KR100981345B1 - 내연기관 흡기 효율 개선장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관 흡기 효율 개선장치에 관한 것으로서, 내연기관의 흡기시스템에 장착되는 고정플레이트와, 고정플레이트의 중앙에 형성된 관통홀의 내주면을 따라 등간격으로 하나 이상 경사지게 설치되되, 테두리면이 관통홀의 내주면을 향하도록 설치되는 와류발생부재를 포함한다. 따라서 본 발명은, 와류 발생 장치가 가질 수 있는 흡기 공기 저항을 제거함과 동시에 공기의 와류 운동을 얻을 수 있으며, 결과적으로 내연기관의 연소효율 증대로 이어져서 출력 향상을 얻을 수 있고, 연소효율 향상으로 내연기관의 보다 안정적이고 원활한 운동을 유도하여, 내연기관의 소음 감소 및 수명을 연장시킬 수 있고, 매연을 저감시키는 효과를 가진다.

내연기관, 흡기시스템, 공기 흐름, 저항, 와류

Description

내연기관 흡기 효율 개선장치{UPGRADED INTAKE APPARATUS FOR AN INTERNAL-COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관 흡기 효율 개선장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직진 방향의 공기 흐름을 와류현상과 같은 회전 방향으로 변화시킨 후 내연기관에 공급함으로서, 공기 충진 효율을 증대시켜 공기와 연료의 혼합 상태를 보다 균일하게 만들어 완전 연소를 유도하며, 이에 따른 출력 증대를 가져오는 내연기관 흡기 효율 개선장치에 관한 것이다.

내연기관의 흡기 시스템에서 연소 효율 개선 및 출력 증대를 위하여, 와류를 발생시키는 여러 가지 형태의 와류 발생 장치 기술들이 사용되어 왔다.

와류 발생 장치의 제작과 내연기관에 장착 할 때 고려해야 할 것이, 흡기 공기 저항이다. 와류 발생 장치로 인하여 공기의 와류 운동을 얻어 낼 수 있지만, 일정 공기 속도 이상에서는 와류 발생 장치가 오히려 공기의 흐름을 방해 할 수 있다.

예를 들면, 공기가 흐르는 흡기관 내부에 와류 발생 장치를 설치하게 되면, 와류 상태의 공기 흐름을 얻을 수 있지만, 흡기관 내부에 설치됨으로 인하여 공기 의 흐름을 방해 할 수 있고, 와류 발생 장치의 내부구조에 따라 흡기 공기 저항을 증가 시킬 수 있다. 흡기관에서 공기의 흐름은, 저속일 경우 흡기관 표면을 따라 흐르며, 고속 일 때는 흡기관 중심을 향하여 흐르게 된다.

도 1은 일반적인 내연기관의 흡기 시스템을 나타낸 것이며, 흡기 공기의 이물질을 제거해 주는 공기 필터(100)와, 흡기 공기의 흐름을 유도하는 흡기관(110)과, 내연기관이 필요로 하는 공기량을 조절하는 트로틀 바디(130)와, 흡기 공기가 충진 되는 서지탱크(150)와, 흡기 공기를 내연기관으로 최종 유도하는 흡기 매니폴더(160) 로 크게 구성된다. 최종 유도된 흡기 공기는 내연기관(180) 내부로 빨려 들어가게 된다.

일반적인 와류 발생 장치의 장착 위치는, 흡기관 내부(120)나 트로틀 바디(130)와 서지탱크(150) 사이 또는 흡기 매니폴더(160)와 내연기관(180)의 사이에 주로 설치된다.

그리고 도 2는 공기 흡기관(200) 내부에 설치되어 있는 대한민국 특허등록 제10-540261호 자동차용 과급기인 와류 발생 장치(210)이며, 도 1에서의 흡기관 내부(120)와 유사한 위치에 장착되어 있다. 입력 공기량(Q1)과 출력 공기량(Q2) 관계를 보면, 입력 공기량 일부가 흡기 저항에 의하여 입력 측으로 반사(꺽인 화살표) 되는 것을 볼 수 있다. 출력 측에는 반사 된 입력 공기량을 제외한 나머지 공기가 와류 현상을 갖게 된다. 입력과 출력 공기량 차이 발생은, 내연기관의 연소효율을 높이기 위한 이상적인 연료 및 공기 혼합 비율을 생성하는데, 문제를 유발 할 수 있다.

