KR20000020351A - 자동차용 내연기관의 휴지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관이 저부하(아이들링, 부분 부하, 저속) 상태일 때 내연기관의 전체 기통중 일부 기통만 활성화시키므로써 연비를 향상시키기 위한 자동차용 내연기관의 휴지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 내연기관의 부품을 공용할 수 있고, 구성이 간단하며, 제조 원가를 절감할 수 있음과 아울러, 정화 효율을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 내연기관의 휴지 시스템에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 내연기관의 휴지 시스템은, 자동차의 부하를 감지하는 부하 감지 수단과; 내연기관의 각 실린더에 설치되어 연료를 분사하는 인젝터와; 상기 부하 감지 수단을 통해 감지된 부하가 설정치 이하인 경우에 상기 인젝터중 적어도 어느 하나의 작동을 중지시켜 상기 인젝터가 설치된 실린더를 휴지시키는 제어부와; 상기 실린더의 각각의 배기 포트에 설치되는 배기 매니폴드와; 상기 배기 매니폴드의 단부에 연결되는 배기 파이프와; 배기 가스중의 유해 성분을 정화하도록 상기 배기 파이프에 설치되는 촉매장치와; 상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드 내의 공기가 상기 촉매장치에 공급되지 않도록 양단부가 상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드와 상기 배기 파이프에 각각 연결되는 바이패스 관로와; 상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드를 상기 배기 파이프와 상기 바이패스 관로에 선택적으로 연통시키도록 상기 배기 매니폴드와 상기 바이패스 관로의 연결부에 설치되는 밸브장치;를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 자동차용 내연기관의 휴지 시스템에 의하면, 본 시스템을 적용하기 위해 엔진 본체를 개조할 필요성이 없고 기존의 엔진 헤드 및 밸브트레인을 사용할 수 있으며, 배기 매니폴드의 변경 및 바이패스 시스템의 추가만으로도 기술 구현이 가능하므로 구성이 간단하고 제조 원가를 절감할 수 있으며, 이론 공연비 부근에서 정화 효율이 매우 높은 3원 촉매를 적용할 수 있어 정화 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

자동차용 내연기관의 휴지 시스템

본 발명은 내연기관이 저부하(아이들링, 부분 부하) 또는 저속으로 운전시에 는 내연기관의 전체 기통중 일부 기통만 활성화시키므로써 연비를 향상시키기 위한 자동차용 내연기관의 휴지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 내연기관의 부품을 공용할 수 있고, 구성이 간단하며, 제조 원가를 절감할 수 있음과 아울러, 정화 효율을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 내연기관의 휴지 시스템에 관한 것이다.

기술이 발전함에 따라 최근에는 엔진이 저부하(아이들링, 부분 부하, 저속) 상태일 때 엔진의 전체 기통중 일부 기통만 활성화시키므로써 연비를 향상시키기 위한 자동차용 내연기관의 휴지 시스템이 개발되고 있다.

이러한 휴지 시스템으로는 흡기 캠을 고속용과 저속용으로 분리하고, 운전 조건에 따라 유압을 이용하여 고속용 캠과 저속용 캠을 절환하는 한편, 특히 엔진이 저부하(아이들링, 저속, 부분 부하) 상태일 때에는 흡기 캠을 헛돌게 만들어서 실린더중 일부를 휴지시키도록 한 VVT(Variable Valve Timing) 시스템이 있으며, 도 1은 이러한 휴지 시스템을 적용한 경우에 엔진 저부하에서의 연비 향상을 나타내는 도면이다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 휴지 시스템은 엔진 헤드 및 밸브 트레인(valvetrain)의 공용 가능성이 희박하므로 별도의 엔진 헤드 및 밸브트레인이 필요하게 되어 시스템 자체의 코스트 부담이 상당한 것으로 알려져 있으며, 특히 휴지(deactivation)를 구현하기 위한 기술적 구성이 매우 복잡한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 내연기관의 부품을 공용할 수 있고, 구성이 간단하며, 제조 원가를 절감할 수 있음과 아울러, 정화 효율을 향상시킬 수 있도록 한 자동차용 내연기관의 휴지 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 휴지 시스템을 적용한 경우에 엔진 저부하에서의 연비 향상을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 휴지 시스템을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명에 적용된 4-2 타입 배기 매니폴드의 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 인젝터 2 : 부하 감지 수단

