KR101027512B1 - 흡기조절장치 및 흡기 및 배기 조절장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차, 항공기, 선박 및 각종 산업용 기계의 동력원으로 이용되는 내연기관에 있어서 연료의 완전연소를 유도하기 위한 흡기조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내연기관의 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기에 와류가 발생되도록 유도하여 연료와 고르게 혼합되도록 하고, 동시에 흡기관을 통하여 연소실에 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 흡기조절장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 배기가스가 흡기관으로 유입되거나 배기가스가 연소실로 역류하는 것을 저지함으로써 내연기관의 출력을 향상시키기 위한 흡기 및 배기 조절장치에 관한 것이다.
흡기조절장치, 배기조절장치, 와류, 오버랩, 역류방지

Description

흡기조절장치 및 흡기 및 배기 조절장치{intake air control device and apparatus controlling intake air and exhaust gas}
본 발명은 자동차, 항공기, 선박 및 각종 산업용 기계의 동력원으로 이용되는 내연기관에 있어서 연료의 완전연소를 유도하기 위한 흡기조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내연기관의 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기에 와류가 발생되도록 유도하여 연료와 고르게 혼합되도록 하고, 동시에 흡기관을 통하여 연소실에 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 흡기조절장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 배기가스가 흡기관으로 유입되거나 배기가스가 연소실로 역류하는 것을 저지함으로써 내연기관의 출력을 향상시키기 위한 흡기 및 배기 조절장치에 관한 것이다.
내연기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정이 연속 반복적으로 이루어지면서 동력이 발생되는데, 이중 연소실(43)내로 공기가 흡입되는 흡기 과정은 도1에 도시한 바와 같이 피스톤(31)이 하강하면서 흡기밸브(12)가 열리고 이때 흡기관(11)을 통해 유입되는 공기와 인젝터(42)에서 분사되는 연료가 연소실(43) 내로 유입되어 혼합되면서 혼합가스가 만들어지고, 이 혼합가스를 피스톤(31)으로 압축 한 후 점화플러그(도면 미도시)로 점화하거나 자연 착화시켜 연소시키면 피스톤(31)이 다시 밀리는 과정이 반복되어 동력이 발생한다.
이처럼 연소실(43) 내에 공기가 순간적으로 유입되고 분사된 연료와 혼합되어 발생되는 혼합가스는 연소실(43) 내에서 전체적으로 연료와 공기가 고르게 혼합되지 못하고 특정 위치에 따라 혼합비가 균일하지 않게 되는데, 이러한 혼합가스를 연소시키면 미연소가스가 발생하게 되어 연소효율이 떨어지고 카본 및 공해물질 등이 발생되어 엔진의 수명단축과 공해물질 발생의 원인이 되었다.
또한 엔진의 출력에 따라 연소실(43)에 유입되는 공기의 양을 조절하여 요구되는 혼합가스를 만들어야 하는데 종래에는 연소실(43)에 유입되는 공기의 양을 조절하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 내연기관의 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정 중에서 배기행정이 끝나가면서 흡기행정이 시작되려는 순간의 피스톤(31)이 상사점에 위치한 경우 이론상으로는 흡기밸브(12)가 열리고 배기밸브(22)가 닫혀야 하나 실제는 흡입공기를 충분히 흡입하고 배기가스를 충분히 배기하기 위하여, 회전축(도면 미도시)의 회전각도가 피스톤(31)의 상사점 전 15°가 될 때에 흡기밸브(12)가 미리 열리고 피스톤(31)의 상사점 후 15°에서 배기밸브(22)가 늦게 닫히게 된다. 따라서, 흡기밸브(12) 및 배기밸브(22)의 열림상태가 오버랩되는 시간에는 실린더(41)에서 배기되고 있는 배기가스의 일부가 흡기관(11) 쪽으로 빠져나가게 되고, 배기관(21)쪽으로 배기되던 배기가스가 연소실(43)로 역류하게 되는 현상이 발생된다. 