KR100264002B1 - 디젤 엔진용 가변 흡기구의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 엔진용 가변 흡기구의 구조에 관한 것으로 흡기 매니폴드 내측으로 벤츄리와 드로틀 밸브를 설치하여 흡입공기의 압력을 낮게 할 수 있도록 구비된 가변 흡기구에 있어서, 흡기 매니폴드(10)의 내측으로 형상기억 합금용 링(20)을 삽입할 수 있도록 하는 홈부(11)를 일체형으로 구비하여 고속과 저속시 발생하게 되는 소용돌이 현상을 조정할 수 있도록 함으로써 배기가스의 최소화와 연비를 최대화할 수 있도록 한 것이다.

Description

디젤 엔진용 가변 흡기구의 구조

본 발명은 디젤 엔진용 가변 흡기구의 구조에 관한 것으로 특히, 고속과 저속시 발생하게 되는 소용돌이 현상을 조정할 수 있도록 흡기구의 일측에 온도변화에 따라 그 형상이 변화하는 형상기억 합금의 링을 삽입하여 배기가스의 최소화와 연비를 최대화할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 자동차용 디이젤 엔진은 실린더 안에 공기만을 흡입한 상태에서 압축을 하여 압축된 공기의 온도가 높아졌을 때, 연료를 안개 모양의 입자로 고압(高壓 )분사 함과 동시에 이 분사 연료가 공기의 압축열에 의해 자기작화, 연소되는 것을 이용한 것으로 이때, 발생한 가스의 압력에 의해 동력을 얻게 된다.

이 디이젤 엔진은 피스톤-크랭크샤프트 기구로 된 엔진 본체와 이에 부속된 윤활, 냉각, 연료, 흡배기, 전기장치 등이 가솔린 엔진과 동일한 구조로 구성되어 있으며, 단지 차이점은 디이젤 엔진에서는 전기 점화장치가 필요치 않고 그 대신 연료 분사장치가 장착되어 있다는 점이다.

또한, 가솔린 엔진은 기화기에 의해 가솔린과 공기를 연소 가능한 혼합비(13∼18:1)로 미리 혼합한 혼합기를 흡입하여 압축하고 전기 불꽃을 튀겨 점화하는 것으로 이 불꽃은 화염면을 형성하여 매초 10수∼수10m의 속도로 전파되면서 연소를 하게 되나, 디이젤 엔진은 공기만을 흡입하고 압축하여 고온(약700。c)이 된 실린더 안에 경유를 분사하여 자기 착화시키는 것으로 분사된 연료의 입자의 크기는 대략10∼35μm이고, 착화 지연 기간이 지난 다음 혼합비가 가장 적합한 위치에 1개 또는 몇 개의 착화액이 형성되어 연소는 폭발적으로 진행되는 것을 이용한다.

한편 연료의 분사는 계속되며, 뒤에 분사된 연료는 분무 제트를 형성하고 여기에 주위의 공기가 도입되어 차례로 연소가 진행(확산형 연소)된다.

즉, 디이젤 엔진에서는 가솔린 엔진에서와 같이 화염면이 전파하는 형태를 취하지는 않게 된다.

이 때문에 폭발시의 압력 상승 비율은 높으며 크랭크 각도로 가솔린 기관에 비해 큼으로 디이젤 엔진 특유의 연소음을 내는 원인으로 작용한다.

이 디이젤 엔진의 출력의 조정은 가솔린 기관에서는 보통 기화기에 달려 있는 드로틀 밸브를 개폐하여 혼합기의 양을 가감하여 조정하는 것으로 그 혼합비는 항상 연소 가능한 범위인 13∼18의 범위가 되도록 구비되어 있는 반면, 디이젤 엔진에서는 드로틀 밸브가 없으며 출력의 조정은 연료의 분사량을 가감함으로써 조정이 가능하도록 구비되어 있음으로 흡입 공기량은 엔진의 부하에 따라 변화하지 않으며, 혼합비는 공회전부터 전부하에 이르기까지 약16∼160으로 광범위하게 되어 있다.

한편, 균일하지 않은 혼합기의 연소 때문에 가솔린 엔진과는 달리 이론 혼합비부근에서 배출되는 가스 연기의 농도가 짙어서 혼합비의 하한을 16 정도로 억제하고 있으며, 디이젤 엔진의 비출력(배기량에 대한 출력)이 적은 원인의 하나로 작용하게 된다.

그리고, 운전자가 가속페달을 조작하여 연료 분사량을 증감해서 기관의 회전속도나 출력을 조정할 수 있으나, 특히 공회전 등을 할 때 부하에 약간의 변동이 있어도 회전속도는 크게 변동하게 되는데 이러한 것을 방지하기 위해 부하에 따라 분사량의 증감을 자동적으로 조정하여 제어 랙에 전달하는 조속기가 구비되어 있다.

이 조속기의 원리는 엔진의 회전속도는 부하의 증감에 반비례하여 변환하도록 구비되어 있는 것으로 부하가 변하지 않으면 회전 속도는 연료의 분사량이 증가하면 그 회전속도는 빨라지며, 분사량이 감소할 경우에는 회전속도가 감소하도록 되어 있다.

통상 디이젤 엔진에서는 연료 분사량을 조절하여 회전속도를 제어하고 흡입 공기량의 조정은 하지 않으나 회전속도를 낮추기 위해 분사량을 감소하면 이에 필요한 흡입 공기량도 감소되어 충분한 공기 과잉율을 유지함으로 연소에 지장이 없도록 되어 있으며, 이 구조는 흡기 매니폴드(100) 안에 벤츄리(110)와 드로틀 밸브(120)를 설치하여 엔진의 회전속도를 저하시킬 때는 드로틀 밸브를 닫아서 흡입공기의 압력을 낮게 할 수 있도록 되어 있으며, 이때 발생되는 부압을 이용하여 분사 펌프의 랙(도시는 생략함)을 움직여 연료의 분사량을 감소시키도록 구비되어 있다.

