KR820000146Y1 - 3밸브 엔진용 배기가스 재순환장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

3밸브 엔진용 배기가스 재순환장치

제1도는 3밸브 엔진을 도시하는 절단측면도로서 부연소실 및 주연소실에의 배기가스 재순환을 조정하는 기구를 엔진구동 조건에 따라 재순환의 양을 변화시키는 장치를 표시한 도면.

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

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 자동차엔진 11 : 블록

12 : 피스톤 13 : 실린더

14 : 엔진헤드 15 : 주연소실

16 : 흡기밸브 17 : 배기 밸브

21 : 제3밸브 23 : 부연소실

24 : 토오치실 25 : 점화플럭그

27 : 제1기화기 28 : 교축 밸브

29 : 라이저실 30 : 주흡기 매니포울드

32 : 제2기화기 33 : 교측 밸브

35 : 부흡기 매니포울드 37 : 기구

38 : 교축 로드 40 : 배기실

먼저 본 고안의 개요를 기술하면, 3밸브 성층충전(成層充塡) 내연 피스톤엔진은 토오치노즐을 사이에두고 각 주연소실에 연통하는 부연소실을 갖는다. 농후 혼합기체는 부연소실로 공급되며, 희박 혼합기체는 주연소실로 공급된다. 주연소실로부터의 배기가스 일부는 부연소실로 공급되는 농후 혼합기체와 혼합되도록 제어밸브를 거쳐서 재순환된다. 엔진의 부하조건 때문에, 주연소실로부터의 추가된 배기가스는 주연소실로 공급되는 희박혼합기체와 혼합되도록 제어밸브를 거쳐서 재순환된다. 그들 제어밸브는 엔진작동조건에 대응하는 수단에 의하여 자동적으로 작동된다.

다음에 본 고안에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 제한된 토오치노즐을 거쳐서 연결된 주연소실과 부연소실과를 갖는 불꽃점화형의 내연피스톤엔진에 관한 것이다. 부연소실내에서 점화된 농후혼합기체는 주연소실내의 희박혼합기체를 점화하도록 제한된 토오치노즐을 거쳐서 화염을 분사한다.

이러한 형의 엔진은 1973년 4월 23일 제풀된 다데(伊達) 등의 미국출원 제353,786호에 나타내고 있다.

더욱 상세하게는, 본 고안은 대기속에 배출되는 엔진배기가스 중의 NOX(질소산화물)의 양을 감소하게 하는 장치에 관한 것이다. 이 NOX의 감소는 엔진의 연소과정중에 도달되는 최고온도의 저하에 따라 달성되며, 이것은 바꿔말해서, 엔진작동조건중 부연소실이 배기가스를 재순환시키고 다시 다른 엔진 작동조건중 부연소실 및 주연소실의 양쪽에 배기가스를 재순환시키는 것에 의하여 달성되는 것이다. 부연소실 및 제한된 토오치노즐을 이용치 않는 통상적인 엔진은 일반적으로 NOX 에이션(emission)을 감소시키도록 배기가스를 연소실내에 공기연료 혼합기체와 함께 재순환시킨다. 그러나 대기중에 배출되는 NOX의 실질적인 감소를 얻기 위하여는 매우 다랑의 재순환 배기가스가 요구된다. 그 결과로서 그와같은 엔진은 특징적으로 출력저하, 또는 보다 많은 연료소비 및 일산화탄소(CO)와 미연소탄화수소(HC)의 바람직하지 못한 방출의 증가로 인하여 분리한 것이다.

본 고안에 의하면 NOX에미션은 엔진작동의 넓은 범위에 걸치며, 배기가스중의 CO 및 HC 에이션의 대응하는 증가없이 실질적으로 감소된다. 이는 단순히 약간의 양이 배기가스를 부연소실로 공급되는 농후혼합기체와 혼합되도록 주연소실에서 안내하는 것에 의하여 달성된다. 엔진의 작동범위가 크기때문에, 배기가스는 단지 비교적 작은 부연소실을 거쳐서 재순환된다. 다른 엔진작동 조건에 대하여, 배기가스는 부연소실과 주연소실과 양쪽 안으로 재순환된다.

