, 제2단계(110)에서 제1단계의 조건이 만족되면 로드값이 60%이하인가를 판단한다.

여기서 로드(load) 값이란, ECU의 롬(ROM)에 매핑된 토오크 값으로서, 최대 토오크 값에 대하여 백분율을 나타낸 것이다.

제2단계에서 조건이 만족되면 제3단계(120)에서 스위치(58)를 온시키고 제4단계(13)에서 모터(16)를 구동시키게 된다.

이러한 로직으로 모터(16)가 구동하게 되면 모터의 회전축(18)이 회전하게 되는데, 이 회전축에는 제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이 로드부재(20)가 끼워져 돌기에 의해 연결된 상태로 있기 때문에 로드부재(20)를 함께 회전시키게 된다.

따라서 임펠러(26)가 회전을 시작하게 되는데, 이러한 저속영역에서는 엔진의 부압이 크기 때문에 액츄에이터(38)내의 부압에 의해 다이어프램(36)이 우측으로 이동하게 되므로 랙기어(40)이 함께 우측으로 이동하면서 피니온(42)을 반시계 방향으로 회전시키게 된다.

이와 같이 피니온이 반시계 방향으로 회전하게 되면 로드부재(20)의 랙기어(44)가 좌측으로 이동하면서 임펠러(26)를 흡기관(12)내로 위치시키게 된다.

이러한 작용으로 상기한 임펠러(26)는 흡기관(12)내에서 회전하는 상태가 되므로 이 흡기관내를 흐르는 공기는 일정한 방향성을 갖으며 강제로 신기를 유입시키게 된다.

따라서 저속에서도 신기가 빠른 속도로 흐르게 되고, 또 임펠러의 회전으로 난류를 형성하게 되므로 흡기의 충진효율이 높아져 연소활동을 촉진시키게 되며, 성층점화 및 빠른 점화를 실현할 수 있어 저중속에서도 토오크 및 출력의 향상을 기대할 수 있다.

또한 이러한 흡기 시스템은 연소율을 높일 수 있어 연비를 향상시킬 수 있으며, 배기가스내의 유해물질 발생량을 줄일 수 있는 효과도 있다.

Claims (5)

1. 서지탱크(4)와 흡배기 밸브를 개폐하기 위한 밸브 트레인이 설치되며 배기 및 흡기포트(10)가 형성된 실린더 헤드(8)와, 상기한 흡기포트(10)와 서지탱크(4)를 연결하여 연소실(6)로 공기를 공급하는 흡기관(12)과, 저속영역에서 상기한 흡기관(12)내로 전진하여 회전함으로서 난류를 발생시키는 임펠러(26)를 보유하는 난류발생수단(14)을 포함여 이루어지는 내연기관의 흡기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 난류 발생수단(14)은 전자제어유닛(ECU)에 의해 구동이 제어되는 모터(16)와, 이 모터를 흡기관에 고정하기 위한 케이싱(24)과, 상기 모터의 회전축(18)을 관통하며 선단에 임펠러(26)가 설치된 로드부재(20)와, 이 로드부재(20)를 선택적으로 전후진시키는 액츄에이터(28)를 갖는 직선이동기구(22)로 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 시스템.
3. 제2항에 있어서, 직선이동기구(22)는 엔진의 흡기계 부압의 의해 전후진하는 다이어프램(36)을 갖는 액츄에이터(38)와, 이 액츄에이터의 작동축 선단에 형성되는 랙기어(40)와, 상기 랙기어에 치차 물림되는 피니온(42)과, 이 피니온의 회전력을 전달받으며 로드부재(20)의 후단부에 형성되는 랙기어(44)를 포함하여 이루어지는 내연기관의 흡기 시스템.
4. 제2항에 있어서, 로드부재(20)에는 돌기(30)가 형성되고 모터의 회전축(18)에는 이 돌기가 위치하는 슬릿(28)이 형성되어 로드부재(20)의 직선이동은 개별적으로 이루어지고, 회전운동은 모터의 회전축(18)과 동시에 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 시스템.
5. 크랭크 각 센서로부터 입력된 신호를 판단하여 엔진의 회전수가 3700rpm이하인가를 판단하는 제1단계와, 상기 제1단계에서 조건이 만족되면 전자제어유닛의 롬에 매핑된 토오크값과 비교하여 최대 토오크값에 대하여 60% 이하인가를 판단하는 제2단계와, 상기 제2단계의 조건이 만족되면 스위치를 온시키는 제3단계와, 상기 제3단계로 인하여 모터가 구동함으로써 흡기관내의 임펠러를 회전시키는 제4단계로 행하여지는 내연기관의 흡기 제어방법.