KR100589139B1

KR100589139B1 - 가변 스월 콘트롤 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100589139B1
Application number: KR1020030062664A
Authority: KR
Inventors: 윤성일
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2006-06-12
Also published as: KR20050025443A

Abstract

본 발명은 디젤 엔진 등의 흡기 계통에 적용되는 스월 콘트롤 장치 및 방법에 관한 것으로서, 한 쌍의 흡기 포트가 복수개가 구비되는 흡기 매니폴드와; 상기 한 쌍의 흡기 포트에 각각 구비되어 각 흡기 포트를 개폐시키는 스로틀 밸브 및 스월 밸브와; 상기 스로틀 밸브는 전 속도 구간에서 개방되게 구동되고, 상기 스월 밸브는 특정 속도 영역에서만 개방되게 구동하다가, 시동 키 오프 작동시에 상기 스로틀 밸브와 스월 밸브가 모두 흡기 포트를 닫히도록 구동하는 밸브 제어 수단을 포함하여 구성됨으로써, 본 발명은 시동 키 오프 작동시에 두개의 포트를 모두 닫도록 구성되기 때문에 시동 키 오프 작동시에 엔진에서 심하게 발생하는 진동을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

스월 밸브, 흡기 매니폴드, 서지 탱크, 실린더, 흡기 포트

Description

가변 스월 콘트롤 장치 및 방법{VARIABLE SWIRL CONTROL APPARATUS AND METHOD THEREOF}

도 1은 종래 가변 스월 콘트롤 장치가 구비된 흡기 장치가 도시된 개략도이다.

도 2 내지 도 3은 종래 가변 스월 콘트롤 장치의 작동 상태를 보인 사시도로서, 도 2는 저속 영역에서 작동 상태도, 도 3은 고속 영역에서 작동 상태도이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 가변 스월 콘트롤 장치의 작동 상태를 보인 사시도로서, 도 4는 저속 영역에서 작동 상태도, 도 5는 고속 영역에서 작동 상태도, 도 6은 키 오프시의 작동 상태도이다.

도 7a, 도 7b, 도 7c는 본 발명에서 스로틀 밸브의 작동 상태를 보인 단면도로서, 도 4는 저속 영역에서 작동 상태도, 도 5는 고속 영역에서 작동 상태도, 도 6은 키 오프시의 작동 상태도이다.

도 8은 본 발명에 따른 가변 스월 콘트롤 장치를 이용한 진동 저감 방법이 도시된 순서도이다.

도 9는 본 발명의 진동 저감 원리를 설명하기 위한 엔진 내부 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 흡기 메니폴트 51 : 탄젠셜 포트

53 : 헤리컬 포트 61 : 스로틀 밸브

63 : 스월 밸브 70 : 밸브 제어 수단

71 : 밸브 축 71a : 연동 돌기

72 : 오프 연동수단 73 : 리턴 스프링

75 : 제어 모터 76 : 작동 링크

본 발명은 디젤 엔진 등의 흡기 계통에 적용되는 스월 콘트롤 장치에 관한 것으로서, 특히 시동 키-오프(KEY-OFF) 작동시에 심하게 발생하는 진동을 저감시킬 수 있도록 한 가변 스월 콘트롤 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 4밸브 디젤 엔진 등에 구비되는 가변 스월 콘트롤 시스템은 하나의 연소실에 2 개의 흡기 포트가 도입되어 엔진의 상태 및 운전 조건에 따라 한 쪽의 흡기 포트를 개폐시키므로써 연료와 공기의 혼합비를 조절하여 엔진 성능 및 연비 향상을 도모할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같은 종래 가변 스월 콘트롤 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 실린더 헤드(1)의 흡기 포트에 연결되는 흡기 매니폴드(2)의 끝부분에 스월 밸브(10)가 설치되고, 이 스월 밸브(10)의 일측면에는 흡기구의 개도량을 제어할 수 있도록 밸브 제어 모터(15)가 설치되어 있다.

