KR100786297B1 - 엔진 흡기장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진 흡기장치의 개선에 관한 것으로서 보다 상세하게는 내연기관 엔진의 실린더 내부로 흡입되는 공기를 가속 공급하면서 밸브 오버랩 시기와 엔진의 맥동파에 의한 외기 흡기 저항을 감소시켜 엔진의 출력증강, 연비개선, 매연감소 및 주행능력 향상을 이룰 수 있도록 이루어진 엔진 흡기장치에 관한 것이다.
본 발명은 흡기 계통 중에 흡기를 가속화시켜 공기 밀도를 높이고 밸브 오버랩과 맥동파로 역류하는 공기를 되돌려 흡기에 대해 정압의 맥동효과와 관성효과를 얻어 엔진 출력을 향상시키고, 흡기 계통에 부가적으로 설비된 터보차저나 인터쿨러와 같은 복잡한 엔진에서도 흡기압을 완화하여 흡기 효율을 개선하는 엔진 흡기장치를 제공하며, 가솔린 디젤 및 특히 LPG엔진의 밸브 오버랩과 역류성의 맥동파로 인한 역화를 제거하며, 엔진의 회전속도에 따른 공기의 흡인력에 정비례하여 역류성의 공기를 실린더 방향으로 되돌려 흡기압을 감소시키고 흡기음을 현저하게 감소시키는 동시에 엔진 흡기 개선을 통하여 연소 효율을 개선하므로 엔진 출력증가, 연비개선, 매연감소, 주행능력 향상되는 등의 개선을 얻을 수 있는 엔진 흡기장치를 제공하고자, 적어도 흡기 계통 중 어느 한 부분 또는 흡기가 분배되는 흡기 매니폴드 각 부분에 흡입되는 공기를 가속하여 공급하는 벤츄리 관과 벤츄리 효과에 의해 흡기에 혼합되어 배출되므로 저압실이 형성되는 챔버와, 챔버의 저압실로 역류성 맥동파를 빨아들여 흡기되는 공기를 방해하지 않고 다시 연소실로 상기 벤츄리 관을 통해 순환시키는 흡기장치인 것을 특징으로 한다.
엔진, 맥동, 역기류, 출력, 벤츄리, 압력.

Description

엔진 흡기장치{Engine inhalation device}
도 1은 흡 배기장치를 포함하는 내연기관 엔진 구성도로서 밸브 오버랩 상태를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 기본 실시예에 따른 흡기장치에 의한 공기 흐름을 설명하는 단면 구성도.
도 3은 본 발명의 변형 실시예에 따른 흡기장치에 의한 공기 흐름을 설명하는 단면 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 변형 실시예에 따른 흡기장치에 의한 공기 흐름을 설명하는 단면 구성도.
도 5는 본 발명의 흡기장치를 엔진 흡기계통에 설치하는 상태를 도시한 사용상태도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
1: 흡기장치 10: 제 1 파이프
12: 벤츄리관로 14: 융기부
20: 제 2 파이프 22: 챔버
24: 이격공간
본 발명은 엔진 흡기장치의 개선에 관한 것으로서 보다 상세하게는 내연기관 엔진의 실린더 내부로 흡입되는 공기를 가속 공급하면서 밸브 오버랩 시기와 엔진의 맥동파에 의한 외기 흡기 저항을 감소시켜 엔진의 출력증강, 연비개선, 매연감소 및 주행능력 향상을 이룰 수 있도록 이루어진 엔진 흡기장치에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관 엔진의 4 행정 구동을 살펴보면 흡입, 압축, 폭발, 배기의 순서로 출력을 발생시키고 있다.
엔진 출력의 근원은 실린더 내의 연소실에서 발생하는 열에너지이다.
연소실은 엔진의 헤드부에 있고 여기에 갇힌 미립화된 연료와 공기를 순간적으로 연소시켜 힘을 얻게 되는데 출력을 높이기 위해서는 단위 시간에 발생하는 에너지가 증대되도록 더욱 많은 연료를 연소시켜야하며 이때는 보다 많은 흡입 공기량을 요구한다.
그러나 단순히 연소만 증대시켜서는 안 되고 확실한 고효율을 얻기 위해서는 여러 주변 조건을 맞춰주어야 한다.
