KR810001614B1 - 3밸브 엔진용 배기가스 재순환장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

3밸브 엔진용 배기가스 재순환장치

제1도는 3밸브엔진을 표시하는 절단측면도로서 부연소실 및 주연소실에의 배기가스 재순환을 조정하는 기구를 엔진구동 조건에 따라 그와 같은 재순환의 양을 변화시키는 장치와 함께 예시한다.

제2도는 제1도와 유사한 도면으로서 주연소실에의 배기가스 재순환을 제어하는 밸브의 변형된 작동수단을 표시한다.

먼저 본 발명의 개요를 기술하면, 3밸브 성층충전(成層充塡)내연 피스톤엔진은 토오치노즐을 사이에 두고 각 주연소실에 연통하는 부연소실을 갖는다. 농후 혼합기체는 부연소실로 공급되며, 희박 혼합기테는 주연소실로 공급된다. 주연소실으로부터의 배기가스의 일부는 합부연소실로 공급되는 농후혼합기체와 혼되도록 제어밸브를 거쳐서 재순환된다. 엔진의 부하조건때문에, 주연수실으로부터의 추가된 배기가스는 주연소실로 공급되는 희박 혼합기체와 혼합되도록 제어밸브를 건쳐서 재순환된다. 그들 제어밸브는 엔진 작동조건에 응답하는 수단에 의하여 자동적으로 작동된다.

다음에 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 제한된 토오치노즐을 거쳐서 연결된 주연소실과 부연소실을 갖는 스파크점화형의 내연피스톤 엔진에 관한 것이다. 부연소실내에서 점화된 농후 혼합기체는 주연소실내의 희박 혼합기체를 점화하도록 제한된 토오치노즐을 거쳐서 화염을 분사한다. 이러한 형의 엔진은 1973년 4월 23일 제출된 다데(伊違)등의 미국출원 353786호에 나타내고 있다.

더욱 상세하게는, 본 발명은 대기속에 배출되는 엔진 배기가스중의 NOX(질소산화물)의 양을 감소하게하는 장치에 관한 것이다. 이 NOX의 감소는 엔진의 연소과정중에 도달되는 피이크온도의 저하에 따라 달성되며, 이것은 바꿔말해서, 어떤 엔진작동조건중 부연소실에 배기가스를 재순환시키고 다시 다른 엔진작동조건중 부연소실 및 주연소실의 양쪽에 배기가스를 재순환시키는 것에 의하여 달성되는 것이다.

부연소실 및 제한된 토오치노즐을 이용치 않는 통상적인 엔진은 일반적으로 NOX에 미션을 감소시키도록 배기가스를 연소실내에 공기연료 혼합기체와 함께 재순환시킨다. 그러나 대기중에 배출되는 NOX의 실질적인 감소를 얻기위하여는 매우 다량의 재순환 배기가스가 요구된다. 그 결과로서 그와 같은 엔진은 특징적으로 출력저하, 또는 보다 많은 연료소비 및 1산화탄소(CO)와 미연소탄화수소(CH)의 바람직하지 못한 방출의 증가로 인하여 불리한 것이다.

본 발명에 의하면 NOX에미션은 엔진작동의 넓은 범위에 걸치며, 배기가스중의 CO 및 HC에미션의 대응하는 증가없이 실질적으로 감소된다. 이는 단순히 약간의 양이 배기가스를 부연소실로 공급되는 농후 혼합기체와 혼합되도록 주연소실에서 안내하는 것에 의하여 달성된다. 엔진의 작동범위가 크기 때문에, 배기가스는 단지 비교적 작은 부연소실을 거쳐서 재순환된다. 다른 엔진작동조건에 대하여, 배기가스는 부연소실과 주연소실과의 양쪽안으로 재순환된다.

