KR100608552B1 - 내연기관의 흡기장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차, 항공기, 선박 및 각종 산업용 기계의 동력원으로 이용되는 내연기관의 출력향상을 위한 내연기관의 흡기장치로서 내연기관에 흡입되는 공기가 와류(渦流)를 형성하면서 흡입될 수 있도록 흡기관(41) 내부에 공기의 통과 공간이 점차적으로 좁아지는 다수의 나선형(螺旋形) 구멍이 형성된 와류발생기(10)를 삽입한 내연기관의 흡기장치이다
내연기관이란 실린더(43)내의 연소실(45)에 흡입된 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 압축시켜 점화플러그(46)로서 점화시키면 연소열로서 압력이 증가하여 피스톤(44)을 밀게 되므로서 출력이 발생되는 것으로 혼합기를 만들어 주는 흡기공기는 유속이 빠르고 와류가 형성되어야 인젝터(30)에서 분사되는 연료와의 혼합효율이 좋아져서 양호한 무화(霧化)상태의 혼합기를 이룰수 있는 것으로 이러한 혼합기에 의한 연소효율의 향상을 기할 수 있도록 흡입공기의 유속증가 및 와류형성을 위하여 발명한 본 발명의 와류발생기(10)는 "유체가 통과 공간의 좁은 부분에서 넓은 부분보다 속도가 빨라진다"는 베르누이의 정리 이론을 응용한 기술로서 흡입공기가 통과 공간이 점차적으로 좁아지는 다수의 나선내홈(22) 및 나선외홈(12)이 형성된 와류발생기(10)를 통과하여 흡입되므로서 혼합기의 무화효율을 제고하여 내연기관의 출력을 획기적으로 향상시킨 발명이다.
흡기관, 와류발생기, 나선내홈, 나선외홈

Description

내연기관의 흡기장치{inhalation divice of internal combustion engine}
도 1은 본 발명 내연기관흡기장치의 와류발생기를 분리한 상태의 사시도
도 2는 본 발명 내연기관흡기장치의 작동상태를 나타낸 단면도
도 3은 본 발명 내연기관흡기장치의 와류발생기가 엔진의 흡기관에 삽입된 상태를 예시한 일부단면 사시도
도 4는 종래의 내연기관 흡기장치의 흡기과정을 개략적으로 예시한 단면도
<도면의 부분에 대한 부호설명>
10: 와류발생기
11: 끼움구멍
12: 나선외홈
13: 외테두리홈
14: 인젝터결합구멍
20: 와류발생봉
21: 원뿔
22: 나선내홈
23: 내테두리홈
30: 인젝터
31: 노즐
40: 엔진
41: 흡기관
42: 흡기밸브
43: 실린더
44: 피스톤
45: 연소실
46: 점화플러그
본 발명은 자동차, 항공기, 선박 및 각종 산업용 기계의 동력원으로 이용되는 내연기관의 완전연소를 유도하기 위한 내연기관의 흡기장치로서 내연기관에 흡입되는 공기가 와류(渦流)가 형성되므로서 인젝터(30)로부터 분사되는 연료와 고르게 혼합된 연소가스가 실린더(43)에 흡입될 수 있도록 구성한 내연기관의 흡기장치에 관한 것이다.
내연기관은 흡입,압축,연소(폭팔),배기의 4행정이 연속 반복적으로 이루어지면서 동력이 발생되는데,
이중 연소실(45)내로 공기와 연료가 혼합된 연소가스가 흡입되는 흡기 과정은 도 4에 도시한 바와 같이 피스톤(44)이 하강하면서 흡기밸브(42)가 열리고 이때 흡기관(41)에서 유입되는 공기와 인젝터(30)에서 분사되는 연료가 연소실(45) 내로 유입되어 혼합되면서 연소가스가 만들어 지고 이 연소가스를 피스톤(44)으로 압축한 후 점화플러그(46)로 점화 연소시켜 피스톤(44)을 미는 과정이 반복되어 동력이 발생한다.
