KR102406016B1

KR102406016B1 - 가변 위치이동방식 흡기유동강화시스템 및 엔진

Info

Publication number: KR102406016B1
Application number: KR1020170134405A
Authority: KR
Inventors: 서인기; 김우태; 최민기
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2022-06-08
Also published as: KR20190042847A; US10393006B2; US20190112969A1

Abstract

본 발명의 엔진(1)에 적용된 가변 위치이동방식 흡기유동강화시스템(10)은 실린더 불록(3)과 실린더 헤드(4)의 결합으로 연소실이 형성되는 실린더(3-1)로 보내지는 흡기 흐름을 형성하는 흡기 포트(5)에 설치되고, 흡기 포트(5)에 대한 슬라이딩 이동으로 실린더(3-1)로 들어가는 공기흐름에 텀블 흐름 강도를 변화시켜 줌으로써 하드웨어 추가나 과도한 디자인 변경 없이 가솔린 엔진의 열효율 향상에 맞춘 연소실내 유동강도 향상이 이루어지고, 특히 연소실내의 유동강도를 운전영역에 따라 조절함으로써 텀블 유동 강도의 변화가 연속적으로 제어되는 특징을 구현한다.

Description

가변 위치이동방식 흡기유동강화시스템 및 엔진{Variable Position Shift type Variable Charge Motion System}

본 발명은 흡기유동시스템에 관한 것으로, 특히 흡기 관로에 대한 가변 위치이동으로 텀블 유동 강도의 변화가 연속적으로 제어되는 흡기유동강화시스템을 적용한 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 흡기유동시스템(Variable Charge Motion System 또는 Variable Control Module System, 이하 VCM)은 엔진 성능과 함께 연비 향상을 위해 적용된다.

일례로, 상기 VCM은 회전동력을 발생시키는 모터, 흡기 매니폴드(Intake Manifold)의 관로를 여닫아 관로면적을 조절하는 플랩(또는 밸브)과 함께 동력 전달 메커니즘(예, 링크 기구) 및 모터 제어용 VCM 컨트롤러를 구성요소로 한다. 이 경우 플랩의 여닫이 동작에 따른 열림 상태는 관로가 최대한 열려져 저 텀블 유동(low tumble flux)을 형성하는 반면 닫힘 상태는 관로가 최대한 막혀져 고 텀블 유동(high tumble flux)을 형성한다. 이 방식의 VCM은 플랩타입 VCM으로 칭한다.

그러므로 상기 플랩타입 VCM은 모터 제어에 의한 플랩의 여닫이 동작시 엔진으로 공급되는 흡입 공기에 고저 상태의 텀블(Tumble) 유동을 형성하고, 상기 텀블 유동은 실린더 내의 공기와 연료의 혼합 상태를 향상시켜 줌으로써 엔진의 연소 특성 개선으로 발전된다.

일본특개 2007-278131(2007.10.25)

하지만 상기 플랩타입 VCM은 텀블 유동 형성을 위한 플랩의 여닫이 동작이 ON/OFF 방식으로 이루어짐으로써 고저 텀블 유동의 두가지 텀블 강도 만 생성시키다는 한계성을 가질 수밖에 없다.

이러한 두가지 텀블 강도의 제약은 특히 가솔린 엔진에 아킨슨 사이클이나 EGR 시스템(Exhaust Gas Recirculation System) 등을 적용하여 가솔린 엔진의 열효율 향상을 추구하고 있는 최근 추세에서 필요성으로 크게 증대되고 있는 연소속도 향상에 맞출 수 없게 된다. 그 결과 흡기포트의 디자인을 변경이나 각종 설치물을 이용하는 방향으로 최근의 가솔린 엔진의 열효율 향상에 맞춘 연소실내 유동강도 향상을 추구하는 실정이다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 흡기포트에 설치되어 슬라이딩 이동되는 슬리이딩 판을 적용함으로써 하드웨어 추가나 과도한 디자인 변경 없이 가솔린 엔진의 열효율 향상에 맞춘 연소실내 유동강도 향상이 이루어지고, 특히 연소실내의 유동강도를 운전영역에 따라 조절함으로써 텀블 유동 강도의 변화가 연속적으로 제어되는 가변 위치이동방식 흡기유동강화시스템 및 엔진의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡기유동강화시스템은 연소실로 이어진 흡기 포트의 관로 내부로 위치되고, 상기 관로를 흘러 상기 연소실로 들어가는 공기의 흡기 흐름에 텀블 흐름을 유도하도록 슬라이딩 이동되는 슬라이딩 판이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 슬라이딩 이동의 거리는 엔진의 엔진운전조건으로 조절된다.

