KR101371477B1 - 펌핑 손실 저감 장치를 포함하는 2기통 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌핑 손실 저감 장치, 이를 포함하는 엔진 및 이를 포함하는 차량에 관한 것으로,
실린더로 공기를 공급하는 흡기부에 형성되는 보조 러너;
를 포함하되,
배기 행정시 배기 가스의 흐름을 이용하여 상기 보조 러너에 흡입 공기를 일시적으로 저장하고, 흡입 행정시 상기 보조 러너에 저장된 공기를 상기 흡기부로 유입되는 공기와 함께 상기 실린더로 공급할 수 있다.

Description

펌핑 손실 저감 장치를 포함하는 2기통 엔진{2 CYLINDER ENGINE PROVIDED WITH APPARATUS FOR REDUCING PUMPING LOSS}
본 발명은 펌핑 손실 저감 장치를 포함하는 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡입 행정들 사이에 발생하는 펌핑 손실을 줄일 수 있는 펌핑 손실 저감 장치를 포함하는 2기통 엔진에 관한 것이다.
내연 기관, 특히 4행정 사이클 기관은 각각의 실린더에서 흡입, 압축, 팽창, 배기 행정을 통해 구동력을 얻게 된다.
그러나, 각각의 실린더에서, 흡입 행정들 사이에 흡기 밸브가 닫히는 휴지 구간이 발생하여 펌핑 손실 및 성능 저하가 발생한다.
특히, 이러한 현상은 피스톤 왕복 운동이 동시에 진행되는 2기통 엔진 또는 단기통 엔진에서 문제가 된다.
본 발명은, 상세하게는 흡입 행정들 사이에 발생하는 펌핑 손실을 줄일 수 있는 펌핑 손실 저감 장치, 이를 포함하는 엔진 및 이를 포함하는 차량을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 펌핑 손실 저감 장치는 실린더로 공기를 공급하는 흡기부에 형성되는 보조 러너;를 포함하되, 배기 행정시 배기 가스의 흐름을 이용하여 상기 보조 러너에 흡입 공기를 일시적으로 저장하고, 흡입 행정시 상기 보조 러너에 저장된 공기를 상기 흡기부로 유입되는 공기와 함께 상기 실린더로 공급할 수 있다.
상기 펌핑 손실 저감 장치는 상기 실린더의 배기 가스를 배출하는 배출부와 상기 보조 러너를 연통시키는 벤추리관;을 더 포함할 수 있다.
상기 펌핑 손실 저감 장치는 상기 보조 러너에 구비되는 보조 피스톤; 및 상기 보조 피스톤을 탄성 지지하는 피스톤 스프링;을 더 포함하되, 상기 벤추리관의 부압(負壓; negative pressure)을 이용하여 상기 보조 피스톤을 이동시켜 상기 보조 러너에 일시적으로 흡입 공기를 저장할 수 있다.
상기 펌핑 손실 저감 장치는 상기 보조 러너에 구비되는 보조 피스톤; 및 상기 보조 피스톤을 탄성 지지하는 피스톤 스프링;을 더 포함하되, 상기 실린더의 배기 가스를 배출하는 배출부의 부압(負壓; negative pressure)을 이용하여 상기 보조 피스톤을 이동시켜 상기 보조 러너에 일시적으로 흡입 공기를 저장할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 엔진은 상기 펌핑 손실 저감 장치가 구비될 수 있다.
상기 엔진은 각각의 실린더가 동일한 방향으로 동시에 왕복 운동하는 2기통 엔진일 수 있다.
상기 엔진은 단기통 엔진일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 펌핑 손실 저감 장치, 이를 포함하는 엔진 및 이를 포함하는 차량에 의하면, 흡입 행정들 사이에 발생하는 펌핑 손실을 줄일 수 있어 연비 증가가 가능하다.
또한, 배기 효율을 향상 시킬 수 있어 연비 개선이 가능하다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 엔진을 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 2기통 엔진의 밸브 프로파일을 도시한 그래프이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 2기통 엔진의 작동을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 엔진을 도시한 도면이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진(10)은 신기(fresh air)가 유입되는 흡기 매니폴드(20), 상기 흡기 매니폴드(20)의 신기를 상기 엔진(10)의 실린더(60)로 안내하는 흡기 포트(22), 및 상기 흡기 포트(22)에 구비되어 상기 실린더(60)로 상기 신기의 유입을 제어하도록 개폐되는 흡기 밸브(24)를 포함한다.
