KR100515267B1 - 차량용 엔진의 출력 배가장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 엔진의 출력 배가장치에 관한 것이다.

본 발명은 차량 엔진과 연결되는 공기 유입라인에 외부로부터 유입되는 공기가 여러갈래의 와류현상을 발생하도록 함과 더불어 공기를 최적의 상태로 미립화시켜 엔진 연소실내로 공급되도록 하는 삼각날개 형상의 에어포일을 설치하여, 최적의 혼합비 및 배기가스 저감과 동시에 엔진 출력을 크게 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

차량용 엔진의 출력 배가장치{AN OUTPUT IMPROVEMENT UNIT OF ENGINE FOR AUTOMOBILE}

본 발명은 차량용 엔진의 출력 배가장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 엔진과 연결되는 공기 유입라인에 외부로부터 유입되는 공기가 와류현상을 발생하도록 함과 더불어 공기를 최적의 상태로 미립화시켜 엔진 연소실내로 공급되도록 하는 에어포일을 설치하여 최적의 혼합비 및 배기가스 저감과 동시에 엔진 출력을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 엔진의 출력 배가장치에 관한 것이다.

일반적으로 동력을 발생시키는 내연기관의 엔진은, 실린더, 써지탱크, 크랭크 케이스, 피스톤 커넥팅 로드 어셈블리, 크랭크축, 플라이휘일, 흡배기 밸브 및 밸브기구 등을 포함하여 구성된다. 그리고 엔진의 각 실린더에는 피스톤과 커넥팅 로드 어셈블리가 삽입되고 상기 커넥팅 로드의 어셈블리의 하단은 크랭크축과 연결되어 피스톤이 왕복운동을 하게 되면 크랭크축은 회전운동을 하여 플라이휘일을 회전시키게 되어 이와 연결된 구동바퀴를 회전시키게 된다. 또한 상기 실린더의 상측에는 써지탱크가 구비되며, 이 써지탱크의 안쪽은 연소실의 일부가 되고 그 부분에 흡기 및 배기밸브가 설치되며 상기 밸브는 캠축에 의해 구동되는 것으로 상기 흡기구멍과 배기구멍을 개폐시켜 실린더내에 혼합연료를 주입 및 혼합연료의 연소에 의해 발생된 가스를 배출하게 된다.

이와같이 엔진의 연소실에서는 공기와 연료가 적정량 유입과 동시에 혼합되어 연소하는 곳으로 공기보다 연료가 많은 경우 불완전 연소로 배기가스를 다량 배출하게 되고 또한, 연료보다 공기가 많은 경우 폭팔력이 저하되어 엔진 출력을 저하시키게 된다.

따라서, 엔진의 연소실은 연비향상을 위해 항상 적정량의 공기와 연료를 요구하게 되며, 더불어 차량의 출력 및 배기가스는 공기와 연료의 혼합비율에 따른 엔진의 연소효율 및 출력성능 그리고 배기가스의 배출량을 결정하게 되는 것으로 현재 다양한 형태로 개발되고 있는 실정이다.

종래 배기가스 저감을 위한 장치 또는 엔진 출력을 향상시키는 장치가 다양하게 출시되고 있으며, 그 한 예로서 공기흡입관에 와류유도를 위한 선풍기 날개 형상의 임펠러를 설치하여 공기의 유속이 와류가 되도록 유도하므로써, 엔진 연소실에서 공기와 연료가 빠르게 혼합되어 폭팔시 완전 연소를 위한 장치가 제시된 바 있지만, 이는 유입되는 공기의 흐름을 회전시켜 연료와 빠르게 혼합되도록 한 것으로 연소후 배기가스를 저감시키는 효과는 다소 있지만 엔진 출력을 향상시키지 못하는 단점이 있다.

다시말해 상기한 임펠러 형상은, 저속에서 와류를 형성할 때에는 날개의 저항으로 인한 에너지 손실이 적어 상관이 없지만 엔진의 회전수가 높아져 많은 양의 공기가 빠르게 유입될 경우에는 날개의 저항으로 인한 에너지 손실이 커서 공기의 질식현상이 발생하게 되고 이에따라 연소실에서는 연료만 분출되는 결과가 초래되어 가속페달을 밟아도 차량이 더 이상 속도가 나지 않는 현상이 발생하는 문제점이 있어왔다.

또한, 이를 해결하기 위해 날개의 각을 펴주게되면 고속에서는 공기가 원활하게 들어가지만 와류를 형성하고자 하는 본래의 기능이 현저하게 떨어지는 문제점이 있었다.

즉, 어느 특정 구간에서 공기흡입관의 공기 속도에너지가 날개의 형상으로 인한 저항에 의해 에너지와 와류를 발생시키기 위한 에너지로 전환하는 과정에서 날개의 저항으로 인한 에너지 손실이 크기 때문에 엔진의 효율이 특정구간에서는 급격히 떨어지는 문제점이 발생되었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 차량 엔진과 연결되는 공기 유입라인에 서로 대응되며 공기저항을 최소화시킨 한쌍의 에어포일을 설치시켜 외부로부터 유입되는 공기가 여러개의 와류 현상을 발생하며 연소실내로 공급되도록 하여 공기를 최적의 상태로 미립화시켜 엔진 연소실내로 공급될 수 있도록 하고, 더불어 연소실내에서 최적의 혼합비를 이루도록 하며, 또한 최적의 연소로 배기가스가 저감되도록 함과 동시에 엔진의 출력을 크게 향상시키고자 하는데 있는 것이다.

상기한 에어포일은 다음과 같은 원리 즉, 비행기의 양력 발생 원인에 의해 제공된다.

양력 발생은, 비행기의 날개 저면과 상면의 단면 길이 차이로 인한 압력차에 의한 것과, 삼각날개(삼각편 형상을 말함)에서 날개 저면과 상면으로 올라오는 날개단에 의한 것이며, 에어포일 상단에 발생하는 와류의 공기 속도가 매우 빨라 상대적으로 하단 공기의 압력보다 이 부분의 압력이 낮아지게 되어 양력이 발생한다.

일반적인 비행기의 에어포일은 상기와 다소 다르긴 하지만 모두 에어포일의 양 끝단에 와류 유도를 위한 날개단이 존재하며 실제 비행기는 이 날개단에 의한 와류를 최소화해야하는 부분으로 지적되고 있다. 즉, 이것이 크면 비행기가 이착륙할 때나 상공을 날을 때 비행기 위에 생기는 와류 때문에 이 비행기 뒷쪽의 비행기가 영향을 받으면 조정불능의 상태가 될 수 있다.

그러나, 삼각날개 형상의 델타 윙 에어포일은 저항과 양력에 대한 공력특성이 높게 되며, 이 에어포일은 저항에 의한 에너지 손실이 적고 반대로 양력을 크게 얻을 수 있다.

즉, 삼각날개 형상의 상기 에어포일에서 발생하는 와류는 다른 비행기의 날개단 와류와는 달리 안정되고 속도가 빠르며 토네이도 현상처럼 주변의 공기를 빨아 당기는 효과가 있어 본 발명은 이 효과를 이용하여 공기흡기관과 연결되는 스로틀 몸체 공기 유입라인에 이 효과를 내는 삼각날개 형상의 에어포일을 부착함으로써 공기량을 증대시켜 연료와 공기의 빠른 혼합력 이에따른 엔진출력 향상으로 연비절감을 이룰 수 있도록 하는데 있다.

이러한, 와류의 성질은 외부의 교란이 없는 한 계속해서 그 세기는 일정하고 반경방향으로 계속 성장함으로써 느리게 없어지게 것에 의해 알 수 있다.

이는, 흡기관이 엔진 연소실 실린더까지 가는 거리를 생각해 볼 때 연소실까지의 거리는 충분히 작다할 수 있으므로 그 효과는 연소실까지는 충분히 미칠 수 있을 것이다.

그리고 삼각날개 형상의 델타윙 에어포일에 대한 효과는 종이비행기와 행글라이더에서 찾아볼 수 있는 것이며, 델타윙을 가진 기구는 상당히 저속에서도 양력이 발생하는 바, 본 발명은 상기한 에어포일에서 착안된 것으로 이를 차량엔진과 연결되는 에어흡입관 라인상에 제공하고자 하는데 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에어흡입관을 통해 차량 엔진으로 유입되는 공기의 유입라인 내측에서, 공기의 흐름 방향과 직교되게 설치되는 구획바; 상기 구획바의 중간 위치에 돌출 형성되는 지지축 단부에, 공기 유입라인을 통해 유입되는 공기의 부딪힘시 양쪽 날개에 의해 적어도 두개이상의 와류가 유도될 수 있도록 구비되는 삼각날개 형상의 에어포일;을 제공한다.

