KR20010022655A - 내연 기관 시동법 - Google Patents

Abstract

발명은 전자기적으로 제어되는 흡기 및 배기 밸브를 갖춘 내연기관의 최소 출력 시동법에 관한 것이다. 모든 배기 밸브가 폐쇄 위치에 있고 각 연소 챔버의 한 개 이상의 흡기 밸브가 개방 위치로 조절될 때, 내연 기관이 시동기 모터를 이용하여 시동 속도로 발에 의해 시동되고, 이어서 정상 작동 모드로 움직이는 것에, 이 방법의 특징이 있다. 본 발명은 차량의 내연 피스톤 기관과 같은 경우에 사용될 수 있다.

Description

내연 기관 시동법{METHOD FOR STARTING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

JP- 6-50247 A는 개별 실린더 감압 장치를 갖춘 다중-실린더 디젤 기관을 공개한 바 있다. 시동 작동에서, 다수의 실린더를 가지는 디젤 기관이 상응하는 감압 유닛을 활성화시킴으로서 감압된다. 다수의 실린더에 제한되는 이 감압은 시동에 필요한 구동력을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

DE-B 1 002 164는 전자기적으로 작동가능한 감압 밸브를 갖춘 내연 기관을 공개한다. 이때, 상기 감압 밸브는 시동기가 스위칭 온되기 전에 내연 기관의 시동 작동 시에 개방되고, 내연기관의 크랭킹 동안 일시적으로 개방 상태를 유지하며, 열적 자동 인터럽터에 따라 폐쇄된다. 내연 기관의 시동 작동 시에 불필요한 압축 작용을 방지하기 위해 감압이 필요하다. 감압 밸브를 갖춘 유사한 장치가 DE-B 1 010 320에 기술된다.

본 발명은 전자기적으로 제어가능한 흡기 및 배기 밸브를 갖춘 내연 기관의 시동법에 관한 것이다.

도 1은 내연 기관의 시동법 순서도.

도 2는 도 1에 따르는 방법을 실행하기 위해 필요한 내연기관의 기능적 구성부품을 도시하는 도면.

도 3은 도 1에 따르는 방법을 실행하는 동안 중요한 기관 패러미터에 대한 특성 다이어그램.

최초 기술된 종류의 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 이때, 상기 방법을 이용하여 제공되는 내연 기관은 에너지를 최소로 하면서 시동 작동이 가능하다.

발명에 따라, 이 목적은 청구범위 제 1 항의 특징을 가지는 방법에 의해 얻어진다. 이 방법에서, 내연 기관이 전기 시동기 모터에 의해 크랭킹되기 전에 시동 작동 시의 전기 출력에 대한 피크 필요조건이 상대적으로 낮게 유지되도록, 흡기 및 배기 밸브의 위치가 정해진다. 동력이 공급되지 않은 상태에서 기관의 밸브가 개방 및 폐쇄 위치 사이에 있을 때의 기관에, 이 방법은 또한 적합하다. 각각의 연소 챔버 내의 한 개 이상의 흡기 밸브를 개방 상태로 위치시킴으로서, 추가적인 수단을 사용하지 않으면서 크랭킹 작동 시에 연소 챔버가 감압되는 점이 특히 유리한 장점이다.

기관 보조 유닛의 출력 필요조건이 스위칭 과정 동안 낮게 유지되도록, 내연 기관의 정상 작동까지 단계적으로 스위칭을 취하는 것이 청구범위 제 2 항에 따르는 발명의 특징이다. 이는, 상당한 양의 에너지가 앞서의 단계에 의해 차량의 전기 시스템으로부터 사라지기 때문에, 특히 유리하다.

청구범위 제 3 항에 따르는 발명은 한편으로 최소 출력 과정, 다른 한편으로 최소 에너지 과정을 특징으로 하여, 원하는 위치에 기관 밸브를 위치시킨다.

발명의 선호되는 실시예는 도면에서 도시되고, 아래에서 기술될 것이다.

도 2는 차량용 내연 기관을 도시하고, 이때 상기 내연 기관은 본 발명에 따르는 방법을 실행하기에 적합하고, 다중 실린더 왕복-피스톤 기관(1)으로 구축된다. 각각의 실린더에 대하여, 한 개 이상의 흡기 밸브(2)와 한 개 이상의 배기 밸브(3)가 존재하고, 이 두 밸브는 각각 전자기적으로 제어가능하다. 전기 시동기 모터(도시되지 않음)와 중앙 기관 제어 유닛(4)이 또한 제공된다. 이때, 상기 전기 시동기 모터는 적절한 시동 속도로 왕복-피스톤 기관(1)을 크랭킹하고, 상기 중앙 기관 제어 유닛(4)은 특히 흡기 및 배기 밸브(2, 3)를 제어하는 데 사용된다. 밸브들의 전자석(5)이나 차량의 전기 부품과 같이, 시동기 모터에는 온-보드 전기 시스템으로부터 전기 에너지가 공급되며, 기존 차량 배터리는 왕복-피스톤 기관이 정지할 때 온-보드 전기 시스템에 에너지를 제공한다.

