KR960010285B1 - 내연 기관의 흡기 장치 - Google Patents

내연 기관의 흡기 장치 Download PDF

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KR960010285B1
KR960010285B1 KR1019940022671A KR19940022671A KR960010285B1 KR 960010285 B1 KR960010285 B1 KR 960010285B1 KR 1019940022671 A KR1019940022671 A KR 1019940022671A KR 19940022671 A KR19940022671 A KR 19940022671A KR 960010285 B1 KR960010285 B1 KR 960010285B1
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히로아끼 오오가네
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나싼 지도샤 가부시끼가이샤
쯔지 요시후미
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Abstract

없음

Description

내연 기관의 흡기 장치
제 1 도는 실시예의 단면도.
제 2 도는 제 1 도의 요부 단면도.
제 3 도는 제 1 도의 종단면도.
제 4 도는 제 1 도의 동작 설명도.
제 5 도는 다른 실시예의 요부 단면도.
제 6 도는 제 5 도의 A-A선 단면도.
제 7 도는 제어 플로우챠트.
제 8 도는 제어조건, 제어 영역의 설정도.
제 9 도는 개구율과 엔진 출력의 관계를 나타낸 그래프.
제10도는 개구 형상과 스왈비의 관계를 나타낸 그래프.
제11도는 다른 실시예의 요부 단면도.
제12도는 그 제어 조건, 제어 영역의 설정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 흡기 통로12 : 스롯톨변
13 : 에어 어시스트 인젝터14 : 흡기 포트
15 : 스왈 컨트롤 밸브16 : 에어 어시스트 통로
17 : 컨 오프 솔레노이드18 : 절결부
20 : 완곡부22 : 다이어프럼 장치
23 : 부압 통로24 : 듀티 솔레노이드
25 : 수온 센서26 : 컨트롤 유닛
30 : 서모왁스
산업상의 이용 분야
본 발명은 내연 기관의 흡기 장치에 관한 것이다.
종래의 기술
내연 기관의 흡기 장치에 흡기 보드 근방에 스왈 컨트롤 밸브를, 또 연료 분출구 근방에 보조 공기(어시스트 에어)를 도입하는 에어 어시스트 인젝터를 마련한 것이 있다.
스왈 컨트롤 밸브를 닫으면, 밸브에 형성된 소정의 절결부에서만 흡기가 유입되게 되어, 연소실내에 강한 스왈(가스 유동)이 발생한다.
에어 어시스트 인젝터의 연료 분출구 근방에, 스롯톨변 상류에서 에더 어시스트 통로를 거쳐서 어시스트 제어를 인도하여 연료 분무의 미립화를 촉진한다.
이와 같은 가스 유동의 강화, 연료의 미립화의 촉진에 따라 NOx의 증기를 억제하면서, 희박 연소를 행하도록 되어 있다(실개평 1-76558호 공보 등 참조).
발명이 해결하려는 과제
그러나, 이러한 종래의 장치에는, 스왈 컨트롤 밸브의 절결부의 크기가 고정되어 있기 때문에, 기관의 저부하 역에서 고부하역까지 광범위한 운전 역에서 꼭 요구하는 가스 유동은 얻을 수 없다.
예를들어, 스왈 컨트롤 밸브의 절경이 크면, 기관의 냉각 수온이 낮고, 에어 어시스트 인젝터에서 에어 어시스트가 행하여질때는 저부하 역에 밸브가 전폐상태라도 흡기의 속도가 약해져서 요구대로의 가스 유동을 유지할 수 없다.
또, 스왈 컨트롤 밸브의 절결이 작으면, 난기가 나아가면, 부분 부하역동에 밸브가 전폐상태라면, 절결부에서부터만 흡기가 유입하지 않기 때문에, 그 분저항으로 되어 버린다. 이때 밸브를 전개한 것으로서는 가스 유동이 극단으로 저하한다.
반면, 절결의 크기에 따르지 않고, 스왈 컨트롤 밸브를 열어나가면, 절결부 뿐만 아니라 밸브의 주위에서 흡기가 유입한다. 때문에 밸브를 연상태에서는 밸브의 개구율을 내려도 흡기의 흐름이 분산하여, 운전역에 맞는 가스 유동을 얻기 어려운 것이다.
