KR20020082854A - 내연기관의 배기제어장치 - Google Patents

내연기관의 배기제어장치 Download PDF

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KR20020082854A
KR20020082854A KR1020027011032A KR20027011032A KR20020082854A KR 20020082854 A KR20020082854 A KR 20020082854A KR 1020027011032 A KR1020027011032 A KR 1020027011032A KR 20027011032 A KR20027011032 A KR 20027011032A KR 20020082854 A KR20020082854 A KR 20020082854A
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무라지데츠오
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가부시키가이샤 미쿠니
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Abstract

본 장치에 의하면 실린더 보어내에 있어서 상사점과 하사점 사이를 왕복운동하는 피스톤과, 연소실을 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브를 전자력에 의하여 개폐구동하는 전자 엑츄에이터와, 배기통로를 구비한 엔진에 있어서, 피스톤의 하사점의 영역에 있어서, 실린더 보어와 배기통로를 연통하는 바이패스 배기관을 설치한다. 이에 의하여 흡배기밸브를 전자 구동기구에 의하여 개폐구동하는 엔진에 있어서, 장치의 대형화, 비용의 증가 등을 초래하지 않고, 전자 구동력에 의한 배기밸브의 개폐구동을 소정의 타이밍에서 확실하게 또한 정확하게 행하게 한다.

Description

내연기관의 배기제어장치{INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH EXHAUST GAS CONTROL DEVICE}
내연기관(엔진)의 연소실에 대하여 흡기를 유도하는 흡기포트의 개폐를 행하는 흡기밸브및 연소가스를 배출하는 배기포트를 개폐하는 배기밸브를 구동하는 기구로서, 캠샤프트, 타이밍벨트 등으로 이루어지는 기구를 사용하는 대신에 전자력에 의하여 직접 구동하는 전자 구동기구가 개발되어 있다.
이 전자 구동기구를 구비한 내연기관으로서, 예를 들면 일본국 특개평10-141028호 공보, 특개평8-189315호 공보 등에 개시된 것이 알려져 있다. 이들 공보에 개시된 전자 구동기구에 있어서는 흡기행정에 있어서 실린더 보어내를 피스톤이 하강할 때에 소정의 타이밍에서 전자력에 의하여 흡기밸브가 개방방향으로 구동되어 흡기포트가 개방되고, 이 흡기포트로부터 실린더 보어 및 연소실내에 새로운 공기가 공급된다.
또 배기행정에 있어서 실린더 보어내를 피스톤이 상승할 때에 소정의 타이밍에서 전자력에 의하여 배기밸브가 개방방향으로 구동되어 배기포트가 개방되고, 연소된 가스(배기)가 이 배기포트로부터 배기매니폴드(배기통로)를 통하여 대기 중으로 배출되게 된다.
이 전자력에 의한 구동에 있어서는 흡기밸브 및 배기밸브의 개폐타이밍을 자유롭게 설정할 수 있어, 이론적으로는 엔진의 전 회전영역에서 최대의 체적효율을 얻는 것이 가능하게 된다.
그런데 엔진의 배기행정에 있어서, 실린더 보어내에 있어서의 연소가스의 잔류압력은 예를 들면 0.6MPa 정도가 된다. 따라서 연소가스를 배출할 때에는 이 연소가스의 압력을 극복하여 배기밸브를 개방방향으로 구동시키도록 전자 구동기구는 큰 전자력을 발생시킬 필요가 있다.
즉, 이 연소가스가 밸브 폐쇄방향으로 가압력을 극복하여 배기밸브를 개방시키기 위해서는 흡기밸브측의 전자 구동기구에 비하여 배기밸브측의 전자 구동기구를 대형화하고, 또는 공급하는 구동전류를 크게 할 필요가 있어 장치 전체로서의 대형화를 초래하게 된다.
또 흡기밸브를 구동하는 전자 구동기구와의 공용화가 도모되지 않으므로 비용의 증가를 초래하게 된다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 장치의 대형화, 비용의 증가 등을 초래하는 일 없이, 전자 구동력에 의한 배기밸브의 개방구동을 소정의 타이밍에서 확실하게 또한 정확하게 행하게 할수 있는 내연기관의 배기제어장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 실린더 보어내의 연소가스의 배출을 제어하는 내연기관의 배기제어장치에 관한 것으로, 특히 연소실을 개폐하는 밸브를 전자력에 의하여 구동하는 전자 구동기구를 구비한 내연기관에 있어서, 실린더 보어내의 연소가스의 배출을 제어하는 내연기관의 배기제어장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 배기제어장치를 구비한 내연기관의 개략구성을 나타내는 단면도,
도 2는 도 1에 나타내는 내연기관에 있어서의 전자 엑츄에이터의 개략구성을 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 관한 배기제어장치의 다른 실시형태를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 관한 배기제어장치의 다른 실시형태를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명에 관한 배기제어장치의 다른 실시형태를 나타내는 단면도,
도 6은 도 5에 나타내는 실시형태에 있어서의 제어밸브를 구동하는 전자 엑츄에이터의 개략구성을 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명에 관한 배기제어장치의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.
본 발명에 관한 내연기관의 배기장치는 실린더 보어내에 있어서 상사점과 하사점 사이를 왕복운동하는 피스톤과, 실린더 보어의 위쪽에 위치하는 연소실을 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브와, 적어도 배기밸브를 전자력에 의하여 개폐 구동하는 전자 구동기구와, 배기밸브의 개방에 의하여 배출되는 배기를 유도하는 배기통로를 구비한 내연기관의 배기장치로서, 상기 피스톤의 하사점영역에 있어서 실린더 보어와 배기통로를 연통하는 바이패스 배기통로를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면 피스톤이 하사점영역에서 상사점영역으로 이동하는 배기행정에 있어서, 피스톤이 하사점영역에 위치하고 있을 때, 비교적 고압의 연소가스가 바이패스 배기통로를 통하여 배기통로를 향하여 배출되게 된다.
따라서 배기밸브를 폐쇄방향으로 가압하는 연소가스의 압력은 그 만큼 낮아지고, 그 후의 전자구동에 의하여 배기밸브는 소정의 타이밍에서 확실하게 개방방향으로 구동될 수 있다.
또 본 발명에 관한 내연기관의 배기장치는 실린더 보어내에 있어서 상사점과 하사점 사이를 왕복운동하는 피스톤과, 실린더 보어의 위쪽에 위치하는 연소실을 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브와, 적어도 배기밸브를 전자력에 의하여 개폐 구동하는 전자 구동기구와, 배기밸브의 개방에 의하여 배출되는 배기를 유도하는 배기통로를 구비한 내연기관의 배기장치로서, 상기 피스톤의 하사점영역에 있어서 실린더 보어와 배기통로를 연통하는 바이패스 배기통로와, 이 바이패스 배기통로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면 피스톤이 하사점영역으로부터 상사점영역으로 이동하는 배기행정에 있어서, 피스톤이 하사점영역에 위치하고 있을 때, 비교적 고압의 연소가스가 바이패스 배기통로를 통하여 제어밸브의 상류까지 유도된다. 그리고 이 제어밸브가 소정의 타이밍에서 밸브를 개방함으로써 실린더 보어와 배기통로가 연통되고, 이 연소가스는 배기통로를 향하여 배출되게 된다.
따라서 배기밸브를 폐쇄방향으로 가압하는 연소가스의 압력은 그 만큼 낮아지고, 그 후의 전자구동에 의하여 배기밸브는 소정의 타이밍에서 확실하게 개방방향으로 구동될 수 있다.
또 배기행정에 있어서만 제어밸브를 개방시킴으로써 흡기행정에 있어서의 새로운 공기 등의 빠져 나감을 방지할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 제어밸브는 실린더 보어로부터 배기통로를 향하는 흐름만을 허용하는 체크밸브인 구성을 채용할 수 있다.
상기 구성에 의하면 제어밸브가 체크밸브이므로, 실린더 보어로부터 배기통로를 향하여 배출된 연소가스(배기)가, 다시 실린더 보어를 향하여 역류하는 것을 방지할 수 있다. 이에 의하여 연소가스의 배출이 확실하게 행하여지게 된다.
