KR100223316B1 - 린 번 엔진(Lean Burn Engine)에서의 스월 생성 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저속에서의 밸브 작동에 따른 스월 생성 효율을 향상시켜 희박 공연비에서의 연소력과 함께 연료의 웨팅방지에 따라 고속에서의 연소력도 동시에 향상되도록 하는 린 번 엔진(Lean Burn Engine)에서의 스월 생성 구조에 대한 것으로서, 이를 위해 본 발명은 흡기 유동의 변화에 따라 배출가스의 청정화와 연료 절감을 위해 형성되는 린번 엔진에서의 스월 생성 구조에 있어서, 실린더 헤드(3)와의 체결 단부에는 흡기 포트(30)의 스트레이트 포트(31)와 헬리컬 포트(32)에 연통되는 동일한 형상으로 각 기통에 2개의 흡기공(21)(22)이 각각 형성되도록 한 인테이크 매니폴드(2)와; 상기 흡기공들(21)(22)의 중앙을 관통하여 삽입되고, 서지탱크(1)로부터 유도되는 부압에 의해 회전작동하는 컨트롤 샤프트(40)와; 스트레이트 포트(31)와 연통되는 일측의 흡기공(21)을 관통하는 컨트롤 샤프트(40)에 고정축설되는 버터플라이 밸브(4)로서 이루어지는 구성을 요지로 한다.

Description

린 번 엔진(Lean Burn Engine)에서의 스월 생성 구조

본 발명은 린 번 엔진(Lean Burn Engine)에서의 스월(Swirl) 흡기 유동 제어를 인테이크 매니폴드에서 수행되도록 하는 스월 제어 구조에 대한 것이다.

일반적으로 린번 엔진은 더블 오우버 헤드 캠식(Double Over Head Cam Type,약칭 DOHC라고도 함) 엔진에서 적용되는 엔진 형식으로서, 주로 배출가스의 청정화와 연료 절감을 위해서 흡기계통의 흡기 유동을 개선시킨 특징이 있다.

이같은 린번 엔진은 스로틀 밸브의 개도정도와 엔진 회전수가 일정치 이하일 때 두 개의 흡기 포트 즉 스트레이트 포트(Straight Port)와 헬리컬 포트(Helical Port) 중 스트레이트 포트를 서지탱크의 부압에 의해 닫혀지도록 하여 헬리컬 포트로만 흡기가 이루어지면서 희박한 공연비에서 연소가 이루어질 수 있도록 하는 것인바 이를 위해 상기 스트레이트 포트에는 서지탱크의 부압에 의해 개폐작동되는 스월 제어 밸브(Swirl Control Valve)가 장착된다.

따라서 중저속에서는 일측의 흡기 포트로만 공기를 유입시켜 보다 적은 연료에 의해서도 더욱 향상된 엔진 출력을 발휘할 수가 있도록 하며, 고속에서는 양측의 흡기 포트를 통해 동시에 공기가 유입되도록 하므로서 충분한 고속 출력을 발휘할 수 있도록 하는 것인바 특히 이같은 작동 구조는 보다 흡기 유동의 활성화에 따라 연료의 미립화를 촉진시켜 보다 경제적인 주행이 될 수 있도록 하는데 구조적인 특징이 있는 것이다.

한편 흡기 포트에 직접 형성되는 스월 제어 밸브와는 달리 보다 장착성을 향상시키기 위해 현재는 도 3 에서 보는바와 같이 실린더 헤드(100)와 인테이크 매니폴드(200) 사이에 플랩 타입(Flap Type)의 스월 제어 밸브 어셈블리(300)가 삽입 장착되도록 하므로서 상기한 바와같은 스월 유동성 형성을 촉진시키고 있는바 이는 일정 두께의 바디(310)에 인테이크 매니폴드(200)에서와 동일한 흡기공(320)을 형성하고, 상기 흡기공(320)의 일측 단부에는 수직으로 회전축(330)이 축설되도록 하며, 상기 회전축(330)에는 판상의 스월 컨트롤 밸브(340)가 축고정되어 일단부를 축으로 일정각도 수평 회전하면서 상기 흡기공(320)의 일부가 개폐되도록 하고 있다.

따라서 각 기통의 바디(310) 저부로는 회전축(330)들의 일단이 돌출되며, 상기 회전축(330)들은 서지 탱크에서의 부압에 의해 공기 유동 방향과 수직으로 수평작동하는 제어 플레이트(350)에 의해서 회전작동하게 된다.

그러나 상기와 같은 플랩 타입의 스월 제어 밸브(340)는 별도의 부품을 제작해야만 하는 불편이 있고, 흡기공(320)을 일부 폐쇄시 상기 스월 제어 밸브(340)를 견고하게 고정할 수 있는 아무런 수단이 구비되지 않아 유동되는 흡기 맥동에 의해서 밸브(340)에 심한 떨림 현상이 유발되면서 결과적으로 일측의 스트레이트 포트를 완벽하게 폐쇄시키지 못하게 되므로 스월 생성율이 대폭 저하되는 단점이 있다.

