KR20030048168A - Intake and exhaust valve of open and close apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배기가스를 구동원으로 이용한 흡배기밸브 개폐장치에 관한 것이다.The present invention relates to an intake and exhaust valve opening and closing device using the exhaust gas as a drive source.
연료를 연소시켜 얻은 열에너지를 이용하여 동력을 얻게되는 엔진은 연소실에 연소용 공기를 도입하고, 또 연소후에 발생한 배기가스를 외부로 배출하도록 실린더헤드에 형성한 흡배기포트를 개폐하기 위하여 흡배기밸브를 구비하고 있다.The engine powered by using the heat energy obtained by burning the fuel has an intake and exhaust valve for introducing the combustion air into the combustion chamber and opening and closing the intake and exhaust ports formed in the cylinder head to discharge the exhaust gas generated after combustion. Doing.
통상적으로 흡배기밸브를 구동하는 장치로는 캠을 이용한 밸브개폐장치가 사용되는데, 크랭크축에 연동하여 회전하는 캠축에 의해 캠이 흡배기밸브를 밸브개폐시기에 누르거나 또는 누름을 해제하므로써 흡배기밸브를 개폐하고 있다.Typically, a valve opening and closing device using a cam is used as a device for driving the intake / exhaust valve, and the cam opens and closes the intake / exhaust valve by pressing or releasing the intake / exhaust valve at the time of opening / closing of the valve by a cam shaft rotating in conjunction with the crank shaft. Doing.
그러나 종래의 흡배기밸브 개폐장치는 캠에 의한 기구학적 작동방식이어서 캠의 형상에 의하여 흡배기를 제어하게 되므로 이미 정해진 일정형상의 캠에 의해 효율적인 흡배기 효과를 얻는데 한계가 있을 수 밖에 없었다.However, since the conventional intake and exhaust valve opening and closing device is a kinematic operation method by the cam to control the intake and exhaust according to the shape of the cam, there is no limit to obtaining an efficient intake and exhaust effect by the predetermined cam.
즉,캠에 의한 개폐 방식은 엔진출력 및 효율측면에서 어느정도 고효율을 기대할 수는 있으나 기본적으로 캠의 형상이 고정되어 버리므로 다양한 튜닝을 통한 최적의 흡배기 시스템을 구성하기가 곤란한 것이다.In other words, the opening and closing method by the cam can be expected to some extent high efficiency in terms of engine output and efficiency, but it is difficult to configure the optimum intake and exhaust system through various tuning because the shape of the cam is basically fixed.
또 엔진의 진동 및 소음은 다른 요인들에 의하여 많이 좌우되기는 하나 캠의마찰 및 충격으로 인하여 발생하는 소음도 엔진 소음발생의 중요한 인자가 되고 있다.In addition, although the vibration and noise of the engine are greatly influenced by other factors, the noise generated by the friction and shock of the cam is also an important factor of engine noise generation.
이와같은 캠에 의한 문제를 해결하기 위하여 전자석에 의해 흡배기밸브를 흡착하여 개폐하는 방식이 제안되었으나 전자식 방식의 단점으로는 전자석의 응답 특성상 효과적으로 기구학적인 운동에 대응할 수 없는 문제가 있고, 전자기적인 충격이 실린더헤드에 직접적으로 영향을 미칠 우려가 있어 양산 적용에 다소 문제가 있는게 현실이다.In order to solve the problem caused by the cam, a method of adsorbing and opening and closing the intake and exhaust valve by the electromagnet has been proposed. However, the disadvantage of the electronic system is that the electromagnetic response cannot effectively cope with the kinematic movement. As there is a possibility of directly affecting the cylinder head, the reality is that there is a problem in mass production application.
