KR100604300B1

KR100604300B1 - 내연 기관의 흡기 시스템

Info

Publication number: KR100604300B1
Application number: KR1020040022739A
Authority: KR
Inventors: 니시이사또시; 사까이다로오; 호소까와유우스께
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2006-07-31
Also published as: KR20040086798A; EP1467075A1; CN1536203A; US6918372B2; CN100335754C; DE602004029115D1; EP1467075B1; US20040244767A1

Abstract

본 발명의 내연 기관은 기관 실린더로 안내하는 흡기 포트를 포함한다. 흡기 포트는 흡기 포트의 종방향으로 흡기 포트에서 연장하는 격벽에 의해 제1 및 제2 통로 섹션으로 분할된다. 가스 운동 제어 밸브는 제2 통로 섹션의 상류 단부를 개폐하도록 배열된다. 연결 통로는 제2 통로 섹션의 상류 단부를 제2 통로 섹션에 연결한다. 연료 분사 장치는 격벽의 하류 단부의 하류측의 공간을 통해 흡기 밸브의 밸브 개구쪽으로 연료를 분사하도록 지시된다.

실린더 헤드, 흡기 포트, 흡기 밸브, 격벽, 간극

Description

내연 기관의 흡기 시스템 {INTAKE SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 흡기 시스템을 갖는 기관을 도시하는 단면도.

도2는 전술한 도1의 흡기 시스템의 평면도.

도3은 제1 실시예에 따른 흡기 시스템을 개략적으로 도시하는 단면도.

도4 및 도5는 도1의 예의 흡기 포트와 비교예의 흡기 포트의 흡기 공기 흐름을 도시하는 개략 단면도.

도6은 도1의 흡기 시스템의 흡기 공기량과 텀블의 세기를 도시하는 그래프.

도7은 격벽의 하류 단부의 위치와 텀블의 세기 사이의 관계를 도시하는 그래프.

도8은 격벽의 하류 단부의 위치와 HC 방출량 사이의 관계를 도시하는 그래프.

도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 흡기 시스템을 갖는 기관을 도시하는 단면도.

도10은 전술한 도9의 흡기 시스템의 평면도.

도11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 흡기 시스템을 갖는 기관을 도시하는 단면도.

도12는 전술한 도11의 흡기 시스템의 평면도.

도13은 도11의 선 α-α를 따라 취한 단면도.

도14는 도11의 화살표(β)에 의해 도시된 방향으로부터 취한 도면.

도15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 흡기 시스템을 갖는 기관을 도시하는 단면도.

도16은 전술한 도15의 흡기 시스템의 평면도.

도17은 도15의 선 α-α를 따라 취한 단면도.

도18은 도15의 화살표(β)에 의해 도시된 방향으로부터 취한 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

3: 실린더 헤드

5: 흡기 포트

7: 흡기 밸브

11: 격벽

12: 간극

본 발명은 내연 기관의 흡기 시스템에 관한 것이고, 더 상세히는 텀블(tumble) 또는 스월(swirl)과 같은 실린더 내의 가스 운동을 증가시키기 위한 흡기 포트를 포함하는 흡기 시스템에 관한 것이다.

텀블 또는 스월과 같은 기관 실린더 내의 가스 운동은 스파크 점화식 내연 기관에서 희박한 공기/연료 혼합물의 안정적인 연소를 달성하기 위한 중요한 요소의 하나이다. 따라서, 소정 형식의 기관들은 광범위한 기관 작동 영역에서 실린더 내의 가스의 운동을 증가시킬 수 있는 흡기 시스템이 요구된다.

일본 특허 공개 제2002-54535호는 가스 운동 제어 밸브를 갖는 흡기 포트 섹션의 일부를 폐쇄함으로써 실린더 내의 가스 유동을 증가시키기 위한 가스 운동 제어 밸브를 도시한다. 예를 들어, 텀블을 위해서, 가스 운동 제어 밸브는 흡기 포트의 하부에 배치되고 흡기 포트의 상부측 쪽의 흡기 공기 흐름을 강화하도록 배열된다. 일본 특허 공개 제1994-159079호는 흡기 포트를 상부와 하부 절반부로 분할하는 격벽과, 텀블 비율을 증가시키기 위해 흡기 포트의 하부 절반부를 폐쇄하는 가스 운동 제어 밸브를 포함하는 흡기 시스템을 도시한다. 일본 특허 공개 제1994-159203호는 흡기 포트를 상부와 하부 절반부로 분할하는 격벽과, 가스 운동 제어 밸브와, 격벽 쪽으로 연료를 분사하는 연료 분사 장치를 포함하여 연료가 격벽의 하류 단부로부터 흡기 밸브 쪽으로 흘러 들어가는 흡기 시스템을 도시한다. 일본 특허 공개 제2001-193469호는 한 쌍의 홈을 갖는 격벽을 포함하는 흡기 시스템을 도시한다.

이러한 가스 운동 제어 밸브는 개방 면적 비율, 즉 흡기 포트의 전체 유로 면적에 대한 유효 유로 단면적의 비율을 감소시킴으로써 실린더 내의 텀블링 유동을 생성시키도록 배열된다. 그러나, 개방 면적 비율이 작아짐에 따라, 유동 저항 이 증가하고, 실린더 내에 들어갈 수 있는 흡기 공기량은 작아지게 된다. 따라서, 가스 운동 제어 밸브에 의해 실린더 내의 유동이 증가하는 기관 작동 영역은 비교적 좁은 범위로 제한된다.

연료가 격벽으로 분사되는 흡기 시스템에서, 연료는 격벽에 부착되고 큰 액적의 형태로 실린더로 들어가서 배기 가스의 HC의 양이 증가한다.

본 발명의 목적은 흡기 포트의 개방 면적 비율을 과도하게 감소시키지 않고 실린더 내의 가스 운동을 증가시키는 흡기 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 태양에 따라, 내연 기관은, 기관의 실린더로 인도하는 흡기 포트를 한정하는 실린더 헤드와, 흡기 포트의 하류 단부에 위치한 흡기 밸브와, 흡기 포트의 흡기 공기 유동을 조절하기 위한 유동 조절 섹션과, 연료를 격벽의 하류 단부의 하류측의 공간을 통해 흡기 밸브의 밸브 개구쪽으로 분사하도록 지시하는 연료 분사 장치를 포함하고,

상기 유동 조절 섹션은, 상류 단부로부터 실린더 헤드가 위치되는 하류 단부 쪽으로 흡기 포트의 종방향으로 흡기 포트에서 연장되고 흡기 포트를 제1 및 제2 통로 섹션으로 분할하는 격벽과, 상기 제2 통로 섹션을 개폐하도록 상기 격벽의 상류 단부에 위치한 가스 운동 제어 밸브와, 상기 제2 통로 섹션이 가스 운동 제어 밸브에 의해 폐쇄될 때 상기 제2 통로 섹션으로부터 제1 통로 섹션으로의 제2 통로 섹션의 흡기 공기의 유동을 조절하도록 하는 연결 통로를 포함한다.

본 발명의 다른 태양에 따라, 내연 기관의 흡기 장치는, 흡기 포트를 한정하는 제1 수단과, 상기 흡기 포트를 흡기 포트의 종방향으로 연장하는 제1 및 제2 통 로 섹션으로 분할하는 제2 수단과, 상기 제2 통로 섹션의 상류 단부를 폐쇄하고 제1 통로 섹션의 저압 영역을 형성하는 제3 수단과, 제2 통로 섹션의 상류 단부가 폐쇄될 때 제2 통로 섹션의 하류 단부로부터 제2 통로 섹션을 통해 제1 통로 섹션의 저압 영역으로 흡기 공기를 빼내기 위한 제4 수단과, 제1 통로 섹션으로부터 흡기 포트의 하류 단부와 격벽 사이의 공간을 통해 제2 통로 섹션으로 연장하는 사선 방향으로 연료를 분사하기 위한 제5 수단을 포함한다.

