KR20230085502A - 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진 - Google Patents

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KR20230085502A KR1020210173719A KR20210173719A KR20230085502A KR 20230085502 A KR20230085502 A KR 20230085502A KR 1020210173719 A KR1020210173719 A KR 1020210173719A KR 20210173719 A KR20210173719 A KR 20210173719A KR 20230085502 A KR20230085502 A KR 20230085502A
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Abstract

본 발명은 일부 실린더의 휴지(休止)시, 그 내부가 부압이 생성되지 않도록 하여 오일업이 발생을 방지하도록 한 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진에 관한 것이다.
본 발명에 따른 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진은, 상하를 관통하도록 공기통로(31)가 형성되는 피스톤(30); 상기 피스톤(30)의 내부에 승강가능하게 설치되어 상기 공기통로(31)를 개폐하는 작동밸브(35); 및 실린더헤드(20)에 설치되어, 상기 작동밸브(35)를 승강시키는 푸시로드(42);를 포함하고, 실린더가 휴지 중이면, 상기 공기통로(31)가 연통되도록 상기 푸시로드(42)가 상기 작동밸브(35)를 개방시켜, 상기 피스톤(30)의 상부와 하부가 연통하는 것을 특징으로 한다.

Description

휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진{ENGINE FOR PREVENTING GENERATING NEGATIVE PRESSURE DURING DEACTIVATION}
본 발명은 출력에 따라 일부 실린더의 작동을 중지시키는 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일부 실린더의 휴지(休止)시, 그 내부가 부압이 생성되지 않도록 하여 오일업이 발생을 방지하도록 한 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진에 관한 것이다.
복수의 실린더로 이루어지는 엔진에서 출력을 높이기 위한 방안 중 하나로서, 상기 실린더의 수를 증가시켜 구성한다. 각 실린더의 배기량을 증가시키면, 연소시 노킹 등과 같은 부조가 발생할 수 있어 연소의 제어가 어렵고, 엔진의 크기가 커지기 때문에, 실린더의 수를 증가시켜 엔진을 구성함으로써, 요구되는 출력이 발생토록 한다.
상기 엔진은 항상 고출력 또는 최대출력으로 작동하지 않는다. 예컨대, 상기 차량의 저속으로 주행하거나, 화물을 적재하지 않은 상태 등과 같은 경우에는 고출력을 요구하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 항상 모든 실린더가 작동함에 따라 연비가 저하되고, 배기가스가 증가하게 된다. 이를 해소하고자, 복수의 실린더 중에서, 고출력이 요구되지 않는 상황에서는 연비 향상, 배기가스 저감 등을 위하여, 일부 실린더를 휴지(休止)시키고, 나머지 실린더에서만 연소가 진행되는 CDA(Cylinder Deactivation) 엔진이 적용되고 있다.
하지만, 휴지 중인 실린더에서도 작동중인 실린더와 크랭크축으로 연결되어 있어서, 피스톤(130)은 계속 왕복운동을 한다. 휴지 실린더에서는 연소가 일어나지 않기 때문에, 공기 또는 혼합기를 유입하는 흡기밸브(121)와 배기가스를 배출하는 배기밸브(122)가 닫혀있는 상태에서, 상기 피스톤(130)이 작동하면, 상기 실린더의 연소실(C)은 부압이 형성된다. 이러한 부압은 상기 실린더 벽면의 엔진오일이 상기 연소실(C)로 올라오는 오일업(Oil up) 현상을 유발한다.
오일업에 의해 상기 연소실로 유입된 엔진오일은 실린더헤드(120), 실린더블록(110) 또는 상기 피스톤(130)에 도포된 상태에서 휴지중인 실린더에서 연소가 진행되면, 연료와 함께 연소하게 된다.
이러한 오일업 현상으로 인하여, 상기 흡기밸브(121) 및 상기 배기밸브(122)의 손상되거나, 상기 연료의 공급없이도 상기 엔진오일이 자연 발화하는 디젤링 현상을 유발하는 문제점이 있다.
KR 10-1855771 B1(2018.05.02, 명칭 : 실린더　휴지　엔진 및 그 유압 제어방법)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 휴지중인 실린더에서 연소실에 부압이 형성되지 않도록 피스톤에 연통가능한 구조를 형성한 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진은, 상하를 관통하도록 공기통로가 형성되는 피스톤; 상기 피스톤의 내부에 승강가능하게 설치되어 상기 공기통로를 개폐하는 작동밸브; 및 실린더헤드에 설치되어, 상기 작동밸브를 승강시키는 푸시로드; 를 포함하고, 실린더가 휴지 중이면, 상기 공기통로가 연통되도록 상기 푸시로드가 상기 작동밸브를 개방시켜, 상기 피스톤의 상부와 하부가 연통되는 것을 특징으로 한다.