이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned points, and its object is
흡배기밸브의 개폐에 캠을 이용하지 아니하고 배기가스압을 이용하므로써 진동과 소음발생을 저감하고 흡배기 타이밍의 조절이 쉬어 운전조건에 대응하여 엔진성능을 향상시킬 수 있는 배기가스를 구동원으로 이용한 흡배기밸브 개폐장치를 제공하는 데 있다.Intake / exhaust valve opening / closing device using exhaust gas as a driving source to reduce the vibration and noise by using exhaust gas pressure without opening and closing the intake / exhaust valve, and to easily adjust the intake / exhaust timing to improve engine performance in response to the operating conditions. To provide.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은The present invention to achieve the above object
흡배기밸브를 개폐하기 위한 장치에 있어서,In the device for opening and closing the intake and exhaust valve,
배기파이프에 분기접속된 분기파이프와;A branch pipe branched to the exhaust pipe;
상기 분기파이프로부터 각 실린더의 흡기 및 배기밸브측에 배기가스를 분배하는 배기가스 공급파이프와;An exhaust gas supply pipe for distributing exhaust gas from the branch pipe to the intake and exhaust valve sides of each cylinder;
상기 각 공급파이프로부터 배기가스가 도입되는 실린더와;A cylinder into which exhaust gas is introduced from each of the supply pipes;
상기 실린더내에서 상하 왕복운동하며, 각각의 흡배기밸브의 밸브스템 상단에 고정된 밸브작동 피스톤과;A valve actuating piston vertically reciprocating in the cylinder and fixed to an upper end of a valve stem of each intake and exhaust valve;
상기 각 실린더내에 배기가스 공급파이프로부터 배기가스가 도입되어 밸브작동 피스톤이 하강할 때 공기를 대기에 방출하는 대기연통관로와;An atmospheric communication pipe passage through which exhaust gas is introduced from the exhaust gas supply pipe into each cylinder to release air to the atmosphere when the valve operation piston descends;
상기 각각의 배기가스 공급파이프를 개폐하도록 설치되는 공급용 솔레노이드 밸브들과;Supply solenoid valves installed to open and close the respective exhaust gas supply pipes;
상기 각 배기가스 공급파이프와 배기파이프를 접속하여 흡배기밸브의 상승 행정중에 공급된 배기가스를 리턴하여 배출하는 배기가스 리턴관로와;An exhaust gas return pipe connecting the exhaust gas supply pipe and the exhaust pipe to return exhaust gas supplied during an upstroke of the intake and exhaust valve;
상기 각각의 배기가스 리턴관로를 개폐토록 설치되는 리턴용 솔레노이드 밸브들과;Return solenoid valves installed to open and close the respective exhaust gas return lines;
엔진의 시동시 상기 각각의 실린더에 압축공기를 공급해주도록 상기 분기파이프에 접속되는 고압탱크와;A high pressure tank connected to the branch pipe to supply compressed air to the respective cylinders when the engine is started;
상기 고압탱크를 개폐하는 탱크개폐용 솔레노이드 밸브와;A tank opening and closing solenoid valve for opening and closing the high pressure tank;
상기 각 솔레노이드 밸브들을 포함한 장치의 모든 솔레노이드 밸브류를 흡배기 밸브의 개폐시기에 맞추어서 작동을 제어하는 전자제어장치; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.An electronic controller for controlling operation of all solenoid valves of the apparatus including each of the solenoid valves in accordance with opening and closing times of the intake and exhaust valves; Characterized in that consists of.
도 1은 본 발명에 의한 배기가스를 구동원으로 이용한 흡배기밸브 개폐장치를 나타내는 도면1 is a view showing the intake and exhaust valve opening and closing device using the exhaust gas as a drive source according to the present invention
도 2는 밸브개방시 실린더의 작동상태를 나타내는 도면Figure 2 is a view showing the operating state of the cylinder at the time of valve opening
도 3은 밸브폐쇄시 실린더의 작동상태를 나타내는 도면3 is a view showing the operating state of the cylinder when the valve is closed
도 4는 본 발명의 제어시스템4 is a control system of the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
1 : 흡배기밸브 2 : 실린더헤드1: Intake and exhaust valve 2: Cylinder head
3 : 포트 4 : 밸브스템3: port 4: valve stem
5 : 밸브작동 피스톤 6 : 실린더(밸브개폐용)5: Valve operating piston 6: Cylinder (for valve opening and closing)
7 : 배기파이프 8 : 분기파이프7: exhaust pipe 8: branch pipe
9 : 배기가스 공급파이프 10 : 배기매니폴드9: exhaust gas supply pipe 10: exhaust manifold
11 : 공급용 솔레노이드 밸브 12 : 배기가스 리턴관로11: supply solenoid valve 12: exhaust gas return pipe
13 : 리턴용 솔레노이드 밸브 14 : 고압탱크13: Return solenoid valve 14: high pressure tank
15 : 개폐용 솔레노이드 밸브 16 : 배기가스 저장용 관로15: opening and closing solenoid valve 16: exhaust gas storage pipe
17,21 : 솔레노이드 밸브 18,22 : 압력계17,21: solenoid valve 18,22: pressure gauge
19 : 전자제어장치 20 : 바이패스관로19: electronic control device 20: bypass pipeline
23 : 밸브스프링23: valve spring
이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 배기가스를 구동원으로 이용한 흡배기밸브 개폐장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 밸브 개방시 실린더의 작동상태를 나타내는 도면이며, 도 3은 밸브 폐쇄시 실린더의 작동상태를 나타내는 도면이다.1 is a view showing the intake and exhaust valve opening and closing device using the exhaust gas as a driving source according to the present invention, Figure 2 is a view showing the operating state of the cylinder when the valve is opened, Figure 3 is a view showing the operating state of the cylinder when the valve is closed. to be.
