KR20030092286A

KR20030092286A - 자동차 엔진의 가변 스월 장치

Info

Publication number: KR20030092286A
Application number: KR1020020029900A
Authority: KR
Inventors: 김민정
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2003-12-06

Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 가변 스월 장치에 관한 것으로, 더블 오버 헤드 캠샤프트-4밸브 타입의 밸브 작동 시스템에 있어서, 2개의 흡기밸브 중 탄젠셜포트 밸브의 캠팔로어에 설치된 하이드롤릭 래쉬 어저스터(80)의 하우징(81)이 오일펌프와 오일리저버로 구성된 하이드롤릭 유니트(90)에 연결되고, 그 사이에 엔진제어유니트(110)에 의해 제어되는 솔레노이드밸브(100)가 설치되어, 상기 하우징(81)내의 유량을 조절하여 피스톤(82)을 승강시킴으로써 이 피스톤(82)의 로드(83)에 연결된 캠팔로어의 위치를 조절하여 캠의 회전력을 캠팔로어에 전달시키거나 또는 차단시키킬 수 있도록 된 구조로 이루어진다.

따라서, 종래 흡기매니폴드의 탄젠셜포트에 버터플라이밸브를 설치하고, 이를 진공압을 이용하여 작동시킬 때에 비하여, 유압을 사용함으로써 엔진제어유니트의 흡기 탄젠셜포트 차단 지시에 대한 실제 탄젠셜포트가 차단되는 작동의 응답성이 향상되며, 흡기밸브를 직접 이용함으로써 흡기 탄젠셜포트를 차단함에 있어 그 시일성이 향상되고, 버터플라이밸브 작동 소음이 발생하지 않으며, 장치 구성비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

자동차 엔진의 가변 스월 장치{a variable swirl device of engine in vehicles}

본 발명은 자동차 엔진의 가변 스월 장치에 관한 것으로, 특히 탄젠셜포트를 막아 스월비를 향상시키도록 된 자동차 엔진의 가변 스월 장치에 관한 것이다.

자동차 엔진의 연소실 내에서 연료는 공기와 혼합된 상태에서 연소되는데, 연료와 공기의 혼합정도를 향상시키고, 화염전파가 신속하게 이루어지도록 하여, 보다 완전연소에 가까운 상태로 혼합기를 연소시키기 위해서는 연소실내에서 혼합기가 정체되어 있기보다는 활발히 이동할 것이 요구된다.

따라서, 혼합기의 활발한 스월(swirl) 형성을 위해서 엔진에는 스월 형성 장치가 설치되며, 또한 스월을 형성하는데 있어서 그 정도를 가변적으로 조절하기 위해 근래의 스월 형성장치는 가변 스월 장치로서 적용되고 있다.

종래의 가변 스월 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 구성된다.

흡기매니폴드(10)의 각 출구에는 흡기를 수평의 회전방향으로 유동시키는 헬리컬포트(11)와 수직방향으로 유동시키는 탄젠셜포트(12)가 형성되고, 이중 탄젠셜포트(12)에는 버터플라이밸브(13)가 설치되며, 이 버터플라이밸브(13)는 진공에 의해 작동되는 소정의 링키지시스템(14)에 의해 개폐되며, 상기 진공력의 전달과 차단은 진공라인(15)에 설치된 솔레노이드밸브(16)에 의해 이루어진다.

상기 솔레노이드밸브(16)는 엔진제어유니트(ECU, 도시하지 않음)에 의해 제어되는데, 엔진제어유니트는 저속 부분 부하시(7bar/2000rpm 이하) 상기 솔레노이드밸브(16)를 열어 링키지시스템(14)에 진공을 전달하여 버터플라이밸브(13)를 닫아 상기 탄젠셜포트(12)를 막아줌으로써 스월비(swirl ratio)를 향상시킨다.

이와 같이, 저속 저부하 영역에서 탄젠셜포트(12)를 막아 스월비를 향상시킬 경우, 상기 두 개의 포트(11,12)가 모두 열렸을 경우에 비하여 연소효율이 향상됨으로써 배기가스내 유해성분의 함량이 줄고, 엔진 출력이 향상되며, 연비가 좋아지는 장점이 있게 된다.

