KR100223245B1 - 내연기관의 행정 식별장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 행정 식별장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캠축의 회전위상을 감지하여 점화 타이밍을 정확하게 유지시키기 위하여 제공되는 행정식별 장치에 관한 것이다.

본 발명은 크랭크축에 2:1의 회전비로 연동하는 캠축(10)과; 캠축(10)상에 일체로 형성되는 복수의 캠(40)과; 적어도 어느 하나의 캠(40)의 회전을 감지하여 캠(40)이 특정한 위치에 있을 때 전기적 신호를 출력하는 감지센서(50)로 이루어진 내연기관의 행정 식별장치를 제공한다.

이러한 본 발명은 캠의 회전을 감지토록 하는 것에 의해 밸브의 상태를 알 수 있게 되므로 별도의 센싱러그를 필요로 하지 않으면서도 행정식별이 가능하게 되고, 나아가서 캠축의 가공성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 것은 물론 길이를 짧게할 수 있으므로 엔진의 경량화에 이바지할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

내연기관의 행정 식별장치

본 발명은 내연기관의 행정 식별장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캠축의 회전위상을 감지하여 점화 타이밍을 정확하게 알 수 있도록 하기 위하여 제공되는 행정식별 장치에 관한 것이다.

자동차는 가솔린 또는 디이젤 및 액화천연가스등을 연소시켜 그 폭발력을 이용하여 크랭크축을 회전시켜 구동력을 얻는 것으로, 연료와 공기의 혼합기를 압축하여 이를 연소시키는 실린더를 갖춘 내연기관(이하, 엔진이라 함)을 갖추고 있다.

엔진은 복수의 실린더를 형성하고 있는 실린더블록과 이 실린더 블록의 상부에 제공되어 연소실을 제공하는 실린더 헤드 및 상기 실린더내를 승강하며 폭발력을 발생시키는 피스톤을 갖추고 있다.

또한, 실린더는 흡기구와 배기구를 갖추고 있으며, 각각의 이들 흡.배기구를 통해 혼합기를 공급하거나 또는 연소가스를 배출하는 밸브개폐장치를 포함하고 있다.

이러한 엔진은 주로 2행정기관 또는 4행정기관으로 분류되는 바, 본 발명은 4행정(흡입, 압축, 폭발, 배기행정)을 1사이클(cycle))로 하는 기관에 관련된 것으로서, 이러한 엔진은 압축행정에서 연소실에 제공되는 점화플러그로 스파크를 발생시켜 압축된 혼합기를 점화하여 폭발시키고, 이 폭발력에 의해 피스톤을 하강시킨다. 그리고 커넥팅로드로 피스톤과 크랭크축을 연결하여 피스톤의 승강운동을 크랭크축의 회전운동으로 전환하여 구동력을 얻게 된다.

또한, 상기 밸브개폐장치는 크랭크축에 직결되거나 또는 타이밍벨트등에 의해 연결되어 회전을 이루는 캠축과, 이 캠축상에 각각의 실린더수와 대응하도록 배치되는 복수의 캠과, 캠에 의해 직선왕복운동하며 흡기구 및 배기구를 개폐하는 흡기밸브 그리고 배기밸브를 갖추고 있다. 4행정기관에서는 상기 캠축은 크랭크축의 2회전에 의해 1회전만을 이루도록 구성되어 1사이클에서 각각의 흡기밸브 및 배기밸브는 한번 개폐되어 진다. 상기 캠축은 하나의 캠축으로 흡기밸브 및 배기밸브를 동시에 구동하는 싱글 오버 헤드 캠샤프트(SOHC)형식과, 흡기밸브용의 흡기캠축과 배기밸브용의 배기캠축이 전용으로 제공되는 더블 오버 헤드 캠 샤프트(DOHC)형식이 개발되어 있다.

참고적으로, 4행정을 개략적을 설명하면, 먼저 흡입행정에서는 흡기밸브는 개방되고, 배기밸브는 닫혀있는 상태에서 피스톤이 하강하게 되므로 흡기구를 통해 혼합기(연료 및 공기)가 도입된다. 이러한 상태에서 압축행정이 진행되는데, 압축행정시에는 피스톤이 하사점을 지나 상승을 개시하는 시점에서 캠작용에 의해 흡기밸브가 닫히게 되고, 배기밸브는 계속해서 닫힘상태를 유지한다. 따라서 피스톤이 점차상승함에 따라 혼합기는 압축되어 진다. 그리고 폭발행정에서는 상기 피스톤이 압축을 실시하며 상사점에 도달한 시점에서 점화플러그에서 스파크를 발생시켜 압축된 혼합기가 폭발하고, 이 폭발력에 의해 피스톤이 하강하게 된다. 이와 같이 피스톤이 하강하는 힘은 커넥팅로드를 통해 전달되어 크랭크축의 회전력을 발생시킨다.