도면중 부호 1은 밸브(1a는 흡기밸브, 1b는 배기밸브)로서, 실린더헤드(2)의 포트(3, 흡기포트 3a, 배기포트 3b)를 개폐하여 혼합기를 연소실에 도입하거나, 배기가스를 외부로 배출하는 기능을 한다.In the drawing, reference numeral 1 denotes a valve (1a is an intake valve, 1b is an exhaust valve), which opens and closes the ports 3, intake ports 3a and exhaust ports 3b of the cylinder head 2 to introduce a mixer into the combustion chamber, It functions to discharge to the outside.
밸브스템(4)의 상단에는 밸브작동 피스톤(5)이 고정되고, 밸브작동 피스톤(5)은 실린더(6, 흡기용 6a, 배기용 6b)내에서 상하로 왕복운동하게 되어 있다.The valve actuating piston 5 is fixed to the upper end of the valve stem 4, and the valve actuating piston 5 reciprocates up and down in the cylinder 6, the intake 6a, the exhaust 6b.
상기 실린더(6, 밸브개폐용)는 흡·배기밸브(1a,1b)마다 각각 1개씩 마련되며, 배기파이프(7)로부터 분기된 분기파이프(8)로부터 각각 분기되는 배기가스 공급파이프(9)에 접속되어 배기매니폴드(10)를 통해 배출되는 배기가스의 일부가 각 실린더(6)에 유입되도록 되어있다.One cylinder 6 (for valve opening and closing) is provided for each of the intake / exhaust valves 1a and 1b, and the exhaust gas supply pipe 9 branched from the branch pipe 8 branched from the exhaust pipe 7 respectively. A part of the exhaust gas which is connected to the exhaust gas discharged through the exhaust manifold 10 flows into each cylinder 6.
상기 각각의 배기가스 공급파이프(9)에는 개폐를 위한 공급용 솔레노이드 밸브(11)가 마련되고, 또 상기 각각의 배기가스 공급파이프(9)와 배기파이프(7)를 접속하는 각 배기가스 리턴관로(12)를 개폐하는 리턴용 솔레노이드 밸브(13)가 설치되어 있다.Each of the exhaust gas supply pipes 9 is provided with a supply solenoid valve 11 for opening and closing, and each of the exhaust gas return pipes connecting the respective exhaust gas supply pipes 9 and the exhaust pipes 7 to each other. The return solenoid valve 13 which opens and closes (12) is provided.
그리고 상기 분기파이프(8)에는 고압탱크(14)가 접속되며, 고압탱크(14)내의 고압의 공기(압축공기 또는 고압의 배기가스)는 탱크개폐용 솔레노이드 밸브(15)의 개방시 상기 각 실린더(6)측에 공급되어지게 된다.The high pressure tank 14 is connected to the branch pipe 8, and the high pressure air (compressed air or high pressure exhaust gas) in the high pressure tank 14 is opened at the opening of the solenoid valve 15 for opening and closing the cylinder. It is supplied to the (6) side.
또 상기 고압탱크(14)는 배기가스 저장용 관로(16)를 통하여 배기파이프(7)측에 연결되며, 도중에 솔레노이드 밸브(17)와 압력계(18)가 설치되어 있다.The high pressure tank 14 is connected to the exhaust pipe 7 side through the exhaust gas storage conduit 16, and a solenoid valve 17 and a pressure gauge 18 are provided on the way.
또 상기 각 솔레노이드 밸브(11,13,15,17)들은 전자제어장치(19)에 의해 개폐작동이 제어된다.In addition, the solenoid valves 11, 13, 15, and 17 are controlled by the electronic control unit 19 to open and close.
