KR20090078016A - 공기저장탱크를 가진 엔진의 흡기시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기저장탱크를 가진 엔진의 흡기시스템으로서, 과급기에 과급된 공기가 공기저장탱크에 저장되어 급기제어노즐에 의해 각 실린더에 급기되는 것으로 엔진회전수에 따라 변하는 급기량을 정확히 제어할 수가 있으므로 인해 완전 연소를 이룰 수가 있어 연료의 연소에 의한 출력의 향상을 이룰 수가 있고, 이로 인해 연료의 사용을 줄일 수가 있고, 공해물질의 발생을 줄일 수가 있어 강화되는 환경규제를 대응할 수가 있고, 급기가 급기밸브가 아닌 공기제어노즐에 의하므로 실린더 상부의 복잡성을 단순화할 수가 있는 특징이 있다.

과급기, 터보차저, 수퍼차저, 급기밸브, ECU,

Description

공기저장탱크를 가진 엔진의 흡기시스템{omitted}

본 발명은 공기저장탱크를 가진 엔진의 흡기시스템으로써, 엔진이 연료를 연소시켜 동력을 얻기 위해서는 연소를 하는데 필요한 연료와 공기가 있어야 하는데, 본 발명은 과급기에 의해 압축된 공기가 저장되는 공기저장탱크가 있어 엔진 회전수에 따른 필요 공기량을 압축 공기량으로 공급을 하는 것으로, 기존의 흡기밸브의 열림에 의해서 급기 공기를 공급하는 것이 아닌, 급기제어노즐에 의해 제어가 되어 연소에 필요한 적정한 공기를 공급하게 되는 엔진의 흡기시스템이다.

엔진의 연소에 필요한 연료는 연료분사노즐에 의해 변화되는 엔진 회전수의 변화에 따라 필요한 연료량을 공급하지만, 급기 공기는 자연흡기식이나 과급장치인 터보차저나 수퍼차저를 사용하여 연소에 필요한 공기를 흡기밸브의 열림에 의해 공급하는 급기시스템인데, 여기에 가변밸브 타이밍장치나 가변흡기시스템을 이용하여 연소에 필요한 적정의 공기량을 공급하고 있다. 이는 엔진의 전체 실린더에 균등하게 급기하는 시스템으로 각 실린더에 개별적으로 급기량을 제어할 수가 없는 엔진 급기 균등제어 시스템이다. 그로인해 엔진 회전수의 변화에 따른 전체적인 급기량의 변화를 맞추기 위한 것으로 실린더 개별적인 연료량의 제어는 연료 노즐로 가능 하지만 공기량의 제어는 되지 않고 있다.

연료가 엔진에서 연소를 하여 출력을 발생시키기 위해서는 연소에 필요한 적정의 공기가 공급되어야 하는데, 일정한 엔진의 회전수에서는 자연흡기식이나 과급기를 이용한 흡기시스템으로 충분히 대응을 할 수가 있다. 하지만 급격한 엔진 회전수의 변화가 있을 때에는 연소에 필요한 공기의 최고 70∼80％선까지의 흡기로도 연소는 이루어지지만 불완전 연소에 의해 공급되는 연료가 갖는 출력의 향상이 어루어지지 않고 더디어지고, 불완전연소에 의한 공해물질 발생이 증가하게 된다. 그것에 대한 대응책으로 자연흡기식이나 과급장치인 터보차저나 수퍼차저와 같은 과급기의 장치를 작게 하여 2개 장착을 하는 트윈터보를 장착하고 있고, 공해물질 발생 증가에 따른 후연소 처리 장치의 장착으로 연소후의 배출가스 처리를 하는 방식으로 하여 후연소 장치의 복잡성과 그것에 따른 비용의 상승이 되고 있다. 이는 흡기 시스템이 실린더 전체적인 제어 방식으로 실린더 개별적인 급기 제어 방식이 아닌 연소전 장치의 개량이 미비함으로 인한 것으로, 불완전 연소에 의한 공해물질 발생의 증가와 출력 향상의 미비, 엔진구조의 복잡성의 증가와 그에 따른 기계장치 고장의 증가, 소비자의 구매비용증가를 초래하고 있는 실정이다.

상기에 기술한 문제점을 해결하고자 본 발명은, 엔진 흡기시스템에서 과급기에 의해 과급되는 공기가 공기저장탱크에 저장이 되는데, 저장되는 공기는 과급기 에 의해 과급이 되므로 대기압 이상의 압력으로 과급이 되어 공기저장탱크에 저장이 되는데, 이때의 과급되는 과급압력은 엔진 회전수에 비례하게 되므로, 엔진 회전수의 급격한 변화에 대응이 될 수가 있다.

