KR100263748B1 - 엔진의 가변 흡기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 운전 상태에 따라 전자적으로 작동되는 스텝 모터(10)에 의해서 흡기 매니폴드(20)의 각 기통에 축설된 가변 밸브(40)를 회전시켜 연소실로 공급되는 흡기량이 조정되도록 하는 가변 흡기 구조에 있어서,

일측으로는 스텝 모터(10)가 장착되고, 타측으로는 흡기 매니폴드(20)에 장착되는 기어박스(31)와; 상기한 기어박스(31)의 스텝 모터(10)측 내주면으로 고정되게 압입장착되는 링 기어(32)와; 상기한 기어박스(32) 내로 삽입된 스텝 모터(10)의 구동축 단부에 축고정되는 메인 기어(33)와; 상기의 메인 기어(33)의 외주면과 상기한 링기어(32)의 내주면간으로 기어결합되어 구동력을 감속시키는 복수개의 완충 기어(34)와; 상기한 완충 기어(34)들을 동시에 회동 가능하게 축지지하면서 완충 기어(34)들의 공전하는 회전력에 의해 회전하고, 흡기 매니폴드(20)의 각 기통에 축설되는 가변 밸브(40)들을 동시에 축지지하는 회동축(41)과 연동가능하게 연결되도록 한 회전판(35)으로 이루어지는 감속 수단(30)이 구비되는 구성으로서, 차량의 엔진 속도에 따라 구동되는 가변 밸브(40)의 구동속도가 보다 완만하게 작용하면서 엔진 제어 계통에서의 적절한 대처로 변속 응답성이 향상되도록 하는 동시에 엔진 내구력이 증강되고, 특히 보다 연비를 절감하면서 운전성과 주행 승차감이 향상되도록 하는 엔진의 가변 흡기 장치에 대한 것이다.

Description

엔진의 가변 흡기 장치

본 발명은 연비를 개선하므로서 에미션이 저감될 수 있도록 하는 엔진의 가변 흡기 장치(Variable induction system)에 대한 것으로서, 특히 흡기 매니폴드측으로 각 기통에 각각 장착되는 가변 밸브가 보다 유연하게 작동될 수 있도록 하므로서 엔진 구동의 급격한 변화를 방지하여 운전성이 향상될 수 있도록 하는 가변 흡기 장치에 대한 것이다.

가변 흡기 장치란 가속 페달에 의해 조작되는 스로틀 밸브와는 별도로 흡기 매니폴드에서 엔진의 연소실로 공급되는 공기의 양과 유동성을 일정한 엔진 회전수에 따라 적절히 조절되도록 하여 주행시의 가감속 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.

이를 위해 통상 흡기 매니폴드에는 각 실린더와 연통되는 기통에 각각 가변 밸브(Variable induction valve)를 축설하고, 이들을 일측에서 별도의 구동수단에 의해 회동시키도록 하고 있다.

따라서 차량이 저속 주행을 하는 경우에는 가변 밸브의 개방각도를 작게하고, 중고속에서는 개방각도를 크게 하여 엔진으로 도입되는 공기의 양이 증감되도록 하여 그에따라 연료 분사량이 조정되도록 하므로서 보다 적은 연료에 의한 희박 연소가 가능토록 하는 동시에 급가감속 응답성이 향상될 수 있도록 하는 것이다.

하지만 상기한 가변 밸브를 작동시키기 위한 구동수단으로서 통상 엔진의 부압(Vaccum)이나 전기적으로 작동되는 스텝 모터를 사용하는 것이 일반적인바 이중에서 특히 스텝 모터를 이용하는 구동방식에서는 상기한 스텝 모터의 구동 특성상 온오프작동만을 수행하게 되므로 가변 밸브를 일정 회전 작동 구간에서 한번에 급격하게 회동시키게 되어 저속에서 중고속으로의 전환시 가변 밸브 작동에 따른 흡기 단면적의 급격한 변화에 의해 엔진 출력이 급격하게 변하므로서 운전성과 주행 승차감이 갑자기 불안해지게 되는 단점이 있게 된다.