NOX의 형성은 점화 직전의 공기연료비율(空氣燃料比率), 혼합기체중의 고유의 잔류 배기가스의 양 및 재순환으로부터의 배기가스의 양에 따라 영향받는다는 것은 알려져 있다. 다시 상기형식의 그리고 이론혼합비율 보다 희박한 전체 혼합기체로서 작동되는 엔진에 있어서 NOX는 농후 혼합기체와 희박 혼합기체와의 성층 충전의 혼합에서 생기는 중간 공기연료 비율을 갖는 연소혼합기체의 부분에 형성된다는 것도 알려져 있다. NOX형성을 최소화 하기 위하여, 부연소실에 충전되는 농후 혼합기체중에 함유되는 배기가스의 %는 그것이 항상 주연소실 혼합기체중의 배기가스의 %보다 크도록 제어된다. 배기가스 재순환이 NOX형성을 감소시키기 때문에 원리적으로 부연소실내에서 이뤄지는 것이 본 발명의 중요한 특성이다.

엔진이 저부하 저온도에서 작동중일때, NOX의 형성은 이러한 조건하에서는 작으므로 배기가스의 재순환은 대략 중단된다.

엔진이 중부하에서 작동중에는 배기가스 재순환의 양은 엔진부하에 따라 증대된다. 높은 엔진부하에 대하여서는 그리고 특히 전부하 근방에서는, 배기가스 재순환의 양은 감소된다. 가속중, 배기가스 재순환은 드라이버빌리티(driverbility)를 유지하기 위하여 완만한 비율로서 증대된다. 감속중, 배기가스 재순환은 대기중에 배출되는 배기가스중의 HC 및 CO의 증대를 방지하도록 대략 중단될 수 있다.

그밖에 그리고 그 이상의 상세한 목적 및 이점은 아래의 설명에서 명백해질 것이다.

도면에 있어서, 전체로서(10)으로 표시되는 자동차엔진은 고정블록(11)을 포함하며, 그것은 그 블록(11)내에 만든 실린더(13)내에 왕복동 하도록 감합된 1개 또는 그 이상의 피스톤(12)을 갖는다. 단지 1개의 피스톤 및 실린더가 도면에서는 도시되어 있지만, 그 다수의 엔진에 채용될 수 있다는 것은 이해할 수 있을 것이다. 각 실린더(13)는 그것의 피스톤(12) 및 엔진헤드(14)와 협등하여 흡비밸브(6) 및 배기밸브(17)를 갖는 주연소실(15)을 형성한다. 흡기밸브(16) 흡기통로(18)을 거쳐서의 흐름을 제어하고, 배기밸브(17)는 주연소실(15)로부터 배기통로(19)를 거쳐서의 배기가스의 흐름을 제어한다. 제3밸브(21)는 엔진헤드(14)내에 설치된 부연소실(23)내에 부흡기통로(22)를 거쳐서의 흐름을 제어한다.부연소실(23)은 제한된 토오치노즐(24)을 거쳐 주연소실(15)에 연결된다. 점화플럭(25)은 부연소실(23)내의 가스모양혼합기체를 점화하도록 위치된다.

이들 3밸브(16)(17)(21)는 도시하지 않은 통상적인 캠기구에 의하여 작동된다.

제1기화기(27)는 교축밸브(28)을 가지며, 그것은 라이저실(29) 및 주흡기 며니폴드(30)에의 희박 혼합기체의 흐름을 조정한다. 대략 그와 마찬가지로, 제2기화기( 32)는 교축밸브(33)를 가지며, 그것은 라이저실(34) 및 부흡기 며니폴드(35)에의 농후 혼합기체의 흐름을 조정한다. 교축밸브(28)(33)의 작용은 적당한 기구(37)를 거쳐 연동되며, 양조임밸브는 도시하지 않은 가속페달에 연결되는 교축룻(38)에 의하여 작동된다.

통로(19)로부터의 배기가스는 배기실(40)로 들어가며 그리고 배기가스는 대부분은 개구된 출구(41)를 거쳐서 도시하지 않은 배기파이프 및 머플러 조립체를 통과한다.

본 발명에 의하면, 뜨거운 배기가스는 배기실(40)에서 포오트(42)를 거쳐 전체가 도면 부호(44)으로 표시되는 제어밸브 조립체내의 입구통로(43)안으로 끌려 들어간다. 이 밸브 조립체는 도시하지 않은 적당한 고정기구에 의하여 서로 고착된 2부분( 45)(46)으로 형성되는 고정본체를 갖는다. 가동밸브룻(47)이 슬리이브(49)위에 유지된 푸싱(48)내에 접동축선(摺動軸線)운동을 위하여 안내된다.

