KR830000292B1 - 내연기관의 흡기제어 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 흡기제어 방법

도면은 본 발명의 1실시예를 나타낸 것으로서,

제1도는 본 발명을 실시한 내연기관단면도.

제2도는 그 Ⅱ-Ⅱ선 단면도.

제3도는 요부 확대도.

제4도는 제2도와 같은 단면을 나타낸 부분단면도.

제5도는 제1도중 Ⅴ-Ⅴ선 단면도.

제6도는 제1도에 나타낸 내연기관 요부의 변형예를 나타낸 단면도.

제7도는 본 발명을 실시한 다른 내연기관을 나타낸 단면도.

제8도는 본 발명을 실시한 또 다른 내연기관을 나타낸 단면도.

제9도는 그 요부의 작동을 나타낸 단면도.

제10도는 제9도중 Ⅹ-Ⅹ선 단면도.

제11도는 제10도중에 나타낸 기관의 평면도.

제12도는 그 요부를 나타낸 1부 측면도.

제13도 및 제14도는 본발명기관의 작동을 설명하는 그래프.

제15도는 제1도에 나타낸 기관의 요부의 변형예를 나타낸 측면도.

본 발명은 흡기밸브를 거쳐 연소실 내부로 연결된 주흡기통로의 흡기밸브 부근에 단면적이 작은 출구부를 둔, 부흡기통로를 지나 고속의 흡기류를 연소실내에 도입하여 연소실내에 생기는 혼합기 와류(渦流)또는 난류(亂流)를 고속화하여 혼합기 연소를 개선하는 내연기관의 흡기제어 방법에 관한 것이다.

종래 흡기밸브 부근의 주흡기통로내에 개구하는 부흡기통로를 갖춘 기관은 많이 알려져 있다. 그러나 이들 기관의 대부분은 층상급기식(層狀給氣式)기관에 관한 것이거나, 저은시동용 혹은 저부하운전용 연로를 흡기통로벽에 부착시키지 않고 연소실내로 공급하기 위하여 부흡기통로를 이용하는 것이었다.

본 발명은 부흡기통로를 통하여 연소실내로 보내지는 가늘고 또한 고속의 흡기류가 연소실내로 고속와류나 난류를 발생시키는 점에 착안하여 부흡기통로를 연소를 개선할 목적으로 재구성하여 자동차용 내연기관과 같이 부하크기나 운전속도가 크게 변화하는 기관으로 사용한 경우에도 연료소비가 적고 또한 연소가 안정된 원활한 운전을 할 수 있는 구성이 간단한 기관을 얻는 것을 목적으로 하는 것이다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 설명한다.

1은 엔진본체이며, 실린더(2), 실린더헤드(3) 및 피스톤(4)으로써 피스톤정면(頂面)에 연소실(5)을 구성하고 있다. 6은 배기밸브(7)를 지나 연소실(5)로부터 도입되는 배기통로, 8은 흡기밸브(9)를 거쳐 연소실(5)로 이어지는 주흡기통로이다. 또한 동변기구(動辨機構)는 종전과 하등 차이가 없으므로 설명을 생략한다.

11은 부흡기통로이며, 일단은 주흡기통로(8)내의 흡기밸부(9)부근에 여소실(5 )방향을 향하여 개구되어 있다. 부흡기통로(11)에는 인위적으로 개폐조작이 되는 드로틀밸브(12)가 설치되어 있다.

13은 제어밸브이며, 주흡기통로에 설치되어 있고, 기관부하의 대소에 개폐제어 된다. 즉 제14도에 나타낸 바와같이 드로틀밸브(12)하류의 흡기부압(吸氣負壓)으로 제어되는 것이 좋다.

제어밸브(13)는 그반축(反軸)(13a)에 아암(13b)을 고정설치케하고, 아암(13 b)은 로드(14)를 거쳐 다이어프램장치(15)에 연결되어 있다. 다이어프램장치(15)는 용기(15a)내를 탄막(彈幕)(15b)에 의해 구획하고, 그 한쪽에 부압실(15c)이, 다른 쪽에는 대기실(15d)이 설치되어 있다. 부압실(15c)은 통로(16)를 통하여 드로틀밸브(1 2)하류의 부흡기통로(11)내의 압력을 받는다. 한편, 대기실(15d)은 덕트(17)를 지나 압력응동절환밸브(壓力應動切換辨 )(18)에 연결된다.