그리고 분기파이프(8)로부터 배기파이프(7)에 바이패스관로(20)가 접속되어 있으며, 바이패스관로(20)의 도중에 개폐를 위한 솔레노이드 밸브(21)가 구비되어 있고, 압력계(22)로부터 검출된 배기가스 공급압이 기준치 이상일 때 솔레노이드 밸브(21)를 개방하여 배기가스의 일부를 바이패스시키게 되어 있다.The bypass pipe line 20 is connected to the exhaust pipe 7 from the branch pipe 8, and a solenoid valve 21 for opening and closing is provided in the middle of the bypass pipe line 20. When the detected exhaust gas supply pressure is equal to or greater than the reference value, the solenoid valve 21 is opened to bypass a part of the exhaust gas.
이와같은 구성의 본 발명에 의한 작동과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation process according to the invention of such a configuration as follows.
엔진이 시동되면 전자제어장치(19)는 솔레노이드 밸브(15) 및 공급용 솔레노이드 밸브(11)를 밸브(1)의 개폐시기에 맞추어 개방하게 되며, 이에따라 고압탱크(14)내에 저장된 고압의 공기, 즉 배기가스는 각 배기가스 공급파이프(9)들에 도달하게 되며, 예를들어 흡기행정이 진행되는 실린더에는 흡기밸브를 개방토록 해당 공급용 솔레노이드 밸브(11a)가 개방되도록 제어되며, 이를 통해 해당 실린더(6a)에 고압탱크(14)에 고압으로 저장된 배기가스가 유입되어지며, 밸브작동 피스톤(5a)이 배기가스압에 의해 하강되어져 밸브(1a)가 흡기포트(3a)를 개방하게 되며, 혼합기가 연소실내로 도입되어지게 된다. 이때 시동이 걸리게 되면 전자제어장치(19)는 솔레노이드 밸브(15)를 차단하게 되며, 배기매니폴드(10)를 통해 배출되는 배기가스의 일부가 분기파이프(8)를 통해 각각의 배기가스 공급파이프(9)들에 공급되며, 당해 공급용 솔레노이드 밸브(11)가 개방, 예를들어 1번 기통의 실린더가 배기행정이라면 해당기통의 배기밸브(1b)의 작동을 위한 공급용 솔레노이드 밸브(11b)가 개방작동토록 제어되며, 이에따라 해당 실린더(6b)에 배기가스가 유입되어 밸브작동 피스톤(5b)을 하강시켜 배기밸브(1b)를 개방시키게 되는 것이다.When the engine is started, the electronic controller 19 opens the solenoid valve 15 and the supply solenoid valve 11 in accordance with the opening and closing timing of the valve 1, and accordingly, the high pressure air stored in the high pressure tank 14 That is, the exhaust gas reaches each of the exhaust gas supply pipes 9. For example, the supply solenoid valve 11a is opened to open the intake valve to the cylinder through which the intake stroke proceeds. The exhaust gas stored at high pressure in the high pressure tank 14 flows into the cylinder 6a, and the valve actuating piston 5a is lowered by the exhaust gas pressure so that the valve 1a opens the intake port 3a. Is introduced into the combustion chamber. At this time, when the start is applied, the electronic control unit 19 shuts off the solenoid valve 15, and a part of the exhaust gas discharged through the exhaust manifold 10 is passed through each of the exhaust pipes through the branch pipe 8. (9), the supply solenoid valve 11b is open, for example, if the cylinder of the first cylinder is an exhaust stroke, the supply solenoid valve 11b for operating the exhaust valve 1b of the corresponding cylinder. Is controlled to open operation, and accordingly exhaust gas flows into the cylinder 6b to lower the valve operating piston 5b to open the exhaust valve 1b.
배기행정이 끝나고 흡기행정이 시작하면 전자제어장치(19)는 해당기통의 배기행정을 위해 개방되었던 공급용 솔레노이드 밸브(11b)를 폐쇄하고 해당 리턴용 솔레노이드 밸브(13b)를 개방토록 제어하여 해당 배기가스 리턴관로(12b)를 개방하게 된다.When the exhaust stroke is completed and the intake stroke starts, the electronic controller 19 closes the supply solenoid valve 11b which has been opened for the exhaust stroke of the corresponding cylinder, and controls the return solenoid valve 13b to open to control the exhaust. The gas return pipe 12b is opened.