NOX의 형성은 점화 직전의 공연비, 혼합기체중 고유의 잔류 배기가스랑 및 재순환으로부터의 배기가스랑에 따라 영향받는 다는것은 알려져 있다. 다시 상기 형식의 이론 혼합비율 보다 희박한 전체혼합기체로서 작동되는 엔진에 있어서, NOX는 농후 혼합기체와 희박 혼합기체의 성층충전의 혼합에서 생기는 중간공기연료비율을 갖는 연소혼합기체의 일부에 형성된다는 것도 알려져 있다.

NOX 형성을 최소화하기 위하여, 부연소실에 충전되는 농후 혼합기체 중에 함유되는 배기가스의 %는 항상 주연소실 혼합기체중의 배기가스의 %보다 크도록 제어된다. 배기가스 재순환이 NOX 형성을 감소시키기 때문에 원리적으로 부연소실내에서 이루어지는 것이 본 발명의 중요한 특성이다.

엔진이 저부하 저온도에서 작동중일 때, NOX의 형성은 이러한 조건하에서는 작으므로 배기가스의 재순환은 대략 중단된다. 엔진이 중부하에서 작동중에는 배기가스 재순환의 양은 엔진부하에 따라 증대된다.

높은 엔진부하에 대하여서는 특히 전부하 근방에서는, 배기가스 재순환의 양은 감소된다. 가속중, 배기가스 재순환은 운전성을 유지하기 위하여 완만한 비율로서 증대된다.

감속중, 배기가스재순환은 대기중에 배출되는 배기가스중의 HC 및 CO의 증대를 방지하도록 대략 중단될 수 있다.

상세한 목적 및 이점은 아래의 설명에서 명백해질 것이다.

도면에 있어서, 전체로서 (10)으로 표시되는 자동차엔진은 블륵(11)을 포함하며, 블록(11)내에 만든 실린더(13) 내에 왕복운동하도록 장치된 1개 또 이상의 피스톤(12)을 갖는다.

1개의 피스톤 및 실린더가 도면에서는 도시되어 있지만, 다수의 엔진에 채용될 수 있다는 것은 이해할수 있을 것이다. 각 실린더(13)는 피스톤(12) 및 엔진헤드(14)와 결합되어 흡기밸브(16) 및 배기밸브(17)를 갖는 주연소실(15)을 형성한다. 흡기밸브(16)는 흡기통로(18)를 통해서 흐름을 제어하고 배기밸브(17)는 주연소실(15)로부터 배기통로(19)를 통해서 배기가스의 흐름을 제어한다. 제3밸브(21)는 엔진헤드(14)내에 설치된 부연소실(23)의 부흡기통로(22)를 통해서의 흐름을 제어한다. 부연소실(23)은 제한된 토오치노즐(24)을 통해서 주연소실(15)에 연결된다. 점화플러그(25)는 부연소실(23) 내의 가스 혼합기체를 점화하도록 위치된다.

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

제1기화기(27)는 교축밸브(28)를 가지며, 라이저실(29) 및 주흡기 매니포울드(30)에 희박혼합기체의 흐름을 조정한다.

그와 마찬가지로, 제2기화기(32)는 교축밸브(33)를 가지며, 그것은 라이저실(34) 및 부흡기 매니포울드(35)에 농후 혼합기체의 흐름을 조정한다.

교축밸브(28)(33)의 작용은 적당한 기구(37)를 통해서 조정되며, 양 교축밸브는 도시하지 않은 가속폐달에 연결되는 교축로드(38)에 의하여 작동된다.

통로(19)로 부터의 배기가스는 배기실(40)로 들어가며, 배기가스의 대부분은 개구된 출구(41)를 통해서 도시하지 않은 배기파이프 및 머풀러 조립체를 통과한다.

