KR101394052B1 - 가변 압축비 엔진 - Google Patents

가변 압축비 엔진 Download PDF

Info

Publication number
KR101394052B1
KR101394052B1 KR1020120133824A KR20120133824A KR101394052B1 KR 101394052 B1 KR101394052 B1 KR 101394052B1 KR 1020120133824 A KR1020120133824 A KR 1020120133824A KR 20120133824 A KR20120133824 A KR 20120133824A KR 101394052 B1 KR101394052 B1 KR 101394052B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cylinder
variable compression
stroke
compression ratio
valve
Prior art date
Application number
KR1020120133824A
Other languages
English (en)
Inventor
김한상
이은호
김우태
Original Assignee
현대자동차 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차 주식회사 filed Critical 현대자동차 주식회사
Priority to KR1020120133824A priority Critical patent/KR101394052B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101394052B1 publication Critical patent/KR101394052B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/04—Varying compression ratio by alteration of volume of compression space without changing piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
    • F02B23/10—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition with separate admission of air and fuel into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B2075/1804—Number of cylinders
    • F02B2075/1816—Number of cylinders four
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진은, 흡입행정 및 압축행정을 수행하도록 형성되는 제1실린더, 및 폭발행정 및 압축행정을 수행하도록 형성되되, 상기 제1실린더와 인접하여 배치되는 제2실린더를 포함하고, 상기 제1실린더의 압축행정 중에 발생되는 압축가스의 일부를 흡입행정을 수행하는 상기 제2실린더로 공급할 수 있다.
따라서, 압축행정에서 발생되는 압축가스의 일부를 흡입행정을 수행하는 인접한 실린더로 공급함으로써 압축비를 저감시킬 수 있고, 흡입효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 압축행정에서 압축비를 운행상태에 따라서 가변적으로 제어함으로써 연료의 효율을 향상시키고 진동과 소음을 줄일 수 있다.