압력응동절환밸브(18)는 그신호 포오트(port)(22)에 통로(16)로부터 드로틀밸브(12)하류의 흡기부압을 받아 엔진의 정지중 혹은 고부하운전시에는 상기 덕트(1 7)를 부압 포오트(18a)에 접속하고 아이들링 운전을 포함하는 저중부하 운전시에는 대기에 통하는 대기 포오트(18b)에 접속한다. 또한 부압포오트(18a)는 역지밸부(逆止辨)(19)를 거쳐 부흡기통로(11)의 엔진분체측부에 접근한 부분에 접속된다. 따라서 제 14도에 표시한것처럼, 본예에서는-450mmHg보다 큰 흡기부압이 발생하는 저부하운전역에서는 제어밸브(13)의 개폐도는 전폐(全閉)로 유지된다.

그리고 부하가 증가하고 흡기부압이 저하하면-13C-450mmHg사이에서는 제어밸브(13)는 흡기부압에 따라 개폐되지만, 드로틀밸브(12)가 전개(全開)에 가까운 고개도로 개변되면 흡기부압이 극도로 저하되므로 압력응동절환밸브(18)가 작동하여 대기실(15a)에 통하는 덕트(17)를 대기 포오트(18b)로 부터 부압 포오트(18a)로 선택절환하므로, 대기실(15a)내에 흡기밸브(9)부근의 흡기부압이 작용하여 탄막(15b)은 스프링(15g)의 탄력으로 제어밸브(13)를 급속히 전개시킨다. 제어밸브(13)를 흡기부압에 관련시켜 제14도에 나타낸 특성으로 개폐하는 수단은 이 예에 국한되는 것은 아니다. 즉, 제15도(a)에 나타낸 바와 같은 보통 형식의 다이어프램장치를 사용하여 그 스프링(15g)의 특성을 비선형(非線型)으로 해도 된다. 비선형으로 하는 수단도 코일스프링의 피치를 부등(不等)피치로 하거나 코일스프링의 지름을 부등지름으로 하는등 자유로이 선택할 수가 있다. 또한 제15도는 링크기구를 사용하여 소망하는 특성을 얻도록 한것이며, 도면중 아암(13b)에는 스프링(15g)과 함께 작동하는 코일스프링(13c)이 연결되어 있다.

스프링(13c)은 그 일단이 스토퍼(10)에 고정되어 있고, 아암(13b)에 연결된 아암(13b)의 회동에 따라 아암(13b)의 축(13a)을 횡단하며, 따라서 제15도(b)중의 1점쇄선(L-L)보다 좌측에 타단이 위치할 때는 스프링(13c)은 그 탄력으로 아암(13b)을 시계반대방향으로 회동하도록 작용하며, L-L보다 우측에 타단이 위치할 때는 아암(13b)을 시계방향으로 회동하도록 작용한다.

따라서 드로틀밸브 하류의 흡기부압이 제14도의 예에서 -130∼-450mmHg인 경우에는 탄막(15b)의 작용으로 코일스프링(13c)의 타단은 쇄선(L-L)보다 좌측에 위치하며, 따라서 스프링(15g)에 의한 제어밸브(13)의 개변력은 코일스프링(13c)에 의하여 감쇄되어 있다.

그리고 부하가 다시 증가하여 흡기부압이 -130mmHg까지 저하되면, 그때까지 쇄선(L-L)좌측에 있던 코일스프링(13c)의 타단이 우측으로 이동하여 스프링(15g)의 탄력에다 코일스프링(13c)의 탄력이 중첩되어, 흡기부압이 약간의 저하로 제어밸브(1 3)는 급속히 열린다.

이상태는 제15도(b)중에 2점쇄선으로 아암(13b)으로 표시되어 있다.

다음에 부흡기통로(11) 및 주흡기통로(8)의 구성을 설명한다. 부흡기통로(11)는 각기통마다 분기된 단면적이 작은 노즐부(11a)와, 기통의 배열방향으로 연장된 분기부(11b) 및, 그 상류에 연결되는 흡기부(11c)로 구성되며, 흡기부(11c)는 흡입공기량을 계량하는 유량계(23)를 지나서 대기중에 개구되어 있다. 또한 20은 부흡기통로(11 )에 설치된 드로틀밸브(12)의 밸브 등이며 밸브 등(20)과 유량계(23)사이는 고무와 같은 탄성재로 된 연결관(24)으로 연결되어 있다. 주흡기통로(8)는 제어밸브(13)의 상류쪽에서 부흡기통로(11)드로틀밸브 하류쪽에 연결되어 있다.