바람직한 실시예로서, 상기 슬라이딩 판의 상기 슬라이딩 이동은 상기 관로를 흐르는 상기 공기에 대한 간섭 약화를 가져오도록 상기 흡기 포트에 형성되어 상기 관로를 구획하는 가이드 벽을 따라 배열되어 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 슬라이딩 판이 상기 가이드 벽을 따르는 상기 슬라이딩 이동으로 상기 관로를 빠져나올 때 상기 간섭 약화가 이루어진다. 상기 가이드 벽에는 상기 슬라이딩 판의 끝부위가 삽입되는 포트 엔드가 형성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 가이드 벽에는 상기 슬라이딩 판의 끝부위가 상기 포트 엔드에 삽입되어 상기 관로로 돌출된 상태에서 틈(gap)을 형성하는 텀블 돌기가 형성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 슬라이딩 판이 상기 가이드 벽을 따르는 상기 슬라이딩 이동으로 상기 관로로 들어갈 때 상기 간섭 약화가 이루어진다. 상기 가이드 벽의 안쪽공간에는 상기 슬라이딩 판의 끝부위가 삽입된 상태에서 밀착되는 포트 보스 엔드가 형성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 슬라이딩 이동은 상기 슬라이딩 판에 연결된 풀리로 이루어지고, 상기 풀리는 회전축으로 회전된다. 상기 풀리와 상기 슬라이딩 판은 고정 판으로 연결되고, 상기 고정 판은 상기 슬라이딩 판에서 절곡된다. 상기 고정 판과 상기 풀리는 끼움 구조로 결합된다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진은 실린더 불록과 실린더 헤드의 결합으로 연소실이 형성되는 실린더; 상기 실린더로 보내지는 흡기 흐름을 형성하는 흡기 포트에 설치되고, 상기 흡기 포트에 대한 슬라이딩 이동으로 상기 흡기 흐름을 텀블 흐름으로 전환시켜 주는 흡기유동강화시스템이 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 흡기유동강화시스템은 상기 텀블 흐름을 형성하도록 상기 흡기 포트의 관로 내부에서 슬라이딩 이동되는 이동부재, 상기 슬라이딩 이동이 발생되도록 상기 이동부재에 연결되어 회전되는 회전부재, 상기 회전부재를 회전시켜주는 액추에이터, 엔진탑재센서의 검출 신호를 입력데이터로 하여 판단된 엔진운전조건에 맞춰 출력된 PMW DUTY로 상기 액추에이터를 제어하는 컨트롤러로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 엔진운전조건단계와 PMW DUTY 출력값이 매칭된 테이블이 구축된 VCM 맵과 연계되고, 상기 엔진탑재센서의 검출 신호는 엔진회전수, 차속, 쓰로틀 개도, APS, 엔진냉각수온, 흡기온이 적용된다.

바람직한 실시예로서, 상기 이동부재는 상기 실린더의 연소실 좌우로 이어진 상기 흡기포트의 각각에 구비되어 상기 회전부재의 연결로 함께 동작되는 제1,2 이동부재로 구성된다. 상기 회전부재는 상기 실린더 헤드로 지지되어 회전이 이루어진다. 상기 회전부재는 상기 제1,2 이동부재의 각각을 시계방향이나 반 시계방향으로 회전시켜 상기 슬라이딩 이동을 발생시켜준다.

이러한 본 발명의 엔진은 흡기유동강화시스템이 엔진운전조건에 따른 가변적인 플레이트 위치 조절로 텀블 유동 강도 변화를 연속적으로 제어함으로써 기존의 ON/OFF방식 대비 VCM보다 효율적으로 흡기유동 조절이 가능하다.

