KR19980016905A

KR19980016905A - 엔진의 실린더밸브제어장치

Info

Publication number: KR19980016905A
Application number: KR1019960036600A
Authority: KR
Inventors: 김영봉
Original assignee: 양재신; 대우자동차주식회사; 이우복; 고등기술 연구원 연구조합
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1996-08-29
Publication date: 1998-06-05

Abstract

본 발명은 엔진의 실린더밸브제어장치에 관한 것으로, 내부에 상사점과 하사점의 사이에서 왕복운동하는 피스톤(16)을 갖춤과 더불어 그 상단에 점화플러그(14)와 흡기관(22) 및 배기관(26)에 연결되는 1조의 흡기밸브(20)와 배기밸브(24)를 갖춘 실린더(10)로 이루어진 차량의 엔진에서, 상기 실린더(10)의 소정위치에서 상기 배기관(26)에 결합되는 보조배기관(38)에 기밀적으로 수용되는 보조배기밸브유니트(30)와, 해당하는 차량의 엔진온도와 차속, 촉매컨버터의 온도, 엔진스로틀밸브의 개도상태 및 제동상태에 기초해서 상기 보조배기밸브유니트(30)의 개폐를 제어하는 밸브제어수단(36)을 갖추어 구성되어, 상기 보조배기밸브유니트(30)의 최적화 개폐제어에 의해 타행성 운전의 효과를 극대화하도록 된 것이다.

Description

엔진의 실린더밸브제어장치

본 발명은 엔진의 실린더밸브제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 실린더에 추가적으로 형성된 보조배기밸브유니트를 최적화개폐제어하여 타행성이 향상되도록 함과 더불어 촉매컨버터의 성능이 개선되도록 하기 위한 엔진의 실린더밸브제어장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 차량에는 운행동력을 얻기 위한 수단으로서 열기관(Heat engine; 엔진)이 채용되는 바, 그 엔진은 연료의 연소에서 얻어지는 열에너지를 운동에너지로 변환하여 기계적인 일을 하는 장치이다.

그러한 엔진은 대체로 실린더 외부에서 연료의 연소가 이루어지는 외연기관과 실린더의 내부에서 연소가 이루어지는 내연기관으로 대별되고, 대체로 차량에 채용되는 내연기관으로는 가솔린기관, 디젤기관, LPG기관 등이 포함된다.

또, 대표적인 내연기관에 의한 엔진은 피스톤 왕복형 기관(Reciprocating engine)의 구조를 갖게 되는 바, 그 왕복형 기관은 피스톤의 왕복운동에 의해 연소실에서 발생한 열에너지를 기계적인 열에너지로 변환하는 형태를 취하게 된다.

도 1은 일반적인 엔진을 구성하는 실린더의 구조를 나타낸 도면으로, 참조부호 10으로 표시된 실린더의 내부에 형성되는 연소실(12)에 대해서는 연료의 점화폭발을 위한 점화플러그(14)가 그 실린더(10)의 상단측에서 제공되고, 상기 실린더(10)의 내부에는 피스톤(16)이 제공되는 바, 그 피스톤(16)은 실린더(10)의 내부를 왕복운동하면서 고온/고압의 가스압력을 받아 커넥팅로드(118)를 통해 크랭크축(도시 생략)에 회전력을 발생시키게 된다.

또, 상기 실린더(10)의 상단에는 2개의 흡기밸브(20)가 설치됨과 더불어 그 흡기밸브(20)의 개방시 연소가스가 실린더(10)의 연소실(12)로 유입되도록 작용하는 흡기관(22)이 설치된다.

또한, 상기 실린더(10)의 상단에는 상기 흡기밸브(20)에 대응하여 배기밸브(24)가 설치됨과 더불어 그 배기밸브(24)의 개방시 상기 실린더(10)의 연소실(12)에서 연소된 가스를 배출하기 위한 배기관(26)이 갖추어지게 된다.

따라서, 도 1에 도시된 내연기관의 실린더에 따르면 4행정 사이클로 작동되는 경우에 흡기행정에서 흡기밸브(20)가 개방된 상태에서 피스톤(16)이 하사점(Bottom dead center; BDC)를 향해 하강하게 되면 연료와 연소공기가 혼합된 연소가스가 흡기관(22)을 통해 실린더(10)의 내부로 흡입된다.

이어, 압축행정으로 진행되어 상기 흡기밸브(20)가 폐쇄됨과 더불어 상기 배기밸브(24)도 폐쇄된 상태에서 피스톤(16)이 상사점(Top dead center; TDC)을 향해 상승되면 상기 연소가스가 압축되어 압력이 상승되고, 그 상승된 압력의 연소가스중의 연료는 압축에 의한 온도의 상승으로 완전히 기화되게 된다.