도1 및 도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 흡기 시스템을 갖는 내연 기관의 일부를 도시한다. 이러한 예의 기관은 포트 분사식 스파크 점화 기관이다. 흡기 장치 또는 시스템은 본 예에서 예를 들어 텀블인 실린더 내 가스 운동을 강화하도록 설계된다.

실린더 블록(1)은 복수의 원통형 실린더(2)가 형성된다. 실린더 헤드(3)는 실린더(2)의 상단부를 폐쇄한다. 실린더 헤드(3)는 연소실(4)을 각각 한정하는 복수의 리세스가 형성된다. 본 예에서, 각각의 실린더의 연소 챔버(4)는 오각루프형이고 두 개의 슬로프면을 갖는다. 도1에 도시된 바와 같이, 흡기 포트(5)는 연소실(4)의 두 개의 슬로프면 중 하나의 하류 단부 개구로 연장한다. 배기 포트(6)는 연소실(4)의 다른 슬로프면으로 개방된다. 도1에 도시된 흡기 밸브(7)는 흡기 포트(5)의 하류 단부를 개폐하도록 배열된다. 배기 밸브(8)는 배기 포트(6)의 단부를 개폐하도록 배열된다. 본 예에서, 흡기 포트(5)의 하류 단부는 상하방으로 수직 또는 실린더의 축방향으로 연장하는 중심벽(15)에 의해 분기되고, 연소실(4) 내 로 각각 개구되는 두개의 지류를 갖는다. 따라서, 각각의 실린더는 흡기 포트(5)의 두 개의 지류의 하류 단부를 개폐하기 위한 두 개의 흡기 밸브(7)를 갖는다. 유사하게, 각각의 실린더는 두 개의 배기 밸브(8)를 갖는다. 스파크 플러그(9)는 이들 4개의 밸브(7, 8)들로 둘러싸인 연소실의 중심에 제공된다. 피스톤(10)은 플랫톱을 갖도록 도시된다. 그러나, 피스톤 크라운은 성층화 충전 연소(stratified charge combustion)의 요구와 같은 다양한 요구에 따라 다양한 형상을 갖도록 설계될 수 있다. 각각의 실린더의 상하(축)방향에서, 피스톤(10)은 스파크 플러그(9)의 상향쪽으로 이동하고 스파크 플러그(9)로부터 하향쪽으로 이동한다.

도1 및 도2에 도시된 흡기 시스템은 흡기 포트(5)의 종방향으로 연장하고 흡기 포트(5)의 단면을 상부 영역과 하부 영역으로 분할하는 격벽(11)을 포함한다. 본 예에서, 격벽(11)은 실린더 헤드(3)의 주조 작업에서 삽입체로써 형성되고, 주조의 일체부로써 완료되는 금속 플레이트다. 본 예에서, 실린더 헤드(3)는 알루미늄 합금의 주조제이고 격벽(11)은 강철 플레이트이다. 격벽(11)의 하류 단부(11a)는 흡기 밸브(7)에 인접해서 위치된다. 격벽(11)의 하류 단부(11a)는 전술한 중심벽(15)의 상류 단부(15a) 부근에서 대면한다. 도1에 도시된 예(기관의 크랭크 샤프트에 직각인 면에서 취한 단면도)에서, 격벽(11)을 수용하는 흡기 포트(5)의 일부는 흡기 포트(5)의 종방향으로 직선으로 연장하고, 따라서 격벽(11)은 흡기 포트(5)의 종방향에 직선으로 연장하는 편평 플레이트 형상이다. 그러나, 흡기 포트(5)는 굴곡될 수 있고, 격벽(11)은 흡기 포트(5)의 굴곡진 단면을 따라 굴곡될 수 있다.

본 예의 격벽(11)의 상류 단부(11b)는 흡기 매니폴드(21)의 단부가 부착되는 실린더 헤드(3)의 베어링 표면(22)까지 연장한다. 본 예에서, 격벽(11)은 실린더 헤드(3)에 완전히 위치된다. 격벽(11)은 강철 격벽(11)과 베어링 표면(22)을 기계가공하기 위한 공구 사이의 간섭을 피하기 위해 베어링 표면(22)으로부터 하류측 쪽으로 내향으로 리세스된 위치에 상류 단부(11b)가 위치되도록 배열될 수 있다. 본 예에서, 상류 단부(11b)와 하류 단부(11a)는 모두 실린더 헤드(3)의 편평 베어링 표면(22)에 평행하게 직선으로 연장한다. 따라서, 격벽(11)의 금속 플레이트는 사다리꼴 형상이다. 그러나, 이러한 형상은 흡기 포트(5)의 형상에 종속적이다.

"상부"는 크랭크 샤프트의 위치로부터 연소실(4)쪽으로의 실린더(2)의 축방향에서 "높은" 위치를 의미한다. 흡기 포트(5)는 실린더 헤드(3)에만 형성될 수 있는 공기 통로이다. 선택적으로, 흡기 포트(5)는 실린더 헤드(3) 내에 형성될 수 있고, 흡기 매니폴드같은 외부 부재가 실린더 헤드(3)에 부착될 수 있다.

격벽(11)은, 흡기 포트(5)를 격벽(11)과 흡기 포트(5)의 상부 내측벽 표면 사이에 형성된 상부 유로 섹션(5A)과, 격벽(11)과 흡기 포트(5)의 하부 내측벽 표면 사이에 형성된 하부 유로 섹션(5B)으로 분할한다.

흡기 매니폴드(21)는 수집기 섹션과 수집기 섹션으로부터 하나의 특정 기관 실린더의 흡기 포트로 각각 연장하는 분기 섹션(23)들을 포함한다. 따라서, 흡기 포트(5)는 상응하는 분기 섹션(23)의 분기 통로(24)와 연속적이다. 따라서, 흡기 통로는 수집기 섹션으로부터 각각의 실린더(2)로 형성된다. 각각의 분기 섹션(23)은 직선 흡기 포트(5)를 따라 직선으로 연장하는 하류 섹션과, 분기 섹션 위에 위 치한 수집기 섹션 상향으로 굴곡된 상류 섹션을 포함한다.

가스 운동 제어 밸브(또는 흡기 제어 밸브)(31)가 각각의 실린더용으로 제공되고 하부 유로 섹션(5B)의 상류 단부를 개폐하도록 배열된다. 가스 운동 제어 밸브(31)는 흡기 매니폴드(21)의 상응하는 분기 섹션(23)의 하류 단부에 배치된다. 본 예에서, 가스 운동 제어 밸브(31)의 밸브 샤프트(32)는 격벽(11)의 상류측의 격벽(11)의 (상류) 연장부에 위치된다. 도1의 예에서, 밸브 샤프트(32)는 격벽(11)의 상류 단부(11b)의 상류측에서 격벽(11)의 상류 단부(11b)에 인접한 위치에 위치된다. 밸브 샤프트(32)는 흡기 매니폴드(21)의 분기 섹션(23)에 지지되고 플레이트형 밸브 요소(33)는 밸브 샤프트(32)에 고정식으로 장착된다. 밸브 요소(33)는 일방향으로 밸브 샤프트(32)로부터 연장하는 제1 부분(또는 주요부)(33a)과, 대향 방향으로 밸브 샤프트(32)로부터 연장하는 제2 부분(짧은 연장부)(33b)을 포함한다. 제2 부분(33b)은 제1 부분(33a)보다 짧다. 제1 부분(33a)은 도2에 도시된 분기 통로(24)의 하부 절반부에 상응하는 타원의 절반부와 같이 형성된다. 제2 부분(33b)은 실린더 헤드(3)의 베어링 표면(22)과 격벽(11)의 직선 상류 단부(11b)에 평행하게 직선으로 연장되는 하류 단부(33c)를 갖는다. 밸브 샤프트(32)는 격벽(11)의 상류 단부(11b)에서 폐쇄되지만, 밸브 요소(22)의 제2 부분(33b)과 격벽(11)의 상류 단부(11b) 사이의 간섭을 피하기 위한 거리만큼 상류 단부(11)로부터 이격된다. 본 예에서, 부분(33b)의 하류 단부(33c)는 분기 섹션(23)의 플랜지 표면으로부터 상류측으로 약간 리세스된 위치에 위치된다. 분기 섹션(23)의 플랜지 표면은 실린더 헤드(3)의 베어링 표면(22)과 접촉하도록 놓여진다.