상기 구성에 있어서 제어밸브는 미리 설정된 소정의 가세력에 의하여 밸브 폐쇄방향으로 가세되고 있는 구성을 채용할 수 있다.
상기 구성에 의하면 실린더 보어내의 연소가스의 압력이 소정 레벨 이상이되면 제어밸브를 폐쇄하는 가세력에 저항하여 연소가스의 압력에 의하여 제어밸브가 개방방향으로 이동된다. 이에 의하여 연소가스의 일부가 배출되어, 소정 레벨 이상의 연소가스의 압력이 배기밸브에 가해지는 것을 방지할 수 있어, 배기밸브는 소정의 타이밍에서 확실하게 개방방향으로 구동될 수 있다.
상기 구성에 있어서 제어밸브는 내연기관의 운전상태에 따른 제어신호에 의하여 개폐구동되는 구성을 채용할 수 있다.
상기 구성에 의하면 내연기관의 운전상태에 따라 제어밸브의 개폐동작이 행하여지게 된다. 따라서 배기밸브의 개폐 타이밍과 바이패스 배기통로를 통하여 고압의 연소가스를 배출시키는 타이밍을 소망의 시기에 용이하게 설정할 수 있어, 내연기관의 운전상태에 따른 섬세한 배기제어를 행할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 첨부도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 4사이클 내연기관(엔진)의 일부 단면도이고, 도 2는 흡기밸브 및 배기밸브를 개폐 구동하는 전자 구동기구의 개략구성을 나타내는 단면도이다.
이 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 엔진은 도 1에 나타내는 바와 같이 실린더 보어(11)를 형성하는 실린더블럭(10), 이 실린더 보어(11)내를 상하방향으로 왕복운동하도록 배치된 피스톤(20), 실린더블록(10)의 상단에 접합되어 흡기포트(31) 및 배기포트(32)를 형성하는 실린더헤드(30), 흡기포트(31)를 개폐하는 흡기밸브(40), 배기포트(32)를 개폐하는 배기밸브(50), 흡기밸브(40)를 구동하는 전자 구동기구로서의 전자 엑츄에이터(60), 배기밸브(50)를 구동하는 전자 구동기구로서의 전자 엑츄에이터(70), 실린더헤드(30)의 위쪽을 덮는 실린더헤드커버(80), 배기포트(32)에 접속되어 배기통로를 획정(劃定)하는 배기매니폴드(90), 실린더 보어 (11)와 배기매니폴드(90)를 연통하는 바이패스 배기통로를 획정하는 바이패스 배기관(100) 등을 그 기본구성으로서 구비하고 있다.
여기서 피스톤(20)은 엔진의 흡기, 압축, 팽창, 배기의 각 행정에 있어서, 실린더 보어(11)의 아래쪽에 위치하는 하사점(BDC)과 위쪽에 위치하는 상사점(TDC) 사이를 왕복 운동하도록 되어 있다. 또한 도 1 중에 있어서, 실선으로 나타낸 피스톤 (20)은 하사점(BDC)의 위치에, 또 점선으로 나타낸 피스톤(20')은 상사점(TDC)의 위치에, 각각 위치하는 상태를 나타낸 것이다.
실린더헤드(30)에는 그 하면영역에 있어서 흡기를 도입하는 흡기포트(31) 및 연소가스를 배출하는 배기포트(32)와 연통하고, 또한 실린더 보어(11)의 위쪽에 위치하는 연소실(CH)이 형성되어 있고, 또 대략 중앙부로부터 수직하게 신장되는 영역에 있어서 점화플러그(도시 생략)를 설치하기 위한 점화 플러그구멍(33)이 연소실 (CH)과 연통하도록 형성되어 있다.
또 흡기포트(31)의 위쪽영역에는 흡기밸브(40)를 왕복운동방향으로 안내하는 흡기밸브 가이드(34)가 끼워 붙여져 있고, 한편 배기포트(32)의 위쪽영역에는 배기밸브(50)를 왕복운동방향으로 안내하는 배기밸브 가이드(35)가 끼워 붙여져 있다. 또한 실린더헤드(30)의 외벽(36)으로 둘러 싸인 위쪽 공간에는 흡기밸브(40)를 전자력에 의하여 구동하는 전자 엑츄에이터(60)와, 배기밸브(50)를 전자력에 의하여 구동하는 전자 엑츄에이터(70)가 배치되어 있고, 이들 전자 엑츄에이터(60, 70)를 덮 도록 실린더헤드커버(80)가 설치되어 있다.
흡기밸브(40)는 도 2에 나타내는 바와 같이 밸브축부(41)(밸브스템), 이 밸브축부(41)의 선단에 위치하는 밸브헤드(42) 등에 의하여 형성되어 있고, 밸브축부 (41)의 상단부(43)가 뒤에서 설명하는 전자 엑츄에이터(60)의 가동부재(66)의 한쪽 끝부(66a)에 대하여 착탈 자유롭게 연결되도록 되어 있다. 또 밸브헤드(42)의 위쪽에는 밸브 시이트면(42a)이 형성되어 있고, 이 밸브 시이트면(42a)이 흡기포트(31)의 밸브 시이트(31a)(도 1 참조)에 대하여 시이트고정 및 이탈함으로써 흡기포트 (31)가 개폐된다.
배기밸브(50)는 도 2에 나타내는 바와 같이 밸브축부(51)(밸브 스템), 이 밸브축부(51)의 선단에 위치하는 밸브헤드(52) 등에 의하여 형성되어 있고, 밸브축부 (51)의 상단부(53)가 뒤에서 설명하는 전자 엑츄에이터(70)의 가동부재(76)의 한쪽 끝부(76a)에 대하여 착탈 자유롭게 연결되도록 되어 있다. 또 밸브헤드(52)의 위쪽에는 밸브 시이트면(52a)이 형성되어 있고, 이 밸브 시이트면(52a)이 배기포트(32)의 밸브 시이트(32a)(도 1 참조)에 대하여 시이트고정 및 이탈함으로써 배기포트 (32)가 개폐된다.
즉, 배기밸브(50)는 흡기밸브(40)와 비교하여 밸브헤드(52)의 외경이 밸브헤드(42)의 외경보다도 작게 형성되어 있는 점, 재료가 다른 점 등을 제외하고, 대략 동일한 구성으로 되어 있다.
흡기밸브(40)를 구동하는 전자 엑츄에이터(60)는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 자로를 형성하는 단면 약 C자형상의 요크(61), 이 요크(61)의 안쪽에 배치된 수지 등의 비자성재료로 이루어지는 보빈(62), 이 보빈(62)에 대하여 고리형상으로 두루 감긴 여자용 코일(63), 보빈(62)의 중앙부에 배치된 코어(64), 코일(63)에 대한 통전에 의하여 자극이 형성되는 3개의 자극부(61a, 61b, 64a), 이들 자극부(61a, 61b, 64a)와 협동하여 소정의 간극(D)을 획정하도록 배치된 자로를 형성하는 요크(65), 이 간극(D)에 있어서 왕복운동 자유롭게 배치된 가동부재(66), 자기갭(67, 68) 등에 의하여 구성되어 있다.
이 가동부재(66)에는 그 한쪽 끝부(66a)에 있어서, 흡기밸브(40)의 상단부(43)를 착탈 자유롭게 연결할 수 있는 연결부(도시 생략)가 형성되어 있고, 또 상기간극(D)에 위치하는 주 영역에 있어서, 자극부(61a, 61b, 64a), 요크(65)와 대향할 수 있도록 영구자석편(66b, 66c)이 고정되어 있다.
이 영구자석편(66b, 66c)은 도 2에 나타내는 바와 같이 각각의 착자면의 극성이 서로 역방향이 되도록, 즉 영구자석편(66b)의 착자면이 N극 → S극의 배열에 대하여 영구자석편(66c)의 착자면이 S극 →N극의 배열이 되도록 형성되어 있다.
상기 구성을 이루는 전자 엑츄에이터(60)에 있어서는 코일(63)에 전류가 공급되어 있지 않은 상태에서 자기갭(67, 68)의 자기저항이 영구자석편(66b, 66c)의 자력에 대하여 크기 때문에, 영구자석(66b)(N극) →자극부(64a) → 코어(64) →요크 (61) →자극부(61b) →영구자석(66c)(S극) →영구자석편(66c)(N극) →요크(65) →영구자석편(66b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로가 형성되어 도 2에 나타내는 바와 같이 가동부재(66)는 위쪽의 정지위치에 편의(偏倚)하여 위치된다. 이 정지 위치에 가동부재(66)가 위치할때 한쪽 끝부(66a)에 연결된 흡기밸브(40)는 흡기포트 (31)를 폐쇄한 상태에서 위치가 부여되게 된다.
