KR101509676B1 - 하이브리드 전기 자동차용 엔진 - Google Patents

하이브리드 전기 자동차용 엔진 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 감속 및 타성 주행 시의 잉여 에너지를 이용하여 엔진을 구동시킴으로써 에어펌프의 기능을 하도록 하여 별도의 에어탱크에 압축공기로 저장하고, 배터리의 충전량이 부족할 경우에는 그 압축공기를 이용하여 엔진을 구동시켜 제너레이터에서 전기 에너지를 생산할 수 있도록 함으로써 회생 에너지 효율을 더욱 높일 수 있도록
실린더 헤드 상에 각각 형성되는 각 실린더별 복수의 흡기구와 배기구에 흡기 및 배기밸브가 각각 설치된 상태로 상기 흡기 및 배기밸브를 각각의 캠 샤프트에 의해 순차적으로 작동됨으로써, 흡기 메니폴드로부터 흡기포트를 통해 신기를 공급받아 연소실 내부에서 인젝터로부터 분사되는 연료와 함께 혼합하여 폭발시킨 후, 배기가스는 배기 메니폴드와 연결되는 배기포트를 통하여 배출되도록 구성되는 하이브리드 전기 자동차용 엔진에 있어서, 상기 각 실린더별 흡기구 중, 하나의 흡기구와 각각의 에어포트로 연결되는 에어 메니폴드; 상기 각 에어포트와 연결되는 각 흡기구에 설치되며, 해당 캠 샤프트에 의해 작동되어 상기 에어 메니폴드로부터 각 에어포트를 통해 압축공기를 연소실로 공급하거나, 연소실 내부에서 피스톤의 작동으로 생성되는 에어압을 상기 각 에어포트를 통해 상기 에어 메니폴드로 이동시키고, 작동하지 않을 경우에는 상기 연소실로 에어압이 역류되는 것을 방지하는 원웨이 밸브 기능을 갖는 에어포트용 밸브유닛; 및 상기 에어 메니폴드와 에어배관으로 연결되어 상기 각 에어포트용 밸브유닛의 작동에 따라 상기 각 연소실로 압축 공기를 공급하거나, 각 연소실로부터 생성되는 압축공기를 저장하는 에어탱크를 포함하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진을 제공한다.
하이브리드 전기 자동차, 압축공기, 에어 탱크, 회생 에너지

Description

하이브리드 전기 자동차용 엔진{ENGINE FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 전기 자동차용 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 감속 및 타성 주행 시의 잉여 에너지를 이용하여 엔진을 구동시킴으로써 에어펌프의 기능을 하도록 하여 별도의 에어탱크에 압축공기로 저장하고, 배터리의 충전량이 부족할 경우에는 그 압축공기를 이용하여 엔진을 구동시켜 제너레이터에서 전기 에너지를 생산할 수 있도록 함으로써 회생 에너지 효율을 더욱 높일 수 있도록 하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진에 관한 것이다.
일반적으로 하이브리드 자동차라고 함은 서로 다른 두 종류 이상의 동력원을 효율적으로 조합하여 차량을 구동하는 것을 의미하는 것으로, 대부분의 경우에는 연료를 사용하여 동력을 얻는 엔진과 전기로 구동 및 발전을 위한 모터와 제너레이터 등으로 구성된 시스템으로서, 일명 하이브리드 전기 자동차라고 일컬어지고 있다.
이러한 하이브리드 전기 자동차의 일례로, 도 1에서 도시한 바와 같이, 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)의 경우, 엔진(E)으로부터 동력을 이용하여 제너레이터(1)를 구동하여 배터리(3)를 충전시키고, 배터리(3)의 전원을 이용하여 모 터 제너레이터(5)를 구동하여 구동축(7)으로 구동력을 전달하는 메카니즘으로 이루어진다.
이때, 차량은 모터 제너레이터(5)에 의한 구동력으로 운행되며, 엔진(E)은 발전만을 담당하는 시스템이다.