3 : 실린더 4 : 배기 매니폴드

5 : 배기 파이프 6 : 3원 촉매

7 : 소음기 8 : 바이패스 파이프

9 : 방향 전환 밸브 10 : 체크 밸브

20 : 제어부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 내연기관의 휴지 시스템은, 자동차의 부하를 감지하는 부하 감지 수단과; 내연기관의 각 실린더에 설치되어 연료를 분사하는 인젝터와; 상기 부하 감지 수단을 통해 감지된 부하가 설정치 이하인 경우에 상기 인젝터중 적어도 어느 하나의 작동을 중지시켜 상기 인젝터가 설치된 실린더를 휴지시키는 제어부와; 상기 실린더의 각각의 배기 포트에 설치되는 배기 매니폴드와; 상기 배기 매니폴드의 단부에 연결되는 배기 파이프와; 배기 가스중의 유해 성분을 정화하도록 상기 배기 파이프에 설치되는 촉매장치와; 상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드 내의 공기가 상기 촉매장치에 공급되지 않도록 양단부가 상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드와 상기 배기 파이프에 각각 연결되는 바이패스 관로와; 상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드를 상기 배기 파이프와 상기 바이패스 관로에 선택적으로 연통시키도록 상기 배기 매니폴드와 상기 바이패스 관로의 연결부에 설치되는 밸브장치;를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 내연기관의 휴지 시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.

설명의 간략화를 위해 본 발명에서는 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진을 예로 들어 설명한다.

엔진의 흡기 포트에는 도시하지 않은 흡기 매니폴드가 설치되어 있고, 흡기 포트에 인접한 흡기 매니폴드에는 각각의 실린더에 연료를 공급하기 위한 인젝터(1a 내지 1d)가 설치되어 있으며, 제어부(20)에는 엔진 부하를 감지하기 위한 부하 감지 수단(2)이 전기적으로 연결되어 있다.

이에 따라, 인젝터(1a 내지 1d)는 부하 감지 수단(2)에서 감지된 엔진 부하 및 운전 조건에 따라 제어부(20)로부터 출력되는 신호 또는 전류에 의해 제어된다.

여기에서, 상기 부하 감지 수단(2)은 액셀의 개도를 읽어들이는 스로틀 포지션 센서, 차속을 감지하는 속도 센서, 냉각수 및 흡기 온도를 검지하는 온도 센서, 크랭크 축의 회전을 검지하는 크랭크각 센서, 흡입되는 공기의 유량을 검지하는 에어플로 미터 등으로 구성될 수 있다.

그리고, 엔진의 배기 포트에는 도 3에서 도시한 바와 같이 배기 간섭을 일으키지 않도록 좌우측 실린더(3a,3d)의 매니폴드(4a,4d), 중앙 실린더(3b,3c)의 매니폴드(4b,4c)를 집합시킨 4-2 타입의 배기 매니폴드(4)가 설치되어 있고, 배기 매니폴드(4)의 단부에는 배기 파이프(5)가 연결되어 있으며, 배기 파이프(5)에는 배기 가스를 효과적으로 정화시키기 위한 3원 촉매(6)가 설치되어 있고, 배기 파이프(5)의 단부에는 소음기(muffler :7)가 설치되어 있다.

3원 촉매는 잘 알려진 바와 같이, 촉매작용을 하는 귀금속, 즉 백금+로듐 (Rh) 또는 백금+로듐+파라듐을 사용하여 배기 가스중의 CO, HC, NO_X를 동시에 저감시킬 수 있도록 한 것으로, 정화 작용을 하는 공연비를 이론 공연비를 중심으로 한 좁은 범위내로 제어할 필요가 있으며, 제어 센서로는 산소(O₂) 센서가 사용된다.

그리고, 3원 촉매(6)와 소음기(7) 사이의 배기 파이프(5)와 실린더(3b,3c)의 배기 매니폴드(4b,4c)에는 실린더(3b,3c)가 휴지된 경우 실린더(3b,3c)내의 공기가 3원 촉매(6)를 통하지 않도록 바이패스 시키기 위한 바이패스 파이프(8)의 양단부가 연결되어 있고, 배기 매니폴드(4b,4c)와 바이패스 파이프(8)의 연결부에는 배기 매니폴드(4b,4c)를 배기 파이프(5)와 바이패스 파이프(8)에 선택적으로 연통시키기 위한 방향 전환 밸브(9)가 설치되어 있으며, 배기 파이프(5)와 바이패스 파이프(8)의 연결부에는 역류 방지용 체크 밸브(10)가 설치되어 있다.