또한 상기한 흡기 포트에 형성되는 스월 제어 밸브나 플랩 타입의 스월 제어 밸브(340)에는 공히 연료 분사용 인젝터가 통상 스월 제어 밸브의 후방으로 장착이 되므로 스트레이트 포트와 헬리컬 포트에 동시에 연료를 분사시 스트레이트 포트쪽이 스월 제어 밸브에 의해서 닫혀져 있게 되는 경우에는 분사되는 연료가 스월 제어 밸브에 웨팅(Wetting)되면서 스월 제어 밸브가 열려지게 되는 고속에서의 연소력을 대폭적으로 저하시키게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 단점과 문제점을 감안하여 이를 개선시키기 위한 것으로서, 본 발명은 인테이크 매니폴드의 기통을 2개의 흡기공으로 형성되도록 하고, 2개의 흡기공 중 흡기 포트의 스트레이트 포트와 연통되는 흡기공에 축설된 컨트롤 샤프트에는 버터플라이 타입의 스월 제어 밸브가 형성되도록 하여 저속에서의 밸브 작동에 따른 스월 생성 효율을 향상되도록 하므로서 희박 공연비에서의 연소력이 대폭 향상될 수 있도록 하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 스월 제어 밸브의 전방측으로 인젝터가 장착되도록 하여 분사되는 연료가 밸브에 웨팅되는 현상을 방지시켜 고속에서의 연소력도 향상되도록 하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성시키기 위하여 본 발명은 흡기 유동의 변화에 따라 배출가스의 청정화와 연료 절감을 위해 형성되는 린번 엔진에서의 스월 생성 구조에 있어서, 실린더 헤드와의 체결 단부에는 흡기 포트의 스트레이트 포트와 헬리컬 포트에 연통되는 동일한 형상으로 각 기통에 2개의 흡기공이 각각 형성되도록 한 인테이크 매니폴드와; 상기 흡기공들의 중앙을 관통하여 삽입되고, 서지탱크로부터 유도되는 부압에 의해 회전작동하는 컨트롤 샤프트와; 스트레이트 포트와 연통되는 일측의 흡기공을 관통하는 컨트롤 샤프트에 고정축설되는 버터플라이 밸브로서 이루어지는 구성이 특징이다.

도 1 은 본 발명에 따른 스월 제어 밸브 장착 구조를 도시한 평단면 구조도

도 2 는 본 발명의 스월 제어 밸브 작동 구조를 도시한 요부 측단면도

도 3 은 종래 플랩 타입의 스월 제어 밸브 장착 구조를 도시한 평단면 구조도

도 4 는 종래 밸브 어셈블리 일부 절결 정면 구조도

※ 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명

2 : 인테이크 매니폴드 20, 21, 22 : 흡기공

3 : 실린더 헤드 30 : 흡기 포트

31 : 스트레이트 포트 32 : 헬리컬 포트

4 : 버터플라이 밸브 41 : 컨트롤 샤프트

이를 첨부한 실시예 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 도 1 은 본 발명에 따른 스월 제어 밸브 장착 구조를 도시한 평단면 구조도로서, 도면부호 1은 서지탱크이며, 부호 2는 인테이크 매니폴드이다.

인테이크 매니폴드(2)는 일단이 서지탱크(1)와 일체로 되고, 타단은 엔진 실린더 헤드(3)의 흡기 포트(30)에 고정체결되는 것인바 통상 엔진 실린더수와 동일한 기통수로서 흡기공이 형성된다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 인테이크 매니폴드(2)의 흡기공을 각 기통마다 흡기 포트(30)의 스트레이트 포트(31)와 헬리컬 포트(32)에 연통되는 동일한 형상으로 하나의 흡기공(20)을 이분하는 격벽(23)을 형성시켜 각각 2개씩의 흡기공(21)(22)이 형성되도록 한다.

흡기 포트(30)와 연통하게 되는 각 흡기공(21)(22)들은 인테이크 매니폴드(2)의 일측으로부터 수직단면의 중앙을 관통하여 컨트롤 샤프트(40)가 끼워지도록 하며, 이같은 컨트롤 샤프트(40)의 스트레이트 포트(31)와 연통되는 흡기공(21)에는 버터플라이 밸브(4)가 상기 컨트롤 샤프트(40)에 축고정되도록 한다.

한편 상기와 같은 스월 생성 구조 형성시 인테이크 매니폴드(2)에서 연료를 분사하게 되는 인젝터(5)의 장착위치는 버터플라이 밸브(4)가 형성된 실린더 헤드(3) 방향의 전방측으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

또한 상기한 컨트롤 샤프트(40)에는 일단부로 리턴 스프링(41)이 탄설되도록 하여 부압작용이 적을 때는 항상 버터플라이 밸브(4)가 일측의 흡기공(21)을 닫혀진 상태로서 유지시키도록 한다.