＊입력 과 출력 공기량 관계: Q1 > Q2

도 3 및 도 4는 대한민국 실용신안공개 제1998-59371호 내연기관의 흡기와류발생장치인 와류 발생 장치이며, 고정 플레이트(220)와 와류 현상을 발생하는 와류발생 부재(230)로 구성되어 있다. 고정 플레이트(220)와 와류발생 부재(230)는 일체형으로, 와류를 발생시키기 하기 위하여 와류발생 부재(230)를 일정 각도로 비틀었으며, 이 비틀어진 부위(240)는 삼각형 모양의 면을 형성하고, 입력되는 공기 방향에 대하여 정면으로 위치한다.

도 4는 트로틀 바디(260) 또는 도 1에서의 트로틀 바디(130)와 서지탱크(150 또는 흡기 매니폴더(160)와 내연기관(180)의 사이에 설치되어 있는 것이며, 흡기 공기가 와류 현상을 가지고 출력되는 것을 나타낸 것이다.

여기서 입력 공기량(Q1)과 출력 공기량(Q2) 관계를 보면, 입력 공기량의 대부분이 출력 측으로 전달됨을 볼 수 있다. 여기에서, 도 3과 같이 와류 발생 장치 제작을 단순화시키기 위하여, 고정 플레이트(220)와 와류발생부재(230)를 일체화하였고, 와류발생을 시키기 위하여 와류발생 부재(230)를 일정 각도로 비틀어야만 했다. 비틀어진 이 부위(240, 290)는 삼각형 모양의 면을 형성하며, 입력 공기 흐름에 대하여 정면을 바라보게 된다. 따라서 비틀어진 삼각형 면의 부위는(240, 290) 흡기 공기 저항 역할을 하게 되고, 일부 입력 공기가 반사 되여 입력 측으로 다시 나가게 된다. 입력 공기의 흐름은 저속인 경우 입력 과 출력 공기량이 동일 하지만, 공기 흐름이 고속인 경우 흡기 공기 저항에 의하여, 입력 공기량에 비하여 출 력 공기량이 적게 되는 것이다.

＊입력 과 출력 공기량 관계: Q1 ≥ Q2

즉, 종래와 같은 기출원된 와류발생 장치는 와류발생부재(230)에서 비틀어져서 삼각형 모양을 갖는 부위(240, 290)로 인한 흡기 공기와의 면접촉으로 공기 저항을 극복하는데 한계가 있으며, 내연기관 연소효율 증대를 위하여, 실린더 내에 와류 운동을 동반한 충분한 공기 공급에 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 와류 발생 장치의 흡기 공기 저항을 제거하여 흡기 공기의 입력량과 출력량을 같게 하고, 직진 공기 흐름을 와류 형태와 같은 회전력을 부여 내연기관에 공급함으로써, 연소효율을 증대시키는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내연기관 흡기 효율 개선장치에 있어서, 내연기관의 흡기시스템에 장착되는 고정플레이트와, 고정플레이트의 중앙에 형성된 관통홀의 내주면을 따라 등간격으로 하나 이상 경사지게 설치되되, 테두리면이 관통홀의 내주면을 향하도록 설치되는 와류발생부재를 포함하는 내연기관 흡기 효율 개선장치를 제공한다.

그리고 바람직하게 와류발생부재는 날개부와 날개부로부터 직각방향으로 절곡된 고정부를 포함하고, 고정플레이트의 관통홀의 내주면에 고정홈이 경사지게 형성되어, 경사진 고정홈에 와류발생부재의 고정부가 경사지게 삽입되어 용접으로 설치된다.

그리고 여기서 고정홈은 60°∼75°의 경사각도를 가지고서 설치되며, 더욱 바람직하게 와류발생부재의 날개부는 전체적으로 곡률을 가지거나 단부측 일부가 곡률을 가지게 된다.

또한, 와류발생부재는 날개부와 상기 날개부로부터 직각방향으로 절곡된 고정부를 포함하고, 고정플레이트의 관통홀의 내주면에 고정홈이 수직지게 형성되어, 수직한 고정홈에 와류발생부재의 고정부가 수직하게 삽입되어 용접으로 설치되며, 와류발생부재의 고정부로부터 이어지는 날개부가 60°∼75°의 경사각도를 가지고서 설치되고, 와류발생부재의 고정부로부터 이어지는 날개부가 곡률을 가지고서 60°∼75°의 경사각도를 가지고서 설치된다.

