KR100418762B1 - 텀블-스월 변환 흡기 시스템 - Google Patents

텀블-스월 변환 흡기 시스템 Download PDF

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Abstract

엔진에의 적용범위를 넓히고, 텀블-스월 변환에 따른 출력 변동을 줄이며 텀블-스월의 변환을 보다 정밀하게 제어할 수 있도록,
압축공기를 공급하는 압축공기 공급수단; 흡기 매니폴드와 실린더 헤드 사이에 설치되어, 공기호스를 통하여 상기 압축공기 공급수단에서 공급되는 공기를 분사하는 회전판; 상기 회전판에서 분사되는 공기의 방향이 변화되도록 상기 회전판을 회전시키는 회전판 회전수단; 및 엔진의 작동 상태를 검출하여 이를 기초로 상기 솔레노이드 밸브 개폐 및 상기 회전판의 회전을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 텀블-스월 변환 흡기 시스템을 제공한다.

Description

텀블-스월 변환 흡기 시스템{AN AIR INDUCTION SYSTEM FOR GENERATING TUMBLE AND SWIRL EFFECT}
본 발명은 텀블-스월 변환 흡기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다양한 엔진에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 텀블-스월 변환에 따른 출력 변동을 줄이고 텀블-스월의 변환을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 텀블-스월 변환 흡기 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 내연기관 엔진은 공기와 연료를 흡입하여 실린더 내에서 연소시킴으로써 그 폭발력을 이용하는 장치이다.
따라서 공기와 연료가 혼합된 혼합가스에서 연료가 공기 속에 충분히 잘 혼합되는 것이 발생되는 폭발력을 결정하는 중요한 요소가 되며, 공기와 연료를 혼합하는 방법으로서 통상 텀블(tumble)과 스월(swirl)의 두가지 방법이 사용되고 있다.
상기 텀블은 도1a에 도시된 바와 같이, 실린더(110) 내에서 수직 방향으로 흡기 공기를 유동시킴으로써 연료와의 혼합을 촉진하는 것을 말하며, 상기 스월은 도 1b에 도시된 바와 같이, 실린더(110) 내에서 수평 방향으로 흡기를 유동시킴으로서 연료를 스월의 중심쪽으로 집중시키는 흡기 유동이다.
텀블이 강화되는 경우에는 연소실에서의 연소속도가 빨라지게 되므로 출력을 향상시키고 노킹 발생을 억제할 수 있으며, 스월이 강화되는 경우에는 연료가 스월의 중심, 즉 점화 플러그(도시하지 않음)에 집중시킴으로써 적은 공연비로도 안정적인 연소를 실현할 수 있게 된다.
따라서, 엔진의 운전 조건에 따라서 텀블과 스월의 강도를 조절해야 할 필요가 있는데, 특히 희박 연소 엔진(Lean Burn Engine) 등과 같이 엔진의 주행상태에 따라 공연비를 다르게 제어할 필요가 있는 경우에는 상기 텀블 및 스월의 강도를 조절할 수 있도록 흡기포트를 설계하고 있다.
텀블 및 스월의 발생 강도는 통상 흡기 포트의 형상에 의해 결정된다.
즉, 흡기포트를 통해 실린더로 유입되는 공기의 방향이 하향으로 설정될수록텀블은 크게 발생된다. 그리고 흡기포트를 통해 실린더로 유입되는 공기의 방향이 실린더 외주측으로 수평하게 되도록 흡기포트를 형성하면 스월이 크게 발생되는 것이다.
이러한 성질을 이용하여, 하나의 실린더 내에서 텀블과 스월을 조절하기 위해서는 통상 2개의 흡기포트를 이용하여 조절하게 되는데, 도 2는 종래 기술에 의한 텀블 및 스월 조절 장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 종래에는 실린더(210)에 흡기공기를 유입시키는 흡기포트를 2개소 형성하되, 하나(220; 이하 '스월 포트'라 칭한다)는 유입방향이 실린더 외주측으로 수평하게 되도록 굴곡지게 형성하고, 다른 하나(230; 이하 '텀블 포트'라 칭한다)는 유입방향이 실린더 중심측으로 하향되도록 형성된다.