그 후, 동력행정으로 진행되어 상사점 부근에서 점화플러그(14)에 의해 연소가스가 점화되고, 그 연소압력을 받게 되는 피스톤(16)이 하강하면서 커넥팅로드(18)를 통해 크랭크축에 회전력을 가하게 된다.

이어, 배기행정이 실행되어 배기밸브(24)가 개방되고, 그 상태에서 피스톤(16)이 상승되면 연소가 행해진 가스가 실린더(10)에서 배기관(26)을 통해 배출되어 1사이클이 완료되게 된다.

따라서, 4행정 사이클로 작동되는 실린더(10)에서는 동력행정에서 발생된 동력을 플라이휠(도시 생략)에 전달하여 그 관성력을 이용해서 회전을 원활하도록 작용하게 되며, 그 회전력이 차량의 운행추진력으로 적용되게 된다.

그런데, 도 1에 도시된 실린더에 의해 얻어지는 동력을 운행추진력으로 활용하는 차량에서 예컨대 고속도로를 고속으로 운행하는 도중에 현재의 차속을 유지하기 위한 타행성 운행을 행하려는 경우에는 점차 그 속도가 저하되는 엔진브레이크가 걸리게 되어 타행성 운행거리가 단축되게 되고, 그 때문에 타행성 운행을 위해서는 스로틀밸브(Throatle valve)가 개방된 상태로 유지되게하여 연료가 실린더(10)의 연소실(12)로 계속 유입되도록 해서 4행정 사이클에 의한 작용이 지속되어야만 되고, 그에 따라 차량의 타행성 운행상태에서의 연료소비가 증가될 뿐만 아니라 장시간 운전 및/또는 고속운전중에 배기관을 통해 배기되는 연소가스의 고온에 의해 배기밸브의 열화가 초래되기 쉬우며, 대략 800℃를 초과하는 촉매컨버터는 자체적인 성능의 하락 및 파손의 원인으로 되게 된다.

또한, 타행성 운전시에는 변속기어를 중립에 위치시켜야만 타행성 운전을 위한 엔진브레이크의 작용이 최소화되는 바, 그 경우에도 변속기어의 조작에 관한 불편함이 초래된다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 피스톤의 상사점보다 다소 상측에 추가적으로 보조배기밸브유니트를 최적화 개폐제어되도록하여 타행성 운전시에도 엔진브레이크 작용없이 스로틀밸브가 폐쇄되어도 타행성이 향상되도록 함과 더불어, 배기계통의 밸브류와 촉매컨버터의 냉각효과가 개선되도록 하기 위한 엔진의 실린더밸브제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 내부에 상사점과 하사점의 사이에서 왕복운동하는 피스톤을 갖춤과 더불어 그 상단에 점화플러그와 흡기관 및 배기관에 연결되는 1조의 흡기밸브와 배기밸브를 갖춘 실린더로 이루어진 차량의 엔진에 있어서, 상기 실린더의 소정위치에서 상기 배기관에 결합되는 보조배기관에 기밀적으로 수용되는 보조배기밸브유니트와, 해당하는 차량의 엔진온도와 차속, 촉매컨버터의 온도, 엔진스로틀밸브의 개도상태 및 제동상태에 기초해서 상기 보조배기밸브유니트의 개폐를 제어하는 밸브제어수단을 갖추어 구성된 엔진의 실린더밸브제어장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 상기 보조배기밸브유니트는 상기 밸브제어수단에 의해 작동되는 유압펌프와, 상기 밸브제어수단의 제어하에 상기 유압펌프에서 펌핑되는 유체의 유로를 개폐하도록 제어되는 솔레노이드밸브, 그 솔레노이드밸브를 매개하여 공급되는 유압에 의해 피스톤로드의 선단에 설치된 보조배기밸브를 개폐하는 보조피스톤를 갖추어 구성된다.

상기한 구성에 의한 본 발명에 따른 엔진의 실린더밸브제어장치에서는 실린더의 상사점보다 상류에 보조배기밸브유니트를 설치해서 해당하는 차량의 차속과 엔진의 온도, 촉매컨버터의 온도, 변속기어의 위치, 제동상태에 기초해서 밸브제어수단이 그 보조배기밸브유니트의 개폐를 제어하여 타행성 운전의 효율이 극대화되도록 함과 더불어 촉매컨버터의 온도적인 부하를 감소시키게 된다.