이처럼 연소실(45) 내에 연료와 공기가 순간적으로 유입, 혼합되어 발생되는 연소가스는 연소실(45)내에서 전체적으로 연료와 공기가 고르게 혼합되지 못하고 특정 위치에 따라 혼합비가 균일하지 않게 되는데, 이러한 연소가스를 연소시 미 연소가스가 발생하게 되어 연소효율이 떨어지고 카본 및 공해물질등이 발생되어 엔진(40)의 수명단축과 공해물질발생의 원인이 되었다.
따라서 연료과 공기가 고른 혼합비를 갖도록 흡기관과 인젝터를 다수 설치하여 연소가스가 균일한 혼합비를 갖도록 하는 기술이 제안된바 있으나, 이는 엔진의 구조가 복잡해지고 제작이 어려우며, 제작비용이 많이 소요되는 단점이 있었다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 내연기관의 흡기관(41)에서 흡입되는 공기가 와류발생기(10)를 통과하면서 고속의 와류가 발생되고 이 와류에 인젝터(30)로 부터 연료를 분사하여 연소실(45) 유입 전부터 공기와 연료를 혼합하고 연소실(45) 유입후에도 연료와 공기가 고르게 혼합된 연소가스가 발생되도록 하여 완전연소를 유도하는 내연기관의 흡기장치를 제공함에 있다
내연기관이란 실린더(43)내의 연소실(45)에 흡입된 연료와 공기가 혼합된 연소가스를 압축시킨후 점화플러그(46)로 폭팔시켜 피스톤(44)을 밀게 하여 출력이 발생되는 것으로 연소가스를 만들어 주는 흡입공기는 유속이 빠르고 와류가 형성될수록 인젝터(30)에서 분사되는 연료와의 혼합효율이 좋아져서 양호한 무화(霧化)상태의 연소가스를 이룰수 있는 것으로,
이러한 연소가스가 발생되어 연소효율의 향상을 기할 수 있도록 흡입공기의 유속증가 및 와류형성을 위하여 발명한 본 발명의 내연기관의 흡기장치는 "유체가 통과 공간의 좁은 부분에서 넓은 부분보다 속도가 빨라진다"는 베르누이의 정리 이론을 응용한 기술로서 흡입공기가 통과 공간이 점차적으로 좁아지는 다수의 나선외홈(12) 및 나선내홈(22)이 형성된 와류발생기(10)를 통과하여 와류가 발생된 후 연료와 혼합 되면서 연소실(45)내로 흡입되므로 고른 혼합비를 갖는 연소가스가 발생되므로서, 무화효율을 제고하여 내연기관의 출력을 향상시키고 불완전연소 및 카본발생을 억제 하도록 발명한 것이다.
상기목적을 달성하기 위한 본 발명의 내연기관의 흡기장치 구성은 다음과 같다.
와류발생기(10)의 끼움구멍(11)에 꼭 맞게 끼워지는 와류발생봉(20))은 외주면에 통과되는 공기가 진행방향에 따라 통과공간이 점차적으로 좁아지고, 와류발생기(10)의 나선외홈(12)과 반대방향으로 꼬여진 다수의 나선내홈(22)이 형성되며, 외주면의 중앙에는 내테두리홈(23)이 형성되고 말단은 원뿔(21)이 형성된 와류발생봉(20)이 구성되며,
엔진(40)의 흡기관(41) 내에 꼭 맞게 끼워지는 와류발생기(10)는 외주면에 통과되는 공기가 진행방향에 따라 통과공간이 점차적으로 좁아지는 다수의 나선외홈(12)이 형성되고, 외주면의 중앙에는 외테두리홈(13)이 형성되며, 외주면의 일측에는 인젝터(30)의 노즐(31)이 끼워지는 인젝터결합구멍(14)이 형성되고, 와류발생기(10)의 중앙에는 와류발생봉(20)이 꼭 맞게 끼워지도록 끼움구멍(11)이 형성된 와류발생기(10)가 구성되어,
상기 와류발생기(10)의 끼움구멍(11)에 상기 와류발생봉(20)이 끼워져 결합되도록 구성되어 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에서와 같이 본발명 내연기관의 흡기장치중 와류발생봉(20)은 와류발생기(10)의 끼움구멍(11)에 꼭 맞게 끼워져 결합되도록 형성되고, 말단은 인젝터(30)의 노즐(31)에서 분사되는 연료가 충돌하여 흩어지도록 원뿔(21)이 형성되며, 외주면의 중앙에는 내테두리홈(23)이 형성되고, 외주면에는 다수의 나선내홈(22)이 형성되는데
상기 다수의 나선내홈(22)은 공기가 흡입되는 입구쪽 홈은 넓고 이 공간을 점차적으로 줄여 최종적으로 출구쪽 홈은 좁게 형성하며, 나선내홈(22)의 나선회전방향은 와류발생기(10)의 나선외홈(12)과 반대방향으로 형성한 와류발생봉(20)을 구성한다.