상기 텀블 포트(230)에는 포트를 개폐하는 스월 조정 밸브(240)가 부설되어, 상기 스월 조정 밸브(240)의 조절에 의해 텀블 및 스월의 강도를 조절하게 된다.
즉, 상기 스월 조정 밸브(240)가 닫힌 경우에는 상기 스월 포트(220)만을 통해 공기가 유입되므로, 실린더(210) 내에는 스월 강도가 커지게 되고, 상기 스월 조정 밸브(240)가 열린 경우에는 상기 실린더(210) 내에서 텀블의 강도가 커지게 되므로 반사적으로 스월의 강도가 약해지게 된다.
그런데 상기와 같은 종래 기술에 의한 텀블-스월 조정 장치에 의하면, 2개의 흡기포트가 형성된 실린더 헤드가 장착된 엔진에 한하여서만 텀블-스월 조정이 가능하였다.
또한, 스월의 강도를 높이기 위해서는 텀블 포트(230)를 닫음으로써실린더(210)에 유입되는 공기의 양이 줄어들게 되므로 엔진의 출력이 떨어지게 된다.
또한, 엔진의 온도 및 공회전 여부, 희박연소영역 여부 등 엔진의 운전 조건에 따라서 텀블 및 스월의 세밀한 제어가 가능해야 할 것이나, 종래 기술에 의하면 텀블 포트(230)의 개도에 의해서만 조정하게 됨으로써 텀블 및 스월 변환 제어가 향상될 수 있는 여지가 많이 있었다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 엔진에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 텀블-스월 변환에 따른 출력 변동을 줄이고 텀블-스월의 변환을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 텀블-스월 변환 흡기 시스템을 제공하는 것이다.
도 1은 텀블과 스월을 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 의한 텀블 및 스월 조절 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 텀블-스월 변환 흡기 시스템의 구성도이다.
도 4는 도 3의 우측면도로서, 흡기 매니폴드를 탈거한 상태에서 본 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 텀블-스월 변환 흡기 시스템의 작동을 나타내는 도면이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 텀블-스월 변환 흡기 시스템은, 압축공기를 공급하는 압축공기 공급수단; 흡기 매니폴드와 실린더 헤드 사이에 회전가능하게 설치되어, 그 회전에 따라 상기 압축공기 공급수단으로부터 공급되는 공기를 소정의 방향으로 분사하는 회전판; 상기 회전판에서 분사되는 공기의 방향이 변화되도록 상기 회전판을 회전시키는 회전판 회전수단; 및 엔진의 작동 상태를 검출하여 이를 기초로 상기 솔레노이드 밸브 개폐 및 상기 회전판의 회전을 제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 압축공기 공급수단은, 외부로부터 흡입한 공기를 압축하여 공급하는 공기 압축장치; 상기 공기 압축장치로부터 공급되는 공기 압력을 설정 압력으로 제어하여 공급하는 압력 조절장치; 및 상기 압력 조절장치로부터 공급되는 공기 공급을 개폐 제어하여 상기 회전판에 공기를 공급하는 솔레노이드 밸브를 포함하고,
상기 회전판은 실린더 헤드의 흡기포트에 대응하여 내부 관통홀이 형성되고, 상기 내부 관통홀의 외주측에는 상기 공기호스에 연결되는 공기 분사로가 고정된다.
