KR19980041133A - 자동차의 엔진 과급 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 흡/배기 장치에 관한 것으로, 특히 자동차의 흡/배기 장치에 공기 공급시 에어 탱크 내의 공기압이 적정 상태를 유지할 수 있도록 제어함으로써 엔진의 출력 및 응답성을 향상시킬 수 있도록, 스노클을 통하여 흡입된 공기중에 포함되어 있는 불순물을 여과하는 에어 클리너(1)와, 상기 에어 클리너(1)로부터 불순물이 여과되어 흡입된 공기를 고속의 터빈으로 압축하여 공기의 압력을 높히는 에어 펌프(2), 상기 에어 펌프(2)를 통하여 가압된 공기를 저장하는 에어 탱크(3), 상기 에어 탱크(3) 내에 저장된 공기를 분사하는 에어 노즐(4A), 상기 에어 노즐(4A)을 통하여 분사된 공기가 실린더 헤드(5A)와 실린더 블록(5B)으로 이루어진 엔진(5)의 각 실린더에 균일하게 분배되도록 안내하는 흡기 다기관(4), 상기 엔진(5)의 폭발 행정에서 받는 피스톤의 힘을 회전 운동으로 바꾸어 전달하는 크랭크 축(6), 상기 크랭크 축(6)의 구동 위치를 검출하는 위치 센서(6A), 상기 위치 센서(6A)로부터 입력된 검출 신호에 따른 제어 신호를 출력하는 전자 제어 모듈(7), 상기 전자 제어 모듈(7)로부터 출력된 제어 신호에 의해 구동하는 액튜에이터(8A), 상기 액튜에이터(8A)의 구동에 의해 상기 크랭크축(6)의 운동을 차단하는 차단기(8) 및, 상기 크랭크축(6)의 회전 운동을 에어 펌프(2)로 전달하기 위한 벨트(9)로 구성한 자동차의 엔진 과급 제어 장치에 관한 것이다.

Description

자동차의 엔진 과급 제어 장치

본 발명은 자동차의 흡/배기 장치에 관한 것으로, 특히 자동차의 흡/배기 장치에 공기 공급시 에어 탱크 내의 공기압이 적정 상태를 유지할 수 있도록 제어함으로써, 엔진의 출력 및 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 엔진 과급 제어 장치에 관한 것이다. 일반적으로 연료의 연소(기타 열원)에 의해 발생한 열에너지(일)로 바꾸는 기계를 열 기관(heat engine)이라 하며, 그 열 기관에는 기관의 외부에다 발생한 열에너지를 사용하는 외연 기관(증기 기관)과 기관의 내부에서 발생한 열에너지를 기계 에너지로 변환하는 내연 기관이 있으며, 자동차에 사용하는 가솔린 기관이나 디젤 기관은 모두 내연 기관이다.

상기 내연 기관의 출력은 열에너지의 발생 방법이나 열에너지를 기계 에너지로 변환하는 방법에 따라서 크게 달라진다.

가솔린 기관의 경우, 기관의 공기 유입경로로 유입된 기화기는 흡기 밸브를 통해 흡입되어 기관의 내부에서 점화 플러그에 의해 혼합기의 연소로 열에너지가 발생되고, 이 열에너지에 의한 작동유체의 팽창으로 피스톤을 움직여서 이것이 기계 에너지로 바꾸어지며, 이때의 피스톤 운동은 커넥팅 로드를 거쳐서 크랭크 축의 회전운동으로 된다.

이와 같이 하여 실린더 내에서 에너지 변환이 이루어지나, 이때 발생된 모든 에너지가 기계 에너지로 변환되는 것은 아니며, 또 변환된 기계 에너지의 전부가 유효한 일로 바꾸어지지는 않는다.

에너지의 일부는 실린더나 피스톤에 전달되고 배기 밸브를 통해 배기와 함께 외부에 방출되므로, 기계 에너지로 바꾸어지는 것은 전체의 30-40% 정도 뿐이다.

한편, 상기와 같은 엔진의 출력을 향상시키기 위해 흡기 다기관에 과급기(super-charger)를 설치한다.

상기 과급기가 설치되지 않은 엔진은 피스톤의 하강 행정에서 발생되는 진공으로 혼합기를 흡입하여 출력 향상을 얻을 수 없다.