상기 피스톤은, 그 상부면에 정해진 깊이로 상기 작동밸브를 수용하는 챔버가 형성되고, 상기 챔버의 내부에서 상기 작동밸브가 승강되는 것을 특징으로 한다.
상기 공기통로는 상기 피스톤의 저면과 상기 챔버를 연통하도록 형성되고, 상기 작동밸브는 실린더가 휴지 중이면, 상기 공기통로의 상단과 같은 높이 또는 상기 공기통로의 상단보다 높게 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 피스톤에서 상기 챔버에 상기 작동밸브가 상승하도록 탄성지지하는 제1스프링이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 실린더헤드에 상기 푸시로드를 수용하는 로드수용홈이 형성되고, 상기 푸시로드는 상기 실린더의 휴지시 상기 로드수용홈으로부터 인출되어 상기 작동밸브를 하강시키는 것을 특징으로 한다.
상기 로드수용홈에서 상기 푸시로드의 상부에는 상기 로드수용홈의 내부에 작동유체의 공급을 개폐하는 제어밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어밸브는 상기 로드수용홈의 내부로 가압된 오일의 공급을 개폐하는 것을 특징으로 한다.
상기 로드수용홈의 내부에 상기 푸시로드를 상기 로드수용홈의 내부로 삽입시키는 방향으로 탄성지지하는 제2스프링이 구비되는 것을 특징으로 한다.
실린더의 작동 유무에 따라 상기 제어밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 실린더가 휴지중이면, 상기 제어밸브가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 실린더가 작동중이면, 상기 제어밸브가 폐쇄되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진에 따르면, 실린더가 휴지중이면, 연소실과 크랭크케이스가 연통되도록 하여, 연소실의 내부에 부압이 생성되지 않도록 한다.
연소실의 내부에 부압이 생성되지 않기 때문에, 실린더 벽면의 엔진오일이 연소실 내로 유입되는 오입업 현상을 방지할 수 있다.
오일업 현상이 방지됨에 따라, 연소실에서 엔진오일이 연소하고, 밸브가 손상되는 현상이 발생하지 않는다.
도 1은 통상적인 실린더의 구조를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진에서 실린더의 구조를 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 요부 확대도.
도 4는 본 발명에 따른 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진에서 휴지 중일 때의 실린더의 구조를 도시한 단면도.
도 5는 도 4의 요부 확대도.
도 6은 본 발명에 따른 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진에서 작동 중일 때의 실린더의 구조를 도시한 단면도.
도 7은 도 6의 요부 확대도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진은, 상하를 관통하도록 공기통로(31)가 형성되는 피스톤(30)과, 상기 피스톤(30)의 내부에 승강가능하게 설치되어 상기 공기통로(31)를 개폐하는 작동밸브(35)과, 실린더헤드(20)에 설치되어, 상기 작동밸브(35)를 승강시키는 푸시로드(42)를 포함하고, 실린더가 휴지 중이면, 상기 공기통로(31)가 연통되도록 상기 푸시로드(42)가 상기 작동밸브(35)를 개방시켜, 상기 피스톤(30)의 상부와 하부가 연통되도록 한다.
본 발명의 엔진은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 실린더가 복수로 형성된 상태에서, 몇 개의 실린더들을 뱅크로 묶어, 요구되는 출력에 따라 일부 뱅크 또는 전체 뱅크를 작동시킨다.
피스톤(30)은 상기 피스톤(30)을 상하로 관통하도록 공기통로(31)가 형성된다. 상기 공기통로(31)가 상기 실린더의 작동유무에 따라 개폐되도록 함으로써, 실린더헤드(20), 실린더블록(10) 및 피스톤(30) 사이의 연소실(C)이 부압이 되는 것을 방지토록 한다. 즉, 상기 실린더가 작동중이면, 상기 공기통로(31)를 폐쇄시켜, 상기 연소실(C)에서 압축기 또는 공기가 압축되도록 한다. 상기 실린더가 휴지중이면, 상기 공기통로(31)를 개방시켜, 상기 연소실(C)과 크랭크케이스를 연통되도록 하여, 상기 연소실(C)의 압력을 크랭크케이스와 같은 압력이 되도록 함으로써, 연소실(C)의 압력이 낮아지는 것을 방지한다.
상기 피스톤(30)에는 상기 공기통로(31)를 개폐시키기 위하여, 작동밸브(35)가 구비된다. 상기 피스톤(30)의 상부면으로부터 정해진 깊이로 챔버(32)를 형성하고, 상기 챔버(32)의 내부에 상기 작동밸브(35)를 승강가능하게 설치된다.
상기 공기통로(31)는 상기 피스톤(30)에서 상기 피스톤(30)의 축방향을 따라 상기 피스톤(30)의 상하를 연통하도록 형성하기 어렵기 때문에 상기 피스톤(30)에 경사지게 형성된다. 상기 공기통로(31)의 상단은 상기 챔버(32)와 연결되도록 형성된다. 상기 공기통로(31)의 하단은 상기 피스톤(30)의 저면에서 피스톤핀을 회피하는 위치에 형성되도록 한다. 이에 따라, 상기 공기통로(31)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 경사지게 형성된다.
