KR100241393B1 - 자동차용 엔진 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래의 자동차용 엔진에서는 충분한 연비향상 효과를 얻기는 미흡하다는 문제점이 있어서 이를 해결할 목적으로, 실린더 블록(10)과, 상기 실린더 블록(10)의 상부에 결합되며 내부에는 플레니엄(22)이 형성되는 실린더 헤드(20)와, 상기 실린더 블록(10)의 실린더에 설치되며 대오목부(34)와 소오목부(36)가 상면에 형성되는 피스톤(30)과, 직립으로 설치되는 직립 흡기포트(12)와, 연소생성물이 배출되는 배기포트(14)와, 상기 직립 흡기포트(12) 및 상기 배기포트(14)에 설치되는 흡기밸브(42) 및 배기밸브(44)와, 상기 흡기밸브(42)의 구동시기를 부하에 따라 조절하는 가변 밸브 구동장치(56)와, 상기 직립 흡기포트(12)의 하부에 설치되는 인젝터(60)와, 상기 직립 흡기포트(12)와 상기 배기포트(14)의 사이에 설치되는 점화 플러그(62)를 포함하는 자동차용 엔진을 제공한다.

Description

자동차용 엔진 및 그 제어방법

본 발명은 자동차용 엔진 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고팽창 및 성층연소로 인한 희박연소를 시킴으로써 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 엔진 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 새시는 엔진과, 상기한 엔진의 동력을 전달받는 동력전달 장치와, 차량의 주행 방향을 조절하는 조향장치와, 주행중 노면의 충격이 자동차에 전달되는 것을 차단하는 현가장치 등으로 구성되어 있다.

상기 엔진은 연료를 연소시킴으로써 연료의 화학에너지를 기계적 에너지로 변환하여 출력하는 장치이며, 적은 연료 소비로 충분한 출력을 얻을 수 있도록 연소의 안전성과 연소효율을 높이는 것이 요구되고 있다.

엔진의 연소효율을 높이기 위해서는 연료와 공기의 혼합을 촉진하고 연료를 분무화하는 것이 바람직하다.

따라서 엔진의 연소효율을 높이기위한 제안으로 연소실의 형상에 대한 제안, 즉 피스톤의 상면이나 실린더 헤드 하면의 형상의 개선에 대한 제안이 있다.

또한 점화 플러그에 위치에 대한 제안이나 연료의 공급상태에 대한 제안 등이 있다.

그러나 종래의 자동차용 엔진에서는 충분한 연비향상 효과를 얻기는 미흡하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 고팽창 및 희박연소을 통하여 연비를 향상시키는 자동차용 엔진 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.

제1도는 본 발명에 따른 자동차용 엔진을 나타낸 단면도이고,

제2도는 제1도의 평면도이고,

제3도는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 피스톤을 나타낸 사시도이고,

제4도는 연료를 흡기행정중에 분사하는 경우에 연료와 공기의 흐름을 나타낸 개략도이고,

제5도는 연료를 압축행정중에 분사하는 경우에 연료와 공기의 흐름을 나타낸 개략도이고,

제6도는 흡기밸브 및 배기밸브의 개폐시점을 나타낸 그래프로서,

(a)는 통상운전 및 공전시의 개폐시점을 도시한 것이며,

(b)는 고속운전시의 개폐시점을 도시한 것이고,

제7도는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 압력-체적선도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 실린더 블록 12 : 직립 흡기포트

14 : 배기포트 20 : 실린더 헤드

22 : 플레니엄(pleneum) 30 : 피스톤

34 : 대오목부 36 : 소오목부

42 : 흡기밸브 44 : 배기밸브

52 : 흡기 캠 54 : 배기 캠

56 : 가변 밸브 구동장치 60 : 인젝터

62 : 점화플러그

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 특징은 엔진의 구조를 변경하고, 또한 연료의 분사시기 및 흡배기밸브의 개폐시기를 효과적으로 제어하여 연비를 효과적으로 향상시키기는 데에 있다.

즉 엔진의 구조 측면에서는 직립 흡기포트 및 파도모양의 산이 형성된 피스톤을 사용하며, 상기 직립 흡기포트의 하부에 설치된 고압의 인젝터에서 연료를 분사함으로써 난류유동을 촉진시켜 연소안정성을 향상시키는 데에 특징이 있다.