이러한 현상으로 인하여 종래 인젝터(42)로부터 분사되는 연료와 흡기관(11)으로부터 흡입된 새 공기가 원활하게 혼합되지 못하여 연소효율이 떨어지고 내연기관의 출력이 저하되는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 내연기관의 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기에 와류가 발생되도록 유도하여 연료와 고르게 혼합되도록 하고, 동시에 흡기관을 통하여 연소실에 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 흡기조절장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 흡기밸브 및 배기밸브의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 흡기관쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양을 감소시키고, 배기관에서 연소실쪽으로 역류되는 배기가스의 양을 감소시킴으로써 연소실에서 연료와 공기의 혼합효율이 증대되는 흡기 및 배기 조절장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 내부의 흡기 이동로에 연통하는 흡기 상단 개방구(110) 및 흡기 하단 개방구가 형성되고 둘레면이 내연기관의 흡기관(11) 내벽과 틈을 유지하며 흡기관(11)에 장착되는 흡기조절기 본체(100); 상기 흡기 하단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 흡기 하단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 흡기 하단 개방구를 통과하는 공기의 유량을 조절하도록 하부로 갈수록 횡단면이 증가하는 흡기 슬라이딩 바디(200); 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록 하단이 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)에 연결되는 흡기 이동축(300); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 흡기 하단 개방구를 통과하는 공기를 안내하도록 상기 흡기 슬라이딩 바디(200) 둘레면에는 길이방향을 따라 흡기 가이드 날개(210)가 형성될 수 있고, 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 둘레면 중 상기 흡기 하단 개방구 내면에 밀착하는 흡기 밀착 둘레면과 상기 흡기 하단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 상기 흡기 슬라이딩 바디(200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 흡기 밀착 둘레면을 가로지르는 흡기 유동홈(220)이 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡기 가이드 날개(210)는 상기 흡기 가이드 날개(210)를 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성되는 흡기 와류 형성날개(212)를 포함하고, 상기 흡기 유동홈(220)은 상기 흡기 유동홈(220)을 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성될 수 있고, 상기 흡기 가이드 날개(210)는 상기 흡기 와류 형성날개(212)에 연접하며 길이방향을 따라 평행하게 상측으로 연장되는 흡기 슬라이딩 날개(211)를 포함하고, 상기 흡기조절기 본체(100)에는 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)가 슬라이딩되는 경우 상기 흡기 슬라이딩 날개(211)가 안내되는 흡기 슬라이딩 홈(140)이 하단으로부터 길이방향을 따라 형성될 수 있고, 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면은 원추형으로 형성되고, 상기 흡기 와류 형성날개(212)는 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하단 하부로 돌출되어 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면 중심부 소정 부위까지 연장 형성될 수 있다.
본 발명은 중심부에 상기 흡기 이동축(300)을 안내하는 흡기 이동축 안내공(411)이 형성되는 흡기 고정 몸체(410)와, 상기 흡기 고정 몸체(410) 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 흡기조절기 본체(100) 내벽에 고정 설치되는 흡기 고정 날개(420)를 구비하는 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)를 포함할 수 있고, 상기 흡기 고정 날개(420)는 상기 흡기 이동로를 통과하는 공기가 와류를 형성하도록 상기 흡기 고정 몸체(410)의 길이방향을 따라 경사지게 형성될 수 있고, 상기 흡기 고정 날개(420)는 상기 흡기 고정 몸체(410)의 상단에 형성되는 흡기 상단 고정 날개(421)와, 상기 흡기 고정 몸체(410)의 하단에 상기 흡기 상단 고정 날개(421)와 엇갈리게 형성되는 흡기 하단 고정 날개(422)를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡기 이동축(300)이 흡기 스프링(510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 흡기 이동축 안내공(411)을 따라 이동함으로써 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록, 상기 흡기 이동축(300)은 흡기 이동축 푸싱수단에 연결될 수 있고, 상기 흡기 이동축 푸싱수단은 상기 흡기 이동축(300)의 상단을 압박하는 흡기 캠(520)일 수 있다.