상기 챔버(32)의 내부에서 상기 작동밸브(35)가 승강에 따라 상기 공기통로(31)가 개방되거나 폐쇄된다. 상기 작동밸브(35)가 상기 공기통로(31)의 상단과 같은 높이 또는 상기 공기통로(31)의 상단보다 높게 위치하면, 상기 작동밸브(35)에 의해 상기 피스톤(30)의 상부와 하부가 연통되지 않는다. 상기 작동밸브(35)가 하강하여, 상기 공기통로(31)의 상단보다 낮게 위치하면, 상기 피스톤(30)의 상부와 하부는 서로 연통된다. 상기 실린더가 휴지중이면, 상기 작동밸브(35)를 하강시켜 상기 피스톤(30)의 상부와 하부를 서로 연통되도록 하고, 상기 실린더가 작동중이면, 상기 작동밸브(35)를 상승시켜 상기 피스톤(30)의 상부와 하부가 서로 연통되지 않도록 한다.
상기 챔버(32)의 내부에는 외력이 작용하지 않으면, 상기 작동밸브(35)를 상승되도록 하는 탄성지지하는 제1스프링(36)이 설치된다.
실린더헤드(20)에 상기 실린더의 작동유무에 따라 상기 작동밸브(35)의 선택적으로 하강시키는 푸시로드(42)가 설치된다.
상기 푸시로드(42)는 상기 실린더헤드(20)에 승강가능하게 설치되어 상기 실린더의 휴지시 하강하여, 상기 작동밸브(35)를 하강시킨다.
상기 실린더헤드(20)에 상기 푸시로드(42)를 수용하기 위하여 로드수용홈(25)이 형성되고, 상기 로드수용홈(25)의 내부에 상기 푸시로드(42)가 승강가능하게 설치된다. 상기 푸시로드(42)는 상기 실린더가 휴지중이면, 하강하여 상기 작동밸브(35)를 하강시킨다.
상기 로드수용홈(25)에서 상기 푸시로드(42)의 상부에는 상기 로드수용홈(25)의 내부로 가압된 작동유체의 공급을 개폐하는 제어밸브(41)가 구비된다, 상기 로드수용홈(25)의 내부에는 상기 푸시로드(42)가 하강하도록 외부로부터 가압된 오일이나 가압된 공기와 같은 작동유체가 유입되고, 이를 상기 제어밸브(41)가 단속(斷續)한다. 바람직하게는 작동의 신뢰성을 위하여 비압축 유체인 가압된 오일이 공급되도록 한다.
상기 로드수용홈(25)의 내부에는 상기 제어밸브(41)의 폐쇄시, 상기 푸시로드(42)가 상승하여 상기 로드수용홈(25)의 내부에 수용되도록 탄성지지하는 제2스프링(43)이 설치된다.
상기 제어부(50)는 실린더의 작동 유무에 따라, 상기 제어밸브(41)가 개폐되도록 제어하여, 상기 푸시로드(42)를 하강시키거나 복귀하도록 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진의 작동에 대하여 설명하면 다음과 같다.
평상시에는 상기 작동밸브(35)는 상기 챔버(32)의 최상단에 위치하고 있고, 상기 푸시로드(42)도 상기 로드수용홈(25)에서 최대로 상승한 상태를 유지하고 있다. 상기 작동밸브(35)가 상기 챔버(32)의 최상단에 위치하고 있기 때문에, 상기 공기통로(31)를 통하여, 상기 피스톤(30)의 상부와 하부는 연통되지 않은 상태이다.
상기 엔진이 고출력이 필요하지 않아, 일부 뱅크만 작동되도록 하는 경우, 상기 제어부(50)는 휴지중인 실린더의 상기 제어밸브(41)를 개방시킨다.
상기 제어밸브(41)가 개방되면, 상기 로드수용홈(25)의 내부로 가압된 유체가 공급되어, 상기 유체의 압력에 의한 힘이 상기 제2스프링(43)의 탄성력보다 커지면, 상기 푸시로드(42)는 하강한다.
상기 푸시로드(42)가 하강하여, 상기 연소실(C) 내로 인출되고, 지속적인 유체의 공급에 의해 상기 푸시로드(42)는 계속 하강한다.
상기 푸시로드(42)가 계속 하강하면, 상기 푸시로드(42)는 상기 작동밸브(35)도 하강시킨다. 상기 작동밸브(35)가 하강하여, 상기 작동밸브(35)가 상기 공기통로(31)의 상단보다 낮아지면(도 5 참조), 상기 공기통로(31)를 통하여 상기 피스톤(30)의 상부와 하부가 연통됨에 따라, 상기 연소실(C)과 상기 크랭크케이스가 같은 압력이 됨으로써, 상기 연소실(C)이 부압이 되지 않도록 한다.
한편, 고출력이 요구되어, 상기 엔진의 모든 뱅크의 실린더가 작동해야 하는 경우, 상기 제어부(50)는 상기 로드수용홈(25)에 채워진 작동유체를 배출시키고 상기 제어밸브(41)를 폐쇄시킨다. 상기 로드수용홈(25)으로부터 상기 작동유체가 배출되고, 상기 제어밸브(41)의 폐쇄로 그 상태가 유지되면, 상기 제2스프링(43)의 탄성력에 의해 상기 푸시로드(42)는 상승하여, 상기 로드수용홈(25)의 내부에 수용된다(도 6 및 도 7 참조).
상기 푸시로드(42)가 상승함에 따라, 상기 작동밸브(35)도 상기 챔버(32)의 내부에서 상승하여, 상기 작동밸브(35)까 상기 공기통로(31)의 상단과 같은 높이 또는 그 보다 높게 위치한다. 이에 따라, 상기 공기통로(31)를 통하여, 상기 피스톤(30)의 상부와 하부가 서로 차단됨에 따라 상기 공기통로(31)를 통한 통상적인 실린더와 같이 상기 연소실(C)로 유입된 공기 또는 혼합기를 압축할 수 있다.
한편, 상기 푸시로드(42)의 상승으로 상기 작동밸브(35)가 상기 공기통로(31)를 폐쇄하는 작동은 일부 뱅크만 작동하다가 상기 엔진의 시동이 꺼지는 경우에도 작동한다.
10 : 실린더블록 20 : 실린더헤드
21 : 흡기밸브 22 : 배기밸브
25 : 로드수용홈 30 : 피스톤
31 : 공기통로 32 : 챔버
35 : 작동밸브 36 : 제1스프링
41 : 제어밸브 42 : 푸시로드
43 : 제2스프링 50 : 제어부
110 : 실린더블록 120 : 실린더헤드
121 : 흡기밸브 122 : 배기밸브
130 : 피스톤