상기와 같은 구성에 따른 작용을 살펴보면 우선 서지탱크(1)로 유도된 공기는 인테이크 매니폴드(2)의 각 기통으로 분배되어 흡입되면서 각 기통에서는 격벽(23)에 의해 나누어진 양측의 흡기공(21)(22)으로 재분배되어 엔진으로 공급된다.

이때 저속에서는 부압이 낮게 형성되면서 부압에 의해 작동되는 컨트롤 샤프트(40)는 전혀 작동을 하지 않게 되어 버터플라이 밸브(4)가 스트레이트 포트(31)측으로 통하는 일측의 흡기공(21)을 폐쇄시키게 되므로서 공기는 헬리컬 포트(32)측 흡기공(22)을 통해서만 실린더에 공기를 공급하게 된다.

이렇게 폐쇄된 일측의 흡기공(21)은 차속이 높아지면서 점차 높아지게 되는 부압에 의해 컨트롤 샤프트(40)가 회동하게 되면 그에 따라 상기 흡기공(21)(22)에서 컨트롤 샤프트(40)에 축고정된 버터플라이 밸브(4)가 회전하면서 일측의 흡기공(21)을 개방시켜 타측의 흡기공(22)과 함께 동시에 다량의 공기를 실린더에 공급시킬 수가 있게 되므로 고출력을 발휘할 수가 있게 된다.

이상에서와 같은 본 발명의 흡기작용은 스월 생성을 위한 수단인 컨트롤 샤프트(41)와 버터플라이 밸브(40)를 인테이크 매니폴드(2)에 직접 형성되도록 하므로서 엔진의 구조 설계 및 장착을 대단히 용이해지게 할 뿐만 아니라 종래 플랩 타입의 스월 제어 밸브(340)는 폐쇄작동시 흡기 맥동에 의해 심하게 진동을 하면서 스트레이트 포트측으로의 공기 유동을 완벽하게 차단시키지 못하는데 비해 본 발명에 의한 버터플라이 밸브(40)는 흡기의 단속을 정확하게 수행되도록 하므로서 흡기의 유동을 촉진시켜 엔진 연소력과 함께 출력을 증대시킬 수가 있게 된다.

한편 종전에는 스월 제어 밸브(340)의 후방으로 연료 분사용 인젝터가 장착되도록 하므로서 저속에서 스월 제어 밸브(340)가 닫혀진 상태에서는 분사되는 연료가 상기 스월 제어 밸브(340)에 흡착되면서 웨팅현상에 의해 고속주행시 연소력을 대폭 저하시키게 될 뿐만 아니라 미스 화이어에 의한 다량의 배기가스를 배출시키게 되는데 반해 본 발명에서는 연료 분사용 인젝터(5)를 버터플라이 밸브(40)의 실린더 헤드(3)측 전방으로 장착시키게 되므로서 항상 적정의 연료량이 분사되도록 하여 연소 효율 증대에 따라 배기량이 저감될 수 있도록 한다.

그러므로 본 발명의 구성 및 작용에 따라 스월 제어 구조의 장착성과 밸브의 작동성 및 흡기 유동성을 보다 향상되도록 하므로서 엔진에서의 연소 효율을 극대화시킬 수가 있도록 하면서 연료의 소비율과 함께 배출가스의 배출량이 저감되도록 하는 매우 유용한 효과를 제공할 수가 있게 되는 것이다.

Claims (4)

1. 흡기 유동의 변화에 따라 배출가스의 청정화와 연료 절감을 위해 형성되는 린번 엔진에서의 스월 생성 구조에 있어서,

   실린더 헤드(3)와의 체결 단부에는 흡기 포트(30)의 스트레이트 포트(31)와 헬리컬 포트(32)에 연통되는 동일한 형상으로 각 기통에 2개의 흡기공(21)(22)이 각각 형성되도록 한 인테이크 매니폴드(2)와;

   상기 흡기공들(21)(22)의 중앙을 관통하여 삽입되고, 서지탱크(1)로부터 유도되는 부압에 의해 회전작동하는 컨트롤 샤프트(40)와;

   스트레이트 포트(31)와 연통되는 일측의 흡기공(21)을 관통하는 컨트롤 샤프트(40)에 고정축설되는 버터플라이 밸브(4)와;

   로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 린번 엔진에서의 스월 제어 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기의 흡기공들(21)(22)은 서지탱크(1)로부터 분기되는 흡기공(20)을 격벽(23)에 의해서 이분되도록 하는 구성을 특징으로 하는 린번 엔진에서의 스월 제어 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 컨트롤 샤프트(40)에는 일단부로 리턴 스프링(41)이 탄설되도록 하여 부압작용이 적을 때는 항상 버터플라이 밸브(4)가 일측의 흡기공(21)을 닫혀진 상태로서 유지되도록 하는 구성을 특징으로 하는 린번 엔진에서의 스월 제어 구조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 버터플라이 밸브(4)가 형성된 실린더 헤드(3) 방향의 전방측으로 인젝터(5)가 장착되도록 하는 구성을 특징으로 하는 린번 엔진에서의 스월 제어 구조.