때문에 과급기라는 에어 펌프를 설치하여 강제적으로 많은 공기량을 실린더에 공급시킴으로써 엔진의 출력 및 회전력을 증대시키고 연료 소비율을 향상시킨다.

과급기는 배기 가스에 의해 작동되는 배기 터빈식과 엔진의 동력을 이용하는 루트식이 있으며, 과급기를 설치하면 엔진 중량이 10% 내지 15% 증가하고 출력은 35% 내지 45% 증가한다.

상기 배기 터빈 과급기는 배기 가스의 압력을 이용한 형식으로, 1개의 축 양 끝에 각도가 서로 다른 터빈을 설치하여 하우징의 한쪽은 흡기 다기관에 연결하고 다른 한쪽은 배기 다기관에 연결한다.

엔진의 배기 행정에서 배기 가스가 배출되면서 배기쪽의 터빈을 회전시키면 흡입쪽의 임펠러도 회전되므로 임펠러 중심 부근의 공기는 원심력을 받아 외각으로 가속되어 디퓨저(defuser)에 들어간다.

디퓨저는 공기 통로의 면적이 크기 때문에 공기의 속도 에너지가 압력 에너지로 바뀌어 압축되어 실린더에 공급하므로 체적 효율이 향상되며, 또한 배기 효율도 향상된다.

상기 루트식 과급기는 벨트를 이용하여 엔진의 동력으로 누에고치 모양의 로터를 회전시켜 과급하는 형식으로, 과급기에 전자석 클러치가 설치되어 엔진의 부하가 적을 때 클러치를 오프시켜 연비를 향상시키고, 부하가 커지면 클러치를 온시켜 엔진의 출력을 향상시키며, 이때 클러치의 온/오프는 컴퓨터에 의해 제어된다.

종래 자동차의 엔진 과급 장치는 도 1 에 도시된 바와 같이, 스노클(10)을 통하여 흡입된 공기중에 포함되어 있는 불순물을 여과시키는 에어 클리너(20)와 ; 상기 에어 클리너(20)를 통하여 불순물이 여과된 흡입 공기량을 제어시키는 스로틀 보디(30) ; 상기 스로틀 보디(30)의 제어를 받아 흡입된 공기를 유동시키는 플리넘 챔버(40) 및 ; 상기 플리넘 챔버(40)로부터 유동된 공기를 엔진(60)의 각 실린더에 혼합기가 균일하게 분배되도록 안내시키는 흡기 다기관(50)으로 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래 자동차의 엔진 과급 장치는, 대기압 상태에서 흡입된 공기가 스노클 및 에어 클리너를 통해 스로틀 보디 등으로 흡입되면서 매우 큰 압력 강하와 엔진 룸 내부의 열로 인하여 가열됨으로써 밀도가 떨어지게 되는 문제점이 있으며, 이로 인하여 엔진의 출력을 저하시키게 되는 문제점이 있고, 따라서 자동차의 주행 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 자동차의 흡/배기 장치에 공기 공급시 에어 탱크 내의 공기압이 적정 상태를 유지할 수 있도록 제어함으로써, 엔진의 출력 및 응답성을 향상시킬 수 있도록 한 자동차의 엔진 과급 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 스노클을 통하여 흡입된 공기중에 포함되어 있는 불순물을 여과하는 에어 클리너와, 상기 에어 클리너로부터 불순물이 여과되어 흡입된 공기를 고속의 터빈으로 압축하여 공기의 압력을 높히는 에어 펌프, 상기 에어 펌프를 통하여 가압된 공기를 저장하는 에어 탱크, 상기 에어 탱크 내에 저장된 공기를 분사하는 에어 노즐, 상기 에어 노즐을 통하여 분사된 공기가 실린더 헤드와 실린더 블록으로 이루어진 엔진의 각 실린더에 균일하게 분배되도록 안내하는 흡기 다기관, 상기 엔진의 폭발 행정에서 받는 피스톤의 힘을 회전 운동으로 바꾸어 전달하는 크랭크 축, 상기 크랭크 축의 구동 위치를 검출하는 위치 센서, 상기 위치 센서로부터 입력된 검출 신호에 따른 제어 신호를 출력하는 전자 제어 모듈, 상기 전자 제어 모듈로부터 출력된 제어 신호에 의해 구동하는 액튜에이터, 상기 액튜에이터의 구동에 의해 상기 크랭크축의 운동을 차단하는 차단기 및, 상기 크랭크축의 회전 운동을 에어 펌프로 전달하기 위한 벨트로 구성함을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성하여 에어 클리너로부터 여과되어 흡입된 공기를 에어 펌프에서 적절한 밀도의 공기로 가압한 후, 에어 노즐을 통하여 흡기 다기관으로 공급함으로써 엔진의 공연비를 조절할 수 있다.