따라서, 연소의 개선에 한계가 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
제 1 의 발명은, 흡기계에 에어 어시스트 인젝터를 설치함과 동시에, 소정의 절결부를 마련한 스왈 컨트롤 밸브를 구비한 내연 기관에 있어서, 기관의 운전 조건을 검출하는 수단과, 스왈 컨트롤 밸브를 전개, 반개, 전폐의 각 위치에 구동 가능한 액츄에이터와 기관 온도가 소정치보다 낮은 기관 저부하역에 에어 어시스트 인젝터의 에어 어시스트를 행하여 스왈 컨트롤 밸브를 전폐 위치로, 기관 온도가 소정치 이상의 기관 저부하 역에서 부분 부하역으로 에어 어시스트 인젝터의 에어 어시스트를 정지하고 스왈 컨트롤 배브를 반개 위치로, 이들 이외의 운전역에 스왈 컨트롤 밸브를 전개위치에 제어하는 제어수단을 마련함과 동시에, 스왈 컨트롤 밸브의 적어도 비절결부측에 대한 흡기 통로내면을 스왈 컨트롤 밸브의 전폐 위치에서 번개 위치까지 밸브의 회전 궤적에 따라서 형성한다.
제 2 의 발명은 상기 스왈 컨트롤 밸브의 액츄에이터에 전폐 위치를 규제하여 온도 감응형의 서모 왁스를 마련한다.
작용
제 1 의 발명은 에어 어시스트 인젝터에서 제어 어시스트를 행할때 기관의 저부하 역에서 스왈 컨트롤 밸브를 전폐 그 이외의 부하역에서 스왈 컨트롤 밸브를 전개한다. 즉, 에어 어시스트에 의하여 연료의 미립화를 도모하여 저부하역에 스왈 컨트롤 밸브의 작은 절결부에서 흡기를 유입시키는 것으로 연소실내에 소정의 가스 유동을 생성하는 한편 그 정도의 가스 유동을 필요로 하지 않는 운전역은 수왈 컨트롤 밸브를 전개하는 것으로, 흡기의 저항을 억제한다.
기관 온도가 높고, 비에어 어시스트시에는 부분 부하역이하에서 스왈 컨트롤 밸브를 반개, 그 이외의 고부하역에서 스왈 컨트롤 밸브를 전개한다. 이에 따라 저부하역에서 부분 부하역에 요구되는 가스 유동을 확보함과 동시에 고부하역에 흡기를 무리없이 유입시킨다.
이 경우, 스왈 컨트롤 밸브의 적어도 비절결부측에 대한 흡기 통로 내면을 스왈 컨트롤 밸브의 전폐 위치에서 반개 위치까지 스왈 컨트롤 밸브의 회전궤적에 따라서 형성 즉, 스왈 컨트롤 밸브의 반개 이하에서는 흡기는 모두 절결부측에서 유입한다. 따라서, 스왈 컨트롤 밸브의 개구율을 높이면서도 흡기가 한방향으로만 유입하기 때문에, 부분 부하역에 흡기의 무리없는 유입을 유지하면서 저부하역에서 요구하는 대로의 가스유동이 확보된다.
제 2 의 발명은 기관 온도에 응동하는 서모 왁스에 의하여 스왈 컨트롤 밸브의 전개 위치를 규제, 즉, 기관 온도의 극 저온시에 스왈 컨트롤 밸브의 전폐 위치를 유지하고, 기관 온도의 상승에 응하여 스왈 컨트롤 밸브를 열어 나가며, 기관 온도가 소정치일 경우 스왈 컨트롤 밸브의 반개 위치를 유지한다.
이에 따라 스왈 컨트롤 밸브의 개폐는 전폐, 전개 동작으로 끝날 것이다.
또, 이 경우 기관 온도의 저온시에도 상승에 따라서 스왈 컨트롤 밸브의 개구율이 놓아지고 흡기의 무리없는 유입이 확보된다.
제 1 도 내지 제 3 도는 본 발명의 실시예를 나타내는 것으로, 10은 엔진 본체, 11은 흡기 통로, 12는 스롯톨변이다. 에어 어시스트 인젝터(13)는 흡기 통로(11)의 흡기포트(14)측에 설치되고 스왈 컨트롤 밸브(SCV ; 15)는 그 직상류의 흡기 포트(14) 근방에 끼워서 장치된다.
에어 어시스트 인젝터(13)에는 스롯톨변(12)의 상류에서 연료 분출구 근방에 보조 공기를 인도하는 에어 어시스트 통로(16)가 마련되고 에어 어시스트 통로(16)에 컨 오프 솔레노이드(17)가 설치된다.