상기 에어포일은, 전방 선단에 제공되어 공기의 흐름이 사방으로 분리되도록 하는 쐐기형의 저항부와, 상기 저항부를 통해 유입되는 공기가 중심방향으로 향하도록 후방으로 소정각도 경사지게 형성되는 양력부와, 상기 양력부를 중심으로 양쪽으로 후방을 향하여 확장되는 날개를 가지되 그 단부가 외측으로 절곡되어져 유입되는 공기가 양쪽으로 분기되어 확산될 수 있도록 하는 와류유도부를 가지도록 형성한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 에어포일이 구비된 구획바의 지지축이 하향으로 소정폭 연장되도록 하고, 이 지지축의 하단부에 상기 에어포일과 대응된 다른 에어포일을 구비하여 공기 유입라인으로 유입되는 공기가 부딪혀 복수갈래의 와류가 유도될 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 에어포일이, 상기 지지축의 양쪽 단부에 회동가능하도록 힌지 고정되도록 하고, 상기 힌지점 후방에 탄성체가 구비되어 양력 발생시 공기압의 강약에 의해 회동될 수 있도록 한다.

상기 구획바는, 양단에 탄성편을 형성시켜 상기 에어흡입관이 끼움되는 엔진의 유입구 외주면을 감싸며 탄력적으로 끼움 고정되도록 하고, 상기 탄성편의 단부에 상기 에어흡입관의 결합단부가 걸림되도록 걸림단을 더 형성한다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 엔진의 출력 배가장치를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 에어흡입관(A)과 엔진 연소실을 통하는 공기 유입라인(B)상에 설치되며, 상기 공기 유입라인(B)에 고정되는 구획바(100)와, 구획바(100)를 중심으로 대응되게 설치되어 공기의 유속을 여러갈래의 와류 즉, 토네이도 현상이 유도되도록 변화시키는 에어포일(200)(200a)과, 상기 구획바(100)에 에어포일(200)(200a)을 고정시키는 지지축(300)으로 구성된다.

상기 구획바(100)는, 에어흡입관(A)을 통해 차량엔진으로 유입되는 공기의 유입라인(B) 내경에 공기 흐름 방향과 직교되게 공기 유속이 변하지 않는 범위내에서 설치되는 것이며, 양단에 탄성편(120)(130)이 형성되어 상기 에어흡입관(A)이 끼움되는 엔진의 유입구 외주단을 감싸는 형태 즉, 상기 유입구와 결합되는 에어흡입관(A)과의 사이에서 탄력적으로 끼움 고정된다.

여기서, 상기 탄성편(120)(130)의 일측단부에 각각 걸림단(122)(132)을 형성시켜 엔진의 유입구(C)에 결합되는 에어흡입관(A)의 단부가 걸림고정되어 이탈이 방지되도록 함이 가능할 것이다.

또한, 상기 구획바(100)는 스로틀 바디내의 스로틀 축(D)과 평행한 상태로 공기 유입라인(B) 상에 설치되어 상기 구획바(100)에 의한 공기 저항이 기존 차량의 스로틀 축(D)에 의한 저항과 동일하도록 함이 가능할 것이며, 아울러 공기가 부딪히는 구획바(100)의 선단이 양쪽으로 경사면을 형성하도록 하여 공기 저항을 최소화 시키도록 함이 바람직할 것이다.

상기 지지축(300)은, 상기 구획바(100)의 중간 위치에 상하로 소정폭 돌출 형성된 것으로 상기 에어포일(200)(200a)을 각각 대응되게 고정시키게 된다.