또한 가변 밸브 구동장치(variable volume timig)을 이용하여 부하에 따라 흡기밸브의 구동시기를 조정하여 실효율 압축비와 팽창비를 조절하는 데에 특징이 있다.

그리고 연료분사시기는 희박연소시에는 압축행정 말기에 행하고 그외에는 흡기행정중에 행하는 데 특징이 있다.

즉 본 발명에 따른 자동차용 엔진은 실린더 블록과, 상기 실린더블록의 상부에 결합되며 내부에는 플레니엄이 형성되는 실린더 헤드와, 상기 실린더 블록의 실린더에 설치되며 대오목부와 소오목부가 상면에 형성되는 피스톤과, 공기가 유입되며 직립으로 설치되는 직립 흡기포트와, 연소생성물이 배출되는 배기포트와, 상기 직립 흡기포트 및 상기 배기포트에 설치되는 흡기밸브 및 배기밸브와, 상기 흡기밸브의 구동시기를 부하에 따라 조절하는 가변 밸브 구동장치와, 상기 직립 흡기포트의 하부에 설치되는 인젝터와, 상기 직립 흡기포트와 상기 배기포트의 사이에 설치되는 점화플러그를 포함하여 이루어진다.

그리고 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 제어방법은 희박연소시에는 압축행정 말기에 연료분사를 행하고 그외에는 흡기행정중에 연료분사를 행하며, 통상운전시나 아이들시는 흡입행정이 끝나지 않은 시점에서 흡기밸브를 닫고 팽창행정은 하사점 가까이까지 행함은 특징으로 한다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면를 참조하여 설명한다.

제1도는 본 발명이 적용되는 실시예를 도시한 단면도로서 이를 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 엔진을 설명하면 다음과 같다.

상부에 실린더 헤드(20)가 결합되는 실린더 블록(10)에는 직렬 흡기포트(12)와 배기포트(14)가 형성되며 내부에는 피스톤(30)이 장착되며, 상기 직렬 흡기포트(12)와 배기포트(14)에는 흡기밸브(42) 및 배기밸브(44)가 설치된다.

여기서 상기 실린더 헤드(20)에는 플레니엄(22)이 형성되어 상기 직렬 흡기포트(12)와 연결되며, 상기 피스톤(30)은 연소실을 소단위로 나누고 난류유동을 촉진하기 위하여 후술하는 물결모양의 2개의 산을 갖도록 형성된다.

그리고 상기 직립 흡기포트(12) 및 배기밸브(44)는 크랭크축과 연동되는 흡기캠(52) 및 배기 캠(54)에 의하여 구동되며, 상기 직렬 흡기포트(12)의 하부에는 연료를 분사하는 고압의 인젝터(60)가 설치되며, 상기 직렬 흡기포트(12)와 배기포트(14)의 사이에는 점화 플러그(62)가 설치된다.

한편 제2도에 도시한 바와 같이, 상기 흡기 캠(52)의 구동축에는 부하에 따라서 흡기밸브(42)의 작동시기를 조절하기 위하여 가변 밸브 구동장치(56)가 설치된다.

제3도를 참조하여 본 발명에 따른 엔진의 피스톤(30)을 상세히 설명하면 다음과 같다.

피스톤(30) 상면의 형상은 난류유동을 촉진하기위하여 파도모양의 2개의 산(32)이 형성된다.

즉 2개의 산(32)사이에는 대오목부(34)가 형성되며, 2개의 산과 실린더의 벽 사이에는 소오목부(36)가 형성된다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 실시예의 작용을 제4도 및 제5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 엔진의 제어방법에서는 연료분사시기를 저부하시에는 압축행정의 말기에 실시하여 희박연소를 행하고, 고부하시에는 흡입행정중에 분사하여 통상의 연소가 행해지도록 한다.

먼저 연료를 흡기행정중 분사하는 저부하시의 경우를 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

흡기행정중에 인젝터(60)에서 연료가 연소실로 분사되며, 이때 분사된 연료는 직립 흡기포트(12)(역텀블포트 : 역 tumble port)를 통하여 유입된 공기에 의해 생성된 강한 역텀블류에 의해 미립화되어 연소실내에 고르게 분포되므로 연소효율이 향상된다.

