KR19980083111A - 스월 포트를 가지는 자동차의 연료 분사 장치의 제어 장치 - Google Patents

스월 포트를 가지는 자동차의 연료 분사 장치의 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 아이들 및 저속시에 연소실 안으로 흡입되는 혼합기의 유속을 빠르게 할뿐만 아니라 와류를 형성하여, 공기와 연료의 혼합율을 증가시켜 연소 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 토오크 및 출력을 향상시킬 수 있는 스월 포트를 가지는 연료 분사 장치를 제어하는 연료 분사 제어 장치에 관한 것이다. 연료 분사 제어 장치는, 스로틀 보디에 위치된 흡기 밸브에 인접하여 흡기 포트에 형성되어, 연소실로 흡입되는 흡기를 와류로 형성시키기 위하여 원통 형상으로 형성되는 스월 포트와; 스월 포트의 상부에 설치되어 흡기 포트를 개폐하여, 스월 포트를 통과하는 흡기의 양을 조절하기 위한 스월 컨트롤 밸브와; 스월 컨트롤 밸브를 작동시키기 위한 솔레노이드 밸브와; 분배기와 에어 플로우 미터로부터 입력된 신호에 따라서 매니폴드의 부압으로 솔레노이드 밸브를 작동시키기 위한 제어부를 포함한다.

Description

스월 포트를 가지는 자동차의 연료 분사 장치의 제어 장치
본 발명은 자동차의 연료 분사 제어 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 아이들 및 저속 상태에서 연소실 내로 연료의 유속을 보다 빠르게 하여 아이들 및 저속 시의 연비를 향상시킬 수 있도록 밸브 통로에 스월 포트(swirl) 포트가 형성되며, 이러한 흡기를 와류로 형성하기 위한 스월 포트를 가지는 자동차의 연료 분사 장치의 제어 장치에 관한 것이다.
최근의 자동차에 설치된 가솔린 엔진은 연료 펌프와 분사 밸브, 또는 분사 펌프와 분사 밸브가 기화기의 기능을 대신한다. 분사 장치는 연료를 계량하고 무화시킨다. 따라서, 가솔린 분사 엔진은 외형상 디젤 엔진과 유사하다. 그러나, 점화 장치가 있고, 분사 압력이 현저하게 낮고(대략 3~15bar), 또한 분사 시기가 압축 행정이 끝이 아니라 흡입 행정 전이나 진행중이 된다는 점이 서로 다르다.
이러한 가솔린 분사 장치에서는 연료를 흡입 행정 초기에 분사하거나 그 보다 미리 분사하여 흡입 대기 상태에 있게 하는 방법으로, 4 행정 분사 기관에서는 크랭크 축 회전 각도가 약 360°정도, 즉 4 행정 기화기 엔진에서와 비슷한 정도의 시간이 혼합기 형성에 사용된다.
연료는 실린더에 직접 분사되거나 흡기 매니폴드 도는 흡입 밸브 전방에 분사된다. 이미 분사되어 흡입 밸브 전방에 대기 상태에 있는 연료나 흡입 행정이 진행되는 동안에 분사되는 연료는 모두 흡입 행정이 진행되는 동안에 공기와 혼합되어 실린더로 유입된다. 그러나, 공기와 연료의 완전한 혼합은 압축 행정 동안 실린더 내에서 이루어진다.
연료 분사 제어는 전자식 또는 기계식으로 할 수 있으며, 연료 분사 제어 장치는 그때 그때의 엔진의 운전 상태에 가장 적당한 혼합기가 형성되어 연소실로 공급될 수 있어야 한다. 직접 분사 방식(실린더 분사 방식)에서는 분사 노즐이 실린더 헤드나 실린더 측면에 설치되며, 간단한 흡기 매니폴드 분사 방식에 비해서 훨씬 큰 행정 체적 출력을 얻을 수 있다. 간접 분사 방식(흡기 매니폴드 분사 방식)에서는 분사 노즐이 흡기 매니폴드 도는 실린더 헤드의 흡입 밸브 전방, 또는 스로틀 보디에 설치된다.
가솔린 분사 장치는 분사 제어 메커니즘에 따라서 기계식과 전자식, 분사 밸브 설치 위치에 따라서 직접 분사식과 간접 분사식, 분사 압력에 따라서는 고압 분사(통상 2bar 이상)와 저압 분사, 그리고 분사 밸브의 수에 따라 싱글 포인트 인젝션 및 다중 포인트 인젝션 등으로 구분된다. 또한, 공기 계량 방식에 따라서 직접 계량식과 간접 계량식으로 분류되며, 직접 계량식은 흡입 공기의 체적 또는 질량을 직접 계량하는 데 반하여 간접 계량식은 흡기 매니폴드의 절대 압력과 엔진의 회전수 또는 스로틀 밸브의 개도와 엔진의 회전수로부터 흡입 공기량을 간접적으로 검출한다.