한편, 코일(63)에 대하여 소정방향으로 소정 레벨의 전류가 공급되면 자기갭 (67, 68)에도 자속이 통하여 영구자석편(66b)(N극) →자기갭(68) 자극부(61a) →요크(61) →자기갭(67) →요크(61) →코어(64) →자극부(64a) →영구자석편(66c)(S극) →영구자석편(66c)(N극) →요크(65) →영구자석편(66b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로와, 영구자석편(66b)(N극) →자기갭(68) →자극부(61a) → 요크(61) →자기갭(67) → 요크(61) →자극부(61b) →영구자석편(66c)(S극) →영구자석편(66c)(N극) →요크(65) →영구자석편(66b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로가 형성되고, 가동부재(66)는 아래 쪽의 작동위치를 향하여 이동시켜진다.
다시 코일(63)에 공급하는 전류를 크게 하면 영구자석편(66b)(N극) →자기 갭(68) →자극부(61a) →요크(61) →자기갭(67) →요크(61) →코어(64) → 자극부(64a) →영구자석편(66c)(S극) →영구자석편(66c)(N극) → 요크(65) →영구자석편(66b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로만이 형성되고, 가동부재(66)는 다시 아래쪽의 작동위치를 향하여 이동시켜진다.
이 가동부재(66)의 작동위치로의 이동에 의하여 한쪽 끝부(66a)에 연결된 흡기밸브(40)는 흡기포트(31)를 개방한 상태(밸브 개방위치)에 위치를 부여받게 된다.
배기밸브(50)를 구동하는 전자 엑츄에이터(70)는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 자로를 형성하는 단면 대략 C자형상의 요크(71), 이 요크(71)의 안쪽에 배치된 수지 등의 비자성재료로 이루어지는 보빈(72), 이 보빈(72)에 대하여 고리형상으로 두루 감긴 여자용 코일(73), 보빈(72)의 중앙부에 배치된 코어(74), 코일(73)에 대한 통전에 의하여 자극이 형성되는 3개의 자극부(71a, 71b, 74a), 이들 자극부(71a, 71b, 74a)와 협동하여 소정의 간극(D)을 획정하도록 배치된 자로를 형성하는 요크(75), 이 간극(D)에 있어서 왕복운동 자유롭게 배치된 가동부재(76), 자기갭(77, 78) 등에 의하여 구성되어 있다.
이 가동부재(76)에는 그 한쪽 끝부(76a)에 있어서 배기밸브(50)의 상단부 (53)를 착탈 자유롭게 연결할 수 있는 연결부(도시 생략)가 형성되어 있고, 또 상기간극(D)에 위치하는 주 영역에 있어서, 자극부(71a, 71b, 74a), 요크(75)와 대향할 수 있도록 영구자석편(76b, 76c)이 고정되어 있다.
이 영구자석편(76b, 76c)은 도 2에 나타내는 바와 같이, 각각의 착자면의 극성이 서로 역방향이 되도록, 즉 영구자석편(76b)의 착자면이 N극 →S극의 배열에 대하여 영구자석편(76c)의 착자면이 S극 → N극의 배열이 되도록 형성되어 있다.
상기 구성을 이루는 전자 엑츄에이터(70)에 있어서는 코일(73)에 전류가 공급되어 있지 않은 상태에서 자기갭(77, 78)의 자기저항이 영구자석편(76b, 76c)의 자력에 대하여 크기 때문에 영구자석(76b)(N극) →자극부(74a) →코어(74) →요크 (71) →자극부(71b) →영구자석(76c)(S극) →영구자석편(76c)(N극) →요크(75) →영구자석편(76b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로가 형성되고, 도 2에 나타내는 바와 같이 가동부재(76)는 위쪽의 정지위치에 편의하여 위치 부여된다. 이 정지위치에 가동부재(76)가 위치할 때, 한쪽 끝부(76a)에 연결된 배기밸브(50)는 배기포트(32)를 폐쇄한 상태로 위치를 부여받게 된다.
한편 코일(73)에 대하여 소정방향으로 소정 레벨의 전류가 공급되면 자기 갭(77, 78)에도 자속이 통하여 영구자석편(76b)(N극) →자기갭(78) →자극부(71a) →요크(71) →자기갭(77) →요크(71) →코어(74) →자극부(74a) →영구자석편(76c) (S극) →영구자석편(76c)(N극) →요크(75) →영구자석편(76b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로와, 영구자석편(76b)(N극) →자기갭(78) →자극부(71a) →요크(71) →자기갭(77) →요크(71) →자극부(71b) →영구자석편(76c)(S극) →영구자석편(76c)(N극) →요크(75) →영구자석편(76b)(S극)이라는 경로를 거치는자로가 형성되고, 가동부재(76)는 아래 쪽의 작동위치를 향하여 이동되어 간다.
다시 코일(73)에 공급하는 전류를 크게 하면 영구자석편(76b)(N극) →자기 갭(78) →자극부(71a) →요크(71) →자기갭(77) →요크(71) →코어(74) →자극부 (74a) →영구자석편(76c)(S극) →영구자석편(76c)(N극) →요크(75) →영구자석편 (76b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로만이 형성되고, 가동부재(76)는 다시 아래 쪽의 작동위치를 향하여 이동된다.
이 가동부재(76)의 작동위치로의 이동에 의하여 한쪽 끝부(76a)에 연결된 배기밸브(50)는 배기포트(32)를 개방상태(밸브 개방위치)로 위치를 부여받게 된다.
상기한 바와 같이 흡기밸브(40)를 구동하는 전자 엑츄에이터(60)와 배기밸브 (50)를 구동하는 전자 엑츄에이터(70)는 대략 동일한 구성을 하고 있고, 부품의 공용화가 행하여지고 있다. 따라서 이 부품의 공용화에 의하여 비용의 저감을 행할 수 있다.
또한 이들 전자 엑츄에이터(60, 70)의 구동에 있어서는 크랭크샤프트의 회전각도를 검출하는 크랭크각 센서, 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서, 흡기의 압력을 검출하는 흡기압센서, 흡기의 유량을 검출하는 에어플로우센서, 배기매니폴드 (90)내에 있어서의 산소의 양을 검출하는 산소센서 등의 여러가지 센서에 의하여 검출된 정보에 의거하여 먼저 엔진의 운전상태가 판단되고, 이 판단정보와 ROM 등의 기억수단에 미리 기억된 구동맵 등에 의거하여 제어부(CPU)로부터 소정의 제어신호를 출력되고, 이 출력된 제어신호에 의하여 소정의 타이밍에서 구동되게 된다.
배기매니폴드(90)는 그 한쪽 끝부(91)가 볼트, 너트 등에 의하여 실린더헤드(30)에 연결되어 배기포트(32)와 배기통로(90a)가 연통되어 있어, 배기밸브(50)의 개방(밸브개방)에 의하여 배기(연소가스)가 배기포트(32)를 통하여 배기통로(90a)에 배출된다. 또 배기매니폴드(90)의 다른쪽 끝부(도시 생략)는 촉매장치 등을 거쳐 머플러에 접속되어 있다. 다시 배기매니폴드(90)의 도중에는 분기배기관(92)이 형성되어 있고, 그 단부(93)가 실린더블록(10)에 형성된 플랜지부(12)에 대하여 볼트, 너트 등에 의하여 연결되어 실린더 보어(11)와 연통하는 바이패스 배기포트 (12a)와 그 분기통로(92a)가 연통되어 있다.