이에따라 배기밸브(1b)가 밸브스프링(23)에 의한 탄발력에 의해 상승하여 배기포트를 닫게 되며, 실린더(6b)내의 배기가스는 개방된 해당 배기가스 리턴관로(12b)를 통해 배기파이프(7)로 배출되어지게 되며, 각각의 솔레노이드 밸브(11,12)들의 개폐작동은 전자제어장치(19)에 입력된 제어순서에 따라 복합적으로 개폐작동이 일어나도록 제어된다.Accordingly, the exhaust valve 1b rises due to the elastic force of the valve spring 23 to close the exhaust port, and the exhaust gas in the cylinder 6b passes through the corresponding exhaust gas return pipe 12b opened through the exhaust pipe 7. ), And the opening and closing operations of the respective solenoid valves 11 and 12 are controlled so that the opening and closing operation is performed in combination according to the control sequence input to the electronic control device 19.
한편, 아직 배기가스가 배출되지 않는 시동시에 밸브를 개폐하기 위하여서는 고압탱크(14)에 미리 저장된 배기가스를 이용하게 되며, 시동이 끝나면 정상으로 배출되는 배기가스를 이용하여 밸브(1)의 개폐를 행하게 되며, 또 솔레노이드 밸브(17)를 열어 고압탱크(14)내에 일정압만큼 배기가스를 보충한 후 솔레노이드 밸브(17)를 닫아 고압탱크(4)를 밀폐시키게 되며, 압력이 부족할 경우 별도의 압축기를 접속하여 압축공기를 저장하도록 구성할 수도 있다.On the other hand, in order to open and close the valve at the start-up that the exhaust gas is not yet discharged, the exhaust gas stored in the high pressure tank 14 is used in advance. Open and close the solenoid valve 17 to replenish the exhaust gas to a certain pressure in the high pressure tank 14, and then close the solenoid valve 17 to seal the high pressure tank 4, if the pressure is insufficient The compressor may be connected to store compressed air.
또 압력계(22)로부터 기준치 이상의 배기가스압이 검출되면, 전자제어장치(19)는 솔레노이드 밸브(21)를 개방제어하여 배기가스를 리턴시켜 밸브작동을 위한 각 실린더(6)에 과도한 압력의 배기가스가 공급되는 것을 차단하게 된다.When the exhaust gas pressure higher than the reference value is detected from the pressure gauge 22, the electronic controller 19 controls the opening of the solenoid valve 21 to return the exhaust gas so that the exhaust gas of excessive pressure in each cylinder 6 for valve operation. Will block the supply.
이와같이 본 발명은 전자제어장치(19)의 제어에 의해 흡배기 밸브(1)의 개폐시기를 조절할 수 있어 매우 효과적인 밸브타이밍의 결정이 가능하다.As described above, the present invention can control the opening and closing timing of the intake / exhaust valve 1 by the control of the electronic controller 19, so that the valve timing can be determined very effectively.
여기서 미설명 부호 24는 대기압 개방관로이다.Here, reference numeral 24 denotes an atmospheric pressure open duct.
이상과 같은 본 발명에 의하면 흡배기밸브를 배기가스압에 의해 개폐되도록 하되, 전자제어장치에 의해 솔레노이드 밸브들을 개폐제어하는 것에 의해서 흡배기밸브의 개폐를 위한 캠 작동기구가 필요없게 되어 진동과 소음발생이 사라져 안락한 운행을 보장하는 효과가 있으며, 흡배기 타이밍의 자유로운 조정이 가능하여 엔진성능을 효과적으로 높일 수 있으며, 복잡하고 중량의 구조물인 캠축 조립체가 생략되어 엔진의 경량화 추구가 가능하고 원가가 절감되는 효과가 있다.According to the present invention as described above to open and close the intake and exhaust valves by the exhaust gas pressure, by controlling the opening and closing of the solenoid valves by the electronic control device is no need for a cam operating mechanism for opening and closing of the intake and exhaust valves, vibration and noise is eliminated It has the effect of ensuring comfortable running, freely adjusting the intake and exhaust timing, effectively increasing the engine performance, and eliminating the camshaft assembly, which is a complex and heavy structure, allows the engine to be lighter in weight and reduces the cost. .
Claims (6)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |