KR20030090835A

KR20030090835A - 자동차 엔진의 연료분사구조

Info

Publication number: KR20030090835A
Application number: KR1020020028421A
Authority: KR
Inventors: 윤지민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2003-12-01

Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 연료분사구조에 관한 것으로, 흡기밸브(40)의 밸브가이드(110) 측부의 실린더헤드(20) 몸체에 연료탱크로부터 연료가 전달되는 연료통로(21)가 형성되고, 이 연료통로(21)에 연결되는 관통구멍(111)이 상기 밸브가이드(110)에 형성되며, 상기 흡기밸브(40)의 밸브스템 (41)내부에 중공(42)이 형성되고, 이 중공(42)에는 흡기밸브(40) 하강시 상기 관통구멍(111)에 맞대어져 연료가 유입되는 연료유입구(43) 및 흡기밸브(40) 하강시 상기 밸브가이드(110) 외측으로 노출되어 중공(42)내의 연료를 연소실로 분사하는 분사노즐(44,45)이 형성된 구조로 이루어진다.

즉, 연료가 흡기밸브(40)를 통해 연소실로 직접 분사되므로, 실린더와 같은 수의 인젝터들, 이들에 연료를 분배하는 연료분배파이프 및 인젝터들에 연결하는 와이어하네스들을 사용하지 않게 되어 엔진 상부가 매우 간결해지고 부품수가 감소함으로써 정비성이 향상되고 비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

자동차 엔진의 연료분사구조{a fuel injection structure of engine for vehicles}

본 발명은 자동차 엔진의 연료분사구조에 관한 것으로, 특히 흡기밸브를 이용한 자동차 엔진의 연료분사구조에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 연소실에 연료를 공급하기 위한 연료공급장치는, 연료를 저장하는 연료탱크와, 이 연료탱크의 연료를 엔진쪽으로 압송하는 연료펌프와, 연료가 압송되는 통로인 연료파이프 및 호스, 그리고 최종적으로 단부에 형성된 노즐을 통해 연료를 분사하는 인젝터로 이루어져 있어서, 연료탱크의 연료를 엔진의 연소실로 공급할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 인젝터를 설치함에 있어서, 초기에는 1~2개의 인젝터를 스로틀보디나 흡기매니폴드의 각 분지관이 갈라지기 전 부분에 설치하여 연료를 분사하는 SPI(single point injection)방식을 사용하였으나, 근래에는 온·냉에 관계없이 과도 동작시에도 최적의 성능을 발휘하고, 이상적인 체적효율의 설계가 가능하며, 저속 또는 고속에서 토크변경이 가능한 MPI(multi point injection)방식을 많이 사용하고 있다.

상기 MPI방식은 엔진의 각 실린더마다 해당 인젝터가 구비되는 방식으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡기매니폴드(10)의 각 분지관 끝부분이나 실린더헤드(20)의 흡기포트에 인젝터(30)를 설치하여 흡기밸브(40) 앞 부분에서 연료를 분사하도록 되어 있다.

그런데, 상기 MPI방식의 엔진은 정비회수가 많은 편에 속하는 부품인 인젝터(30)들의 수가 많고, 이 인젝터(30)들은 도 2에 도시된 바와 같이 딜리버리파이프라 불리우는 연료분배파이프(50)에 연결되어 있는바, 이 연료분배파이프(50)가 엔진의 측상부에 설치되며, 또한 상기 인젝터(30)들의 작동을 전자제어하기 위해서 이들을 ECU와 연결하는 와이어하네스들이 설치되므로 전반적으로 연료분사에 관련되는 부품의 수가 많고 구조가 복잡해져서 정비성이 저하될 뿐만 아니라 비용도 상승되는 문제점이 있었다.