또한 본 발명의 엔진은 흡기유동강화시스템이 흡기 포트 하면에 설치된 슬라이딩타입 플레이트(sliding plate)를 이용함으로써 슬라이딩 조절되는 플레이트 위치에 따라 텀블 강도가 초기의 강한 상태에서 연속적으로 약화 상태로 변화되면서도 흡기포트의 디자인을 변경이나 각종 설치물 이용이 요구되지 않는다.

또한 본 발명의 엔진은 흡기포트의 디자인을 변경이나 각종 설치물 이용이 요구되지 않는 흡기유동강화시스템이 적용됨으로써 최근 추구되는 가솔린 엔진의 열효율 향상을 만족할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진에 적용된 가변 위치이동방식 흡기유동강화시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 흡기유동강화시스템이 텀블 형성을 가변시켜주기 위해 이동부재가 당김 이동(후퇴 이동)되도록 구성된 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 흡기유동강화시스템의 실린더 배열 상태의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 흡기유동강화시스템의 제어 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 흡기유동강화시스템의 텀블 형성이 이동부재의 당김 이동(후퇴 이동)으로 가변되는 동작 상태이고, 도 6은 본 발명에 따른 흡기유동강화시스템의 텀블 형성이 이동부재의 밀림이동(전진 이동)으로 가변되는 동작 상태이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 흡기유동강화시스템(Variable Charge Motion System 또는 Variable Control Module System, 이하 VCM)(10)은 엔진(1)에 적용되어 가변 위치이동방식으로 실린더(3-1)로 들어가는 공기(즉, 필터링된 신기)의 텀블 유동 강도를 연속적으로 변화시킴에 그 특징을 갖는다. 이 경우 상기 텀블 유동 강도는 엔진의 초기 운전의 엔진 RPM(Revolution Per Minute)에서 가장 강한 세기를 형성한 후 엔진 RPM의 상승에 따라 점차 약한 세기로 조절된다.

구체적으로 상기 엔진(1)은 연소실을 형성하는 다수의 실린더(3-1)가 형성된 실린더 불록(3), 실린더(3-1)의 상부를 형성하도록 실린더 불록(3)에 결합된 실린더 헤드(4), 실린더 헤드(4)에서 실린더(3-1)의 좌우 상부쪽으로 위치된 흡/배기 포트(5,6), 흡/배기 포트(5,6)의 각각을 개폐시켜 주는 흡/배기 밸브(7,8)를 포함한다. 그러므로 상기 엔진(1)은 일반적인 엔진과 동일하나 VCM(10)이 흡기 포트(5)에서 플레이트 위치를 슬라이딩이동으로 가변 시켜줌으로써 엔진운전조건에 맞춘 공기 텀블 유동 강도의 연속적인 변화로 기존의 ON/OFF에 의한 공기 텀블 형성 대비 보다 효율적인 흡기유동 조절이 이루어지는 차이를 갖는다.

구체적으로 상기 VCM(10)은 이동부재(20)와 회전부재(30)를 엔진운전조건에 맞춘 공기 텀블 유동 강도의 연속적인 변화를 위한 기본구성요소로 하고, 회전부재(30)에 대한 동력 전달 효율성을 높이기 위한 액추에이터(40)와 함께 이동부재(20)에 대한 정밀 슬라이딩 이동 제어를 위해 VCM 맵(50-1)과 연계된 컨트롤러(50)를 부가구성요소로 한다. 이 경우 상기 기본구성요소는 구성요소 그대로 적용됨을 상기 부가구성요소는 구성요소 변경이나 대체도 가능함을 의미한다.

일례로, 상기 이동부재(20)는 슬라이딩 판(21), 슬라이딩 판(21)과 일체로 이루어지면서 슬라이딩 판(21)의 한쪽 끝단에서 절곡된 고정 판(23)으로 이루어진다. 상기 슬라이딩 판(21)은 흡기 포트(5)의 가이드 벽(5-1)을 따라 길게 배열되며, 상기 고정 판(23)은 흡기 포트(5)의 외부로 인출되어 회전부재(30)에 결합된다. 상기 회전부재(30)는 회전 축(31), 회전 축(31)의 한쪽 끝단 구간으로 결합되어 이동부재(20)의 고정 판(23)이 고정된 풀리(33)로 이루어진다. 상기 회전 축(31)과 상기 풀리(33)의 각각은 원형 단면을 형성한다.