즉, 이러한 플러그인 하이브리드 전기 자동차는 차량의 감속 또는 타성 주행 시, 엔진(E)과 구동계 간에 동력전달이 가능하도록 하는 클러치(9)가 작동하여 엔진(E)으로부터 감속 혹은 타성 주행에 의해 남는 에너지가 제너레이터(1)를 구동시켜 배터리(3)를 충전시키고, 이외의 조건에서는 상기 클러치(9)가 오프된 상태로 연료탱크(11)로부터 연료공급에 의한 엔진(E)의 운전으로 구동력을 발생시켜 상기 제너레이터(1)를 구동함으로써 배터리(3)를 충전하는 메카니즘을 갖는다.
그러나 상기한 플러그인 하이브리드 전기 자동차에 적용되는 엔진의 경우, 차량의 감속 또는 타성 주행 시에 클러치(9)가 작동된 상태로, 구동계로부터 감속 혹은 타성 주행에 의해 남는 기계적 에너지를 제너레이터(1)에 구동력으로 전달하여 배터리(3)를 충전시키도록 하는 동력 전달체의 기능 이외에는 없었다.
이와 같이, 종전의 플러그인 하이브리드 전기 자동차에서는 전기 에너지만을 회생 에너지로 저장하였으나, 에너지 회생을 극대화시키기 위해서는 새로운 시스템을 갖는 엔진의 도입이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 차량의 감속 및 타성 주행 시의 잉여 에너지를 이용하여 엔진을 구동시킴으로써 에어펌프의 기능을 하도록 하여 별도의 에어탱크에 압축공기로 저장하고, 배터리의 충전량이 부족할 경우에는 그 압축공기를 이용하여 엔진을 구동시켜 제너레이터에서 전기 에너지를 생산할 수 있도록 함으로써 회생 에너지 효율을 더욱 높일 수 있도록 하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진은, 실린더 헤드 상에 각각 형성되는 각 실린더별 복수의 흡기구와 배기구에 흡기 및 배기밸브가 각각 설치된 상태로 상기 흡기 및 배기밸브를 각각의 캠 샤프트에 의해 순차적으로 작동됨으로써, 흡기 메니폴드로부터 흡기포트를 통해 신기를 공급받아 연소실 내부에서 인젝터로부터 분사되는 연료와 함께 혼합하여 폭발시킨 후, 배기가스는 배기 메니폴드와 연결되는 배기포트를 통하여 배출되도록 구성되는 하이브리드 전기 자동차용 엔진에 있어서, 상기 각 실린더별 흡기구 중, 하나의 흡기구와 각각의 에어포트로 연결되는 에어 메니폴드; 상기 각 에어포트와 연결되는 각 흡기구에 설치되며, 해당 캠 샤프트에 의해 작동되어 상기 에어 메니폴드로부터 각 에어포트를 통해 압축공기를 연소실로 공급하거나, 연소실 내부에서 피스톤의 작동으로 생성되는 에어압을 상기 각 에어포트를 통해 상기 에어 메니폴드로 이동시키고, 작동하지 않을 경우에는 상기 연소실로 에어압이 역류되는 것을 방지하는 원웨이 밸브 기능을 갖는 에어포트용 밸브유닛; 및 상기 에어 메니폴드와 에어배관으로 연결되어 상기 각 에어포트용 밸브유닛의 작동에 따라 상기 각 연소실로 압축공기를 공급하거나, 각 연소실로부터 생성되는 압축공기를 저장하는 에어탱크를 포함하고, 상기 에어포트용 밸브유닛은 상기 실린더 헤드에 형성되는 흡기단 내부에서, 상기 에어포트와 연결되는 입구통로와, 상기 연소실과 입구통로를 연결함과 동시에 상기 입구통로와의 사이에는 보조밸브시트를 형성하는 출구통로로 이루어지는 에어 흡기구; 및 밸브헤드와 스템으로 이루어지되, 상기 스템 상의 일측에는 상기 에어 흡기구상의 보조밸브시트에 작용하여 입구통로와 출구통로를 개폐하며, 상기 에어탱크로부터 유입되는 에어압의 역류를 방지하기 위해 원웨이 밸브 기능을 하는 보조밸브헤드가 일체로 구성되는 에어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 각 흡기구는 상기 각 흡기포트와 연결되는 연료 흡기구와, 상기 각 에어포트와 연결되는 에어 흡기구로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 출구통로는 상기 에어밸브를 기준으로 상기 실린더 헤드의 내부 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.
