KR100476193B1 - 엔진의 흡기포트 구조 - Google Patents

Abstract

엔진의 흡기포트 구조가 개시된다. 개시된 엔진의 흡기포트 구조는, 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되어 상기 흡기 매니폴드로부터 혼합기를 연소실로 안내하도록 실린더 헤드에 형성된 엔진의 흡기포트 구조에 있어서, 상기 흡기포트는, 일단의 입구부에서부터 면적이 줄어들어 소정 부분에서 면적이 최소가 되며, 다시 면적이 타단부까지 일정하게 증가되도록 하여, 혼합기가 분사된 후 상기 혼합기의 유속이 35∼45%까지 증가되어 연료 알갱이가 관성을 가지며 무화되도록 이루어진 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 흡기포트의 소정 지점을 설정하여 단면적을 최소화하고, 이를 다시 증가시켜 혼합기의 유속과 관성을 제어하므로써, 저속 및 중속의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

엔진의 흡기포트 구조{INTAKE PORT STRUCTURE FOR ENGINE}

본 발명은 엔진의 흡기포트 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저속 및 중속 성능이 향상되도록 그 구조가 개선된 엔진의 흡기포트 구조에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 실린더 헤드와 실린더 블록으로 구성되고, 내부에 연소실과 실린더실을 구비하고 있다. 상기 실린더 헤드에는 연소실로 통하는 흡기 및 배기포트가 형성되어 있고, 상기 실린더 블록의 실린더실 내에는 피스톤이 직선왕복 운동이 가능하게 설치되어 있다. 따라서 흡기포트를 통해 연소실내로 공급된 혼합기의 폭발에 의한 팽창압력을 피스톤에 전달하도록 된 것이다.

상기한 흡기포트의 형상은 실린더 내에 공급되는 연료가스의 속도와 방향에 큰 관계가 있으며, 따라서 흡기포트의 형상에 따라 연소실내에서 연료가스의 연소 그 자체가 달라지게 된다. 즉, 흡기포트의 형상에 따라 흡기의 유동상태가 변경되며, 이러한 흡기의 유동이 따라 엔진의 성능에 영향을 주는 것이다.

도 1에는 상기한 흡기포트가 구비된 실린더 헤드가 개략적으로 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 실린더 헤드(10)의 연소실(12)의 상부로는 좌우로 경사각을 갖고 배치되는 흡기포트(14)와 배기포트(16)가 각각 형성되고, 이를 개폐시키는 흡기밸브(18)와 배기밸브(20)가 각각 설치된다.

이에 따라 흡기 매니폴드(미도시)로부터 유입되는 유체가 흡기포트(14)를 통해 연소실(12)로 유입되어 연소된 후, 배기포트(16)를 통해 연소가스가 배기 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 흡기포트(14)의 길이 대비 면적을 나타낸 도 2의 그래프(A)와 같이, 약 40mm 지점(L1)전부터(10mm 지점부터) 흡기포트의 면적이 줄어든다. 그러나 40mm 지점(L1)을 지나서부터는 거의 동일한 면적 그래프(A)를 갖는다.

이와 같이 종래의 흡기포트(14)는 면적이 가변되지 않고 일정한 면적을 갖고 있기 때문에 유속도 일정하다.

따라서 종래의 흡기포트(14)의 구조로는 엔진의 저속 운전과 중속 운전에서의 유체 흡기속도를 인위적으로 증감시킬 수 없으므로, 저속 및 중속에서의 성능 향상을 기대하기 어렵다. 더불어 연비 향상도 기대하기 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 저속 및 중속 성능이 향상되도록 한 엔진의 흡기포트 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진의 흡기포트 구조는, 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되어 상기 흡기 매니폴드로부터 혼합기를 연소실로 안내하도록 실린더 헤드에 형성된 엔진의 흡기포트 구조에 있어서, 상기 흡기포트는, 일단의 입구부에서부터 면적이 줄어들어 소정 부분에서 면적이 최소가 되며, 다시 면적이 타단부까지 일정하게 증가되도록 하여, 혼합기가 분사된 후 상기 혼합기의 유속이 35∼45%까지 증가되어 연료 알갱이가 관성을 가지며 무화되도록 이루어지되,상기 면적이 최소가 되는 지점은 상기 입구부에서부터 약 40∼50mm 지점인 곳에 형성되고, 상기 40∼50mm 지점에서의 혼합기의 유속은 75∼90m/sec이며, 상기 40∼50mm 지점이 지난 후부터는 2차 완전 무화가 가능한 유속이 형성되도록 단면적이 증가되게 형성되고, 동시에 상기 흡기포트의 단면 형상은, 출력 저하를 줄이기 위해 최대한의 원형으로 형성된 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조가 적용되는 실린더 헤드가 개략적으로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조가 개략적으로 도시되어 있다.

여기에서는 일반적인 엔진의 흡기포트 구조의 구성 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 구성만을 설명하기로 한다.

우선, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조가 적용되는 실린더 헤드(30)는, 이 실린더 헤드(30)의 연소실(32)의 상부 좌우로 소정 경사각을 갖고 흡기포트(34)와 배기포트(36)가 각각 형성된다. 그리고 도면에는 도시하지 않았지만, 이 흡기포트(34) 및 배기포트(36)를 개폐하는 흡기밸브와 배기밸브가 각각 설치된다.