일례로, 상기 액추에이터(40)는 회전부재(30)의 회전 축(31)을 정역 회전시켜주도록 전기 모터로 이루어져 회전되거나 솔레노이드로 이루어져 직선 왕복 이동되고, 컨트롤러(50)의 PMW(Pulse Width Modulation) DUTY로 정밀 제어된다. 특히 상기 액추에이터(40)는 회전 축(31)과 일체로 구성되어 회전부재(30)를 구성할 수 있다. 상기 컨트롤러(50)는 엔진운전조건을 판단하도록 엔진탑재센서(9)의 검출 신호를 입력데이터로 처리하고, 엔진운전조건 단계와 PMW DUTY 출력값이 매칭된 테이블이 구축된 VCM 맵(50-1)과 연계되어 회전 축(31)의 제어를 위한 액추에이터(40)의 출력을 조정한다. 상기 검출 신호는 도 4와 같이 엔진회전수, 차속, 쓰로틀 개도, APS(Accelerator Pedal Scope), 엔진냉각수온, 흡기온을 포함한다.

도 2를 참조하면, 상기 이동부재(20)는 슬라이딩 판(21)으로 흡기 포트(5)와 연계되고 고정 판(23)으로 회전부재(30)와 연계된다.

구체적으로 상기 슬라이딩 판(21)은 직선 형상의 판구조(plate structure)로 이루어지고, 그 끝부위를 텀블유도 돌출간격(K-1)을 위한 텀블 엔드(21a)로 구분함으로써 슬라이딩 판(21)은 초기 위치에서 흡기 포트(5)의 관로(즉, 공기 흐름공간)쪽으로 튀어 나온 상태를 유지한다. 특히 상기 텀블유도 돌출간격(K-1)의 돌출 길이는 설정값으로 엔진의 사양에서 요구하는 텀블 강도에 맞춰진다.

이를 위해 상기 흡기 포트(5)는 공기가 실린더(3-1)로 보내지는 관로를 형성하면서 가이드 벽(5-1), 포트 엔드(5-2), 텀블 돌기(5-3)를 형성한다.

상기 가이드 벽(5-1)은 상기 관로가 바깥쪽 공간에 대해 공기흐름의 안쪽 공간으로 구분되도록 흡기 포트(5)에 일체로 형성된다. 상기 포트 엔드(5-2)는 가이드 벽(5-1)에 뚫려진 부위로 형성된다. 그러므로 상기 가이드 벽(5-1)은 슬라이딩 판(21)이 상기 관로의 바깥쪽에서 흡기 포트(5)를 따라 길게 배열된 상태에서 슬라이딩 이동되도록 하고, 상기 포트 엔드(5-2)는 슬라이딩 판(21)의 텀블유도 돌출간격(K-1)이 가이드 벽(5-1)에서 튀어나와 돌출된 초기 상태로 형성되도록 한다. 상기 텀블 돌기(5-3)는 실린더(3-1)의 실린더 상단 벽(5-5)쪽으로 형성되고, 슬라이딩 판(21)의 초기 상태에서 텀블유도 돌출간격(K-1)과 틈(gap)을 형성한다. 그러므로 상기 틈(gap)은 텀블유도 돌출간격(K-1)과 연계되어 슬라이딩 판(21)의 초기상태에서 텀블 유동의 강화에 기여한다. 상기 실린더 상단 벽(5-5)은 흡기 밸브(7)의 닫힘시 밸브 태핏(valve tappet)(7-1)과 밀착되어 흡기 포트(5)를 막아준다. 이 경우 상기 밸브 태핏(7-1)은 밸브 스템(stem)의 끝단을 이루는 부위를 의미한다.