한편, 본 발명은 흡기관(11)을 통과하는 공기의 유량을 조절하기 위하여 흡기관(11)에 설치되는 제10항의 흡기조절장치; 배기관(21)을 통과하는 배기가스의 유량을 조절하기 위하여 배기관(21)에 설치되는 배기조절장치; 를 포함하되, 상기 배기조절장치는, 내부의 배기 이동로에 연통하는 배기 하단 개방구 및 배기 상단 개방구가 형성되고 둘레면이 내연기관의 배기관(21) 내벽과 틈을 유지하며 배기관(21)에 장착되는 배기조절기 본체(2100); 상기 배기 상단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 배기 상단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 배기 상단 개방구를 통과하는 배기가스의 유량을 조절하도록 상부로 갈수록 횡단면이 증가하는 배기 슬라이딩 바디(2200); 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)에 연결되는 배기 이동축(2300); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 및 배기 조절장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)의 둘레면 중 상기 배기 상단 개방구 내면에 밀착하는 배기 밀착 둘레면과 상기 배기 상단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 상기 배기 슬라이딩 바디(2200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 배기 밀착 둘레면을 가로지르는 배기 유동홈이 형성되고, 상기 배기조절기 본체(2100)에는 배기 이동축 안내공이 형성되는 배기 고정 몸체 및 상기 배기 고정 몸체 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 배기조절기 본체(2100) 내벽에 고정되는 배기 고정 날개를 구비하는 배기 슬라이딩 바디 가이드가 설치되고, 상기 배기 이동축(2300)은 하부가 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)의 상하면을 관통하며 상기 배기 이동축 안내공에 슬라이딩 가능하도록 끼워지고, 배기 스프링(2510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 배기 이동축 안내공을 따라 이동함으로써 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 상부가 배기 이동축 푸싱수단에 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 회전축(51)의 회전각도가 피스톤의 상사점 전 15°부터 상사점 후 15°사이에 해당하여 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 상기 흡기 스프링(1510) 및 상기 흡기 이동축 푸싱수단에 의하여 상기 흡기 밀착 둘레면이 상기 흡기 하단 개방구와 밀착되고, 상기 배기 스프링(2510) 및 상기 배기 이동축 푸싱수단에 의하여 상기 배기 밀착 둘레면이 상기 배기 상단 개방구와 밀착될 수 있다.
본 발명에 따른 흡기조절장치는 내연기관의 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기에 와류를 형성하여 연료와 고르게 혼합되도록 하고, 동시에 엔진의 출력에 따라 흡기관을 통하여 연소실에 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 흡기밸브 및 배기밸브의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 흡기관쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양을 감소시키고, 배기관에서 연소실쪽으로 역류되는 배기가스의 양을 감소시킴으로써 연소실에서 연료와 공기의 혼합효율이 증대되는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예1
실시예1은 본 발명에 따른 흡기조절장치에 관한 것이다.
도2는 흡기관에 설치된 실시예1의 부분 절개 사시도를, 도3은 실시예1의 흡기조절기 본체의 사시도를, 도4는 실시예1의 흡기조절기 본체와 흡기 슬라이딩 바디의 결합 사시도를, 도5는 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디의 사시도를, 도6은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디의 측면도를, 도7은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디 가이드의 사시도를, 도8은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디 가이드의 평면도를 나타낸다.
도2를 참조하면 실시예1은 흡기조절기 본체(100), 흡기 슬라이딩 바디(200), 흡기 이동축(300), 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400) 및 흡기 이동축 가동수단(500) 을 가진다.
도2를 참조하면 흡기조절기 본체(100)는 흡기관(11)에 장착된다.