그리고, 상기 밸브 제어 모터(15)는 엔진의 상태 및 주행 조건에 따라 ECU( 제어 유닛)의 신호로 작동되면서 상기 스월 밸브(10)를 제어하게 된다.

종래 가변 스월 콘트롤 시스템을 도 2와 도 3을 참조하여 보다 자세히 설명하면, 서지 탱크(3)로부터 엔진의 흡기 포트로 연결되는 흡기 매니폴드(2)에는 각 두 개씩 4쌍의 흡기 포트(2a,2b)들이 형성된다.

상기 흡기 매니폴드(2)의 각 흡기포트들은 헤리컬(HELICAL) 포트(2b)와 탄젠셜(TANGENTIAL)포트(2a)로 나누어지고, 상기 흡기 매니폴드(2)의 끝단에는 흡기 포트의 중앙을 관통하는 밸브 제어축(12)이 설치되어 밸브 제어 모터(15)에 의해 회전된다. 상기 밸브 제어축(12)상의 헤리컬 포트(2b)에는 스월 밸브(10)가 설치되어 밸브 제어 모터(15)의 작동과 연동되어 흡기 포트(2a,2b)의 개도량을 결정토록 되어 있다.

이와 같은 종래 가변 스월 콘트롤 시스템은 저속 영역에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 스월 밸브(10)를 통해 헤리컬 포트(2b)를 막아 흡입 공기가 탄젠셜 포트(2a)로 흘러가게 하여 유량 계수를 증가시켜 엔진 출력 및 유해 배출가스를 감소시킬 수 있게 된다.

이와는 달리 고속 영역에서는 도 3에 도시된 바와 같이 스월 밸브(10)를 제어하여 헤리컬 포트(2b)를 개방함으로써 흡기 유량을 증대시켜 엔진의 출력을 높일 수 있게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 가변 스월 콘트롤 시스템은 스월 밸브(10)가 헤리컬 포트(2b)를 개폐시키면서 흡기 유량만을 제어하도록 구성되어 있기 때문에 운전자가 키 오프시킬 때 심하게 발생하는 진동을 저감시키지는 못하는 문제점이 있다. 특히, 디젤 엔진에서는 높은 연소압에 의해 운전자가 시동 키를 오프시키게 되면 피스톤이 관성에 의해 2~3초 동안 연소 행정을 하지만 연료 공급 중단에 의해 불완전한 연소로 엔진의 진동이 무척 심하게 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 두 개의 포트에 스로틀 밸브를 추가로 구비하여 시동 키 오프 작동시에 두개의 포트를 모두 닫도록 함으로써 시동 키 오프 작동시에 엔진에서 심하게 발생하는 진동을 저감시킬 수 있도록 하는 가변 스월 콘트롤 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 가변 스월 콘트롤 장치는, 한 쌍의 흡기 포트가 복수개가 구비되는 흡기 매니폴드와; 상기 한 쌍의 흡기 포트에 각각 구비되어 각 흡기 포트를 개폐시키는 스로틀 밸브 및 스월 밸브와; 상기 스로틀 밸브는 전 속도 구간에서 개방되게 구동되고, 상기 스월 밸브는 특정 속도 영역에서만 개방되게 구동하다가, 시동 키 오프 작동시에 상기 스로틀 밸브와 스월 밸브가 모두 흡기 포트를 닫히도록 구동하는 밸브 제어 수단을 포함 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 가변 스월 콘트롤 방법은, 시동 키 온 상태에서 엔진 RPM이 특정 고속 회전수 이상이면 두 개의 포트를 모두 개방하고; 엔진 RPM이 특정 고속 회전수 이하이고 특정 저속 회전수 이상이면 두 개의포트 중 하나만 개방하고; 시동 키 오프가 되어 엔진 RPM이 특정 저속 회전 수 이하이면 두 개의 포트를 모두 닫도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 가변 스월 콘트롤 장치는 헤리컬(HELICAL) 포트(53)와 탄젠셜(TANGENTIAL) 포트(51)가 한 쌍을 이루는 흡기 포트가 복수개가 구비되는 흡기 매니폴드(50)와, 상기 헤리컬 포트(53)에 구비되어 포트를 개폐하는 스월 밸브(63)와, 상기 탄젠셜 포트(51)에 구비되어 포트를 개폐하는 스로틀 밸브(61)와, 상기 스로틀 밸브(61)는 전 속도 구간에서 개방되게 구동되고 상기 스월 밸브(63)는 특정 속도 영역에서만 개방되게 구동하다가 시동 키 오프 작동시에 상기 스로틀 밸브(61)와 스월 밸브(63)가 모두 흡기 포트를 닫히도록 구동하는 밸브 제어 수단(70)으로 구성된다.

