KR100543175B1 - 자동차용 엔진 - Google Patents

Abstract

본 발명에 다르면, 자동차용 엔진은 각각 피스톤이 왕복되는 적어도 하나의 실린더가 설치된 실린더 블록과; 상기 실린더 실린더 블록과 결합되며 상기 실린더와 연통되는 흡기구와 배기구가 형성된 실린더 헤드와; 상기 흡기구와 배기구를 개폐하는 밸브 유니트와; 상기 실린더 헤드에 설치되어 관성주행시 엔진에 공급되는 연료의 차단시 상기 배기 밸브를 개폐하는 보조 배기밸브 개폐수단을 포함한다.

자동차, 엔진, 배기밸브의 개폐.

Description

자동차용 엔진{engine of automobile}

도 1은 자동차의 실린더 헤드에 설치된 밸브 유니트를 나타내 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 엔진의 실린더 헤드에 설치된 밸브 유니트를 나타내 보인 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 밸브 유니트의 작동상태를 나타내 보인 측단면도,

도 4는 본 발명에 따른 자동차의 보조 배기밸브 개폐장치를 나타내 보인 사시도,

도 5는 도 4에 도시된 개폐수단의 자동상태를 나타내 보인 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 보조 배기밸브의 개폐장치의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도,

도 7은 도 6에 도시된 개폐장치를 발췌하여 도시한 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10; 자동차의 엔진 20; 실린더 헤드

30; 밸브 유니트 40,50,60; 보조 배기 밸브 개폐장치.

본 발명은 자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 엔진 브레이크의 작용시 배기 밸브를 개폐 할 수 있도록 개량된 자동차의 내연기관에 관한 것이다.

일반적으로 연료의 연소 또는 기타의 열원에 의해 발생한 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 기계를 열기관이라 한다. 이 열기관은 외연기관과 내연기관으로 구분된다.

상기 내연기관은 그 사용 연료에 따라 가솔린엔진과 디이젤 엔진 및 가스엔진 등으로 구분되고 다시 운동방식에 따라 왕복 운동형과 회전 운동형으로 대별된다. 왕복운동형은 피스톤의 왕복운동을 크랭크 기구를 거쳐 회전운동으로 변환시키는 것이고, 회전운동형은 가스터빈 등과 같이 연소 가스의 에너지를 직접 축의 회전운동으로 바꾸는 것이다.

자동차의 내연기관에는 가솔린을 연료로 하는 가솔린엔진과 경유 또는 중유를 연료로 하는 디이젤 엔진이 주로 사용되며, 고속을 바라는 승용차에서는 거의 가솔린엔진을 사용하고 있다.

이러한 통상적인 내연기관은 실린더 블록과, 이 실린더 블록에 형성된 실린더를 따라 슬리이딩 되는 피스톤과, 상기 실린더 블록의 하부에 회전 가능하게 지지되는 크랭크축과, 상기 크랭크축과 피스톤을 연결하는 커넥팅로드와, 상기 실린더 블록의 상부와 결합되며 상기 실린더에 연료 또는 연료와 공기를 공급하고 배기가스를 배출하는 밸브 유니트가 설치된 실린더 헤드블록을 포함한다.

상기 실린더 헤드에 설치된 밸브 유니는 밸브기구에 따라 L헤드 밸브기구(L-head valve train), 오버헤드 밸브기구(overhead valve train), 오버 헤드 캠축 밸브기구(overhead cam shaft valve train), F-head valve train)등으로 분류된다.

제1도에는 상기 오버헤드 캠축 밸브기구를 이용한 밸브 유니트의 일 예를 나타내 보였다.

이 밸브 유니트는 실린더 블록(11)과 결합된 실린더헤드(12)에 스프링(13)에 의해 실린더 블록(11)의 상방으로 탄성바이어스 되도록 설치된 밸브(14)와, 상기 실린더 헤드(12)의 상면에 회동 가능하게 설치되며 상기 밸브(12)의 스템 단부에 설치된 리프터(15)와 접촉되는 캠(16)을 가지는 캠축(17)을 포함한다. 이와 같이 구성된 종래의 밸브 유니트는 상기 캠(16)이 회전함에 따라 캠에 의해 상기 밸브(12)가 열리거나 닫히게 된다.