Description

가변 압축비 엔진{VARIABLE COMPRESSION RATIO ENGINE}
본 발명은 실린더의 압축행정 시 압축비를 운전상황에 따라서 선택적으로 가변시킴으로써 연료소모의 효율을 증가시키고 진동과 소음을 저감시킬 수 있는 가변 압축비 엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 열기관의 열효율은 압축비가 높으면 증가되며, 스파크 점화기관의 경우 일정 수준까지 점화시기를 진각하면 열효율이 증가된다.
그러나, 스파크 점화기관은 높은 압축비에서 점화시기를 진각하면 이상 연소가 발생하여, 엔진 손상을 가져올 수 있으므로 점화시기 진각에 한계가 있고, 이에 의해 출력 저하를 감수해야 한다.
가변 압축비(variable compression ratio; VCR) 장치는 혼합기의 압축비를 엔진의 운전 상태에 따라 변화시키는 장치이다.
가변 압축비 장치에 따르면, 엔진의 저부하 운전 상태(low load condition)에서는 혼합기의 압축비를 높여 연비를 향상시키고, 엔진의 고부하 운전 상태(high load condition)에서는 혼합기의 압축비를 낮추어 녹킹의 발생을 방지하고 엔진 출력을 향상시킨다.
현재 디젤엔진의 경우, 강화된 배기가스 규제에 맞추기 위하여 피스톤 연소실의 볼륨을 크게 하여 압축비를 감소시킴으로써 저온 연소를 구현하고 있다.
그러나, 압축비 감소에 따라 냉시동 성능이 악화되기 때문에 글로우 시스템을 세라믹 재질로 제작하여 그 강성을 강화하고 상기 글로우 시스템을 제어하는 별도의 제어 유닛을 추가함으로써 제작 비용이 상승하였다.
또한, 압축비가 고정되어 있으므로 다양한 운전 상태에 따른 최적의 압축비를 구현하기가 불가능하였다.
본 발명의 목적은 실린더의 압축행정에서 압축비를 운행상태에 따라서 가변적으로 제어함으로써 연료의 효율을 향상시키고 진동과 소음을 줄이는 가변 압축비 엔진을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진은, 흡입행정 및 압축행정을 수행하도록 형성되는 제1실린더, 및 흡입행정 및 압축행정을 수행하도록 형성되되, 상기 제1실린더와 인접하여 배치되는 제2실린더를 포함하고, 상기 제1실린더의 압축행정 중에 발생되는 압축가스의 일부를 흡입행정을 수행하는 상기 제2실린더로 공급할 수 있다.
상기 제1실린더와 상기 제2실린더를 직접적으로 연결하여 가스통로를 제공하는 연결라인, 및 상기 연결라인의 통로를 개폐하는 가변압축밸브를 포함할 수 있다.
상기 제1실린더와 상기 제2실린더와 각각 인접하여 배치되는 제3실린더, 및 제4실린더를 더 포함할 수 있다.
상기 제1실린더 또는 상기 제2실린더로 외부공기를 공급하는 흡기밸브, 및 상기 제1실린더 또는 상기 제2실린더에서 생성된 연소가스를 외부로 배출시키는 배기밸브를 포함할 수 있다.
상기 제1실린더 또는 상기 제2실린더의 내부에 스파크를 생성하는 플러그를포함할 수 있다.
상기 제1실린더 또는 상기 제2실린더의 내부에 연료를 직접 분사하는 인젝터를 포함할 수 있다.
정상모드인 경우에는 상기 가변압축밸브를 닫고, 가변압축모드인 경우에는 상기 가변압축밸브를 설정된 시점에 설정된 시간 동안 열어줄 수 있다.
상기 가변압축밸브는 각 실린더에 대응하여 각각 설치될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 압축비 엔진에 의하면, 압축행정에서 발생되는 압축가스의 일부를 흡입행정을 수행하는 인접한 실린더로 공급함으로써 압축비를 저감시킬 수 있고, 흡입효율을 향상시킬 수 있다.
따라서, 압축행정에서 압축비를 운행상태에 따라서 가변적으로 제어함으로써 연료의 효율을 향상시키고 진동과 소음을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 실린더별 행정을 보여주는 표이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 정상모드를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 가변압축모드를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 가변 압축비 엔진은 제1실린더(C1), 제2실린더(C2), 제3실린더(C3), 및 제4실린더(C4)를 포함하고, 상기 각 실린더의 연소실의 하부에는 피스톤(104)이 배치되고, 상부에는 배기밸브(101), 흡기밸브(102), 스파크플러그(114), 및 인젝터(103)가 각각 배치된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 구성요소는 선택적으로 적용될 수 있다.
상기 흡기밸브(102)는 상기 각 실린더(C1, C2, C3, C4)의 연소실로 공기 또는 혼합기(연료+공기)를 공급하고, 상기 배기밸브(101)는 상기 각 실린더(C1, C2, C3, C4)의 연소실에서 연소된 배기가스를 배출한다.