상기 에어포일(200)(200a)은, 삼각날개형상으로 상기 지지축(300)의 상하 양단에 대응되게 설치되어 유입되는 공기가 부딪혀 복수갈래의 와류가 유도될 수 있도록 하는 것이며, 전방 선단에 각기 제공되어 공기의 흐름이 사방으로 분리되도록 하는 쐐기형의 저항부(220)와, 상기 저항부(220)를 통해 유입되는 공기가 각기 중심방향으로 향하도록 후방으로 소정각도 경사지게 형성되는 양력부(240)와, 상기 양력부(240)를 중심으로 양쪽으로 후방을 향하여 확장되는 날개를 가지되 대응된 날개가 점차적으로 좁혀지면서 그 단부가 외측으로 절곡되어져 유입되는 공기가 양쪽으로 분기되어 확산될 수 있도록 하는 와류유도부(260)를 가지며 형성된다.

상기 저항부(220)는, 쐐기형상으로 삼각날개중 전방 꼭지점에 해당되어 후방으로 소정구간 점차 확개되는 형상을 취하며, 유입되는 공기의 저항을 최소화 시킨 상태로 공기를 여러갈래로 분기시키게 된다.

상기 양력부(240)는, 상기 저항부(220)를 중심으로 후방 양쪽 꼭지점의 중심변 까지가 해당되는 것이며, 후방으로 서로 대응되게 중심축 방향으로 경사져 유입되는 공기의 부딪힘시 저항을 최소화시키면서 중심을 향하여 통과되도록 하게 된다.

상기 와류유도부(260)는, 상기 양력부(240)를 중심으로 후방의 양쪽 꼭지점까지가 해당되며 양쪽 부위가 외측방향으로 소정각도 절곡되어 유입되는 공기의 부딪힘시 회전 저항이 발생되도록 하게 된다.

따라서, 에어흡입관(A)을 통해 공기가 유입되면 공기가 공기 유입라인(B)상에서 연료와 혼합전에 에어포일(200)(200a)에 부딪히게 된다. 이때 공기는 쐐기형상의 저항부(220)에 부딪히면서 사방으로 분기되어 최소의 저항으로 퍼지게 되고, 동시에 양력부(240)에 각각 부딪히면서 중심방향과 더불어 각기 양쪽으로 분기되며, 연속해서 양쪽으로 분기되는 공기는 와류유도부(260)에 의해 회전력을 가지며 여러개의 와류를 발생하며 연료와 혼합되어 연소실로 유입된다. 이에따라 연소실내에서는 연료가 여러갈래로 와류된 공기와 최적화된 미립상태로 혼합되어 연소할 수 있게 된다.

다시말해, 공기 유입라인(B)상에서 공기가 에어포일(200)(200a)을 통과하게 되면 방향을 달리하는 4개의 와류가 발생하게 되고 이 와류들에 의해 그 주변의 공기는 각각의 와류지역으로 빨려들어가게 되어 공기 유입라인(B)에는 공기 유속은 일정하되 여러개의 와류가 발생하게 되는 것이며, 연소실로의 유입시 연료가 유입되면 연료는 여러게의 와류에 의해 빠르게 공기와 흡수되어 최적의 연료혼합비를 이룰 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 상기 지지축(300)의 양쪽 단부에 회동가능하도록 힌지(410)고정되도록 하고, 상기 힌지(410)점 후방에 스프링 형상의 탄성체(400)가 구비되도록 하여 양력 발생시 공기압에 의해 탄성복원력을 가지며 회동될 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 힌지(410)점은 에어포일(200)의 양력부(240) 중간위치에서 저항부(220) 방향으로 소정폭 이동된 위치에 구비되어 저항 발생시 후방 저항에 의해 회동될 수 있도록 한다.

상기한, 회동용 에어포일은, 차량의 주행속도가 빠른 경우 또는 늦은 경우 공기의 유입속도 및 유입량 또한 달라 이에 적절하게 대응하기 위함이다.

즉, 주행속도가 빠른 경우 공기 유입압력에 따라 에어포일(200)(200a)이 전방측 힌지(410)점을 중심으로 후방 날개가 회동되어 공기 저항을 적절하게 유도하면서 여러갈래의 와류가 유도될 수 있도록 하고 또한, 주행속도가 늦은 경우에는 탄성체에 의해 초기상태로 복원되어 공기 유입시 여러갈래의 와류를 유도하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 차량용 엔진의 출력 배가장치는, 차량 엔진과 연결되는 공기 유입라인에 토네이도 현상 유도를 위한 삼각날개 형상의 에어포일을 구비하므로써, 에어흡입관을 통해 유입되는 공기가 최적의 상태로 미립화된 와류 상태로 엔진 연소실내로 공급되어져 연소실내에서는 최적의 혼합비로 연소될 수 있으며 이에따라 배기가스의 저감과 엔진 출력을 향상시키는 효과가 있다.