또한, 상기 엔진(10)은 상기 실린더(60)에서 배출되는 배기 가스를 배출하는 배기 메니폴드(30), 상기 실린더(60)와 상기 배기 매니폴드(30)를 연통하는 배기 포트(32), 및 상기 배기 포트(32)에 구비되어 상기 실린더(60)의 배기 가스의 배출을 제어하는 배기 밸브(34)를 포함한다.
상기 실린더(60)에는 피스톤(50)이 구비되어 유입되는 연료의 연소에 따라 상기 실린더(60) 내에서 왕복 운동한다.
상기 엔진(10)의 상부에는 헤드 커버(40)가 구비된다.
상기 엔진(10)은 디젤엔진, 일반적인 가솔린 엔진, 또는 GDI(gasoline direct injection)엔진을 포함하며, 미도시한 인젝터(injector) 또는 점화 플러그(spark plug) 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치 및 이를 포함하는 엔진을 설명함에 있어, 상기 흡기 매니폴드(20) 및/또는 상기 흡기 포트(22)는 이를 흡기부라 칭하기로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치 및 이를 포함하는 엔진을 설명함에 있어, 상기 배기 매니폴드(30) 및/또는 상기 배기 포트(32)는 이를 배기부라 칭하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 펌핑 손실 저감 장치(100)는 상기 실린더(60)로 공기를 공급하는 흡기부(20 또는 22)에 형성되는 보조 러너(110)를 포함한다.
도면에는 상기 보조 러너(110)가 상기 흡기 포트(22)에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 흡기 매니폴드(20)에 형성될 수도 있다.
상기 펌핑 손실 저감 장치(100)는 상기 엔진(10)의 배기 행정시 배기 가스의 흐름을 이용하여 상기 보조 러너(110)에 흡입 공기를 일시적으로 저장하고, 흡입 행정시 상기 보조 러너(110)에 저장된 공기를 상기 흡기부(20 또는 22)로 유입되는 공기와 함께 상기 실린더(60)로 공급할 수 있다.
상기 펌핑 손실 저감 장치(100)는 상기 실린더(60)의 배기 가스를 배출하는 배출부(30 또는 32)와 상기 보조 러너(110)를 연통시키는 벤추리관(140)을 더 포함할 수 있다.
상기 펌핑 손실 저감 장치(100)는 상기 보조 러너(110)에 구비되는 보조 피스톤(120) 및 상기 보조 피스톤(120)을 탄성 지지하는 피스톤 스프링(130)을 더 포함하되, 상기 벤추리관(140)의 부압(負壓; negative pressure)을 이용하여 상기 보조 피스톤(120)을 이동시켜 상기 보조 러너(110)에 일시적으로 흡입 공기를 저장할 수 있다.
도면에는 상기 벤추리관(140)이 상기 배기 포트(32)와 연결된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 배기 매니폴드(30)와 연결될 수도 있다.
또한, 상기 펌핑 손실 저감 장치(100)는 상기 보조 러너(110)에 구비되는 상기 보조 피스톤(120) 및 상기 보조 피스톤(120)을 탄성 지지하는 상기 피스톤 스프링(130)을 더 포함하되, 상기 실린더(60)의 배기 가스를 배출하는 배출부(30 또는 32)의 부압(負壓; negative pressure)을 이용하여 상기 보조 피스톤(120)을 이동시켜 상기 보조 러너(110)에 일시적으로 흡입 공기를 저장할 수 있다.
즉, 도면에는 상기 벤추리관(140)이 구비되어 상기 배기 포트(32)와 상기 보조 러너(120)를 연통하여 상기 배기 포트(32)의 배기 가스가 흐를 수 있도록 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 배기 포트(32)에 형성되는 부압을 이용하여 상기 보조 피스톤(120)을 이동시키는 다양한 구성이 가능하다.
또한, 상기 벤추리관(140)이 상기 헤드 커버(40)에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 엔진(10)의 다른 부분에 형성되는 것도 가능하다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 2기통 엔진의 밸브 프로파일을 도시한 그래프이고, 도3은 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 2기통 엔진의 작동을 설명하는 도면이다.
