KR100774352B1 - 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조 - Google Patents

Abstract

차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조가 개시된다. 개시된 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조는, 흡기관로를 통해 유입되는 흡입 공기의 유동량을 가속페달의 답입 정도에 따라 조절하는 스로틀 기구와, 상기 스로틀 기구와 연결되어 이로부터 유입되는 흡입 공기의 유동을 안정화시켜 주는 서지탱크와, 상기 서지탱크에 일체로 연결됨과 더불어 엔진의 각 기통별 연소실과 개별적으로 연통되는 다수개의 유동 통로인 런너를 구비하는 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조에 있어서, 상기 런너와의 단면과 상기 런너의 포트는 동일 형상으로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 런너의 전체적인 형상이 입구부터 포트까지 포트와 동일 형상으로 하고, 면적을 늘리기 위해서는 좌우로 크게 함으로써, 흡기계의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

흡기 매니폴드, 유량계수, 런너

Description

차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조{STRUCTURE OF INTAKE MANIFOLD FOR ENGINE IN VEHICLE}

도 1 내지 도 4는 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 런너의 구조를 해석한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 6은 도 5의 흡기 매니폴드의 구조를 단순하게 나타내 보인 도면.

도 7은 본 발명에 따른 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 런너 직경을 늘리는 방법을 설명한 도면.

도 8a 및 도 8b는 본 발명과 비교되는 종래의 런너 직경을 키우는 방법을 설명한 도면.

도 9는 본 발명을 적용하여 실제 시험결과 데이터를 나타내 보인 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 서지탱크

11. 런너

11a. 포트

본 발명은 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 런너(runner) 형상을 변경하여 성능을 개선하기 위한 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 흡기 런너는 대부분 제작의 편의성 및 최소의 표면적을 실현하기 위해 원형이 대부분이었다. 그리고 몇 가지 차종에서 4각(정사각 또는 직사각)의 런너 형상을 갖는 차종도 있다.

또한 흡기 런너는 최소의 저항을 갖게 하면서 일정 회전수에서의 튜닝(Tuning)을 목적으로 길이를 결정한다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 현재의 흡기 매니폴드(intake manifold)의 런너는 저항을 최소화하기 위해 최소의 표면적을 갖는 원형이 많이 쓰이고 있고, 흡기 튜닝을 위해 면적 확보가 가장 중요한 관건으로 대두되면서 4각형의 런너 형상이 채용되는 곳도 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 기술은, 현재 런너 형상의 문제는 플로우(flow)나 포트(port)를 고려하지 않고 설계하는 경향이 있다. 이에 플로우 및 포트를 고려하여 최소의 저항을 갖는 런너를 형성할 필요가 있고, 런너의 형상에 따라 최저의 풀로우 저항을 찾기 위해 해석을 진행하였다.

도 1에는 여러 타입의 런너가 도시되어 있고, 그리고 이들 런너 타입에 따른 유량계수(Cf)가 도 2에 그래프로 도시되어 있다.

이들 도면을 각각 참조하면, 정사각 형상에 비해 납작한 직사각형 형상이 0.5%(Cf차이 0.004) 유리하고, 이는 단면 형상 변경에 기인한다고 할 수 있다.

따라서 동일한 단면적을 갖는 런너에서 납작한 런너 형상이 타 형상에 비해 유리함을 알 수 있다.

그리고 도 3에는 런너 끝단(사각형 점선)의 유속 분포를 나타내 보였다.