도 1은 일반적인 엔진을 구성하는 실린더의 구조를 설명하는 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진의 실린더밸브제어장치를 설명하는 도면,

도 3은 도 2에 도시된 밸브제어수단의 블럭구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 엔진의 실린더밸브제어장치의 작용을 설명하는 플로우차트,

도 5는 종래의 엔진에서의 타행성 운행특성과 본 발명에 따른 엔진의 실린더밸브제어장치에 의한 타행성 운행특성을 비교설명하는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 실린더, 14: 점화스위치,

16: 피스톤, 18: 커넥팅로드,

20: 흡기밸브, 22: 흡기관,

24:배기밸브, 26: 배기관,

30: 보조배기밸브유니트, 32: 유압펌프,

34: 솔레노이드밸브, 36: 밸브제어수단.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진의 실린더밸브제어장치를 나타낸 도면으로, 도 1에 도시된 실린더와 동일한 구성요소는 동일한 참조부호로 표시된다.

동 도면에서, 참조부호 10으로 표시된 실린더의 내부에 형성되는 연소실(12)에 대해서는 연료의 점화폭발을 위한 점화플러그(14)가 그 실린더(10)의 상단측에서 제공되고, 상기 실린더(10)의 내부에는 피스톤(16)이 제공되는 바, 그 피스톤(16)은 실린더(10)의 내부를 왕복운동하면서 고온/고압의 가스압력을 받아 커넥팅로드(118)를 통해 크랭크축(도시 생략)에 회전력을 발생시키게 된다.

그에 더하여, 상기 실린더(10)의 연소실(12)에 대응하는 위치에서 상기 피스톤(표시된 실린더의 내부에 형성되는 연소실(12)에 대해서는 연료의 점화폭발을 위한 점화플러그(14)가 그 실린더(10)의 상단측에서 제공되고, 상기 실린더(10)의 내부에는 피스톤(16)이 제공되는 바, 그 피스톤(16)은 실린더(10)의 내부를 왕복운동하면서 고온/고압의 가스압력을 받아 커넥팅로드(118)를 통해 크랭크축(도시 생략)에 회전력을 발생시키게 된다.

그에 더하여, 상기 실린더(10)의 연소실(12)에 대응하는 위치에서 상기 피스톤(16)의 상사점보다 다소 상측에는 타행성 운행시 엔진브레이크의 작용없이 타행성 향상되도록 작용하는 보조배기밸브유니트(30)가 추가적으로 설치되고, 그 보조배기밸브유니트(30)에 대해서는 유압펌프(32)로부터 펌핑되는 유압경로를 개폐하는 솔레노이드밸브(34)가 접속되며, 그 솔레노이드밸브(34)는 예컨대 ECM(Electronic control module)이 적용되는 밸브제어수단(36)에 의해 제어되게 된다.

바람직하게, 상기 보조배기밸브유니트(30)의 선단은 일측이 상기 배기관(26)에 합류되는 반면 타단이 상기 실린더(10)와 기밀적(氣密的)으로 결합되는 보조배기관(38)내에 수용되고, 또 상기 보조배기밸브유니트(30)의 내부에 수용된 보조피스톤(40)의 피스톤로드(42)가 상기 실린더(10)의 내부에 위치하는 보조배기밸브(44)에 결합되며, 상기 피스톤로드(42)의 주변에는 상기 보조배기밸브(44)의 상시적인 폐쇄상태를 지원하기 위한 탄성스프링(46)이 제공된다.

도 3은 상기 보조배기밸브유니트(30)의 실제적인 작용을 제어하는 밸브제어수단(36)의 블럭구성을 나타낸 도면이다.

동 도면에서, 참조부호 50은 해당하는 차량의 차속을 검출하기 위한 센서를 포함하는 차속검출부를 나타내고, 52는 예컨대 상기 배기관(26)의 소정위치에 설치된 온도센서(도시는 생략)에 의해 검출된 상기 배기밸브(24)를 통해 배기되는 연소가스의 온도를 검출하는 온도검출부를 나타낸다.

또한, 54는 촉매컨버터의 온도를 검출하기 위한 센서를 포함하는 컨버터온도검출부를 나타낸다.

56은 해당하는 차량의 변속상태를 검출하기 위한 변속기어위치검출부를 나타내는 바, 예컨대 수동식 차량의 경우에는 변속기어위치(예컨대 '4'단과 '5'단)의 양측에 발광소자와 수광소자에 의한 광센서를 설치해서 변속레버에 의해 광로차단시 그 위치를 현재의 변속상태로 판단하는 방식이 채용될 수 있는 반면, 자동식 차량의 경우에는 상기 차속검출부(50)에서 검출되는 현재의 차속을 기초로 변속상태의 판단이 가능하게 되어 그 자동식 차량에서는 그 변속기어위치검출부(56)가 반드시 필요하지는 않게 된다.