본 고안에 의하면, 뜨거운 배기가스는 배기실(40)에서 포오트(42)를 통해 전체가 도면(44)으로 표시되는 제어밸브 조립체 내의 입구통로(43) 안으로 들어간다. 이 밸브 조립체는 도시하지 않은 적당한 고정기구에 의하여 서로 고착된 2부분(45)(46)으로 형성되는 고정본체를 갖는다. 가동밸브로드(47)이 슬리이브(49) 위에 결합된 부싱(48) 내에서 미끄름 하는 측의 운동을 한다.

이 슬리이브(49)는 견부(shoulder)(51)와 결합하는 너트(50)에 의하여 본체부분(46) 내에 고정된다. 고정밸브 시이트(seat)(53)는 본체부분(46) 내에 슬리이브(49)에 의하여 결합되고, 이 시이트는 시이트(53)를 통하는 흐름을 방지하도록 밸브면(54)에 의하여 접속된다. 본체부분(45) 내의 코일 압축스프링(55)은 밸브면(54)을 고정시이트(53)에 대하여 닫도록 밸브로드(47) 위에 한쪽 방향으로 작용한다.

밸브로드(47) 위의 밸브면(54) 하부에 있는 테이퍼면(57)은 입구통로(43)에서 고정시이트(53)를 통해 고배출통로(58)를 통해서 유출을 조정한다. 통로(58)는 통로(59)를 통해서 라이저실(34)과 농후혼합기체를 부연소실(23)로 운반하는 부흡기 매니포울드(35)와 연결된다. 지금까지의 설명에 의해 다음 사항을 이해할 수 있을 것이다. 즉 밸브로드(47)이 고정시이트(53)를 통해서 흐름을 허용하도록 위로 움직일 때, 배기실(40)로 부터의 배기가스는 부연소실(23)로 공급되는 농후 혼합기체와 혼합하도록 부흡기 매니 포울드(35)로 다량으로 흐르게 된다.

바이패스(by-pass) 오리피스(60)가 입구통로(43)의 배출통로(58)와 사이에 설치되며, 엔진이 아이들링으로 밸브(53)(54)가 닫칠 때에도 매우 소량의 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 밸브조립체(62)는 도시하지 않은 적당한 고정기구로서 서로 고정된 2부분(63)(64)로 형성되는 고정본체를 갖는다. 가동밸브로드(65)가 슬리이브(67) 위에 결합된 부싱(66) 내에 미끄름하는 측의 운동을 한다. 이 슬리이브(67)는 견부(69)와 결합하는 너트(68)에 의하여 본체부분(64) 내에 고정된다.

고정밸브시이트(71)는 슬리이브(67)에 의하여 본체부분(64) 내에 결합되며, 이 시이트는 밸브 시이트(71)를 통해서 흐름을 방지하도록 밸브면(72)에 의하여 접속된다. 본체부분(63) 내의 코일압축스프링(73)은 밸브면(72)을 고정시이트(71)에 대하여 닫히도록 밸브로드(65)에 한쪽방향으로 작용한다.

밸브로드(65) 위의 면(72) 상부에 있는 테이퍼면(80)은 입구통로(61)에서 고정시이트(71)로 통하게하고 또한 배출통로(74)를 통하여 밖으로의 흐름을 조정한다. 통로(74)는 포오트(75)를 통해서 라이저실(29)과 주연소실(15)에 회박 혼합기체를 공급하는 주흡기 매니포울드(30)에 연결된다.

만약 원한다면, 밸브로드(65)의 상부(76)는 밸브로드(65)의 상부끝과 접촉하는 하부끝(77)을 갖는 분리부재로서 형성될 수 있다. 상부 밸브로드부분(76)은 상부쪽 본체부분(63)내의 보어(bore)(78)에서 축의 운동을 하도록 안내되며, 이 2부분(65)(76)은 용수철(73)(79)에 의하여 단면(端面)과 단면과의 접촉을 유지하게 한다. 2부분 구조의 목적은 부싱(66)의 보어와 보어(78)의 중심을 맞추기 위한 문제를 최소화하기 위해 서이다.