부하가 감소하여 엔진의 회전속도가 빨라지면 벤츄리 부분을 통과하는 흡입공기의 흐름이 빨라져 이 때문에 벤츄리 부분의 부압이 강해진다.

그러므로, 제어 랙은 분사량이 감소하는 방향으로 움직여서 연료의 공급이 적어지고 엔진의 회전 속도가 낮아져 규정된 속도로 안정된다.

그러나, 외기가 에어크리너를 통과하여 흡기 매니폴드 내로 유입되고 실린더 내부로 유입이 될 때 흡기 매니폴드 안에 벤츄리와 트로틀 밸브를 거쳐서 들어가게 되는데 이때 엔진의 온도와는 무관하게 필요한 양만을 유입하도록 설치되어 있어 저속에서의 공기 유입시 그 흡기 매니폴드의 단면적이 일정하여 작은 소용돌이가 발생하게 되어 공기의 유입을 저해하는 원인으로 작용하였다.

또한, 고속에서의 공기 유입시는 큰 소용돌이 현상이 발생하게 되어 실린더 내로 유입되는 공기를 저해하는 원인으로 작용하여 출력의 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 흡기 매니폴드의 내측으로 온도변화에 따라 그 형상이 변화하는 형상기억 합금의 링을 구비시켜 고속과 저속시 발생하게 되는 소용돌이 현상을 조정할 수 있도록 하는 디젤 엔진용 가변 흡기구의 스웰 변환구조를 제공하는데 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 가변 흡기구의 구조를 도시한 요부 분해 사시도,

도 2 는 본 발명의 종단면 예시도,

도 3 은 본 발명의 작용상태로서,

3a는 흡기온도가 저온일 경우이며,

3b는 흡기온도가 고온일 경우이다.

도 4 는 종래 기술의 횡단면 예시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10;흡기 매니폴드

11;홈부

20;형상기억 합금용 링

이를 달성하기 위한 본 발명은 흡기 매니폴드의 내측으로 형상기억 합금용 링을 삽입할 수 있도록 하는 홈부를 일체형으로 구비하여 흡입시 발생하게 되는 소용돌이 현상을 가변화 시켜 배기가스 배출의 최소화와 연비를 극대화할 수 있도록 한 것이다.

이하, 본 발명에 일실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 가변 흡기구의 구조를 도시한 요부 분해 사시도, 도 2 는 본 발명의 종단면 예시도이다.

흡기 매니폴드 내측으로 벤츄리와 드로틀 밸브를 설치하여 흡입공기의 압력을 낮게 할 수 있도록 구비된 가변 흡기구에 있어서, 에어크리너를 거친 외기를 실린더로 보내기 위한 흡기 매니폴드(10)의 내측으로 동심원인 반구형의 홈부(11)를 일체형으로 형성하고 이 홈부(11)에 삽입되는 것으로 온도에 따라 변화하는 형상기억 함금용 링(20)을 삽입하는 것으로 구성된다.

본 발명에서 홈부는 흡기 매니폴드의 내측으로 동심원인 반구형의 홈을 형성하여 링을 삽입할 수 있도록 하였으나 이 반구형의 홈을 타원형이나 다각형의 홈으로 구비하여 사용할 수 도 있다.

본 발명에서 사용된 형상기억 합금은 열변형량은 온도가 높을수록 변형량이 작아지는 것을 사용하고, 열변형을 고려하여 일측이 절개된 것을 사용한다.

또한, 본 발명에서 형상기억 함금용 링을 통형으로 구비된 것을 사용하였으나 그 단면이 타원형과 다각형 등으로도 사용할 수 도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 작용상태도인 도 3 의 a, b를 참조하여 설명하면 다음가 같다.

3a는 흡기온도가 저온일 경우이며, 3b는 흡기온도가 고온일 경우이다.

에너크리너를 통과한 외기가 흡기 매니폴트에 구비되어 있는 벤츄리와 드로틀밸브를 거쳐 실린더 내로 유입이 되는 과정에서 주행 직전의 차량은 엔진이 냉각된 상태에 있음으로 홈부(21)에 삽입되어 있는 합금용 링(20)은 축소되어 흡기 매니폴드(10)의 내측으로 돌출된 상태로 되어 그 단면적을 축소하여 공기의 흐름을 가속시키는 작용으로 저속에서 큰 소용돌이를 발생시키게 되며, 엔진의 온도가 고온으로 올라간 상태에서는 열팽창이 작아짐으로 인해 흡기 매니폴드의 단면적을 넓히게 되어 고속에서 작은 소용돌이를 발생시키게 됨으로 원활하게 실린더 내부로 공기를 흡입하여 질소산화물의 발생을 억제하며 연비를 크게 향상시키도록 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은 흡기 매니폴드의 내측에 온도에 따라 그 변형량이 가변되는 형상기억 합금을 구비토록 하여 고속과 저속시 발생하게 되는 소용돌이 현상을 조정할 수 있도록 하는 것으로 배기가스중의 질소산화물의 발생량을 초소화할 수 있도록 하고 연비를 최대화할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (2)

1. 흡기 매니폴드 내측으로 벤츄리와 드로틀 밸브를 설치하여 흡입공기의 압력을 낮게 할 수 있도록 구비된 가변 흡기구에 있어서, 흡기 매니폴드(10)의 내측으로 형상기억 합금용 링(20)을 삽입할 수 있도록 하는 홈부(11)를 일체형으로 구비한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 가변 흡기구의 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 열변형을 고려하여 일측이 절개된 것으로 구비된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 가변 흡기구의 구조.

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