이슬리이브(49)는 슐더(shoulder)(51)와 계합하는 너트(50)에 의하여 본체부분(46)내에 고정된다. 고정밸브페이싱(固定辯座)(53)은 본체부분(46)내에 이슬리이브(49)에 의하여 정지협지(定置挾持)되고, 이 페이싱(facing)은 그 페이싱(53)을 통하는 흐름을 방지하도록 밸브의 머리핀(54)에 의하여 계합된다. 본체부분(45)내의 코일 압축 용수철(55)은 밸브면(54)을 고정페이싱(53)에 대하여 닫도록 밸브룻(47)위에 한쪽 방향으로 작용한다.

밸브룻(47)위의 면(54)의 아래쪽의 테이퍼면(57)는 입구통로(43)에서 고정페이싱(53)을 거쳐서 및 배출통로(58)을 거쳐서의 유출을 조정한다. 통로(58)는 통로(5 9)를 거쳐서 라이저실(34)과 부흡기 매니폴드(35)즉 농후혼합기체를 부연소실(23)로 운반하는 매니폴드(35)와 연결된다. 지금까지의 설명에 의해 다음 사항을 이해할 수 있을 것이다. 즉 밸브룻(47)이 고정페이싱(53)을 거쳐서의 흐름을 허용하도록 위로 움직일 때, 배기실(40)로부터의 배기가스는 부연소실(23)로 공급되는 농후 혼합기체와 혼합하도록 부흡기매니폴드(35)로 다량으로 흐르게 된다

측로(側路)오리피스(60)가 입구통로(43)와 배출통로(58)와의 사이에 설치되며, 엔진이 아이들링으로 밸브(53)(54)가 닫칠때에도 매우 소량으 배기가스가 부연소실(23)내에 흐를 수 있도록 한다. 뜨거운 배기가스는 다시 배기실(40)로부터 포오트 (42)를 거쳐서 전체가 (62)로 표시되는 제어밸브 조립체내의 입구통로(61)중으로도 끌어낼 수 있다. 이 밸브(62)는 도시하지 않은 적당한 고정기구로서 서로 고정된 2부분 (63)(64)로 형성되는 고정본체를 갖는다. 가동밸브 룻(65)이 슬리이브(67)위에 유지된 푸싱(66)내에 접등축선운동을 위하여 안내된다. 이슬리이브(67)는 숄더(69)와 계합하는 너트(68)에 의하여 본체부분(64)내에 고정된다.

고정밸브페이싱(71)은 이슬리이브(67)에 의하여 본체부분(64)내에 정치협착되며, 이 페이싱은 그 밸브 페이싱(71)을 거쳐서의 흐름을 방지하도록 밸브면(72)에 의하여 계합된다. 본체부분(63)내의 코일압축용수철(73)은 밸브면(72)을 고정페이싱 (71)에 대하여 닫히도록 밸브룻(65)에 한쪽방향으로 작용한다. 밸브룻(65)위의 면(7 2)의 위쪽의 테이퍼면(80)는 입구통로(61)에서 고정페이싱(71)을 거쳐서 그리고 또한 배출통로(74)를 거쳐서 밖으로의 흐름을 조정한다. 통로(74)는 포오트(75)를 거쳐서 라이저실(29)과 그리고 주연소실(15)에 희박 혼합기체를 공급하는 주흡기매니폴드 (30)에 연통된다.

만약 원한다면, 밸브룻(65)의 상부(76)는 밸브룻(65)의 위쪽끝과 접촉하는 아래쪽 끝(77)을 갖는 분리부재로서 형성될 수 있다. 위쪽밸브룻부분(76)은 위쪽 본체부분(63)내의 구멍(78)내에 축선운동을 위하여 접동 가능토록 안내되며, 이 2부분( 65)(76)은 용수철(73)(70)에 의하여 단면(端面)과 단면과의 접촉을 유지하게 한다. 이 2부분 구조의 목적은 푸싱(66)의 구멍과 구멍(78)과의 심(芯)을 맞추기 위한 문제를 최소화 하기 위해서이다.