엔진 출력 증대는 사용하는 공기의 양에 정비례하고 있으며 이러한 흡기의 양을 늘리기 위해서는 각 실린더의 배기량을 변경시키거나 공기의 흐름을 좋게 하 거나 실린더의 수를 이용해서 이 양을 변화시키고 있다.
흡기 장치는 연소실에 필요한 공기를 공급해 주는 통로로서 엔진의 내구성을 증대시키는 매우 중요한 장치이다.
엔진의 4 행정 구동중에는 최초 흡입되는 공기의 입구와 배출되는 최종 배기구까지는 공기 흐름에 저항으로 작용하는 여러 복잡한 단계의 흡기압과 배기압이 발생된다.
최초 흡입구로부터 최종 배기구까지의 경로는 도 1 예시와 같이 흡기필터(31) -> 인테이크(32) -> 스로틀바디(33) -> 서지탱크(34) -> 흡기매니폴드(35) -> 헤드(흡기포트:36) -> 실린더 내 연소실(37) -> 헤드(배기포트:38)-> 배기매니폴드(39) -> 배기파이프(40) -> 촉매장치(41) -> 중간파이프(42) -> 메인소음기(43) -> 테일파이프(44)를 순차적으로 경유한다.
크게 나누어보면 연소실을 기준으로 유입단에는 흡기압, 배출단에는 배기압이 공기흐름에 대하여 저항으로 나타난다.
또한, 흡 배기계통에서는 공기 흐름의 관성을 이용하여 충진 효율을 향상시키기 위해 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열려있는 밸브 오버랩 시기가 있다.
상기 오버랩은 엔진의 회전속도에 따라 1초에 수십에서 백 수십 회 넘게 반복적으로 일어나고 밸브 오버랩 시기에는 흡기 밸브의 기밀 유지 상태의 역할이 상실되어 역화의 원인을 제공하기도 한다. 이를 방지하기 위해 밸브 오버랩 기간을 두지 않는다면 공기의 관성 이용은 물론 피스톤의 상하 왕복운동에 상당한 공기압력의 기계적인 부하를 받게 되어 효율이 매우 낮아지는 모순에 의해 필연적으로 밸 브 오버랩 시기를 설계할 수 밖에 없다.
또한 흡기 맥동파는 흡기 행정 중 관성력에 의해 들어가는 공기가 흡입밸브의 닫힘에 의해 압력이 가해지면서 생겨 반대의 흐름을 발생시키며 들어오는 공기와 부딪혀 외부 공기의 유입은 방해를 받게 되고, 맥동파는 스로틀 바디 입구나 흡기필터(에어크리너 입구)까지 영향을 주게되고 이러한 흡기 방해는 엔진 출력 저하의 원인 중 하나로 작용한다.
이러한 문제에 대응하기 위해 종래에도 다양한 형식의 기술이 제안되었다.
일반적으로는 토네이도, 싸이클론, 젯트밸브, 터보챠저, 수퍼차저, 인터쿨러 장치 등과 밸브 오버랩 시기의 가변적인 관성효과를 얻기 위한 캠샤프트가 알려져 있다.
이들은 흡입되는 공기를 보다 효율적인 관성효과로 유도하기 위한 수단과 강제 압력으로 유입되도록 하는 장치들이나 기대하는 만큼의 효과 달성이 어렵고, 밀도를 높여 공급하는 경우, 반대로 고밀도의 공기를 냉각시켜 주어야 하는 쿨러를 배치하는 등의 보완적인 장치 구성들로 인하여 매우 복잡하고 제조 원가가 증가되는 단점이 있다.
결과적으로 동급의 엔진에서도 흡기와 배기 계통의 저항으로 작용하는 압력을 해소하고 공기 흐름을 좋게 하면 상대적으로 출력의 증대를 이룰 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술들이 갖는 여러 단점과 흡기 계통의 흡기 저항 및 역류성의 맥동파에 의한 흡기 효율 저하를 간단하게 해결하기 위하여 안출된 것으로서 다음과 같은 목적을 갖는다.