그러나 상기와 같은 구성된 종래의 밸브 유니트를 가지는 자동차용 엔진은 최근 연료를 절감하기 위하여 엔진의 부하에 따라 연료의 공급량을 제어하는 방안이 모색되고 있다. 즉, 엔진에 가하여지는 부하에 따라 연료의 공급을 줄이거나 차단하고 있다.

특히, 상기와 같은 엔진이 자동차의 구동원으로 이용되는 경우 자동차가 관성력에 의해 주행되는 동안에는 엔진에 부하가 걸리지 않고 오히려 자동차 휠의 회전력에 엔진에 전달되어 엔진을 구동시키게 되므로 엔진을 제어하는 제어부(ECU)에 의해 엔진으로의 연료공급을 차단하게 된다. 상기와 같이 연료의 공급이 차단되는 경우에도 엔진은 4행정을 반복하게 되므로 흡입 및 압축에 따른 부하가 상대적으로 커 엔진 브레이크 현상이 나타나게 된다. 이러한 자동차의 엔진 브레이크 현상은 자동차의 관성에 의한 주행거리를 단축시키게 되고, 나아가서는 연료의 소모를 증가시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진의 브레이크 작용시 흡입 및 압축에 따른 운동에너지의 손실을 줄여 자동차의 관성력에 의한 주행길이를 늘림으로써 연료를 절감할 수 있는 자동차용 엔진을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 엔진 브레이크 작동으로 인한 실린더 블록 및 헤드에 무리한 힘이 가하여지는 것을 방지하고 소음을 경감시킬 수 있는 자동차용 엔진을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 엔진은,

각각 피스톤이 왕복되는 적어도 하나의 실린더가 설치된 실린더 블록과;

상기 실린더 실린더 블록과 결합되며 상기 실린더와 연통되는 흡기구와 배기구가 형성된 실린더 헤드와;

상기 흡기구와 배기구를 개폐하는 밸브 유니트와;

상기 실린더 헤드에 설치되어 엔진에 가하여지는 부하에 따라 선택적으로 상기 배기 밸브를 관성주행으로 인한 연료차단시 개폐하는 보조 배기밸브 개폐수단을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 보조 배기밸브 개폐수단은 실린더 헤드에 회동 가능하게 설치되며 각 배기밸브의 리프터의 상부로 연장되는 포크부들을 가지는 회동축과, 상기 실린더 블록에 설치되어 회동축을 회동시키는 액튜에이터를 포함한다.

상기 보조 배기밸브 개폐수단은 상기 배기 밸브를 개폐하는 캠축의 회동시 배기밸브를 개폐하는 보조캠과, 상기 보조캠과 연결되어 이를 회동시키는 회동수단을 구비한다. 상기 회동수단은 상기 보조캠으로부터 연장되는 로드부와, 상기 실린더 헤드 또는 실린더 헤드의 캡에 설치되어 상기 로드부를 회동시켜 엔진 브레이크의 작동시 상기 로드부를 회동시키는 액튜에이터를 포함한다.

대안으로 상기 보조 배기밸브 개폐수단은 상기 실린더 헤드에 일측에 회동 가능하게 설치되며, 상기 밸브 유니트의 배기 밸브의 캠과 대응되는 영역에 관통부가 형성되며 회동시 상기 배기 밸브의 리프터를 가압하는 회동판부재와, 상기 실린더 헤드의 일측에 설치되어 상기 회동판부재를 회동시키는 액튜에이터를 포함한다. 상기 배기밸브 리프터와 대응되는 회동판부재의 하면에 밸브 리프트의 가압을 위한 돌기부를 형성함이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기 자동차의 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음가 같다.