지금까지의 설명으로 다음 사실을 이해할 수 있을 것이다. 즉 밸브로드(65)는 고정시이트(71)를 통해서 흐름을 허용하도록 가압될 때, 배기실(40)로부터의 배기가스는 주연소실(15)로 공급되는 회박 혼합기체와 혼합하도록 주홈기 매니포울드(30) 내에 흐르게된다. 제어밸브(44)의 밸브로드(47)를 작동시키기 위한 수단이 설치되며, 이 수단은 도시한 바와 같이 상부 본체부분(45)에 고정된 지지아암(84) 위에 설치되고 있는 고정핀(83)의 주위를 회전하도록 설치된 레버아암(82)을 포함한다. 아암(82)은 밸브로드(47)의 상부에 돌출단 끝을 헐겁게 들어가는 구멍(85)을 갖는다. 아암위의 둥근부분(86)은 밸브로드(47)에 고정된 칼러(collar)(88) 위에 형성되는 견부(87)를 하부에 결합한다.

지금까지의 설명에서 다음의 사실을 알수 있을 것이다. 아암(82)이 반시계방향에 핀(83)의 주위를 회전할때 밸브로드(47)는 밸브 시이트(53)를 통해서 흐름을 허용하도록 스프링(55)의 작용에 대항하여 상부로 움직여진다.

아암(91)은 아암(82)과 일체로 형성되어서 핀(83)의 주위를 회전한다. 아암(91)은 핀(92)에 있어서 진공 작동장치(94)로부터 연장되는 로드(93)에 연결된다. 이 로드(93)는 가뇨(可撓) 다이어프램(95)의 중심부분에 고정되며, 다이어프램(95) 둘레의 가장자리는 본체부분(96)(97)에 설치된다. 로드(93)는 하부 본체부분(97) 내의 구멍(98)을 통해서 연장되며, 구멍(98)은 실(99)을 대기와 연통시킨다. 가뇨 다이어프램(95)과 상부 본체부분(96)과 사이에 만들어지는 진공실(101)은 입구(102)를 통해서 진공배관(103)에 연결된다. 진공압이 배관(103)을 통해서 진공실(101)에 공급될 때, 로드(93)는 인장작용을 받고, 그에따라 아암(82)은 각도 운동의 한도까지 시계방향으로 움직이며, 이에따라 코일스프링(55)이 밸브면(54)을 고정시이트(53)에 대하여 닫는 것을 허용하고, 닫힘에 의하여 배기가스의 부연소실(23)에 대한 배기재순환이 방지된다.

아암(105)이 고정핀(83)의 주위를 회전하도록 설치한다. 아암(105)은 핀(106)으로 교축로드(38)에 연결된다. 토오션(torsion) 스프링(107)은 아암(105)에 고정된 한끝과 아암(91)에 고정된 다른끝을 갖는다. 따라서 로드(93)가 제1도에 표시한 위치일 때, 교축로드(38)의 왼쪽으로 운동할때 아암(105)은 토오션 용수철(107)의 작용에 대항하여 반시계 방향으로 움직이지만, 아암(82)은 로드(93)에 의하여 위치에 유지되므로 움직이지 않는다. 실(101) 내의 진공강도가 감소할 때 로드(93)는 토오션 스프링(107)을 거쳐서 교축로드(38)으로 부터 작용하는 힘에 의하여 움직여질 수 있어서, 아암(82)을 상부로 작동하고, 배기가스의 흡기 매니포울드(35) 및 부연소실(23)에의 재순환을 허용한다.

고정시이트(53)를 통해서의 재순환가스의 유속은 면(57)의 형상 및 밸브로드(47)의 축의방향 위치에 의존한다. 진공압이 다음의 조건의 하나 또는 그 이상이 존재할 때에만 진공작동장치(94)에 공급될 수 있는 것이 바람직하다.