또, 고정플레이트와 와류발생부재는 일체의 금형 또는 사출로 제작될 수 있는 구성을 가진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 와류 발생 장치가 가질 수 있는 흡기 공기 저항을 제거함과 동시에 공기의 와류 운동을 얻을 수 있으며, 결과적으로 내연기관의 연소효율 증대로 이어져서 출력 향상을 얻을 수 있고, 연소효율 향상으로 내연기관의 보다 안정적이고 원활한 운동을 유도하여, 내연기관의 소음 감소 및 수명을 연장시킬 수 있고, 매연을 저감시키는 효과를 가진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관 흡기 효율 개선장치의 분리 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관 흡기 효율 개선장치의 결합사시도이고, 도 7 내지 도 10은 본 발명의 내연기관 흡기 효율 개선장치에서 실시예들에 따른 고정플레이트와 와류발생부재의 결합을 보여주는 일부 단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 내연기관 흡기 효율 개선장치에서 와류 발생을 보여주는 사용 상태도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 것과 같이 내연기관 흡기 효율 개선장치는, 도 1을 참고하여 흡기관 내부나 트로틀 바디와 서지탱크 사이 또는 흡기 매니폴더와 내연기관의 사이에 주로 설치되어 흡기 효율을 증대시키는 것으로서, 크게는 내연기관의 흡기시스템에 장착되는 고정플레이트(10)와, 고정플레이트(10)에 설치되어 공기에 와류 현상이 발생하도록 하는 와류발생부재(20)로 구성된다.

여기서 고정플레이트(10)는, 서지탱크나 트로틀 바디의 형상에 따라 형상이 달라질 수 있으나 바람직하게는 3.0mm∼10.mm의 두께를 가지는 사각판 또는 원판의 형태를 가진다.

그리고 재질은 금속재가 바람직하며, 금속판재의 레이저 가공 및 용접에 의 하거나, 금형에 의한 판금, 레이저 가공과 용접에 의하거나, 제품 전체를 주물에 의하여 제작 할 수 있다.

고정플레이트(10)에는 각 모서리부에 근접하여 고정 설치를 위한 체결홀(12)이 형성되며, 중앙에는 공기의 흐름을 연통시키도록 일정 크기의 관통홀(14)이 형성된다.

그리고 이 관통홀(14)의 내주연을 따라 절개된 고정홈(16)이 등간격으로 하나 이상 형성된다.

고정홈(16)은 도 7에 도시된 것과 같이 60°∼75°의 경사각도로 비스듬히 홈을 형성하고, 도 9에서와 같이 수직하게 형성시킬 수도 있다.

위와 같은 각 고정홈(16)에 대응되어 와류발생부재(20)가 각각 설치된다.

와류발생부재(20)는, 흡기 공기 저항을 최소화하고, 공기에 와류 현상을 발생하도록 하는 것으로서, 내연기관 용량에 따라 도시된 것 보다 더 많이 설치될 수도 있으며, 판형 부재로서 재질의 두께는 0.5∼ 1.0mm가 바람직하고, 고정플레이트(10)에의 설치 높이는 15∼ 29mm가 바람직하다. 이유인 즉, 높이가 짧은 경우 충분한 와류 현상을 발생시키지 못하며, 반면에 너무 길면 고속 공기에 의한 날개 변형과 흡기 공기 저항을 발생시킬 수 있다.

그리고 와류발생부재(20)는 주걱 형태 또는 모터 보트의 방향키와 같은 모양의 날개부(22)와, 날개부(22)의 하단부측에 직각방향으로 절곡된 고정부(24)로 구성되며, 이들 날개부(22)와 고정부(24)로 하여 형성되는 측부의 테두리면(26)이 형성된다.

따라서 관통홀(14) 내주면에 경사지게 형성된 고정홈(16)에 고정부(24)가 다시 도 7과 같이 동일 경사각으로 삽입되어 용접 등으로 설치되며, 이때 와류발생부재(20)의 테두리면(26)이 고정플레이트(10)의 내주면을 향하도록 설치된다.

그리고 여기서 고정홈(16)에 동일 경사각으로 삽입 고정된 와류발생부재(20)의 날개부(22)는 도 8에서와 같이 단부측 일부가 곡률을 가지거나 경우에 따라서는 전체적으로 곡률을 가질 수 있다.

그리고 다른 일예들로서, 관통홀(14)에 고정홈(16)이 수직하게 형성된 경우에는 도 9와 도 10에서와 같이, 와류발생부재(20)의 고정부(24) 역시 수직하게 삽입되어 용접 등으로 설치되며, 고정부(24)로부터 이어지는 날개부(22)가 60°∼75°의 경사각도를 가지고서 설치되거나, 또는 날개부(22)가 곡률을 가지고서 60°∼75°의 경사각도로 설치된다.