컨 오프 솔레노이드(17)가 열리면, 에어 어시스트 통로(16)에서의 어시스트 에어에 의하여 에어 어시스트 인젝터(13)로부터의 연료 분무의 미립화가 진행된다.
스왈 컨트롤 밸브(15)에는, 에어 어시스트 인젝터(13)측에 소정의 크기의 절결부(18)가 형성되고, 그 회전축(19)을 중심으로 비절결부측의 흡기 통로(11) 내면이, 스왈 컨트롤 밸브(15)의 전폐위치(제 2 도의 실선으로 나타냄)에서 반개 위치(도면 2의 점선으로 나타냄)까지 스왈 컨트롤 밸브(15)의 회전 궤적에 따른 완곡부(20)에 형성된다.
스왈 컨트롤 밸브(15)가 열려도, 반개 이내에서는, 제 4 도 같이 흡기는 절결부(18) 및 절결부측의 밸브 주위에서만 유입된다.
이 경우, 제 5 도, 제 6 도와 같이 스왈 컨트롤 밸브(15)의 비절결 부분에 대한 모든 흡기 통로(11) 내면을, 스왈 컨트롤 밸브(15)의 전폐 위치에서 반개 위치까지 스왈 컨트롤 밸브(15)와 회전 궤적에 따른 완곡부(20)에 형성하여도 무방하다.
스왈 컨트롤 밸브(15)의 회동축(19)은, 레버(21)를 경우하여 다이어프럼 장치(22)에 연결된다. 다이어프럼장치(22)의 부압실에는 부압 통로(23)를 경우하여 스롯톨변(12)의 하류에서 흡입부압이 유도되어 부압 통로(23)의 도중에 그 부압을 희석 제어하는 듀티 솔레노이드(24)가 설치된다.
듀티 솔레노이드(24)를 경유하여 다이어프럼 장치(22)에의 부압을 제어하는 것으로, 스왈 컨트롤 밸브(15)는 전폐위치에서 전개 위치까지 임의로 개도로 구동된다.
여기서, 스왈 컨트롤 밸브(15)의 절결부(18)의 크기는 전폐 위치에서 개구율이 약 10%로 되도록, 또 스왈 컨트롤 밸브(15)의 반개 위치는 개구율이 약 40%로 되도록 설정된다.
엔진의 운전 조건 검출 수단으로서, 도시하지 않지만 엔진의 흡입 공기량을 검출하는 공기량 센서, 스롯톨변(12)의 개도를 검출하는 스롯틀 개도 센서 및, 엔진의 냉각수온(기관온도)을 검출하는 수온 센서(25)등이 설치된다.
이들의 신호는 컨트롤 유닛(26)에 입력되고, 컨트롤 유닛에 의하여 이들 신호에 기인하여, 전기 컷 오프 솔레노이드(17), 듀티 솔레노이드(24)가 제어, 즉, 에어 어시스트 인젝터(13)의 에어 어시스트, 스왈 컨트롤 밸브(15)의 개도가 제어된다.
다음에 그 제어 및 작용을 설명한다.
제 7 도는 플로우 챠트에 나타내는 바와 같이, 우선 냉각수온(Tw)을 입력, 소정치(T1)와 비교한다(단계 101,102).
냉각 수온(Tw)이 소정치(T1) 보다 낮을때는, 어시스트 제어 밸브(컷 오프 솔레노이드(17))를 열면서 동시에, 흡입 공기량(Qa)을 소정치(Q1)와 비교하고, 이때 흡입 공기량(Qa)이 소정치(Q1) 이하이면(저부하역), 스왈 컨트롤 밸브(15)를 전폐하고, 흡입 공기량(Qa)이 소정치(Q1)를 넘고 있으면(부분 부하역 이상), 스왈 컨트롤 밸브(15)를 전개한다(단계 103~106, 113).
냉각 수온(Tw)이 소정치(T1) 이상인때에는, 어시스트 에어 밸브(17)를 닫음(에어 어시스트를 정지시킨다)과 동시에, 이때 흡입 공기량(Qa)이 소정치(Q2) 이하이면(부분 부하역 이하), 스왈 컨트롤 밸브(15)를 반개하고, 흡입 공기량(Qa)이 소정치(Q2)를 넘어 있으면(고부하역), 스왈 컨트롤 밸브(15)를 전개한다(단계 107~110, 113).
제 8 도에 제어조건, 제어 영역이 나타난다.