엔진(40)의 흡기관(41) 내에 꼭 맞게 끼워지는 원통형의 와류발생기(10)는,
와류발생봉(20)이 끼워져 결합되는 끼움구멍(11)이 형성되고, 외주면에는 다수의 나선외홈(12)이 형성되며, 외주면의 중앙에는 외테두리홈(13)이 형성되고, 와류발생기(10) 일측에는 인젝터(30)의 노즐(31)이 결합되고 노줄(31)에서 분사되는 연료가 원뿔(21)에 충돌 할 수 있도록 외주면에서 내주면까지 관통된 인젝터결합구멍(14)이 형성되는데,
상기 다수의 나선외홈(12)은 공기가 흡입되는 입구쪽 홈은 넓고 이 공간을 점차적으로 줄여 최종적으로 출구쪽 홈은 좁게 형성하며, 나선외홈(12)의 나선회전방향은 와류발생봉(20)의 나선내홈(22)과 반대방향으로 형성한 와류발생기(10)를 구성한다.
이처럼 구성된 와류발생봉(20)을 와류발생기(10)의 끼움구멍(11)에 끼워 결합하여 본 발명 내연기관의 흡기장치를 구성한다.
이처럼 구성된 본 발명 내연기관의 흡기장치의 사용상태를 설명하면 다음과 같다.
도 2내지 도 3에서와 같이 와류발생기(10)를 엔진(40)의 흡기관(41)에 삽입하고 인젝터(30)의 노즐(31)을 와류발생기(10)의 인젝터결합구멍(14)에 결합하며 와류발생봉(20)의 나선내홈(22)은 와류발생기(10)의 내주면에 맞닿아 나선의 구멍이 형성되고, 마찬가지로 와류발생기(10)의 나선외홈(12)도 흡기관(41)의 내주면과 맞닿아 나선내홈(22)의 나선방향과 반대방향의 나선구멍이 형성된다.
이처럼 장착된 본 발명은 엔진(40)이 흡기과정에서 흡기밸브(42)가 열리고 공기가 연소실(45)내로 유입됨과 동시에 인젝터(30)의 노즐(31)에서 연료가 분사된다.
이때 흡기관(41)에서 흡입되는 공기는 공기의 온도 및 압력이 흡기관(41)내의 위치에 따라 균일하지 않을 수 있는데 이러한 흡기공기는 통과공간이 점차 좁아지는 입구측 나선내홈(22) 및 나선외홈(12)에서 흡입되어 각각의 나선방향에 따라 회전함과 동시에 유속이 증가되다가,
내테두리홈(23) 및 외테두리홈(13)을 거치면서 흡입공기의 온도 및 압력이 균일하게 맞춰지고,
다시 점차 통과공간이 좁아지는 각각의 나선내홈(22) 및 나선외홈(12)의 나선방향에 따라 회전함과 동시에 유속이 증가되어 흡기되므로,
와류발생기(10) 및 와류발생봉(20)을 관통한 공기는 고속의 와류가 형성된다.
이때에 인젝터(30)의 노즐(31)에서 분사되는 연료를 와류발생봉(20)의 원뿔(21)에 충돌시켜 흩어지게 하면,
고속의 와류가 발생된 흡기공기와 원뿔(21)에 충돌되어 흩어지는 연료가 서로 뒤섞이면서 와류현상이 유지된채 고속으로 연소실(45) 내부로 흡입되므로, 공기와 연료가 연소실(45) 내에서 고르게 혼합된다.