지금까지의 설명으로 다음 사실을 이해할 수 있을 것이다. 즉 밸브롯(65)은 고정페이싱(71)을 거쳐서의 흐름을 허용하도록 압압될때, 배기실(40)로부터의 배기가스는 주연소실(15)로 공급되는 희박 혼합기체와 혼합하도록 주흡기 매니폴드(30)내에 흐르게 된다. 제어밸브(44)의 밸브룻(47)을 작동시키기 위한 수단이 설치되며, 이 수단은 도시한 바와 같이 위쪽 본체부분(45)에 고정된 지지아암(84)위에 유지되고 있는 고정핀(83)의 주위를 회동하도록 감합된 레버아암(82)을 포함한다. 이 아암(82)은 밸브롯(47)의 위쪽에 돌출된 끝을 헐겁게 받아들이는 구멍(85)을 갖는다. 그 아암위의 둥근부분(86)은 밸브롯(47)에 고정된 컬러(Collar:쇠테)(88)위에 형성되는 숄더(87)의 아래쪽에 계합한다. 지금까지의 설명에서 다음의 사실을 알수 있을 것이다. 즉 아암( 82)이 반시계방향에 핀(83)의 주위를 회동할 때 밸브롯(47)은 밸브페이싱(53)을 거쳐서의 흐름을 허용하도록 용수철(55)의 작용에 항거하여 위쪽으로 움직여진다.

아암(91)은 아암(82)과 일체로 형성되어서 핀(83)의 주위를 회동한다. 이 아암(91)은 핀(92)에 있어서 진공 작동장치(94)로부터 연장되는 롯(93)에 축착 연결된다. 이 롯(93)은 가요(可撓)다이어프램(95)의 중심부분에 고정되며, 그 다이어프램 (95)의 둘레의 가장자리는 본체부분(96)(97)사이에 협착된다. 룻(93)은 아래쪽 본체부분(97)내의 구멍(98)을 거쳐서 연장되며, 그 구멍(98)은 실(99)을 대기와 연통시킨다. 가요 다이어프램(95)과 위쪽 본체부분(96)과의 사이에 만들어지는 진공실(101)은 입구(102)를 거쳐서 진공배관(103)에 연통된다. 진공압이 배관(103)을 거쳐서 진공실(101)에 공급되때, 롯(93)은 인장작용을 받고, 그에 따라 아암(82)은 그 각도 운동의 한도까지 시계방향으로 움직이며, 그에 따라 코일용수철(55)이 밸브면(54)을 고정페이싱(53)에 대하여 닫는 것을 허용하고, 그 닫힘에 의하여 배기가스의 부연소실(23)에 대한 배기 재순환이 방지된다.

아암(105)이 고정핀(83)의 축선의 주위를 회동하도록 감합된다. 이 아암 (105)은 핀(106)으로 조임롯(38)에 축착 연결된다. 토오숀(torsion) 용수철 (107)은 아암(105)에 고정된 한끝과 아암(91)에 고정된 다른끝을 갖는다. 따라서 롯(93)이 제1도에 표시한 위치일 때, 조임롯(38)의 왼쪽으로 운동할 때 아암(105)은 토오숀 용수철(107)의 작용에 항거하여 반시계방향으로 움직이지만, 아암(82)은 롯(93)에 의하여 그 위치에 유지되므로 움직이지 않는다. 실(101)내의 진공강도가 감소할 때, 롯(93)은 토오숀 용수철(107)을 거쳐서 조임럿(38)으로부터 작용하는 힘에 의하여 움직여질수 있어서, 아암(82)을 상방으로 작동하고 그리고 배기가스의 흡기매니폴드( 35) 및 부연소실(23)에의 재순환을 허용한다.

고정페이싱(53)을 거쳐서의 재순환가스의 유속은 면(57)의 형상 및 밸브롯 (47)의 축선방향위치에 의존한다. 진공압이 다음의 조건의 하나 또는 그 이상의 존재할 때에만 진공작동장치(94)에 공급될 수 있는 것이 바람직하다. (a) 자동차의 지상속도가 약 20m/h이하, (b) 엔진내의 윤활유온도가 45℃이하, (c) 매니폴드(30)내의 진공압이 수은주 약 400mm 이상, 따라서 라이저실(29)에 연통하는 포오트(1k2)에 연결되는 진공압 배관(111)은 솔레노이드 밸브조립체(115)의 입구(114)로 안내된다.