도 1 은 일반적인 자동차의 흡입행정 제어장치 구성도,

도 2 는 본 발명에 따른 자동차의 엔진 과급 제어 장치 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 에어 클리너2 : 에어 펌프

3 : 에어 탱크4 : 흡기 다기관

4A : 에어 노즐5 : 엔진

5A : 실린더 헤드5B : 실린더 블록

6 : 크랭크 축6A : 위치 센서

7 : 전자 제어 모듈8 : 차단기

8A : 액튜에이터9 : 벨트

이하 본 발명을 첨부한 예시 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명에 따른 자동차의 엔진 과급 제어 장치는 도 2 에 도시한 바와 같이, 스노클을 통하여 흡입된 공기중에 포함되어 있는 불순물을 여과하는 에어 클리너(1)와 ; 상기 에어 클리너(1)로부터 불순물이 여과되어 흡입된 공기를 고속의 터빈으로 압축하여 공기의 압력을 높히는 에어 펌프(2) ; 상기 에어 펌프(2)를 통하여 가압된 공기를 저장하는 에어 탱크(3) ; 상기 에어 탱크(3) 내에 저장된 공기를 분사하는 에어 노즐(4A) ; 상기 에어 노즐(4A)을 통하여 분사된 공기가 실린더 헤드(5A)와 실린더 블록(5B)으로 이루어진 엔진(5)의 각 실린더에 균일하게 분배되도록 안내하는 흡기 다기관(4) ; 상기 엔진(5)의 폭발 행정에서 받는 피스톤의 힘을 회전 운동으로 바꾸어 전달하는 크랭크 축(6) ; 상기 크랭크 축(6)의 구동 위치를 검출하는 위치 센서(6A) ; 상기 위치 센서(6A)로부터 입력된 검출 신호에 따른 제어 신호를 출력하는 전자 제어 모듈(7) ; 상기 전자 제어 모듈(7)로부터 출력된 제어 신호에 의해 구동하는 액튜에이터(8A) ; 상기 액튜에이터(8A)의 구동에 의해 상기 크랭크축(6)의 운동을 차단하는 차단기(8) 및 ; 상기 크랭크축(6)의 회전 운동을 에어 펌프(2)로 전달하기 위한 벨트(9)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 운전자가 자동차를 주행하기 위하여 엔진(5)을 시동시키면 스노클을 통하여 흡입된 공기는 에어 클리너(1)에서 공기중에 포함되어 있는 불순물이 여과된 후 에어 펌프(2)로 흡입된다.

상기 에어 펌프(2)는 상기 에어 클리너(1)로부터 불순물이 여과되어 흡입된 공기를 고속의 터빈으로 압축하여 공기의 압력을 높힌 후 가압된 공기를 에어 탱크(3)에 저장한다.

상기 에어 탱크(3) 내에 저장된 공기는 에어 노즐(4A)을 통하여 흡기 다기관(4)으로 분사되고, 상기 흡기 다기관(4)은 상기 에어 노즐(4A)을 통하여 분사되는 공기를 실린더 헤드(5A)와 실린더 블록(5B)으로 이루어진 엔진(5)의 각 실린더에 균일하게 분배되도록 안내한다.

상기와 같이 흡기 다기관(4)을 통하여 안내된 공기에 의해 엔진(5)의 실린더 헤드(5A) 및 실린더 블록(5B)에 혼합기가 균일하게 분배된 상태에서 엔진(5)이 시동되면, 크랭크 축(6)은 상기 엔진(5)의 폭발 행정에서 받는 피스톤의 힘을 회전 운동으로 바꾸어 전달하게 된다.