구체적으로 상기 고정 판(23)은 슬라이딩 판(21)과 일체로 이루어져 텀블유도 삽입엔드(K-1)의 반대쪽 부위에서 슬라이딩 판(21)을 절곡시킨 구조로 형성되고, 회전부재(30)의 풀리(33)에 결합됨으로써 풀리(33)의 회전방향으로 슬라이딩 판(21)이 슬라이딩 이동된다.

이를 위해 상기 회전부재(30)의 풀리(33)에는 풀리 홈(34)(도 3 참조)이 형성됨으로써 고정 판(23)의 끝단이 끼움구조로 풀리 홈(34)에 끼워져 풀리(33)와 고정된다.

한편 도 3은 이동부재(20)와 회전부재(30)의 실린더 배열 상태로 엔진(1)에 대한 VCM(10)의 적용 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 이동부재(20)는 2개의 제1,2 이동부재(20-1,20-2)로 쌍을 형성함으로써 회전부재(30)에도 풀리(33)가 2개의 제1,2 풀리(33-1,33-2)로 구성된다. 그러므로 실린더(3-1)의 연소실 공간을 좌우로 구분할 때, 상기 제1 이동부재(20-1)는 좌측 연소실 공간으로 상기 제2 이동부재(20-2)는 우측 연소실 공간으로 위치된다.

그리고 상기 제1,2 이동부재(20-1,20-2)의 각각은 절곡된 고정 판(23)이 형성된 슬라이딩 판(21)으로 동일하게 구성되고, 제1,2 풀리(33-1,33-2)의 각각에는 풀리 홈(34)이 파여져 제1 이동부재(20-1)의 고정 판(23)과 제2 이동부재(20-2)의 고정 판(23)이 각각 고정된다. 그러므로 상기 제1 이동부재(20-1)의 슬라이딩 판(21)은 좌측 연소실 공간으로 위치되어 좌측 연소실 공간에 연결된 흡기 포트(5)의 가이드 벽(5-1)의 안쪽으로 삽입되고, 상기 제2 이동부재(20-2)의 슬라이딩 판(21)은 우측 연소실 공간으로 위치되어 우측 연소실 공간에 연결된 흡기 포트(5)의 가이드 벽(5-1)의 안쪽으로 삽입됨으로써 흡기포트(5)의 관로 바깥쪽으로 위치된다.

또한 상기 회전부재(30)의 회전 축(31)은 제1,2 풀리(33-1,33-2)가 결합된 구간에서 연장된 축 엔드(31a)를 구비하고, 상기 축 엔드(31a)는 실린더 헤드(4)의 로드 지지리브(4a)(도 4 참조)를 이용해 지지됨으로써 액추에이터(40)에 의한 회전이 안정적으로 이루어진다. 특히 상기 축 엔드(31a)와 상기 로드 지지리브(4a)의 결합은 자유회전이 이루어지는 회전가능구조로 이루어지지만 그 결합부위로 베어링을 적용함이 바람직하다.

한편 도 4는 엔진(1)의 운전시 공기의 텀블 유동 강도를 가변적으로 연속 변화시키는 VCM(10)의 동작을 예시한다.

도시된 바와 같이, 컨트롤러(50)는 엔진탑재센서(9)의 검출 신호를 입력 데이터로 하여 엔진회전수, 차속, 쓰로틀 개도, APS(Accelerator Pedal Scope), 엔진냉각수온, 흡기온을 읽고, 이들 검출 값의 각각을 VCM 맵(50-1)의 테이블과 매칭함으로써 현재의 엔진(1)에 대한 엔진운전조건을 판단한다. 이 경우 상기 엔진운전조건에 대한 세부 판단 절차는 본 발명의 범위를 벗어나므로 컨트롤러(10)의 동작은 엔진운전조건의 판단 결과에 따라 VCM(10)으로 내보내는 PWM DUTY 출력 변화로 한정한다.

