KR100412880B1 - 디젤엔진의 키이-오프시 2차폭발 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 키이-오프시 2차폭발 방지장치에 관한 것으로, 시동스위치(12)로부터 오프(off)신호를 전달받은 전자제어유니트(11)가 솔레노이드밸브(10)를 개방시키고, 이에 따라 흡기매니폴드(2)의 부압이 액츄에이터(9)로 전달되어, 이 액츄에이터(9)에 의해 상기 흡기매니폴드(2)에 설치된 스로틀바디(8)의 스로틀밸브(8a)가 닫혀짐으로써 키이-오프 직후에 흡기계의 잔류공기가 실린더의 내부로 유입되지 못하도록 되어 있다.

따라서, 엔진 정지후에 잔류공기 압축과 연료분사에 의한 2차폭발이 발생하지 않게 되므로, 2차폭발에 의한 엔진 충격과 차량 정지후 발생하는 차체진동문제가 해결되는 효과가 있게 된다.

Description

디젤엔진의 키이-오프시 2차폭발 방지장치{a preventing device for the second explosion in the key-off stage of diesel engine}

본 발명은 디젤엔진 탑재 차량의 정지후 키이-오프(key-off)시 2차폭발이 발생하여 차체가 크게 진동하는 것을 방지할 수 있도록 된 디젤엔진의 키이-오프시 2차폭발 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진 탑재차량의 흡배기계는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)에 흡기매니폴드(2)와 배기매니폴드(3)가 장착되고, 이 흡기매니폴드(2)와 배기매니폴드(3)에는 각각 흡기관(4)과 배기관(5)이 연결되어 있으며, 이 흡기관(4)과 배기관(5)은 모두 터보차저(6)를 통하여 대기중으로 개구되고, 터보차저(6)와 흡기매니폴드(2)의 사이에는 인터쿨러(7)가 설치되는 구조로 이루어진다. 또한, 상기 흡기관(4)의 터보차저(6) 이전부분에는 에어클리너(도시하지 않음)가 구비되어 있음은 물론이다.

따라서, 흡기관(4)과 흡기매니폴드(2)를 통해 외기가 유입될 때 상기 터보차저(6)의 컴프레서에 의해 과급됨으로써 연소실내 충전효율이 상승하여 엔진의 출력이 향상되고, 연소가스는 배기관(5)을 거쳐 터보차저(6)의 터빈을 회전시킴으로써 상기 컴프레서를 연동시키는 방식으로 흡배기계의 순환이 이루어지게 되며, 상기 인터쿨러(7)는 터보차저(6)를 통과하면서 온도상승된 외기의 온도를 낮추어 밀도를 상승시킴으로써 충전효율이 저하되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

한편, 디젤엔진에서는 연소실 내에 공기만을 흡입하여 압축한뒤, 고온이 된 압축공기 중에 연료를 분사함으로써 자연발화시키는 방식으로 연료의 연소가 이루어지며, 이러한 일련의 연소과정이 순환됨으로써 엔진이 정상적으로 가동된다.

그런데, 상기와 같은 디젤엔진을 탑재한 차량에서는 차량 정지후 엔진의 작동을 중지시킬때(키이실린더에서 키이를 off위치로 돌린다 →키이-오프.) 엔진의 회전관성에 따른 피스톤의 운동(하강 및 상승)에 의하여 흡입계에 잔류되어 있던 외기가 흡입·압축되고, 이 압축공기에 피스톤 상승에 의해 연료가 분사됨으로써 불안정한 상태의 2차 폭발(연소)현상이 발생하게 되는데, 이러한 2차 폭발은 엔진에 충격을 줄 뿐만 아니라 차체로 전달되어 정지상태의 차량이 울컥거리는 현상이 일어나게 되므로 탑승자에게 불쾌감을 주게 되는 문제점이 있었다.

도 2a와 도 2b는 각각 차량 정차후 엔진이 정지되는 시기에서 엔진과 차체의 진동특성을 보여주는 그래프로서, 차량 정지후 엔진이 아이들운전될 때 일정한 크기의 진동이 유지되다가 순간적으로 급격하게 증가하는 진동이 나타나고, 이후 감소하여 진동이 일어나지 않는 상태가 되는 모습을 확인할 수 있다. 이 그래프에서 진동량이 순간적으로 급격하게 증가하는 부분이 키이-오프 직후 2차폭발에 의한 진동이 발생하는 부분이다.