전기 에네르기가 솔레노이드 밸브조립체(115)에 적용되기 전에는, 전기자(電氣子)(116)는 용수철(117)에 의하여 벤트(118)을 닫도록 그리고 입구(114)와 출구( 119)와의 사이의 연통을 확립하도록 위치된다. 솔레노이드 밸브(115)의 출구(119)는 배관(121)에서 용수철 부하 검출밸브( 120)의 입구(122)에 연통된다. 흡입압은 밸브체(123)을 용수철(124)에 항거하여 움직이게 하여 고정페이싱(125)로부터 격리시키고, 흡입압은 통로(126)와 배관(103)과 입구(102)를 거쳐서 작동장치(94)의 흡입실(101)에 공급된다.

전기에네르기는 속도 검출스위치(128), 유온(油溫)스위치(129) 및 진공 검출스위치(130)가 전부 닫힌때에믄 공급되어, 전기 배선(132)을 거쳐서의 솔레노이드 밸브(115)의 회로를 완성한다. 스위치(128)(129)(130)는 직렬이며 그리고 통상적인 설계 및 구조이다. 따라서 시동 조건하에서는, 솔레노이드 밸브(115)는, 윤활유 온도가 약 45℃에 이르고, 자동차가 적어도 20km/h에 달하고 그리고 매니폴드 진공압이 약 400mm 수은주를 넘지않을 때까지 제1도시의 위치로 유지된다.

엔진(10)이 충분한 부하하에서 작동할 때, 흡기 매니폴드내의 흡입압은 약 40mm 수은주 이하로 강하하고 그리고 스위치(128)(129)가 닫힐때, 솔레노이드 밸브조립체(115)는 배관(121)내의 진공압을 몰아내도록 작용한다. 블리이드 오리피스 (bleed orifice)(140)는 의기가 필터(141)을 거쳐서 통로(126)에 통과하는 것을 허용하고, 외기에 의하여 실(101)내의 진공압 강도를 점차 감소된다.

지연시간을 가지고 이것은 다이아프롬(95)의 양쪽에 압력을 평형이 되게한다.

이 지연시간 간격의 사이, 토오숀 용수철(107)을 거쳐서 롯내의 잔존하는 인장력에 항거하여 작용하는 조임롯(38)은 이어서 아암(82)이 밸브롯(47)을 위로 움직여서 제어밸브부분(53)(54)을 얻도록 한다. 제한된 오리피스(140)은 이와 같이 하여 제어밸브(44)의 완만히 열리는 운동을 확보하는 수단을 제공한다.

조임롯(38)이 엔진의 감속을 일으키게 하는 방향으로 갑자기 움직일 때에는 아암(91)는 롯(93)을 진공실(101)의 체적을 감소시키는 방향으로 움직이게 한다.

실(101)내의 가스는 이어서 배관(103), 통로(106), 용수철부하 검출밸브( 120), 입구(122), 배관(121), 통로(119) 및 통로(118)을 거쳐서 대기속에 배출된다. 만약 조임밸브(38)의 운동의 한도가 조임밸브(28)(33)의 아이들위치에 가까운 되돌아옴에 대응할 때, 흡기 매니폴드내에 높은 진공압이 생기고, 이어서 솔레노이드 전기가 (116)는 제1도시의 위치로 움직이고, 진공실(101)는 진공압 배관(111)으로 개구한다. 제어밸브(44)는 이와 같이 하여 감속되는 사이에 재빠르게 닫히고, 이것은 엔진이 배기가스중의 바람직하지 못한 CO 및 HC 방출의 생성를 최소화한다. 진공분기배관 (144)은 다시 제어밸브(62)의 밸브롯부분에(76) 연결되는 가요다이어프램(149)의 위쪽의 진공공간(148)으로 안내되는 입구 파이프(147)에 검출밸브 조립체(146)을 거쳐서 연통된다. 검출밸브부분(152)내의 제한된 오리피스(150)는 무거운 용수철(79)의 작용하의 제어밸브의 너무 빨리 열리는 것을 방지하기 위하여 진공공간(148)내의 진공압이 강도의 점차적인 감소를 허용한다.