이하 상기 컨트롤러(50)에서 발생한 엔진운전조건 별 PWM DUTY 출력의 크기는 흡기 포트(5)에서 실린더(3-1)로 들어가는 공기의 텀블 유동 강도가 최대 상태에서 점자 약화되도록 이동부재(20)의 시계 방향 회전되고, 상기 시계 방향 회전은 슬라이딩 판(21)의 슬라이딩 이동을 위쪽방향으로 발생시키며, 상기 위쪽방향 이동은 슬라이딩 판(21)의 텀블유도 돌출간격(K-1)이 가이드 벽(5-1)의 공간으로 들어가도록 변화시켜줌으로 가정하고, 상기 텀블유도 돌출간격(K-1)의 돌출위치 축소는 슬라이딩 판(21)의 후퇴이동으로 정의한다.

도 5를 참조하면, 엔진의 초기 운전 상태에서 컨트롤러(50)는 액추에이터(40)를 동작시키지 않음으로써 슬라이딩 판(21)이 초기 위치를 유지한다. 그러면 텀블유도 돌출간격(K-1)은 슬라이딩 판(21)의 초기 위치로 흡기 포트(5)의 관로에서 실린더(3-1)로 연통된 공간으로 최대로 돌출됨으로써 공기의 흐름을 교란시켜 준다, 그 결과 실린더(3-1)로 공급되는 공기의 텀블 강도는 최대한 강한 세기의 고 텀블 유동(high tumble flux)으로 유지된다.

이후 상기 컨트롤러(50)는 엔진 RPM 상승을 검출하여 엔진운전조건 별 PWM DUTY 출력은 액추에이터(40)를 동작시킴으로써 회전부재(30)의 회전 축(31)이 시계방향회전으로 회전된다. 이 경우 텀블 유동 강도는 엔진운전조건 별 PWM DUTY 출력으로 엔진 RPM의 상승에 따라 점차 약해진다. 또한 슬라이딩 판(21)의 후퇴이동은 제1,2 이동부재(20-1,20-2)의 각각에서 동일하게 발생되나 설명 편의상 이동부재(20)로 설명된다.

이어 상기 회전 축(31)의 시계방향회전은 풀리(33)를 시계 방향 회전시킴으로써 풀리(33)에 고정된 이동부재(20)의 고정 판(23)이 당겨지고, 상기 고정 판(23)의 당겨짐은 슬라이딩 판(21)을 당겨줌으로써 슬라이딩 판(21)이 가이드 벽(5-1)이 형성한 관로 바깥쪽 공간에서 후퇴 이동되고, 상기 슬라이딩 판(21)의 후퇴 이동은 텀블유도 돌출간격(K-1)을 포트 엔드(5-2)로 집어 넣어줌으로써 텀블유도 돌출간격(K-1)과 텀블 돌기(5-3)의 틈(gap)을 가려주던 텀블유도 돌출간격(K-1)의 돌출부위를 축소시켜준다.

그러면 흡기 포트(5)의 관로에서 실린더(3-1)로 연통된 연통공간은 텀블유도 돌출간격(K-1)에 의한 간섭 효과가 줄어들고, 상기 간섭 효과의 축소는 공기 흐름을 변화시켜 줌으로써 고 텀블 유동(high tumble flux)이 저 텀블 유동(low tumble flux)으로 변화된다. 이에 더해 상기 틈(gap)이 텀블유도 삽입엔드(K-1)로 가려지지 않음으로써 저 텀블 유동(low tumble flux)의 형성이 촉진될 수 있다.

이후 상기 컨트롤러(50)가 고속 RPM 조건에서 슬라이딩 판(21)을 최대로 후퇴시켜 텀블유도 돌출간격(K-1)의 돌출부위를 완전하게 축소시켜주면, 상기 연통공간에서 텀블유도 돌출간격(K-1)의 간섭 효과가 사라짐으로써 관로에서 실린더(3-1)로 들어가는 공기는 저 텀블 유동(low tumble flux)으로 전환된다.

그러므로 상기 컨트롤러(50)의 PWM DUTY 출력 변화를 이용하여 엔진운전조건에 따른 가변적으로 이루어지는 슬라이딩 판(21)의 미세 위치조절은 연소실에 형성되는 텀블 강도를 연속적으로 변화시킬 수 있으면서 기존의 VCM ON/OFF 방식 대비 보다 효율적으로 유동강도 조절을 가능하게 한다.