더구나, 스롯톨변(12)이 급히 열리는 급가속시등에는, 스왈 컨트롤 밸브(15)를 전개한다(제 7 도의 단계 111~113).
즉, 냉각 수온이 낮을때는, 에어 어시스트 인젝터(13)에서 에어 어시스트가 행하여 진다.
이때, 저부하역에서는 스왈 컨트롤 밸브(15)가 전폐되어, 그 작은 절결부(18)에서 흡기가 유입된다.
이 때문에, 에어 어시스트 인젝터(13)로부터 연료의 미립화가 촉진됨과 동시에, 연소실 내의 가스 유동이 강화되어, 그 연료의 미립화가 가스 유동에 의하여 양호한 연소가 유지되고, 저온시의 배기 에미션이 저감된다.
저온 시동 직후는 배기계에 설치된 삼원 촉매의 활성화가 충분치 않고, 따라서 이 시점에서 배기 밸브로부터 유출하는 에미션의 저감은 난기후에 비하여 큰 효과를 얻을 수 있으며, 이 경우 에어 어시스트 량에 관계하여 개구율(절결부 18) 약 10%가 적정하다.
저부하역 이외에서는 스왈 컨트롤 밸브(15)는 전개되고, 이 때문에 흡기의 저항으로되는 일은 없다.
한편, 난기가 나아가, 냉각 수온이 소정치 이상이 되면, 에어 어시스트 인젝터(13)에서의 에어 어시스트는 행하여지지 않는다.
이때 부분 부하역 이하에서는 스왈 컨트롤 밸브(15)가 반개되어, 개구율이 약 40%로 된다.
이 때문에, 연소실내에 요구된 가스 유동이 확보되어, 저부하역에서 부분 부하역에 걸쳐서 양호한 연소가 얻어진다.
스왈 컨트롤 밸브(15)의 개구율과 엔진 출력의 관계를 제 9 도에 나타내면, 개구율이 40%이면, 대부분의 영역에서 운전이 가능하며, 특히 중회전 이하에서는 거의 전개 토오크(스왈 컨트롤 밸브 전개시)와 동등의 토오크가 유지되어, 고회전시에도 최고 출력의 80% 이상은 커버된다. 개구율이 30% 이하에서는 중부하 부근에서 토오크가 저하하기 때문에, 실용운전역에서 스왈 컨트롤 밸브(15)를 개폐하는 빈도가 많아지고 토오크의 단차감 등, 운전성의 악화를 가져온다.
이에따라, 운전성을 손상시키지 않고, 희박 연소가 가능하게 되어, 연비가 개선됨과 동시에 배기 에미션이 충분히 저감된다.
고부하역에서는, 스왈 컨트롤 밸브(15)는 전개되어, 물론 고출력이 확보된다.
그리고, 저부하역에서 부분 부하역에 걸쳐서 공지의 EGR(배기환류)장치의 EGR율을 크게하므로서, 보다 연비가 향상된다.
또 스왈 컨트롤 밸브(15)를 열어나가면, 종래의 구조에서는 절결부에서 뿐만 아니라 밸브의 주위에서 흡기가 유입하기 때문에, 저부하역에서 부분 부하역으로 개구율을 내려도 요구하는 가스 유동은 얻지못하지만 이경우 제 2 도 내지 제 6 도 같이 스왈 컨트롤 밸브(15)의 비절결부측 또는 비절결부분에 대한 흡기 통로(11)내면을 전폐 위치에서 반개위치까지 밸브(15)의 회전 궤적에 따라서 형성하였으므로, 반개이내에서는 흡기는 절결부(18) 또는 그 절결부측 주위의 한 방향만에서 유입하는 것이다.
따라서 제10도와 같이 개구율이 40%의 경우 종래의 구조에서는 이상적인 형상과 비교하여 얻어지는 스왈비가 반감하고 있지만, 제 2 도 내지 제 4 도의 형상의 것에서는 양호한 스왈비가 얻어지고, 다시 제 5 도, 제 6 도의 것에서는 이상에 가까운 스왈비가 확보된다. 이에 따라 충분한 토오크를 얻는 개구율 40%에 있어서, 요구에 맞는 가스 유동이 유지된다.
제11도는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 것으로, 스왈 컨트롤 밸브(15)의 회동축(19)의 레버(21)에, 전폐위치를 규제하는 서모 왁스(30)를 설치하고 있다.
