KR100482059B1 - 차량 엔진의 흡기 유량 가변 차지 모션 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 엔진의 흡기 유량 가변 차지 모션 장치에 관한 것으로, 흡기매니폴드를 통해 연소실로 유입되는 혼합기 흐름량을 점진적으로 가변시키면서 혼합기의 흐름에서 텀블형성을 유도해 혼합기의 유입정도에 따라 상응되게 지연되는 스파크 타임에 따라 연소 효율 향상과 배기가스저감은 물론 특정 영역에서 엔진의 토크를 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진의 운전조건에 따라 작동되는 조절수단이 각 연소실로 이어지는 통로인 다수의 포트(1a,...,1n)를 형성한 흡기매니폴드의 일 측면으로 구비되어 연소실로 유입되는 혼합기의 흐름양을 조절하되, 상기 조절수단은 ECU로부터 전송되는 제어신호를 받아 동력을 발생하는 DC 모터로 이루어진 구동부재와, 이 구동부재로부터 회전력을 전달받아 상기 각 포트의 열림정도를 조절하는 조작부재로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

차량 엔진의 흡기 유량 가변 차지 모션 장치{Air flux variable charge motion device of engine in vehicle}

본 발명은 차량 엔진의 흡기 유량 가변 차지 모션 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소실로 유입되는 혼합기 유량 변화와 흐름의 텀블화를 형성해 연비와 배기가스를 동시에 저감할 수 있도록 된 차량 엔진의 흡기 유량 가변 차지 모션 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관용 엔진(예를 들어 4사이클 엔진)은 흡·배기밸브로 이루어진 밸브장치를 구비하여 필요한 혼합기를 연소실 안으로 흡입하여 연소시킨 후 연소가스를 외부로 배출하며, 압축 및 동력행정에서는 두 밸브가 닫혀 연소실내의 충분한 기밀을 유지하여 줌으로서 효과적인 연소로 최대의 동력을 얻을 수 있게 된다.

그러나, 이와 같이 혼합기를 연소실로 유입시켜 폭발해 동력을 얻는 엔진에서는 필연적으로 배기가스에 의한 환경오염을 야기하게 되고 이에 따라, 엔진의 연소 효율을 향상함은 물론 불완전 연소를 방지해 배기가스내 오염물질의 생성량을 줄여주기 위해 많은 노력을 들이고 있는 실정이다.

이와 같이 연소 효율과 배기가스 저감을 위한 여러 방법들은 크게 연소실 구조를 최적화시키는 방식과 연소실로 유입되는 혼합기의 섞임을 좋게 하도록 혼합기의 흐름을 제어하는 방식을 주로 이용하게 됨은 물론이다.

그러나, 이와 같은 방법들 즉, 연소실내로 유입된 혼합기의 폭발 시 화염 전파율을 보다 효과적으로 해 완전 연소를 유도하는 방법은 엔진의 연소실 구조에 대한 개발시간과 비용이 크게 소모되는 한계가 있고 또한, 연소실로 유입되는 혼합기의 흐름을 제어하는 방식은 그 구조상 엔진의 벨브시스템을 이용해 그 구조가 복잡하면서 그 작동도 혼합기의 흐름을 완전차단 또는 완전 개방과 같이 극단적인 두 가지 상태로 제어되어 공회전에서부터 고속 주행에 이르는 엔진의 전부하 영역에 걸쳐서 연소실로 흡입되는 공기량을 최적으로 제어하는 것이 매우 어렵다는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 흡기매니폴드를 통해 연소실로 유입되는 혼합기 흐름량을 점진적으로 가변시키면서 혼합기의 흐름에서 텀블형성을 유도해 혼합기의 유입정도에 따라 상응되게 지연되는 스파크 타임에 따라 연소 효율 향상과 배기가스저감은 물론 특정 영역에서 엔진의 토크를 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진의 각 연소실로 이어지는 다수의 포트를 형성한 흡기매니폴드의 일 측면에는 연소실로 유입되는 혼합기의 흐름양을 엔진의 운전조건을 통해 제어신호를 발생하는 ECU를 매개로 조절하도록 장착된 조절수단이운전조건에 따른 엔진의 상태를 제어하는 ECU로부터 발생되는 제어신호를 통해 동력을 발생하는 DC모터인 구동부재와; 상기 구동부재의 축에 결합되어 함께 회전되면서 그 외주면에 휄리컬기어를 형성한 구동기어와, 이 구동기어의 기어에 치합되도록 그 테두리를 따라 휄리컬기어를 형성한 원형의 종동기어 및 상기 포트들의 통로를 개·폐하도록 상기 종동기어에 의해 회전되도록 종동기어측면에서 포트의 통로를 관통하여 배열되면서 상기 포트부위에 돌출된 반구형상의 수용홀내에 수용되도록 반구 형상을 갖는 회전로드로 이루어진 조작부재 및 ;상기 조작부재의 회전로드에 의해 회전되어 포트들의 통로를 개·폐하도록 상기 회전로드의 절단면부위로 일단이 고정되면서 타단은 웨이브형상을 이루어 지나는 흐름을 텀블화 시키는 선단부를 형성한 회동플레이트와, 상기 회전로드의 회동에 의해 포트의 통로상으로 노출되는 수용홀부위를 가리도록 회동플레이트에 대해 소정각도로 경사지게 배열된 차단판으로 이루어진 개폐부재;로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 흡기 유량 가변 차지 모션 장치가 흡기매니폴드에 설치된 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 엔진의 운전조건에 따라 작동되는 조절수단(2)이 각 연소실로 이어지는 통로인 다수의 포트(1a,...,1n)를 형성한 흡기매니폴드(1)의 일 측면으로 구비되어 연소실로 유입되는 혼합기의 흐름양을 조절하되, 상기 조절수단(2)은 ECU로부터 전송되는 제어신호를 받아 동력을 발생하는 DC 모터로 이루어진 구동부재(3)와, 이 구동부재(3)로부터 회전력을 전달받아 상기 각 포트(1a,...,1n)의 열림정도를 조절하는 조작부재(4)로 이루어진다.