상기 회전판 회전수단은 상기 회전판 외주측에 힌지 결합하는 제1로드; 엔진 일측에 부착되는 가이드 부재에 의해 전후진 작동이 가이드 되고 상기 제1로드와 힌지 결합하는 제2로드; 및 상기 제어수단의 제어신호에 의하여 상기 제2로드를 전후진시키는 모터를 포함하여 구성되며
상기 제어수단은, 흡기 매니폴드를 통해 유입되는 공기와 함께 상기 회전판에서 공기가 분사되도록, 엔진 회전 위치를 검출하여 엔진 흡기 행정에 해당될 경우에 상기 솔레노이드 밸브를 개방하고, 텀블의 강도를 높일 때에는 상기 회전판의 공기 분사로가 흡기포트의 상측에 위치하도록 상기 모터를 제어하고, 스월의 강도를 높일 경우에는 상기 회전판의 공기 분사로가 흡기포트의 측방에 위치하도록 상기 모터를 제어한다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 텀블-스월 변환 흡기 시스템의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 텀블-스월 변환 흡기 시스템은, 먼저, 압축공기를 공급하는 압축공기 공급수단(310)이 설치되고, 흡기 매니폴드(375)와 실린더 헤드(360) 사이에는 공기호스(335)를 통하여 상기 압축공기 공급수단(310)에서 공급되는 공기를 분사하는 회전판(330)이 설치된다. 상기 회전판(330)에서는 상기 공기호스(335)와 연결되는 공기 분사로(337)를 통해 공기를 분사한다.
도 3에는 실린더 헤드(360)의 흡기포트(370)가 2개 형성된 것으로 도시하였으나 상기 실린더 헤드(360)는 흡기포트가 1개 형성되어도 무방하다.
상기 회전판(330)에는 회전판 회전수단(340)이 연결되어 상기 회전판(330)을 회전시킴으로써 상기 회전판(330)에서 분사되는 공기의 방향을 변화시킨다.
상기 압축공기 공급수단(310) 및 상기 회전판 회전수단(340)에는 제어수단(350)이 연결되어, 상기 제어수단(350)은 엔진의 작동 상태를 검출하여 이를 기초로 상기 압축공기 공급수단(310)의 공기 공급 및 상기 회전판(330)의 회전 위치를 제어한다.
상기 압축공기 공급수단(310)은, 외부로부터 흡입한 공기를 압축하여 공급하는 공기 압축장치(315)에 압력 조절장치(320)를 연결하여 상기 공기 압축장치(315)로부터 공급되는 공기 압력을 설정 압력으로 제어하며, 상기 압력 조절장치(320)에는 솔레노이드 밸브(325)가 연결되어 상기 압력 조절장치(320)로부터 상기 회전판(330)에 공급되는 공기 공급을 개폐 제어하게 되는데, 상기 솔레노이드 밸브(325)는 상기 제어수단(350)에 연결되어 상기 제어수단(350)의 제어에 의해 작동하게 된다.
상기 제어수단(350)은 엔진 회전수, 냉각수온, 차속, 엔진 회전 위치 등 차량 운행 상태를 감지하는 복수의 센서로 구성되는 차량 운행상태 감지수단(도시하지 않음)으로부터 차량 운행상태 정보를 입력받아, 설정된 로직에 의해 상기 솔레노이드 밸브(325)의 개폐 및 회전판 회전수단(340)의 작동을 제어하며, 엔진을 제어하기 위한 통상의 전자제어유닛(Electronic Control Unit)으로 할 수 있다.
상기 설정된 로직은 텀블 및 스월을 제어하는 통상의 방법에 의해 설정될 수 있으며, 본 발명의 텀블-스월 변환 흡기 시스템이 적용되는 차량의 제원에 따라서 임의로 설정할 수 있다.
도 4는 도 3의 우측면도로서, 흡기 매니폴드(375)를 탈거한 상태에서 본 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 회전판(330)은, 실린더 헤드(360)의 흡기포트(370)에 대응하여 내부 관통홀(405)이 형성되고, 상기 내부 관통홀(405)의 외주측에는 상기 공기호스(335)에 연결되는 공기 분사로(337)가 고정된다.
상기와 같이 형성되는 회전판(330)을 회전시킬 수 있도록 상기 회전판 회전수단(340)은 상기 회전판(330) 외주측에 힌지 결합하는 제1로드(410); 엔진 일측에 부착되는 가이드 부재(430)에 의해 전후진 작동이 가이드 되고 상기 제1로드(410)와 힌지 결합하는 제2로드(420); 및 상기 제어수단(350)의 제어신호에 의하여 상기 제2로드(420)를 전후진시키는 모터(440)를 포함하여 구성된다.
설명하지 아니한 도면부호 450은 흡기포트 내의 분리벽을 지칭한다.