밸브 샤프트(3)는 작동기(도시안됨)와 연결된다. 가스 운동 제어 밸브(31)는 강한 텀블을 발생시키도록 기관 작동 상태에서 도1에 도시된 폐쇄 위치로 제어된다. 도1에 도시된 바와 같이 제2 통로 섹션(5B)의 상류 단부를 폐쇄하기 위한 폐쇄 위치에서, 제1 밸브부(33a)는 밸브 샤프트(32)의 상류측에 위치되고, 밸브 요소(33)는 흡기 유동을 상부측의 제1 통로 섹션(5A) 내로 내측벽 표면쪽으로 안내하도록 경사진다. 제1 밸브부(33a)는 경사 위치에서 밸브 샤프트(32) 아래의 영역을 완전히 폐쇄하기 위한 형상이다. 본 예에서, 밸브 요소(33)의 경사 각도[즉, 격벽(11)의 상류 연장부와 밸브 요소(33) 사이에 형성된 각도]는 30°내지 40°의 범위에서 폐쇄 상태이다. 폐쇄 상태에서, 제2 밸브부(33b)는 격벽(11)의 수준 상으로 상부 통로 섹션(5A)의 상방으로 돌출한다. 격벽의 상류 단부(11b)와 제2 밸브부(33b)의 하류 단부(33c)의 사이에는 하부 통로 섹션(5B)이 가스 운동 제어 밸브(31)에 의해 폐쇄될 때 하부 통로 섹션(5B)으로부터 상부 통로 섹션(5A)으로의 하부 통로 섹션(5B)의 흡기 공기의 유동을 조절하기 위한 연결 통로로서 제공되는 간극(12)이 형성된다. 도2에 도시된 예에서, 이러한 간극(12)은 격벽(11)의 직선 상류 단부(11b)와 밸브 요소(33)의 직선 하류 단부(33c) 사이에서 직선 슬릿과 같이 균일한 폭을 갖고 측방향으로 연장된다.

흡기 공기량이 커지는 고속 고 로드 영역과 같은 기관의 작동 영역에서, 가스 운동 제어 밸브(31)는 밸브 요소(33)가 (흡기 공기의 유동 방향을 따라) 흡기 포트(5)의 종방향으로 연장하는 개방 위치로 된다. 개방 위치일 때, 가스 운동 제어 밸브(31)의 제1 및 제2 밸브부(33a, 33b) 모두는 유동 방향을 따라 격벽(11)과 일렬로 격벽(11)의 상류 단부(11b)로부터 연속적으로 연장하여 유동 저항이 최소가 된다. 제2 밸브부(33b)의 하류 단부는 격벽의 상류 단부(11B)에 인접하게 대면한다.

연료 분사 장치(연료 분사 밸브)(41)는 각각의 실린더의 흡기 포트(5) 내로 연료를 분사하기 위한 것이다. 연료 분사 장치(41)는 실린더 헤드(3)의 흡기 포트(5) 상에 배치된다. 본 예에서, 연료 분사 장치(41)는 한 쌍의 흡기 밸브(7)쪽으로 지시되도록 V자 형상으로 분기된 연료 분무(F)를 생성하기 위한 형식이다. 연료 분사 장치(41)는 도2의 평면도에서 도시된 바와 같이 측방향 또는 폭방향(즉, 기관의 전후방 방향)으로 중간에 위치된다. 도2에 도시된 바와 같이, 하나의 흡기 포트(5), 두 개의 흡기 밸브(7), 하나의 연료 분사 장치(41) 및 하나의 가스 운동 제어 밸브(31)를 포함하는 흡기 시스템은 축대칭으로 사실상 대칭이다. 도1에 도시된 바와 같이, 연료 분사 장치(41)는 경사지고 흡기 밸브(7)에 인접하는 비교적 하류 위치에 위치되어 연료 분무(F)는 격벽(11)의 간섭없이 흡기 밸브(7)의 밸브 개구로 지시된다. 연료 분사 장치(41)의 전방 단부의 연료 분출 구멍은 격벽(11) 위에 위치되고, 밸브 개구 위치에서 연료가 각각의 흡기 밸브(7)의 밸브 개구의 직경과 대략 동일한 크기로 살포될 때까지 격벽(11)의 하류 단부(11a)의 하류측의 공간(5C)을 통해 연료 분무 살포를 생성하도록 사선 방향으로 지시된다. 이러한 연료 분무(F)는 격벽(11)의 상측으로부터 격벽(11)의 가상 연장부의 하측으로 격벽(11)의 가상 하류 연장부를 통해 사선으로 통과한다. 본 예에서, 격벽(11)은 하류측으로 연장하고 격벽(11)의 하류 단부(11a)는 연료 분무(F)가 격벽(11)에 영 향을 미치지 않도록 제공되는 가능한 한 하류에 위치된다. 격벽(11)은 하류측으로부터 연료 분무(F)의 경계에 매우 근접한 위치까지 연장된다. 연료 분무(F)의 형상은 흡기 포트의 압력 또는 다른 인자에 더 또는 덜 종속되도록 변경된다. 따라서, 격벽(11)의 하류 단부(11a)의 위치는 연료 분무(F)의 간섭을 방지하도록 대략의 여유를 갖고 결정된다. 리세스부(42)는 흡기 포트(5)의 상부벽 표면에 형성되어 연료 분무(F)가 실린더 헤드(3)의 내부벽과 간섭하지 않고 리세스부(42)의 공간을 통과한다.

본 예의 내연 기관은 배기 가스 재순환 시스템(EGR) 제어 밸브를 포함하는 공지된 형식의 배기 가스 재순환 시스템(EGR)을 더 구비한다. 특히, 이러한 기관은 실린더 내의 텀블의 도움으로 높은 EGR 비율에서 안정적인 연소를 달성함으로써 부분 로드(part-load) 기관 작동 영역에서 연료 소비를 더 감소시키도록 배열된다. EGR 가스는 흡기 매니폴드(21)의 수집기 섹션 내로 도입되거나 각각의 분기 통로(24) 내로 도입될 수 있다.

이렇게 구성된 흡기 시스템은 흡기 행정에서 흡기 밸브(7)들이 개방되고 피스톤(10)은 실린더(2)의 하방으로 내려가도록 작동된다. 이러한 경우, 흡기 공기는 각각의 흡기 밸브(7) 주위의 개방 개구를 통해 실린더(2) 내로 유동한다. 만일, 이러한 경우, 가스 운동 제어 밸브(31)는 개방 위치이고, 흡기 공기는 상부 및 하부 통로 섹션(5A, 5B) 모두를 통해 유동하고, 흡기 공기는 흡기 밸브(7) 쪽으로 균일하게 실린더(2) 내로 유동한다. 따라서, 실린더 내 가스의 유동은 비교적 약하다.