따라서 제어밸브(13)의 개폐는 흡입공기량에 크게 관계하하지 않으므로 부흡기통로(11)를 흐르는 흡기를 제어하는데만 사용되는 것이라고 생각해도 큰 잘못은 없다. 43은 제어밸브(13)의 밸브동이며, 드로틀밸브하류의 흡기부압취출구(16a)와, 배개통로(6)로부터 연소된 가스의 일부를 환류시키기 위한 통로(51)가 설치되어 있다. 8a는 주흡기통로(8)를 제어밸브 하류에서 각 기통별로 분기하는 매니포울드(manifold)를 겸한 흡기팽창실이다.

8b는 각 주흡기통로마다 연료분사 노즐(25)를 부설하는 흡기관블록이며, 부흡기통로 분기부(11b)도 장치되어 있다. 제1-2도에서 연소실 5는 2구식(球式)연소실이며 스키쉬효과에 의해서 연소실내의 난류를 증강시킬 수가 있다. 그러나 부흡기통로의 노즐부(11a)로부터 고속으로 분출하는 부흡기속도가 연소실내에서 급속히 감퇴되는 일이 없도록 제4도(a)(b)에 표시된것처럼 노즐부(11a)의 분출방향으로 위치하는 스키시마리아는 제거해도 된다.

또한 동도(b)처럼 점화주(點火柱)를 배치하면 흡기밸브(9)를 지나 연소실(5)내로 유입한 혼합기가 연소실내에서 도면중 화살표는 표시한 것처럼 시계반대방향으로 돌아서 고온으로 가열된 배기밸브 표면을 따라서 흐르기 때문에 배기밸브(7)의 열로 혼합기속으로 연료 미립기호가 촉진되어 점호전(26)에 도달하므로 착화성이 향상되고 또한 공연비(空燃比)도 안정되어 연소의 안정성이 증가한다.

이상으로 연료분사식기관에 본 발명을 실시한 예에 관하여 설명하였으나 이것에 한하지 않고 기화기식기관에도 실시할 수가 있다. 그예가 제7도에 표시되어 있다. 동도면에 있어 41은 흡기매니포울드, 42는 기화기이며 양자사이에 제어밸브(13)의 밸브동 (43)이 끼워져 있다. 기화기(42)는 소위복합형이며 상부동(42a)과 하부동(42b)로 구성되어 있다.

양등(42a, 42b)에는 인위적으로 개폐 조작되는 1차 드로틀밸브 12가 있는 주통로944)와 2차 드로틀밸브(12s)를 갖춘 부통로(45)가 형성되어 있다. 46은 초우큽밸브(choke valve), 47은 연료분출구이다. 51은 배기통로(60와 흡기통로(8)사이를 배기환류제어밸브(52)를 통하여 연통하는 배기환류로이다.

배기환류 제어밸브(52)는 밸브부(52)와 다이어프램식 작동부(54)로 형성되어 있다. 작동부(54)는 통로(55)를 지나부압원(50)에 연결되어 있다. 56a는 부압원(56)내로 흡기부압을 도입하기위한 역지밸브(check valve)이다.

57은 통로(55)에 설치한 제어밸브장치이며 지금가지“EGR 증폭기”라고 불리는 공지된 장치이며, 상세한 설명은 생략한다. 58은 제어밸브장치(57)의 입력신호 통로이다.

장치 57은 신호통로(58)에 의해 도입되는 부압의 대소에 따라 통로(55)를 단속한다. 즉 아이들링 운전과 고출력 운전중 환류제어밸브(52)가 닫히도록 제어한다. 또한 59도 신호통로이며, 이것을 통해 들어오는 흡기부압의 대소에 따라 통로(55)의 통로저항을 변화시켜서, 밸브부(53)의 개도를 조절하여 흡기중에 소정비율의 연소된 가스가 혼입되게 제어한다.

이상 기연가스의 일부를 배기통로(6)로부터 흡기통로(8)로 환류케하는 기술은 특히 새로운 것은 아니지만, 연소된 가스의 환류량은 제어밸브(13)의 작동, 환언하면 부흡기의 유량의 대소를 고려할 필요가 있다.

제6도(a)(b)는 드로틀밸브(12)와 제어밸브(13)와의 거리를 단축하고, 흡기시스템이 제어밸브(13)의 부설에 따라 길어지지 않도록 한 것이며, 양밸브(12, 13)의 개변시에 첩변(첩辨 ; 연결밸브)의 한쪽이 서로 포개지도록 구성한것이며(a)는 양축이 상하방 어느 쪽으로도 조금 오프셋한 것이며, (b)는 오프셋이 안된것이다. 제8도는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 것이다.