삭제
상기 출구통로는 상기 에어밸브를 기준으로 상기 실린더 헤드의 내부 양측에 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 각 흡기구는 상기 각 흡기포트와 연결되며, 실린더 헤드의 양측에 각각 형성되는 2개의 연료 흡기구와, 상기 각 연료 흡기구 사이에서 상기 실린더 헤드에 형성되어 상기 각 에어포트와 연결되는 에어 흡기구로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 각 인젝터는 상기 각 흡기포트와 연결되게 설치되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진에 의하면, 차량의 감속 및 타성 주행 시의 잉여 에너지를 이용하여 엔진을 구동시킴으로써 에어펌프의 기능을 하도록 하여 별도의 에어탱크에 압축공기로 저장하고, 배터리의 충전량이 부족할 경우에는 그 압축공기를 이용하여 엔진을 구동시켜 제너레이터에서 전기 에너지를 생산할 수 있도록 함으로써 회생 에너지 효율을 더욱 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진은 회생 에너지의 효율을 높임으로써, 차량 주행 조건에 관계없이 엔진 작동으로 항시 배터리 충전이 가능하여 주행거리가 확대되고, 배터리용량 축소가 가능하여 차량의 전체적인 중량을 축소시키는 효과도 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진이 적용된 차량 구동 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어포트용 밸브유닛의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어포트용 밸브유닛의 단계별 작동 상태도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)은 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)에 적용된다.
상기 플러그인 하이브리드 전기 자동차는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 기본적으로 엔진(100)으로부터 동력을 이용하여 제너레이터(101)를 구동하여 배터리(103)를 충전시키고, 배터리(103)의 전원을 이용하여 모터 제너레이터(105)를 구동하여 구동축(107)으로 구동력을 전달하는 메카니즘으로 이루어진다.
그리고 차량의 감속 또는 타성 주행 시에는 엔진(100)과 구동계 간에 동력전달이 가능하도록 하는 클러치(109)가 작동하여 상기 엔진(100)으로부터 감속 혹은 타성 주행에 의해 남는 에너지가 제너레이터(101)를 구동시켜 배터리(103)를 충전시키고, 이외의 조건에서는 상기 클러치(109)가 오프된 상태로 연료탱크(111)로부터 연료공급에 의한 엔진(100)의 운전으로 구동력을 발생시켜 상기 제너레이터(101)를 구동함으로써 배터리(103)를 충전하는 메카니즘을 갖는다.
여기서, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)은, 차량의 감속 및 타성 주행 시의 잉여 에너지를 이용하여 엔진(100)을 구동시킴으로써 에어펌프의 기능을 하도록 하여 별도의 에어탱크(230)에 압축공기로 저장하고, 배터리(103)의 충전량이 부족할 경우에는 그 압축공기를 이용하여 엔진(100)을 구동시켜 제너레이터(101)에서 전기 에너지를 생산할 수 있도록 함으로써 회생 에너지 효율을 더욱 높일 수 있도록 한다.
이를 위해, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 기본적으로, 실린더 헤드(113) 상에 각각 형성되는 각 실린더별 복수의 흡기구(115)와 배기구(119)에 흡기 및 배기밸브(I.V, E.V ; Intake Valve, Exhaust Valve)가 각각 설치된 상태로 상기 흡기 및 배기밸브(I.V, E.V)를 각각의 캠 샤프트(125, 127)에 의해 순차적으로 작동됨으로써, 흡기 메니폴드(129)로부터 흡기포트(131)를 통해 신기를 공급받아 연소실(139) 내부에서 인젝터(133)로부터 분사되는 연료와 함께 혼합하여 폭발시킨 후, 배기가스는 배기 메니폴드(135)와 연결되는 배기포트(137)를 통하여 배출되도록 구성된다.
여기서, 상기 인젝터(133)는 상기 각 흡기포트(131)와 연결되게 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)은 잉여 에너지를 이용함으로써, 회생 에너지 효율을 높이기 위해 구성되는 에어 메니폴드(200), 에어포트용 밸브유닛(210), 및 에어탱크(230)를 더 포함한다.
먼저, 상기 에어 메니폴드(200)는 상기 각 실린더별 흡기구(115) 중, 하나의 흡기구(115)와 각각의 에어포트(201)로 연결된다.
