KR100391132B1 - 엔진의 가변 흡기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 가변 흡기 장치에 관한 것으로서, 공기 청정기를 통하여 흡입된 공기가 흡기 호스를 거쳐 트로틀 바디, 서지 탱크, 흡기 다기관을 통하여 각 연소실로 공급되는 엔진의 흡기 장치에 있어서, 상기 흡기 호스는 소정의 직경을 가진 외부 호스와, 상기 외부 호스 내에 차량 속도에 따라 흡입 공기의 유로 단면적을 확장 또는 단축시킬 수 있도록 개폐 가능하게 삽입되는 내부 호스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 흡기 다기관을 이용하지 않고 흡기 호스의 직경 변화만을 이용하여 흡입 공기의 유로 단면적을 가변시킴으로써 전체 엔진 속도에서 고르게 엔진 출력(성능)을 향상시킬 수 있다.

Description

엔진의 가변 흡기 장치{VARIABLE INTAKE SYSTEM OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 가변 흡기 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기 다기관을 이용하지 않고 흡기 호스를 이중으로 구성하여 손쉽게 흡입 공기의 유로 단면적을 가변시킬 수 있는 엔진의 가변 흡기 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량 엔진의 흡기계에 적용되는 가변 흡기 장치는 엔진의 속도에 따라 흡입되는 공기량을 가변적으로 조절하여 엔진의 출력을 향상시킬 목적으로 사용되는 것이다. 이러한 엔진 출력은 엔진으로 흡입되는 공기량, 즉 체적 효율에 따라 좌우된다.

도 1 및 도 2 는 종래의 실시예에 따른 엔진의 가변 흡기 장치를 나타낸 단면도로서, 도 1 은 저중속인 경우의 상태도이고, 도 2 는 고속인 경우의 상태도이다.

도 1 및 도 2 에서 보면, 종래에는 엔진의 가변 흡기 장치가 주로 흡기 다기관(1)의 길이나 직경을 바꾸는 방법을 이용하고 있음을 알 수 있다. 즉, 흡기 다기관(1)은 도시되지 않은 실린더 주위로 우회하여 연장되는 연장관(1a)을 더 구비하고, 여기에는 공기 청정기(2)를 거쳐 유입되는 공기량을 제어하는 제 1 밸브(3)와연장관(1a)을 거치게 하거나 직접 통과시키도록 제어하는 제 2 밸브(4)가 설치된다. 상기 밸브(3)(4)는 차속에 따라 개폐될 수 있도록 구동하는 모터(5) 및 모터 위치 센서(5a)에 의하여 동작된다.

이와 같이 구비된 종래의 엔진 흡기 장치는, 차량의 속도가 저중속일 경우, 도 1 에서와 같이, 제 1 밸브(3)는 공기의 유입량을 줄여줄 수 있는 정도로 닫힌 상태가 되고, 제 2 밸브(4)는 직결 통로를 폐쇄하도록 완전히 닫힌 상태로 동작된다. 그러므로 공기 청정기(2)를 통해 유입된 공기는 적은 양으로 유입되어 연장관(1a)을 통과한 후 연소실 쪽으로 유입된다.

반면에, 차량의 속도가 고속일 경우에는, 도 2 에서와 같이, 제 1, 2 밸브(3)(4)는 완전히 개방되므로 공기 청정기(2)를 통해 유입된 공기는 다량으로 연장관(1a)을 거치지 않고 직접 연소실 쪽으로 유입케 된다.

따라서, 엔진의 속도가 저중속일 경우에는 흡기 다기관(1)의 길이가 길거나 직경이 작을수록 엔진으로 흡입되는 공기량, 즉 체적 효율이 증가하고, 고속일 경우에는 흡기 다기관(1)의 길이가 짧거나 직경이 커질수록 체적 효율이 증가하여 엔진 출력이 향상되는 특성을 나타낸다.

그러나, 흡기 다기관(1)은 엔진의 헤드 부분에 부착되는 부품이기 때문에 엔진 룸 내부의 배치 여건을 고려할 때 그 길이를 변경시키기가 불가능하거나 최적의 길이 사양 등을 채택하지 못하는 경우가 많이 발생하며, 결과적으로 가변 흡기 장치의 큰 목적인 엔진 성능 향상을 효과적으로 달성하지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 흡기 다기관을 이용하지 않고 비교적 변경하기가 쉬운 흡기 호스를 이용하여 흡입 공기의 유로 단면적을 가변시킴으로써 엔진 성능을 향상시킬 수 있는 엔진의 가변 흡기 장치를 제공하는 데 있다.

도 1 및 도 2 는 종래의 실시예에 따른 엔진의 가변 흡기 장치를 나타낸 단면도로서, 도 1 은 저중속인 경우의 상태도이고, 도 2 는 고속인 경우의 상태도.

도 3 는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 가변 흡기 장치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 4 은 도 3 의 요부 분해 사시도.

도 5a 및 도 5b 는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 가변 흡기 장치의 작동 상태도로서, 도 5a 는 중저속인 경우이고, 도 5b 는 고속인 경우의 상태도.

도 6a 및 도 6b 는 본 발명의 실시예에서 엔진 회전수에 대한 체적 효율 변화를 나타낸 특성 그래프로서, 도 6a 는 4 기통 엔진의 경우이고, 도 6b 는 3 기통 엔진의 경우.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 공기 청정기 30 : 트로틀 바디

40 : 서지 탱크 50 : 흡기 다기관

60 : 연소실 200 : 흡기 호스

220 : 외부 호스 240 : 내부 호스

242 : 하부관 244 : 상부관

246 : 안내관 248 : 회동 수단

248a : 로울러 248b : 구동 모터

249 : 스토퍼

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔진의 가변 흡기 장치는, 공기 청정기를 통하여 흡입된 공기가 흡기 호스를 거쳐 트로틀 바디, 서지 탱크, 흡기 다기관을 통하여 각 연소실로 공급되는 엔진의 흡기 장치에 있어서, 상기 흡기 호스는 소정의 직경을 가진 외부 호스와, 상기 외부 호스 내에 차량 속도에 따라 흡입 공기의 유로 단면적을 확장 또는 단축시킬 수 있도록 개폐 가능하게 삽입되는 내부 호스를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 내부 호스는 반원형의 단면을 가진 하부관과, 상기 하부관의 내면에 상, 하 방향으로 내접하며 회동되는 반원형의 상부관과, 상기 상부관의 회동을 안내하는 안내관과, 상기 상부관을 개폐 가능하게 회동시키는 회동 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 회동 수단은 상부관의 일측 외면에 회전력을 전달할 수 있도록 접촉되는 로울러와, 상기 로울러를 회전시킬 수 있는 구동 모터를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 하부관과 안내관 사이에는 상부관의 개폐시 회동 작동을 멈추게 하는스토퍼를 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3 는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 가변 흡기 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4 은 도 3 의 요부 분해 사시도이다.

상기 도면에서, 부호 200 은 흡기 호스(Hose)를 나타낸 것으로서, 이는 공기 청정기(10)와 트로틀 바디(Throttle Body)(30) 사이에 연결되어 흡입 공기의 흐름을 유도하는 관로이다. 즉, 본 실시예의 흡기 호스(200)는 이중의 관 형태로 이루어지고, 이는 일반적으로 사용되는 호스의 직경보다 더 큰 단면적을 가진 외부 호스(220)와, 상기 외부 호스(220) 내에 삽입되어 차량 속도에 따라 흡입 공기의 유로 단면적을 변화(확장 또는 단축)시킬 수 있도록 개폐 가능하게 절개된 형태의 내부 호스(240)로 구성된다.

부호 240 으로 도시된 내부 호스의 상세 구성은, 도 4 에서 나타낸 바와 같이, 반원형의 단면을 가지도록 절개된 하부관(242)과, 상기 하부관(242)의 내면에 상, 하 방향으로 내접하며 회동되는 반원형의 상부관(244)과, 상기 상부관(244)의 회동을 안내하는 안내관(246)과, 상기 상부관(244)을 개폐 가능하게 회동시키는 회동 수단(248)으로 구성된다. 여기서, 상, 하부관(244)(242)은 상호 조합되어 원형 관을 이루고, 하부관(242)과 안내관(246)은 소정 간격을 두고 서로 평행되게 설치되어 상부관(244)이 출입될 수 있는 공간을 이룬다. 이렇게 형성된 공간에서 어느 한 쪽 끝부분에 스토퍼(Stopper)(249)가 원통 방향으로 가로 막혀지게 되면, 상부관(244)의 시계나 반시계 방향의 회동 작동을 멈추게 할 수 있어서 바람직하다.

또한 상기 회동 수단(248)은 상부관(244)의 일측 외면에 회전력을 전달할 수 있도록 접촉되는 로울러(248a)와, 상기 로울러(248a)를 회전시킬 수 있는 구동 모터(248b)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 엔진의 가변 흡기 장치는, 엔진 구동에 따라 공기 청정기(10)를 통하여 흡입된 공기가 흡기 호스(200)를 거쳐 트로틀 바디(30)를 통하여 서지 탱크(Serge Tank)(40)로 유입된 후, 각 기통의 흡기 다기관(50)으로 분배되어 각 연소실(60) 내부로 공급되는 흡기 과정을 거친다.