한편, 가스 운동 제어 밸브(31)가 도3에 개략적으로 도시된 바와 같이 폐쇄 위치이면, 제2 통로 섹션(5B)은 폐쇄되고, 흡기 공기는 상부 통로 섹션(5A)만을 통해 실린더(2)쪽으로 유동한다. 특히, 흡기 포트(5)의 상부 내측벽(5a)을 따른 흡기 공기 흐름은 증가되지만, 흡기 포트(5)의 하부 내측벽 표면(5b)을 따른 흡기 공기 흐름은 감소된다. 따라서, 흡기 유동률은 작아지고, 흡기 밸브(7)와 실린더(2)의 외주면 사이의 개방 개구의 하부(20a)에서 유동 속도가 낮아진다. 흡기 밸브(7)와 스파크 플러그(9) 사이에 형성된 개구의 상부(20b)에서, 흡기 유동률은 크고 유동 속도는 높다. 실린더(2)에서, 흡기 밸브(7)들의 내측으로부터 배기 밸브(8)의 배기측으로, 그리고 피스톤 크라운쪽으로 도1에 화살표로 도시된 바와 같은 강한 텀블링 유동 운동(소위 전방 텀블이라 함)이 형성된다. 게다가, 도3에 도시된 폐쇄 상태에서의 가스 운동 제어 밸브(31)는 상부 통로 섹션(5A)만으로 유로를 스로틀링하는 스로틀부로서 제공되고, 따라서 격벽(11)의 상류 단부(11b)에 인접한 위치에서 상부 통로 섹션(5A)의 국부적인 저압 영역(13)을 생성한다. 연결 통로(12)는 이러한 저압 영역(13)으로 개방되고, 하부 통로 섹션(5B)의 하류 개방 단부(14)와 연결 통로(12) 사이에 압력차가 형성된다. 이러한 압력차 때문에, 흡기 공기의 일부는 하류 개방 단부(14)로부터 하부 통로 섹션(5B)으로 들어가고 하부 통로 섹션(5B)을 통해 상류측으로 후방으로 유동하도록 되고 연결 통로(12)를 통해 상부 통로 섹션(5A)의 저압 영역(13)으로 방출된다. 따라서, 흡입 공기의 대부분은 상부 내측벽(5a)을 따라 흡기 밸브(7)로 유동한다. 따라서, 흡기 밸브(7)와 스파크 플러그(9) 사이에 형성된 개구의 상부(20b)를 통과한 흡기 공기 흐름은 더 증가되고, 흡기 밸브(7)와 실린더(2)의 외주면 사이의 개방 개구의 하부(20a)를 통한 흡기 공기 흐름은 감소된다. 따라서, 이러한 흡기 개구는 실린더 내 텀블을 더 증가시킬 수 있다. 이러한 흡기 장치는 상부 흡기 유동 흐름을 강화함으로써, 한편, 하부 내측벽 표면(5b)을 따라 실린더 내의 텀블 운동을 저해하는 이러한 방향으로 실린더(2) 내로 유동하는 하부 흡기 흐름을 감소시킴으로써 실린더의 텀블을 효과적으로 증진시킬 수 있다.

이렇게 생성된 강한 실린더 내의 텀블은 연료 절약을 증가시키는 EGR량을 증가시키는데 매우 유용하다. 부분 로드 영역에서, 흡기 시스템은 EGR량을 증가시키고 가스 제어 밸브(31)를 폐쇄함으로써 강한 텀블을 생성하여 더 우수한 연료 소비를 갖는 안정적인 연소를 달성할 수 있다.

본 예에서, 밸브 요소(33)의 제2 밸브부(33b)는 도3에 도시된 폐쇄 위치로, 상부 통로 섹션(5A) 쪽 상향으로 돌출되고, 따라서 연결 통로(12)를 통한 흡기 조절 유동을 보장하도록 제2 밸브부(33b) 후방에 효율적으로 저압 영역을 생성한다.

개방 위치에서, 가스 제어 밸브(31)의 밸브 요소(33)는 흡기 공기의 유동 저항의 증가를 최소화하도록 격벽(11)으로 연속해서 연장된다. 제2 밸브부(33b)는 흡기 공기 유동의 교란을 감소시키도록 연결 통로(12)의 개구 크기를 감소시킨다. 본 예에서, 플레이트형 밸브 요소(33)는 균일한 두께를 갖는 플레이트일 뿐 아니라 두께가 상류 단부로 점진적으로 작아지도록 밸브 요소(33)의 제1 밸브부(33a)가 테이퍼 가공되고, 제2 밸브(33b) 또한 테이퍼 가공되어 도1에 도시된 바와 같이 두께가 하류 단부(33c)로 점진적으로 작아진다. 이러한 밸브 요소(33)의 외형은 흡기 공기 유동 저항을 감소시키는데 효과적이다.

도4는 제1 실시예에 따른 흡기 시스템의 실제 흡기 공기 유동의 분석 결과를 도시한다. 도4에서, 각각의 지점에서의 유체 유동의 속도 및 방향은 작은 화살표로 벡터로써 도시된다. 화살표의 조밀도는 유동률을 나타낸다. 유동률은 화살표가 조밀한 영역에서 높고, 화살표가 성긴 영역에서 낮다. 도5는 연결 통로(12)가 폐쇄된 비교예의 흡기 공기 유동을 도시한다. 도5의 배열은 흡기 공기 유동이 격벽(11)에 의해 일측으로 편향되기만 하는 이전 기술의 흡기 시스템과 가스 운동 제어 밸브(31)에 상응한다. 도4 및 도5의 두 예들에서, 가스 운동 제어 밸브(31)의 개구도는 동일한 값(약 20%)으로 보유된다.

도4와 도5 사이의 비교로부터 명백한 바와 같이, 상당량의 흡기 공기가 도5의 예에서 격벽(11)의 하류 단부(11a)의 하류측의 하방으로 확산되고, 흡기 밸브(7)의 하부측의 하부 개방부(20a)를 통해 실린더 내로 유동한다. 하부 통로 섹션(5B)에서, 흡기 공기는 거의 운동이 없고 정체되어 있다. 이에 반해 도4의 경우에, 흡기 공기는 흡기 밸브(7)에 인접한 하부 영역으로부터 재순환된다. 따라서, 하부 개구부(20a)를 통한 흡기 유동은 상당히 감소되고, 따라서 상부 개구부(20b)를 통한 유동은 이에 상응하여 증가된다. 따라서, 도4의 흡기 구성은 실린더 내의 텀블을 효과적으로 증가시킬 수 있다.

도6은 도4와 도5의 예로써 격벽(11)과 가스 운동 제어 밸브(31)를 채용한 흡기 시스템의 텀블의 세기와 흡기 공기량 사이의 관계를 도시한다. 도6에서, 텀블의 세기는 흡기 행정동안 텀블 비율의 최대값으로 표현된다. 일반적으로, 텀블이 약할 때 연소는 느리고 불안정하고, 텀블이 강할 때 연소는 빠르고 안정적이다. 도5에 도시된 비교예의 특성은 도6에서 실선인 곡선으로 도시된다. 이러한 실선 특성의 경우에, 텀블과 흡기 공기량은 서로 다음과 같은 관계를 갖는다. 가스 운동 제어 밸브(31)의 개방 영역 비율 또는 개방도가 작은 값으로 설정되면, 텀블은 증가되지만 흡기 공기량은 작아진다. 한편 개방 영역 비율 또는 개방도가 증가되면, 흡기 공기량은 증가되지만 텀블은 감소된다. 흡기 공기량의 감소는 가스 운동 제어 밸브(31)가 폐쇄되는 작동 영역인 텀블이 생성될 수 있는 텀블 작동 영역의 면적의 저하를 의미한다. 역으로, 흡기 공기량의 증가는 텀블 작동 영역의 면적의 증가를 의미한다. 제1 실시예에 따른 도4의 예에서, 텀블을 일정하게 유지하면서 흡기 공기량을 증가시킬 수 있거나 또는 흡기 공기량(또는 개방도)을 일정하게 보유할 때 텀블이 증가되는 도6의 파단선으로 도시된 영역이 형성된다.

제1 실시예에 따른 흡기 시스템은 넓은 기관 작동 영역의 연소 중에 대량의 강한 텀블을 갖는 배기 가스 재순환을 이용하는 기관 작동 모드를 채용할 수 있어서, 총괄적으로 상당히 연료 절약을 개선한다. 동일한 작동 영역과 비교할 때, 제1 실시예에 따른 흡기 시스템은 강한 텀블의 조력으로 EGR량을 더 증가시킬 수 있고, 연료 소비를 더 개선할 수 있다.

