KR101039173B1 - 4행정 디젤엔진의 밸브제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 4행정 디젤엔진의 밸브제어방법에 관한 것으로, 배기밸브의 드웰구간을 감소시키고 배기밸브의 닫힘시기를 늦춰 밸브중첩구간을 증가시켜 줌으로써, 소기 과정시 소기량을 증가시켜 연소실 구성부품의 온도 및 배기가스의 온도를 떨어뜨려 엔진 열부하를 낮추도록 하는 4행정 디젤엔진의 밸브제어방법에 관한 것이다.
상기 목적 달성을 위한 본 발명은 크랭크각도 대비 배기밸브와 흡기밸브의 개폐거리를 나타내고 열림구간과 드웰구간 및 닫힘구간으로 이루어지는 4행정 디젤엔진의 흡/배기밸브 리프트 형상에 따라 흡/배기밸브를 제어하는 밸브제어방법에 있어서, 상기 배기밸브 리프트의 열림구간은 크랭크각도가 135˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점에서부터 크랭크각도가 210˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하고, 드웰구간은 크랭크각도가 210˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 288˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하며, 닫힘구간은 크랭크각도가 288˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 427˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점까지 형성되도록 하고, 상기 흡기밸브 리프트의 열림구간은, 크랭크각도가 342˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점에서부터 크랭크각도가 422˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하고, 드웰구간은 크랭크각도가 422˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 450˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하며, 닫힘구간은 크랭크각도가 450˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 530˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점까지 형성되도록 하여, 배기밸브의 닫힘구간과 흡기밸브의 열림구간이 교차되는 구간인 밸브중첩구간을 증가시켜주는 것을 기술적 요지로 한다.
배기밸브 리프트, 흡기밸브 리프트, 밸브중첩구간, 열림구간, 드웰구간, 닫힘구간

Description

4행정 디젤엔진의 밸브제어방법{A valve control Method of four-stroke diesel engines}
본 발명은 4행정 디젤엔진의 밸브제어방법에 관한 것으로, 배기밸브와 피스톤의 충돌 가능성을 배제하고 배기밸브의 닫힘 시기를 늦춤으로써 밸브 중첩구간을 늘린 후 소기량을 증가시켜 연소실 구성품 및 배기가스의 온도를 저하시켜 엔진의 열부하를 낮춰주는 4행정 디젤엔진의 밸브제어방법에 관한 것이다.
도 1 은 일반적인 4행정 디젤엔진의 흡/배기밸브 설치상태를 나타낸 예시도, 도 2 는 종래의 흡/배기밸브 리프트 형상을 나타낸 예시도로서, 4행정 디젤엔진에서 흡기밸브(70)와 배기밸브(60)가 동시에 열리는 구간을 밸브중첩구간(300)이라고 한다.
이 구간 동안에는 소기라는 중요한 과정이 발생한다. 즉 이 구간동안에는 흡입밸브(70)를 통해 실린더 내부로 유입되는 저온의 흡입공기가 연소실 내에 잔류된 배기가스를 배기쪽으로 밀어냄(소기작용)과 동시에 고온의 연소실(피스톤(80), 실 린더 헤드, 라이너 상면, 배기밸브, 밸브시트, 연료분사노즐 등)의 표면을 빠르게 지나가면서 각 구성품의 온도를 떨어뜨리고, 아울러 온도가 낮은 다량의 새로운 공기가 배기쪽으로 보내짐으로써 고온의 배기가스와 혼합되어 배기가스의 온도를 떨어뜨려 엔진의 열부하를 낮추는 기능을 하게 된다.
따라서 흡기밸브(70) 및 배기밸브(60)가 동시에 열리는 밸브중첩구간(300)을 늘리면 소기량이 증가하여 엔진의 열부하를 낮춰주게 된다.
도 2 와 같이 종래의 흡기밸브 리프트(200)와 배기밸브 리프트(100)는 밸브가 열리는 열림구간(11a)(11b)과, 밸브의 최대 리프트 값이 일정하게 유지되는 드웰(dwell)구간(12a)(12b) 및 밸브가 닫히는 닫힘구간(13a)(13b)을 포함하여 구성된다.
또한 흡기밸브 리프트(200)와 배기밸브 리프트(100)가 겹쳐지는 부분이 배기밸브와 흡기밸브가 동시에 열려 있는 밸브중첩구간(300)이다.
여기서 상기 흡기밸브 리프트(200)와 배기밸브 리프트(100)는 열림구간(11a)(11b)과 닫힘구간(13a)(13b)에서 각각 단조롭게 증가하거나 감소하는 형상을 갖고 있으며, 이로 인해 더 많은 유체의 출입을 위해서 열림구간(11a)(11b)과 닫힘구간(13a)(13b)의 기울기를 가파르게 설계하는 경향이 있다.