여기서, 상기 각 흡기구(115)는 상기 각 흡기포트(131)와 연결되는 연료 흡기구(116)와, 상기 각 에어포트(201)와 연결되는 에어 흡기구(117)로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 상기 에어포트용 밸브유닛(210)은 상기 각 에어포트(201)와 연결되는 각 에어 흡기구(117)에 설치된다.
이러한 에어포트용 밸브유닛(210)은 해당 캠 샤프트(125)에 의해 작동되어 상기 에어 메니폴드(200)로부터 각 에어포트(201)를 통해 압축공기를 연소실(139)로 공급하거나, 연소실(139) 내부에서 피스톤(미도시)의 작동으로 생성되는 에어압을 상기 각 에어포트(201)를 통해 상기 에어 메니폴드(200)로 이동시키고, 작동하지 않을 경우에는 상기 연소실(139)로 에어압이 역류되는 것을 방지하는 원웨이 밸브 기능을 갖는다.
여기서, 상기 에어포트용 밸브유닛(210)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 입구통로(213)와 출구통로(217)를 형성하는 상기 각 에어 흡기구(117)와, 상기 에어 흡기구(117)에 장착되는 에어밸브(A.V ; Air Valve)로 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 각 에어 흡기구(117)는 상기 실린더 헤드(113)에 형성되는 흡기단(211) 내부에서, 상기 에어포트(201)와 연결되는 입구통로(213)와, 상기 연소실(139)과 입구통로(213)를 연결함과 동시에, 상기 입구통로(213)와의 사이에 보조 밸브시트(215)를 형성하는 출구통로(217)로 이루어진다.
여기서, 상기 출구통로(217)는 상기 에어밸브(A.V)를 기준으로 상기 실린더 헤드(113)의 내부 일측에 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 에어밸브(A.V)는 밸브헤드(221)와 스템(223)으로 이루어지되, 상기 스템(223) 상의 일측에는 상기 에어 흡기구(117) 상의 보조밸브시트(215)에 작용하여 입구통로(213)와 출구통로(217)를 개폐하며, 상기 에어탱크(230)로부터 유입되는 에어압의 역류를 방지하기 위해 원웨이 밸브 기능을 하는 보조밸브헤드(225)가 일체로 구성된다.
이러한 에어밸브(A.V)는 해당 캠 샤프트(125)에 의해 상하로 왕복작동을 함으로써, 상기 보조밸브헤드(225)를 통해 상기 입구통로(213)와 출구통로(217)를 선택적으로 개폐하게 된다.
여기서, 상기와 같은 구성을 갖는 상기 에어포트용 밸브유닛(210)은, 도 5의 (S1)과 같이, 상기 에어밸브(A.V)가 작동하지 않았을 경우, 상기 보조밸브헤드(225)가 상기 보조밸브시트(215)와 밀착되어 상기 입구통로(213)와 출구통로(217)를 폐쇄시킨 상태를 유지하여 입구통로(213)로부터 출구통로(217)를 통해 연소실(139) 내부로 상기 에어탱크(230)로부터 공급되는 압축공기가 역류되는 것을 방지하게 된다.
이에 따라, 상기 연소실(139)에는 에어포트(201)로부터 공급되는 압축공기가 유입되거나, 연소실(139)로부터 생성되는 압축공기의 유출이 방지되는 동시에, 압축공기가 역류되는 것이 방지된다.
반면에, 상기 에어밸브(A.V)가 작동할 경우에는, 도 5의 (S2)와 같이, 상기 보조밸브헤드(225)는 상기 에어밸브(A.V)와 함께 상기 보조밸브시트(215)의 하부로 이동되면서, 상기 입구통로(213)와 출구통로(217)가 연결되도록 상기 보조밸브시트(225)와 개방된다.
이에 따라, 상기 에어포트(201)로부터 공급되는 압축공기는 상기 출구통로(217)를 통해 상기 연소실(139)로 유입되며, 연소실(139)에서 생성되는 압축공기는 상기 출구통로(217)와 입구통로(213)를 거쳐 상기 에어포트(201)로 나가게 된다.
그리고 상기 에어탱크(230)는 상기 에어 메니폴드(200)와 에어배관(231)으로 연결되어 상기 각 에어포트용 밸브유닛(210)의 작동에 따라 상기 각 연소실(139)로 압축공기를 공급하거나, 각 연소실(139)로부터 생성되는 압축공기를 저장하게 된다.