(a) 자동차의 지상속도가 약 20km/h 이하, (b) 엔진내의 윤활유온도가 45℃이하, (c) 매니포울드(30)내의 진공압이 수은주 약 400mm 이상, 따라서 라이저실(29)에 연통하는 포오트(112) 연결되는 진공압배관(111)은 솔레노이드 밸브조립체(115)의 입구(114)로 안내된다.

전기에너지가 솔레노이드 밸브조립체(115)에 적용되기 전에는, 전기자(116)는 스프링(117)에 의하여 벤드(vent)(118)를 닫도록하고, 입구(114)와 출구(119)의 사이에 연통이 되도록 작용한다. 솔레노이드 밸브조립체(115)의 출구(119)는 배관(121)에서 스프링부하 체크밸브(120)의 입구(122)에 연통된다. 흡입압은 밸브케이싱(123)의 스프링(124)에 대하여 움직이게하여 고정시이트(125)로 부터 격리시키고, 흡입압은 통로(126)와 배관(103)과 입구(102)를 거쳐서 작동장치(94)의 흡입실(101)에 공급된다.

전기에너지는 속도 검출스위치(128), 오일온도스위치(129) 및 진공 검출스위치(130)가 전부 닫을 때에만 공급되어, 전기 배선(132)을 연결하여 솔레노이드밸브(115)의 회로를 완성한다. 스위치(128)(129)(130)는 직렬이며 그리고 통상적인 설계 및 구조이다. 따라서, 시동조건하에서는, 솔레노이드 밸브조립체(115)는, 윤활유온도가 약 45℃에 이르고, 자동차가 적어도 20km/h에 달하고 그리고 매니포울드 진공압이 약 400mm 수은주를 넘지 않을 때까지 제1도시의 위치로 유지된다.

엔진(10)이 충분한 부하하에서 작동할 때, 흡기 매니호울드내의 흡입압은 약 400mm 수은주 이하로 강하하고, 그리고 스위치 (128)(129)가 폐쇄시, 솔레노이드 밸브조립체 (115)는 배관(121)내의 진공압을 차단하도록 작용한다.

브리이드 오리피스(bleedorifice)(140)는 대기의 공기가 필터(141)를 통해서 통로(126)에 통과하는 것을 허용하고, 대기의 공기에 의하여 실(101) 내의 진공압 강도는 점차 감소된다.

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

이 지연시간 간격의 사이, 토오션 용수철(107)을 거쳐서 로드 내의 잔존하는 인장력에 대하여 작용하고 교축로드(38)는 이어서 아암(82)이 밸브로드(47)을 위로 움직여서 제어밸브부분(53)(54)을 열도록 한다.

제한된 오리피스(140)은 이와 같이 하여 제어발브(44)의 완만이 열리는 운동을 확보하는 수단을 제공한다. 교측로드(38)이 엔진의 감속을 일으키게 하는 방향으로 갑자기 움직일 때에는, 아암(91)은 로드(93)를 진공실(101)의 체적을 감소시키는 방향으로 움직이게 한다.

실(101) 내의 가스는 이어서 배관(103), 통로(126), 용수철부하 체크밸브(120), 입구(122), 배관(121), 통로(119) 및 통로(118)를 거쳐서 대기속에 배출된다. 만약 교축로드(38)운동의 한도가 교축밸브(28)(33)의 아이들(idle) 위치에 가까운 되돌아옴에 대응할 때, 흡기 매니포울드 내에 높은 진공압이 생기고, 이어서 솔레노이드 전기자(116)는 제1도시의 위치에 움직이고, 진공실(101)은 진공압배관(111)으로 개구한다.

제어밸브(44)는 이와같이하여 감속되는 사이에 재빠르게 폐쇄되고, 이것은 엔진의 배기가스중의 바람직하지 못한 CO 및 CH 방출의 생성을 최소화한다. 진공분기배관(144)은 다시 제어밸브(62)의 밸브로드부분(76)에 연결되는 가뇨다이어프램(149)의 상부의 진공실(148)으로 안내되는 입구 파이프(147)에 검출밸브 조립체(146)를 거쳐서 연통된다. 체크 밸브부분(152) 내의 제한된 오리피스(150)는 무거운 용수철(79)의 작용하의 제어밸브의 너무 빨리 열리는 것을 방지하기 위하여 진공공간(148) 내의 진공압의 강도의 점차적인 감소를 허용한다.