이미 설명한 부분과 공통되는 점은 도면중 동일부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

동도면에 표시한 기관은 앞서 설명한 기관에 비하여, 주흡기통로(8)의 상류단이 부흡기통로와는 완전히 독립하여 대기에 통해있는 점이 크게 다르다. 따라서 본 예에서는 제어밸브(13)의 개폐는 부흡기 유량에 영향을 미칠 뿐 아니라 총흡입공기량에도 영향이 미친다. 그러므로 본 예에서는 드로틀밸브(12)의 개도에 비하여 제어밸브(13)의 개도가 과대하게 되지 않도록 개도제한 수단이 설치되어 있다.

개도제한 수단은 드로틀밸브(12)의 밸브축(12a)에 설치한 아암(12b)및 제어밸브(13)의 밸브(13a)에 설치한 아암(13c)과의 사이에 설치된 로드(61)로 형성되며, 로드(61)는 아암(13c)에 천설된 긴구멍(13d)내에 유동(遊動)가능하게 고정되고 소위헛돌기(lost motion)기구를 구성하고 있다. 그리고 제어밸브(13)는 조임밸브(12)의 개도에 따라 설정되는 범위내에서 독자적으로 개폐하지만, 그것을 넘어서 크게 개변될 수 는 없다.

다음에 상기 실싱예에 표시한 기관의 작동을 설명한다. 제1도, 제7도 및 제8도에 나타낸 각종기관은, 어느것이나 아이들링 운전상태를 나타낸 것이다. 즉, 엔진은 정지중 다이어프램장치(15)에 흡기부압을 미치는 일이 없으므로 탄막(15b)을 누르는 스프링( 15g)의 탄력으로 제어밸브(13)는 개변상태로 유지된다.

그리고 냉간시등시에 공급된 연료가 벽면에 따라 연소실(5)로 흘러가는 것을 차단하는 일이 없게 하여단시간의 크랭킹으로 기관이 시동되게 하였다.

엔진이 시동되면, 드로틀밸브(12)하류의 부흡기통로(11)에 부압이 통로(16)를 통하여 다이어프램장치(15)의 부압실(15c)내로 작용한다. 이때 흡기부압을 압력응동절환밸브(18)에도 작용하여 대기실(15b)내에는 대기압이 작용하고 있다. 그때 문에 탄막(15b)은 스프링(15g)에 저항하여 제어밸브(13)를 닫고 있다.

그리고 이상태는 소정의 저부하운전중 계속된다. 그때문에 적어도 흡기의 일부는 부흡기통로(11)를 지나 그 출구측인 소단면적의 노즐부(11a)고 부터 주흡기통로(8 )내로 분출하여 흡기밸브(9)가 개변하는 흡기과정중 연소실(5)내로 고속으로 유입한다.

이때 제어밸브(13)의 최소개도는 노즐부(11a)와의 관련으로 제어밸브 전개시에 연소실(5)내에 생기는 와류보다 고속으로 되도록 설정하는 것이 좋으며, 구체적으로는 20°이하로 되는 것이 좋다. 이 부흡기류로 인하여 연소실(5)내에 와류나 난류가 생성되며 또는 고속화되는 결과, 연소가 안정되고, 실화나 연소불량(不良)이 적어진다. 그결과 연료의 불필요한 소비가 감소되는 효과도 생긴다. 기관출력을 크게 하기 위하여 드로틀밸브(12)의 개도를 크게하면 부흡기통로(1)를 연소실로 공급되는 흡기의 유량이 증가하며, 와류나 난류는 한층강화 된다.

그러나 상술한 바와같이 노즐부(11a)의 단면적은 아이들링 운전중이라도 연소실(5)내에 상당히 고속인 와류가 생기도록 조여져 있으므로 부흡기유량의 증가와 더불어 노즐부(11a)에서의 조임손실이 커지고 부흡기의 유속(流速)상승비율에 비하여 연료소비량이 감소되지 않게 된다.

이러한 상태까지 출력이 높혀진데서 제어밸브(13)의 개도가 커지도록 다이어프램장치(15)가 설치되어있다. 즉, 드로틀밸브(12)가 작용하며, 탄막(15b)은 스프링(1 5g)와 균형이 잡히는 위치까지 제어밸브(13)를 열며, 부흡기통로(11)의 조임손실의 영향이 적어진다.

