KR101393571B1 - 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진 - Google Patents

밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진에 의하면, 흡기캠샤프트 또는 배기캠샤프트의 회전을 진각시키거나 지각시키는 밸브가변타이밍기구, 상기 흡기캠샤프트 또는 상기 배기캠샤프트의 캠에 의해서 작동되어 흡기포트 또는 배기포트를 개폐하는 흡기밸브 또는 배기밸브, 및 상기 흡기포트에서 상기 흡기밸브의 상류측에 배치되어 흡입되는 가스의 유로를 변경하여 연소실에 텀블을 형성하는 가변텀블기구를 포함할 수 있다.
따라서, 밸브가변타이밍기구에서 기대할 수 있는 밸브의 작동타이밍을 가변적으로 적용하는 동시에 텀블형성에 의한 연소효율을 향상시키는 것을 기대할 수 있다.

Description

밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진{ENGINE HAVING VARIABLE VALVE TIMINT DEVICE AND VARIABLE TUMBLE DEVICE}
본 발명은 캠샤프트의 회전을 지각시키거나 진각시키는 밸브가변타이밍기구와 흡입되는 가스에 텀블을 가변적으로 형성하는 가변텀블기구를 이용하여 연료소모를 감소시키는 엔진에 관한 것이다.
내연기관(INTERNAL COMBUSTIN ENGINE)은 다양한 목적으로 사용되고 있고, 이러한 적용분야는 넓은 부하조건 속도조건을 요구하고 있다. 이러한 다양한 부하와 속도조건은 엔진을 디자인하는데 있어서 많은 어려움을 주고 있다.
특별한 속도와 로드에 작동되도록 디자인되는 엔진은 아마도 불충분할 것이고, 요구되는 다양한 속도와 로드에서 잘 운전되지 않을 것이다. 따라서, 요구되는 속도와 로드에서 엔지의 운전효율을 향상시키는 다양한 기술들이 도입되고 있다.
이러한 기술 중 하나는 밸브가변타이밍기구다. 즉, 배기밸브나 흡기밸브의 밸브작동타이밍을 엔진의 운전조건에 따라서 가변적으로 제어하는 것이다. 이렇게 함으로써, 치적의 밸브작동시간이 선택된다.
이와 관련하여, 연소실에서 텀블형성에 대한 개념을 도입함으로써 낮은속도와 낮은 로드조건에서 매우 유효한 효과를 달성할 수 있다. 관련된 기술분야의 선행기술로써는, 특허출원번호 10-2009-700021이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 밸브가변타이밍기구에서 기대할 수 있는 밸브의 작동타이밍을 가변적으로 적용하는 동시에 텀블형성에 의한 연소효율을 향상시키는 것을 기대할 수 있는 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진에 의하면, 흡기캠샤프트 또는 배기캠샤프트의 회전을 진각시키거나 지각시키는 밸브가변타이밍기구, 상기 흡기캠샤프트 또는 상기 배기캠샤프트의 캠에 의해서 작동되어 흡기포트 또는 배기포트를 개폐하는 흡기밸브 또는 배기밸브, 및 상기 흡기포트에서 상기 흡기밸브의 상류측에 배치되어 흡입되는 가스의 유로를 변경하여 연소실에 텀블을 형성하는 가변텀블기구를 포함할 수 있다.
상기 가변텀블기구는, 일측이 힌지를 중심으로 회전가능하게 배치되고, 타측은 상기 흡기포트에서 흡입되는 가스의 흐름방향으로 경사지게 연장되는 제1텀블암, 상기 제1텀블암에서 일체로 흡기포트를 흐르는 가스의 흐름방향으로 연장되는 제2텀블암, 및 상기 제1텀블암을 상기 힌지를 중심으로 회전시키는 텀블구동부를 포함할 수 있다.
밸브가변타이밍기구는 상기 흡기캠샤프트에 대응하여 배치되어 상기 흡기캠샤프트의 회전을 지각시켜 유효압축비를 저감시킬 수 있다.
상기 흡기밸브의 닫힘 시기가 BDC이후 크랭크샤프트의 각도변위가 90도 이상일 수 있다.
상기 밸브가변타이밍기구는 상기 흡기캠샤프트의 작동각을 75도이상 지각시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진은, 밸브가변타이밍기구에서 기대할 수 있는 밸브의 작동타이밍을 가변적으로 적용하는 동시에 텀블형성에 의한 연소효율을 향상시키는 것을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진에서 흡기밸브의 가변타이밍모습을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진의 주요운전영역을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진에서 흡기밸브의 가변타이밍모습을 보여주는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 가로축은 크랭크축의 각도를 나타내는 것으로, TDC는 피스톤이 상사점일 때의 크랭크축의 각도를 나타내고, BDC는 피스톤이 하사점일 때의 크랭크축의 각도를 나타낸다.
아울러, 세로축은 배기밸브와 흡기밸브의 리프트를 보여주는 것으로, 본 발명의 실시예에서는 흡기밸브의 작동구간이 가변적으로 지각 또는 진각된다.
상기 흡기밸브의 작동각(작동범위)는 크랭크샤프트의 각도로 약 75도 이상이다. 아울러, 흡기밸브닫힘(IVC: intake valve closing) 시기는 90CAD ABDC보다 늦다.
여기서, 90CAD는 크랭크각도로 90도라는 의미이고, ABDC는 BDC이후(after BDC)라는 것을 의미한다. 즉, 흡기밸브닫힘(IVC)시기는 BDC이후 크랭크각도90도 이후라는 것을 의미한다.
본 발명의 실시예에서, 크랭크샤프트의 회전각 즉 크랭크각은 별도의 크랭크각도센서를 통해서 감지되고, 상기 크랭크각, 회전속도, 및 부하 등에 따라서 상기 흡기밸브 또는 상기 배기밸브의 작동타이밍이 제어된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진은 제어부(200), 흡기밸브가변타이밍기구(210), 배기밸브가변타이밍기구(220), 흡기밸브(212), 배기밸브(214), 가변텀블기구(240), 피스톤(216), 및 크랭크샤프트(218)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 배기밸브(214)에는 상기 배기밸브가변타이밍기구(220)가 구비되지 않을 수 있다.
흡기캠샤프트(미도시)는 상기 흡기밸브(212)를 설정된 시기에 설정된 높이로 리프트시키고, 상기 흡기밸브가변타이밍기구(210)는 상기 제어부(200)의 제어에 의해서 상기 흡기밸브(212)의 리프트시기를 늦추거나 앞당긴다.
배기캠샤프트(미도시)는 상기 배기밸브(214)를 설정된 시기에 설정된 높이로 리프트시키고, 상기 배기밸브가변타이밍기구(220)는 상기 제어부(200)의 제어에 의해서 상기 배기밸브(214)의 리프트시기를 늦추거나 앞당긴다.
상기 가변텀블기구(240)는 구동부(260), 힌지(250), 제1텀블암(220), 및 제2텀블암(230)을 포함한다. 상기 제1텀블암(220)의 일단은 상기 힌지(250)를 중심으로 회전가능하게 배치되고, 타단은 상기 흡기포트의 중심부 측으로 연장된다.
상기 제2텀블암(230)은 상기 제1텀블암(220)과 일체로 형성되되, 상기 제1텀블암(220)과 설정된 각도로 꺾인 상태로 상기 흡기포트를 따라서 연장된다.
상기 구동부(260)는 상기 힌지(250)를 중심으로 상기 제1텀블암(220)을 회전시켜, 상기 흡기포트를 통해서 흐르는 흡기가스의 흐름방향을 전환하여 연소실 내부에 텀블을 형성하고, 이러한 텀블은 연소실에서 연소과정에서 연소효율을 상승시킨다.
아울러, 상기 흡기밸브가변타이밍기구(210)와 상기 배기밸브가변타이밍기구(220)는 운전조건에 따라서 상기 흡기밸브(212)와 상기 배기밸브(214)의 리프트타이밍을 가변적으로 제어하여 전체적으로 출력과 토크를 상승시킨다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진의 주요운전영역을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 가로축은 엔진의 회전수(RPM)을 나타내고, 세로축은 출력토크를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 주요 실용영역인 엔진회전수 1200 내지 2200RPM과 출력토크 50 내지 100NMm에서 1 내지 2%의 연료소모가 준 효과를 나타낸다. 이는 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 동시에 사용함으로써 나타나는 효과이다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
200: 제어부 210: 흡기밸브가변타이밍기구
220: 배기밸브가변타이밍기구 212: 흡기밸브
214: 배기밸브 216: 피스톤
218: 크랭크샤프트 220: 제1텀블암
230: 제2텀블암 240: 가변텀블기구
250: 힌지 260: 구동부