이하, 도2 및 도3을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 2기통 엔진(two-cylinder engine)을 위주로 설명을 하나, 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치는 2기통 엔진뿐만 아니라 단기통 엔진 또는 다기통 엔진에도 적용이 가능하다.
도2에 도시된 바와 같이, 2기통 엔진, 특히 피스톤이 동시에 동일한 방향으로 왕복운동하는 2기통 엔진의 경우 각 실린더의 흡입 행정 사이에 밸브의 휴지(deactivation) 작동이 존재하여 펌핑 손실 및 성능 저하가 발생할 수 있다.
도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 예들 들어, 2기통 엔진의 어느 하나의 실린더를 1번 실린더라 하고, 다른 하나를 2번 실린더라 할 때, 크랭크 축의 0°~ 180° 구간, 즉, 제1번 실린더의 흡입 행정에서는 제1번 실린더의 흡기 밸브(24)는 열리고, 제1번 실린더와 제2번 실린더의 배기 밸브(34)는 닫혀 있는 배기 휴지 상태가 된다. 물론 이때, 상기 제2번 실린더의 흡기 밸브(24)는 닫혀 있다.
도2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 크랭크 축의 180°~ 360° 구간, 즉, 제2번 실린더의 배기 행정에서는 제2번 실린더의 배기 밸브(34)는 열리고, 제1번 실린더와 제2번 실린더의 흡기 밸브(24)는 닫혀 있는 흡기 휴지 상태가 된다. 물론 이때, 상기 제1번 실린더의 배기 밸브(34)는 닫혀 있다.
도2의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 크랭크 축의 360°~ 540° 구간, 즉, 제2번 실린더의 흡입 행정에서는 제2번 실린더의 흡기 밸브(24)는 열리고, 제1번 실린더와 제2번 실린더의 배기 밸브(34)는 닫혀 있는 배기 휴지 상태가 된다. 물론 이때, 상기 제1번 실린더의 흡기 밸브(24)는 닫혀 있다.
도2의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 크랭크 축의 540°~ 720° 구간, 즉, 제1번 실린더의 배기 행정에서는 제1번 실린더의 배기 밸브(34)는 열리고, 제1번 실린더와 제2번 실린더의 흡기 밸브(24)는 닫혀 있는 흡기 휴지 상태가 된다. 물론 이때, 상기 제1번 실린더의 배기 밸브(34)는 닫혀 있다.
즉, 도2의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 1 사이클(720°) 동안 각각의 흡입 행정 사이에는 휴지 구간이 발생하여 펌핑 손실 및 엔진 성능 저하가 발생한다.
이하, 도2 및 도3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 2기통 엔진의 작동을 설명한다.
도3의 (a)는 상기 크랭크 축의 0°~ 180° 구간, 즉, 제1번 실린더의 흡입 행정으로, 제1번 실린더의 흡기 밸브(24)는 열리고, 제2번 실린더의 흡기 밸브(24), 제1번 실린더와 제2번 실린더의 배기 밸브(34)는 닫혀 있다.
이때, 상기 피스톤 스프링(130)의 반발력에 의하여 상기 보조 피스톤(120)는 하강하고, 따라서, 상기 보조 러너(110)에 일시적으로 저장되어 있던 공기가 상기 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 신기와 함께 상기 실린더(60)로 유입된다. 따라서, 흡기 효율이 증대될 수 있다. 또한, 상기 보조 피스톤(120)의 하강에 의하여 상기 배기 포트(32)의 배기 가스가 상기 벤추리관(140)을 통해 상기 보조 러너(110)로 유입된다. 따라서, 상기 배기 포트(32)의 압력이 하강하여 다른 실린더(예를 들어 2번 실린더)의 배기 행정이 원활해 진다.
도3의 (b)는 상기 크랭크 축의 180°~ 360° 구간, 즉, 제2번 실린더의 배기 행정으로, 제2번 실린더의 배기 밸브(34)는 열리고, 제1번 실린더의 배기 밸브(34), 제1번 실린더와 제2번 실린더의 흡기 밸브(24)는 닫혀 있다.
이때, 상기 배기 포트(32)에서는 배기 가스가 유출되며 압력이 하강하고, 따라서, 상기 보조 피스톤(120)는 상승하며, 상기 보조 러너(110)에 일시적으로 공기가 저장된다.