아울러, 상기 인젝터(103)는 상기 각 실린더(C1, C2, C3, C4)의 연소실로 연료(디젤, 가솔린, LPG등)를 분사하고, 상기 스파크플러그(114)는 혼합기의 연소를 돕는 스파크를 형성한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1실린더(C1), 상기 제2실린더(C2), 상기 제3실린더(C3), 및 상기 제4실린더(C4)를 서로 연통시키는 연결라인(120)이 형성된다. 상기 연결라인(120)에는 상기 각 실린더(C1, C2, C3, C4)로 연결되는 부분에 가변압축밸브가 배치된다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 가변압축밸브는 제1가변압축밸브(122), 제2가변압축밸브(124), 제3가변압축밸브(126), 및 제4가변압축밸브(128)를 포함한다.
상기 제1가변압축밸브(122)는 상기 제1실린더(C1)와 대응하여 상기 연결라인(120)의 제1분기라인(131)에 장착되고, 상기 제2가변압축밸브(124)는 상기 제2실린더(C2)와 대응하여 상기 연결라인(120)의 제2분기라인(132)에 장착되고, 상기 제3가변압축밸브(126)는 상기 제3실린더(C3)와 대응하여 상기 연결라인(120)의 제3분기라인(133)에 장착되며, 상기 제4가변압축밸브(128)는 상기 제4실린더(C4)와 대응하여 상기 연결라인(120)의 제4분기라인(134)에 장착된다.
도시한 바와 같이, 상기 제1실린더(C1)는 흡기행정을 수행하도록 상기 흡기밸브(102)는 열리고 상기 배기밸브(101)는 닫힌다. 아울러, 상기 제2실린더(C2)는 압축행정을 수행하도록 상기 흡기밸브(102)와 상기 배기밸브(101)는 닫힌다.
상기 제3실린더(C3)는 폭발행정을 수행하도록 상기 흡기밸브(102)와 상기 배기밸브(101)는 닫히고, 상기 인젝터(103)에서 연료가 분사되거나 상기 스파크플러그(114)가 작동된다. 아울러, 상기 제4실린더(C4)는 배기행정을 수행하도록 상기 흡기밸브(102)는 닫히고 상기 배기밸브(101)는 열린다.
본 발명의 실시예에서, 엔진은 정상모드와 가변압축모드가 선택적으로 수행된다.
상기 정상모드에서 상기 가변압축밸브(122, 124, 126, 128)는 모두 닫힌 상태에서 상기 각 실린더(C1, C2, C3, C4)는 정상적인 고압축비로 운전된다. 그리고, 상기 가변압축모드에서 상기 각 가변압축밸브(122, 124, 126, 128)가 선택적으로 열림으로써, 압축행정에서 발생되는 압축공기는 흡기행정을 수행하는 실린더로 공급된다. 따라서, 압축비를 가변적으로 수행한다.
예를 들어, 상기 제2실린더(C2)가 압축행정을 실시할 때, 그 압축공기가 상기 제2분기라인(132), 상기 연결라인(120), 및 상기 제1분기라인(131)을 통해서 흡기행정을 수행하는 제1실린더(C1)의 연소실로 공급된다.
이때, 상기 제2가변압축밸브(124)와 상기 제1가변압축밸브(122)는 설정된 시기에 설정된 시간 동안 열린다. 그리고, 상기 제3가변압축밸브(126)와 상기 제4가변압축밸브(128)는 닫힌다. 여기서, 상기 각 가변압축밸브(122, 124, 126, 128)의 열림시기와 열림시간을 제어함으로써 압축비를 가변적으로 적용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 실린더별 행정을 보여주는 표이다.
도 2를 참조하면, 상기 제1,2,3,4실린더(C1, C2, C3, C4)는 각각 폭발, 배기, 흡입, 및 압축행정을 순차적으로 수행하고, 상기 제1실린더(C1)가 폭발행정을 수행할 때, 상기 제2,3,4실린더(C1, C2, C3, C4)는 각각 배기, 압축, 및 흡입행정을 각각 수행한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 정상모드를 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 정상모드에서, 실린더의 폭발행정 수행을 위한 폭발실린더시그널이 주기적으로 발생되고, 상기 폭발실린더시그널과 대응하여 연료인젝션시그널이 발생된다. 아울러, 상기 가변압축밸브의 작동을 위한 가변압축밸브오픈시그널은 발생되지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가변 압축비 엔진의 가변압축모드를 보여주는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가변압축비(VCR: variable compression ratio)모드에서, 실린더의 폭발행정 수행을 위한 폭발실린더시그널이 주기적으로 발생되고, 상기 폭발실린더시그널과 대응하여 연료인젝션시그널이 발생된다.
아울러, 상기 가변압축밸브의 작동을 위한 가변압축밸브오픈시그널은 상기 폭발실린더시그널이 발생되기 전에 발생된다. 즉, 폭발행정이 발생되기 전 압축행정에서 발생된 압축가스가 흡기행정을 수행하는 흡기실린더로 공급된다.
따라서, 상기 가변압축밸브오픈시그널 중 하나는 압축실린더의 가변압축밸브의 오픈시그널이고, 나머지 하나는 흡기실린더의 가변압축밸브의 오픈시그널이될 수 있다. 또는, 반대로, 상기 가변압축밸브오픈시그널 중 하나는 흡기실린더의 가변압축밸브의 오픈시그널이고, 나머지 하나는 압축실린더의 가변압축밸브의 오픈시그널이될 수 있다.
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.
101: 배기밸브 102: 흡기밸브
103: 인젝터 104: 피스톤
114: 스파크플러그 120: 연결라인
122: 제1가변압축밸브 124: 제2가변압축밸브
126: 제3가변압축밸브 128: 제4가변압축밸브
131: 제1분기라인 132: 제2분기라인
133: 제3분기라인 134: 제4분기라인
C1: 제1실린더 C2: 제2실린더
C3: 제3실린더 C4: 제4실린더