여기에서, 상기 바이패스 파이프(8)를 둔 것은 실린더(3b,3c)가 휴지된 경우 실린더(3b,3c)내의 미연소 공기가 3원 촉매(6)에 유입되면 실린더(3a,3d)의 배기 가스가 지나치게 희박(lean)해지게 되어 정화 효율이 매우 저감되므로, 이를 방지하기 위함이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 휴지 시스템의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

제어부(20)는 부하 감지 수단(2)에서 감지된 엔진 부하가 설정치 이하인가, 즉 저부하(아이들링, 부분 부하, 저속)인가를 판단하여, 엔진 부하가 저부하로 판단되면 인젝터(1b,1c)의 작동을 중지시켜 연료 공급을 차단하므로써 실린더(3b,3c)를 휴지시키는 한편, 인젝터(1a,1d)를 작동시켜 이론 공연비에 맞게 실린더(3a,3d)에 연료를 공급하며, 방향 전환 밸브(9)를 절환시켜 배기 매니폴드(4b,4c)를 바이패스 파이프(8)에 연통시킨다.

이와 같이 하면, 실린더(3b,3c)의 미연소 공기는 바이패스 파이프(8) 및 소음기(7)를 통해 외부로 배출되고, 실린더(3a,3d)의 배기 가스는 배기 파이프(5)를 통해 3원 촉매(6)로 유입된다.

따라서, 실린더(3a,3d)의 배기 가스가 희박해지지 않으므로 배기 가스가 3원 촉매(6)를 통하면서 효율적으로 정화된다.

이후, 부하 감지 수단(2)에서 감지된 부하가 설정치 이상으로 되면, 제어부(20)는 인젝터(1a 내지 1d)를 통상적으로 제어하여 4개의 실린더(3a 내지 3d)에 공급되는 연료를 이론 공연비로 제어함과 동시에, 방향 전환 밸브(9)를 절환시켜 각 실린더(3a 내지 3d)의 배기 가스가 3원 촉매(6)를 통하면서 정화되도록 한다.

이상에서는 본 발명의 휴지 시스템을 4기통 엔진에 적용하여 설명하였지만, 본 발명은 6기통 엔진에도 적용 가능하며, 첨부된 특허청구범위의 정신과 범주내에서 본 기술분야의 숙련자에 의해 수정 및 변경될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 내연기관의 휴지 시스템에 의하면, 본 시스템을 적용하기 위해 엔진 본체를 개조할 필요성이 없고 기존의 엔진 헤드 및 밸브트레인을 사용할 수 있으며, 배기 매니폴드의 변경 및 바이패스 시스템의 추가만으로도 기술 구현이 가능하므로 구성이 간단하고 제조 원가를 절감할 수 있으며, 이론 공연비 부근에서 정화 효율이 매우 높은 3원 촉매를 적용할 수 있어 정화 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 자동차의 부하를 감지하는 부하 감지 수단과;

   내연기관의 각 실린더에 설치되어 연료를 분사하는 인젝터와;

   상기 부하 감지 수단을 통해 감지된 부하가 설정치 이하인 경우에 상기 인젝터중 적어도 어느 하나의 작동을 중지시켜 상기 인젝터가 설치된 실린더를 휴지시키는 제어부와;

   상기 실린더의 각각의 배기 포트에 설치되는 배기 매니폴드와;

   상기 배기 매니폴드의 단부에 연결되는 배기 파이프와;

   배기 가스중의 유해 성분을 정화하도록 상기 배기 파이프에 설치되는 촉매장치와;

   상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드 내의 공기가 상기 촉매장치에 공급되지 않도록 양단부가 상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드와 상기 배기 파이프에 각각 연결되는 바이패스 관로와;

   상기 휴지된 실린더의 배기 매니폴드를 상기 배기 파이프와 상기 바이패스 관로에 선택적으로 연통시키도록 상기 배기 매니폴드와 상기 바이패스 관로의 연결부에 설치되는 밸브장치;

   를 포함하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 내연기관의 휴지 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 내연기관은 4개의 실린더를 구비한 4기통 엔진이며, 상기 제어부에 의해 휴지되는 실린더는 중앙에 위치한 2개의 실린더이고, 상기 배기 매니폴드는 4-2 타입의 배기 매니폴드인 것을 특징으로 하는 자동차용 내연기관의 휴지 시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 배이패스 관로와 상기 배기 파이프의 연결부에는 역류 방지용 체크 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 내연기관의 휴지 시스템.