그러나, 상기 종래의 가변 스월 장치는 진공을 이용하여 작동되기 때문에 응답성이 느리고, 상기 버터플라이밸브와 탄젠셜포트 내측면의 사이에 완벽한 시일링을 이룰 수 없으며, 버터플라이밸브 작동시 소음이 발생하고, 흡기매니폴드에 버터플라이밸브 및 이를 작동시키기 위한 링키지시스템을 설치해야만 하므로 비용이 상승되는 여러 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 엔진제어유니트의 제어작용에 대하여 작동 응답이 보다 신속하게 발생하고, 탄젠셜포트의 차단이 보다 확실하게 이루어지며, 작동 소음이 감소하며, 추가 비용의 소모가 적어지는 자동차 엔진의 가변 스월 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 가변 스월 장치를 도시한 도면,

도 2는 일반적인 더블 오버 헤드 캠샤프트-4 밸브 타입의 밸브 작동 시스템 구성도,

도 3은 도 2의 밸브 작동 시스템을 이용한 본 발명의 가변 스월 장치의 구성도,

도 4는 캠과 캠팔로어가 이격되어 탄젠셜포트 밸브에 의해 탄젠셜포트가 차단된 상태를 도시한 도면,

도 5는 캠과 캠팔로어가 접촉되어 탄젠셜포트 밸브가 정상적인 흡기밸브로서 작동하는 모습을 도시한 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

30 : 캠샤프트,31 : 캠,

40 : 캠팔로어,50 : 흡기밸브,

51 : 탄젠셜포트 밸브,52 : 헬리컬포트 밸브,

60 : 배기밸브,70 : 밸브스프링,

80 : 하이드롤릭 밸브 어저스터,81 : 하우징,

82 : 피스톤,83 : 로드,

90 : 하이드롤릭 유니트,100 : 솔레노이드밸브,

110 : 엔진제어유니트.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 실린더 헤드에 2개의 캠샤프트가 설치되고, 이 캠샤프트의 캠과 이 캠에 접촉된 캠팔로어에 의해 흡기밸브 2개, 배기밸브 2개가 구동되는 구조의 더블 오버 헤드 캠샤프트-4밸브 타입의 밸브 작동 시스템에 있어서, 상기 2개의 흡기밸브 중 탄젠셜포트 밸브의 캠팔로어에 설치된 하이드롤릭 래쉬 어저스터의 하우징이 오일펌프와 오일리저버로 구성된 하이드롤릭 유니트에 연결되고, 그 사이에 엔진제어유니트에 의해 제어되는 솔레노이드밸브가 설치되어, 상기 하우징내의 유량을 조절하여 피스톤을 승강시킴으로써 이 피스톤의 로드에 연결된 캠팔로어의 위치를 조절하여 상기 캠의 회전력을 캠팔로어에 전달시키거나 또는 차단시키도록 되어 있다.

즉, 엔진제어유니트의 제어에 따라 탄젠셜포트 밸브를 자유로이 닫을 수 있으므로 저속 저부하 영역에서 탄젠셜포트를 막는 종래 버터플라이밸브를 설치할 필요가 없게 된다.

따라서, 상기 버터플라이밸브를 설치함으로써 야기되었던 문제점들, 즉, 버터플라이밸브와 흡기매니폴드 사이의 시일링문제, 버터플라이밸브 작동시의 소음문제, 비용 상승 문제 등이 해결되며, 또한, 작동유체로서 유압을 사용하게 되므로 진공압을 사용할때에 비하여 그 응답성이 향상되게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 일반적인 더블 오버 헤드 캠샤프트-4 밸브 타입의 밸브 작동 시스템 구성도로서, 흡기밸브(50) 2개, 배기밸브(60) 2개씩 모두 4개의 밸브들은 각각 캠샤프트(30)의 캠(31)에 접촉된 캠팔로어(cam follower ; 40)에 의해 캠(31)의 회전운동을 수직하방의 힘으로 받아들여 하강됨으로써 열리고, 밸브스프링(70)의 복원력에 의해 상승하여 닫히며, 밸브의 개폐시기는 상기 캠(31)들의 위상차에 의해 결정되도록 된 구조로 이루어진다.