여기서, 본 실시예의 가변 흡기 방식은 종래와 같이 흡기 다기관(50)의 길이나 직경을 변화시키지 않고, 변형하기 쉽고 배치 상태의 제약이 비교적 없는 흡기 호스(200)를 이중관(내, 외부 호스(220)(240)) 형태로 구성하여 차속(엔진의 회전수)에 따라 대응 작동케 한다. 즉, 상, 하부관(242)(244)의 조합체인 내부 호스(240)를 닫을 경우에는, 도 5a 에서와 같이, 구동 모터(248b)의 작동에 따라 로울러(248a)가 시계 방향으로 회동되면, 상기 로울러(248b)와 접촉된 상부관(244)이 반시계 방향으로 회동된다. 이 후, 회동되던 상부관(244)이 스토퍼(249) 쪽에 도달되면 회동이 정지됨과 동시에 내부 호스(240) 쪽에만 흡입 공기(A)의 유동 공간이 형성된다. 따라서 흡입 공기(A)의 유로 단면적이 축소되므로 차량 속도가 중저속인 경우에 적합하다.

반면에, 내부 호스(240)가 열릴 경우에는, 도 5b 에서와 같이, 로울러(248a)의 회전 운동이 반시계 방향으로 이루어지므로 상부관(244)은 시계 방향으로 회동된다. 이 후, 상부관(244)이 하부관(242)과 안내관(246) 사이의 공간 내부로 완전히 들어가서 다시 스토퍼(249)의 반대편 쪽에 도달되면 상부관(244)의 회동을 정지된다. 이 때, 내부 호스(240)는 완전히 개방된 상태가 되므로 흡기 호스(200) 쪽으로 통하는 흡입 공기(A)의 유동 공간은 외부 호스(220) 쪽으로 확장된다. 따라서 흡입 공기(A)의 유로 단면적이 확대되므로 차량 속도가 고속인 경우에 적합하다.

이렇게 내부 호스(240)는 엔진의 속도에 대응하여 흡입 공기의 체적 효율을 증대시킬 수 있도록 개폐됨으로써 엔진 속도의 전 영역에서 고른 출력 향상을 도모할 수 있다. 즉, 컴퓨터 시뮬레이션 결과, 예를 들어 4 기통 엔진의 경우에는 도 6a 에서 나타낸 바와 같이 엔진 속도가 2000 ~ 3000 rpm 까지는 내부 호스(240)를 닫힌 상태(HC)로, 3000 ~ 5000 rpm 까지는 내부 호스(240)를 열린 상태(HO)로, 그 이상의 엔진 속도에서는 다시 닫힌 상태(HC)로 유지하는 것이 상대적인 체적 효율이 높아지므로 최적의 엔진 성능을 얻을 수 있음을 볼 수 있다. 물론, 도 6b 에서는 3 기통 엔진의 경우를 나타낸 것으로, 여기에서도 상술한 것과 비교하면 내부 호스(240)의 개폐 상태(HC)(HO)를 적절히 유지하기 위한 엔진 속도(rpm)만 부분적으로 약간 차이가 날 뿐 거의 대동소이하다.

상술한 본 발명에 의하면, 흡기 다기관을 이용하지 않고 흡기 호스의 직경 변화만을 이용하여 흡입 공기의 유로 단면적을 가변시킴으로써 전체 엔진 속도에서 고르게 엔진 출력(성능)을 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 공기 청정기를 통하여 흡입된 공기가 흡기 호스를 거쳐 트로틀 바디, 서지 탱크, 흡기 다기관을 통하여 각 연소실로 공급되는 엔진의 흡기 장치에 있어서,

   상기 흡기 호스는 소정의 직경을 가진 외부 호스와;

   상기 외부 호스 내에 차량 속도에 따라 흡입 공기의 유로 단면적을 확장 또는 단축시킬 수 있도록 개폐 가능하게 삽입되는 내부 호스; 를 포함하여 구성하되,

   상기 내부 호스는

   반원형의 단면을 가진 하부관과,

   상기 하부관의 내면에 상, 하 방향으로 내접하며 회동되는 반원형의 상부관과,

   상기 상부관의 회동을 안내하는 안내관과,

   상기 상부관을 개폐 가능하게 회동시키는 회동 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 회동 수단은 상부관의 일측 외면에 회전력을 전달할 수 있도록 접촉되는 로울러와,

   상기 로울러를 회전시킬 수 있는 구동 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 하부관과 안내관 사이에는 상부관의 개폐시 회동 작동을 멈추게 하는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기 장치.