특히, 연료 분사가 간헐적으로 이루어지느냐, 지속적으로 계속되느냐에 따라서 연속 분사식과 간헐 분사식으로 분류되며, 대부분의 전자 제어 분사 장치는 간헐 분사 방식이며, 기계식 분사 장치는 계속 분사 방식에 해당된다.
도 1은 가솔린 엔진의 전자 제어 방식의 연료 분사 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 흡기 매니폴드로부터 스로틀 보디(31)를 통하여 엔진의 실린더에 형성된 연소실로 흡입되는 공기는 가솔린 분사 밸브(32)로부터 분사되는 연료와 함께 엔진으로 흡입된다. 스로틀 보디(31)에 설치된 스로틀 밸브(33)는 가솔린 분사 밸브(32)로부터 분사된 연료와 혼합되는 공기량을 조절한다.
한편, 연료 분사 장치는 가속 페달과 연동하는 스로틀 밸브(33), 밸브(33)의 빠른 움직임을 컨트롤하는 스로틀 리턴 대시 포트, 밸브의 개방 정도를 검출하는 스로틀 포지션 센서, 스로틀 포지션 스위치, 및 감속시에 연료를 일시 차단하는 대시 포트로 구성된다.
자동차에서 사용되는 가솔린 엔진은 운전자가 가속 페달에 의하여 스로틀 밸브(33)의 개도가 조작되어 엔진에 흡입되는 공기량을 조절하는 것으로 엔진의 출력을 제어한다. 자동차의 아이들시에는 스로틀 밸브(33)가 폐쇄되어 있으며, 따라서, 스로틀 보디(31)와 스로틀 밸브(33) 사이의 간극 및 바이패스 통로를 통하여 엔진으로 유입되는 공기량에 의하여 자동차의 아이들 속도가 결정된다. 상기와 같이 엔진에 유입된 공기는 연료의 연소에 기여하며, 아이들 속도는 연소에 의한 출력과 엔진 자체의 마찰력이 평행을 이루는 선에서 결정된다.
그러므로, 엔진의 아이들 속도는 엔진의 마찰력이 시간에 따라 변하거나 유입되는 공기량의 변화에 따라 변하게 된다. 아이들 속도가 낮으면, 엔진의 작동이 원활하지 못하며, 역으로 너무 높으면 연료 소모율이 증가되며, 교통의 소통이 원활하지 않은 경우에 연료 소모의 대부분이 아이들 상태에서 소모되기 때문에, 아이들 속도는 가능한 낮은 것이 바람직하다.
그러나, 상기된 바와 같은 종래의 연료 분사 장치는 상기된 바와 같이 아이들 및 저속시에 스로틀 밸브의 폐쇄로 인하여 유속이 느리기 때문에 연소실 안으로 흡입되는 혼합기의 혼합율이 낮아서 연소 효율이 저하되어 연비가 떨어진다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 아이들 및 저속시에 연소실 안으로 흡입되는 혼합기의 유속을 빠르게 할뿐만 아니라 와류를 형성하여, 공기와 연료의 혼합율을 증가시켜 연소 효율을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 토오크 및 출력을 향상시킬 수 있는 스월 포트를 가지는 연료 분사 제어 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 가솔린 엔진의 연료 분사 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 스월 포트를 가지는 자동차의 연료 분사 장치의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 스월 포트를 가지는 자동차의 연료 분사 장치를 제어하기 위한 제어 장치의 블록도.
도 4는 도 2에 도시된 연료 분사 장치의 개략 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 스로틀 보디 2 : 흡입 밸브
3 : 흡기 포트 4 : 스월 포트
5 : 연소실 6 : 스월 컨트롤 밸브
7 : 솔레노이드 밸브 8 : 제어부
9 : 분배기 10 : 에어 플로우 미터
11 : 엔진 운전 상태 감지부 12 : 원통체
상기된 바와 같은 목적은, 스로틀 보디에 위치된 흡기 밸브에 인접하여 흡기 포트에 형성되어, 연소실로 흡입되는 흡기를 와류로 형성시키기 위하여 원통 형상으로 형성되는 스월 포트와; 상기 스월 포트의 상부에 설치되어 흡기 포트를 개폐하여, 상기 스월 포트를 통과하는 흡기의 양을 조절하기 위한 스월 컨트롤 밸브와; 상기 스월 컨트롤 밸브를 작동시키기 위한 솔레노이드 밸브와; 분배기와 에어 플로우 미터로부터 입력된 신호에 따라서 매니폴드의 부압으로 상기 솔레노이드 밸브를 작동시키기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 연료 분사 제어 장치에 의하여 달성된다.
상기에서, 상기 스월 포트를 형성하는 원통체는 바람직하게 상기 스월 포트의 입구에서 유선형 단면을 가지는 것에 의하여, 스월 포트로 유입되는 흡기의 저항이 감소된다.