한편, 도 6은 VCM(10)에서 고 텀블 유동(high tumble flux)과 저 텀블 유동(low tumble flux)의 변화가 슬라이딩 판(21)의 전진이동(즉, 후퇴이동의 반대방향 이동)으로 형성되는 경우를 예시한다.

이 경우 구조 측면에서, 상기 이동부재(20)는 슬라이딩 판(21)과 고정 판(23)으로 동일하게 구성되고, 상기 흡기 포트(5)는 가이드 벽(5-1)을 동일하게 형성한다. 다만 상기 슬라이딩 판(21)은 텀블 엔드(21a)가 텀블유도 삽입간격(K)으로 형성되고, 상기 가이드 벽(5-1)에는 포트 엔드(5-2)와 달리 가이드 벽(5-1)의 공간으로 돌출된 포트 보스 엔드(5-2a)로 형성되는 차이가 있다. 그러므로 상기 텀블 엔드(21a)는 텀블유도 삽입간격(K)의 위치에서 포트 돌출 엔드(5-2a)와 밀착됨으로써 공기가 가이드 벽(5-1)의 공간쪽으로 유입되지 못하게 된다.

그러므로 텀블 유동 측면에서, 상기 슬라이딩 판(21)은 도 1 내지 도 5의 슬라이딩 판(21)의 후퇴 이동과 반대로 전진 이동하여 흡기 포트(5)의 관로를 흐르는 공기를 고 텀블 유동(high tumble flux)에서 저 텀블 유동(low tumble flux)으로 변화시켜주는 차이가 있다. 이를 위해 상기 텀블유도 삽입간격(K)은 슬라이딩 판(21)의 전진이동으로 텀블 엔드(21a)가 포트 보스 엔드(5-2a)로 진입함으로써 축소되고, 그 결과 상기 텀블유도 삽입간격(K)의 축소는 상기 연통공간에서 텀블유도 삽입간격(K)의 간섭 효과를 낮춰줌으로써 관로에서 실린더(3-1)로 들어가는 공기는 저 텀블 유동(low tumble flux)으로 전환된다.

따라서 상기 컨트롤러(50)의 PWM DUTY 출력 변화를 이용하여 엔진운전조건에 따른 가변적으로 이루어지는 슬라이딩 판(21)의 미세 위치조절은 연소실에 형성되는 텀블 강도를 연속적으로 변화시킬 수 있으면서 기존의 VCM ON/OFF 방식 대비 보다 효율적으로 유동강도 조절을 가능하게 한다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 엔진(1)의 가변 위치이동방식 흡기유동강화시스템(10)은 실린더 불록(3)과 실린더 헤드(4)의 결합으로 연소실이 형성되는 실린더(3-1)로 보내지는 흡기 흐름을 형성하는 흡기 포트(5)에 설치되고, 흡기 포트(5)에 대한 슬라이딩 이동으로 실린더(3-1)로 들어가는 공기의 흡기 흐름에 텀블 흐름 강도를 변화시켜줌으로써 하드웨어 추가나 과도한 디자인 변경 없이 가솔린 엔진의 열효율 향상에 맞춘 연소실내 유동강도 향상이 이루어지고, 특히 연소실내의 유동강도를 운전영역에 따라 조절함으로써 텀블 유동 강도의 변화가 연속적으로 제어된다.

1 : 엔진 3 : 실린더 불록
3-1 : 실린더 4 : 실린더 헤드
4a : 로드 지지리브 5 : 흡기 포트
5-1 : 가이드 벽 5-2 : 포트 엔드
5-2a : 포트 돌출 엔드 5-3 : 텀블 돌기
5-5 : 실린더 상단 벽 6 : 배기 포트
7 : 흡기 밸브 7-1 : 밸브 태핏
8 : 배기 밸브 9 : 엔진탑재센서
10 : 흡기유동강화시스템
20 : 이동부재 20-1,20-2 : 제1,2 이동부재
21 : 슬라이딩 판 21a : 텀블 엔드
23 : 고정 판 30 : 회전부재
31 : 회전 축 31a : 축 엔드
33 : 풀리 33-1,33-2 : 제1,2 풀리
34 : 풀리 홈 40 : 액추에이터
50 : 컨트롤러 50-1 : VCM 맵

