KR100482072B1 - 차량용 엔진의 펌핑로스 저감장치 - Google Patents

차량용 엔진의 펌핑로스 저감장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 엔진의 펌핑로스 저감장치에 관한 것으로, 흡기밸브(3)의 내부에 연소실내 형성되는 부압에 의해 하강하여 개방되는 보조밸브(11)가 설치되는 것에 특징이 있다.
이를 위해 상기 흡기밸브(3)에는 흡기포트로 개방되는 관통공(3b)가 형성되고, 상기 보조밸브(11)에는 몸체 내부에 상하방향으로 형성되어 헤드의 측부를 향해 개방된 유입통로(12)와 하강시 상기 관통공(3b)과 일치되는 유입공(13)이 형성된다.
따라서, 연소실의 압력이 흡기관의 압력보다 낮을 때 부압에 의해 보조밸브(11)가 하강하면 관통공(3b)과 유입공(13)이 서로 일치되어 유입통로(12)를 통해 신기가 유입됨으로써 연소실내 부압이 감소하게 되는 것이다.
따라서, 엔진 운전시 흡기 행정에서 발생되는 펌핑로스(Pumping Loss)를 저감할 수 있음은 물론, 배기행정 말기에 발생되던 오버랩 구간에서 배기가스의 역류를 줄일 수 있게 되어, 엔진의 성능이 향상되어 연비 및 에미션(Emission) 향상을 도모할 수 있게 된다.