상기 바이패스 배기포트(12a)는 피스톤(20)이 하사점(BDC)에 위치할 때에 실린더 보어(11)가 분기통로(92a), 즉 배기통로(90a)와 연통되는 위치에 형성되어 있다. 여기서 이 바이패스 배기포트(12a)를 형성하는 위치는 도 1에 나타내는 바와 같이 하사점(BDC)에 위치하는 피스톤(20)의 상면(21)과 바이패스 배기포트(12a)의 아래쪽 내벽면(12a')이 동일면이 되는 위치, 또는 바이패스 배기포트(12a)의 아래쪽 내벽면(12a')이 피스톤(20)의 상면(21)보다도 약간 위쪽으로 편의한 위치 등, 피스톤 (20)의 하사점(BDC) 근방에 위치하는 영역이면 좋다. 또 바이패스 배기포트(12a)의 단면형상으로서는 원형형상, 또는 피스톤(20)의 왕복운동방향에 대하여 직교하는 방향으로 편평한 타원형상 등을 채용할 수 있다.
이들 바이패스 배기포트(12a) 및 분기통로(92a)에 의하여 실린더 보어(11)와 배기통로(90a)를 연통하는 바이패스 배기통로가 형성되어 있고, 이 바이패스 배기포트(12a)를 획정하는 실린더 블록(10)의 일부 및 분기배기관(92)에 의하여 바이패스 배기통로를 획정하는 바이패스 배기관(100)이 형성되어 있다. 또한 상기 분기배기관 (92)은 배기매니폴드(90)와 일체적으로 형성되어 있으나, 다른체로서 형성하여 나중에 배기매니폴드에 연결하는 구성이어도 좋다.
다음에 본 발명의 배기제어장치를 구비한 엔진의 동작에 대하여 설명한다.
먼저 흡기행정에 있어서는 전자 엑츄에이터(60)의 코일(63)에 소정의 전류가 공급되어 그 가동부재(66)가 흡기밸브(40)를 개방위치로 이동시킨다. 그렇게 하면 흡기포트(31)로부터 실린더 보어(11)내에 새로운 공기 및 분무연료가 충전되고, 그 후 코일(63)에의 통전방향이 반전되어 가동부재(66)는 정지위치를 향하고, 흡기밸브 (40)를 폐쇄위치로 이동시킨다.
그리고 압축행정에 있어서, 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하여 이동하고, 소정의 타이밍에서 점화플러그에 의하여 혼합기가 점화되어 팽창행정으로 이행한다.
팽창행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)을 향하여 이동하고, 이 운동에너지가 크랭크샤프트의 회전력으로 변환된다.
계속해서 배기행정에 있어서는 피스톤(20)이 하사점(BDC)근방에 위치할 때, 실린더 보어(11)와 배기매니폴드(90)는 바이패스 배기관(100)을 거쳐 연통하고 있기 때문에, 먼저 이 바이패스 배기관(100)을 통하여 고압의 연소가스(배기)가 배기매니폴드(90)를 향하여 배출된다. 즉 배기밸브(50)에 의하여 개폐되는 배기포트(32)를 지나는 일 없이, 실린더 보어(11)로부터 배기매니폴드(90)에 직접 배출되게 된다.
그리고 피스톤(20)이 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하여 상승함에 따라 소정의 타이밍에서 전자 엑츄에이터(70)의 코일(73)에 소정의 전류가 공급되어 그 가동부재(76)가 배기밸브(50)를 개방위치로 이동시킨다. 이 때 피스톤(20)이 상승하여, 그 상면(21)이 바이패스 배기포트(12a)의 위쪽 내벽면(12a'')보다 위쪽으로 이동하면 바이패스 배기관(100)으로부터의 연소가스의 배출은 차단되고, 배기포트 (32)로부터 배기매니폴드(90)를 향하여 연소가스가 배출되게 된다.
그런데 전자 엑츄에이터(70)에 의하여 배기밸브(50)가 개방방향으로 구동되는 시점에서는 바이패스 배기관(100)을 통하여 이미 연소가스의 일부가 배출되고 있기때문에, 배기밸브(50)를 폐쇄방향으로 가압하는 연소가스의 잔압은 낮아져 있다. 따라서 전자 엑츄에이터(70)에 가해지는 부하는 그 만큼 경감되어 있어, 배기밸브 (50)는 이 전자 엑츄에이터(70)에 의하여 소정의 타이밍에서 확실하게 개방된다. 이에 의하여 연소가스는 배기포트(32)를 거쳐 배기매니폴드(90)를 향하여 확실하게 배출되게 된다.
또한 전자 엑츄에이터(70)의 고장 등에 의하여, 가령 배기밸브(50)가 개방되지 않게 되었을 경우에도 바이패스 배기관(100)을 통하여 연소가스의 일부가 확실하게 배출되기 때문에 림프홈기능을 확보할 수 있다.
도 3은 다른 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 엔진을 나타내는 것이고, 도 1에 나타내는 실시형태에 대하여 제어밸브가 설치된 이외는 동일한 구성으로 되어 있다. 이 실시형태에 관한 엔진의 배기매니폴드(110)는 그 한쪽 끝부(111)가 볼트, 너트 등에 의하여 실린더헤드(30)에 연결되어, 배기포트(32)와배기통로 (110a)가 연통되고 있고, 배기밸브(50)의 개방(밸브개방)에 의하여 배기(연소가스)가 배기포트(32)를 통하여 배기통로(110a)에 배출된다. 또 배기매니폴드(110)의 다른쪽 끝부(도시 생략)는 촉매장치 등을 거쳐 머플러에 접속되어 있다.
또한 배기매니폴드(110)의 도중에는 분기배기관(112)이 형성되어 있고, 그 끝부(113)가 실린더블록(10)에 형성된 플랜지부(12)에 대하여, 볼트, 너트 등에 의하여 연결되어 있다. 또 분기배기관(112)에 의하여 획정되는 분기통로(112a)의 도중에는 칸막이벽(114)이 설치되고, 이 칸막이벽(114)을 경계로 2개의 개구부(115, 116)가 형성되어 있다.
또 분기배기관(112)에는 개구부(115, 116)의 영역에 있어서, 제어밸브(120)를 유지하는 밸브 케이스(130)가 볼트, 너트 등을 사용하여 연결되어 있다. 이 밸브 케이스(130)에는 개구부(115, 116)와 연통하도록 형성된 U 자형상 통로(131), 개구부(115)와 연통하는 쪽에 형성된 밸브 시이트부(132), 제어밸브(120)를 왕복운동 자유롭게 가이드하는 밸브 가이드(133), 제어밸브(120)의 한쪽 끝부에 걸어 맞춰진 가세 스프링(125)을 수납하는 스프링수용부(134) 등이 형성되어 있다.
제어밸브(120)는 그 한쪽 끝부(121)에 걸어 맞춰진 가세 스프링(125)에 의하여 그 밸브부(122)가 밸브 시이트부(132)에 시이트고정하여 U자형상 통로(131)를 항상 차단하도록 가세되어 있다. 즉 이 제어밸브(120)는 실린더 보어(11)로부터 바이패스 배기포트(2a)를 통하여 배기통로(11Oa)를 향하는 흐름만을 허용하는 체크밸브로서 형성되어 있다.
또 제어밸브(120)는 미리 설정된 가세력을 가지는 가세 스프링(125)에 의하여 폐쇄방향으로 가세되어 있기 때문에 이 제어밸브(120)를 경계로 실린더 보어(11)측 (상류측)의 압력이 배기통로(11Oa)측(하류측)의 압력보다도 소정 레벨 이상 커졌을 때, 그 압력차에 의하여 제어밸브(120)가 개방하도록 되어 있다. 여기서 가세 스프링(125)의 가세력은 예를 들면 피스톤(20)이 하사점(BDC) 근방에 위치할 때의 실린더 보어(11)내의 잔류압에 의하여 제어밸브(120)를 개방시키는 값에 설정하는 것이 바람직하다.
상기 바이패스 배기포트(12a), 분기통로(92a), U자형상 통로(131)에 의하여 실린더 보어(11)와 배기통로(11Oa)를 연통하는 바이패스 배기통로가 형성되어 있고, 이 바이패스 배기포트(12a)를 획정하는 실린더 블록(10)의 일부 및 분기배기관 (112)에 의하여 바이패스 배기통로를 획정하는 바이패스 배기관(140)이 형성되어 있다. 또한 상기 분기배기관(112)은 배기매니폴드(110)와 일체적으로 형성되어 있으나, 별체로서 형성하고, 다음에 배기매니폴드에 연결하는 구성이어도 좋다.
