KR100580688B1

KR100580688B1 - 엔진 흡기관의 길이가변장치

Info

Publication number: KR100580688B1
Application number: KR1020040051158A
Authority: KR
Inventors: 이동화
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-05-15
Also published as: KR20060002213A

Abstract

본 발명은 엔진의 출력향상을 위해서 흡기관의 길이가 가변되는 다수의 장치가 하나의 피니언 구동장치에 의해서 구현될 수 있도록 구성된 엔진 흡기관의 길이가변장치에 관한 것으로,

연소실로 흡입공기가 유입되도록 하기 위한 흡기 매니폴드의 일측으로 흡기의 스월강화를 위한 소정용적을 갖는 서지탱크가 형성되고, 상기 서지탱크의 일측면으로 흡입공기량을 조절하기 위한 스로틀 바디가 형성되는 엔진의 흡기 구조에 있어서,

상부면이 반원의 호형상으로 형성되는 서지탱크와;

상기 서지탱크의 상부곡면의 상부측에서부터 흡기 매니폴드의 입구까지 연결하되, 상기 서지탱크의 내측에 상부곡면을 따라서 고정된 상태로 배관되는 인너 파이프와;

상기한 인너 파이프의 외측단에서부터 흡기 매니폴드 연결부까지 수용되도록 상기 서지탱크의 상부곡면을 따라 절곡형성되며, 그 외측단은 상기 서지탱크의 내부공간과 연통되도록 개방된 가동 파이프와;

상기한 인너 파이프의 하단부와 상기 서지탱크이 내부공간을 직접 연결하는 바이패스 통로와;

상기 가동 파이프가 인너 파이프와 중첩된 상태가 되도록 하거나, 상기 인너 파이프의 외측으로 출현되도록 하기 위해 상기 가동 파이프의 일측에 마련되는 가 동수단과;

엔진의 운전영역에 따라서 상기 가동수단의 동작방향 및 동작정도를 제어하기 위한 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

서지탱크, 가변장치, 인테이크 매니폴드

Description

엔진 흡기관의 길이가변장치{Variable intake mainfold}

도 1은 본 발명에 의해 구성된 길이가변장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 길이가변장치의 확대단면도.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 장치의 작동상태도.

도 6은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 엔진 21 : 흡기 매니폴드

23 : 서지탱크 24 : 내부공간

25 : 상부곡면 30 : 길이가변장치

40 : 인너 파이프 50 : 가동파이프

51 : 내측단 53 : 래크

54 : 피니언 60 : 제어부

61 : 구동모터 62 : 크랭크 각 센서

70 : 바이패스 통로 72 : 원통형 밸브

74 : 걸림턱 76 : 스프링

본 발명은 엔진 흡기관의 길이가변장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 출력향상을 위해서 흡기관의 길이가 가변되는 다수의 장치가 하나의 피니언 구동장치에 의해서 구현될 수 있도록 구성된 엔진 흡기관의 길이가변장치에 관한 것이다.

흡기 매니폴드는 스로틀 바디로부터 흡입된 공기를 연소실로 유도하기 위한 관으로, 2실린더 이상의 다실린더 엔진에서 각각의 연소실로 혼합기가 균일하게 분배되도록 하는 역할을 한다.

그런데 흡기 매니폴드로 공기가 통과되는 런너의 길이에 따라서 엔진의 효율이 달라지게 되는데, 엔진이 중저속영역에서 운전되는 경우에는 런너의 길이가 긴 것이 유리하고, 엔진이 고속영역에서 운전되는 경우에는 런너의 길이가 짧게 형성되는 것이 유리하다.

엔진의 운전영역에 따라서 흡기관의 길이와 단면적이 최적화될 수 있도록 런너의 길이와 단면적이 변화되는 가변흡기 시스템(VIS,Variable Induction System)이 개발되어 엔진에 적용되고 있다.

가변흡기 시스템이 방식으로는 벨로우즈 관을 이용하여 흡기의 압력에 따라서 흡기관의 길이가 가변되도록 하는 방식, 다양한 길이의 흡기 매니폴드를 두고 밸브기구의 개폐작용을 통해 절환되도록 하는 방식, 서지 탱크 내에 격벽을 두는 방식, 지름이 다른 두 개의 원형 런너를 중첩시켜 길이를 연속적으로 변화시키는 방식 등 다양한 기술이 개발되고 있다.