그러나 열림구간(11a)(11b)과 닫힘구간(13a)(13b)의 기울기가 가파르게 되면 피스톤(80)과 충돌 가능성이 더 높아지기 때문에 밸브중첩구간(300)을 늘리는 데는 한계가 있다.
또한 밸브중첩구간(300)을 증가시키기 위하여 배기밸브 리프트(100) 드웰구 간(12a)을 증가시켜 닫힘구간(13a)을 흡기밸브 리프트(200) 방향으로 이동시킬 경우에는 배기밸브(60)와 피스톤(80)이 서로 충돌을 일으키게 되는 문제점이 있다. 이는 배기밸브(60)와 피스톤(80)의 간격이 이미 최소로 설계되어 있는 상태이기 때문에 충돌하게 되는 것으로, 이로 인해 밸브중첩구간을 증가시키는 데에 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 배기밸브의 드웰구간을 감소시키고 배기밸브의 닫힘시기를 늦춰 밸브중첩구간을 증가시켜 줌으로써, 소기 과정시 소기량을 증가시켜 연소실 구성부품의 온도 및 배기가스의 온도를 떨어뜨려 엔진 열부하를 낮추도록 하는 4행정 디젤엔진의 밸브제어방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은, 크랭크각도 대비 배기밸브와 흡기밸브의 개폐거리를 나타내고 열림구간과 드웰구간 및 닫힘구간으로 이루어지는 4행정 디젤엔진의 흡/배기밸브 리프트 형상에 따라 흡/배기밸브를 제어하는 밸브제어방법에 있어서, 상기 배기밸브 리프트의 열림구간은 크랭크각도가 135˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점에서부터 크랭크각도가 210˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하고, 드웰구간은 크랭크각도가 210˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 288˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하며, 닫힘구간은 크랭크각도가 288˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 427˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점까지 형성되도록 하고, 상기 흡기밸브 리프트의 열림구간은, 크랭크각도가 342˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점에서부터 크랭크각도가 422˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하고, 드웰구간은 크랭크각도가 422˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 450˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하며, 닫힘구간은 크랭크각도가 450˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 530˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점까지 형성되도록 하여, 배기밸브의 닫힘구간과 흡기밸브의 열림구간이 교차되는 구간인 밸브중첩구간을 증가시켜주는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 배기밸브 리프트의 닫힘구간은, 시작점에서 끝점까지 곡선형태로 형성되되, 배기밸브와 피스톤의 상대 운동에 따라 피스톤 이동궤적과의 간격이 최대 2mm까지 인접가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 밸브중첩구간을 증가시켜 줌으로써 소기량을 증가시켜 주고 이로 인해 연소실 구성 부품의 온도 및 배기가스 온도를 떨어뜨려, 엔진의 열부하를 낮출 수 있는 매우 유용한 발명이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3 은 본 발명에 의한 흡/배기밸브 리프트 형상을 나타낸 예시도로서, 배기밸브 리프트(10) 및 흡기밸브 리프트는(20)는 4행정 디젤엔진에서 크랭크각도 대비 배기밸브와 흡기밸브의 개폐거리를 나타내는 것으로, 배기밸브와 흡기밸브가 열려지는 열림구간(11a)(11b)과, 열려진 밸브가 최대로 열려진 상태를 유지하는 드웰구간(12a)(12b) 및 밸브가 닫혀지는 닫힘구간(13a)(13b)으로 이루어진다.
한편 상기 배기밸브 리프트(10)와 흡기밸브 리프트(20)의 열림구간(11a)(11b)과 닫힘구간(13a)(13b)에는 밸브작동시 로커암과 요크사이의 틈새에 의해 형성되는 밸브래시구간(40)이 더 포함된다.
한편 도면에서와 같이 배기밸브 리프트(10)의 열림구간(11a)은 (135˚, 0.8mm)지점에서 (210˚, 17.5mm)까지 형성되는 것으로, 매우 급격하게 증가하는 것을 알 수 있으며, 드웰구간(12a)은 (210˚, 17.5mm)지점에서 (288˚, 17.5mm)까지 수평하게 형성되며, 닫힘구간(13a)은 (288˚, 17.5mm)에서 (427˚, 0.8mm)까지 완만한 곡선형태로 형성되는 것을 알 수 있다.
상기 흡기밸브 리프트(20)의 열림구간(11b)은(342˚, 0.8mm)에서 (422˚, 17.5mm)까지 형성되는 것으로 매우 급격하게 증가하는 것을 알 수 있으며, 드웰구간(12b)은 (422˚, 17.5mm)에서 (450˚, 17.5mm)까지 수평하게 형성되며, 닫힘구간(13b)은 (450˚, 17.5mm)에서 (530˚, 0.8mm)까지 급격하게 감소되는 것을 알 수 있다.