다음에 이 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 엔진의 동작에 대하여 설명한다. 먼저 흡기행정에 있어서는 전자엑츄에이터(60)의 코일(63)에 소정의 전류가 공급되어, 그 가동부재(66)가 흡기밸브(40)를 개방위치에 이동시킨다. 그러면 흡기포트(31)로부터 실린더 보어(11)내에 새로운 공기 및 분무연료가 충전되고, 그후 코일(63)에의 통전방향이 반전되어 가동부재(66)는 정지위치를 향하여 흡기밸브 (40)를 폐쇄위치로 이동시킨다.
이 흡기행정에 있어서는 제어밸브(120)는 개방하지 않도록 가세 스프링(125)에 의하여 가세되어 있다. 따라서 실린더 보어(11)내에 유도된 새로운 공기 및 분무연료는 배기통로(110a)측으로 빠지는 일 없이 확실하게 실린더 보어(11)내에 모여진다.
그리고 압축행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하여 이동하고, 소정의 타이밍에서 점화플러그에 의하여 혼합기가 점화되어 팽창행정으로 이행한다.
팽창행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)을 행하여 이동하여 이 운동에너지가 크랭크샤프트의 회전력으로 변환된다.
계속해서 배기행정에 있어서는 피스톤(20)이 하사점(BDC) 근방에 위치할 때, 연소가스의 잔압에 의하여 제어밸브(120)는 가세스프링(125)의 가세력에 저항하여 개방된다. 이에 의하여 실린더 보어(11)와 배기매니폴드(110)는 바이패스 배기관 (140)을 거쳐 연통한 상태가 되어, 먼저 이 바이패스 배기관(140)을 통하여 고압의 연소가스(배기)가 배기매니폴드(110)를 향해서 배출된다. 즉 배기밸브(50)에 의하여 개폐되는 배기포트(32)를 지나는 일 없이 실린더 보어(11)로부터 배기매니폴드 (110)에 직접 배출되게 된다. 그리고 실린더 보어(11)내의 잔압이 소정 레벨 이하가 되면 가세 스프링(125)의 가세력에 의하여 제어밸브(120)는 폐쇄위치, 즉 정지위치로 이동하여 바이패스 배기통로를 차단한다.
계속해서 피스톤(20)이 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하여 상승함에 따라 소정의 타이밍에서 전자엑츄에이터(70)의 코일(73)에 소정의 전류가 공급되어그 가동부재(76)가 배기밸브(50)를 개방위치로 이동시킨다. 그리고 개방된 배기포트(32)로부터 배기매니폴드(110)를 향하여 연소가스(배기)가 배출되게 된다. 또한 피스톤(20)이 상승할 때에 그 상면(21)이 바이패스 배기포트(12a)의 위쪽 내벽면 (12a'')보다 위쪽으로 이동한 시점에서 바이패스 배기관(140)으로부터의 연소가스의 배출이 차단되게 되기 때문에, 이후에 제어밸브(120)가 폐쇄되도록 가세 스프링 (125)의 가세력을 설정하여도 좋다.
그런데 전자엑츄에이터(70)에 의하여 배기밸브(50)가 개방방향으로 구동되는 시점에서는 바이패스배기관(140)을 통하여 이미 연소가스의 일부가 배출되고 있기 때문에, 배기밸브(50)를 폐쇄방향으로 가압하는 연소가스의 잔압은 낮아져 있다. 따라서 상기한 실시형태와 마찬가지로 전자엑츄에이터(70)에 가해지는 부하는 그 만큼 경감되어 있어, 배기밸브(50)는 이 전자구동 엑츄에이터(70)에 의하여 소정의 타이밍에서 확실하게 개방된다. 이에 의하여 연소가스는 배기포트(32)를 거쳐 배기매니폴드(110)를 향하여 확실하게 배출되게 된다.
또한 전자엑츄에이터(70)의 고장 등에 의하여 가령 배기밸브(50)가 개방되지 않게 된 경우에도 바이패스배기관(140)을 통하여 연소가스의 일부가 확실하게 배출되기 때문에 상기한 실시형태와 마찬가지로 림프홈기능을 확보할 수 있다.
도 4는 또 다른 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 엔진을 나타내는 것이고, 도 3에 나타내는 실시형태에 대하여 제어밸브를 엔진의 운전상태에 따른 제어신호에 의하여 개폐구동하도록 한 이외는 동일한 구성으로 되어 있다.
이 실시형태에 관한 엔진의 배기매니폴드(210)는 그 한쪽 끝부(211)가 볼트,너트 등에 의하여 실린더헤드(30)에 연결되어 배기포트(32)와 배기통로(210a)가 연통되어 있고, 배기밸브(50)의 개방(밸브개방)에 의하여 배기(연소가스)가 배기포트 (32)를 통하여 배기통로(210a)에 배출된다. 또 배기매니폴드(210)의 다른쪽 끝부(도시 생략)는 촉매장치 등을 거쳐 머플러에 접속되어 있다.
또한 배기매니폴드(210)의 도중에는 분기배기관(212)이 형성되어 있고, 그 끝부(213)가 실린더블록(10)에 형성된 플랜지부(12)에 대하여 볼트, 너트 등에 의하여 연결되어 있다. 또 분기배기관(212)에 의하여 획정되는 분기통로(212a)의 도중에는 칸막이벽(214)을 경계로 2개의 개구부(215, 216)가 형성되어 있다.
또 분기배기관(212)에는 개구부(215, 216)의 영역에 있어서 다이어프램형 밸브(230)가 볼트, 너트 등을 사용하여 연결되어 있다. 이 다이어프램형 밸브(230)는 개구부(215, 216)에 연통하도록 형성된 U자형상 통로(231), 개구부(215)와 연통하는 측에 형성된 밸브시이트부(232), 밸브시이트부(232)에 대하여 시이트고정 및 이탈하여 U자형상 통로(231)의 개폐를 행하는 제어밸브(233), 제어밸브(233)를 왕복운동 자유롭게 가이드하는 밸브 가이드(234), 제어밸브(233)의 한쪽 끝부에 연결된 다이어프램(235) 및 이 다이어프램(235)을 사이에 두고 바깥쪽으로부터 가세력을 미치는 가세 스프링(236)를 수납하는 수용부(237), 수용부(237)를 덮는 캡(238), 이 갭 (238)에 설치되어 다이어프램(235)과 캡(238)에 의하여 획정되는 공간과 연통하는 파이프(239) 등에 의하여 구성되어 있다.
제어밸브(233)는 미리 설정된 가세력을 가지는 가세 스프링(236)에 의하여 그 밸브부(233a)가 밸브 시이트부(232)에 시이트고정하여 U자형상 통로(231)를 항상 차단하도록 가세되어 있다. 즉 이 제어밸브(233)는 실린더 보어(11)로부터 바이패스 배기포트(12a)를 통하여 배기통로(21Oa)를 향하는 흐름만을 허용하는 체크밸브로서 형성되어 있다.
또 파이프(239)에는 고무호스 등의 연결파이프를 거쳐 진공펌프 등의 감압수단(도시 생략)이 접속되어 있고, 이 감압수단은 제어부로부터 출력되는 엔진의 운전상태에 따른 제어신호에 의거하여 구동되도록 되어 있다.
여기서 가세 스프링(236)의 가세력은 예를 들면 제어밸브(233)를 경계로 실린더 보어(11)측(상류측)의 압력과 배기통로(210a)측(하류측)의 압력과의 압력차가 최대가 되어도 제어밸브(233)가 개방하지 않게 되는 값으로 설정되어 있다. 그리고 감압수단을 구동시켜 다이어프램(235)을 적절히 이동시킴으로써 엔진의 운전상태에 따른 소망의 타이밍에서 제어밸브(233)가 개방되도록 되어 있다.
상기 바이패스 배기포트(12a), 분기통로(212a), U자형상 통로(231)에 의하여 실린더 보어(11)와 배기통로(210a)를 연통하는 바이패스 배기통로가 형성되어 있고, 이 바이패스 배기포트(12a)를 획정하는 실린더블럭(10)의 일부 및 분기배기관 (212)에 의하여 바이패스 배기통로를 획정하는 바이패스 배기관(240)이 형성되어 있다. 또한 상기 분기배기관(212)은 배기매니폴드(210)와 일체적으로 형성되어 있으나, 별체로서 형성하여 나중에 배기매니폴드에 연결하는 구성이어도 좋다.