도 6은 이미 개발된 가변흡기 시스템(VIS)의 한 예를 도시한 도면으로서, 흡기 매니폴드(10)의 런너(11) 하측으로 서지탱크 역할을 하는 보조 탱크(14)가 형성되고, 상기 보조 탱크(14)와 런너(11)의 절곡부 하측이 연결관(15)으로써 연결된다. 상기 보조 탱크(14)는 스로틀 밸브를 통과한 공기가 서지탱크(12) 측으로 유입되기 전에 상기 보조 탱크(14)측으로 먼저 유입될 수 있도록 흡기 매니폴드의 흡기 유입구(13) 측에 연결된다. 그리고 상기한 연결관(15)의 도중에는 엔진의 운전영역에 따라서 흡입공기가 통과하는 런너의 길이를 제어하기 위한 밸브(16)가 형성된다. 상기 밸브(16)는 엔진이 중저속 영역에서 운전되는 경우에는 닫힌 상태가 되고, 엔진이 고속영역에서 운전되는 경우에는 개방되도록 설정된다. 그리고 상기한 밸브(16)는 각 런너에 형성되는 다수의 밸브가 동시에 개폐될 수 있도록 하나의 회전축(17)에 연결되는데, 상기 회전축(17)은 흡기 매니폴드(10)의 가로방향(즉, 런너의 유로와는 수직이 방향)으로 장착된다.

그런데 상술한 바와 같이 다양한 방식으로 제공되는 가변 흡기 시스템의 경우 2단 제어되는 가변 흡기 시스템의 경우에는 엔진의 전 운전영역에서 최적의 토오크 및 출력을 확보하기가 어려웠으며, 연속가변되는 시스템의 경우에는 비교적 그 구조가 복잡할 뿐만 아니라 액츄에이터 등 추가적인 구동장치가 필요하게 되는 등의 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 출력향상을 위해서 흡기관의 길이가 가변되는 다수의 장치가 하나의 피니언 구동장치에 의해서 구현될 수 있도록 구성된 엔진 흡기관의 길이가변장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

상부면이 반원의 호형상으로 형성되는 서지탱크와;

상기 가동 파이프가 인너 파이프와 중첩된 상태가 되도록 하거나, 상기 인너 파이프의 외측으로 출현되도록 하기 위해 상기 가동 파이프의 일측에 마련되는 가동수단과;

엔진의 운전영역에 따라서 상기 가동수단의 동작방향 및 동작정도를 제어하 기 위한 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 길이가변장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 구성된 길이가변장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 길이가변장치의 확대단면도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 장치의 작동상태도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명이 적용되는 엔진을 지시하는 것이고, 도면부호 30은 본 발명에 의한 길이가변장치를 지시하는 것이다.

상기한 엔진(20)의 흡기 포트에 연결되는 흡기 매니폴드(21)의 상부측에는 흡입공기에 스월이 발생된 상태로 각 런너에 흡입공기가 분배되도록 하기 위한 서지탱크(23)가 형성된다.

한편, 상기한 서지탱크(23)와 흡기 매니폴드(21) 간의 연결은 길이가변장치(30)에 의해서 이루어지는데, 상기 길이가변장치(30)는 엔진의 운전영역에 따라서 서지탱크(23)의 내부공간(24)을 통과한 흡입공기가 흡기 매니폴드(21)로 유입되어지는 유로의 길이가 가변되도록 구성된 것이다.

이를 위하여, 상기한 서지탱크(23)는 종래의 일반적인 엔진에 적용되었던 서지탱크와는 달리 그 상부면이 반원이 곡선형상으로 형성된다. 그리고 상기한 상부곡면의 내측에서 곡면을 따라서 호형상으로 절곡형성된 인너 파이프(40)가 그 상단은 상부곡면(25)의 상부측에 위치되고 그 하단은 흡기 매니폴드(21)와 연결된 상태 로 형성된다. 이때, 인너 파이프(40)의 외주와 상부곡면(25) 사이에는 소정의 갭이 유지되도록 한다.

한편, 상기한 인너 파이프(40)를 수용하며 그 동작방향에 따라서 서지탱크(23)의 내부공간(24)에서부터 흡기 매니폴드(21)까지의 유로의 길이가 가변되도록 하기 위한 가동파이프(50)가 상기 상부곡면(25)의 내측 곡면형상을 따라 절곡형성된다. 가동 파이프(50)의 내측단(51)과 인너 파이프(40)의 상부단(41)에는 각각 양 부재가 동작중에 서로 이탈되지 않도록 하기 위한 걸림턱(42,52)이 형성된다.