도2 및 도3을 참조하면 흡기조절기 본체(100)는 상단에 흡기 상단 개방구(110, 도2 참조)가 형성되고, 하단에 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)가 형성된다. 또한 흡기조절기 본체(100)는 내부가 빈 쉘(shell) 형태로 형성됨으로써, 흡기조절기 본체(100) 내부에는 흡기 상단 개방구(110, 도2 참조) 및 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 상호 연통시키는 흡기 이동로(도면부호 미부여)가 길이방향을 따라 형성된다.
도2 및 도3을 참조하면 흡기조절기 본체(100) 둘레면에는 흡기조절기 본체(100)가 흡기관(11) 내벽과 틈을 유지하며 장착되도록 흡기 장착돌기(130)가 길이방향을 따라 형성된다. 즉, 흡기조절기 본체(100)는 흡기 장착돌기(130)가 흡기관(11) 내벽에 접촉 고정됨으로써 흡기관(11) 내벽에 장착된다. 한편, 흡기 장착돌기(130)는 흡기조절기 본체(100)의 둘레면과 흡기관(11) 내벽에 형성되는 틈을 통과하는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향에 대하여 경사지도록 형성된다. 흡기 장착돌기(130)는 상부에 형성되는 흡기 상부 장착돌기(131) 및 흡기 상부 장착돌기(131) 하부에 형성되는 흡기 하부 장착돌기(132)를 포함할 수 있는데, 흡기 상부 장착돌기(131)와 흡기 하부 장착돌기(132)는 상호 엇갈리도록 형성된다.
도3을 참조하면 흡기조절기 본체(100)는 하부 소정부위로부터 하단으로 가면서 상기 흡기 이동로(도면부호 미부여)의 단면적이 감소하도록 상기 하부 소정부위로부터 하단까지의 부위가 잘린 원추형으로 형성된다. 한편, 잘린 원추형으로 형성 되는 흡기조절기 본체(100)의 상기 하부 소정부위로부터 하단까지의 부위에는 길이방향을 따라 하단으로부터 상측으로 흡기 슬라이딩 홈(140)이 형성된다.
도2를 참조하면 흡기조절기 본체(100)에는 흡기 하단 개방구(120)를 통하여 슬라이딩됨으로써 소정부위가 흡기조절기 본체(100) 내부로 인입 및 인출되는 흡기 슬라이딩 바디(200)가 설치된다. 흡기 슬라이딩 바디(200)는 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 통하여 슬라이딩됨으로써 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)와 이루는 틈이 변화되어 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 통과하는 공기의 유량을 조절하도록 하부로 가면서 횡단면이 증가하도록 형성될 수 있다. 즉, 흡기 슬라이딩 바디(200)는 상단과 하단 사이에 형성되는 둘레면이 잘린 원추형으로 형성될 수 있다. 또한 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면은 하부로 볼록한 원추형으로 형성될 수 있다.
도4를 참조하면 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 통과하는 공기를 안내하도록 흡기 슬라이딩 바디(200)는 둘레면에 길이방향을 따라 흡기 가이드 날개(210)가 형성된다.
도5를 참조하면 흡기 가이드 날개(210)는 흡기 슬라이딩 날개(211)와 흡기 와류 형성 날개(212)를 포함한다.
도5를 참조하면 흡기 와류 형성 날개(212)는 흡기 와류 형성 날개(212)를 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성된다. 흡기 와류 형성 날개(212)는 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하단 하부로 돌출되어 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면 중심부 소정 부위까지 연장 형성될 수 있다. 이때, 이웃 한 흡기 와류 형성 날개(212)와 흡기 와류 형성 날개(212)는 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면에서 "V"자 홈이 형성되도록 돌출되어 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면을 따라 유동하는 공기가 와류를 형성하는 것을 촉진하게 된다.
도5를 참조하면 흡기 슬라이딩 날개(211)는 흡기 와류 형성 날개(212)에 연접하며 길이방향을 따라 평행하게 상측으로 연장된다. 도4를 참조하면 흡기 슬라이딩 날개(211)는 흡기 슬라이딩 바디(200)가 상하로 슬라이딩 되는 경우 흡기 슬라이딩 홈(140, 도3 참조)에 끼워져 안내되도록 형성된다.