또한, 기존의 SPI방식에 비해서는 흡입행정시의 연료공급에 대한 응답성이 향상되었으나, 연소실에 연료를 직접 분사하는 직분식 엔진에 비해서는 응답성이 떨어지는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연료분사에 관련되는 부품의 수가 줄어들어 구조가 단순해짐으로써 정비성이 향상되고 원가가 절감될 뿐만 아니라, 연료를 연소실에 직접 분사할 수 있게 되어 흡입행정시의 응답성이 향상될 수 있도록 된 자동차 엔진의 연료분사구조를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 자동차 엔진의 연료분사구조를 도시한 실린더헤드 상부 단면도,

도 2는 다점분사방식 엔진의 인젝터와 연료분배파이프를 도시한 도면,

도 3은 본 발명 연료분사구조가 적용된 엔진의 상부 단면도로서, 도 1의 대응도,

도 4는 본 발명에 따른 연료분사구조가 적용된 흡기밸브 및 그 주변부의 단면도,

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 연료분사구조가 적용된 흡기밸브의 작동상태도,

도 7은 본 발명 연료분사구조를 적용한 엔진에서 연료분사량을 조절하기 위한 장치의 개략 구성도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 흡기매니폴드,20 : 실린더헤드,

21 : 연료통로,30 : 인젝터,

40 : 흡기밸브,41 : 밸브스템,

42 : 중공,43 : 연료유입구,

44 : 1차 분사노즐,45 : 2차 분사노즐,

50 : 연료분배파이프,60 : 캠샤프트,

61 : 캠,61a : 단경부,

61b : 장경부,70 : 로커아암,

80 : 배기밸브,90 : 밸브스프링,

100 : 래쉬어저스터,110 : 밸브가이드,

111 : 관통구멍,120,121 : 시일링,

130 : 액츄에이터,131 : 푸시로드,

140 : 엔진제어유니트,150 : 차속센서,

160 : 스로틀개도센서,170 : 흡입공기량센서.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실린더헤드에 2개의 캠샤프트와, 각 캠샤프트의 캠에 접촉되어 작동하는 로커아암과, 이 로커아암에 의해 하강되는 흡·배기밸브와, 이 흡·배기밸브들을 다시 밀어 올려주는 밸브스프링과, 상기 로커아암의 일단을 지지하여 밸브간극을 0으로 유지하는 래쉬어저스터를 구비하여 상기 흡·배기밸브들을 작동시키는 더블 오버헤드 캠샤프트 방식의 엔진에 있어서, 상기 흡기밸브의 밸브가이드 측부의 실린더헤드 몸체에 연료탱크로부터 연료가 유입되는 연료통로가 형성되고, 이 연료통로에 연결되는 관통구멍이 상기 밸브가이드에 형성되며, 상기 흡기밸브의 밸브스템 내부에 중공이 형성되고, 이 중공에는 흡기밸브 하강시 상기 관통구멍에 맞대어져 연료가 유입되는 연료유입구 및 흡기밸브 하강시 상기 밸브가이드 외측으로 노출되어 중공내의 연료를 연소실로 분사하는 분사노즐이 형성된 구조로 이루어진다.

이는 상기 흡기밸브가 흡기행정시에만 열리도록 된 점을 이용한 것으로서, 흡기밸브를 통하여 연소실로 직접 연료를 분사할 수 있게 됨으로써 다수의 인젝터 와 연료분배파이프 등의 부품이 필요 없게 되며, 더불어 연료공급에 대한 엔진의응답성이 향상될 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명이 적용되는 더블 오버헤드 캠샤프트(=트윈 캠)방식의 엔진의 상부 단면도로서, 실린더헤드(20)의 양측부로부터 중앙의 하부로 연통되는 흡기구와 배기구에 흡기밸브(40)와 배기밸브(80)가 각각 설치되고, 이 흡·배기밸브(40,80)들의 상부에는 로커아암(70)이 설치되어, 이 로커아암(70)을 크랭크샤프트에 연동되는 캠샤프트(60)의 캠(61)이 눌러줌으로써 흡·배기밸브(40,80)들이 하방으로 이동되면서 열려지고, 원위치로의 복원은 밸브스프링(90)에 의해 이루어진다.

또한, 상기 흡기밸브(40)의 몸체 즉, 밸브스템(41)은 실린더헤드(20)에 형성된 구멍에 압입되어 있는 원통형의 밸브가이드(110)에 삽입되어 안정적으로 승강될 수 있도록 되어 있는데, 본 발명은 상기 밸브가이드(110)에 접한 실린더헤드(20)의 몸체 내부에 연료탱크로부터 연료가 공급되는 연료통로(21)가 형성되어, 이 연료통로(21)의 연료가 상기 밸브가이드(110)와 흡기밸브(40)의 밸브스템(41) 내부를 통해 연소실로 공급될 수 있도록 되어 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브가이드(110) 측부의 실린더헤드(20) 몸체에 연료통로(21)가 형성되고, 이 연료통로(21)에 연결되는 관통구멍(111)이 상기 밸브가이드(110)에 형성되며, 상기 흡기밸브(40)의 밸브스템(41) 내부에는 중공(42)이 형성되되, 이 중공(42)에는 밸브스템(41)의 외주면쪽으로 연통되는 연료유입구(43)와 분사노즐(44,45)이 형성된다.