특히, 상기한 가동 파이프(50)가 엔진(20)의 운전상태에 따라서 제어부(60)의 제어에 의해서 자동적으로 가동되어 흡기 유로의 길이가 가변되도록 하기 위해서 상기 가동 파이프(50)의 일측에는 가동수단이 마련된다. 이 가동수단으로 상기 가동 파이프(50)의 주연부 일측에는 소정 피치간경의 이가 연속하여 마련된 래크(53)가 형성되고, 상기 래크(53)와 치결합되어 가동 파이프(50)를 회동시키기 위한 피니언(54)이 구동모터(61)의 구동에 의해 회전되도록 형성된다.

구동모터(61)는 제어부(60)에 입력되는 크랭크 각 센서(62)에서의 엔진의 회전수를 기초로 하여 엔진(20)이 고속영역에서 운전될 때에는 흡기유로가 짧아지는 방향으로, 엔진이 저속운전영역에서 운전될 때에는 흡기유로가 길어지는 방향으로 피니언(54)이 구동되도록 설정된다.

그리고 상기한 서지탱크(23)의 내부공간(24)과 흡기 매니폴드(21)의 도중이 직접 연결되도록 하는 바이패스 통로(70)가 형성되는데, 상기 바이패스 통로(70)는 인너 파이프(40)와 가동 파이프(50)가 완전히 중첩되었을 경우에 서지탱크(23)의 내부공간(24)과 흡기 매니폴드(21) 간의 유로가 최소화되도록 하기 위한 것이다. 즉, 상기한 바이패스 통로(70)는 가동 파이프(50)가 인너 파이프(40)에 완전히 중첩되지 않았을 때에는 닫혀진 상태가 되도록 설정되는 것이다.

한편, 상기한 바이패스 통로(70)를 개폐하기 위한 수단으로써, 바이패스 통로(70)가 형성된 흡기 매니폴드(21)의 도중 내주연에는 원통형 밸브(72)가 수용된다. 이 원통형 밸브(72)는 가동파이프(50)가 인너 파이프(40)에 완전히 중첩되었을 경우에만 하향동작되어 바이패스 통로(70)가 열릴 수 있도록 하기 위해서 가동 파이프(50)의 내측단(51)이 닿을 수 있도록 하는 걸림턱(74)이 원통형 밸브(72)의 일측에 돌출형성된다.

이 걸림턱(74)의 하측은 스프링(76)에 의해서 탄력지지되므로서 상기한 가동 파이프(50)가 동작되어 상기 걸림턱(74)에 이르렀을 경우에 그 충격이 완충되도록 구성된다.

이 과정에서 상기한 가동 파이프(50)의 내측단(51)은 그 외측의 호의 길이가 내측의 호의 길이보다 길도록 대각선 방향으로 절단된 형태로 구성된다. 이는 상기한 가동 파이프(50)가 인너 파이프(40)에 완전히 중첩되어 그 내측단이 원통형 밸브(72)의 도중에 마련된 걸림턱(74)에 걸렸을 경우, 상기한 바이패스 통로(70)가 가동 파이프(50)에 의해서 닫혀진 상태가 되지 않도록 하기 위한 것이다.

도면 중 미설명부호 26은 스로틀 바디를 지시하는 것이다.

이상과 같이 구성되는 길이가변장치의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

엔진(20)이 시동되어 저속운전영역에서 운전되는 경우에는 상기한 제어부 (60)에서는 상기한 가동 파이프(50)가 상기한 인너 파이프(40)로부터 완전히 분리되므로서, 서지탱크(23)의 내부공간(24)과 흡기 매니폴드(21) 간을 연결하는 흡기유로의 길이가 상대적으로 길게 된다.(도1 참조) 즉, 상기한 제어부(60)에는 엔진의 크랭크각 센서에서 입력되는 엔진회전수를 기초로 하여 구동모터(61)의 회전방향 회전정도를 정하여 피니언(54)의 회전방향이 결정되어지는 것이다.

한편, 크랭크 각 센서(62)에서 측정된 엔진회전수에 의해서 엔진의 운전영역이 저속에서 고속으로 향하는 것으로 판단되면, 상기한 제어부(60)에서는 구동모터(61)를 가동 파이프(50)가 인너 파이프(40)에 중첩되도록 하는 방향으로 구동되어진다. 따라서 서지탱크(23)이 내부공간(24)에서부터 흡기 매니폴드(21)까지의 흡기유로가 상대적으로 짧게 되어진다.(도3 참조)

이와 같이 엔진의 운전영역변화에 맞추어 상기한 구동모터(61)의 회전방향 및 회전정도가 결정되고, 그에 따른 피니언 기어(54)와 래크(53)의 동작에 의해서 상기한 가동 파이프(50)와 인너 파이프(40)의 관계에서 흡기 유로의 길이가 조절되어진다.