자동차용 엔진은 자동차에 구동력을 제공하는 것으로 각각 피스톤이 왕복하는 적어도 하나의 실린더가 구비된 실린더 블록과, 상기 실린더 블록과 결합되며 배기구와 흡기구를 개폐하는 밸브 유니트가 설치된 실린더 헤드와, 상기 실린더 불록에 설치되어 상기 피스톤의 왕복 이송력을 회전력을 변환시키는 크랭크축, 플라 이 휠 등을 구비한다. 또한 상기 엔진의 부하에 따라 실린더 흡기구를 통한 실린더 내부로의 연료 공급을 제어하기 위한 제어수단(ECU, 미도시)을 포함한다.

도 2에는 본 발명에 따른 엔진(10)의 실린더 헤드부를 개략적으로 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 실린더 헤드(20)에는 워터 자켓을 구비한 흡기구(21)와 배기구(22)가 형성되고, 이의 상부에는 상기 흡기구(21)와 배기구(22)를 개폐하는 밸브 유니트(30)가 설치된다. 상기 밸브 유니트(30)은 한실린더에 설치되는 밸브의 수 2, 3 , 4 밸브에 따라 다양한데, 본 발명에는 4 밸브 타입 직동식 밸브 유니트를 일예로 들어 설명한다.

상기 밸브 유니트(30)는 실린더 헤드(20)의 흡기구(21)가 배기구(22)를 개폐하도록 설치되는 흡기 밸브(31) 및 배기밸브(32)와, 상기 흡기 밸브(31)와 배기밸브(32)의 단부에 설치되는 리프터(33)(34)와, 상기 리프터(33)(34)와 실린더 헤드(20)의 사이에 각각 설치되어 상기 흡기밸브(31)와 배기밸브(32)를 상방으로 탄성바이어스 시키는 스프링(35)(36)들을 포함한다.

그리고 상기 실린더 헤드(20)에는 상기 흡기 밸브(31)의 리프터(33)와 접촉되어 흡기밸브(31)를 개폐하는 제1캠(37a)들을 가지는 제1캠축(37)과, 상기 배기 밸브(32)의 리프터(34)와 접촉되어 배기밸브(32)를 개폐하는 제2캠(38a)들을 가지는 제2캠축(38)을 포함한다. 상기 제1,2캠축(37)(38)은 도면에는 도시되어 있지 않으나 상기 크랭크축과 타이밍 벨트에 의해 연결되어 크랭크 축의 회전력을 제1,2캠축(37)(38)에 전달하도록 되어 있다.

한편, 자동차의 주행시 관성력 또는 중력에 의해 자동차 휠의 회전력이 엔진에 역으로 전달되는 엔진 브레이크의 작용시 제어부(ECU)에서 엔진의 실린더에 유입되는 연료를 차단하게 되는데, 이때에 흡입 및 압축행정에 의한 엔진의 구동시 운동에너지의 손실을 줄이기 위한 보조 배기 밸브 개폐수단(40)이 상기 실린더 헤드(20)에 설치된다.

상기 보조 배기 밸브 개폐수단(40)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 실린더 헤드(20)에 회동 가능하게 설치되며 각 배기밸브(32)의 리프터(34)의 상부로 연장되는 포크부(41)들을 가지는 회동축(42)과, 상기 실린더 헤드(20)에 설치되어 상기 회동축(42)을 회동시키기 위한 액튜에이터(43)를 구비한다.

상기 회동축(42)은 제2캠축(38)과 나란한 방향으로 실린더 헤드(20)에 마련된 축받이부(44)에 의해 지지되고, 상기 회동축(42)으로부터 상기리프터(34)의 상부로 연장되는 포크부(41)는 인접하는 2개의 리프터(34)를 작동시킬 수 있도록 소정의 폭을 갖도록 형성함이 바람직하다. 그리고 상기 리프터(34)와 접촉되는 포크부(41)의 단부는 리프터(34) 측으로 연장되되며 구면을 가지는 돌기부(41a)를 구비한다. 상기 액튜에이터(43)는 엔진의 윤활을 위해 윤활펌프에 의해 압송되는 윤활유에 의해 작동되는 유압실린더 또는 스테핑 모터를 사용함이 바람직하다. 상기 액튜에이터(43)를 유압실린더를 이용하는 경우 이를 제어하기 위한 콘트롤 밸브의 조작과 상기 스테핑 모터에 가하여지는 신호는 제어부(ECU)에 의해 엔진에 연료공급이 차단될 때에 이와 연동하여 작동된다.