또한 교통이 혼잡한 도심에서의 주행시에는 저속에서 중고속으로, 중고속에서 저속으로의 전환이 잦아지면서 가변 밸브의 작동 주기가 빨라지게 되는바 엔진 제어 계통에서는 변환된 상태를 채 체크하지 못한 상태에서 재변환되면서 적절한 제어가 이루어지지 않게 되기도 하고, 잦은 엔진 출력의 변화로 엔진 성능에 악영향을 미치기도 하는 문제가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기한 단점과 문제점 해결을 위해 스텝 모터와 가변 밸브간으로는 다수개의 완충 기어를 개입시켜 모터 구동력이 일단 완충 기어들에 의해 완충되도록 하므로서 가변 밸브의 회동 속도를 감속시켜 변속에 따른 급격한 엔진 구동력 변환이 방지될 수 있도록 하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 잦은 변속에도 엔진 구동력 변환이 부드럽게 이루어질 수 있도록 하므로서 운전성과 승차감이 향상될 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성시키기 위한 수단으로서,

엔진 운전 상태에 따라 전자적으로 작동되는 스텝 모터에 의해서 흡기 매니폴드의 각 기통에 축설된 가변 밸브를 회전시켜 연소실로 공급되는 흡기량이 조정되도록 하는 가변 흡기 구조에 있어서,

일측으로는 스텝 모터가 장착되고, 타측으로는 흡기 매니폴드에 장착되는 기어박스와;

상기한 기어박스의 스텝 모터측 내주면으로 고정되게 압입장착되는 링 기어와;

상기한 기어박스 내로 삽입된 스텝 모터의 구동축 단부에 축고정되는 메인 기어와;

상기의 메인 기어의 외주면과 상기한 링기어의 내주면간으로 기어결합되어 구동력을 감속시키는 복수개의 완충 기어와;

상기한 완충 기어들을 동시에 회동 가능하게 축지지하면서 완충 기어들의 공전하는 회전력에 의해 회전하고, 흡기 매니폴드의 각 기통에 축설되는 가변 밸브들을 동시에 축지지하는 회동축과 연동가능하게 연결되도록 한 회전판으로 이루어지는 감속 수단이 구비되는 구성을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 개략적인 구조도

도 2는 본 발명에 따른 감속수단의 분해 사시도

도 3은 본 발명에 따른 감속수단의 작동 구조도

도 4는 본 발명의 감속수단에 의한 가변 밸브 작동 구조도

※ 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 스텝 모터

20 : 흡기 매니폴드

30 : 감속 수단

31 : 기어박스

32 : 링 기어

33 : 메인 기어

34 : 완충 기어

35 : 회전판

이를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예 구조를 도시한 것으로서, 도면부호 10은 스텝 모터이고, 부호 20은 흡기 매니폴드이다.

상기한 흡기 매니폴드(20)의 일측 단부로는 상기한 스텝 모터(10)가 형성되도록 하되 스텝 모터(10)와 흡기 매니폴드(20)간으로는 감속수단(30)이 구비되도록 하는 것이 본 발명의 가장 두드러진 특징이다.

이를 보다 상세하게 설명하면 상기한 감속수단(30)은 도 2에서 보는바와 같이 크게 기어박스(31)와 링 기어(32)와 메인 기어(33)와 완충 기어(34)와 회전판(35)으로 이루어지는 구성이다.

상기한 기어박스(31)는 일측단부로는 스텝 모터(10)가 고정장착되고, 타측단부로는 흡기 매니폴드(20)에 고정장착되도록 하는 감속 수단(30)의 케이스로서, 기어박스(31)의 스텝 모터(10)측 단면의 중앙으로는 스텝 모터(10)의 구동축이 삽입되게 홀(31a)을 형성되도록 하고, 그에 대응되는 흡기 매니폴드(20)측 단면의 중앙으로도 흡기 매니폴드(20)의 각 기통에 축설되는 가변 밸브(40)들과 고정축설되는 회동축(41)이 연결되도록 하는 홀(31b)을 형성한 구조이다.