상기와 같이 형성된 흡기포트(34)는, 엔진의 흡기 매니폴드(미도시)와 연결되어 이 흡기 매니폴드로부터 혼합기를 연소실(32)로 안내하도록 한다. 이렇게 실린더 헤드(30)에 형성된 엔진의 흡기포트(34) 구조가 도 4에 보다 상세히 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조는, 일단의 입구부(34a)에서부터 면적(단면적)이 줄어들어 소정 부분에서 면적이 최소가 되며, 다시 면적이 타단부까지 일정하게 증가되도록 하여, 혼합기가 분사된 후 이 혼합기의 유속이 35∼45%까지 증가되어 연료 알갱이가 관성(inertia)을 가지며 무화되도록 이루어진다.

이러한 흡기포트(34)의 길이별 면적이 전술한 도 2의 그래프(B)와 같다.

이 그래프(B)에 도시된 바와 같이, 상기한 면적이 최소가 되는 지점은 흡기포트(34)의 입구부(34a)에서부터 약 40mm 지점(L1)에서부터 50mm 지점까지 형성된 것을 알 수 있다. 이 40∼50mm의 거리는 전체 흡기포트(34) 길이에 35∼60% 길이에 해당된다. 그리고 상기한 40mm 지점(L1)부터 50mm 지점까지에서의 혼합기의 유속은 75∼90m/sec이다.

또한 상기한 40mm 지점(L1)에서 50mm 지점이 지난 후부터는 2차 완전 무화가 가능한 유속이 형성되도록 단면적이 그래프(B)와 같이 증가되도록 형성된다.

이와 같은 흡기포트(34) 구조에 있어 단면 형상은, 출력 저하를 줄이기 위해 최대한의 원형에 가깝게 형성된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 엔진의 흡기포트 구조의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조는, 예컨대 CVVT 엔진 성능을 극대화하기 위하여 도 2의 그래프(B)와 같은 단면적을 가지며, 이 단면 형상은 고속에서의 출력 저하를 최소화하기 위해 최대한 원형에 가깝게 형성된다.

그리고 본 발명에 따른 흡기포드 구조는, 혼합기가 분사된 직후, 흡기포트 (34)내 단면적을 줄여 유속을 35~45%까지 증대시켜 최대한 연료 알갱이가 관성을 가지며 무화될 수 있도록 형성된다.

이러한 급속 무화는 고속보다는, 저속 또는 중속 영역(zone)과 같이 흡입 부압이 낮아 혼합기의 유속 및 유동이 느려 충분한 무화 및 연소실(32)내 유동 패턴(pattern)을 갖지 못해 효율이 낮아져 성능, 연비, 및 에미션(emission)에 불리한 상태에서 더 효과가 있다.

따라서 고속에서는 오히려 성능 저하가 있을 수 있기 때문에 그래프(B)와 같은 면적 설정은 많은 시험을 통해 얻어진 것이다.

그리고 흡기포트(34)에서 약 40mm 지점(L1)에서 50mm 지점까지 면적은 작아지나 혼합기 유속이 제일 빠른 지점으로 75~90m/sec까지 설정할 수 있으며, 입구부(34a)의 플랜지(flange) 면적 유속 대비 20~45%까지 증대시킨다. 이렇게 증대된 유속이 연소실(32) 내로 흡입되는 것이 아니라, 유속을 다시 느리게 하여 2차 완전 무화가 가능토록 상기한 40∼50mm 지점 이후부터 단면적이 증가되도록 형성시킨다.

이와 같은 흡기포트(34)의 형성에 따라 유속이 빠르다가, 다시 느리게 되면, 혼합기는 연소실(32) 내에 흡입되자마자 일정 패턴을 가지면서 넓게 퍼진다. 이에 따라 성층 점화를 가능하게 하여 연비 및 성능을 향상시키게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.

흡기포트의 소정 지점을 설정하여 단면적을 최소화하고, 이를 다시 증가시켜 혼합기의 유속과 관성을 제어하므로써, 저속 및 중속의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 엔진의 흡기포트 구조가 적용된 실린더 헤드를 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2는 종래의 기술 및 본 발명에 따른 흡기포트의 단면적을 길이별로 비교하여 나타내 보인 그래프 도면.

도 3은 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조가 적용된 실린더 헤드를 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 4는 본 발명에 따른 엔진의 흡기포트 구조의 구성을 보다 상세하게 나타내 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30. 실린더 헤드

32. 연소실

34. 흡기포트

34a. 입구부

36. 배기포트

Claims (5)

1. 엔진의 흡기 매니폴드와 연결되어 상기 흡기 매니폴드로부터 혼합기를 연소실로 안내하도록 실린더 헤드에 형성된 엔진의 흡기포트 구조에 있어서,

   상기 흡기포트는,

   일단의 입구부에서부터 면적이 줄어들어 소정 부분에서 면적이 최소가 되며, 다시 면적이 타단부까지 일정하게 증가되도록 하여, 혼합기가 분사된 후 상기 혼합기의 유속이 35∼45%까지 증가되어 연료 알갱이가 관성을 가지며 무화되도록 이루어지되,

   상기 면적이 최소가 되는 지점은 상기 입구부에서부터 약 40∼50mm 지점인 곳에 형성되고, 상기 40∼50mm 지점에서의 혼합기의 유속은 75∼90m/sec이며, 상기 40∼50mm 지점이 지난 후부터는 2차 완전 무화가 가능한 유속이 형성되도록 단면적이 증가되게 형성되고,

   동시에 상기 흡기포트의 단면 형상은, 출력 저하를 줄이기 위해 최대한의 원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기포트 구조.
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