본 발명은 흡기 계통 중에 흡기를 가속화시켜 공기 밀도를 높이고 밸브 오버랩과 맥동파로 흡기필터 입구까지 역류하는 공기를 중도에 되돌려 흡기에 대해 정압의 맥동효과와 관성효과를 얻어 엔진 출력을 향상시키는 엔진 흡기장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 흡기 계통에 부가적으로 설비된 터보차저나 인터쿨러와 같은 복잡한 엔진에서도 흡기압을 완화하여 보다 높은 흡기 효율을 개선하는 엔진 흡기장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 가솔린 디젤 및 특히 LPG엔진의 밸브 오버랩과 역류성의 맥동파로 인한 역화를 제거할 수 있는 엔진 흡기장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 엔진의 회전속도에 따른 공기의 흡인력에 정비례하여 역류성의 공기를 실린더 방향으로 되돌려 흡기압을 감소시키고 흡기음을 현저하게 감소시킬 수 있도록 이루어진 엔진 흡기장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 엔진 흡기 개선을 통하여 연소 효율을 개선하므로 엔진 출력증가, 연비개선, 매연감소, 주행능력 향상되는 등의 개선을 얻을 수 있는 엔진 흡기장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 구현하기 위하여 이루어지는 본 발명은 적어도 흡기 계통 중 어 느 한 부분 또는 흡기가 분배되는 흡기 매니폴드 각 부분에 흡입되는 공기를 가속하여 공급하는 벤츄리 관과 벤츄리 효과에 의해 흡기에 혼합되어 배출되므로 저압실이 형성되는 챔버와, 챔버의 저압실로 역류성 맥동파를 빨아들여 흡기되는 공기를 방해하지 않고 다시 연소실로 상기 벤츄리 관을 통해 순환시키는 흡기장치를 이루는 것에 의한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술 사상에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
본 발명의 엔진 흡기장치(1)는 외부공기를 엔진 연소실로 흡입하는 흡기 경로의 외기 유입 측에 공기 유속을 빠르게 하는 2~3개의 벤츄리 관로(12)를 형성한 제 1 파이프(10)와, 상기 제 1 파이프(10)의 외경을 감싸 외부 대기와는 밀폐하고 외기 배출 측으로 상기 제 1파이프 종단보다 길게 형성하여 연소실 측 역 기류를 수용하는 공간으로써 챔버(22)를 형성하는 제 2파이프(20)를 상기 제 1파이프(10)와 동일 축 중심에 중첩시켜 결합하여 이루어진다.
상기 제 1파이프(10)의 직경은 외기 유입 측(Air in) 파이트에 틈새없이 끼워지는 크기로 이루어지고, 상기 제 1파이프(10)와 제 2파이프(20)는 상호 이격공간(24)을 형성하여 분리하며, 상기 챔버(22) 용적은 적어도 엔진의 1 실린더 배기 용적 이상 2 실린더 배기 용적 이내로 형성하여 이룬다.
상기 제 1파이프(10)의 벤츄리 관로(12)는 파이프의 중심부를 향하여 완만하 게 돌출 형성한 융기부(14) 상에 마련하며 복수 또는 그 이상으로 형성할 수도 있다
여기서 상기 챔버(22) 용적과 벤츄리 관로(12) 및 이격 공간(24)의 설계는 상호 조합을 이루어야 하는바 이는 적어도 챔버(22) 내부가 유입되는 외기에 의하여 상대적으로 낮은 저압실을 형성할 수 있는 범위 내에서 임의로 설계 가능하다.
상기 엔진 흡기장치는 도 3 도시와 같이 변형 실시될 수도 있다.
즉, 상기 제 1 파이프는 외기 입구 측 외경에 비해 외기 배출 측 외경을 작게 형성하여 이격공간(24)을 형성하여 제 1파이프(10a)를 이루고, 제 1파이프 (10a)의 외경을 감싸 외부 대기와 밀폐하는 제 2파이프(20a)는 상기 제 1파이프(10a) 외기 유입 측 외경을 끼워 삽입 고정할 수 있는 내경을 갖는 제 2파이프(20a)로 이루어지는 것이다.
이는 도 2 도시의 기본 실시예와 유사한 구성을 갖으며 단지 제 1파이프와 제 2파이프의 조립 작업성을 용이하게 하기 위한 구조를 갖는 것이다.
또한, 본 발명은 도 4 도시와 같이 다른 변형을 이룰 수도 있다.