서모 왁스(30)에는, 주위에 배관(31)을 거쳐서 엔진의 냉각수가 도입되어, 냉각 수온의 상승에 응하여 서모 왁스(30)가 팽창하고, 선단의 스테(32)가 신동된다. 냉각 수온의 극온시에는 스왈 컨트롤 밸브(15)의 초기 전폐 위치가 유지되어, 냉각수온의 상승에 응하여 전폐 위치에 개측으로 변화되어 냉각수온이 소정치로 되면, 반개위치로 전환된다.
그리고, 22는 레버(21)를 경유하여 스왈 컨트롤 밸브(15)를 구동하는 다이어프럼 장치이다.
즉, 제12도와 같이 냉각 수온의 상승에 응하여 스왈 컨트롤 밸브(15)가 열리고 냉각 수온이 소정치 이상이면 스왈 컨트롤 밸브(15)는 반개 위치에 셋트된다(단, 다이어프럼 장치(22)의 비구동시).
이에 의하면 스왈 컨트롤 밸브(15)의 구동이 전폐 전개 동작으로 끝나고, 듀티 솔레노이드가 필요없게 된다. 또, 냉각 수온이 그다지 낮지 않을때, 개구율이 증가되어 흡기 저항이 억제된다.
이상과 같이 제 1 의 발명은 흡기계에 에어 어시스트 인젝터를 설치함과 동시에 소정의 절결부를 마련한 스왈 컨트롤 밸브를 구비한 내연기관에 있어서, 기관의 운전 조건을 검출하는 수단과, 스왈 컨트롤 밸브를 전개, 반개, 전폐의 각 위치에서 구동가능한 액츄에이터와 기관 온도가 소정치 보다 낮은 기관 저부하역에서 에어 어시스트 인젝터의 에어어시스트를 행하여, 스왈 컨트롤 밸브를 전폐위치에, 기관 온도가 소정치 이상의 기관 저부하역에서 부분 부하역에 에어 어시스트 이젝터의 에어 어시스트를 정지하고, 스왈 컨트롤 밸브를 반개위치에, 이것들 이외의 운전역에, 스왈 컨트롤 밸브를 전개위치에 제어하는 제어 수단과를 마련함과 동시에, 스왈 컨트롤 밸브의 적어도 비절결부 측에 대한 흡기통로 내면을 스왈 컨트롤 밸브의 전폐위치에서 반개 위치까지 밸브의 회전 궤적에 따라 형성하였기 때문에, 기관 저온시부터 운전상태에 맞는 연소실내의 가스 유동을 확보하고, 양호한 연소를 유지할 수가 있으며, 배기 에미션을 충분히 저감시킬 수 있음과 동시에 연비를 대폭으로 향상할 수 있다. 또, 제 2 의 발명은 스왈 컨트롤 밸브의 액츄에이터에 전폐 위치를 규제하는 온도 감응형의 서모왁스를 마련하였기 때문에, 스왈 컨트롤 밸브의 구동이 간단한 구조로 된다.

Claims (2)

  1. 흡기계에, 에어 어시스트 인젝터를 설치함과 동시에 소정의 절결부를 마련한 스왈 컨트롤 밸브를 구비한 내연기관에 있어서, 기관의 운전 조건을 검출하는 수단과 ; 스왈 컨트롤 밸브를 전개, 반개, 전폐의 각 위치에서 구동시킬 수 있는 액츄에이터와 ; 기관 온도가 소정치 보다 낮은 기관 저부하역에서 에어 어시스트 인젝터의 에어 어시스트를 행하고, 스왈 컨트롤 밸브를 전폐 위치에, 기관 온도가 소정치 이상의 기관 저부하 영역에서 부분부하 영역에 에어 어시스트 이젝터의 에어 어시스트를 정지시키고, 스왈 컨트롤 밸브를 반개 위치에, 이들 이외의 운전역에 스왈 컨트롤 밸브를 전개 위치로 제어하는 제어수단을 마련함과 동시에 스왈 컨트롤 밸브의 적어도 비절결부측에 대한 흡기 통로 내면을 스왈 컨트롤 밸브의 전개 위치에서 반개 위치까지 밸브의 회전 궤적에 따라서 형성한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 흡기장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스왈 컨트롤 밸브의 액츄에이터에 전폐 위치를 규제하는 온도 감응형의 서모왁스를 설치하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 흡기 장치.
KR1019940022671A 1994-09-09 1994-09-09 내연 기관의 흡기 장치 KR960010285B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102008624B1 (ko) * 2018-10-22 2019-08-08 현대자동차주식회사 자동차의 인테이크 제어 장치

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