다시말해, 저항이 가장 적어 음속 돌파에 사용되는 델타윙(Delta Wing)을 사용하였고, 또한 에어포일(airfoil)의 상면에 생기는 속도가 빠른 와류를 이용하였으며, 그 중에서도 저항은 가장 적지만 상대적으로 와류(Vortex)가 많이 발생하는 부분을 찾아 창안된 본 발명의 에어포일은, 공기 유입라인에 설치되어 저항을 최소화 할 수 있고, 저항부와 양력부 및 와류유도부에 의해 여러갈래의 와류현상 유도록 저항에 의한 에너지의 손실을 최소화 할 수 있었으며, 또한 와류유도부에 의해 발생하는 안정하고 토네이도와 같이 주위의 공기를 빨아당기는 현상이 발생되어 스로틀바디 앞에 장치시 스로틀바디의 개폐구가 약간 열어졌을 때 생기는 개폐구에 의한 저항을 이 와류들로 인해 줄일 수 있는 효과가 있었다.

아울러, 상기한 에어포일은, 종래 사용되어진 일방향 와류 유도용의 장치와 현저한 차이 즉, 전 엔진 회전구간에서 고속 중속 저속의 저항에 의한 에너지 손실을 획기적으로 줄여 엔진출력을 크게 향상 및 이에따른 연비를 크게 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 엔진의 출력 배가장치가 설치된 사용상태 단면도,

도 2는 도1의 요부 사시도,

도 3은 본발명에 따른 에어포일에 의해 공기의 흐름상태를 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 다른 실시예의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 구획바 120,130: 탄성편

200,200a: 에어포일

220: 저항부 240: 양력부

260: 와류유도부

300: 지지축

Claims (5)

1. 에어흡입관을 통해 차량 엔진으로 유입되는 공기의 유입라인 내측에서,

   공기의 흐름 방향과 직교되게 설치되는 구획바;

   상기 구획바의 중간 위치에 돌출 형성되는 지지축 단부에, 공기 유입라인을 통해 유입되는 공기의 부딪힘시 양쪽 날개에 의해 적어도 두개이상의 와류가 유도될 수 있도록 구비되는 삼각날개 형상의 에어포일;을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 차량용 엔진의 출력 배가장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에어포일은

   전방 선단에 제공되어 공기의 흐름이 사방으로 분리되도록 하는 쐐기형의 저항부와, 상기 저항부를 통해 유입되는 공기가 중심방향으로 향하도록 후방으로 소정각도 경사지게 형성되는 양력부와, 상기 양력부를 중심으로 양쪽으로 후방을 향하여 확장되는 날개를 가지되 그 단부가 외측으로 절곡되어져 유입되는 공기가 양쪽으로 분기되어 확산될 수 있도록 하는 와류유도부를 가지도록 형성됨을 특징으로 하는 차량용 엔진의 출력 배가장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 에어포일이 구비된 구획바의 지지축이 하향으로 소정폭 연장되도록 하고, 이 지지축의 하단부에 상기 에어포일과 대응된 다른 에어포일을 구비하여 공기 유입라인으로 유입되는 공기가 부딪혀 복수갈래의 와류가 유도될 수 있도록 함을 특징으로 하는 차량용 엔진의 출력 배가장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에어포일은

   상기 지지축의 양쪽 단부에 회동가능하도록 힌지 고정되도록 하고, 상기 힌지점 후방에 탄성체가 구비되어 양력 발생시 공기압의 강약에 의해 회동될 수 있도록 함을 특징으로 하는 차량용 엔진의 출력 배가장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 구획바는

   양단에 탄성편을 형성시켜 상기 에어흡입관이 끼움되는 엔진의 유입구 외주면을 감싸며 탄력적으로 끼움 고정되도록 하고, 상기 탄성편의 단부에 상기 에어흡입관의 결합단부가 걸림되도록 걸림단을 더 형성함을 특징으로 하는 차량용 엔진의 출력 배가장치.