Claims (11)

  1. 상하를 관통하도록 공기통로가 형성되는 피스톤;
    상기 피스톤의 내부에 승강가능하게 설치되어 상기 공기통로를 개폐하는 작동밸브; 및
    실린더헤드에 설치되어, 상기 작동밸브를 승강시키는 푸시로드;
    를 포함하고,
    실린더가 휴지 중이면, 상기 공기통로가 연통되도록 상기 푸시로드가 상기 작동밸브를 개방시켜, 상기 피스톤의 상부와 하부가 연통되는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤은,
    그 상부면에 정해진 깊이로 상기 작동밸브를 수용하는 챔버가 형성되고, 상기 챔버의 내부에서 상기 작동밸브가 승강되는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기통로는 상기 피스톤의 저면과 상기 챔버를 연통하도록 형성되고,
    상기 작동밸브는 실린더가 휴지 중이면, 상기 공기통로의 상단과 같은 높이 또는 상기 공기통로의 상단보다 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 피스톤에서 상기 챔버에 상기 작동밸브가 상승하도록 탄성지지하는 제1스프링이 구비되는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실린더헤드에 상기 푸시로드를 수용하는 로드수용홈이 형성되고,
    상기 푸시로드는 상기 실린더의 휴지시 상기 로드수용홈으로부터 인출되어 상기 작동밸브를 하강시키는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 로드수용홈에서 상기 푸시로드의 상부에는 상기 로드수용홈의 내부에 작동유체의 공급을 개폐하는 제어밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어밸브는 상기 로드수용홈의 내부로 가압된 오일의 공급을 개폐하는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 로드수용홈의 내부에 상기 푸시로드를 상기 로드수용홈의 내부로 삽입시키는 방향으로 탄성지지하는 제2스프링이 구비되는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  9. 제6항에 있어서,
    실린더의 작동 유무에 따라 상기 제어밸브의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 실린더가 휴지중이면, 상기 제어밸브가 개방되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 실린더가 작동중이면, 상기 제어밸브가 폐쇄되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진.
KR1020210173719A 2021-12-07 2021-12-07 휴지시 부압 생성이 방지되는 엔진 KR20230085502A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101855771B1 (ko) 2016-11-07 2018-05-09 현대자동차 주식회사 실린더 휴지 엔진 및 그 유압 제어방법

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