Claims (5)

  1. 흡기캠샤프트 또는 배기캠샤프트의 회전을 진각시키거나 지각시키는 밸브가변타이밍기구;
    상기 흡기캠샤프트 또는 상기 배기캠샤프트의 캠에 의해서 작동되어 흡기포트 또는 배기포트를 개폐하는 흡기밸브 또는 배기밸브; 및
    상기 흡기포트에서 상기 흡기밸브의 상류측에 배치되어 흡입되는 가스의 유로를 변경하여 연소실에 텀블을 형성하는 가변텀블기구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진.
  2. 제1항에서,
    상기 가변텀블기구는,
    일측이 힌지를 중심으로 회전가능하게 배치되고, 타측은 상기 흡기포트에서 흡입되는 가스의 흐름방향으로 경사지게 연장되는 제1텀블암; 및
    상기 제1텀블암에서 일체로 흡기포트를 흐르는 가스의 흐름방향으로 연장되는 제2텀블암; 및
    상기 제1텀블암을 상기 힌지를 중심으로 회전시키는 구동부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진.
  3. 제1항에서,
    밸브가변타이밍기구는 상기 흡기캠샤프트에 대응하여 배치되어 상기 흡기캠샤프트의 회전을 지각시켜 유효압축비를 저감시키는 것을 특징으로 하는 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진.
  4. 제3항에서,
    상기 흡기밸브의 닫힘 시기가 BDC이후 크랭크샤프트의 각도변위가 90도 이상인 것을 특징으로 하는 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진.
  5. 제3항에서,
    상기 밸브가변타이밍기구는 상기 흡기캠샤프트의 작동각을 75도이상 지각시키는 것을 특징으로 하는 밸브가변타이밍기구와 가변텀블기구를 갖는 엔진.
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