한편, 위치 센서(6A)는 상기 흡기 다기관(4)을 통하여 상기 엔진(5)의 실린더 헤드(5A) 및 실린더 블록(5B)으로 유입되는 공기의 밀도를 검출하기 위하여 크랭크 축(6)의 구동 위치를 검출하여 상기 전자 제어 모듈(7)로 입력시키고, 상기 전자 제어 모듈(7)은 상기 위치 센서(6A)로부터 입력된 검출 신호에 따른 제어 신호를 출력시킨다.

상기 전자 제어 모듈(7)로부터 출력된 제어 신호는 액튜에이터(8A)를 구동함과 아울러 에어 노즐(4A)의 분사량을 제어한다.

즉, 상기 전자 제어 모듈(7)에서 적절한 공기의 밀도를 정한 후 에어 탱크(3) 내의 공기 압력이 적정 공기압 이상인 경우, 너무 과도한 압력이 걸리지 않도록 상기 전자 제어 모듈(7)은 액튜에이터(8A)를 구동하여 상기 액튜에이터(8A)의 구동에 의해 차단기(8)를 제어함으로써, 상기 크랭크축(6)의 회전 운동이 벨트(9)를 통하여 에어 펌프(2)로 전달되지 않도록 차단시킴과 아울러 에어 노즐(4A)을 통하여 흡기 다기관(4)으로 분사되는 공기의 밀도를 제어하여 정확하게 분사시킨다.

반면에, 상기 에어 탱크(3) 내의 공기 압력이 적정 공기압 이하로 떨어진 경우 상기 전자 제어 모듈(7)은 액튜에이터(8A)를 턴-오프시키고, 상기 액튜에이터(8A)의 턴-오프 동작에 의해 차단기(8)가 턴-오프됨으로써, 상기 크랭크축(6)의 회전 운동이 벨트(9)를 통하여 에어 펌프(2)로 전달되어 에어 탱크(3) 내의 공기 압력을 적정 공기압으로 유지시킨다.

따라서, 에어 클리너(1)로부터 여과되어 흡입된 공기는 전자 제어 모듈(7)의 제어를 받아 구동되는 액튜에이터(8A) 및 차단기(8)에 의해 에어 펌프(2)에서 적절한 밀도의 공기로 가압한 후, 에어 노즐(4A)을 통하여 흡기 다기관(4)으로 공급함으로써 엔진(5)의 공연비를 조절할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은, 자동차의 흡/배기 장치에 공기 공급시 에어 탱크 내의 공기압이 적정 상태를 유지할 수 있도록 제어할 수 있으며, 에어 탱크 내의 공기압이 적정 상태를 유지할 수 있도록 제어함으로써 자동차의 흡/배기 장치에서 발생하는 압력 강하 및 온도 상승을 방지할 수 있고, 이로 인하여 엔진의 출력 및 응답성을 향상시킬 수 있으며, 따라서 자동차의 이용 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 스노클을 통하여 흡입된 공기중에 포함되어 있는 불순물을 여과하는 에어 클리너(1)와 ; 상기 에어 클리너(1)로부터 불순물이 여과되어 흡입된 공기를 고속의 터빈으로 압축하여 공기의 압력을 높히는 에어 펌프(2) ; 상기 에어 펌프(2)를 통하여 가압된 공기를 저장하는 에어 탱크(3) ; 상기 에어 탱크(3) 내에 저장된 공기를 분사하는 에어 노즐(4A) ; 상기 에어 노즐(4A)을 통하여 분사된 공기가 실린더 헤드(5A)와 실린더 블록(5B)으로 이루어진 엔진(5)의 각 실린더에 균일하게 분배되도록 안내하는 흡기 다기관(4) ; 상기 엔진(5)의 폭발 행정에서 받는 피스톤의 힘을 회전 운동으로 바꾸어 전달하는 크랭크 축(6) ; 상기 크랭크 축(6)의 구동 위치를 검출하는 위치 센서(6A) ; 상기 위치 센서(6A)로부터 입력된 검출 신호에 따른 제어 신호를 출력하는 전자 제어 모듈(7) ; 상기 전자 제어 모듈(7)로부터 출력된 제어 신호에 의해 구동하는 액튜에이터(8A) ; 상기 액튜에이터(8A)의 구동에 의해 상기 크랭크축(6)의 운동을 차단하는 차단기(8) 및 ; 상기 크랭크축(6)의 회전 운동을 에어 펌프(2)로 전달하기 위한 벨트(9)로 구성한 것을 특징으로 하는 자동차의 엔진 과급 제어 장치.