그리고 배기행정에서는 피스톤이 하사점을 지나 다시 상승을 개시하면, 캠작용에 의해 흡기밸브가 개방되고 피스톤의 상승에 따라 실린더내의 연소가스가 배기구를 통해 배출된다. 한편, 상기 크랭크축에는 비교적 중량체의 플라이휠이 설치되어 회전관성에 의해 크랭크 축이 항시 한 방향으로 일정한 회전력을 유지하며 회전하도록 되어 있다.

이러한 내연기관은 실린더의 수에 따라 2기통 또는 4기통 내지 8기통 등으로 불리워지는데, 내연기관이 복수의 실린더를 갖추게 되면, 이들 실린더 각각의 점화(폭발)타이밍을 다르게 설정하여 가능한 크랭크축에 짧은 주기로 폭발력을 전달하여 양호한 구동력을 제공할 수 있게 된다. 따라서, 이와 같이 복수의 실린더를 갖출 경우에는 각각의 실린더가 압축행정에 있을 때 점화를 이루기 위해 점화시기를 식별하는 수단을 필요로 하게 된다.

즉, 각각의 실린더는 순차적인 폭발을 이루어야만 구동력이 증대되므로 각각 의 실린더는 일정한 주기를 두고 폭발행정을 수행하고, 아울러 이러한 폭발행정에 맞추어 점화를 이루어야만 한다. 따라서 이에 대응하여 점화시기를 정확하게 일치시키기 위해 현재 피스톤의 행정을 식별할 필요가 있는 것이다.

따라서, 종래에는 행정식별을 위해 크랭크축의 회전을 감지하고, 크랭크축이 예정된 지점에 도달하게 되면 이를 피스톤이 폭발시점에 도달한 것으로 판단하여 점화시기를 결정하게 된다. 그러나 이러한 것은 피스톤이 4행정을 수행하는 동안 2회전을 이루는 크랭크축을 감지하고 있으므로 다기통 엔진에서는 실제 폭발행정이 아닌 다른 행정을 진행하고 있는 실린더에도 점화동작이 일어나 점화플러그의 수명이 단축되는 등의 문제가 발생되고 있었다.

그 일예를 들면, 제 1 내지 제 4실린더가 순차적으로 배열되는 4기통에 있어서는 통상 실린더의 폭발 순서를 1-3-4-2순으로 설정하여 것이 보통이다. 이때, 제 1실린더가 폭발시점에 있다고 가정하면, 제 4실린더의 피스톤은 제 1실린더의 피스톤과 동일한 위치에 있지만 제 4실린더는 실제 배기행정을 마치고 흡입행정을 개시하려는 시점에 있게 된다. 따라서 제 4실린더에는 불필요한 점화동작이 일어나고, 이로 인해 점화플러그의 수명이 단축되는 것은 물론 배전게통의 노화촉진 등의 문제를 갖게 되는 것이다.

따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 최근에는 크랭크축의 2회전에 의해 1회전을 이루는 캠축의 회전을 감지하여 점화시기를 식별하는 장치가 개발되어 있다.

도 1 및 도 2를 참고하여 종래의 캠축을 이용한 행정식별장치를 살펴보면 다음과 같다. 이에 따르면, 일단에 캠기어(2)가 고정되는 캠축(1)이 타이밍벨트(3)에 의해 도시되지 않은 크랭크축과 연결되어 있다.

캠축(1)상에는 복수의 캠(4)이 형성되어 있으며, 후단에는 센싱러그(5)(lug)가 일체로 형성되어 있다. 각각의 캠(4)과 센싱러그(5)는 캠축(1)상에서 절삭가공에 의해 형성되는 것으로, 일측으로 센싱러그(5)의 일측에는 회전중인 센싱러그(5)를 감지하는 감지센서(6)가 제공되어 있다. 감지센서(6)는 센싱러그(5)가 특정위치에 도달하였을 때 비로서 센싱러그를 감지하여 제어부로 전기적인 신호를 출력하게 되고, 제어부에서는 감지센서(50)에서 신호가 입력되면 내장되어 있는 패턴에 따라 각각의 실린더가 현재 어느 행정에 있는지를 판단하게 된다. 예컨대, 감지센서(6)에서 센싱러그(5)가 감지되는 시점을 어느 하나의 피스톤이 현재 폭발행정에 있는 것으로 설정하였다면, 그 나머지의 실린더들은 이 기준되는 실린더와 특정한 주기를 두고 폭발하는 관계에 있으므로 하나의 실린더를 기준으로 나머지 실린더의 점화시기를 판단할 수 있게 되는 것이다.

그러나 이와 같은 구성을 갖는 종래의 행정식별장치는 센싱러그를 별도로 가공하여야 하므로 가공성이 떨어지는 것은 물론 센싱러그의 위치 가공위치의 확보를 위해 캠축의 길이가 길어지는 등의 문제를 갖고 있었다.