본 발명에 따른 제1 실시예에서, 연료 분사 장치(41)는 흡기 매니폴드(21)의 하류측의 실린더 헤드(3)[흡기 매니폴드(21)가 아님)]에 장착되고, 연료 분사 장치(41)는 격벽의 하류 단부(11a)의 하류측에 형성된 공간(5C)을 통해 연료를 분사하기 위한 것이다. 따라서, 연료 분사 장치(41)에 의해 생성된 연료 분무(F)는 가스 제어 밸브(31)의 개폐 유무에 관계없이 격벽(11)에 영향을 미치지 않아서, 연료는 격벽(11)에의 부착 및 연료 액적의 성장 없이 실린더 내로 분사된다. 특히, 텀블을 증가시키기 위해 가스 제어 밸브(31)를 폐쇄한 상태에서, 연료 분무(F)는 하부 통로 섹션(5B)을 통해 재순환함으로써 상부 통로(5A)로 강화된 흡기 공기 흐름을 통합하고, 분무작용 및 혼합으로 실린더(2) 내로 유동한다. 냉각 출발 후의 공전 작동 또는 흡기 공기량이 적은 다른 작동 상태시에도, 흡기 포트(5) 내측벽 표면의 연료 벽 유동은 감소되고 HC량이 감소된다.

도8은 격벽(11)의 하류 단부(11a)의 위치와 냉각 작동에서의 HC 방출량 사이의 관계를 도시한다. 격벽(11)이 연장됨에 따라 HC 방출은 텀블의 효과에 의해 감소된다. 그러나, 격벽(11)의 하류 단부(11a)가 연료 분무(F)와 간섭을 시작하는 도8에 도시된 바와 같이 격벽(11)의 하류 단부(11a)가 간섭 지점 너머의 하류로 이동되면, HC 방출량은 급격하게 증가한다. 비교예(전술한 일본 특허 공개 제1994-159203호에 상응함)의 경우에, 연료 분무(F)는 도8에 도시된 바와 같이 격벽에 영향을 미치고 HC 방출량이 증가된다. 이에 반해, 본 발명에 따른 제1 실시예의 흡기 시스템은 연료 분무(F)와 격벽(11) 사이의 간섭을 피하기 위해 영향을 미치지 않는 범위의 제한까지 하류측으로 격벽(11)을 연장함으로써 HC 방출을 최소화할 수 있다.

도7은 격벽(11)의 하류 단부(11a)의 위치와 텀블의 세기 사이의 관계를 도시한다. 굵은 선은 본 실시예의 흡기 시스템의 특징을 도시하고, 가는 선은 도5의 비교예의 특성을 도시한다. 두 개의 특성에서, 격벽(11)의 길이가 증가하고 격벽 의 하류 단부(11a)의 위치가 하류측으로 이동됨에 따라 텀블의 세기가 증가한다. 격벽(11)의 길이가 동일할 때, 텀블의 세기는 하부 통로 섹션(5B)을 통한 흡기 재순환의 효과에 의한 본 실시예가 비교예보다 더 크다. 격벽(11)이 간섭 지점 너머의 하류측으로 연장될 때, HC 방출의 악화, 연료 벽 유동의 불균일성 및 연료 응답성의 악화와 같은 문제들이 발생한다. 비교예로써 지지된 지점의 이용은 바람직하지 않다. 달리 말하면, 본 실시예와 유사한 텀블을 얻기 위해서, 비교예에서는 연료 분무의 간섭에도 불구하고 격벽의 길이를 하류측으로 증가시키는 것이 필요하다. 도7에 굵은 선으로 도시된 실시예에서, 연료 분무와 격벽 사이의 간섭에 의한 문제점없이 충분히 텀블의 세기를 증가시키는 것이 가능하다.

도9 및 도10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 흡기 시스템을 개략적으로 도시한다. 이러한 흡기 시스템은 동일한 도면부호를 이용하여 도시된 대부분의 지점에서 도1의 흡기 시스템과 사실상 동일하다. 가스 제어 밸브(31)의 밸브 요소(33)는 제1 밸브부(33a)를 갖고, 제2 밸브 격벽(33b)을 갖지 않는다. 밸브 요소(33)의 일단부는 그 사이에 공차가 거의 없이 격벽의 상류 단부(11b)에 인접한 위치에서 위치된다. 밸브 요소(33)는 격벽(11)의 상류 단부(11b)로부터 연속적으로 연장한다.

제2 실시예에서, 연결 통로(12')는 상류 단부(11b)에 인접한 격벽(11)의 상류 단부에서 개방된다. 도10에 도시된 바와 같이, 연결 통로(12')는 격벽(11)의 상류 단부(11b)에 평행하게 실린더 열의 방향[흡기 포트(5)의 종방향에 직각인 방향 또는 격벽(11)의 폭방향]으로 연장하는 슬릿의 형상이다. 도9에 도시된 바와 같이 하부 통로 섹션(5B)이 가스 제어 밸브(31)에 의해 폐쇄될 때, 연결 통로(12') 는 상부 통로 섹션(5A)에 형성된 저압 영역(13)으로 개방된다.

밸브 요소(33)가 하부 통로 섹션(5B)의 상류 단부를 폐쇄하는 폐쇄 위치에서, 격벽(11)의 연결 통로(12')는 폐쇄 위치에서 가스 운동 제어 밸브(31)에 의해 형성된 저압 영역(13)으로 개방된다. 따라서, 도1 및 도2에 도시된 제1 실시예와 같이, 흡기 공기의 일부는 하류 단부(14)로부터 하부 통로 섹션(5B)을 통해 연결 통로(12')로 재순환된다. 제2 통로 섹션(5B)을 폐쇄하는 폐쇄 위치에서, 가스 운동 제어 밸브(31)의 플레이트 밸브 요소(33)는 상부 내측벽 표면(5a)쪽으로 제1 통로 섹션(5A) 내로 흡기 공기를 안내하도록 약간 경사진다. 개방 위치에서, 플레이트 밸브 요소(33)는 격벽(11)으로부터 상류측으로 연속적으로 연장한다.

연료 분사 장치(연료 분사 밸브)(41)는 흡기 밸브(7)에 인접한 비교적 하류 위치에서 실린더 헤드(3)의 흡기 포트(5) 위의 실린더 헤드(3)에 배치되어, 전술한 실시예와 같이, 연료 분무(F)가 격벽(11)의 간섭없이 흡기 밸브(7)의 밸브 개구로 지시된다. 이러한 연료 분무(F)는 격벽(11)의 상류측으로부터 격벽(11)의 가상의 하류 연장부를 통해 격벽(11)의 가상 연장부의 하부측으로 사선으로 통과한다. 이러한 예에서, 격벽(11)은 하류측으로 연장되고 연료 분무(F)가 격벽(11)의 영향을 받지 않도록 격벽(11)의 하류 단부(11a)는 가능한 길게 하류에 위치된다. 격벽(11)은 연료 분무(F)의 외측 경계에 매우 근접한 위치까지 하류측으로 연장한다.

제1 및 제2 실시예에 따른 흡기 시스템들은 텀블(수직 스월)을 강화하도록 설계된다. 그러나, 본 발명에 따른 흡기 시스템은 격벽(11)의 위치 및 배향을 변 경함으로써 실린더(2)의 스월(수평 스월)을 강화시키는 데 이용될 수 있다. 선택적으로, 흡기 시스템은 텀블링 운동 및 스월 운동을 결합함으로써 사면의 스월 운동을 강화하도록 배열될 수 있다.

도11 내지 도14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 흡기 시스템을 도시한다. 이러한 흡기 시스템은 동일한 도면부호를 이용하여 도시된 대부분의 지점에서 제1 실시예의 흡기 시스템과 사실상 동일하다. 도11 및 도12에 도시된 격벽(11)은 제1 및 제2 측부 또는 홈(11A)을 따라 연장하는 측부 플랜지(11B)들 사이에서 격벽(11)의 종방향 또는 흡기 포트(5)의 종방향으로 연장하는 홈(11A)이 형성된다. 홈(11A)은 (기관의 전후방 방향으로) 격벽(1)의 폭의 중간에 위치되고, 하부 통로 섹션(5B)쪽으로 하향으로 내려간다. 본 예에서, 홈(11A)은 하류 단부(11a)로부터 상류 단부(11b)로 격벽(11)의 전체 길이 상으로 연장한다. 홈(11A)의 단면 형상은 격벽(11)의 하류 단부(11a)로부터 상류 단부(11b)까지의 전체 길이 상에서 균일하다. 도11A는 비교적 얕고, 도12 및 도13에 도시된 바와 같이 비교적 넓은 폭과 폭에 비해 얕은 깊이를 갖는다. 홈(11A)의 각각의 측부는 도13에 도시된 바와 같이 부드럽게 굴곡된다. 제1 및 제2 측부 플랜지(11B)들은 동일면에 형성되고, 제1 및 제2 측부 플랜지(11B)들은 편평하고 서로에 대해 평탄하다. 각각의 제1 및 제2 측부 플랜지(11B)의 측방향 단부는 실린더 헤드(3)의 재료로 주조된다.