스텝 모터(10)측으로 형성되는 홀(31a)의 내측 주면으로는 일정 직경으로 홈을 형성하여 상기의 홈으로는 내주면에 기어를 형성시킨 링 기어(32)가 고정되게 압입장착되도록 한다.

그리고 일측의 홀(31a)를 통해 삽입되는 스텝 모터(10)의 구동축 단부에는 상기한 링 기어(32)와 동심원상으로 메인 기어(33)가 축고정되도록 하며, 상기한 메인 기어(33)의 외주면과 링 기어(32)의 내주면간으로는 복수개로 구비되는 소형의 완충 기어(34)가 일정 간격으로 기어결합되게 형성되도록 한다.

즉 상기의 완충 기어(34)들은 메인 기어(33)와는 외접하고, 링 기어(32)와는 내접하는 기어결합 구조로 삽입되도록 한다.

또한 상기한 완충 기어(34)들의 일측 즉 흡기 매니폴드측으로는 회전판(35)을 형성하되 상기한 회전판(35)의 일측면으로는 복수개의 축핀(35a)을 돌설시켜 상기한 완충 기어(34)들이 각각 회동 가능하게 축지지되도록 하고, 타측면으로는 가변 밸브(40)를 축지지하는 회동축(41)의 일단부가 연동 가능하게 연결되도록 한다.

특히 상기의 회전판(35)에는 상기한 회동축(41)보다는 직경이 큰 연결축(35b)이 기어박스(31)의 홀(31b)을 통해 외부로 돌설되게 형성하되 상기의 연결축(35b) 내주면으로는 스플라인 홈이 형성되도록 하여 그와 대응되게 끝단부 외주면으로 스플라인 돌기가 돌설되도록 한 회동축(41)과 스플라인 결합에 의해서 축연결이 이루어질 수 있도록 하는 것도 보다 바람직하다.

한편 회전판(35)과 연동하게 되는 회동축(41)에는 각 기통마다 가변밸브(40)가 축고정되면서 흡기 통로의 개폐량을 조정하게 된다.

이상에서와 같은 감속수단(30)이 구비된 구조에서 엔진이 저속에서 중저속으로 전환하게 되면 전자적으로 스텝 모터(10)는 정해진 구간만큼을 회전하게 되므로 상기한 스텝 모터(10)의 구동축 단부로 고정축설된 기어박스(31)내 메인 기어(33)도 동시에 회전하게 된다.

이러한 메인 기어(33)가 회전하게 되면 그 외주면측으로 삽입된 복수개의 완충 기어(34)들이 자전을 하면서 도 3에서와 같이 링 기어(32)의 내주면을 따라 동시에 공전을 하게 된다.

완충 기어(34)들의 공전작용으로 상기한 완충 기어(34)들을 축지지하는 회전판(35)도 동시에 완충 기어(34)들의 공전 속도로 회전을 하게 되는바 이때의 회전판(35) 회전속도는 스텝 모터(10)에 의한 회전속도를 대폭적으로 감속시킨 속도로서 회전하게 된다.

회전판(35)이 완충 기어(34)들의 공전속도로 회전을 하게 되면 상기한 회전판(35)과 축연결된 회동축(41)이 연동하면서 도 4에서와 같이 흡기 매니폴드(20)의 각 기통에서 상기한 회동축(41)에 각각 축고정된 가변밸브(40)를 회전시켜 흡기 단면적으로 서서히 확장시키게 된다.

이러한 흡기 단면적의 확장으로 엔진 연소실로 공급되는 공기량이 점차적으로 증가하게 되면 연료 제어 계통에서는 증가하는 상태에 따라 그에 적절하게 연료의 공급량을 증가시키게 되므로서 완만한 출력 증가가 이루어지도록 하게 된다.