58은 해당하는 차량의 차속을 감속 또는 정지시키기 위한 브레이크 페달(도시 생략)이 조작상태를 판단하기 위한 센서를 포함하는 제동상태검출부를 나타내는 바, 그 센서는 예컨대 브레이크 페달의 소정 위치에 설치되어 그 브레이크 페달의 조작시 접속되는 마이크로 스위치가 채용되거나 브레이크 페달의 조작시 광로가 차단되는 광센서로 구성될 수 있다.

60은 상기 검출된 차속과 엔진온도, 촉매컨버터의 온도, 변속기어위치 및 제동상태의 검출결과에 기초하여 상기 보조배기밸브(44)의 개폐를 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 CPU를 나타내고, 62는 그 CPU(60)에 의한 보조배기밸브(44)의 개폐를 위한 제어신호의 생성시 기준으로 되는 최소의 기준차속(예컨대 120Km)과, 엔진의 기준온도(80℃), 촉매컨버터의 기준온도(대략 600℃) 등의 데이터가 기억된 데이터메모리를 나타낸다.

또한, 64는 시동스위치에 의해 시동ON이 조작되면 상기 CPU(60)의 제어하에 도 2에 도시된 점화플러그(14)의 작동을 포함하여 엔진을 구동하기 위한 엔진구동부를 나타내고, 66은 상기 CPU(60)에서 생성된 제어신호를 기초로 상기 솔레노이드밸브(34)를 개방시켜 상기 유압펌프(32)로부터의 유압에 의해 상기 보조배기밸브(44)가 개방되도록 하기 위한 솔레노이드밸브구동부를 나타낸다.

이어, 상기한 구성의 본 발명에 따른 엔진의 실린더밸브제어장치의 작용에 대해 도 4에 도시된 플로우차트를 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 단계 70에서 시동스위치에 의해 시동ON이 조작되면 상기 밸브제어수단(36)의 CPU(60)는 엔진구동부(64)에 의해 엔진의 시동이 걸리되도록 하게 되고, 그에 따라 도 2에 도시된 실린더(10)가 예컨대 4행정 사이클에 기초하여 작동되어 차량이 운행상태로 되게 된다.

이어, 단계 72에서 상기 차속검출부(50)에서 검출된 차속이 CPU(60)에 인가되면, 그 CPU(60)는 데이터메모리(62)에 기억된 최저의 기준차속(예컨대 120Km/h) 이상인가를 판단하여 현재의 차속이 기준차속 이하이면 단계 74로 이행하여 상기 보조배기밸브유니트(30)의 보조배기밸브(44)는 폐쇄된 상태로 유지되도록 하는 반면 현재의 차속이 기준차속(예컨대 120Km/h) 이상으로 판단되면 단계 76으로 진행하게 된다.

단계 76에서 상기 CPU(60)는 온도검출부(52)에서 검출된 엔진의 냉각수온도를 기초로 그 엔진의 온도를 판단해서 그 엔진의 온도가 소정의 기준적인 온도(예컨대, 80℃) 이상인 가를 판단하게 되고, 그 판단결과 엔진의 온도가 그 소정의 기준적인 온도 이하로 판단되면 상기 단계 74의 과정을 실행하게 되는 반면, 상기 판단의 결과 엔진의 온도가 상기 기준적인 온도 이상으로 판단되면 상기 CPU(60)는 단계 78로 이행해서 컨버터온도검출부(54)에 의해 검출되는 현재의 촉매컨버터의 온도를 판단하여 그 촉매컨버터의 온도가 대략 기준적인 온도(예컨대 600℃) 이상으로 상승된 상태인 지를 판단하게 된다.

그 판단결과 촉매컨버터의 온도가 기준적인 온도(예컨대 600℃) 이하인 경우에는 상기 CPU(60)는 NoX의 저감을 위해 상기 단계 74의 과정으로 진행하는 반면 촉매컨버터의 온도가 기준적인 온도(예컨대 600℃) 이상인 경우에는 스로틀포지션센서에서 전달되는 검출신호(TPS)에 의해 엔진스토틀밸브가 완전히 폐쇄된 상태인 가를 판단하여 그 엔진스로틀밸브가 완전히 폐쇄되지 않은 상태이면 상기한 단계 74로 이행하여 그 제어과정을 실행하는 반면 상기 스로틀포지션센서에 의해 검출되는 TPS신호에 기초하여 상기 엔진스로틀밸브가 완전폐쇄상태(TPS = 0)로 판단되는 경우 상기 CPU(60)는 단계 80으로 진행하여 상기 차속에 비례해서 설정되는 변속기어의 위치를 상기 변속기어위치검출부(56)를 통해 검출하게 되고, 그 검출된 변속기어의 위치가 4단 이상인 가를 판단하게 된다.