이러한 예에서, 가스 운동 제어 밸브(31)의 밸브 샤프트(32)는 격벽(11)의 상류측의 격벽의 제1 및 제2 측부 플랜지(11B)들의 (상류) 연장부에 위치된다. 플레이트형 밸브 요소(33)는 밸브 샤프트(32)에 고정식으로 장착된다. 밸브 요소(33)는 제1 실시예와 같이 밸브 샤프트(32)로부터 일방향으로 연장하는 제1 부분(또는 주요부)(33a)과 대향 방향으로 연장하는 제2 부분(짧은 부분)(33b)을 포함한다. 제2 부분(33b)은 제1 부분(33a)보다 짧다. 제1 부분(33a)은 도2에 도시된 바와 같이 분기 통로(24)의 하부 절반부의 형상에 상응하는 타원의 절반부와 유사한 형상이다. 제2 부분(33b)은 실린더 헤드(3)의 베어링 표면(22) 및 격벽(11)의 직선 상류 단부(11b)와 평행하게 직선으로 연장하는 하류 단부(33c)를 갖는다. 밸브 샤프트(32)는 격벽(11)의 상류 단부(11b)로 폐쇄되지만, 밸브 요소(33)의 제2 부분(33b)과 격벽(11)의 상류 단부(11b) 사이에서 간섭을 방지하도록 거리를 두고 상류 단부(11)와 이격된다. 이러한 예에서, 부분(33b)의 하류 단부(33c)는 분기 섹션(23)의 단부 플랜지 표면으로부터 상류측으로 약간 리세스된 위치에 위치된다. 분기 섹션(23)의 플랜지 표면은 실린더 헤드(3)의 베어링 표면(22)과 접촉된다.

밸브 샤프트(32)는 작동기(도시안됨)에 연결된다. 가스 운동 제어 밸브(31)는 텀블을 강화시키도록 기관 작동 영역에서 도11에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치로 제어된다. 도11에 도시된 바와 같이 제2 통로 섹션(5B)의 상류 단부가 폐쇄되는 폐쇄 위치에서, 제1 밸브부(33a)는 밸브 샤프트(32)의 상류측에 위치되고, 밸브 요소(33)는 상부측의 제1 통로 섹션(5A) 내로 상부 내측벽 표면쪽으로 흡기 유도를 안내하도록 경사진다. 제1 밸브부(33a)는 경사 위치에서 밸브 샤프트(32) 아래의 영역을 완전히 폐쇄하기 위한 형상을 갖는다. 이러한 예에서, 폐쇄 상태에서의 밸브 요소(33)의 경사 각도(θ)[즉, 격벽(11)의 상류 연장선(m)과 밸브 요소(33)사이에 형성된 각도]는 30°내지 40°의 범위에 있다. 폐쇄 상태에서, 제2 밸브부(33b)는 격벽(11) 수준 위로, 즉 측부 플랜지(11B)들의 수준 위로 상부 통로 섹션(5A)의 상방으로 돌출한다. 격벽의 상류 단부(11b)와 제2 밸브부(33b)의 하류 단부(33c) 사이에, 제1 실시예와 같이 하부 통로 섹션(5A)이 가스 운동 제어 밸브(31)에 의해 폐쇄될 때 하부 통로 섹션(5B)으로부터 상부 통로 섹션(5A)으로 하부 통로 섹션(5B)의 흡기 공기의 유동을 조절하기 위해 연결 통로로써 제공되는 간극(12)이 형성된다.

격벽(11)의 상류 단부(11b)는 직선일 뿐만 아니라 도14에 도시된 바와 같이 상류 단부(11b)는 굴곡될 수 있다. 격벽(11)의 상류 단부(11b)는 흡기 매니폴드(21)가 결합되는 베어링 표면(22)에 평행하고 측부 플랜지(11B)들이 형성되는 면에 직각인 편평 단부면이 형성된다. 가스 제어 밸브(31)의 폐쇄 위치에서, 연결 통로로서 제공되는 간극(12)은 밸브 요소(33)를 따라 화살표(β)에 의해 지시된 방향으로부터 취한 도14에 도시된 바와 같이, 플랜지(11B)들의 측부 영역들보다 좁고 홈(11A)의 중심 영역보다 넓다. 즉, 연결 통로(12)는 흡기 통로(5)의 중심 영역의 개구 크기보다 크게 제조되고 흡기 통로(5)의 내측벽 부근보다 작게 제조된다.

흡기 공기량이 커지는 고속 및 고 로드 영역과 같은 기관 작동 영역에서, 가스 운동 제어 밸브(31)는 밸브 요소(33)가 흡기 포트(5)의 (흡기 공기의 유동 방향을 따라) 종방향으로 연장되는 개방 위치로 된다. 개방 위치일 때 가스 운동 제어 밸브(31)의 제1 및 제2 밸브부(33a, 33b) 모두는 격벽(11)의 제1 및 제2 측부 플랜지(11B)로부터 유동 방향을 따라 격벽(11)과 일렬로 연속적으로 연장하여 통로 저 항은 최소가 된다. 제2 밸브부(33b)의 하류 단부(33c)는 격벽(11)의 상류 단부(11b)에 대면한다.

연료 분사 장치(41)는 실린더 헤드(3)의 흡기 포트(5) 위에 배치된다. 이러한 예에서, 연료 분사 장치(41)는 각각 한 쌍의 흡기 밸브(7)들 쪽으로 연료가 지시되도록 V자형으로 분기되는 한 쌍의 연료 분무(F)를 생성하는 형식이다. 연료 분사 장치(41)는 도12의 평면도에 도시된 바와 같이 측방향 또는 폭방향의 중간에 위치된다. 도11에 도시된 바와 같이, 연료 분사 장치(41)는 흡기 밸브(7) 근처의 비교적 하류 위치에 경사져서 위치되어 연료 분무(F)들은 격벽(11)과 간섭없이 흡기 밸브(7)의 밸브 개구로 지시된다. 연료 분사 장치(41)의 전방 단부에서 연료 분출 구멍은 격벽(11) 위에 위치된다. 리세스부(42)는 흡기 포트(5)의 상부벽 표면에 형성되어 연료 분무(F)들은 실린더 헤드(3)의 내부벽과 간섭하지 않고 이러한 리세스부(42)의 공간을 통과한다.

도13에 도시된 바와 같이, 연료 분무(F)들은 격벽(11)의 하류 단부에서 홈(11A) 내에서 영역을 통과한다. 홈(11A)은 연료 분무(F)와 간섭을 방지하고 격벽의 하류 단부(11a)의 하류측으로의 위치의 이동을 허용하도록 내려간다. 상류 단부(11b)에서의 연결 통로(12)의 형상과 하류 단부(11b)와 연료 분무(F) 사이의 특별한 관계의 효과를 최대화하도록 홈(11A)의 깊이와 폭이 결정된다. 도13의 예에서, 홈(11A)은 좌측 및 우측 연료 분무(F)들을 수용하는데 충분한 폭으로 제조되고, 홈(11A)의 깊이는 연료 분무(F)의 하부의 통로가 홈(11A) 내의 공간을 통과하도록 결정된다.

이러한 예의 내연 기관은 EGR 제어 밸브를 포함하는 공지된 형식의 배기 가스 재순환(EGR) 시스템을 더 구비한다. 특히, 이러한 기관은 실린더 내의 텀블의 조력으로 높은 EGR 비율에서 안정적인 연소를 달성함으로써 부분 로드 기관 작동 영역에서 연료 소비를 더 감소시키도록 배열된다.