상기 밸브 제어 수단(70)은 상기 흡기 메니폴드(50)를 관통하고 축상에 상기 스월 밸브(63)가 고정되어 일체로 회전하는 밸브 축(71)과, 상기 밸브 축(71)과 상기 스로틀 밸브(61)의 결합 부분에 구비되어 시동 키 오프 작동시에만 스로틀 밸브(61)가 흡기 포트를 닫히는 방향으로 회전토록 하는 오프 연동수단(72)과, 상기 밸브 축(71)을 회전 구동시키는 제어 모터(75)로 구성된다.

상기 제어 모터(75)와 밸브 축(71) 사이에는 작동 링크(76)가 설치되어 제어 모터(75)의 회전 작동력을 밸브 축(71)에 전달토록 구성된다.

여기서, 도 7a, 도 7b, 도 7c는 상기 스로틀 밸브(61)의 작동 상태를 보인 단면도로서, 도 4는 저속 영역에서 작동 상태도, 도 5는 고속 영역에서 작동 상태도, 도 6은 키 오프시의 작동 상태도이다.

상기 오프 연동수단(72)은, 상기 밸브 축(71)의 둘레에 상기 스로틀 밸브(61)가 상대 회전 가능하게 장착되고, 상기 밸브 축(71)에서 연동 돌기(71a)가 돌출되어, 연동 돌기(71a)가 일정 이상 회전하면 스로틀 밸브(61)를 회전시키도록 이루어진다.

즉, 상기 스로틀 밸브(61)의 중심에는 상기 밸브 축(71)이 통과하는 축 삽입부(61a)가 형성되고, 이 축 삽입부(61a)는 회전 궤적으로 일정 구간 삭제된 돌기 이동부(61b)가 형성되어, 이 돌기 이동부(61b)에 상기 연동 돌기(71a)가 노출되면서 회전된다. 여기서, 상기 돌기 이동부(61b)의 회전 방향으로 양쪽은 스토퍼 역할을 하게 된다.

이와 같은 상기 오프 연동수단(72)에는 상기 스로틀 밸브(61)의 개방 상태가 계속 유지되도록 탄성력을 부여하는 리턴 스프링(73)이 구비된다. 상기 리턴 스프링(73)의 양단부는 각각 상기 연동 돌기(71a)와 스로틀 밸브(61)에 지지되어, 스로틀 밸브(71)가 도 7a와 같이 위치되도록 탄성력을 부여하게 된다.

시동 스위치가 온 되어 시동 키 온 상태에서 엔진 RPM과 연료량을 읽는다. 이때 엔진 RPM이 특정 고속 회전수(예를 들어 2000 RPM) 이상이면 상기 제어 모터(75)를 작동하여 도 5에 도시된 바와 같이 헤리컬 포트(53)와 탄젠셜 포트(51) 두 개를 모두 개방하도록 스월 밸브(63)와 스로틀 밸브(61)를 모두 연다.

만약 엔진 RPM이 특정 고속 회전수(2000 RPM) 이하이고 특정 저속 회전수(500 RPM) 이상이면 헤리컬 포트(53)는 닫고 탄젠셜 포트(51)만 개방되도록 스월 밸브(63)는 닫고 스로틀 밸브(61)는 개방하도록 작동한다.