여기서 제어밸브(13)의 개도가 지나치게 적을때는 연료소비량의 저하를 면할 수 없으며, 너무 클때는 부흡기류에 의한 연소개선 효과가 약화되어 연소의 안정이 상실되는 경향이 생긴다. 이 관계를 제13도로 설명하면 도표중 파선 A는, 연료소비와 연소안정을 동시에 만족시키는 부하와, 제어밸브(13)의 개도와의 관계를 나타내는 것이다.

이예에서 기관에 자동차를 40km/H로 주행시키는데 필요한 양의 부하 즉, 40k m/H도로(道路)부하를 부과한 경우, 제어밸브(13)의 개도가 9°보다 크게 열리면 열릴수록 연료소비가 향상되는 반면, 연소의 안정성이 저하되는 경향이 생기고, 반대로 9°보다 작게 열릴수록 연료소비가 증가하는 반면 연소가 안정되는 경향이 생긴다. 그리고 제어밸브를 35°이상으로 크게 열면 부흡기통로(11)에 의한 와류나 난류의 생성작용이 연료소비나 연소안정에 영향을 미치지 않게된다는 것을 알수가 있다. 다만 이 도표는 특정기관에 관해서 얻은 것으로서 일예에 불과하며, 파선의 경사나 완곡은 설계될 때마다 다른 것이다. 다음에 고속주행중이나 경사를 오르는 중의 가속처럼 기관에 큰 부하가 가해지는 경우를 설명하겠다.

드로틀밸브(12)가 크게 열리고 드로틀밸브(12)하류의 흡기부하가 감소하여 대기압에 가까와지면 상술한 바와같이 압력응동밸브(18)의 작용으로 제어밸브(13)가 전개된다.

그 결과 주흡기통로(8)의 통지저항이 최소로되며, 대량의 흡기가 흘러도 제어밸브(13)를 부설한 것에 수반되는 손실이 적으므로 연료소비의 악화를 회피할 수가 있다.

본 발명은 이상 설명한 바와같이 흡기밸브를 통해 연소실로 연결된 주흡기통로와, 주흡기통로의 흡기밸브부근에 연소실쪽을 향하여 개구된 부흡기통로를 갖추고 있고, 부흡기통로에는 인위적으로 조작되는 드로틀밸브를 설치하고, 주흡기통로에는 기관부하의 대소에 따라 개폐되는 제어밸브가 갖추어진 내연기관에 있어서, 상기 제어밸브기관의 아이돌링 운전에서 저부하운전역에 이르기가지 일정한 최소개도로 유지하는 동시에, 예정 이상의 고부하가 부과되었을 때는 급속히 개변되며 적어도 고부하역에서는 전개되도록 제어하는 것이므로 기관의 아이들링은 전에서부터 저후바운전역에 이르기까지 부흡기통로의 단면적에 비해 부흡기 유량이 적은 동안은 제어밸브를 최소개도로 일정하게 유지하여 부흡기류도 인하여 연소실내의 와류나 난류를 고속으로 가속하여 연소의 안정이나 연료소비의 향상을 도모하고 예정이상의 부하역에서는 충전효율향상에 수반되는 연소실내 와류나 난류속도의 상승에 다라 제어밸브를 급속히 개변하거나 일시에 급개하여 부흡기통로의 조임저항으로 인한 출력손실이 감소되고 연료소비량이 감소된다.

그리고 적어도 기관의 전부하역에 가까운 고출력역에서는 제어밸브는 전개되고 주흡기통로를 지나 연소실내로 유입하는 흡기의 통기저항이 감소하므로, 고출력역에 있어서의 출력저하를 방지할수가 있다. 따라서 자동차용기관과같이 아이들링운전에서부터 전력운전에 이르기까지 광범하게 변화하는 출력역과 속도역을 가지고 있는 기관에 있어서, 그 전역에서 안정된 연소 및 연소개선에 따르는 연료소비가 저감되는 성과를 거둘수가 있다.

Claims (1)

1. 흡기밸브를 통하여 연소실에 연결된 주흡기통로와 주흡기 통로내의 흡기밸브부근에 연소실쪽을 향해 개구된 부흡기통로를 갖추고, 부흡기통로에는 인위적으로 조작되는 드로틀밸브를 설치하고 주흡기통로에는 기관부하의 대소에 따라 개폐제어 되는 제어밸브를 갖춘 내연기관에 있어서, 상기 제어밸브를 기관의 아이들링 운전에서부터 저부하운전역에 걸쳐 일정한 최소개도로 유지하는 동시에, 예정이상의 부하가 부과된 경우에는 급속히 개변되어 적어도 고부하역에서는 전개되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기제어 방법.

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