이와 같이 형성되는 본 발명은 상기 배기밸브 리프트(10)에서 기존에 형성되는 드웰구간(12a)을 보다 단축하여 배기밸브(60)의 이른 닫힘 동작 개시를 유도하여 밸브와 피스톤의 충돌을 배제시키고, 배기밸브 리프트(10)의 닫힘구간(13a) 기울기를 완만하게 구성하여 배기밸브 닫힘시기를 늦춤으로써 배기밸브 리프트(10)의 닫힘구간(13a)과 흡기밸브 리프트(20)의 열림구간(11b)이 교차되는 밸브중첩구간(40)이 증가되는 것이다.
또한 상기 배기밸브 리프트(10)의 닫힘구간(13a)은, 시작점에서 배기밸브(60)가 닫히는 지점까지 곡선형태로 형성되되, 배기밸브(60)와 피스톤(80)간의 상대 운동에 따라 피스톤 이동궤적(50)과의 간격이 최대 2mm까지 인접가능하도록 형성함으로써, 배기밸브 리프트(10)의 크랭크각도를 기존의 406˚에서 427˚로 늘렸다.
즉 배기밸브 리프트(10)와 피스톤 이동궤적(50)이 교차되지 않도록 함으로써 배기밸브(60)와 피스톤(80)의 충돌을 방지하며 밸브중첩구간(40)을 기존의 약 크랭크각도64˚(406˚-342˚=64˚)의 범위에서 크랭크각도85˚(427˚-342˚=85˚)로 변경시킴으로써 밸브중첩구간(40)을 약 33% 더 증가시킬 수 있었으며, 이를 통해 소기 과정시 소기량을 증가시켜 줌으로써 연소실 구성부품의 온도 및 배기가스의 온도를 떨어뜨려 엔진의 열부하를 낮출 수 있게 되는 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 피스톤과 배기밸브의 충돌가능성을 제거할 수 있도록 배기밸브 리프트(10)의 드웰구간(12a)을 단축함과 동시에 배기밸브(60)의 닫힘시기를 늦출 수 있도록 닫힘구간(13a)을 완만한 곡선형태로 형성되게 함으로써 배기밸브(60)와 피스톤(80)이 서로 부딪히지 않으면서 배기가스의 유동에 영향을 주지 않고 밸브중첩구간(40)을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1 은 일반적인 4행정 디젤엔진의 흡/배기밸브 설치상태를 나타낸 예시도,
도 2 는 종래의 흡/배기밸브 리프트 형상을 나타낸 예시도,
도 3 은 본 발명에 의한 흡/배기밸브 리프트 형상을 나타낸 예시도,
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(10) : 배기밸브 리프트 (11a)(11b) : 열림구간
(12a)(12b) : 드웰구간 (13a)(13b) : 닫힘구간
(20) : 흡기밸브 리프트 (30) : 밸브중첩구간
(40) : 밸브래시구간 (50) : 피스톤 이동궤적
(60) : 배기밸브 (70) : 흡기밸브
(80) : 피스톤 (100) : 배기밸브 리프트
(200) : 흡기밸브 리프트 (300) : 밸브중첩구간

Claims (2)

  1. 크랭크각도 대비 배기밸브와 흡기밸브의 개폐거리를 나타내고 열림구간과 드웰구간 및 닫힘구간으로 이루어지는 4행정 디젤엔진의 흡/배기밸브 리프트 형상에 따라 흡/배기밸브를 제어하는 밸브제어방법에 있어서,
    상기 배기밸브 리프트의 열림구간은 크랭크각도가 135˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점에서부터 크랭크각도가 210˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하고, 드웰구간은 크랭크각도가 210˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 288˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하며, 닫힘구간은 크랭크각도가 288˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 427˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점까지 형성되도록 하고,
    상기 흡기밸브 리프트의 열림구간은, 크랭크각도가 342˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점에서부터 크랭크각도가 422˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하고, 드웰구간은 크랭크각도가 422˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 450˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점까지 형성하며, 닫힘구간은 크랭크각도가 450˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 17.5mm인 지점에서 크랭크각도가 530˚이고 배기밸브의 리프팅거리가 0.8mm인 지점까지 형성되도록 하여,
    배기밸브의 닫힘구간과 흡기밸브의 열림구간이 교차되는 구간인 밸브중첩구간을 증가시켜주는 것을 특징으로 하는 4행정 디젤엔진의 밸브제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기밸브 리프트의 닫힘구간은,
    시작점에서 끝점까지 곡선형태로 형성되되, 배기밸브와 피스톤의 상대 운동에 따라 피스톤 이동궤적과의 간격이 최대 2mm까지 인접가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 4행정 디젤엔진의 밸브제어방법.
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