제2도에 표시하는 본 고안의 변경례에 있어서, 엔진(10), 매니포울드(30),(35), 기화기(27)(32) 및 배기실(40) 및 장치부분은 모두 상술한 것과 같다. 또한 제어밸브(44)는 상기한 것과 같은 구조 및 작동상태를 갖는다. 밸브작동레버기구(82)(84)(91) 및 작동체(94) 및 작동체(94)의 진공제어기구(115)(123)(140)도 또한 상술한 바와 같다. 그러나 제어밸브(62a) 및 그 제어밸브(62a)의 작동기구는 제1도시의 것과 상위하다.

제어밸브(62a)는 제어밸브(44)와, 바이패스(by-pass) 오리피스(60)가 생략되는 점을 제외하고는 같고, 밸브면(159)의 형상은 면(57)의 형상과 같지 않다.

밸브로드(76a)는 고정핀(162) 위에 회전하도록 결합된 허브(161) 위에 장치된 아암(160)에 의하여 기계적으로 작동된다. 이 핀은 고정 지지아암(163) 위에 결합된다. 아암(160)내의 구멍(164)은 밸브로드(76a)의 위쪽의 돌출된 끝을 여유있게 결합하고, 아암(160)의 둥근부분(165)은 밸브 로드(76a)에 장치한 칼러(166)의 하부와 접속하여 자유자재이다.

제2크랭크 아암(167)이 허브(161)에 고정되어 핀(168)을 지지한다. 이 핀은 로드(171)의 한끝에 설치한 긴홈(169) 내에 장치되어 있다. 이 로드(171)는 아암(82)(91)과 일체로 형성된 아암(173)에 핀(172)으로 결합된다.

따라서, 아암(82)의 제어밸브(44)를 여는 방향의 지지편(83)의 주위의 반시계 방향의 운동은 먼저 로드(171)의 핀(168)에 대한 운동을 일으킨다. 로드(171)의 운동이 긴홈(169) 내의 틈사이를 제거하기에 충분할 때, 핀(168) 및 아암(167)은 같이 제어밸브(62a)를 열수 있도록 반시계방향으로 움직인다.

이 설명에서 다음 사실을 알수 있을 것이다. 즉 실(101) 내의 진공압강도가 소실될 때 그리고 교축로드(38)이 제2도시의 왼쪽으로 움직여질 때, 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 부연소실를 갖는 내연 불꽃점화 피스톤 엔진에 있어서, 부연소실에 농후혼합기체를 공급하기 위한 제1의 밸브제어의 흡기통로와, 주연소실에 회박혼합기체를 공급하기 위한 제2의 밸브제어의 흡기통로와, 흡기통로의 각각의 내부의 교축밸브와, 주연소실에서 안내되는 밸브제어의 배기통로와, 제1흡기 통로내의 농후 혼합기체와 혼합되겠금 배기가스의 일부를 안내하기 위한 제1의 도관과, 제2흡기통로내의 희박혼합기체와 혼합되겠금 배기가스의 일부를 안내하기 위한 제2의 도관과, 제1의 도관을 거쳐서의 배기가스의 흐름을 제어하기 위한 제1의 제어밸브와, 제2의 도관을거쳐서의 배기가스의 흐름을 제어하기 위한 제2의 제어밸브와, 교축밸브를 제1의 제어밸브에 연결하는 연결부재와, 제1의 제어밸브를 작동하도록 연결된 흡기통로의 한쪽안의 진공압에 작용하는 수단과, 제2의 제어밸브를 작동하기 위한 수단과, 제1의 제어밸브를 바이패스로 하는 제한된 오리피스(orifie)와 조합으로서 이루어지며, 양 제어밸브는 엔진의 아이드링시에 닫는 위치를 조정되는 3밸브 엔진용 배기가스 재순환장치.