이는 상기 제 1파이프의 외경 일단에 링 플랜지(16)를 형성하여 제 1파이프(10b)를 형성하고, 제 2파이프는 상기 제 1파이프(10b)가 끼워져 챔버(22)와 이격공간(24)를 형성할 수 있는 직경의 인테이크를 제 2파이프(20b)로 겸용하는 구조로 이루어질 수도 있다.
제 1파이프(10b)의 공기 유입단에는 통상의 흡기필터(31) 배출 측 파이프를 연결하고 공기 배출단에는 통상의 인테이크(32) 주름 호스를 결합하여 설치하는 것이다.
상기 엔진 흡기장치(1, 1a)가 설치되는 흡기 경로는 도 5 도시와 같이 각 실린더 헤드와 흡기 매니폴드 사이, 흡기 매니폴드의 입구부분(서지탱크 전), 흡기 필터와 흡기 매니폴드 사이의 인테이크 중간, 흡기 필터를 거친 직후의 위치 등 엔진의 구조에 따라 선택적으로 결합할 수 있다.
미설명된 부호로써 18은 통상의 관 접속에 이용되는 클램프 밴드를 도시한 것이다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 제 작용에 대하여 이하 좀 더 상세하게 살펴보기로 한다.
편의상 본 발명의 설치 위치와 상관없이 제 1파이프에 표현된 화살표 방향을 흡기 필터를 경유한 외기 유입 측(Air in)으로 구분하고 그 반대쪽을 외기 배출 측(Air out)으로 하며 배출 측 공기는 연소실 내부 측으로 유입됨을 전제한다.
이미 종래 기술을 설명하면서 상세하게 언급한 바와 같이 내연기관 엔진에 있어서 4 행정을 거치는 동안 흡기 밸브와 배기 밸브가 동시에 열려있는 밸브 오버랩 시기에 대하여 설명하였다.
이 밸브 오버랩 시기 중 배기 과정을 진행하고 있을 때는 흡기 측으로 역류가 발생하면서 반복적이면서 연속적인 맥동이 발생하고 이 맥동파는 흡기 측에 공기 저항으로 작용하여 흡기를 방해하고 엔진 출력 저하를 초래하는 원인이 된다.
본 발명의 엔진 흡기장치(1)는 상기 연소실로 공급되는 흡기 계통에 설치되며 유입 측과 배출 측은 모두 외기와 차단된 상태로 결합 된다.
즉, 유입 측에 흡기필터를 경유한 공기가 연소실 실린더의 흡기 동작으로 유입될 때 그 공기는 제 1 파이프(10)의 벤츄리 관 통과 유속이 빨라지면서 가속이 이루어지고 동시에 벤츄리 관로(12)를 통하여 제 2 파이프(20)의 챔버(22) 내부 공기가 함께 빨려나와 배출 측으로 빠져나가게 되면 챔버(22) 내부는 제 1 파이프(10) 내의 압력에 비해 상대적으로 저압 지역으로 형성되어 역류되는 맥동 기류가 챔버의 저압실에 유입되고 다시 흡기에 의해 외기 유입이 이루어질 때 상기 동작을 반복하면서 흡기 필터 측으로의 작용이 차단되어 외기 유입 저항을 제거하도록 작용한다.
상기와 같은 본 발명의 엔진 흡기장치는 연소실 내부에서 배기되는 연소공기가 밸브 오버랩 시기에 흡기 측으로 발생되는 역기류와 엔진 구동에 따른 맥동에 의한 흡기 저항을 차단하고 실린더 측으로 순환시켜 외기 유입을 가속화하므로 엔진 출력에 궁극적으로 기여할 수 있다.
도 3 내지 도 4 도시의 변형 실시예의 경우에도 상기 기본 실시예의 작용과 동일한 작용을 이룸으로 별도의 구체적인 설명은 생략하더라도 그 기술적인 작용을 이해할 수 있을 것이다.
여기서 본 발명은 제 1 파이프(10)의 배출 측 종단 길이를 제 2 파이프(20)의 종단 길이보다 길게 인출하여 이격 공간(24)를 그대로 유지하도록 변형실시될 수도 있으며, 중첩 용착한 제 1, 2 파이프의 이격공간(24) 유지를 위하여 별도의 지지대를 방사상으로 용착하여 이룰 수도 있으며 이러한 변형은 후술될 청구범위 기재에 의하여 일반적으로 설계 변경할 수 있는 범주이며 이러한 변형은 본 발명의 기술 사상에 포함되는 것임을 밝혀둔다.