도 1에 도시되는 바와 같은 발명에 따르는 방법의 제 1 단계 11는 점화 시스템(7)에 스위칭 온하는 것이고, 그 후의 이어지는 단계 12에서, 각각의 기관 실린더의 배기 밸브(3)가 폐쇄되는 것을 기관 제어 유닛(4)이 보장한다. 기관 제어 유닛(4)은 배기 밸브의 위치를 문의하고, 모든 배기 밸브가 폐쇄될 때 단계 12를 종료한다. 바로 다음의 단계 13에서, 기관 제어 유닛(4)에 의해 각각의 실린더의 흡기 밸브(2)가 개방 위치로 활성화된다. 다른 흡기 밸브는 폐쇄된다. 기관 제어 유닛(4)은 흡기 밸브의 위치를 문의하고, 모든 흡기 밸브가 원하는 위치에 도달할 때 단계 13을 종료한다. 수정된 실시예에서, 제 2 단계 12와 제 3 단계 13은 역순으로, 또는 동시에 실행될 수 있고, 제 3 단계 13과 같은 경우에, 전력 필요조건이 조금 더 높을 수 있다.

전자기적으로 제어가능한 흡기 및 배기 밸브(2, 3)의 예는 중립 중앙 위치로 받아들여지는 휴식 위치를 가지는 밸브들이고, 여기서 상기 밸브들은 밸브 개방 방향으로 작용하는 스프링(9)의 힘에 의해, 그리고 밸브 폐쇄 방향으로 작용하는 스프링(10)의 힘에 의해 보지된다. 전자기적으로 변환가능한 스프링-진동기 형태의 밸브는 특히 아래에서 기술되는 두 과정에 의해 각각 원하는 위치로 이동할 수 있다.

언급할 수 있는 첫 번째 가능성은 공명 주파수에서 진동의 최소 출력 자극에 있다. 밸브에 견고하게 장착된 접극자(6)는 폐쇄 전자석(17)과 개방 전자석(18)에 의해 교대로 인력을 받고, 공명 진동으로 여기되는 개방 및 폐쇄 스프링(9, 10)의 에너지 저장 효과에 의해 도움을 받는다. 적절한 여기에 의해, 접극자의 진동 진폭을, 그래서 접극자에 연결된 밸브의 진동 진폭을 증가시킬 수 있다. 그래서, 밸브와 함께 접극자는 원하는 위치, 즉 개방 위치 또는 폐쇄 위치에 도달하고, 이 위치에서, 전자석의 적절한 제어에 의해 에너지 소비를 최소화하면서 접극자를 보지할 수 있다. 도 2는 폐쇄 위치의 흡기 밸브(2)와 배기 밸브(3)를 도시하고, 여기서 관련 폐쇄 전자석(17)이 각각의 경우에 활성화된다. 일반적으로 100 ms 이내의 자극 작용동안, 폐쇄 전자석(17)과 개방 전자석(18)에는 전류가 교대로 공급되어, 온-보드 전기 시스템에서 요하는 최소한의 출력 요청으로 밸브(2, 3)를 개방 또는 폐쇄 위치에 각각 위치시킬 수 있다. 개방 위치나 폐쇄 위치에 이르면, 각각의 밸브는 낮은 출력으로 이 위치에 보지될 수 있다.

최소 에너지 필요조건을 포함하면서 매우 짧은 시간(2-3 ms)동안 실행되는, 전자기적으로 제어가능한 밸브(2, 3)를 위치시키는 제 2 과정은 상응하는 폐쇄 및 개방 전자석(17, 18)에 의해 인력을 받는 접극자(6)로 구성된다. 이 과정 동안, 밸브(2, 3)와 함께 접극자(6)가 원하는 위치로 당겨질 때까지 상기 전자석(17, 18) 중 하나에는 매우 높은 전류가 공급된다. 이는 온-보드 전기 시스템에 작은 로드만으로 밸브(2, 3)의 위치를 설정할 수 있지만, 상대적으로 높은 출력을 수반한다.

도 3의 중앙부와 하부는, 시동 작동동안 시간 t의 함수로 왕복-피스톤 기관(1) 실린더의 흡기 밸브(2)의 행정 h_e를, 그리고 다른 한편으로 배기 밸브(3)의 행정 h_a를 도시한다. 시간 t = t₀에서, 밸브(2, 3)의 최초 위치 설정이 생기고, 이는 도 3에 도시되는 바와 같이 즉각적으로 일어나며, 중앙 위치로부터 인력에 의해 배기 밸브(3)를 폐쇄 위치로, 흡기 밸브(2)를 개방 위치로 동시에 설정함으로서, 각각의 경우에 한번에, 상기 최초 위치 설정이 일어난다.