이와같은 출력 증가의 완만한 상승은 엔진 출력의 급격한 변화를 방지하게 되므로서 전혀 엔진에 무리를 주지 않게 될 뿐만 아니라 연료 제어 계통에서도 적절히 대처하면서 정확한 연료량 공급을 수행하게 된다.

한편 차량의 감속운전으로 중고속에서 저속으로 전환되는 경우에도 스텝 모터(10)의 구동속도는 본 발명의 감속 수단(30)을 거치면서 증속될 때와 마찬가지로 감속도 완만하게 수행하게 된다.

이로서 종전과 같이 전자적인 신호에 의해 급격하게 작동되는 가변밸브에 의해 급격하게 증감되는 공기량에 대하여 연료 제어 계통에서의 연료공급이 적절히 이루어지지 못하게 되므로서 발생되는 사례 즉 제어계통이 순간적으로 제기능을 발휘하지 못하거나 불필요하게 연료가 과소비되는 사례가 없어지게 된다.

특히 흡입 공기량의 변화가 완만하게 이루어지게 되면 결과적으로 목표로하는 출력으로의 구동 시간이 종전에 비해서 보다 단축되는 결과가 되므로서 엔진에 전혀 무리를 주지 않으면서 더욱 향상된 응답성을 기대할 수가 있게 된다.

이상에서 설명한 바와같이 가변밸브(40)의 구동속도를 보다 감속시켜 구동력 변화를 완만하게 이루어지도록 하게 됨에 따라 차량 주행시의 안정된 주행 승차감을 유지할 수가 있게 되고, 이는 저속과 중고속으로의 변환이 심한 도심에서의 주행에는 보다 효과적이다.

그러므로 본 발명에 따른 가변 밸브의 감속 구조에 따라 차량의 엔진 속도에 따라 구동되는 가변 밸브의 구동속도가 보다 완만하게 작용되도록 하면서 엔진 제어 계통에서의 적절한 대처로 변속 응답성이 향상되도록 하는 동시에 엔진 내구력을 증강시키고, 특히 보다 연비를 절감하면서 운전성과 주행 승차감을 향상시키게 되는 매우 유용한 효과가 있게 된다.

Claims (2)

1. 엔진 운전 상태에 따라 전자적으로 작동되는 스텝 모터(10)에 의해서 흡기 매니폴드(20)의 각 기통에 축설된 가변 밸브(40)를 회전시켜 연소실로 공급되는 흡기량이 조정되도록 하는 가변 흡기 구조에 있어서,

   일측으로는 스텝 모터(10)가 장착되고, 타측으로는 흡기 매니폴드(20)에 장착되는 기어박스(31)와;

   상기한 기어박스(31)의 스텝 모터(10)측 내주면으로 고정되게 압입장착되는 링 기어(32)와;

   상기한 기어박스(32) 내로 삽입된 스텝 모터(10)의 구동축 단부에 축고정되는 메인 기어(33)와;

   상기의 메인 기어(33)의 외주면과 상기한 링기어(32)의 내주면간으로 기어결합되어 구동력을 감속시키는 복수개의 완충 기어(34)와;

   상기한 완충 기어(34)들을 동시에 회동 가능하게 축지지하면서 완충 기어(34)들의 공전하는 회전력에 의해 회전하고, 흡기 매니폴드(20)의 각 기통에 축설되는 가변 밸브(40)들을 동시에 축지지하는 회동축(41)과 연동가능하게 연결되도록 한 회전판(35);

   으로 이루어지는 감속 수단(30)이 구비되는 구성을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기의 회전판(35)에는 상기한 회동축(41)보다는 직경이 큰 연결축(35b)이 외부로 돌설되게 형성하되 상기의 연결축(35b) 내주면으로는 스플라인 홈이 형성되도록 하여 그와 대응되게 끝단부 외주면으로 스플라인 돌기가 돌설되도록 한 회동축(41)과 스플라인 결합에 의해서 축연결되도록 하는 구성을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기 장치.

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