엔진이 최고속으로 회전되어 가동 파이프(50)가 인너 파이프(40)에 완전히 중첩된 상태가 되면, 상기한 가동 파이프(50)의 내측단이 바이패스 통로(70)가 위치된 원통형 밸브(72)에까지 미치게 되고, 가동 파이프(50)의 내측단(51)이 걸림턱(74)에 닿게 된다. 따라서 원통형 밸브(72)는 가동 파이프(50)의 가압에 의해서 스프링(76)이 압축되면서 하측으로 이동되고, 바이패스 통로(72)는 점차로 개방되어진다.(도4 내지 도5 참조)

바이패스 통로(72)가 완전히 개방된 상태가 되면, 서지탱크(23)의 내부공간(24)으로 입력된 흡입공기는 가동 파이프(50)와 인너 파이프(40) 측으로 유도되기보다는 상기 바이패스 통로(70)를 직접 통해서 흡기 매니폴드(21) 측으로 유입되어진다. 따라서 서지탱크(23)의 내부공간(24)에서부터 흡기 매니폴드(21)까지의 흡기유로는 최소화되어진다.

이상과 같이 본 발명에 의해 구성된 흡기유로의 길이가변장치가 엔진에 적용되면, 엔진의 운전영역에 따라서 흡기유로가 연속적으로 조절되므로서 엔진의 출력향상 측면에서 유리하게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 엔진의 운전영역에 따라서 서지탱크의 내부공간에서부터 흡기 매니폴드까지를 잇는 흡기유로의 길이가 자동으로 연속조절되므로서, 엔진 연소실로의 최적화된 흡입공기의 공급이 가능하게 되어 엔진의 출력향상 측면에서 유리하게 되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims

연소실로 흡입공기가 유입되도록 하기 위한 흡기 매니폴드의 일측으로 흡기의 스월강화를 위한 소정용적을 갖는 서지탱크가 형성되고, 상기 서지탱크의 일측면으로 흡입공기량을 조절하기 위한 스로틀 바디가 형성되는 엔진의 흡기 구조에 있어서,

상부면이 반원의 호형상으로 형성되는 서지탱크(23)와;

상기 서지탱크(23)의 상부곡면(25)의 상부측에서부터 흡기 매니폴드(21)의 입구까지 연결하되, 상기 서지탱크(23)의 내측에 상부곡면(25)을 따라서 고정된 상태로 배관되는 인너 파이프(40)와;

상기한 인너 파이프(40)의 외측단에서부터 흡기 매니폴드(21) 연결부까지 수용되도록 상기 서지탱크(23)의 상부곡면(25)을 따라 절곡형성되며, 그 외측단은 상기 서지탱크(23)의 내부공간(24)과 연통되도록 형성된 가동 파이프(50)와;

상기한 인너 파이프(40)의 하부 도중과 상기 서지탱크(23)이 내부공간(24)을 직접 연결하는 바이패스 통로(70)와;

상기한 바이패스 통로(70)를 개폐하기 위해 상기 바이패스 통로(70)가 위치된 유로의 도중에 수용되는 원통형 밸브(72)와;

상기 가동 파이프(50)가 인너 파이프(40)와 중첩된 상태가 되도록 하거나, 상기 인너 파이프(40)의 외측으로 출현되도록 하기 위해 상기 가동 파이프(50)의 일측에 마련되는 가동수단(53,54)과;

엔진(20)의 운전영역에 따라서 상기 가동수단(53,54)의 동작방향 및 동작정도를 제어하기 위한 제어부(60); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진 흡기관의 길이가변장치.
제 1항에 있어서,

상기한 가동 파이프(50)의 내측단(51)은 외주연의 호의 길이가 내주연의 호의 길이보다 길게 대각선 방향으로 절단된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 흡기관의 길이가변장치.
제 1항에 있어서,

상기한 가동수단으로 상기 가동 파이프(50)의 주연부 일측에는 소정 피치간격의 이가 마련된 래크(53)가 형성되고, 상기 래크(53)와 치결합되어 가동 파이프(50)를 이동시키기 위해 구동모터(61)에 회전되는 피니언(54)이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진 흡기관의 길이가변장치.
제 1항에 있어서,

상기한 원통형 밸브(72)가 위치되는 상부곡면(25)의 끝부분 내측에는 상기 원통형 밸브(72)의 복귀동작을 위한 스프링(76)이 장착된 것을 특징으로 하는 엔진 흡기관의 길이가변장치.
제 4항에 있어서,

상기한 원통형 밸브(72)의 일측면에는 스프링(76)의 일단이 지지되도록 하기위한 걸림턱(74)이 돌출형성된 것을 특징으로 하는 엔진 흡기관의 길이가변장치.