다음에 압축행정중에 연료를 분사하는 고부하시의 경우를 제5도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

제5(a)도 및 (b)도에 도시한 바와 같이, 피스톤(30)의 상면에 형성된 산(32)에 의하여 역텀블류는 중앙의 대오목부(34)의 큰 텀블류와 좌우의 작은 텀블류로 분리되는데, 이때 인젝터(60)는 중앙의 텀블류를 향해서 연료를 분사하게 되고, 분사된 연료는 이 텀블류의 유동에 의해 회전하는 연료의 띠를 형성하게 된다.

이때 작은 텀블유동은 분사된 연료가 연소실 벽면으로 가지못하도록 하는 역할을 행함고 동시에 분사된 연료를 피스톤(30) 상면의 뜨거운 부분으로 유도하여 연료의 기화를 촉진시킨다. 그리고 큰 텀블유동은 분사된 연료를 점화 플러그(62)쪽으로 옮기는 역할을 행한다.

계속 압축이 진행되면 제5(c)도에 도시한 바와 같이 피스톤(30)이 상승하면 연료가 점화 플러그(62) 주위에 성층분포하게되며, 이러한 텀블류는 점화직전에 수없이 작은 유동으로 쪼게어져서 난류유동을 촉진하게 되어 결국 연소안전성이 향상된다.

한편 제6도를 참조하여 흡기 캠(52)의 구동축에 설치된 가변 밸브 구동장치(56)에 의한 흡기밸브(42)의 개폐시점에 대하여 설명하면 다음과 같다.

통상운전시나 아이들시는 제6(a)도에 도시한 바와 같이 흡입행정이 끝나지 않은 시점에서 흡기밸브(42)를 닫음으로써 압축행정중에 발생하는 엔진의 압축손실을 상기 흡기밸브(42)를 조기에 닫음으로써 생기는 체적량만큼 저감시킨다. 또한 팽창행정은 하사점 가까이까지 함으로써 팽창비율을 높여 연소된 열이 최대의 일을 하도록 유도하여 고압축 고팽창 사이클을 형성한다.

즉 제7도에 도시한 바와 같이, 팽창비가 압축비보다 커서 빗금친 부분만큼 일량이 증가하여 열효율이 향상되게 된다.

한편 플레니엄(22)이 실린더 헤드(20) 내에 설치되므로 직립 흡입포트의 약점인 엔진 높이가 증가하는 단점을 해소할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 실시예의 효과를 설명하면 다음과 같다.

위에서 설명한 본 발명에 의하면, 고팽창 및 성층연소에 의한 희박연소에 의하여 연비를 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

상기에서 본 발명은 하나의 실시예만을 설명하였으나, 첨부된 청구범위에서 알수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다는 것을 이해할 것이다.

Claims (2)

1. 실린더블럭, 상기 실린더블럭의 상부에 결합되면 내부에 프레니엄이 형성된 실린더헤드와, 공기가 유입되며 직립으로 설치된 직립 흡기포트와, 연소생성물이 배출되는 배기포트와, 상기 직립흡기포트 및 상기 배기포트에 설치되는 흡기밸브 및 배기밸브와 상기 직립 흡기포트의 하부에 설치되는 인젝터와, 상기 직립 흡기포트와 상기 배기포트의 사이에 설치되는 점화플러그와, 상기 실린더블럭의 실린더에 설치되며 대오목부와 소오목부가 상면 형성되는 피스톤으로 이루어진 엔진에 있어서, 상기 흡기 밸브의 구동시기를 부하에 따라 조절하는 가변밸브 구동장치를 포함하여 이루어진 자동차용 엔진.
2. 희박연소시 압축행정 말기에 연료분사를 행하고 그외에는 흡기행정중에 연료분사를 행하며, 통상의 운전시나 아이들시 압축행정중의 엔진 압축손실을 저감시킬 수 있도록 흡기행정이 끝나기 이전의 적절한 시점에서 흡기밸브를 닫아 발생하는 체적량만큼 저감될 수 있도록 하고 팽창행정시 하사점 까지 팽창시켜 팽창비율을 높여 연소하여 열효율을 향상시킬 수 있도록 하는 자동차 엔진의 제어방법.