이상에서 상세하게 살펴본 바와 같은 본 발명은 흡기 계통 중에 흡기를 가속화시켜 공기 밀도를 높이고 밸브 오버랩과 맥동파로 역류하는 공기를 되돌려 흡기에 대해 정압의 맥동효과와 관성효과를 얻어 엔진 출력을 향상시키는 효과가 있고, 흡기 계통에 부가적으로 설비된 터보차저나 인터쿨러와 같은 복잡한 엔진에서도 흡기압을 완화하여 흡기 효율을 개선할 수 있으며, 가솔린 디젤 및 특히 LPG엔진의 밸브 오버랩과 역류성의 맥동파로 인한 역화를 제거할 수 있는 동시에 엔진의 회전속도에 따른 공기의 흡인력에 정비례하여 역류성의 공기를 실린더 방향으로 되돌려 흡기압을 감소시키고 흡기음을 현저하게 감소시키는 효과를 얻는다.
따라서, 본 발명은 엔진 흡기 개선을 통하여 연소 효율을 개선하므로 엔진 출력증가, 연비개선, 매연감소, 주행능력 향상되는 등의 개선 이루는 매우 우수한 발명인 것이다.

Claims (6)

  1. 엔진 연소 공기를 공급하는 흡기 계통에 있어서, 외부공기를 엔진 연소실로 흡입하는 흡기 경로의 외기 유입 측에 공기 유속을 빠르게 하는 2~3개의 벤츄리 관로(12)를 형성한 제 1 파이프(10)와,
    상기 제 1 파이프(10)의 외경을 감싸 외부 대기와는 밀폐하고 외기 배출 측으로 상기 제 1파이프 종단보다 길게 형성하여 연소실 측 역 기류를 수용하는 공간으로써 챔버(22)를 형성하는 제 2파이프(20)를 형성하고,
    상기 제 1파이프(10)를 상기 제 2파이프(20)의 중심 축선 상에 중첩시켜 용착 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 흡기장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1파이프(10)의 직경은 외기 유입 측(Air in) 파이프에 틈새없이 끼워지는 크기로 이루어지고, 상기 제 1파이프(10)와 제 2파이프(20)는 상호 이격공간(24)으로 분리 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 흡기장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 챔버(22) 용적과 벤츄리 관로(12) 및 이격 공간(24)은 적어도 챔버(22) 내부가 유입되는 외기에 의하여 상대적으로 낮은 저압실을 형성할 수 있는 범위 내에서 선택적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 흡기장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 파이프는 외기 입구 측 외경에 비해 외기 배출 측 외경을 작게 형성하여 이격공간(24)을 형성하는 제 1파이프(10a)를 이루고, 제 1파이프 (10a)의 외경을 감싸 외부 대기와 밀폐하는 제 2파이프(20a)는 상기 제 1파이프(10a) 외기 유입 측 외경을 끼워 삽입 고정할 수 있는 내경을 갖도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 흡기장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 엔진 흡기장치(1, 1a)가 설치되는 흡기 경로는 각 실린더 헤드와 흡기 매니폴드 사이, 흡기 매니폴드의 입구부분(서지탱크 전), 흡기 필터와 흡기 매니폴드 사이의 인테이크 중간, 흡기 필터를 거친 직후의 위치 중 어느 하나의 위치에 선택적으로 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진 흡기장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1파이프의 외경 일단에 링 플랜지(16)를 형성하여 제 1파이프(10b)를 형성하고,
    제 2파이프는 상기 제 1파이프(10b)가 끼워져 챔버(22)를 마련하며 이격공간(24)을 형성할 수 있는 직경을 갖는 통상의 인테이크(32) 내에 내장하여 상기 인테이크가 제 2파이프(20b)를 겸용하는 구조의 흡기장치(1b)로 이루어, 제 1파이프(10b)의 공기 유입단에는 통상의 흡기필터(31) 배출 측 파이프를 연결하고 공기 배출단에는 상기 인테이크(32) 주름 호스가 연장 결합되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 엔진 흡기장치.
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