즉, 상기 보조밸브헤드(225)는 상기 에어밸브(A.V)의 작동에 따라 상기 입구통로(213)와 출구통로(217)를 선택적으로 연결함으로써, 상기 입구통로(213)와 출구통로(217)의 폐쇄 시, 상기 연료탱크(230)로부터 압축공기가 상기 연소실(139)로 역류되는 것을 방지하는 원웨이 밸브의 기능을 하게 된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진의 모드별 밸브 작동표이다.
먼저, 전술한 바와 같이 구성되는 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)이 충전모드일 경우에 대해 설명하기로 한다.
상기 배터리(103)를 충전하는 충전모드에서 상기 에어탱크(230)에 저장된 압축공기의 압력이 필요압력보다 낮은 상태일 경우, 상기 엔진(100)은 연료를 사용해 구동됨으로써, 배터리(103)를 충전시키는 가솔린 내연기관으로서 작동하게 된다.
즉, 상기 엔진(100)은 폭발 행정에서 상기 흡기 및 배기밸브(I.V, E.V)와, 에어밸브(A.V)가 모두 작동하지 않아 상기 각 흡기구(115)와, 각 배기구(119)는 닫힌 상태가 된다.
이에 따라, 밀폐된 연소실(139) 내부에서는 내부의 혼합기가 점화 플러그에 의해 점화됨으로써, 폭발이 일어나 실린더가 이동되고, 커넥팅 로드를 통해 연결된 크랭크샤프트를 회전시켜 구동력을 발생시키게 된다.
그런 후, 배기 행정에서는 상기 각 배기밸브(E.V)의 작동에 의해 상기 각 배기구(119)가 모두 개방되고, 피스톤이 상승하면서 상기 연소실(139)에서 생성된 배기가스를 각 배기포트(137)를 통해 배기 메니폴드(135)로 이동시킨 후, 미도시된 차량의 배기계를 통해 차량의 외부로 배출시키게 된다.
배기 행정 완료 후, 흡기 행정에서는 상기 해당 캠 샤프트(125)에 의해 작동하는 흡기밸브(I.V)를 통해 상기 각 연료 흡기구(116)가 개방됨으로써, 흡기 메니폴드(129)로부터 흡기포트(131)를 통해 신기를 공급받아 연소실(139) 내부에서 인젝터(133)로부터 분사되는 연료와 함께 혼합하여 유입시키게 된다.
그런 후, 압축 행정에서는 상기 흡기 및 배기밸브(I.V, E.V)와, 에어밸 브(A.V)가 모두 작동하지 않아 상기 각 흡기구(115)와, 각 배기구(119)는 모두 닫힌 상태가 되며, 이에 따라, 밀폐된 연소실(139) 내부에서는 상기 흡기행정을 통해 유입된 신기와 분사된 연료의 혼합기가 압축된다.
여기서, 차량은 출발 후, 등판이나 정속 주행을 하는 상태로서, 구동계로부터 잉여 에너지가 발생되지 않고, 이에 따라 상기 클러치(109)는 작동되지 않은 OFF된 상태를 유지하게 된다.
전술한 바와 같이, 상기 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)이 가솔린 내연기관으로서 작동할 경우에는 상기와 같은 과정을 반복 수행하면서 엔진(100)을 구동시켜 제너레이터(101)에서 전기 에너지를 생산함으로써, 상기 배터리(103)를 충전하게 된다.
반면에, 에어탱크(230)에 저장된 압축공기의 압력이 필요압력 이상으로 충분할 경우, 상기 엔진(100)은 압축공기를 이용해 구동되어 배터리(103)를 충전시키는 압축공기 기관으로서 작동하게 된다.
즉, 상기 엔진(100)은 폭발행정에서 상기 에어밸브(A.V)의 작동에 의해 에어 흡기구(117)를 개방시킴으로써, 에어탱크(230)로부터 고압의 압축공기를 연소실(139)로 공급하게 된다.
그러면, 상기 연소실(139)로 유입된 고압의 압축공기가 상기 연소실(139) 내에서 미도시된 실린더를 하부로 이동시키고, 실린더와 연결된 커넥팅 로드는 크랭크샤프트를 회전시켜 구동력을 발생시키게 된다.
그런 후, 배기 행정에서는 상기 각 배기밸브(E.V)의 작동에 의해 상기 각 배 기구(119)가 모두 개방되고, 피스톤이 상승하면서 상기 연소실(139) 내부의 공기를 각 배기포트(137)를 통해 배기 메니폴드(135)로 이동시킨 후, 미도시된 차량의 배기계를 통해 차량의 외부로 배출시키게 된다.
배기 행정 완료 후, 흡기 행정에서는 상기 해당 캠 샤프트(125)에 의해 작동하는 흡기밸브(I.V)를 통해 상기 각 연료 흡기구(116)가 개방됨으로써, 흡기 메니폴드(129)로부터 흡기포트(131)를 통해 신기가 연소실 내부로 공급된다.
이 때, 상기 인젝터(133)는 상기 흡기포트(131)를 통해 연료를 분사하지 않게 된다.
그런 후, 압축행정에서는 상기 흡기 및 배기밸브(I.V, E.V)와, 에어밸브(A.V)가 모두 작동하지 않아 기 각 흡기구(115)와, 각 배기구(119)는 닫힌 상태가 되며, 이에 따라, 밀폐된 연소실(139) 내부에서는 상기 흡기 행정을 통해 유입된 신기가 압축된다.
여기서, 차량은 출발 후, 등판이나 정속 주행을 하는 상태로서, 구동계로부터 잉여 에너지가 발생되지 않고, 이에 따라 상기 클러치(109)는 작동되지 않은 OFF된 상태를 유지하게 된다.
상기와 같이, 상기 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)이 압축 공기 기관으로 작동할 경우에는 상기와 같은 과정을 반복 수행하면서, 에어탱크(230)의 압축공기를 통해 엔진(100)을 구동시켜 제너레이터(101)에서 전기 에너지를 생산함으로써, 상기 배터리(103)를 충전하게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)이 펌핑 모드일 경우에 대해 설명하기로 한다.
상기 펌핑모드에서는 차량의 타성 및 감속 주행 시, 차량에서 발생되는 잉여 에너지를 통해 상기 엔진(100)을 구동시킴으로써, 엔진(100)이 에어펌프 기관으로서 작동하도록 하여 상기 에어탱크(230)에 압축공기로 저장하게 된다.
이 경우, 상기 클러치(109)는 차량의 타성 및 감속 주행 시에 구동계로부터 발생되는 잉여 에너지를 구동축(107)으로부터 상기 엔진(100)으로 공급하도록 작동된 ON 상태를 유지하게 된다.
즉, 상기 엔진(100)이 에어펌프 기관으로서 작동 할 경우, 폭발 행정에서는 상기 흡기 및 배기밸브(I.V, E.V)와, 에어밸브(A.V)가 모두 작동하지 않아 흡기구(115)와 배기구(119)는 닫힌 상태가 되고, 잉여 에너지가 크랭크샤프트를 회전시켜 커넥팅 로드와 연결된 피스톤은 상기 연소실(139) 내부에서 하강된다.
그런 후, 배기 행정에서는 상기 각 배기밸브(E.V)의 작동에 의해 상기 각 배기구(119)가 모두 개방되고, 크랭크샤프트에 의해 피스톤이 상승하면서 상기 연소실(139) 내부의 공기를 각 배기포트(137)를 통해 배기 메니폴드(135)로 이동시킨 후, 미도시된 차량의 배기계를 통해 차량의 외부로 배출시키게 된다.
배기 행정 완료 후, 흡기 행정에서는 상기 해당 캠 샤프트(125)에 의해 작동하는 흡기밸브(I.V)를 통해 상기 각 연료 흡기구(116)가 개방됨으로써, 흡기 메니폴드(129)로부터 흡기포트(131)를 통해 신기가 연소실 내부로 공급된다.
이 때, 상기 인젝터(133)는 상기 흡기포트(131)를 통해 연료를 분사하지 않게 된다.
그런 후, 압축 행정에서는 상기 에어밸브(A.V)가 해당 캠 샤프트(125)에 의해 작동되어 에어 흡기구(117)를 개방시키게 되고, 상기 구동축(107)으로부터 공급된 잉여 에너지로 회전하는 크랭크샤프트가 실린더를 이동시킴으로써, 상기 연소실(139) 내부에서 피스톤의 작동으로 생성되는 에어압은 상기 각 에어포트(201)를 통해 에어 메니폴드(200)로 이동된다.