이하 본 발명의 실시예의 텀블-스월 변환 흡기 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 제어수단(350)은 엔진 회전 위치를 검출하여 엔진 흡기 행정에 해당될 경우에는 상기 솔레노이드 밸브(325)를 개방하여 흡기 매니폴드(375)를 통해 유입되는 공기와 함께 상기 회전판(330)에서 공기가 분사되도록 한다.
텀블의 강도가 높게 필요한 경우에는 상기 회전판(330)의 회전 위치는 도 4a에 도시된 바와 같이, 공기 분사로(337)가 흡기포트(370)의 상측에 위치하도록 제어된다.
그러면 공기의 분사는 도 5a에 도시된 바와 같이, 흡기포트(370)의 상방에서 분사됨으로써 실린더(365)로 공기가 유입될 때에는 전체적으로 상하의 유동, 즉 텀블을 강화하게 된다.
스월의 강도가 높게 필요한 경우에는, 상기 제어수단(350)은 상기 모터(440)를 구동함으로써 상기 회전판(330)의 회전 위치를 도 4b에 도시된 바와 같이 흡기포트(370)의 중앙 외측에 공기 분사로(337)가 위치하도록 제어한다.
그러면 공기의 분사는 도 5b에 도시된 바와 같이, 흡기포트의 측방에서 분사됨으로써 실린더(365)로 공기가 유입될 때에는 전체적으로 수평방향으로의 회전, 즉 스월이 강화되게 된다.
이상으로 본 발명의 텀블-스월 변환 흡기 시스템에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 흡기밸브의 개수에 무관하게 다양한 엔진에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 텀블-스월 변환에 따른 출력 변동을 줄이고 텀블-스월의 변환을 보다 정밀하게 제어할 수 있으므로, 엔진의 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 압축공기를 공급하는 압축공기 공급수단;
    흡기 매니폴드와 실린더 헤드 사이에 회전가능하게 설치되어, 그 회전에 따라 상기 압축공기 공급수단으로부터 공급되는 공기를 소정의 방향으로 분사하는 회전판;
    상기 회전판에서 분사되는 공기의 방향이 변화되도록 상기 회전판을 회전시키는 회전판 회전수단; 및
    엔진의 작동 상태를 검출하여 이를 기초로 상기 솔레노이드 밸브 개폐 및 상기 회전판의 회전을 제어하는 제어수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 텀블-스월 변환 흡기 시스템.
  2. 제1항에서, 상기 압축공기 공급수단은,
    외부로부터 흡입한 공기를 압축하여 공급하는 공기 압축장치;
    상기 공기 압축장치로부터 공급되는 공기 압력을 설정 압력으로 제어하여 공급하는 압력 조절장치; 및
    상기 압력 조절장치로부터 공급되는 공기 공급을 개폐 제어하여 상기 회전판에 공기를 공급하는 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 텀블-스월 변환 흡기 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 회전판은 실린더 헤드의 흡기포트에 대응하여 내부 관통홀이 형성되고, 상기 내부 관통홀의 외주측에는 상기 공기호스에 연결되는 공기 분사로가 고정되는 것을 특징으로 하는 텀블-스월 변환 흡기 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 회전판 회전수단은 상기 회전판 외주측에 힌지 결합하는 제1로드;
    엔진 일측에 부착되는 가이드 부재에 의해 전후진 작동이 가이드 되고 상기 제1로드와 힌지 결합하는 제2로드;
    상기 제어수단의 제어신호에 의하여 상기 제2로드를 전후진시키는 모터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 텀블-스월 변환 흡기 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 제어수단은,
    흡기 매니폴드를 통해 유입되는 공기와 함께 상기 회전판에서 공기가 분사되도록, 엔진 회전 위치를 검출하여 엔진 흡기 행정에 해당될 경우에 상기 솔레노이드 밸브를 개방하고,
    텀블의 강도를 높일 때에는 상기 회전판의 공기 분사로가 흡기포트의 상측에 위치하도록 상기 모터를 제어하고, 스월의 강도를 높일 경우에는 상기 회전판의 공기 분사로가 흡기포트의 측방에 위치하도록 상기 모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 텀블-스월 변환 흡기 시스템.
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