상기 연료유입구(43)는 중공(42)의 상부에 밸브축방향에 대해 수직방향으로 형성되고, 분사노즐(44,45)은 중공(42)의 하부에 외측방향으로 경사형성되며, 흡기밸브(40)가 닫혀져 있는 상태에서는 도시된 바와 같이, 연료유입구(43)와 분사노즐(44,45)들은 모두 밸브가이드(110)의 내주면에 밀착되어 막혀지고, 밸브가이드(110)의 관통구멍(111)도 밸브스템(41)의 외주면에 밀착되어 막혀져 있게 되며, 연료가 소정 압력(연료탱크에 저장된 연료를 연료통로(21)로 압송하기 위해서 종래와 동일하게 저압 연료펌프를 사용한다.)으로 채워져 있는 상기 관통구멍(111)으로부터 밸브가이드(110)와 밸브스템(41)의 접촉면 사이로 연료가 누출되지 않도록 하기 위해서 상기 관통구멍(111)의 하부와 연료유입구(43)의 상부에는 시일링(120,121)이 설치된다.

한편, 상기 흡기밸브(40)는 흡기행정에서 하강하여 열려지게 되는데, 흡기밸브(40)가 하강하면 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 관통구멍(111)과 연료유입구(43)가 연결되어 연료통로(21)의 연료가 밸브스템(41) 내부의 중공(42)으로 유입되고, 중공(42)의 연료는 연소실 쪽으로 개방된 상기 분사노즐(44,45)을 통하여 분사됨으로써 연소실에 연료가 공급되어진다.

한편, 상기 분사노즐(44,45)은 아래쪽의 1차분사노즐(44)과 위쪽의 2차분사노즐로 이루어지는데, 이는 차속에 따라 연료의 분사량을 조절해 주기 위해 형성된 것으로서, 저속시에는 흡기밸브(40)가 조금 하강(연료유입구(43)가 관통구멍(111)의 상부 반 정도의 면적만 연결되는 상태)하여 상기 1차분사노즐(44)만 연소실로 개방되어 1차분사노즐(44)을 통해서만 연료의 분사가 이루어지고, 고속시에는 도 6에 도시된 바와 같이, 흡기밸브(40)가 완전히 하강(연료유입구(43)와 관통구멍(111)이 완전히 일치되는 상태)하여 1차분사노즐(44)에 더하여 2차분사노즐(45)도 연소실로 개방되어 1차와 2차 분사노즐(44,45) 모두를 통하여 연료가 분사되게 된다.

따라서, 차속에 따라 상기 흡기밸브(40)의 하강거리가 조정되어야 하는바, 이를 위하여 상기 캠(61)은 도 7에 도시된 바와 같이, 외주면이 2중으로 형성되고, 캠샤프트(60)는 축방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다.

즉, 상기 캠(61)의 외주면은 단경부(61a)와 장경부(61b)로 형성되고, 상기 캠샤프트(60)의 단부에는 이 캠샤프트(60)를 밀어주거나 당겨주는 액츄에이터(130)가 설치된다.

그리고, 상기 액츄에이터(130)는 엔진제어유니트(140)에 의해 작동제어되는데, 엔진제어유니트(140)는 차속센서(150)로부터 전달된 차속정보에 의해 차량이 저속주행중이어서 많은 연료가 필요하지 않은 경우에는 액츄에이터(130)의 푸시로드(131)를 후진시키고, 차량이 고속주행중일때는 액츄에이터(130)의 푸시로드(131)를 전진시키는 제어를 수행한다.