그리고 상기 에어 메니폴드(200)로 이동된 압축공기는 상기 에어라인(231)을 통해 에어탱크(230)로 이동되어 상기 에어탱크(230)에 저장된다.
상기와 같이, 상기 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)이 에어 펌프 기관으로 작동할 경우에는 상기와 같은 과정을 반복 수행하면서, 에어탱크(230)에 에어압을 제공함으로써, 엔진(100)이 압축공기 기관으로 작동할 경우 필요한 압축공기를 상기 에어탱크(230)에 저장하게 된다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)을 적용하면, 차량의 감속 및 타성 주행 시의 잉여 에너지를 이용하여 엔진(100)을 구동시킴으로써 에어펌프의 기능을 하도록 하여 별도의 에어탱크(230)에 압축공기로 저장하고, 배터리(103)의 충전량이 부족할 경우에는 그 압축공기를 이용하여 엔진(100)을 구동시켜 제너레이터(101)에서 전기 에너지를 생산할 수 있도록 함으로써 회생 에너지 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)은 회생 에너지의 효율을 높임으로써, 차량 주행 조건에 관계없이 엔진(100) 작동으로 항시 배터리(103) 충전이 가능하여 주행거리가 확대되고, 배터리 용량 축소가 가능하여 차량의 전체적인 중량을 축소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어포트용 밸브유닛의 단면 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 에어포트용 밸브유닛(310)은, 도 7에서 도시한 바와 같이, 입구통로(313)와 출구통로(317)를 형성하는 상기 각 에어 흡기구(117)와, 상기 에어 흡기구(117)에 장착되는 에어밸브(A.V)로 구성되며, 이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 각 에어 흡기구(117)는 상기 실린더 헤드(113)에 형성되는 흡기단(311) 내부에서, 상기 에어포트(201)와 연결되는 입구통로(313)와, 상기 연소실(139)과 입구통로(313)를 연결함과 동시에, 상기 입구통로(313)와의 사이에 보조밸브시트(315)를 형성하는 출구통로(317)로 이루어진다.
그리고 상기 에어밸브(A.V)는 밸브헤드(321)와 스템(323)으로 이루어지되, 상기 스템(323) 상의 일측에는 상기 에어 흡기구(117) 상의 보조밸브시트(315)에 작용하여 입구통로(313)와 출구통로(317)를 개폐하는 보조밸브헤드(325)가 일체로 구성된다.
이러한 에어밸브(A.V)는 해당 캠 샤프트(125)에 의해 상하로 왕복작동을 함으로써, 상기 보조밸브헤드(325)를 통해 상기 입구통로(313)와 출구통로(317)를 선택적으로 개폐하게 된다.
여기서, 상기 출구통로(317)는 상기 에어밸브(A.V)를 기준으로 상기 실린더 헤드(113)의 내부 양측에 각각 형성되는 것이 바람직하다.
단, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어포트용 밸브유닛(310)의 구성을 설명함에 있어 상기 에어포트용 밸브유닛(310)이 적용되는 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)은 전술한 바와 같이 동일함으로, 그 구성의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진의 실린더 헤드의 구성을 나타낸 도면이다.
단, 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)의 실린더 헤드(413)를 설명함에 있어서, 본 발명의 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 적용하여 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)은, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 각 흡기구(115) 중 연료 흡기구(416)가 실린더 헤드(413)의 양측에 각각 형성되어 상기 각 흡기포트(131)와 연결된다.
이러한 각 연료 흡기구(416)는 2개로 구성되며, 상기 실린더 헤드(113) 상에서 이격되게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 각 연료 흡기구(416)의 사이에서 상기 실린더 헤드(413)에는 에어 흡기구(417)가 형성되며, 상기 각 에어포트(201)와 연결된다.