상기 보조 배기 밸브 개폐수단의 다른 실시예를 도 4 및 도 5에 나타내 보였 다.

도면을 참조하면, 보조 배기밸브 개폐수단(50)은 실린더 헤드(20)에 배기밸브(32)의 리프터(34)를 구동시키기 위한 제2캠(38)들을 가지는 제2캠축(38)에 회동가능하게 설치된 상기 리프터(34)을 가입하기 위한 보조캠(51)들과, 상기 보조캠(51)들로부터 연장되는 연장부(52)와, 이 연장부(52)들을 상호 연결하는 연결부재(53)과 상기 연결부재(53)를 승강시켜 상기 보조캠(51)을 회동시킴으로써 상기 리프터(34)를 가입하여 배기 밸브(32)를 여는 액튜에이터(54)를 포함한다. 상기 액튜에이터(54)는 상기와 같이 유압실린더가 이용될 수 있다. 상기 보조캠(51)은 제2캠축과의 결합을 위하여 볼트와 같은 결합수단에 의해 적어도 2분할 될 수 있다.

도 6 및 도 7에는 본 고안에 따른 또 다른 실시예의 보조 배기밸브 개폐수단의 또 다른 실시예를 나타내 보였다

도면을 참조하면, 보조 배기밸브 개폐수단은(60)은 상기 배기밸브(32)의 리프터(34)를 구동시키기 위한 제2캠(38)과 대응되는 영역에 상기 제2캠(38a)의 회전에 간섭을 받지 않도록 관통부(61)들이 형성된 회동판부재(62)가 상기 제2캠축(38)과 리프터(34)에 위치되는데, 상기 회동판부재(62)의 일측 즉, 제2캠축(38)과 나란한 가장자리가 실린더 헤드(20)에 힌지 결합된다. 그리고 이 힌지 결합부위와 대응되는 측에는 상기 회동판부재(62)를 회동시켜 엔진 브레이크 작용시 리프터(34)를 가압하여 배기밸브(32)가 열리도록 하는 액튜에이터(63)가 설치된다. 그리고 상기 리프터(34)와 대응되는 회동판부재(62)의 하면에는 구면을 가진 돌기부(62a)를 형 성함이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차용 엔진은 자동차에 장착되어 자동차에 구동력을 제공하는 것으로, 주행중에 자동차의 관성력에 의해 휠의 회전력이 역으로 엔진에 전달되게 되면, 상기 엔진의 제어부에 의해 엔진으로의 연료 공급 시그널이 차단된다. 이와 동시에 상기 액튜에이터(43)가 작동되어 상기 회동축(42)을 회전시키게 되고 이 회동축(42)에 형성된 포크부(41)에 의해 상기 배기밸브(32)의 리프터(34)가 가압되어 배기 밸브를 열개된다. 이와 동시에 상기 엔진의 제어부에 의해 엔진으로의 연료의 공급의 공급을 위한 시그널이 차단된다. 따라서 엔진에는 연료의 공급이 이루어지지 않게되며, 상기 배기밸브(32)가 열림으로써 피스톤의 흡입 압축행정시에 따른 엔진의 운동에너지 감소를 방지하여 관성력에 따른 주행거리를 길게 할 수 있다. 따라서 자동차엔진의 흡입 및 압축저항이 없는 관성의 주행에 따른 연료의 절감을 도모 할 수 있다. 그리고 도면에는 도시되어 있지 않으나 자동차의 주행시 눈길이나 내리막길과 같이 엔진 브레이크의 작동이 필요한 경우에는 상기 액튜에이터(43)의 작동을 배제시키기 위한 수단이 더 구비될 수 있다. 즉,자동차의 등판각도를 측정하는 각도 감시 센서를 구비하여 자동차의 주행에 따른 등판각도가 큰 경우에는 상기 액튜에이터의 작동을 배제시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