Claims (8)

  1. 흡입행정 및 압축행정을 수행하도록 형성되는 제1실린더;
    흡입행정 및 압축행정을 수행하도록 형성되되, 상기 제1실린더와 인접하여 배치되는 제2실린더;
    상기 제1실린더의 압축행정 중에 발생되는 압축가스의 일부를 흡입행정을 수행하는 상기 제2실린더로 공급하고, 상기 제1실린더와 상기 제2실린더를 직접적으로 연결하여 가스통로를 제공하는 연결라인; 및
    상기 연결라인의 통로를 개폐하는 가변압축밸브; 를 포함하고,
    상기 가변압축밸브는 각 실린더에 대응하여 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 제1실린더와 상기 제2실린더와 각각 인접하여 배치되는 제3실린더, 및 제4실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.
  4. 제1항에서,
    상기 제1실린더 또는 상기 제2실린더로 외부공기를 공급하는 흡기밸브; 및상기 제1실린더 또는 상기 제2실린더에서 생성된 연소가스를 외부로 배출시키는 배기밸브;
    를 포함하는 가변 압축비 엔진.
  5. 제4항에서,
    상기 제1실린더 또는 상기 제2실린더의 내부에 스파크를 생성하는 플러그를포함하는 가변 압축비 엔진.
  6. 제4항에서,
    상기 제1실린더 또는 상기 제2실린더의 내부에 연료를 직접 분사하는 인젝터를 포함하는 플러그를 포함하는 가변 압축비 엔진.
  7. 제1항에서,
    정상모드인 경우에는 상기 가변압축밸브를 닫고, 가변압축모드인 경우에는 상기 가변압축밸브를 설정된 시점에 설정된 시간동안 열어주는 것을 특징으로 하는 가변 압축비 엔진.
  8. 삭제
KR1020120133824A 2012-11-23 2012-11-23 가변 압축비 엔진 KR101394052B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120133824A KR101394052B1 (ko) 2012-11-23 2012-11-23 가변 압축비 엔진

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120133824A KR101394052B1 (ko) 2012-11-23 2012-11-23 가변 압축비 엔진

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101394052B1 true KR101394052B1 (ko) 2014-05-09

Family

ID=50893823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120133824A KR101394052B1 (ko) 2012-11-23 2012-11-23 가변 압축비 엔진

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101394052B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000130200A (ja) 1998-10-30 2000-05-09 Mitsubishi Motors Corp ディーゼルエンジンの制御装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000130200A (ja) 1998-10-30 2000-05-09 Mitsubishi Motors Corp ディーゼルエンジンの制御装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101394047B1 (ko) 가변 사이클 엔진
JP5729467B2 (ja) 内燃機関の制御装置及び方法
AU2011345296B2 (en) Stratified charge port injection engine and method
KR101990766B1 (ko) 가스 모드에서 피스톤 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 피스톤 엔진
KR101745021B1 (ko) 가솔린/디젤 연료 혼합 압축 착화 연소 엔진의 이지알 제어 시스템 및 그 방법
US11384699B2 (en) Method of operating a gaseous fuel internal combustion engine
KR102206923B1 (ko) 이중 연료 엔진의 기체 연료 모드의 종료 방법
KR101542540B1 (ko) 과급기 부착 내연 기관의 제어 장치
US8146572B2 (en) Cooled exhaust gas recirculation system with cylinder-level control
US20030140902A1 (en) CNG direct-injection into IC engine
JP5608175B2 (ja) 圧縮行程のない独立したガス供給系を有する内燃機関
JP5556956B2 (ja) 内燃機関の制御装置及び方法
KR101394052B1 (ko) 가변 압축비 엔진
JP2007162665A (ja) 内燃機関の掃気装置
GB2425808A (en) Supercharged two-stroke engine with separate direct injection of air and fuel
US6484673B1 (en) Internal combustion engine employing compressed gas injection and transportation vehicle having same assembled therein
US20180313280A1 (en) Method for igniting gaseous fuels in engines
JP7496066B2 (ja) 車両用内燃機関
KR20200093063A (ko) 피스톤 엔진을 작동시키는 방법 및 피스톤 엔진
JP2008002431A (ja) 内燃機関
KR102603855B1 (ko) 피스톤 엔진을 작동하는 방법 및 피스톤 엔진을 위한 제어 시스템
JP4742939B2 (ja) エンジンの動弁装置
JP2017160796A (ja) エンジンの制御装置
RU2709490C2 (ru) Режим работы на обедненных смесях на холостом ходу для уменьшения количества твердых частиц
JP2007303303A (ja) ６行程ガソリンエンジン

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180427

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190429

Year of fee payment: 6