도11의 흡기 시스템은 도3 내지 도6을 참조하여 설명되는 것과 동일한 방식으로 작동된다.

격벽(11)의 중심에 형성된 중심 홈(11A)은 격벽(11)의 상류측의 중심 영역에서 연결 통로(12)를 확장시키도록 기능하고, 따라서, 연결 통로(12)를 통한 흡기 재순환의 효과를 개선한다. 흡기 공기 유동의 유동 속도는 내측벽 근처의 영역보다 중심 영역이 높고, 저압 영역은 가스 제어 밸브(31)의 하류측의 중심 영역에서 특히 성장된다. 따라서, 중심 홈(11A)을 갖는 격벽(11)을 구비한 흡기 시스템은 신속하게 중심 흡기 공기 유동을 효율적으로 이용할 수 있고 흡기 공기 재순환의 효과를 개선시킬 수 있다. 가스 제어 밸브(31)의 폐쇄 상태에서, 홈(11A)은 흡기 재순환이 유리하도록 상부 통로 섹션(5A)의 흡기 공기 유동을 안내하고 매끄럽게 하도록 작용한다.

홈(11A)에서, 연결 통로(12)의 개구 크기는 가스 제어 밸브(31)의 폐쇄 상태를 증가시킨다. 따라서, 이러한 흡기 시스템은 흡기 재순환의 효과를 개선시킬 수 있고, 연결 통로(12)의 개구 크기의 감소없이 격벽(11)의 상류 단부쪽으로 가스 제어 밸브(31)의 위치를 이동시키도록 할 수 있다. 따라서, 분기 섹션(23)의 직선 하류부가 짧아질 때, 가스 제어 밸브(31)의 개방 위치의 유동 저항의 바람직하지 않은 증가를 억제하는 것이 가능하다.

격벽(11)의 하류 단부에서의 홈(11A)의 형성은 텀블의 보강에 유리하도록 연료 분무(F)와 간섭을 일으키지 않고 더 하류측으로 격벽(11)의 하류 단부 위치를 이동시키도록 한다.

가스 제어 밸브(31)의 밸브 요소(33)가 도4의 예에 도시된 바와 같이 격벽(11)에 직각이면, 연결 통로(12)의 폭은 홈(11A)의 중심 영역과 측부 플랜지(11B)들의 측부 영역 사이에서 동일하다. 이러한 경우, 격벽(11)과 밸브 요소(33) 사이의 유로의 크기가 홈(11A)의 형성에 의해 너무 증가된다. 밸브 요소(33)의 경사각(θ)이 90°보다 작을 때, 연결 통로(12)는 격벽(11)의 중심 영역으로 확장된다.

도15 내지 도18은 본 발명의 제4 실시예에 따른 흡기 시스템을 도시한다. 이러한 흡기 시스템은 동일한 도면부호를 이용하여 도시된 대부분의 지점에서 제3 실시예의 흡기 시스템과 사실상 동일하다. 도15 및 도16에 도시된 격벽(11)은 제1 및 제2 측부 플랜지(11B)들 사이에 격벽(11)의 종방향 또는 흡기 포트(5)의 종방향으로 연장하는 한 쌍의 평행한 홈(11A)들이 형성된다. 홈(11A)들 사이에, 랜드부(11C)가 측부 플랜지(11B)와 동일 평면으로 연장한다. 두 홈(11A)들은 단면 형상이 동일하다. 홈(11A)들은 격벽(11)의 폭의 중간에 위치되고 하부 통로 섹션(5B)쪽으로 하향으로 눌려진다. 이러한 예에서, 홈(11A)들은 하류 단부(11a)에서 상류 단부(11b)로 격벽(11)의 전체 길이에 걸쳐 연장한다. 각각의 홈(11A)의 단면 형상은 격벽(11)의 하류 단부(11a)로부터 상류 단부(11b)까지 전체 길이에 걸 쳐 균일하다. 각각의 홈(11A)은 비교적 얕고, 도17에 도시된 바와 같이 비교적 넓은 폭과 폭에 비해 얕은 깊이를 갖는다. 도17에 도시된 바와 같이, 각각의 홈(11A)의 단면은 주축을 따라 타원형으로 절결된 절반부와 유사한 형상이다. 제1 및 제2 측부 플랜지(11B)들과 랜드부(11C)는 동일평면 상에 형성되고 평편하고 서로에 대해 평탄하다. 각각의 제1 및 제2 측부 플랜지(11B)들의 측방향 단부는 실린더 헤드(3)의 재료로 주조된다.

도17에 도시된 바와 같이, 연료 분무(F)들의 일부는 격벽(11)의 하류 단부에서 각각 홈(11A)의 내측 영역을 통과한다. 홈(11A)들은 연료 분무(F)와의 간섭을 방지하고 연료 분무(F)의 하부가 홈(11A)의 내측 영역을 통과하도록 눌려진다.

홈(11A)들에서, 연결 통로(12)의 개구 크기는 도18에 도시한 바와 같이 증가되고 격벽(11)의 길이는 제3 실시예와 유사하게 증가될 수 있다. 따라서, 제4 실시예의 이러한 흡기 시스템은 제3 실시예와 동일한 장점을 제공할 수 있다. 특히, 한 쌍의 홈(11A)들은 한 쌍의 흡기 공기 흐름을 매끄럽게 각각의 흡기 밸브(7)쪽으로 안내하도록 기능하고, 따라서 흡기 포트(5)의 흡기 밸브(7)들 사이에서 중심벽(15)에 대해 영향을 미치는 유동을 감소시킨다.

도시된 예들에서, 적어도 하나의 격벽(11)과 가스 운동 제어 밸브(31)는 유동 조절 섹션에 상응한다. 흡기 포트를 한정하는 제1 수단은 적어도 실린더 헤드(3)에 상응한다. 흡기 포트를 제1 및 제2 통로 섹션으로 분할하기 위한 제2 수단은 격벽(11)에 상응한다. 제2 통로 섹션의 상류 단부를 폐쇄하고 제1 통로 섹션의 저압 영역을 형성하기 위한 제3 수단은 밸브 요소(33)에 상응한다. 연결 통 로(12) 또는 연결 통로(12)를 한정하는 부분은 제2 통로 섹션의 상류 단부가 폐쇄될 때, 제2 통로 섹션의 하류 단부로부터 제2 통로 섹션을 통해 제1 통로 섹션의 저압 영역으로 흡기 공기를 빼내기 위한 제4 수단에 상응한다. 연료 분사 장치(41)는 제1 통로 섹션으로부터 격벽과 흡기 포트의 하류 단부 사이의 공간(5C)을 통해 제2 통 섹션으로 연장하는 사선 방향으로 연료를 분사하기 위한 제5 수단에 상응한다.

본 발명의 다른 태양에 따라, 내연 기관은, 기관의 실린더로 인도되는 흡기 공기를 한정하는 실린더 헤드와, 흡기 포트의 하류 단부에 위치된 흡기 밸브와, 흡기 포트의 흡기 공기 유동을 조절하기 위한 유동 조절 섹션을 포함하고, 상기 유동 조절 섹션은, 상류 단부로부터 하류 단부까지의 흡기 포트의 종방향으로 흡기 포트 내에서 연장되고 흡기 포트를 제1 및 제2 통로 섹션으로 분할하고 흡기 포트의 종방향으로 연장되는 홈이 형성된 격벽과, 제2 통로 섹션을 개폐하기 위해 격벽의 상류 단부에 위치되는 가스 운동 제어 밸브와, 제2 통로 섹션이 가스 운동 제어 밸브에 의해 폐쇄될 때 제2 통로 섹션으로부터 제2 통로 섹션으로의 제2 통로 섹션 내의 흡기 공기의 유동을 조절을 허용하는 연결 통로를 포함한다.