따라서 종래에는 이러한 2차폭발에 의한 진동문제를 파워트레인 탑재시 사용되는 엔진마운트의 진동 특성을 적절히 튜닝함으로써 해결하려 하였으나, 이에 의한 차체진동의 저감은 한계가 있었고, 또한 그것은 2차폭발의 발생 자체를 방지하는 근본적인 해결책은 아니었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 키이-오프시 엔진에서 2차 폭발이 일어나지 않도록 함으로써 엔진충격을 방지하고, 또한 차량에 진동이 발생하지 않게 됨으로써 탑승자들이 불쾌감을 느끼지 않도록 된 디젤엔진의 키이-오프시 2차폭발 방지장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 디젤엔진의 흡배기계통 구성도,

도 2a와 도 2b는 종래 디젤엔진에서 키이-오프시 2차폭발이 발생하였음을 보여주는 엔진과 차체의 진동선도,

도 3은 본 발명에 따른 2차폭발 방지장치가 적용된 디젤엔진의 흡배기계통 구성도,

도 4는 본 발명의 요부 구성도로서, 스로틀바디와 액츄에이터의 설치상태 단면도,

도 5a와 도 5b는 상기 도 2a와 도 2b의 대응도로서, 본 발명에 따른 2차폭발 방지장치가 적용된 디젤엔진에서 키이-오프시 2차폭발이 발생하지 않았음을 보여주는 엔진과 차체의 진동선도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 엔진, 2 : 흡기매니폴드,

3 : 배기매니폴드, 4 : 흡기관,

5 : 배기관, 6 : 터보차저,

7 : 인터쿨러, 8 : 스로틀바디,

8a : 스로틀밸브, 9 : 액츄에이터,

9a : 하우징, 9b : 스프링,

9c : 다이어프램, 9d : 로드,

9e : 레버, 10 : 솔레노이드밸브,

11 : 전자제어유니트, 12 : 시동스위치.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 스로틀밸브를 구비하고 흡기매니폴드에 장착된 스로틀바디와, 이 스로틀바디의 상기 스로틀밸브를 조작하는 액츄에이터와, 이 액츄에이터에 작동압을 전달하는 솔레노이드밸브와, 시동스위치의 오프(off)신호를 전달받아 상기 솔레노이드밸브의 작동을 제어하는 전자제어유니트를 포함하여 구성된다.

따라서, 키이-오프시 액츄에이터가 흡기부압에 의해 작동되어 스로틀밸브를 순간적으로 닫도록 되어 있어, 외기가 연소실로 유입되지 않게 됨으로써 2차폭발을 방지할 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 2차폭발 방지장치가 적용된 디젤엔진의 흡배기계통구성도로서, 본 발명은 엔진(1)에 흡기매니폴드(2)와 배기매니폴드(3)가 장착되고, 이 흡기매니폴드(2)와 배기매니폴드(3)에 각각 흡기관(4)과 배기관(5)이 연결되며, 이 흡기관(4)과 배기관(5)은 모두 터보차저(6)를 통해 대기중으로 개구되고, 이 터보차저(6)와 상기 흡기매니폴드(2) 사이의 흡기관(4) 중에는 인터쿨러(7)가 설치된 구조로 이루어진 디젤엔진의 흡배기계통에 있어서, 상기 흡기매니폴드(2)에 스로틀밸브를 갖춘 스로틀바디(8)가 설치되고, 이 스로틀바디(8)의 상기 스로틀밸브를 조작하는 액츄에이터(9)가 구비되며, 이 액츄에이터(9)의 작동압을 공급 또는 차단하는 솔레노이드밸브(10)가 설치되며, 이 솔레노이드밸브(10)의 개방 또는 폐쇄작용을 제어하는 전자에어유니트(11)가 구비되고, 이 전자제어유니트(11)에 시동스위치(12)가 연결되는 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 스로틀바디(8)는 가솔린엔진에서와 같이 흡기매니폴드(2)에 설치되며, 내부에는 도 4에 도시된 바와 같이 스로틀밸브(8a)가 구비된다.

상기 스로틀밸브(8a)는 상기 액츄에이터(9)에 의해 조작되는바, 이 액츄에이터(9)는 하우징(9a)의 내부에 스프링(9b)에 의해 탄지되는 다이어프램(9c)이 구비되고, 이 다이어프램(9c)의 중심에 일단이 연결된 로드(9d)가 상기 하우징(9a)의 외부로 연장되며, 이 로드(9d)의 타단은 상기 스로틀바디(8)의 내부로 삽입되어 상기 스로틀밸브(8a)에 일단이 고정된 레버(9e)의 타단에 힌지연결되는 한편, 상기 하우징(9a)중 다이어프램(9c)의 하부 공간은 상기 솔레노이드밸브(10)에 관을 매개로 연결되는 구조로 이루어진다.

이하, 본 발명의 작동을 설명한다.

차량이 정지하고 운전자가 키이실린더에서 키이를 오프(off)위치로 돌리면 시동이 꺼지게 되는데, 이때 시동스위치(12)의 접속상태가 끊어지면서 이 신호가 상기 전자제어유니트(11)로 전달된다.

시동스위치(12)의 오프상태를 인지한 전자제어유니트(11)는 솔레노이드밸브(10)에 작동신호를 보내어 솔레노이드밸브(10)를 개방시킨다.

솔레노이드밸브(10)가 개방되면 흡기매니폴드(2)의 부압이 상기 액츄에이터(9)로 전달되어 로드(9d)를 당겨줌으로써 스로틀밸브(8a)가 닫혀지도록 되어 있다.