제2도에 표시하는 본 발명의 변경례에 있어서, 엔진(10), 매니폴드(30), 기회기 (27)(32) 및 배기실(40) 및 협동부분은 모두 상술한 것과 같다. 또한 제어밸브(44)는 상기한 것과 같은 구조 및 작동 상태를 갖는다. 밸브작동자 기구(82)(84)(91) 및 작동자(94) 및 자동자(94)의 진공 제어기구(115)(123)(140)도 또한 상술한 바와 같다. 그러나 제어밸브(61a) 및 그 제어밸브(62a)의 작동기구는 제1도시의 것과 상위하다.

제어밸브(62a)는 제어밸브(44)와, 측로(側路)오리피스(60)가 생략되는 점을 제외하고는 같고 다시 밸브면(159)의 형상은 면(57)의 형상과 같지 않아도 좋다.

밸브롯(76a)은 고정핀(162)위에 회동 하도록 감합된 허브(161)위에 지지된 아암(160)에 의하여 기계적으로 작동된다. 이 핀은 고정 지지아암(163)위에 유지된다. 아암(160)내의 구멍(164)은 밸브롯(76a)의 위쪽의 돌출된 끝을 헐겁게 감합하고, 아암160의 둥근부분(165)은 밸브롯(76a)에 장치한 컬러(166)의 아래쪽과 계합 자유 자재이다.

제2크탱크 아암(167)이 허브(161)에 고정되어 핀(168)을 보유한다. 이 핀은 롯(171)의 한끝에 설치한 긴홈(169)내에 받아넣어진다. 이롯(171)은 아암(82)(91)과 일체로 형성된 아암(173)에 핀(172)으로 추착된다.

따라서, 아암(82)의 제어밸브(44)를 여는 방향의 지지핀(83)의 주위의 반시계방향의 운동은 먼저 롯(171)의 핀(168)에 대한 운동을 야기한다. 롯(171)의 운동이 긴홈(169)내의 틈사이를 제거하기에 충분할 때, 핀(168) 및 아암(167)은 같이 제어밸브(62a)을 열 수 있도록 반시계방향으로 움직인다. 이 설명에서 다음 사실을 알 수 있을 것이다. 즉 실(101)내의 진공압강도가 소실될 때 그리고 조임롯(38)이 제2도시의 왼쪽으로 움직여질때, 아암(82)은 먼저 제어밸브(44)를 열도록 작용하고, 아암(160)은 뒤에 제어밸브(62a)를 열도록 작용한다.

Claims (1)

1. 제한된 토오치노즐을 사이에 두고 연결된 주연소실과 부연소실을 갖는 내연스파크점화 퍼스톤엔진에 있어서, 이 부연소실에 농후 혼합기체를 공급하기 위한 제1밸브제어의 흡기통로와, 이주연소실에 희박혼합기체를 공급하기 위한 제2밸브제어의 흡기통로와, 이 흡기통로 각각의 내부의 조임밸브와, 이 주연소실에서 안내되는 밸브제어의 배기통로와, 이 제1의 흡기통로 내의 농후 혼합기체와 혼합되게끔 배기가스의 일부를 안내하기 위한 제1의 도관과, 이 제2흡기통로 내의 희박혼합기체와 혼합되게끔 배기가스의 일부를 안내하기 위한 제2의 도관과, 이 제1의 도관을 거쳐서 배기가스의 흐름을 제어하기 위한 제1의 제어밸브와, 이 제2의 도관을 거쳐서 배기가스의 흐름을 제어하기 위한 제2의 제어밸브와, 이 엔진의 부하의 증대에 즈음해서 이 제2의 제어밸브를 열기전에 이 제1의 제어밸브를 열기 위한 이 제1과 제2의 제어밸브사이의 로스트모우션 (lost motion) 연결을 포함한 수단의 조합으로 이뤄진 3밸브엔진용 배기가스 재순환장치.

Images