Description

차량용 엔진의 펌핑로스 저감장치{reduction device of engine pumping loss for vehicle}
본 발명은 차량용 엔진의 펌핑로스 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 밸브 구조에 연소실내 부압 형성시 흡기관과 연소실을 연결하는 별도의 통로를 신설하여, 흡기행정시 펌핑로스(Pumping Loss)를 저감할 수 있음은 물론, 오버랩 구간에서 배기가스의 역류를 줄이고 신기 흡입량이 증가시켜 엔진의 성능이 향상되어 연비 및 에미션(Emission) 향상을 도모할 수 있도록 된 차량용 엔진의 펌핑로스 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 4사이클 기관의 밸브구조는 흡기행정시 피스톤의 작동에 의해 즉 상사점에서 하사점으로의 이동시 발생되는 부압을 이용해 밸브를 통해 신기를 연소실로 유입되게 된다. 엔진 운전시 흡기행정시 연소실내 부압이 형성되며, 이 부압이 펌핑로스로 작용해 엔진성능 및 연비악화의 요인으로 작용하는 단점이 발생하게 된다. 부연하자면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 펌핑로스는 흡기행정시 상사점에서 하사점으로 이동할 때 연소실 내부는 부압이 형성되며 이때 발생되는 부압이 일손실을 유발하게 되는 것이다. 또한 배기행정시에는 이와 반대로 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동시 연소실내는 정압이 형성되고, 이것 역시 일손실을 유발하게 되는 것이다.
한편 배기행정 말기 즉 흡,배기밸브가 동시에 열려 있는 구간(Over lap)에는 배출되던 가스가 연소실내로 다시 유입되어 신기 유입량을 현격하게 감소시키게 되고, 이는 곧 연소 불안정으로 이어져 역시 엔진 성능 및 연비 악화 요인으로 작용하면서 에미션(Emission)이 나빠지게 되는 단점이 발생하게 된다. 부연하자면 도 3에 도시된 것과 같이, 엔진의 흡기행정 초기와 배기행정 말기에는 흡/배기밸브를 동시에 개방하여 흡기밸브를 통해 들어오는 신기를 이용해 연소실내 배기가스를 완전히 배출시키게 된다. 그러나 자동차용 엔진은 운전조건 즉 RPM, LOAD 등이 각기 다르기 때문에 밸브 오버랩 기간에 배출되던 가스가 다시 연소실내로 역류되어 연소실내에는 잔류가스가 잔존하게 되며, 또한 흡기밸브를 통해 유입되던 신기가 연소실내 압력상으로 다시 흡기계로 역류가 발생되어 이는 연소 불안정으로 이어지고, 이것에 의해 엔진 성능이 저하됨은 물론 에미션(Emission)이 증대되는 원인이 되는 단점이 발생하게 되는 것이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 기존의 밸브 구조에 연소실내 부압 형성시 흡기관과 연소실을 연결하는 별도의 통로를 신설하여, 엔진 운전시 흡기행정에서 발생되는 펌핑로스(Pumping Loss)를 저감할 수 있음은 물론, 배기행정 말기에 발생되던 오버랩 구간에서 배기가스의 역류를 줄일 수 있게 되어, 엔진의 성능이 향상되어 연비 및 에미션(Emission) 향상을 도모할 수 있도록 된 차량용 엔진의 펌핑로스 저감장치를 제공함에 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 흡기밸브의 내부에 승강 가능하도록 보조밸브가 설치되고, 이 보조밸브 상단의 엔드부는 스프링에 의해 탄지되며, 보조밸브의 몸체 내부에는 수직방향으로 형성되되 하단이 헤드부의 측면으로 연장 개방된 유입통로가 형성되는 한편, 상기 흡기밸브의 몸체 일측면에 흡기포트로 개방되는 관통공이 형성되고, 상기 보조밸브에는 연소실내 부압에 의해 보조밸브가 하강하였을때 상기 관통공과 일치되어 유입통로를 관통공과 연통시키는 유입공이 형성된 구조로 이루어진다.
삭제
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조로 하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 펌핑로스 저감장치가 적용된 흡기밸브의 사시도이고, 도 5는 도 4의 종단면도이며, 도 6은 도 4의 작동 상태도이다.도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 흡기밸브(3)의 내부에 연소실 부압 형성 여부에 따라 승강되면서 흡입관과 연소실을 상호 연결 및 차단하는 보조밸브(11)가 구비되는 것에 그 특징이 있다.상기 보조밸브(11)는 도 5에 도시된 바와 같이 설치된다.상기 보조밸브(11)는 흡기밸브(3)의 몸체 중앙 내부에 형성된 동일한 형상의 공간내에 삽입/안착된다.따라서, 상기 공간에서 도 5의 상태와 같이 상승 안착되거나, 도 6의 상태와 같이 하강 작동하게 된다.상기 보조밸브(11)의 상단에는 스프링시트 역할을 하는 원판형의 엔드부(11a)가 형성되어 있으며, 이 엔드부(11a)는 흡기밸브(3)에 형성된 원형의 공간인 스프링실(3a)에 내장되어 있고, 이 스프링실(3a)의 바닥과 상기 엔드부(11a)의 사이에는 스프링(15)이 설치된다.