그리고 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 제2캠축(38)에 이를 회동시키기 위한 보조캠(51)이 설치되어 있는 경우 액튜에이터(54)의 작동으로 보조캠(51)이 제2캠축(38)에 대해 상대 회전됨으로써 리프터(34)를 가압하여 배기 밸브(32)를 열 수 있으며, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 회동판부재(62)가 배기밸브(32)의 리프터(34)와 제2캠축(38)의 사이에 설치된 경우에는 액튜에이터(63)의 작동으로 회동판부재(62)가 회동되어 배기밸브(32)의 리프터(34)를 가압함으로써 배기 밸브를 열 수 있게 된다. 여기에서 상기 제2캠은 회동판부재(62)의 관통부(61)를 통하여 리프터(34)와 접촉되어 있으므로 배기밸브의 개폐와 작동에 영향을 미치지 않게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자동차용 엔진은 자동차에 장착되어 구동시 자동차의 관성력에 의해 엔진브레이크 작용의 발생시 배기 밸브를 가압하여 열리도록 함으로써 엔진의 구동에 따른 운동에너지 손실을 최소화 함으로써 관성력에 따른 주행거리를 길게하여 연료를 절감할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 각각 피스톤이 왕복되는 적어도 하나의 실린더가 설치된 실린더 블록과;

   상기 실린더 블록과 결합되며 상기 실린더와 연통되는 흡기구와 배기구가 형성된 실린더 헤드와;

   상기 흡기구와 배기구를 개폐하는 밸브 유니트와;

   상기 실린더 헤드에 설치되어 관성주행 중 엔진에 공급되는 연료차단시 상기 배기 밸브를 개폐하는 것으로, 상기 실린더 헤드에 회전 가능하게 설치되며 각 배기밸브의 리프터 상부로 연장되는 포크부들을 가지는 회동축과, 상기 실린더 블록에 설치되어 회동축을 회동시키는 액튜에이터를 포함하는 보조 배기밸브 개폐수단을 구비하며,

   상기 리프터와 접촉되는 포크부들의 단부에 적어도 하나의 구면상 돌기부가형성되고, 상기 포크부들 중 적어도 하나는 인접하는 리프터를 동시에 구동시킬 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 각각 피스톤이 왕복되는 적어도 하나의 실린더가 설치된 실린더 블록과;

   상기 실린더 블록과 결합되며 상기 실린더와 연통되는 흡기구와 배기구가 형성된 실린더 헤드와;

   상기 흡기구와 배기구를 개폐하는 밸브 유니트와;

   상기 실린더 헤드에 설치되어 관성주행중 엔진에 공급되는 연료차단시 상기 배기 밸브를 개폐하는 것으로, 상기 배기 밸브를 개폐하는 캠축에 회동가능하게 설치되어 리프터를 가압하기 위한 보조캠들과, 상기 보조캠들로부터 연장되는 연장부들과 연결된 연결부재를 회동시킬 수 있도록 실린더 헤드 또는 실린더에 설치되는 액튜에이터를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진.
6. 삭제
7. 각각 피스톤이 왕복되는 적어도 하나의 실린더가 설치된 실린더 블록과;

   상기 실린더 블록과 결합되며 상기 실린더와 연통되는 흡기구와 배기구가 형성된 실린더 헤드와;

   상기 흡기구와 배기구를 개폐하는 밸브 유니트와;

   상기 실린더 헤드에 설치되어 관성주행 중 엔진에 공급되는 연료차단시 상기 배기 밸브를 개폐하는 것으로, 상기 실린더 헤드의 일측에 회동가능하게 설치되며, 상기 밸브 유니트의 배기 밸브 제2캠과 대응되는 영역에 관통부가 형성되며 회동시 상기 배기 밸브의 리프트를 가압하는 회동판부재와, 상기 실린더 헤드의 일측에 설치되어 상기 회동판부재를 회동시키는 액튜에이터를 가지는 보조 배기밸브 개폐수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 리프트와 대응되는 상기 화동판부재의 하면에 구면을 가지는 돌기부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 엔진.
9. 삭제

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