또한, 상기 스월 포트는 내면에 나선형 홈이 형성되는 것에 의하여, 연소실 내로 흡입되는 흡기가 보다 강력한 와류로서 형성되어 연소 효율이 증가될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 스월 포트를 가지는 자동차의 연료 분사 장치의 단면도.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 연료 분사 장치는 엔진의 연소실(5)로 흡입되는 흡기를 와류로 형성시키기 위한 원통 형상의 스월 포트(4)가 스로틀 보디(1)에 위치된 흡기 밸브(2)에 인접하여 흡기 포트(3)에 형성된다. 이러한 스월 포트(4)는 스월 포트(4)의 상부에 설치되는 스월 컨트롤 밸브(6)에 의하여 스월 포트(4)의 상부에 위치되는 흡기 포트(3)가 개폐되는 것에 의하여 통과되는 공기의 양이 조절된다.
즉, 아이들 및 저속시에는 스월 컨트롤 밸브(6)에 의하여 스월 포트(4)의 상부에 위치되는 흡기 포트(3)가 폐쇄되는 것에 의하여, 대부분의 흡기가 흡기 포트(3)에 비하여 작은 면적을 가지는 스월 포트(4)를 통과하는 것에 의하여 보다 빠른 유속으로 연소실(5)로 흡입된다. 이 때, 연소실(5)로 흡입되는 흡기의 속도가 빠르기 때문에, 흡기는 연소실(5) 내에서 강력한 와류 현상을 일으키고, 중속 및 고속시에는 스월 컨트롤 밸브(6)가 개방되는 것에 의하여 스월 포트(4)의 상부에 위치되는 흡기 포트(3)가 개방되고, 흡기는 흡기 포트(3)가 개방됨으로써 흡기 포트(3)를 통하여 연소실(5) 내로 흡입된다.
흡기 포트(3)가 1실린더 4밸브 또는 1실린더 3밸브의 형태로 형성되기 때문에, 스월 포트(4)는 도 4에 도시된 바와 같이 와류를 형성하도록 한 쌍의 흡기 포트(3)로부터 약간 비틀리는 경로로 형성되어, 흡기가 연소실(5)로 흡입될 때 보다 강력한 와류가 형성되도록 된다.
스월 포트(4)는 바람직하게 스월 포트(4)를 형성하는 원통체(12)가 흡기가 유입되는 입구의 형상이 유선형 단면을 가지는 것에 의하여, 스월 포트(4)로 유입되는 흡기의 저항이 감소될 수 있다.
또한, 스월 포트(4)는 내면에 나선형 홈(도시되지 않음)이 형성되는 것에 의하여, 연소실(5) 내로 흡입되는 흡기가 보다 강력한 와류로서 형성되어 연소 효율이 증가될 수 있다.
한편, 스월 포트(4)를 통과하는 흡기의 양을 조절하기 위한 스월 컨트롤 밸브(6)는 도 3에서 블록도로 도시된 바와 같이 솔레노이드 밸브(7)에 의하여 작동되며, 솔레노이드 밸브(7)는 제어부(8)에 의하여 작동되며, 제어부(8)는 분배기(9)와 에어 플로우 미터(10)로부터 엔진 운전 상태 감지부(11)에 입력된 신호에 따라서 매니폴드의 부압으로 솔레노이드 밸브(7)를 작동시킨다.
그러므로, 제어부(8)는 분배기(9)와 에어 플로우 미터(10)로부터 엔진 운전 상태 감지부(11)에 입력된 신호에 따라서 매니폴드로부터의 부압을 이용하여 솔레노이드 밸브(7)를 작동시키고, 솔레노이드 밸브(7)는 상기된 바와 같은 제어부(8)에 의하여 작동되어, 스월 포트(4)로의 흡기의 양을 조절하도록 흡기 포트(3)에 설치된 스월 컨트롤 밸브(6)를 작동시킨다.
상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 스월 포트를 가지는 자동차의 연료 분사 장치의 제어 장치에 의하면, 아이들 및 저속시에는 유로의 면적을 작게 하여 연소실 내로 흡입되는 흡기의 유속을 빠르게 하여 혼합기의 혼합율을 증가시키도록 와류를 형성하고, 또한 중속 및 고속시에는 유로의 면적을 크게 하여 흡기와 배기 효율을 크게 하는 것에 의하여 엔진의 토오크 및 출력을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

  1. 스로틀 보디에 위치된 연료 분사기에 인접하여 흡기 밸브에 형성되어, 연소실로 흡입되는 흡기를 와류로 형성시키기 위하여 원통 형상으로 형성되는 스월 포트와;
    상기 스월 포트의 상부에 설치되어 흡기 포트를 개폐하여, 상기 스월 포트를 통과하는 흡기의 양을 조절하기 위한 스월 컨트롤 밸브와;
    상기 스월 컨트롤 밸브를 작동시키기 위한 솔레노이드 밸브와;
    분배기와 에어 플로우 미터로부터 입력된 신호에 따라서 매니폴드의 부압으로 상기 솔레노이드 밸브를 작동시키기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스월 포트를 형성하는 원통체는 상기 스월 포트의 입구에서 유선형 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스월 포트는 내면에 나선형 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 장치.
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