또한, 상기 캠팔로어(40)의 다른 한쪽 단부에는 하이드롤릭 래쉬 어저스터(80 ; 이하, 래쉬 어저스터라 간략하게 호칭한다.)가 설치되어 있는데, 이 래쉬 어저스터(80)는 내부에 봉입된 오일에 의해 밀어 올려지는 플런저를 구비하고 있어서, 이 플런저가 항상 상기 캠팔로어(40)를 밀어 올려 줌으로써 캠(31)과 캠팔로어(40) 사이의 간극을 없애 줌으로써 캠(31) 작동소음을 감소시켜 주는 역할을 한다.

본 발명은 상기와 같은 밸브 작동 시스템을 이용한 것으로, 도 3에 본 발명에 따른 가변 스월 장치의 구성도가 도시되어 있다.

본 발명은 상기 흡기밸브(50) 중 탄젠셜포트 밸브(51)(52는 헬리컬포트 밸브)의 래쉬 어저스터(80) 하우징(81) 내부에 왕복이동하는 피스톤(82)을 설치하고, 이 피스톤(82)의 로드(83) 상단을 상기 캠팔로어(40)에 힌지방식 또는 볼조인트 방식 등 상호간에 회동이 가능하여 상기 피스톤 로드(83)가 상하이동될 때 캠팔로어(40)의 연결된 단부가 무리없이 연동될 수 있도록 연결된다.

또한, 상기 하우징(81)의 하부를 개구시켜 호스나 파이프 등으로 오일을 저장하고 압력을 형성시키는 오일리저버와 오일펌프 등으로 이루어진 하이드롤릭 유니트(90)에 연결하며, 이 하이드롤릭 유니트(90)와 상기 하우징(81)의 사이에 솔레노이드밸브(100)를 설치한다.

상기 솔레노이드밸브(100)는 엔진제어유니트(110)에 연결되어 작동 제어되는데, 상기 엔진제어유니트(110)는 종래의 버터플라이밸브가 닫히는 조건과 동일한 저속 부분 부하 영역에서 솔레노이드밸브(100)를 개방하고 하이드롤릭 유니트(90)로 하여금 하우징(81) 내의 오일을 회귀시킨다.

이와 같이 하우징(81) 내에서 오일이 빠져나가면 피스톤(82)이 하강됨으로써 로드(83)에 연동되어 캠팔로어(40)가 하강되며, 그 하강량은 캠(31)이 회전할 때 캠팔로어(40)에 접촉하지 않을때까지로 설정되며, 캠팔로어(40)가 캠(31)과 접촉하지 않을 정도로 충분한 양의 오일이 공급된 후, 상기 엔진제어유니트(110)는 솔레노이드밸브(100)를 닫고 하이드롤릭 유니트(90)의 작동을 정지시켜 도 4에 도시된 바와 같이, 캠(31)과 캠팔로어(40)의 이격상태를 유지시킨다.

따라서, 상기 탄젠셜포트 밸브(51)에는 캠(31)의 회전에 의한 구동력이 전달되지 않으며, 밸브스프링(70)에 의해 상방으로 밀어 올려져 있게 되어, 탄젠셜포트를 닫아 줌으로써 스월비를 향상시킬 수 있게 된다.

따라서, 탄젠셜포트를 닫아 주기 위해서 종래와 같이 별도의 버터플라이밸브를 설치할 필요가 없게 됨으로써, 버터플라이밸브 작동시 발생하는 소음문제를 해결할 수 있게 된다.

또한, 원래 흡기밸브 헤드의 밸브페이스와 이와 밀착되는 밸브시트의 면은 시일성이 극히 양호하도록 정밀가공되어 있으므로, 탄젠셜포트를 차단함에 있어서 종래 버터플라이밸브와 흡기매니폴드의 탄젠셜포트 내측면 사이의 시일성능에 비해 월등한 시일성능을 갖게 된다.