다음에 이 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 엔진의 동작에 대하여 설명한다. 먼저 흡기행정에 있어서는 전자엑츄에이터(60)의 코일(63)에 소정의 전류가 공급되어 그 가동부재(66)가 흡기밸브(40)를 개방위치로 이동시킨다. 그렇게하면 흡기포트(31)로부터 실린더 보어(11)내에 새로운 공기 및 분무연료가 충전되고, 그후 코일(63)에의 통전방향이 반전되어 가동부재(66)는 정지위치를 향하여 흡기밸브(40)을 폐쇄위치로 이동시킨다.
이 흡기행정에 있어서는 감압수단은 구동되지 않고, 제어밸브(233)는 폐쇄위치에 유지되어 있다. 따라서 실린더 보어(11)내로 유도된 새로운 공기 및 분무연료는 배기통로(210a)측으로 빠지는 일 없이, 확실하게 실린더 보어(11)내에 모아진다.
그리고 압축행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하여 이동하여 소정의 타이밍에서 점화플러그에 의하여 혼합기가 점화되어 팽창행정으로 이행한다.
팽창행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)을 향하여 이동하고, 이 운동에너지가 크랭크샤프트의 회전력으로 변환된다.
계속해서 배기행정에 있어서는 피스톤(20)이 하사점(BDC) 근방에 위치할 때, 엔진의 운전상태에 따른 제어신호가 제어부로부터 출력되어 감압수단이 구동되어, 다이어프램(235)이 가세 스프링(236)의 가세력에 저항하여 작동하여, 제어밸브 (233)가 개방된다. 이에 의하여 실린더 보어(11)와 배기매니폴드(210)는 바이패스 배기관(240)을 거쳐 연통한 상태가 된다. 그리고 먼저 이 바이패스 배기관(240)을 통하여 고압의 연소가스(배기)가 배기매니폴드(210)를 향하여 배출된다.
즉, 배기밸브(50)에 의하여 개폐되는 배기포트(32)를 지나는 일 없이, 실린더 보어(11)로부터 배기매니폴드(210)로 직접 배출되게 된다. 그리고 실린더 보어 (11)내의 잔압이 소정 레벨 이하가 되면 감압수단의 구동이 정지되어, 가세 스프링 (236)의 가세력에 의하여 제어밸브(233)는 폐쇄위치, 즉 정지위치로 이동하여 바이패스 배기통로를 차단한다.
계속해서 피스톤(20)이 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하여 상승함에 따라 소정의 타이밍에서 전자엑츄에이터(70)의 코일(73)에 소정의 전류가 공급되어 그 가동부재(76)가 배기밸브(50)를 개방위치로 이동시킨다. 그리고 개방된 배기포트(32)로부터 배기매니폴드(210)를 향하여 연소가스(배기)가 배출되게 된다. 또한 피스톤(20)이 상승할 때에 그 상면(21)이 바이패스 배기포트(12a)의 위쪽 내벽면 (12a'')보다 위쪽으로 이동한 시점에서 바이패스 배기관(240)으로부터의 연소가스의 배출이 차단되게 되기 때문에 이후에 감압수단의 구동이 정지되어 제어밸브(233)가 폐쇄되도록 설정하여도 좋다.
그런데 전자엑츄에이터(70)에 의하여 배기밸브(50)가 개방방향으로 구동되는 시점에서는 바이패스 배기관(240)을 통하여 이미 연소가스의 일부가 배출되어 있기때문에 배기밸브(50)를 폐쇄방향으로 가압하는 연소가스의 잔압은 낮아져 있다. 따라서 상기한 실시형태와 마찬가지로 전자엑츄에이터(70)에 가해지는 부하는 그 만큼 경감되어 있어, 배기밸브(50)는 이 전자엑츄에이터(70)에 의하여 소정의 타이밍에서 확실하게 개방된다. 이에 의하여 연소가스는 배기포트(32)를 거쳐 배기매니폴드 (210)를 향하여 확실하게 배출되게 된다.
또한 상기한 실시형태와 마찬가지로 전자엑츄에이터(70)의 고장 등에 의하여가령 배기밸브(50)가 개방되지 않게 된 경우에도 바이패스 배기관(240)을 통하여 연소가스의 일부가 확실하게 배출되기 때문에 림프홈기능을 확보할 수 있다.
도 5는 또 다른 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 엔진을 나타내는 것이고, 도 4에 나타내는 실시형태에 대하여 제어밸브의 구동원으로서 전자력을 채용한 이외는 동일한 구성으로 되어 있다.
이 실시형태에 관한 엔진에서는 도 4에 나타내는 실시형태와 동일한 배기매니폴드(210) 및 분기배기관(212)이 설치되어 있다. 그리고 분기배기관(212)에는 개구부(215, 216)의 영역에 있어서, 전자구동형 밸브(330)가 볼트, 너트 등을 사용하여 연결되어 있다.
이 전자구동형 밸브(330)는 도 5에 나타내는 바와 같이 개구부(215, 216)에 연통하도록 형성된 U자형상 통로(331), 개구부(215)와 연통하는 측에 형성된 밸브시이트부(332), 밸브시이트부(332)에 대하여 시이트고정 및 이탈하여 U자형상 통로 (331)의 개폐를 행하는 제어밸브(333), 제어밸브(333)를 왕복운동 자유롭게 가이드하는 밸브 가이드(334), 제어밸브(333)의 한쪽 끝부에 걸어 맞춰지도록 배치된 가세 스프링(335), 제어밸브(333)의 한쪽 끝부의 둘레에 배치된 전자엑츄에이터(336) 등에 의하여 구성되어 있다.
제어밸브(333)는 미리 설정된 가세력을 가진 가세 스프링(335)에 의하여 그 밸브부(333a)가 밸브시이트부(332)에 시이트고정되어 U자형상 통로(331)를 항상 차단하도록 가세되어 있다. 즉, 이 제어밸브(333)는 실린더 보어(11)로부터 바이패스 배기포트(12a)를 통하여 배기통로(21Oa)를 향하는 흐름만을 허용하는 체크밸브로서 형성되어 있다.
여기서 가세 스프링(335)의 가세력은 예를 들면 제어밸브(333)를 경계로 실린더 보어(11)측(상류측)의 압력과 배기통로(210a)측(하류측)의 압력과의 압력차가 최대가 되어도 제어밸브(333)가 개방하지 않는 값으로 설정되고, 또한 피스톤(20)이 배기행정의 하사점(BDC) 근방에 위치할 때에 실린더 보어(11)내의 잔압에 의한 푸시 개방력과 아울러 전자엑츄에이터(336)에 비교적 작은 전류를 흘릴 뿐으로 제어밸브 (333)를 개방시킬 수 있는 값으로 설정되어 있다. 그리고 전자엑츄에이터(336)를 적절하게 구동시킴으로써 엔진의 운전상태에 따른 소망의 타이밍에서, 제어밸브 (333)가 개방되도록 되어 있다.
또 제어밸브(333)에는 도 6에 나타내는 바와 같이 전자엑츄에이터(336)에 둘러싸이는 영역에 있어서, 영구 자석편(333b, 333c)이 고정되어 있고, 이 영구 자석편 (333b, 333c)은 도 6에 나타내는 바와 같이 각각의 착자면의 극성이 서로 역방향이 되도록, 즉 영구자석편(333b)의 착자면이 N극 →S극의 배열에 대하여 영구자석편 (333c)의 착자면이 S극 →N극의 배열이 되도록 형성되어 있다.
전자엑츄에이터(336)는 자로를 형성하는 단면 대략 C자형상의 요크(336a), 이 요크(336a)의 안쪽에 배치된 수지 등의 비자성재료로 이루어지는 보빈(336b), 이 보빈(336b)에 대하여 고리형상으로 두루 감긴 여자용 코일(336c), 보빈(336b)의 중앙부에 배치된 코어(336d), 코일(336c) 에의 통전에 의하여 자극이 형성되는 3개의 자극부(336e, 336f, 336g), 이들 자극부(336e, 336f, 336g)와 협동하여 소정의 간극 (D)을 획정하도록 배치된 자로를 형성하는 요크(336h), 자기갭(336j, 336k)등에 의하여 구성되어 있다.