공기저장탱크에서 각 실린더로 공급되는 공기량의 제어는 급기제어노즐에서 제어를 하는데 이는 흡기밸브에 의해서 제어가 되는 기존의 엔진 흡기시스템에 비해 연소에 필요한 적정량의 급기량을 산출하여 개별 실린더에 공급을 할 수가 있어 급격한 엔진 회전수의 변화에도 원활한 출력의 향상을 이룰 수가 있고, 완전 연소를 이룰 수가 있어 공해물질의 배출을 줄일 수가 있고, 흡기밸브의 제어에 의해 급기량이 제어 되는 것이 아닌 급기제어노즐에 의해 제어가 되므로 엔진 구조의 복잡성을 단순화할 수가 있어 복잡한 장치에 의한 고장의 증가를 막을 수가 있고, 원가를 절감할 수가 있다.

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첨부된 도면을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

도 1의 공기저장탱크를 가진 엔진의 흡기시스템 개략도를 보면 본 발명의 흡기 흐름은 과급기(1)에 과급된 공기는 공기저장탱크(2)에 저장이 되었다가 ECU(50)의 제어 신호에 의해 급기제어노즐(5)의 제어로 실린더(7)내로 흡기가 되게 된다.

공기저장탱크(2)에 저장되는 과급된 공기압력은 도 3의 공기저장탱크의 엔진 회전수에 따른 저장 공기압도에 나타낸 바와 같이, 도 3의 도표 A의 위치의 rpm에 서 연소에 필요한 공기압력은 B의 공기압력인데, 공기저장탱크(2)에 저장되는 공기압은 C의 공기압력까지 저장이 되므로, rpm의 변화는 E점까지의 rpm 변화에 대응이 가능하다. 물론 rpm의 변화에 의해 공기저장탱크(2)에 저장되는 공기압력은 도 3과 같이 변하므로 각 실린더에서 연소에 필요한 적정 급기량은 언제나 공급이 가능해지는 것이다.

도 3과 같이 rpm의 변화에 따라 공기저장탱크(2)에 저장되는 공기압력은 변화되는데, 이는 도 2의 공기저장탱크의 급기제어시스템에 의해 제어가 된다.

엔진을 제어하는 ECU(50)는 크랭크각 센서(11)에서 rpm의 값을 입력받고, 공기저장탱크 압력센서(3)에서 공기저장탱크(2)의 현재 공기압력 값을 입력받고, 페달 위치 센서(12)에서 운전자의 의도를 입력 받아서 공기저장탱크 압력제어밸브(4)를 제어하여 rpm에 대한 공기저장탱크(2)내 공기압력은 도 3의 그래프값을 기준으로 제어를 하며, 급기제어노즐(5)을 제어하여 각 실린더에 급기량을 결정하게 된다.

도 1에서 각 실린더(7)는 급기밸브가 없이 급기제어노즐(5)에 의해 급기를 하게 되는데 이는 rpm의 변화에 의한 공기량의 변화를 급기밸브의 기계적 구동으로는 연소에 필요한 적정의 급기량을 각 실린더에 공급할 수가 없으므로 각 실린더 개별적인 급기제어노즐(5)로써 각 실린더에 급기를 하게 된다.

rpm의 변화는 운전자에 의한 페달 위치센서(12)의 변화에 의해 이루어지는데 이는 운전자가 브레이크와 같이 제어하는 유일한 것으로 운전자의 의도를 입력받아 rpm을 제어하게 된다.

도 1 : 공기저장탱크를 가진 엔진의 흡기시스템 개략도

도 2 : 공기저장탱크의 급기압 제어도

도 3 : 공기저장탱크의 엔진 회전수에 따른 저장 공기압 그래프

＜부호의 간단한 설명＞

1 : 과급기 2 : 공기저장탱크

3 : 공기저장탱크내 압력센서 4 : 공기저장탱크 압력제어밸브

5 : 급기제어노즐 6 : 배기밸브

7 : 실린더 8 : 피스톤

9 : 점화장치 10 : 플라이휠

11 : 크랭크각 센서 12 : 페달 위치센서

50 : ECU

100 : 엔진 회전수 변화선 200 : 공기저장탱크내 공기압의 변화선

Claims (2)

1. 공기저장탱크를 가진 엔진의 흡기시스템에서, 과급기에 의해 과급되는 공기가 저장되는 공기저장탱크가 있고, 공기저장탱크는 엔진 회전수에 변화되는 공기압력을 저장하고 각 실린더에 공급이 되는데, 급기제어노즐에 의해 급기량을 제어하는 엔진의 흡기시스템
2. 청구항 1에서, 급기량이 각 실린더에 설치된 급기제어노즐의 개별적인 급기제어로 공급되는 엔진의 흡기시스템

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