또한 도 4에는 런너 끝단의 총압 분포가 도시되어 있는데, 이 도면에서 타입 2의 런너 곡관부에서의 총압 손실이 가장 작아 유리한 형상이고(A*), 반면 타입 3 런너 곡관부에서의 총압 손실이 가장 커(B*) 불리한 형상이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 런너의 단면 형상을 변경하여 성능이 향상되도록 한 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조는, 흡기관로를 통해 유입되는 흡입 공기의 유동량을 가속페달의 답입 정도에 따라 조절하는 스로틀 기구와, 상기 스로틀 기구와 연결되어 이로부터 유입되는 흡입 공기의 유동을 안정화시켜 주는 서지탱크와, 상기 서지탱크에 일체로 연결됨과 더불어 엔진의 각 기통별 연소실과 개별적으로 연통되는 다수개의 유동 통로인 런너를 구비하는 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조에 있어서, 상기 런너와의 단면과 상기 런너의 포트는 동일 형상으로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.

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

도 5에는 본 발명에 따른 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조는, 흡기관로를 통해 유입되는 흡입 공기의 유동량을 가속페달의 답입 정도에 따라 조절하는 스로틀 기구와, 이 스로틀 기구와 연결되어 이로부터 유입되는 흡입 공기의 유동을 안정화시켜 주는 서지탱크(10)와, 이 서지탱크(10)에 일체로 연결됨과 더불어 엔진의 각 기통별 연소실과 개별적으로 연통되는 다수개의 유동 통로인 런너(11)를 구비한다.

이때, 상기 런너(11)와의 단면과, 이 런너(11)의 포트(11a)는 동일 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 런너(11)의 전체적인 형상을 입구부터 포트(11a)까지 포트(11a)와 동일 형상으로 한다. 특히, 상기 런너(11)는 직사각형으로 형성되고, 상기 포트(11a)의 측면이 라운드를 형성하여 이루어진다.

도 5에서 도면부호 12는 장착부를 나타내 보인 것이다.

그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 런너(11)는 6개로 이루어지고, 이 6개의 런너(11)가 2층 구조로 설정된다.

또한 상기 런너(11)는 도 7에 도시된 바와 같이, 가로 방향의 길이를 증대시켜(11') 상기 런너(11)의 유량계수를 크게 한다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 엔진의 흡기 매니폴드 의 구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조는, 전술한 도 1 내지 도 4의 해석 결과에서처럼 런너(11)를 포트(11a)와 같은 타원형의 형상을 갖는다.

이에 대한 근거를 설명한다.

흡기 플로우(Flow)가 대부분의 경우 90도 방향을 틀어서 들어간다. 이때 흡기 플로우가 굴곡부분에서 병목현상을 갖는 것을 발견했다. 즉, 직선의 흡기 플로우에서는 원형이 가장 좋은 특성을 갖지만 굴곡부분이 있는 런너(11)는 굴곡부분에서 흡기 플로우를 얼마나 넓게 펴서 가져가느냐가 관건이다.

전술한 바와 같이, 직사각형이 흡기 플로우의 농도(Density)를 높이는 부분이 가장 적다. 이때 직사각형이 가로로 서 있느냐, 세로로 서 있느냐에 따라 흡기 플로우 저항이 차이가 많이 나는데, 이것은 상기한 바와 같이 굴곡부분에서의 병목이 발생하지 않고 넓게 퍼져 들어가는 형상에 기인한다. 그래서 굴곡부분은 넓게 하는 편이 유리하다.

그리고 플로우 라인은 단면적의 변화가 크게 발생하지 않을 때 가장 좋은 흡기 플로우 특성을 갖는다. 즉, 사각형에서 원형으로 런너(11)가 변할 때 4각의 네 꼭지점 부분의 흡기 플로우는 안으로 밀려들어 플로우 라인을 깨뜨려 저항의 원인이 된다.

그런데, 대부분의 기존 포트는 계란형의 모양을 갖는다.

그러나, 본 발명과 같이, 상기 런너(11)의 형상을 직사각형의 모양과 포 트(11a)에서의 양옆이 둥근 형태를 갖게 하는 것이 가장 좋은 흡기 플로우 특성을 나타낸다. 그래서 본 발명에서는 런너(11)를 포트(11a)와 같은 모양으로 하였다.