즉, 액츄에이터(9)의 하우징(9a) 하부공간으로 흡기매니폴드(2)의 부압이 전달되면 스프링(9b)을 압축시키면서 다이어프램(9c)의 중앙부가 하강하고, 이에 의해 로드(9d)가 잡아당겨져 상기 레버(9e)를 시계방향으로 회동시킴으로써 스로틀밸브(8a)가 동일한 방향으로 회동되어 스로틀바디(8)의 공기통로를 차단하도록 되어 있다.

이와 같이, 운전자의 키이-오프 조작에 의하여 스로틀밸브(8a)가 차단되어 외기의 유입을 막음으로써 흡기매니폴드(2)의 잔류공기가 실린더내로 유입되지 않으며, 이에 따라 엔진관성에 의해 피스톤이 상승하여도 충분한 압축열이 발생되지 않으므로 연료가 분사된다 할지라도 2차폭발이 일어나지 않게 된다.

따라서, 엔진정지후 2차폭발에 의한 엔진충격이 사라지고, 또한 차체에 진동이 발생하지 않게 되므로 차량정지직후 차체의 진동에 의해 탑승자들이 불쾌감을 느끼던 현상이 해소된다.

한편, 상기 전자제어유니트(11)는 설정된 솔레노이드밸브(10) 개방시간이 경과하면 다시 솔레노이드밸브(10)를 폐쇄시키도록 되어 있다.

즉, 설정된 솔레노이드밸브 개방시간(대략 2∼3초 정도면 충분하다.)이 지나면 전자에어유니트(11)의 신호에 의하여 솔레노이드밸브(10)가 닫혀져 흡기매니폴드(2)의 부압전달이 차단되며, 이에 의해 스프링(9b)의 복원력에 의해 다이어프램(9c)이 원위치되어 로드(9d)가 재상승됨으로써 레버(9e)의 반시계 방향 회동에 따라 스로틀밸브(8a)가 원위치되면서 닫혀졌던 스로틀바디(8)의 공기통로가 다시 개방되어 이후의 차량 시동에 지장이 없도록 되어 있다.

즉, 본 발명의 스로틀밸브(8a)는 엔진정지후 일정시간 동안만 작동하여 엔진정지 직후의 시기에 엔진으로 외기가 유입되는 것을 방지하도록 된 것이며, 그 외의 상태에서는 항상 열려져 있음으로써 엔진의 일반적인 작동에는 영향을 주지 않도록 되어 있다.

도 5a와 도 5b를 참조하여 본 발명에 따른 2차폭발 방지장치를 적용한 디젤엔진의 키이-오프시 진동특성을 살펴보면, 엔진과 차체 모두 차량 정지후 엔진의 아이들 운전에 따른 일정한 진동이 유지되다가 차츰 감소하여 무진동상태에 이르는 것을 알 수 있다.

즉, 전술한 도 2a와 도 2b의 종래 경우와 같이 키이-오프 직후 급격한 진동이 나타나지 않는 것으로 보아 2차 폭발이 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 차량 정지후 키이-오프 직후에 흡기계의 잔류 공기가 실린더 내로 유입되지 못하게 되므로 2차 폭발이 발생할 염려가 해소되었다. 따라서, 2차폭발에 의한 엔진충격이 발생하지 않고, 키이-오프 시 2차 폭발에 따른 충격진동이 차체에 전달되어 탑승자들이 불쾌감을 느끼던 현상이 해소되게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 시동스위치(12)의 키이-오프신호를 전달받아 솔레노이드밸브(10)를 작동시키는 전자제어유니트(11)와, 이 전자제어유니트(11)로부터 작동신호를 받아 개방되어 흡기매니폴드(2)의 부압을 액츄에이터(9)에 전달하는 상기 솔레노이드밸브(10)와, 이 솔레노이드밸브(10)를 통해 전달된 흡기매니폴드(2)의 부압에 의하여 로드(9d)를 당겨 스로틀밸브(8a)를 회동시킴으로써 스로틀바디(8)의 공기통로를 차단시키는 상기 액츄에이터(9)와, 상기 스로틀밸브(8a)가 내부에서 회동가능하도록 설치되고 상기 흡기매니폴드(2)에 장착되는 상기 스로틀바디(8)를 포함하여 이루어진 디젤엔진의 키이-오프시 2차폭발 방지장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 액츄에이터(9)는 하우징(9a)의 내부에 스프링(9b)에 의해 탄지되는 다이어프램(9c)이 구비되고, 이 다이어프램(9c)의 중심에 일단이 연결된 로드(9d)가 상기 하우징(9a)의 외부로 연장되며, 이 로드(9d)의 타단은 상기 스로틀바디(8)의 내부로 삽입되어 상기 스로틀밸브(8a)에 일단이 고정된 레버(9e)의 타단에 힌지연결되고, 상기 하우징(9a)중 다이어프램(9c)의 하부 공간은 상기 솔레노이드밸브(10)에 관을 매개로 연결되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 키이-오프시 2차폭발 방지장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 전자제어유니트(11)는 솔레노이드밸브(10)를 개방시킨뒤, 설정된 시간이 경과하면 다시 솔레노이드밸브(10)를 폐쇄하여 스로틀밸브(8a)가 개방되도록 된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 키이-오프시 2차폭발 방지장치.