상기 구성을 이루는 전자엑츄에이터(336)에 있어서는 코일(336c)에 전류가 공급되고 있지 않은 상태에서 자기갭(336j, 336k)의 자기저항이 영구자석편(333b, 333c)의 자력에 대하여 크기 때문에 영구자석(333b)(N극) →자극부(336g) → 코어(336d) →요크(336a) →자극부(336f) →영구자석(333c)(S극) →영구자석편 (333c)(N극) →요크(336h) →영구자석편(333b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로가 형성되고, 도 6에 나타내는 바와 같이 제어밸브(333)는 위쪽의 정지위치에 편의하여 위치부여된다. 이 정지위치에 제어밸브(333)가 위치할 때, 그 밸브부(333a)가 밸브시이트부(332)에 시이트고정하여 제어밸브(333)는 U자형상 통로(331)를 차단한 상태로 되어 있다.
한편 코일(336c)에 대하여 소정방향으로 소정 레벨의 전류가 공급되면 자기 갭(336j, 336k)에도 자속이 통하여, 영구자석편(333b)(N극) →자기갭(336k) →자극부(336e) →요크(336a) →자기갭(336j) →요크(336a) →코어(336d) →자극부(336g) →영구자석편(333C)(S극) →영구자석편(333C)(N극) →요크(336h) →영구자석편 (333b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로와, 영구자석편(333b)(N극) →자기갭(336k) →자극부 (336e) →요크(336a) →자기갭(336j) →요크(336a) →자극부(336f) →영구자석편 (333c)(S극) →영구자석편(333c)(N극) →요크(336h) →영구자석편(333b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로가 형성되어, 제어밸브(333)는 개방방향(도 6에 있어서 아래쪽)으로 이동된다.
다시 코일(336c)에 공급하는 전류를 크게 하면 영구자석편(333b)(N극) →자기 갭(336k) →자극부(336e) →요크(336a) →자기갭(336j) →요크(336a) →코어(336d) →자극부(336g) →영구자석편(333c)(S극) →영구자석편(333c)(N극) →요크(336h) →영구자석편(333b)(S극)이라는 경로를 거치는 자로만이 형성되어, 제어밸브(333)는다시 개방방향으로 이동된다.
이 실시형태에 있어서는 상기 바이패스 배기포트(12a), 분기통로(212a), U자형상 통로(331)에 의하여 실린더 보어(11)와 배기통로(21Oa)를 연통하는 바이패스 배기통로가 형성되어 있고, 이 바이패스 배기포트(12a)를 획정하는 실린더블럭(10)의 일부 및 분기배기관(212)에 의하여 바이패스 배기통로를 획정하는 바이패스 배기관(340)이 형성되어 있다.
다음에 이 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 엔진의 동작에 대하여 설명한다. 먼저, 흡기행정에 있어서는 전자엑츄에이터(60)의 코일(63)에 소정의 전류가 공급되어, 그 가동부재(66)가 흡기밸브(40)을 개방위치로 이동시킨다. 그렇게 하면 흡기포트(31)로부터 실린더 보어(11)내에 새로운 공기 및 분무연료가 충전되고, 그후 코일(63)에의 통전방향이 반전되어 가동부재(66)는 정지위치를 향하여 흡기밸브(40)를 폐쇄위치로 이동시킨다.
이 흡기행정에 있어서는 전자엑츄에이터(336)는 구동되지 않고, 제어밸브 (333)는 폐쇄위치에 유지되어 있다. 따라서 실린더 보어(11)내에 유도된 새로운 공기 및 분무연료는 배기통로(210a)측으로 빠지는 일 없이, 확실하게 실린더 보어 (11)내에 고이게 된다.
그리고 압축행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하여 이동하고, 소정의 타이밍에서 점화플러그에 의하여 혼합기가 점화되어 팽창행정으로 이행한다.
팽창행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)을 향하여 이동하고, 이 운동에너지가 크랭크샤프트의 회전력으로 변환된다.
계속해서 배기행정에 있어서는 피스톤(20)이 하사점(BDC) 근방에 위치할 때, 엔진의 운전상태에 따른 제어신호가 제어부로부터 출력되어 전자엑츄에이터(336)가 구동되어, 가세 스프링(335)의 가세력에 저항하여 제어밸브(333)가 개방된다. 이에 의하여 실린더 보어(11)와 배기매니폴드(210)는 바이패스 배기관(340)을 거쳐 연통한 상태가 된다. 그리고 먼저 이 바이패스 배기관(340)을 통하여 고압의 연소가스 (배기)가 배기매니폴드(210)를 향하여 배출된다.
즉, 배기밸브(50)에 의하여 개폐되는 배기포트(32)를 지나는 일 없이, 실린더 보어(11)로부터 배기매니폴드(210)로 직접 배출되게 된다. 그리고 실린더 보어 (11)내의 잔압이 소정 레벨 이하가 되면 전자엑츄에이터(336)에의 통전이 차단되어 가세 스프링(335)의 가세력에 의하여 제어밸브(333)는 폐쇄위치, 즉 정지위치로 이동하여 바이패스 배기통로를 차단한다.
계속해서 피스톤(20)이 하사점(BDC)영역으로부터 상사점(TDC)을 향하여 상승함에 따라 소정의 타이밍에서 전자엑츄에이터(70)의 코일(73)에 소정의 전류가 공급되어, 그 가동부재(76)가 배기밸브(50)를 개방위치로 이동시킨다. 그리고 개방된 배기포트(32)로부터 배기매니폴드(210)를 향하여 연소가스(배기)가 배출되게 된다. 또한, 피스톤(20)이 상승할 때에 그 상면(21)이 바이패스 배기포트(12a)의 위쪽 내벽면 (12a'')보다 위쪽으로 이동한 시점에서 바이패스 배기관(340)으로부터의 연소가스의 배출이 차단되게 되기 때문에, 이후에 전자엑츄에이터(336)에의 통전을 중지하여 제어밸브(333)가 폐쇄되도록 설정하여도 좋다.
그런데 전자엑츄에이터(70)에 의하여 배기밸브(50)가 개방방향으로 구동되는 시점에서는 바이패스 배기관(340)을 통하여 이미 연소가스의 일부가 배출되고 있기때문에 배기밸브(50)를 폐쇄방향으로 가압하는 연소가스의 잔압은 낮아져 있다. 따라서 상기한 실시형태와 마찬가지로 전자엑츄에이터(70)에 가해지는 부하는 그 만큼 경감되어 있어, 배기밸브(50)는 이 전자엑츄에이터(70)에 의하여 소정의 타이밍에서 확실하게 개방된다. 이에 의하여 연소가스는 배기포트(32)를 거쳐 배기매니폴드 (210)를 향하여 확실하게 배출되게 된다.
또한 상기한 실시형태와 마찬가지로 전자엑츄에이터(70)의 고장 등에 의하여 가령 배기밸브(50)가 개방되지않게 된 경우에도 바이패스 배기관(340)을 통하여 연소가스의 일부가 확실하게 배출되기 때문에 림프홈기능을 확보할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시형태에 관한 배기제어장치를 구비한 엔진을 나타내는 것으로, 도 1에 나타내는 실시형태에 대하여, 엔진의 운전상태에 따라 개폐구동되는 제어밸브가 설치된 이외는 동일한 구성으로 되어 있다. 이 실시형태에 관한 엔진의 배기매니폴드(90)의 도중에는 도 1에 나타내는 실시형태와 마찬가지로 분기배기관 (92)이 형성되어 있고, 그 끝부(93)가 실린더블록(10)에 형성된 플랜지부(12)에 대하여 볼트, 너트 등에 의하여 연결되어 있다. 그리고 실린더 보어(11)와 연통하는 바이패스 배기포트(12a)와 그 분기통로(92a)가 연통되어 바이패스 배기통로가 형성되어 있다.