상기와 같은 상태로 운전하다가 운전자가 시동 키를 오프시켜 엔진 RPM이 특정 저속 회전수(500RPM) 이하이면 제어 모터(75)가 작동하면서 헤리컬 포트(53)와 탄젠셜 포트(51) 두 개를 모두 닫도록 스월 밸브(63)와 스로틀 밸브(61)를 모두 닫히게 된다.

도 9는 본 발명의 진동 저감 원리를 설명하기 위한 엔진 내부 단면도로서, 상기와 같이 스월 밸브(63)와 스로틀 밸브(61)가 모두 닫히게 되면, 실린더(81) 내의 흡배기 포트(82)(83)가 모두 막히게 되면서 실린더(81) 내부는 더 이상 팽창도 압축도 하지 않으려는 상태가 된다.

따라서 엔진 시동키가 막 오프된 상태에서 피스톤(85)이 관성에 의해 상하 이동하려 하지만 흡기 포트(82) 쪽의 밸브가 모두 닫혀 실린더(81) 내부가 막히면서 에어 스프링 작용을 하기 때문에 피스톤(85)이 관성에 의해 상하로 움직이는 힘을 완충시키면서 정지시키게 된다. 결국 키-오프되어 시동이 정지될 때 엔진의 진동 소음이 최소화된 상태에서 엔진의 작동이 정지될 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 가변 스월 콘트롤 장치 및 방법은 두 개의 포트에 스로틀 밸브를 추가로 구비하여 시동 키 오프 작동시에 두개의 포트를 모두 닫도록 구성되기 때문에 시동 키 오프 작동시에 엔진에서 심하게 발생하는 진동을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

한 쌍의 흡기 포트(51, 53)가 복수개가 구비된 흡기 매니폴드(50)와;

상기 한 쌍의 흡기 포트에 각각 구비되어 각 흡기 포트를 개폐시키는 스로틀 밸브(61) 및 스월 밸브(63)와;

상기 스로틀 밸브(61)는 전 속도 구간에서 개방되게 구동되고, 상기 스월 밸브(63)는 특정 속도 영역에서만 개방되게 구동하다가, 시동 키 오프 작동시에 상기 스로틀 밸브(61)와 스월 밸브(63)가 모두 흡기 포트를 닫히도록 구동하는 밸브 제어 수단(70)을 포함한 구성인 것을 특징으로 하는 가변 스월 콘트롤 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브 제어 수단(70)은 상기 흡기 메니폴드(50)를 관통하고 축상에 상기 스월 밸브(63)가 고정된 밸브 축(71)과, 상기 밸브 축(71)과 상기 스로틀 밸브(61)의 결합 부분에 구비되어 시동 키 오프 작동시에만 스로틀 밸브가 흡기 포트를 닫히는 방향으로 회전토록 하는 오프 연동수단(72)과, 상기 밸브 축(71)을 회전 구동시키는 제어 모터(75)를 포함한 것을 특징으로 하는 가변 스월 콘트롤 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제어 모터(75)와 밸브 축(71) 사이에는 작동 링크(76)가 설치되어 제어 모터의 회전 작동력을 밸브 축에 전달토록 구성된 것을 특징으로 하는 가변 스월 콘트롤 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 오프 연동수단(72)은 상기 밸브 축(71)의 둘레에 상기 스로틀 밸브(61)가 장착되고, 상기 밸브 축(71)에서 연동 돌기(71a)가 돌출되어, 연동 돌기가 일정 이상 회전하면 스로틀 밸브를 회전시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 스월 콘트롤 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 오프 연동수단(72)은 상기 스로틀 밸브(61)가 개방상태가 유지되도록 탄성력을 부여하는 리턴 스프링(73)이 구비된 것을 특징으로 하는 가변 스월 콘트롤 장치.
시동 키 온 상태에서 엔진 RPM이 특정 고속 회전수 이상이면 두 개의 포트를 모두 개방하고;

엔진 RPM이 특정 고속 회전수 이하이고 특정 저속 회전수 이상이면 두 개의 포트 중 하나만 개방하고;

시동 키 오프가 되어 엔진 RPM이 특정 저속 회전수 이하이면 두 개의 포트를 모두 닫도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가변 스월 콘트롤 방법.