즉, 캠축(1)가공시 센싱러그(5)를 추가로 가공하여야 하므로 가공공정이 증가하게 될 뿐만 아니라 센싱러그의 형상이 특정한 형태를 요구하고 있으므로 가공형태 또한 매우 까다롭게 된다. 따라서, 가공성은 물론 생산성이 저하되는 문제를 갖고 있으며, 특히, 센싱러그(5)의 가공을 위해 캠축의 길이를 더욱 길게 확보하여야 하고, 이로 인해 재료비의 상승 및 엔진의 중량이 늘어나게 되는 등의 문제들이 수반되고 있는 실정이었다.

이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 별도의 센싱러그를 필요로 하지 않고 행정식별이 가능토록 하여 캠축의 가공성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 내연기관의 행정 식별장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 행정식별장치의 구성을 보인 사시도

도 2는 종래의 행정식별장치의 요부구성을 보인 단면도

도 3은 본 발명에 따른 행정 식별장치의 구성을 보인 사시도

도 4는 본 발명에 따른 행정식별장치의 요부구성을 보인 단면도

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 캠축 20: 캠기어

30: 타이밍벨트 40: 캠

50: 감지센서

이러한 본 발명의 목적은 적어도 둘 이상의 실린더를 갖추고, 각각의 실린더가 흡입,압축,폭발,배기행정을 순차적으로 수행하는 다기통 엔진으로 이루어진 내연기관에 있어서, 크랭크축에 2:1의 회전비로 연동하는 캠축과; 캠축상에 일체로 형성되는 복수의 캠과; 적어도 어느 하나의 캠의 회전을 감지하여 캠이 특정한 위치에 있을 때 전기적 신호를 출력하는 감지센서로 이루어진 내연기관의 행정 식별장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 감지센서는 캠축의 반경방향 내측을 향해 배열되어 캠의 표면이 가장인접하는 시점에서 감지신호를 발생토록 설치된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4에는 본 발명에 따른 내연기관의 행정 식별장치가 도시되어 있다. 이에 따르면, 본 발명은 일단에 캠기어(20)가 고정되는 캠축(10)이 타이밍벨트(30)에 의해 도시되지 않은 크랭크축과 연결되어 있다. 캠축(10)상에는 복수의 캠(40)이 형성되어 있으며, 캠축(10)의 일측에는 적어도 어느 하나의 캠(40)의 회전을 감지하는 감지센서(50)가 제공되어 있다. 감지센서(50)는 캠(40)이 특정위치에 도달하였을 때 이를 감지하여 제어부로 전기적인 신호를 출력하게 되고, 제어부에서는 감지센서(50)에서 신호가 입력되면 내장되어 있는 패턴에 따라 기준 실린더가 어느 행정을 진행중임을 판단하게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 감지센서(50)는 캠축(10)의 반경방향 내측을 향해 배열되어 캠(40)의 표면이 가장인접하는 시점에서 감지신호를 발생토록 설치되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명은 감지센서(50)에서 캠(40)이 감지되면 이를 어느 하나의 피스톤이 현재 폭발행정에 있는 것으로 판단하고, 그 나머지의 실린더들은 이 기준되는 실린더와 특정한 주기를 두고 폭발하는 관계에 있으므로 하나의 실린더를 기준으로 나머지 실린더의 점화시기를 판단할 수 있게 된다.

본 발명에 따르면 상기 감지센서는 두개의 캠축을 갖는 DOHC타입의 엔진에서는 흡기캠축 및 또는 배기캠축중 어디에 설치되어도 동일한 효과를 얻을 수있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관의 행정식별장치는 감지센서를 캠의 반경방향으로 배치하여, 회전중인 캠의 특정위치를 감지토록 함으로써 캠축의 현재 위상변화에 따라 가변하며 행정과 관련되는 피스톤의 승강위치를 식별할 수 있게 되므로 별도의 센싱러그를 필요로 하지 않으면서도 행정식별이 가능하게 될 뿐만 아니라 캠축의 가공성 및 생산성을 향상시킬 수 있고 길이를 짧게할 수 있으므로 엔진의 경량화에 이바지할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (2)

1. 적어도 둘 이상의 실린더를 갖추고, 각각의 실린더가 흡입,압축,폭발,배기행정을 순차적으로 수행하는 다기통 엔진으로 이루어진 내연기관에 있어서,

   크랭크축에 2:1의 회전비로 연동하는 캠축(10)과;

   캠축(10)상에 일체로 형성되는 복수의 캠(40)과;

   적어도 어느 하나의 캠(40)의 회전을 감지하여 캠(40)이 특정한 위치에 있을 때 전기적 신호를 출력하는 감지센서(50)로 이루어진 내연기관의 행정 식별장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 감지센서는 캠축(10)의 반경방향 내측을 향해 배열되어 캠(40)의 표면이 가장인접하는 시점에서 감지신호를 발생토록 함을 특징으로 하는 내연기관의 행정 식별장치 .

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