그 판단결과, 상기 변속기어의 위치가 4단 이상으로 판단되지 않은 경우에는 단계 74로 이행하여 보조배기밸브(74)의 폐쇄상태를 유지하게 되는 반면, 상기 단계 80에서의 판단결과 상기 변속기어의 위치가 4단 이상으로 판단되면 단계 82로 진행하여 상기 제동상태검출부(58)에 의해 해당하는 차량의 제동상태에 대해 판단하게 된다.

그 판단결과, 상기 제동상태검출부(58)에 의해 해당하는 차량의 제동페달의 조작이 검출되면 상기 CPU(60)는 상기한 단계 74로 이행하여 그 처리과정을 실행하는 반면 해당하는 차량의 비제동상태가 판단되면 단계 84로 이행하여 현재의 차속이 제 2기준적인 속도(예컨대 100 Km/h 정도; 이 기준적인 속도는 차량에 적절하게 변경가능) 이상인 가를 판단하여 현재의 차속이 그 제 2기준적인 속도 이하로 판단되는 경우에는 상기 단계 74로 이행하는 반면 상기 차속이 제 2기준적인 속도 이상으로 판단되는 경우에는 단계 88로 이행하여 상기 CPU(60)가 상기 엔진구동부(64)를 제어하여 연료분사인젝터(도시 생략)에 의한 연료분사를 차단함과 더불어, 상기 솔레노이드구동부(66)를 제어하여 상기 솔레노이드밸브(34)를 활성화하게 되고, 상기 유압펌프(32)에 대해 유압제어신호를 인가하여 상기 유압펌프(32)에서 펌핑되는 유압이 상기 솔레노이드밸브(34)를 통해 상기 보조배기실린더(30)에 인가된다.

따라서, 상기 보조피스톤부재(40)에는 상기 탄성스프링(46)의 탄성력을 초과하는 유압의 힘에 의해 전진이동하면서 그 피스톤로드(42)의 선단에 설치된 보조배기밸브(44)를 개방시키게 되고, 그에 따라 보조배기밸브(44)의 개방에 따라 상기 실린더(10)의 내부에 충진된 연소가스가 상기 보조배기관(38)을 통해 배출되면서 상기 피스톤(16)이 상하운동하게 된다.

따라서, 그 경우에는 도 5에 예시된 바와 같이 종래의 실린더에 의한 타행특성(a)에 비해 본 발명에 따른 엔진의 실린더밸브제어장치에 의한 타행특성(b)이 보다 장기간 유지되어 바람직하게 되고, 연료의 비분사에 의해 촉매컨버터의 온도적인 특성도 더욱 향상되게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 실린더밸브제어장치에 의하면 실린더에 추가적인 보조배기밸브유니트를 설치해서 타행성 운행시 그 보조배기밸브유니트를 개방하여 엔진브레이크에 의한 영향을 최소화함과 더불어 촉매컨버터에 가해지는 온도부하에 관한 영향을 극소화할 수 있게 된다.

Claims

내부에 상사점과 하사점의 사이에서 왕복운동하는 피스톤(16)을 갖춤과 더불어 그 상단에 점화플러그(14)와 흡기관(22) 및 배기관(26)에 연결되는 1조의 흡기밸브(20)와 배기밸브(24)를 갖춘 실린더(10)로 이루어진 차량의 엔진에 있어서,

상기 실린더(10)의 소정위치에서 상기 배기관(26)에 결합되는 보조배기관(38)에 기밀적으로 수용되는 보조배기밸브유니트(30)와,

해당하는 차량의 엔진온도와 차속, 촉매컨버터의 온도, 엔진스로틀밸브의 개도상태 및 제동상태에 기초해서 상기 보조배기밸브유니트(30)의 개폐를 제어하는 밸브제어수단(36)을 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더밸브제어장치.
제 1항에 있어서, 상기 보조배기밸브유니트(30)는 상기 밸브제어수단(36)에 의해 작동되는 유압펌프(32)와, 상기 밸브제어수단(36)의 제어하에 상기 유압펌프(32)에서 펌핑되는 유체의 유로를 개폐하도록 제어되는 솔레노이드밸브(34), 그 솔레노이드밸브(34)를 매개하여 공급되는 유압에 의해 피스톤로드(42)의 선단에 설치된 보조배기밸브(44)를 개폐하는 보조피스톤(40)를 갖추어 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더밸브제어장치.