따라서, 차량 저속 주행중에는 캠샤프트(60)가 당겨져서 상기 단경부(61a)가 로커아암(70)을 눌러주게 됨으로써 흡기밸브(40)의 하강량이 감소되어 1차 분사노즐(44)에서만 연료가 분사되고, 차량 고속 주행중에는 캠샤프트(60)가 밀려져서 상기 장경부(61b)가 로커아암(70)을 눌러줌으로써 흡기밸브(40) 하강량이 증가하여 1차 분사노즐(44) 뿐만 아니라 2차 분사노즐(45)을 통해서도 연료의 분사가 이루어지게 된다.

한편, 상기 엔진제어유니트(140)는 단순히 차속에 의해서만 연료의 분사량을 결정하는 것이 아니고 스로틀개도센서(160)를 통해 알 수 있는 운전자의 가속의지, 흡입공기량센서(170)를 통해 측정되는 외기의 유입량 등 차량 주행중의 여러 가지 정보를 바탕으로 종합적으로 결정하므로 상기와 같은 작동이 단순히 차속에 따라서만 이루어지는 것은 아니며, 엔진제어유니트(140)의 종합적인 결정에 따라 연료가 조금 필요한 경우에는 단경부(61a)가 로커아암(70)에 접하고, 다량의 연료가 필요한 경우에는 장경부(61b)가 로커아암(70)에 접하는 작동이 이루어지게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연료가 흡기밸브를 통해 연소실로 직접 분사됨으로써 실린더수에 따른 인젝터들과, 이 인젝터들로 연료를 분배하는 연료분배파이프 및 각 인젝터들의 작동 제어를 위해 인젝터들을 엔진제어유니트에 전기적으로 연결하는 와이어하네스들이 사용되지 않게 된다.

따라서, 엔진 상부의 구조가 간결해지고 부품수가 줄게 되어, 정비성이 향상되고, 비용이 절감되는 효과가 있다.

또한, 연소실에 연료가 직접 분사됨으로써 흡입행정시 연료분사에 대한 엔진출력의 응답성이 향상되는 효과도 있다.

Claims

실린더헤드(20)에 2개의 캠샤프트(60)와, 각 캠샤프트(60)의 캠(61)에 접촉되어 작동하는 로커아암(70)과, 이 로커아암(70)에 의해 하강되는 흡·배기밸브(40,80)와, 이 흡·배기밸브(40,80)들을 다시 밀어 올려주는 밸브스프링(90)과, 상기 로커아암(70)의 일단을 지지하여 밸브간극을 0으로 유지하는 래쉬어저스터(100)를 구비하여 상기 흡·배기밸브(40,80)들을 작동시키는 더블 오버헤드 캠샤프트 방식의 엔진에 있어서,

상기 흡기밸브(40)의 밸브가이드(110) 측부의 실린더헤드(20) 몸체에 연료탱크로부터 연료가 전달되는 연료통로(21)가 형성되고, 이 연료통로(21)에 연결되는 관통구멍(111)이 상기 밸브가이드(110)에 형성되며, 상기 흡기밸브(40)의 밸브스템 (41)내부에 중공(42)이 형성되고, 이 중공(42)에는 흡기밸브(40) 하강시 상기 관통구멍(111)에 맞대어져 연료가 유입되는 연료유입구(43) 및 흡기밸브(40) 하강시 상기 밸브가이드(110) 외측으로 노출되어 중공(42)내의 연료를 연소실로 분사하는 분사노즐(44,45)이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료분사구조.
제 1항에 있어서, 상기 캠샤프트(60)는 엔진제어유니트(140)에 의해 작동제어되는 액츄에이터(130)에 의해 밀려지거나 당겨지며, 상기 캠(61)의 외주면은 단경부(61a)와 장경부(61b)로 형성되어, 캠샤프트(60)가 당겨져 상기 단경부(61a)에 로커아암(70)이 접할때는 상기 분사노즐(44,45) 중 아래쪽에 형성된 1차분사노즐(44)을 통해서만 연료가 분사되고, 캠샤프트(60)가 밀려져 상기 장경부(61b)에 로커아암(70)이 접할때는 상기 1차 분사노즐(44)의 위쪽에 형성된 2차 분사노즐(45)을 통해서도 연료가 분사되도록 된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료분사구조.
제 1항에 있어서, 상기 관통구멍(111)의 하부와 연료유입구(43)의 상부에는 시일링(120,121)이 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 연료분사구조.