본 출원은 2003년 4월 3일자로 출원된 일본 특허 출원 제2003-100197호 및 2003년 4월 3일자로 출원된 일본 특허 출원 제2003-100201호에 기초한다. 이들 일본 특허 출원 제2003-100197호 및 제2003-100201호의 전체 내용은 본원에서 참조로 합체된다.

본 발명은 본 발명의 실시예들을 참조함으로써 전술하였지만, 본 발명은 전 술한 실시예들에 제한되지 않는다. 전술한 실시예들의 변경 및 변형은 전술한 내용에 비추어 해당 기술 분야 종사자에 의해 실시될 수 있다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구의 범위를 참조하여 한정된다.

상기와 같이 구성함으로써, 흡기 포트의 개방 면적 비율을 과도하게 감소시키지 않고 실린더 내의 가스 운동을 증가시키는 흡기 시스템을 제공할 수 있다.

Claims

내연 기관은,

상기 기관의 실린더로 인도하는 흡기 포트를 한정하는 실린더 헤드와,

상기 흡기 포트의 하류 단부에 위치한 흡기 밸브와,

상기 흡기 포트의 흡기 공기 유동을 조절하기 위한 유동 조절 섹션과,

연료를 격벽의 하류 단부의 하류측의 공간을 통해 흡기 밸브의 밸브 개구 쪽으로 분사하도록 지시하는 연료 분사 장치를 포함하고,

상기 유동 조절 섹션은,

상류 단부로부터 실린더 헤드가 위치되는 하류 단부쪽으로 흡기 포트의 종방향으로 흡기 포트에서 연장되고 흡기 포트를 제1 및 제2 통로 섹션으로 분할하는 격벽과,

상기 제2 통로 섹션을 개폐하도록 상기 격벽의 상류 단부에 위치한 가스 운동 제어 밸브와,

상기 제2 통로 섹션이 가스 운동 제어 밸브에 의해 폐쇄될 때 상기 제2 통로 섹션으로부터 제1 통로 섹션으로의 제2 통로 섹션의 흡기 공기의 유동을 조절하도록 하는 연결 통로를 포함하는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 연료 분사 장치는 격벽의 하류 단부의 하류측의 공간을 통해 격벽의 영향없이 흡기 밸브의 밸브 개구쪽으로 격벽의 가상 연장부를 가로 질러 연료 분무가 투사되도록 지시되는 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 격벽의 하류 단부는 연료 분사 장치에 의해 생성된 연료 분무의 외측 경계에 근접한 내연 기관.
제1항에 있어서, 상기 연료 분사 장치는 격벽 위에 배치되는 내연 기관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 분사 장치는 흡기 포트의 제1 통로 섹션에 형성된 리세스 내에 수용되는 내연 기관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기관의 실린더는 두 개의 흡기 밸브를 구비하고, 상기 연료 분사 장치는 실린더의 흡입 밸브들의 밸브 개구들 모두로 연료를 분사하도록 배열된 내연 기관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격벽은 흡기 포트의 종방향으로 연장하는 홈이 형성되는 내연 기관.
제7항에 있어서, 상기 홈은 격벽의 상류 단부로 연장하고 연결 통로는 가스 운동 제어 밸브와 홈의 상류 단부 사이에 형성되는 내연 기관.
제7항에 있어서, 상기 홈은 격벽의 하류 단부로 연장하고 홈의 하류 단부는 연료 분사 장치에 의해 생성된 연료 분무와 격벽의 하류 단부 사이에서의 간섭을 방지하도록 눌려져 있는 내연 기관.
제9항에 있어서, 상기 홈의 하류 단부는 연료 분사 장치로부터의 연료 분무가 격벽의 하류 단부의 홈 내의 영역을 통과하도록 눌려져 있는 내연 기관.
제7항에 있어서, 상기 홈은 격벽의 하류 단부로부터 격벽의 상류 단부로 연장하는 내연 기관.
제11항에 있어서, 상기 홈의 단면은 격벽의 하류 단부로부터 격벽의 상류 단부까지 균일한 내연 기관.
제7항에 있어서, 상기 격벽은 흡기 포트의 종방향으로 연장하는 제1 및 제2 측부를 포함하고, 상기 홈은 제1 및 제2 측부들 사이에 형성되는 내연 기관.
제7항에 있어서, 상기 홈은 제2 통로 섹션쪽으로 눌려져 있는 내연 기관.
제7항에 있어서, 상기 격벽은 복수의 홈이 형성되는 내연 기관.
제15항에 있어서, 상기 기관의 실린더는 두 개의 흡기 밸브를 구비하고, 연료 분사 장치는 각각 실린더의 흡기 밸브의 밸브 개구로 지시되는 두 개의 연료 분무를 생성하도록 배열되고, 격벽은 연료 분사 장치에 의해 생성된 특정한 연료 분무와 격벽의 하류 단부 사이에서의 간섭을 방지하기 위해 눌려지도록 두 개의 홈이 각각 형성되는 내연 기관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 운동 제어 밸브는 격벽의 가상 상류 연장부 상에 위치하는 밸브 샤프트와, 흡기 포트의 종방향으로 격벽에 연속적으로 연장하는 개방 위치와 밸브 요소가 제2 통로 섹션을 폐쇄하는 폐쇄 위치 사이로 밸브 샤프트 상에서 밸브 요소가 스윙가능하고 제1 통로 섹션쪽으로 상류측으로부터 흡기 공기 흐름을 안내하도록 경사진 밸브 요소를 포함하는 내연 기관.
제17항에 있어서, 상기 가스 운동 제어 밸브는 제2 통로 섹션을 폐쇄하는 제1 밸브부와 제2 통로 섹션이 제1 밸브부에 의해 폐쇄될 때 제1 통로 섹션 내로 돌출하는 제2 밸브부를 포함하는 내연 기관.
제18항에 있어서, 상기 가스 운동 제어 밸브가 제2 통로 섹션을 개방하는 개방 위치일 때, 상기 가스 운동 제어 밸브의 제2 밸브부는 연결 통로의 개방 면적을 감소시키도록 적어도 부분적으로 연결 통로를 폐쇄하는 내연 기관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 통로 섹션은 기관의 실린더의 상하방향으로 제1 통로 섹션 아래에 위치되는 내연 기관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 운동 제어 밸브는 흡기 포트의 제1 통로 섹션에 저압 영역을 생성하도록 흡기 포트의 개방 단면적을 감소시키도록 배열되고, 연결 통로는 제2 통로 섹션의 하류 단부로부터 제2 통로 섹션의 상류 단부까지, 그리고 제2 통로 섹션이 가스 운동 제어 밸브에 의해 폐쇄될 때 제1 통로 섹션의 상류 단부로부터 제2 통로 섹션의 흡기 공기의 유동의 조절을 증진시키도록 제2 통로 섹션의 상류 단부를 제1 통로 섹션에서 생성된 저압 영역에 연결시키는 내연 기관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 통로는 흡기 포트의 종방향에 직각인 방향으로 연장하는 슬릿 형상인 내연 기관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 통로는 제2 통로 섹션을 폐쇄하는 폐쇄 위치의 가스 운동 제어 밸브와 격벽의 상류 단부 사이의 간극 형상인 내연 기관.
내연 기관의 흡기 장치이며,

흡기 포트를 한정하는 제1 수단과,

상기 흡기 포트를 흡기 포트의 종방향으로 연장하는 제1 및 제2 통로 섹션으로 분할하는 제2 수단과,

상기 제2 통로 섹션의 상류 단부를 폐쇄하고 제1 통로 섹션에 저압 영역을 형성하기 위한 제3 수단과,

상기 제2 통로 섹션의 상류 단부가 폐쇄될 때 제2 통로 섹션의 하류 단부로부터 제2 통로 섹션을 통해 제1 통로 섹션의 저압 영역으로 흡기 공기를 빼내기 위한 제4 수단과,

제1 통로 섹션으로부터 흡기 포트의 하류 단부와 격벽 사이의 공간을 통해 제2 통로 섹션으로 연장하는 사선 방향으로 연료를 분사하기 위한 제5 수단을 포함하는 흡기 장치.