이러한 엔진(10)의 흡입행정이 끝나면 흡기밸브(42)가 닫힌다. 이 과정에서 미쳐 연소실(45) 내로 흡입되지 못한 미량의 연소가스는 흡기밸브(42)가 닫히면서 역류하게 되는데 이렇게 역류되는 연소가스는 와류발생기(10)에 형성된 외테두리홈(13) 및 와류발생봉(20)에 형성된 내테두리홈(23)에서 맴돌면서 순간 멈추어 있게 되므로 연소가스의 역류 현상을 방지하게 되고, 이 연소가스는 다시 흡기과정에서 연소실(45)내로 흡입 하게 된다.
이처럼 연소실(45) 내에서 고르게 혼합된 혼합기는 피스톤(44)으로 압축한 후 점화플러그(46)로 점화하여 연소시킨 후 배기된다.
이러한 본 발명 와류발생기(10)의 외테두리홈(13) 및 와류발생봉(20)의 내테두리홈(23)은 필요에 따라 1개 이상의 다수로 구성함도 가능하다.
이상에서와 같이 본 발명은 점차적으로 통과공간이 좁아지는 와류발생봉(20)에 형성된 다수의 나선내홈(22) 및 내테두리홈(23)과,
마찬가지로 점차적으로 통과공간이 좁아지고 상기 나선내홈(22)과 역방향으로 꼬여진 다수의 나선외홈(12) 및 외테두리홈(13))을 관통한 흡입공기는
각각의 나선방향에 따라 유속의 증가 및 와류가 발생되고 온도와 압력이 균일하게 맞춰진 흡입공기가 발생되며,
이러한 흡입공기에 인젝터(30)의 노즐(31)에서 분사되는 연료를 와류발생봉(20)의 원뿔(21)에 충돌시켜 흩어지게 하면,
흡입공기와 연료는 서로 뒤섞이면서, 와류가 유지된채 고속으로 연소실(45)내로 유입이 되므로 종래와 달리 연료와 공기가 전체적으로 고르게 혼합된 연소가스가 발생된다.
이러한 연소가스는 연소시 고르게 연소 되므로, 완전연소가 유도되며 엔진(40)의 출력이 증가하고 공해물질의 발생을 줄이며, 카본의 발생을 억제하여 엔진(40)의 수명을 연장시킨다
또한 흡기밸브(42)가 닫히면서 역류하는 미량의 연소가스는 와류발생기(10)에 형성된 외테두리홈(13) 및 와류발생봉(20)에 형성된 내테두리홈(23)에 순간 맴 돌면서 멈추어 있다가 다시 흡입과정에서 연소실(45)내로 주입되어 연소되므로 역류된 연소가스로 인한 카본발생을 억제하여 내연기관의 수명 및 연비를 향상시킬수 있다.

Claims (3)

  1. 내연기관의 흡기장치에 있어서,
    와류발생기(10)의 끼움구멍(11)에 꼭 맞게 끼워지는 와류발생봉(20))은 외주면에 통과되는 공기가 진행방향에 따라 통과공간이 점차적으로 좁아지면서, 와류발생기(10)의 나선외홈(12)과 반대방향으로 꼬여진 다수의 나선내홈(22)이 형성되고, 말단은 원뿔(21)이 형성된 와류발생봉(20)이 구성되며,
    엔진(40)의 흡기관(41) 내에 꼭 맞게 끼워지는 와류발생기(10)는 외주면에 통과되는 공기가 진행방향에 따라 통과공간이 점차적으로 좁아지는 다수의 나선외홈(12)이 형성되고, 외주면의 일측에는 인젝터(30)의 노즐(31)이 끼워지는 인젝터결합구멍(14)이 형성되며, 와류발생기(10)의 중앙에는 와류발생봉(20)이 꼭 맞게 끼워져 결합되도록 끼움구멍(11)이 형성된 와류발생기(10)가 구성되어,
    상기 와류발생기(10)의 끼움구멍(11)에 상기 와류발생봉(20)이 끼워져 결합된 와류발생기(10)가 흡기관(41)에 삽입되어 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 와류발생기(10)의 외주면에 외테두리홈(13)이 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 와류발생봉(20)의 외주면에 내테두리홈(23)이 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
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