이 스프링(15)은 압축스프링으로서, 상기 보조밸브(11)가 하강할때 압축되어 엔드부(11a)를 상방으로 밀어 줌으로써 보조밸브(11)에 복원력을 부여한다.상기 보조밸브(11)에는 몸체를 따라 수직방향으로 길게 유입통로(12)가 형성되며, 이 유입통로(12)의 하단은 수평상태로 절곡되어 헤드부의 측면을 향해 개방된다.한편, 상기 흡기밸브(3)의 밸브스템에는 일측으로 실린더블록의 흡기포트로 개방된 수평의 관통공(3b)이 형성되며, 상기 보조밸브(11)에는 보조밸브(11)가 하강하였을때 상기 관통공(3b)과 일치되는 위치에 유입통로(12)와 관통공(3b)를 연통시키는 유입공(13)이 형성된다.
이제, 본 발명의 작용 효과를 설명한다.연소실내의 압력이 흡기관의 압력보다 높을 때 즉 압축, 팽창, 배기행정에서는 상기 보조밸브(11)가 헤드부에 작용하는 연소실내 압력과 스프링(15)에 의해 상승하여 도 5의 상태와 같이 위치하게 되며, 이 상태에서는 유입공(13)이 관통공(3b)과 일치하지 않으므로 보조밸브(11)를 통한 흡기작용은 발생하지 않으며, 종래의 흡기밸브(3)와 동일한 작용하게 된다.
그러나 연소실내 압력이 흡기관의 압력보다 낮을 때 즉 배기행정 말기를 포함한 흡기행정일 경우에는 피스톤이 하강하면서 연소실내에 부압이 형성되며, 이 부압에 의해 상기 보조밸브(11)가 하방으로 당겨져 도 6의 상태와 같이 유입공(13)과 관통공(3b)이 일치되어 유입통로(12)가 흡기포트쪽으로 개방된다.따라서, 상기 보조밸브(11)를 통해 흡기포트(흡기매니폴드를 통해 흡기관과 연결되어 있다.)의 신기가 연소실 내로 유입됨으로써 부압이 감소되며, 이로써 부압에 의한 흡기손실과 배기손실을 줄일 수 있게 되므로, 펌핑로스가 감소하게 된다.
여기서 도 7은 본 발명에 따른 펌핑로스 저감장치가 엔진에 적용되었을 때의 효과를 설명한 도면인데, 펌핑로스 즉 일손실을 저감할 수 있어 엔진 성능 및 연비를 향상할 수 있게 된다.
또한, 밸브 오버랩 구간에서 연소실내의 부압을 줄일 수 있게 되어 배기가스의 연소실내 역류량을 줄일 수 있어, 이것에 의해 연소실내 미연소 가스가 잔류함에 의해 발생되는 불안전 연소를 막을 수 있음은 물론, 신기 유입량을 증대시킬수 있어 엔진 성능 및 연비 향상 뿐만아니라 에미션(Emission) 저감 효과를 얻을 수 있는 것이다.
이상과 같이 상세하게 설명된 본 발명에 의하면, 기존의 밸브 구조에 연소실내 부압 형성시 흡기관과 연소실을 연결하는 별도의 통로를 신설하여, 엔진 운전시 흡기 행정에서 발생되는 펌핑로스(Pumping Loss)를 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한 배기행정 말기에 발생되던 오버랩 구간에서 배기가스의 역류를 줄일 수 있게 되어, 엔진의 성능이 향상되어 연비 및 에미션(Emission) 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적으로 사용되는 엔진의 단면을 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 일반적으로 엔진에서 발생되는 펌핑로스를 설명한 P-V선도,
도 3은 일반적으로 엔진에서 발생되는 밸브오버랩을 설명하기 위한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 펌핑로스 저감장치가 적용된 흡기밸브의 사시도,
도 5는 도 4의 종단면도,
도 6은 도 5의 작동 상태 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 펌핑로스 저감장치가 엔진에 적용되었을 때의 효과를 설명한 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 --- 엔진, 2 --- 연소실,
3 --- 흡기밸브, 3' --- 배기밸브,3a --- 스프링실, 3b --- 관통공,
11 --- 보조밸브, 11a --- 엔드부,
12 --- 유입통로, 13 --- 유입공,
15 --- 스프링.

Claims (2)

  1. 흡기밸브(3)의 내부에 승강 가능하도록 보조밸브(11)가 설치되고, 이 보조밸브(11) 상단의 엔드부(11a)는 스프링(15)에 의해 탄지되며, 보조밸브(11)의 몸체 내부에는 수직방향으로 형성되되 하단이 헤드부의 측면으로 연장 개방된 유입통로(12)가 형성되는 한편, 상기 흡기밸브(3)의 몸체 일측면에 흡기포트로 개방되는 관통공(3b)이 형성되고, 상기 보조밸브(11)에는 연소실내 부압에 의해 보조밸브(11)가 하강하였을때 상기 관통공(3b)과 일치되어 유입통로(12)를 관통공(3b)과 연통시키는 유입공(13)이 형성된 구조로 이루어진 차량용 엔진의 펌핑로스 저감장치.
  2. 삭제
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