한편, 위에서는 고정홈(16)에 와류발생부재(20)를 삽입시켜서 용접으로 고정하는 것을 설명하였으나, 고정플레이트와 와류발생부재를 일체의 금형 또는 사출로 제작할 수도 있다. 금형 제작은 제작 비용이 다소 증가될 수 있지만 고정플레이트(10)와 와류발생부재(20)를 개별 제작하여 용접하는 방식에 비하여 완성도가 높을 수 있다.

이와 같은 구조로 이루어진 내연기관 흡기 효율 개선장치의 작용은 다음과 같이 이루어진다.

도 11을 참고하면, 트로틀 바디(도 1에 도시:130)와 서지탱크(도 1에 도시:150)의 사이에 장착하였을 때의 공기 흐름을 나타낸 것으로서, 트로틀 바 디(130)의 밸브 개폐 정도에 비례한 입력공기(Q1)가 고정플레이트(10)와 와류발생부재(20)를 통과하면서 출력공기(Q2)가 와류가 발생되어 배출되는 것을 보여준다.

특히, 관통홀(14)의 고정홈(16)에 설치된 와류발생부재(20)의 고정부(24)를 확대 도시한 점선의 원을 보면, 입력공기(Q1)가 관통홀(14)을 통과하면서 고정부(24)와 날개부(22)를 잇는 테두리면(26)에 접촉됨으로써, 종래의 면 접촉에 비해 흡기 공기 저항이 최소화되고, 충분한 와류가 발생할 수 있도록 공기의 흐름을 테두리면(26)으로 하여 갈라놓게 된다. 그리고 경사지거나 곡률을 가지는 날개부(22)를 통하여 와류가 발생된다.

따라서 입력공기(Q1)의 량과 출력공기(Q2)의 량은 동일하게 되어 충분한 공기가 서지탱크로 공급될 수 있다.

그러므로 본 발명의 내연기관 흡기 효율 개선장치는, 와류발생부재(20)를 통하여 흡기 공기 저항을 최소화하고, 충분한 와류가 발생할 수 있도록 하여 내연기관 의 연소효율 개선 및 출력증대를 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 내연기관 흡기 효율 개선장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 일반적인 내연기관의 흡기 시스템을 나타낸 것이고,

도 2는 종래의 일실시예에 따른 자동차용 과급기인 와류 발생 장치를 도시한 것이고,

도 3 및 도 4는 종래의 또 다른 실시예에 따른 내연기관의 흡기 와류발생장치를 도시한 것이고,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관 흡기 효율 개선장치의 분리 사시도이고,

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관 흡기 효율 개선장치의 결합사시도이고,

도 7 내지 도 10은 본 발명의 내연기관 흡기 효율 개선장치에서 실시예들에 따른 고정플레이트와 와류발생부재의 결합을 보여주는 일부 단면도이고,

도 11은 본 발명에 따른 내연기관 흡기 효율 개선장치에서 와류 발생을 보여주는 사용 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 고정플레이트 12 : 체결홀

14 : 관통홀 16 : 고정홈

20 : 와류발생부재 22 : 날개부

24 : 고정부 26 : 테두리면

Claims (8)

1. 내연기관 흡기 효율 개선장치에 있어서,

   중앙에 형성된 관통홀의 내부면을 따라 등간격으로 하나 이상 설치된 고정홈이 형성되어, 상기 내연기관의 흡기시스템에 장착되는 고정플레이트와;

   날개부와 상기 날개부로부터 절곡된 고정부 및 상기 날개부와 고정부를 잇는 측부의 테두리면을 포함하되, 상기 고정부가 상기 고정홈에 삽입되며, 상기 관통홀을 통해 입력되는 공기가 상기 테두리면에 의해 갈라지면서 와류를 발생하도록 경사지게 설치되는 판상의 와류발생부재;

   를 포함하는 내연기관 흡기 효율 개선장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정홈은 60°∼75°의 경사각도를 가지고서 설치되는 내연기관 흡기 효율 개선장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 와류발생부재의 날개부는 전체적으로 곡률을 가지거나 단부측 일부가 곡률을 가지는 내연기관 흡기 효율 개선장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 와류발생부재의 고정부로부터 이어지는 상기 날개부가 60°∼75°의 경사각도를 가지고서 설치되는 내연기관 흡기 효율 개선장치.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 고정플레이트와 와류발생부재는 일체의 금형 또는 사출로 제작되는 내연기관 흡기 효율 개선장치.

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