여기서, 상기 조작부재(4)는 도 2에 도시된 바와 같이 구동부재(3)의 축에 결합되어 함께 회전되면서 그 외주면에 휄리컬기어를 형성한 구동기어(4a)와, 이 구동기어(4a)의 기어에 치합되도록 그 테두리를 따라 휄리컬기어를 형성한 원형의 종동기어(4b) 및 이 종동기어(4b)에 의해 회전되어 상기 포트(1a,...,1n)들의 통로를 개·폐하는 개폐부재(5)가 결합된 회전로드(4c)로 이루어진다.

이때, 상기 회전로드(4c)는 반구형상을 이루면서 도 3에 도시된 바와 같이 흡기매니폴드(1)의 포트(1a,...,1n)부위에 돌출된 반구형상의 수용홀( 1a',...,1n')내에 수용되는 구조로 이루어져, 상기 포트(1a,...,1n)의 통로를 통해 흐르는 혼합기의 흐름을 방해하지 않게 됨은 물론이다.

한편, 상기 개폐부재(5)는 도 2에 도시된 바와 같이 조작부재(4)의 반구 형상 회전로드(4c)의 절단면부위로 그 일단이 용접등을 통해 고정되면서 그 타단에 소정의 웨이브(Wave)형상으로 되어 흐름을 텀블(Tumble)화 시키는 선단부(5a',...,5n')를 형성해 각 포트(1a,...,1n)의 통로 상에 위치되는 회동플레이트(5a,...,5n)로 이루어진다.

여기서, 상기 회동플레이트(5a,...,5n)에는 회전로드(4c)의 회동에 의해 포트(1a,...,1n)의 통로상으로 노출되는 수용홀( 1a',...,1n')부위를 가리도록 소정각도로 경사지게 차단판(5a",...,5n")이 구비되어진다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 엔진의 작동시 엔진의 운전 조건을 제어하는 ECU가 흡기매니폴드(1)의 각 포트(1a,...,1n)를 통해 연소실로 유입되는 혼합기 양을 제어하여 점화시기를 어느 정도 지연시키면서 엔진 출력인 토크(Torque)를 향상시키게 되는데 즉, 엔진의 운전 조건에서 ECU가 조절수단(2)의 개폐부재(5)에 의해 열리는 각 포트(1a,...,1n)의 개·폐 량을 조절하게 되면, 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 점화시기가 지연됨과 더불어 도 5에서 알 수 있는 것 같이 특정 회전수(약 3500RPM)영역에서 엔진의 토크를 향상시키게 된다.

즉, ECU가 구동부재(3)로 제어신호를 보내게 되면 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구동부재(3)의 회전에 의해 조작부재(4)의 구동기어(4a)가 함께 회전되면서 이에 치합된 종동기어(4b)를 회전시키게 되고 이에 따라, 상기 종동기어(4b)에 결합된 회전로드(4c)가 회전되면서 각 포트(1a,...,1n)에 위치된 개폐부재(5)인 회동플레이트(5a,...,5n)를 이동시켜 포트(1a,...,1n)의 열림 정도를 조절하게 된다.

이때, 상기 회동플레이트(5a,...,5n)에 의해 포트(1a,...,1n)의 흐름통로가 좁아지면서 유입되는 혼합기의 흐름을 텀블화시킴과 더불어 유입되는 혼합기 양을 줄여 점화플러그의 점화시기를 지연해 연비와 배기가스의 오염물질 생성을 줄이게 되는데 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 포트(1a,...,1n)의 완전 열림(100% Open)에서 완전 닫힘(0% Open)의 영역에 따라 각각 점화플러그의 스파크 타임(Spark Time)이 지연되는데, 이는 단순히 포트(1a,...,1n)의 개도정도를 제어해 연소 효율을 향상하고 배기가스 오염물질 생성을 저감할 수 있음은 의미함은 물론이다.