도4를 참조하면 흡기 슬라이딩 바디(200)의 둘레면에는 흡기 유동홈(220)이 형성된다. 흡기 유동홈(220)은 흡기 슬라이딩 바디(200)의 둘레면 중 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조) 내면에 밀착하는 흡기 밀착 둘레면(도면부호 미부여)과 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)와의 사이에 틈이 형성되도록 길이방향을 따라 상기 흡기 밀착 둘레면(도면부호 미부여)을 가로지르도록 형성된다.
도5 및 도6을 참조하면 흡기 유동홈(220)은 흡기 유동홈(220)을 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성된다.
도2를 참조하면 흡기 이동축(300)은 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록 하단이 흡기 슬라이딩 바디(200)에 연결된다.
도2를 참조하면 흡기조절기 본체(100) 내부에는 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)가 설치된다. 도7을 함께 참조하면 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)는 흡기 고정 몸체(410)와 흡기 고정 날개(420)를 포함한다.
도7을 참조하면 흡기 고정 몸체(410)는 중심부에 흡기 이동축 안내공(411)이 형성되는 관형태로 형성된다. 흡기 이동축 안내공(411)에는 흡기 이동축(300)이 끼워져 흡기 이동축 안내공(411)을 따라 안내된다. 도2를 함께 참조하면 흡기 고정 날개(420)는 흡기 고정 몸체(410) 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 흡기조절기 본체(100) 내벽에 고정된다. 흡기 고정 날개(420)가 흡기조절기 본체(100) 내벽에 고정됨으로써 흡기 이동축(300)이 흡기 이동축 안내공(411)을 따라 안내될 수 있다.
도8을 참조하면 흡기 고정 날개(420)는 흡기조절기 본체(100) 내부에 형성된 상기 흡기 이동로(도면부호 미부여)를 통과하는 공기가 와류를 형성하도록 흡기 고정 몸체(410)의 길이방향을 따라 경사지게 형성된다.
도7을 참조하면 흡기 고정 날개(420)는 흡기 고정 몸체(410)의 상단에 형성되는 흡기 상단 고정 날개(421)와, 흡기 고정 몸체(410)의 하단에 형성되는 흡기 하단 고정 날개(422)로 이루어질 수 있다. 도8을 참조하면 흡기 상단 고정 날개(421)와 흡기 하단 고정 날개(422)는 엇갈리게 형성될 수 있다.
도2를 참조하면 실시예1은 흡기 이동축(300)을 상하로 이동시킴으로써 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 통하여 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키는 흡기 이동축 가동수단(500)을 구비한다. 흡기 이동축 가동수단(500)은 엑츄에이터 방식, 피에조 방식 및 캠 방식 등 일반적인 방법이 사용될 수 있다. 이하, 캠 방식에 대하여 설명한다.
도2를 참조하면 흡기 이동축 가동수단(500)은 흡기 스프링(510) 및 흡기 캠(520)을 포함한다. 흡기 스프링(510)은 탄성력에 의하여 흡기 이동축(300)을 상 측으로 이동시킴으로써 흡기 슬라이딩 바디(200)의 상기 흡기 밀착 둘레면(도면부호 미부여)이 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조) 내면과 밀착될 수 있도록 설치된다. 흡기 캠(520)은 흡기 캠(520)의 회전각에 따라 흡기 이동축(300)의 상단을 압박함으로써 흡기 이동축(300)이 흡기 스프링(510)에 의한 탄성력을 극복하고 흡기 이동축 안내공(411, 도7 참조)을 따라 하측으로 이동함으로써 흡기 슬라이딩 바디(200)를 하측으로 슬라이딩시키도록 설치된다. 즉, 흡기 캠(520)은 흡기 이동축(300)을 하측으로 이동시키는 흡기 이동축 푸싱수단이다.