한편, 상기 각 연료 흡기구(416)에는 흡기밸브(I.V)가 장착되고, 상기 에어 흡기구(417)에는 에어포트용 밸브유닛(210)이 장착되며, 상기 흡기밸브(I.V)와 에어포트용 밸브유닛(210)은 해당 캠 샤프트(425)에 의해 작동된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동 차용 엔진(100)의 기본적인 구성 및 작동은 전술한 바와 동일하므로, 이하 구성의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)을 적용하면, 차량의 감속 및 타성 주행 시의 잉여 에너지를 이용하여 엔진(100)을 구동시킴으로써 에어펌프의 기능을 하도록 하여 별도의 에어탱크(230)에 압축공기로 저장하고, 배터리(103)의 충전량이 부족할 경우에는 그 압축공기를 이용하여 엔진(100)을 구동시켜 제너레이터(101)에서 전기 에너지를 생산할 수 있도록 함으로써 회생 에너지 효율을 더욱 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진(100)은 회생 에너지의 효율을 높임으로써, 차량 주행 조건에 관계없이 엔진(100) 작동으로 항시 배터리(103) 충전이 가능하여 주행거리가 확대되고, 배터리 용량 축소가 가능하여 차량의 전체적인 중량을 축소시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래 기술에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진이 적용된 차량 구동 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진이 적용된 차량 구동 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어포트용 밸브유닛의 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어포트용 밸브유닛의 단계별 작동 상태도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진의 모드별 밸브 작동표이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어포트용 밸브유닛의 단면 구성도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 전기 자동차용 엔진의 실린더 헤드의 구성을 나타낸 도면이다.

Claims (7)

  1. 실린더 헤드 상에 각각 형성되는 각 실린더별 복수의 흡기구와 배기구에 흡기 및 배기밸브가 각각 설치된 상태로 상기 흡기 및 배기밸브를 각각의 캠 샤프트에 의해 순차적으로 작동됨으로써, 흡기 메니폴드로부터 흡기포트를 통해 신기를 공급받아 연소실 내부에서 인젝터로부터 분사되는 연료와 함께 혼합하여 폭발시킨 후, 배기가스는 배기 메니폴드와 연결되는 배기포트를 통하여 배출되도록 구성되는 하이브리드 전기 자동차용 엔진에 있어서,
    상기 각 실린더별 흡기구 중, 하나의 흡기구와 각각의 에어포트로 연결되는 에어 메니폴드;
    상기 각 에어포트와 연결되는 각 흡기구에 설치되며, 해당 캠 샤프트에 의해 작동되어 상기 에어 메니폴드로부터 각 에어포트를 통해 압축공기를 연소실로 공급하거나, 연소실 내부에서 피스톤의 작동으로 생성되는 에어압을 상기 각 에어포트를 통해 상기 에어 메니폴드로 이동시키고, 작동하지 않을 경우에는 상기 연소실로 에어압이 역류되는 것을 방지하는 원웨이 밸브 기능을 갖는 에어포트용 밸브유닛; 및
    상기 에어 메니폴드와 에어배관으로 연결되어 상기 각 에어포트용 밸브유닛의 작동에 따라 상기 각 연소실로 압축공기를 공급하거나, 각 연소실로부터 생성되는 압축공기를 저장하는 에어탱크를 포함하고,
    상기 에어포트용 밸브유닛은
    상기 실린더 헤드에 형성되는 흡기단 내부에서, 상기 에어포트와 연결되는 입구통로와, 상기 연소실과 입구통로를 연결함과 동시에 상기 입구통로와의 사이에는 보조밸브시트를 형성하는 출구통로로 이루어지는 에어 흡기구; 및
    밸브헤드와 스템으로 이루어지되, 상기 스템 상의 일측에는 상기 에어 흡기구상의 보조밸브시트에 작용하여 입구통로와 출구통로를 개폐하며, 상기 에어탱크로부터 유입되는 에어압의 역류를 방지하기 위해 원웨이 밸브 기능을 하는 보조밸브헤드가 일체로 구성되는 에어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 흡기구는
    상기 각 흡기포트와 연결되는 연료 흡기구와, 상기 각 에어포트와 연결되는 에어 흡기구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 출구통로는 상기 에어밸브를 기준으로 상기 실린더 헤드의 내부 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 출구통로는 상기 에어밸브를 기준으로 상기 실린더 헤드의 내부 양측에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 각 흡기구는
    상기 각 흡기포트와 연결되며, 실린더 헤드의 양측에 각각 형성되는 2개의 연료 흡기구와, 상기 각 연료 흡기구 사이에서 상기 실린더 헤드에 형성되어 상기 각 에어포트와 연결되는 에어 흡기구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각 인젝터는 상기 각 흡기포트와 연결되게 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기 자동차용 엔진.
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