시간 t = t₀에서, 도 1의 단계 14에 따라 전기 시동기 모터를 이용하여 왕복 피스톤 기관(1)이 크랭킹되고 동기화된다. 최소한 기관(1)이 정해진 시동 속도에 도달할 때까지 이는 계속되고, 상응하는 문의 단계 19에서 기관 제어 유닛(4)에 의해 이는 감지된다. 이어지는 단계 15에서, 흡기 밸브(2)는 정상 작동으로 기관(1)을 변환하기 위해 실린더 선택 방식으로 폐쇄된다. 개방 전자석(18)이 공급 전압으로부터 단절되고 폐쇄 스프링(10)이 밸브와 함께 접극자(6)를 폐쇄 위치로 밀기 때문에, 에너지 측면에서 유용한 조건에서, 흡기 밸브(2)의 폐쇄 작동이 발생한다. 이때 접극자는 간단한 캐칭 전류에 의해 폐쇄 전자석(17)에 잡히게 되고, 상기 폐쇄 전자석에 의해 보지될 수 있다. 이 배열에서, 폐쇄 스프링(10)은 온-보드 전기 시스템의 로우-로딩 기간 동안 사전에 기계적 응력 에너지를 이미 흡수한다.

도 3의 세 번째 다이어그램은 도시되는 실린더의 압력 p와 기관 속도 n에 대한 시간 특성을 나타낸다. 왕복 피스톤 기관(1)의 시동 속도에 도달한 후에 이는 정상 작동으로 변환된다. 시간 t = t₁에서, 분사 시스템(8)에 의해 연계된 실린더의 흡기 파이프에 연료가 분사되고, 연계된 흡기 밸브(2)는 이때 폐쇄된다. 압축 및 연소 행정 이후에, 실린더압 p가 일시적으로 급격하게 증가하는 동안, 관련 실린더의 배기 밸브가 개방되고, 배기 작용이 시작된다. 관련 실린더에 의해 실행되는 일은 기관 속도 n을 증가시킨다. 다양한 기관 실린더에서 연속적으로 실행되는 t = t1에서의 작동은 도 1의 순서도의 단계 16과 함께 나타난다. 모든 실린더의 흡기 밸브가 초기에 폐쇄되어 있는 관계로, 흡기부에서 초기에 감압 방식으로 여전히 작동하는 실린더는 기존 작동 실린더의 배기 기체에 의해 손상되지 않아서, 특별한 문제없이 개별 실린더를 정상 작동으로 변환시킨다. 왜냐하면, 배기 기체를 이미 방출하고 있는 실린더에 의한 다른 실린더의 위치 설정을 방지하기 때문이다.

발명에 따르는 방법의 장점은, 밸브 활성화 전자석과 시동기 모터에 의한 최대 전류 소비의 시간 분포에 있고, 또한 최소 에너지로 그 시동 속도에 이르는 왕복 피스톤 기관의 비압축 크랭킹에 있다. 온-보드 전기 시스템으로부터 간단하게 요청될 수 있는 최대 출력의 함수로 밸브를 위치설정하는 것이 특히 큰 장점이고, 전기 시동기 모터의 작동 이전에 위치설정을 실행하는 것이 또하나의 큰 장점이다. 이는, 한편으로, 온-보드 전기 시스템의 최대 출력이 밸브의 신속한 위치 설정에 사용되고, 상대적으로 저출력 필요조건을 가지는 바람직한 위치에 밸브를 보지할 수 있으며, 다른 한편으로, 공명 주파수로 자극함으로서, 또는 온-오프 인력에 의해 밸브는 위치설정될 수 있다. 이미 작동중인 실린더에 의해 생성되는 배기 파이프에는 어떤 배기 기체도 없고, 중독의 위험 때문에 아직 작동하고 있지 않은 실린더의 배기 밸브의 진동의 시동을 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 전자기적으로 제어가능한 흡기 및 배기 밸브를 갖춘 내연 기관(1)의 시동 방법으로서, 상기 방법은:

   모든 배기 밸브(3)를 폐쇄 위치로 작동시키고, 각각의 연소 챔버의 한 개 이상의 흡기 밸브(2)를 개방 위치로 작동시키며;

   이어서, 전기 시동기 모터의 도움으로 내연 기관(1)을 시동 속도로 크랭킹하고; 그리고

   이어서, 내연 기관의 정상 작동으로 변환하는; 이상의 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 한 개 이상의 흡기 밸브(2)를 차단함으로서, 그리고 연료를 분사함으로서, 내연 기관(1)의 정상 작동으로 변환하는 것은 내연 기관의 다양한 연소 챔버에 대해 연속적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항, 또는 2 항에 있어서, 전자기적으로 제어가능한 흡기 및 배기 밸브는 상응하는 접극자(6)를 공명 주파수로 자극함으로서, 또는 개방이나 폐쇄위치로의 이 접극자의 온-오프 인력에 의해, 폐쇄 및 개방 위치 사이에 놓이는 휴식 위치로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.