또한, 버터플라이밸브와 이를 개폐시키기 위한 링키지시스템이 사용되지 않음으로써 비용 절감 측면에서도 유리하다.

그리고, 상기와 같은 탄젠셜포트 밸브(51)의 탄젠셜포트 차단 작동은 유압에 의해 이루어짐으로써 종래의 탄젠셜포트 차단 작동이 진공압에 의해 이루어지는 것에 비하여 그 작동이 신속하게 이루어지는 장점이 있다.

한편, 엔진의 작동영역이 변화하여 탄젠셜포트의 차단이 필요없게 될 때는 상기 엔진제어유니트(110)는 다시 솔레노이드밸브(100)를 열고, 하이드롤릭 유니트(90)를 역으로 작동시켜 하우징(81)의 내부로 오일을 재공급하여 피스톤(82)을 상승시킴으로써 도 5에 도시된 바와 같이, 캠(31)과 캠팔로어(40)를 접촉시키며, 이 상태에서 솔레노이드밸브(100)를 개방된 상태로 유지하고 상기 하이드롤릭 유니트(90)로 하여금 하우징(81)의 내부에 일정 압력을 지속적으로 유지토록 하여 캠(31)과 캠팔로어(40) 사이의 간격을 0으로 유지하여 탄젠셜포트 밸브(51)가 정상적인 흡기밸브(50)로서 작용할 수 있도록 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엔진제어유니트의 흡기 탄젠셜포트 차단 지시에 대한 실제 탄젠셜포트가 차단되는 작동의 응답성이 향상되며, 흡기 탄젠셜포트를 차단함에 있어 그 시일성이 향상되고, 작동 소음이 감소하며, 장치 구성비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims

실린더 헤드에 2개의 캠샤프트(30)가 설치되고, 이 캠샤프트(30)의 캠(31)과 이 캠(31)에 접촉된 캠팔로어(40)에 의해 흡기밸브(50) 2개, 배기밸브(60) 2개가 구동되는 구조의 더블 오버 헤드 캠샤프트-4밸브 타입의 밸브 작동 시스템에 있어서,

상기 2개의 흡기밸브(50) 중 탄젠셜포트 밸브(51)의 캠팔로어(40)에 설치된 하이드롤릭 래쉬 어저스터(80)의 하우징(81)이 오일펌프와 오일리저버로 구성된 하이드롤릭 유니트(90)에 연결되고, 그 사이에 엔진제어유니트(110)에 의해 제어되는 솔레노이드밸브(100)가 설치되어, 상기 하우징(81)내의 유량을 조절하여 피스톤(82)을 승강시킴으로써 이 피스톤(82)의 로드(83)에 연결된 캠팔로어(40)의 위치를 조절하여 상기 캠(31)의 회전력을 캠팔로어(40)에 전달시키거나 또는 차단시키도록 된 자동차 엔진의 가변 스월 장치.
제 1항에 있어서, 상기 엔진제어유니트(110)는 탄젠셜포트 차단 조건에서 솔레노이드밸브(100)를 개방하고 하이드롤릭 유니트(90)를 작동시켜 상기 하우징(81) 내의 오일을 하이드롤릭 유니트(90)로 회귀시킨뒤, 상기 솔레노이드밸브(100)를 다시 닫고 하이드롤릭 유니트(90)의 작동을 정지시킴으로써 캠(31)과 캠팔로어(40)의 이격상태를 유지하는 제어작용을 행하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 스월 장치.
제 1항에 있어서, 상기 엔진제어유니트(110)는 탄젠셜포트 차단 해지 조건에서 상기 솔레노이드밸브(100)를 개방하고 하이드롤릭 유니트(90)를 역작동시켜 하이드롤릭 유니트(90)내의 오일을 상기 하우징(81)으로 재공급함과 더불어 지속적으로 일정 압력을 유지하여 캠(31)과 캠팔로어(40)의 접촉상태를 유지하는 제어작용을 행하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 가변 스월 장치.