이 분기배기관(92)의 도중에는 바이패스 배기통로[바이패스 배기포트(12a) 및 분기통로(92a)]를 개폐 제어하는 제어밸브로서의 버터플라이밸브(430)가 개폐 자유롭게 배치되어 있다. 이 버터플라이밸브(430)는 분기관(92)의 외벽(또는 별개로 설치된 스페이서벽)에 회동 자유롭게 지지된 샤프트(431)와, 이 샤프트(431)에 고정되어 윤곽이 대략 타원형상을 이루는 밸브체(432)와, 이 밸브체(432)가 분기통로 (92a)를 폐쇄하는 방향으로 항상 가세력을 미치는 리턴 스프링(도시 생략)과, 샤프트(431)에 직결된 토오크모터(도시 생략) 등에 의하여 구성되어 있다.
다음에 이 실시형태에 의한 배기제어장치를 구비한 엔진의 동작에 대하여 설명한다. 먼저 흡기행정에 있어서는 전자엑츄에이터(60)의 코일(63)에 소정의 전류가 공급되어, 그 가동부재(66)가 흡기밸브(40)를 개방위치로 이동된다. 그렇게 하면 흡기포트(31)로부터 실린더 보어(11)내에 새로운 공기 및 분무연료가 충전되고, 그후 코일(63)에의 통전방향이 반전되어 가동부재(66)는 정지위치를 향하고, 흡기밸브(40)를 폐쇄위치로 이동시킨다.
이 흡기행정에 있어서는 토오크모터는 구동되지 않고, 밸브체(432)는 폐쇄위치에 유지되어 있다. 따라서 실린더 보어(11)내로 유도된 새로운 공기 및 분무연료는 배기통로(90a)측으로 빠지는 일 없이, 확실하게 실린더 보어(11)내에 모이게 된다.
그리고 압축행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 하사점(BDC)으로부터 상사점(TDC)을 향하여 이동하고, 소정의 타이밍에서 점화플러그에 의하여 혼합기가 점화되어 팽창행정으로 이행한다.
팽창행정에 있어서는 피스톤(20)이 실린더 보어(11)내를 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC)을 향하여 이동하고, 이 운동에너지가 크랭크샤프트의 회전력으로 변환된다.
계속해서 배기행정에 있어서는 피스톤(20)이 하사점(BDC) 근방에 위치할 때, 엔진의 운전상태에 따른 제어신호가 제어부로부터 출력되어 토오크모터가 구동되어, 리턴 스프링의 가세력에 저항하여 밸브체(432)가 개방한다. 이에 의하여 실린더 보어(11)와 배기매니폴드(90)는 바이패스 배기관(100)을 거쳐 연통한 상태가 된다. 그리고 먼저 이 바이패스 배기관(100)을 통하여 고압의 연소가스(배기)가 배기매니폴드(90)를 향하여 배출된다.
즉, 배기밸브(50)에 의하여 개폐되는 배기포트(32)를 지나는 일 없이, 실린더 보어(11)로부터 배기매니폴드(90)에 직접 배출되게 된다. 그리고 실린더보어(11)내의 잔압이 소정 레벨 이하가 되면, 토오크모터의 구동이 정지되고, 리턴 스프링의 가세력에 의하여 밸브체(432)는 폐쇄위치, 즉 정지위치로 이동하여 바이패스 배기통로를 차단한다.
계속해서 피스톤(20)이 하사점(BDC)영역으로부터 상사점(TDC)을 향하여 상승함에 따라 소정의 타이밍에서 전자엑츄에이터(70)의 코일(73)에 소정의 전류가 공급되어 그 가동부재(76)가 배기밸브(50)를 개방위치로 이동시킨다. 그리고 개방된 배기포트(32)로부터 배기매니폴드(90)를 향하여 연소가스(배기)가 배출되게 된다.또한 피스톤(20)이 상승할 때에 그 상면(21)이 바이패스 배기포트(12a)의 위쪽 내벽면 (12a'')보다 위쪽으로 이동한 시점에서 바이패스 배기관(100)으로부터의 연소가스의 배출이 차단되게 되기 때문에, 이후에 토오크모터의 구동을 정지하여 밸브체(432)가 폐쇄되도록 설정하여도 좋다.
그런데, 전자엑츄에이터(70)에 의하여 배기밸브(50)가 개방방향으로 구동되는 시점에서는 바이패스 배기관(100)을 통하여 이미 연소가스의 일부가 배출되고 있기 때문에, 배기밸브(50)를 폐쇄방향으로 가압하는 연소가스의 잔압은 낮아져 있다. 따라서 상기한 실시형태와 마찬가지로 전자엑츄에이터(70)에 가해지는 부하는 그 만큼 경감되어 있고, 배기밸브(50)는 이 전자엑츄에이터(70)에 의하여 소정의 타이밍에서 확실하게 개방된다. 이에 의하여 연소가스는 배기포트(32)를 거쳐 배기매니폴드(90)를 향하여 확실하게 배출되게 된다.
또한 상기한 실시형태와 마찬가지로, 전자엑츄에이터(70)의 고장 등에 의하여 가령 배기밸브(50)가 개방하지 않게 된 경우에도 바이패스 배기관(100)을 통하여 연소가스의 일부가 확실하게 배출되기 때문에, 림프홈기능을 확보할 수 있다.
이상 설명한 실시형태에 있어서는, 흡기밸브(40)도 전자엑츄에이터(60)에 의하여 구동되는 구성으로 하였으나, 흡기밸브(40)를 다른 구동수단에 의하여 구동하는 구성에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 내연기관의 배기제어장치에 의하면, 적어도 배기밸브를 전자 구동기구에 의하여 개폐 구동하도록 한 내연기관에 있어서, 배기행정시에 바이패스 배기통로로부터 미리 비교적 고압의 연소가스가 배기통로를 향하여 배출되기 때문에, 배기밸브를 폐쇄방향으로 가압하는 연소가스의 잔압은 그 만큼 낮아진다. 따라서 전자 구동기구에 가해지는 부하는 그 만큼 경감되어, 전자 구동기구의 소형화를 행할 수 있다. 또 흡기밸브의 구동에도 전자 구동기구가 사용되는 경우는 부품의 공용화를 행할 수 있다.
또 전자 구동기구에 가해지는 부하가 경감되기 때문에 배기밸브를 소정의 타이밍에서 확실하게 개폐시킬 수 있다.
또 바이패스 배기통로를 개폐하는 제어밸브를 설치한 경우는 예를 들면 흡기행정시에 새로운 공기 및 혼합기 등이 배기통로를 향하여 빠지는 것을 방지할 수 있고, 또한 제어밸브를 체크밸브로 한 경우는 배기통로로부터의 역류를 확실하게 방지할 수 있다.
또한 제어밸브를 내연기관의 운전상태에 따라 개폐하도록 한 경우는, 내연기관의 운전상태에 따라 미세한 배기의 제어를 행할 수 있다.

Claims (5)

  1. 실린더 보어내에 있어서, 상사점과 하사점과의 사이를 왕복운동하는 피스톤과;
    실린더 보어의 위쪽에 위치하는 연소실을 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브와;
    적어도 배기밸브를 전자력에 의하여 개폐 구동하는 전자 구동기구와;
    배기밸브의 개방에 의하여 배출되는 배기를 유도하는 배기통로를 구비한 내연기관의 배기제어장치에 있어서,
    상기 피스톤의 하사점의 영역에 있어서, 상기 실린더 보어와 상기 배기통로를 연통하는 바이패스 배기통로를 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기제어장치.
  2. 실린더 보어내에 있어서, 상사점과 하사점과의 사이를 왕복운동하는 피스톤과;
    실린더 보어의 위쪽에 위치하는 연소실을 개폐하는 흡기밸브 및 배기밸브와;
    적어도 배기밸브를 전자력에 의하여 개폐구동하는 전자 구동기구와;
    배기밸브의 개방에 의하여 배출되는 배기를 유도하는 배기통로를 구비한 내연기관의 배기제어장치에 있어서,
    상기 피스톤의 하사점의 영역에 있어서, 상기 실린더 보어와 상기 배기통로를 연통하는 바이패스 배기통로와;
    상기 바이패스 배기통로의 개폐를 제어하는 제어밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기제어장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어밸브는 상기 실린더 보어로부터 상기 배기통로를 향하는 흐름만을 허용하는 체크밸브인 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기제어장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 제어밸브는 미리 설정된 소정의 가세력에 의하여 폐쇄방향으로 가세되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기제어장치.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어밸브는 내연기관의 운전상태에 따른 제어신호에 의하여 개폐구동되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기제어장치.
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