Claims

연소실로 이어진 흡기 포트의 관로 내부로 위치되고, 상기 관로를 흘러 상기 연소실로 들어가는 공기의 흡기 흐름에 텀블 흐름을 유도하도록 슬라이딩 이동되는 슬라이딩 판;이 포함되고,
상기 슬라이딩 판은 상기 관로에 형성된 가이드 벽을 따라 위치되고, 상기 슬라이딩 이동은 상기 슬라이딩 판에 연결된 풀리로 이루어지고, 상기 풀리는 회전축으로 회전되는
것을 특징으로 하는 흡기유동강화시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 슬라이딩 판이 상기 가이드 벽을 따르는 상기 슬라이딩 이동으로 상기 관로를 빠져나올 때 상기 흡기 흐름에 대한 간섭 약화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡기유동강화시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 가이드 벽에는 상기 슬라이딩 판의 끝부위가 삽입되는 포트 엔드가 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기유동강화시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 가이드 벽에는 상기 슬라이딩 판의 끝부위가 상기 포트 엔드에 삽입되어 상기 관로로 돌출된 상태에서 틈(gap)을 형성하는 텀블 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기유동강화시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 가이드 벽의 연소실 측 일단에는 상기 슬라이딩 판의 끝부위가 삽입된 상태에서 밀착되는 포트 보스 엔드가 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기유동강화시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 슬라이딩 판이 상기 가이드 벽을 따르는 상기 슬라이딩 이동으로 상기 관로로 들어갈 때 상기 흡기 흐름에 대한 간섭 약화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡기유동강화시스템.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 풀리와 상기 슬라이딩 판은 고정 판으로 연결되고, 상기 고정 판은 상기 슬라이딩 판에서 절곡된 것을 특징으로 하는 흡기유동강화시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 슬라이딩 판의 슬라이딩 이동의 거리는 엔진의 엔진운전조건으로 조절되는 것을 특징으로 하는 흡기유동강화시스템.
청구항 1 내지 6 및 청구항 8 내지 9 중 어느 한 항에 의한 흡기유동강화시스템이 적용된 엔진에 있어서,
실린더 불록과 실린더 헤드의 결합으로 연소실이 형성되는 실린더;
상기 실린더로 보내지는 흡기 흐름이 형성되는 흡기 포트의 가이드 벽을 따라 위치된 슬라이딩 판이 상기 흡기 흐름을 텀블 흐름으로 전환시켜 주도록 상기 흡기 포트에 대해 슬라이딩 이동되는 흡기유동강화시스템;
이 포함되는 것을 특징으로 하는 엔진.
청구항 10에 있어서, 상기 흡기유동강화시스템은 상기 슬라이딩 이동을 형성하도록 상기 슬라이딩 판에 연결되어 회전되는 회전부재,
상기 회전부재를 회전시켜주는 액추에이터,
엔진탑재센서의 검출 신호를 입력데이터로 하여 판단된 엔진운전조건에 맞춰 출력된 PMW(Pulse Width Modulation) DUTY로 상기 액추에이터를 제어하는 컨트롤러
로 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진.
청구항 11에 있어서, 상기 컨트롤러는 엔진운전조건단계와 PMW DUTY 출력값이 매칭된 테이블이 구축된 VCM 맵과 연계되는 것을 특징으로 하는 엔진.
청구항 11에 있어서, 상기 엔진탑재센서의 검출 신호는 엔진회전수, 차속, 쓰로틀 개도, APS(Accelerator Pedal Scope), 엔진냉각수온, 흡기온인 것을 특징으로 하는 엔진.
청구항 11에 있어서, 상기 슬라이딩 판은 제1,2 이동부재로 구분되어 상기 실린더의 연소실 좌우로 이어진 상기 흡기포트의 각각에 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진.
청구항 14에 있어서, 상기 제1,2 이동부재의 각각은 상기 회전부재와 연결되어 상기 회전부재의 회전으로 함께 동작되는 것을 특징으로 하는 엔진.
청구항 15에 있어서, 상기 회전부재는 상기 실린더 헤드로 지지되어 회전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진.