여기서, 상기 포트(1a,...,1n)의 개도량이 0% 일 때 유입되는 혼합기는 회동플레이트(5a,...,5n)의 선단부(5a',...,5n')에 형성된 웨이브형상부를 통해 유입되면서 그 흐름의 텀블 형성정도가 가장 크게됨은 물론이다.

한편, 본 발명은 이와 같이 상기 포트(1a,...,1n)의 개도량을 제어하게 되면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 포트(1a,...,1n)의 완전 열림(100% Open)부터 완전 닫힘(0% Open) 영역에서 엔진의 토크가 특정 회전수 영역까지 점진적으로 향상되고 특히, 상기 포트(1a,...,1n)의 하프열림(50% Open)시 엔진의 특정 회전수(약 3500RPM)이하 영역에서 엔진의 토크 향상이 가장 크게 증가될 수 있는데 이는, 비교적 저속 영역에서 큰 토크를 필요로 하는 등판주행과 같은 상황에서 매우 유리하게 됨은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 엔진의 운전조건에 따라 작동되는 조절수단이 흡기매니폴드의 일측부위로 구비되어 각 연소실로 이어지는 다수의 포트의 개도량을 제어해 연소실로 유입되는 혼합기 흐름량을 점진적으로 가변시키면서 텀블형성을 유도해 혼합기의 유입정도에 따라 상응되게 지연되는 스파크 타임에 의해 연소 효율 향상과 배기가스저감은 물론 특정 영역에서 엔진의 토크를 향상할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 흡기 유량 가변 차지 모션 장치가 흡기매니폴드에 설치된 구성도

도 2는 도 1에 따른 구동시스템의 구성도

도 3은 본 발명에 따른 흡기 유량 가변 차지 모션 장치의 작동 상태도

도 4는 본 발명에 따른 흡기 유량의 변화에 따른 점화시기 변화 선도

도 5는 본 발명에 따른 흡기 유량의 변화에 따른 토크 변화 선도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 흡기매니폴드 1a,...,1n : 포트

1a',...,1n' : 수용홀 2 : 조절수단

3 : 구동부재 4 : 조작부재

4a : 구동기어 4b : 종동기어

4c : 회전로드 5 : 개폐부재

5a,...,5n : 회동플레이트 5a',...,5n' : 선단부

5a",...,5n" : 차단판

Claims (5)

1. 엔진의 각 연소실로 이어지는 다수의 포트(1a,...,1n)를 형성한 흡기매니폴드(1)의 일 측면에는 연소실로 유입되는 혼합기의 흐름양을 엔진의 운전조건을 통해 제어신호를 발생하는 ECU를 매개로 조절하도록 장착된 조절수단(2)이

   운전조건에 따른 엔진의 상태를 제어하는 ECU로부터 발생되는 제어신호를 통해 동력을 발생하는 DC모터인 구동부재(3)와;

   상기 구동부재(3)의 축에 결합되어 함께 회전되면서 그 외주면에 휄리컬기어를 형성한 구동기어(4a)와, 이 구동기어(4a)의 기어에 치합되도록 그 테두리를 따라 휄리컬기어를 형성한 원형의 종동기어(4b) 및 상기 포트(1a,...,1n)들의 통로를 개·폐하도록 상기 종동기어(4b)에 의해 회전되도록 종동기어(4b)측면에서 포트(1a,...,1n)의 통로를 관통하여 배열되면서 상기 포트(1a,...,1n)부위에 돌출된 반구형상의 수용홀( 1a',...,1n')내에 수용되도록 반구 형상을 갖는 회전로드(4c)로 이루어진 조작부재(4) 및 ;

   상기 조작부재(4)의 회전로드(4c)에 의해 회전되어 포트(1a,...,1n)들의 통로를 개·폐하도록 상기 회전로드(4c)의 절단면부위로 일단이 고정되면서 타단은 웨이브형상을 이루어 지나는 흐름을 텀블화 시키는 선단부(5a',...,5n')를 형성한 회동플레이트(5a,...,5n)와, 상기 회전로드(4c)의 회동에 의해 포트(1a,...,1n)의 통로상으로 노출되는 수용홀( 1a',...,1n')부위를 가리도록 회동플레이트(5a,...,5n)에 대해 소정각도로 경사지게 배열된 차단판(5a",...,5n")으로 이루어진 개폐부재(5);

   로 구성된 차량 엔진의 흡기 유량 가변 차지 모션 장치.
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