특히, V6 엔진의 경우 양옆이 둥근 형태의 직사각형 런너(11)의 장점은, 도 7에 도시된 바와 같이, 직경의 크기를 크게 할 수 있다는데 장점이 있다.

반면, 종래에는 도 8a에 도시된 바와 같은 로우어 흡기 매니폴드(Lower Intake Manifold)(30)에서 런너(31)의 직경을 키우기 위해서는 도 8b에 도시된 바와 같이 런너(31')의 직경을 키우는 방법밖에는 없다. 즉, 플로우 라인이 집중되는 세워진 직사각형모양이 된다. 이는 직경은 늘어나지만 성능 향상에는 도움이 되지 않는다.

그 이유는, 인젝터(Injector)로 둘러 싸여 있어 같은 선상에서 6개의 런너(31)를 모두 직경증대 시켜야 하기 때문에 위와 같은 현상이 발생한다. 또한 런너(31)의 직경 증대가 부적절했을 경우에는 튜닝(Tuning)까지 바꿔 중저속의 성능저하까지 가져올 수 있다.

그러나, 본 발명의 로우어 흡기 매니폴드는 다음과 같은 이점이 있다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 6개의 런너(11)를 2층 구조로 설정하고, 3기통씩 같은 뱅크(Bank)의 런너(11)를 일렬로 배열한다. 이러한 2개의 흡기 밸브를 갖는 엔진의 경우 유량계수 증대에 가정 적합한 구조로 알려져 있어 많이 사용되고 있다. 그래서 런너(11)의 모양일 포트(11a)와 같은 모양으로 하는 것이 가장 효율적이다.

그리고 어퍼(upper) 흡기 매니폴드와 로우어 흡기 매니폴드와의 결합면에서 의 효율적인 면적 관리면에서도 위와 같은 형상은 유용하다. 이 형상의 면적을 증대시키기 위해서는 도 7과 같이, 좌우로 늘리면 되기 때문에 실제 직경에 대한 자유도를 크게 할 수 있다. 이 경우 직경을 튜닝에 맞게 크게 가져갈 수 있고, 좌우방향이라 곡면에서의 흡기 플로우 쏠림에 의한 병목도 방지할 수 있어 효율적이다.

상기와 같은 근거에 대한 실제 시험결과로, 흡기 매니폴드의 변경 전후의 성능 시험 결과가 도 9의 그래프와 같은 데이터를 얻었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조는 다음과 같은 효과를 갖는다.

런너의 전체적인 형상을 입구부터 포트까지 포트와 동일 형상으로 하고, 면적을 늘리기 위해서 좌우로 크게 함으로써, 간단하게 흡기계의 성능을 향상시킬 수 있다.

그리고 종래에는 3기통이 X자 형태로 크로스(cross)되는 흡기계는 중판의 구성이 어려워 제작에 많은 오류가 있었지만, 본 발명은 플라스틱 재질로 만들 때 3판(상판/중판/하판)을 자유롭게 구성할 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.

Claims (4)

1. 흡기관로를 통해 유입되는 흡입 공기의 유동량을 가속페달의 답입 정도에 따라 조절하는 스로틀 기구와, 상기 스로틀 기구와 연결되어 이로부터 유입되는 흡입 공기의 유동을 안정화시켜 주는 서지탱크와, 상기 서지탱크에 일체로 연결됨과 더불어 엔진의 각 기통별 연소실과 개별적으로 연통되는 다수개의 유동 통로인 런너를 구비하는 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조에 있어서,

   상기 런너와의 단면과 상기 런너의 포트는 동일 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 런너는 직사각형으로 형성되고, 상기 포트의 측면이 라운드를 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 런너는 6개로 이루어지고, 상기 6개의 런너가 2층 구조로 설정된 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조.
4. 제1항에 있어서,

   상기 런너는 가로 방향의 길이를 증대시켜 상기 런너의 유량계수를 크게 하 는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 흡기 매니폴드의 구조.

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