도3의 (c)는 상기 크랭크 축의 360°~ 540° 구간, 즉, 제2번 실린더의 흡입 행정으로, 제2번 실린더의 흡기 밸브(24)는 열리고, 제1번 실린더의 흡기 밸브(24), 제1번 실린더와 제2번 실린더의 배기 밸브(34)는 닫혀 있다.
이때, 상기 피스톤 스프링(130)의 반발력에 의하여 상기 보조 피스톤(120)는 하강하고, 따라서, 상기 보조 러너(110)에 일시적으로 저장되어 있던 공기가 상기 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 신기와 함께 상기 실린더(60)로 유입된다. 따라서, 흡기 효율이 증대될 수 있다. 또한, 상기 보조 피스톤(120)의 하강에 의하여 상기 배기 포트(32)의 배기 가스가 상기 벤추리관(140)을 통해 상기 보조 러너(110)로 유입된다. 따라서, 상기 배기 포트(32)의 압력이 하강하여 다른 실린더(예를 들어 1번 실린더)의 배기 행정이 원활해 진다.
도3의 (d)는 상기 크랭크 축의 540°~ 720°간, 즉, 제1번 실린더의 배기 행정으로, 제1번 실린더의 배기 밸브(34)는 열리고, 제2번 실린더의 배기 밸브(34), 제1번 실린더와 제2번 실린더의 흡기 밸브(24)는 닫혀 있다.
이때, 상기 배기 포트(32)에서는 배기 가스가 유출되며 압력이 하강하고, 따라서, 상기 보조 피스톤(120)는 상승하며, 상기 보조 러너(110)에 일시적으로 공기가 저장된다. 이후, 도3의 (a) 내지 (d)의 과정을 반복하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 펌핑 손실 저감 장치, 이를 포함하는 엔진은, 흡입 행정들 사이에 발생하는 펌핑 손실을 줄일 수 있어 연비 증가가 가능하며, 또한, 배기 효율을 향상 시킬 수 있어 연비 개선이 가능하다.
본 발명의 실시예에 의한 엔진은 상기 펌핑 손실 저감 장치가 구비될 수 있다. 특히, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 엔진은 각각의 실린더가 동일한 방향으로 동시에 왕복 운동하는 2기통 엔진일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 엔진은 하나의 실린더가 구비된 단기통 엔진(single cylinder engine)일 수 있다. 즉, 일반적인 단기통 엔진의 경우 2기통 엔진과 마찬가지로 각 실린더의 흡입 행정 사이에 밸브의 휴지(deactivation) 작동이 존재하여 펌핑 손실 및 성능 저하가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 의한 펌핑 손실 저감 장치(100)가 구비되면, 도2 및 도3에 도시된 바와 유사하게, 흡입 행정들 사이에 발생하는 펌핑 손실을 줄일 수 있어 연비 증가가 가능하다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 엔진 20: 흡기 매니폴드
22: 흡기 포트 24: 흡기 밸브
30: 배기 매니폴드 32: 배기 포트
34: 배기 밸브 40: 헤드 커버
50: 피스톤 60: 실린더
100: 펌핑 손실 저감 장치 110: 보조 러너
120: 보조 피스톤 130: 피스톤 스프링
140: 벤츄리관(venture tube)

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 실린더로 공기를 공급하는 흡기부에 형성되는 보조 러너;
    를 포함하되,
    배기 행정시 배기 가스의 흐름을 이용하여 상기 보조 러너에 흡입 공기를 일시적으로 저장하고, 흡입 행정시 상기 보조 러너에 저장된 공기를 상기 흡기부로 유입되는 공기와 함께 상기 실린더로 공급하는 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 엔진으로서,
    상기 펌핑 손실 저감 장치는
    상기 실린더의 배기 가스를 배출하는 배출부와 상기 보조 러너를 연통시키는 벤추리관;
    상기 보조 러너에 구비되는 보조 피스톤; 및
    상기 보조 피스톤을 탄성 지지하는 피스톤 스프링;
    을 더 포함하고,
    상기 실린더의 배기 가스를 배출하는 배출부의 부압(負壓; negative pressure)을 이용하여 상기 보조 피스톤을 이동시켜 상기 보조 러너에 일시적으로 흡입 공기를 저장하며,
    상기 엔진은 각각의 실린더가 동일한 방향으로 동시에 왕복 운동하는 2기통인 것을 특징으로 하는 펌핑 손실 저감 장치가 구비된 2기통 엔진.
  6. 삭제
  7. 삭제
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