실시예1은 흡기관(11) 내에 설치되어 흡기 슬라이딩 바디(200)가 흡기 하단 개방구(120)를 통하여 슬라이딩됨으로써 흡기조절기 본체(130) 내에 형성된 상기 흡기 이동로(도면부호 미부여)를 통과하는 공기의 유량을 조절할 수 있는 장점이 있다. 즉, 엔진의 출력과 관련하여 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시킴으로써 연소공기가 많이 요구되는 경우에는 흡기 슬라이딩 바디(200)와 흡기 하단 개방구(120)의 틈새를 크게 형성하고, 연소공기가 적게 요구되는 경우에는 흡기 슬라이딩 바디(200)와 흡기 하단 개방구(120) 사이의 틈을 적게 형성할 수 있다.
실시예1은 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)의 흡기 고정 날개(420), 흡기 슬라이딩 바디(200)의 흡기 와류 형성 날개(212) 및 흡기 유동홈(220)으로 인하여 상기 흡기 이동로(도면부호 미부여)를 통과하여 연소실(43, 도2 참조)로 유입되는 공기가 와류를 형성하게 됨으로써 인젝터(600, 도2 참조)에서 분사되는 연료와의 혼합효율이 좋아지게 된다. 도2의 도면부호 700은 흡기 밸브장치를 나타낸다.
실시예2
실시예2는 본 발명에 따른 흡기 및 배기 조절장치에 관한 것이다.
도9는 실시예2의 개략도를 나타낸다.
도9를 참조하면 실시예2는 흡기조절장치(1000), 배기조절장치(2000), 흡기 밸브장치(3000) 및 배기 밸브장치(3000)를 가진다.
흡기조절장치(1000)는 실시예1의 흡기조절장치와 동일하고, 배기조절장치(2000)는 실시예1의 흡기조절장치와 유사하므로 이하 설명하지 않은 사항은 실시예1에서 설명한 바에 준한다.
도9를 참조하면 흡기조절장치(1000)의 흡기조절기 본체(1100)는 흡기관(11) 내에 설치된다. 흡기조절기 본체(1100)에는 흡기 슬라이딩 바디(1200)가 슬라이딩 가능하도록 결합된다.
도9를 참조하면 배기조절장치(2000)의 배기조절기 본체(2100)는 배기관(21) 내에 설치된다. 배기조절기 본체(2100)에는 배기 슬라이딩 바디(2200)가 슬라이딩 가능하도록 결합된다.
도9를 참조하면 배기조절기 본체(2100)는 내부의 배기 이동로에 연통하는 배기 하단 개방구 및 배기 상단 개방구가 형성되고 둘레면이 배기관(21) 내벽과 틈을 유지하며 배기관(21)에 장착된다. 배기 하단 개방구는 흡기조절기 본체(1100)의 흡기 상단 개방구에 대응하고, 배기 상단 개방구는 흡기조절기 본체(1100)의 흡기 하단 개방구에 대응한다. 즉, 배기조절기 본체(2100)는 흡기조절기 본체(1100)와 동일한 형상이지만 흡기조절기 본체(1100)와 비교하여 상하 거꾸로 설치된다.
도9를 참조하면 배기 슬라이딩 바디(2200)는 상기 배기 상단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 배기 상단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 배기 상단 개방구를 통과하는 배기가스의 유량을 조절하도록 상부로 가면서 횡단면이 증가하는 잘린 원추형으로 형성된다. 배기 슬라이딩 바디(2200)는 흡기 슬라이딩 바디(1200)와 동일한 형상이다. 따라서, 배기 슬라이딩 바디(2200)의 둘레면 중 상기 배기 상단 개방구 내면에 밀착하는 배기 밀착 둘레면과 상기 배기 상단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 배기 슬라이딩 바디(2200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 배기 밀착 둘레면을 가로지르는 배기 유동홈이 형성된다.
도9에는 도시되어 있지 않으나 배기조절기 본체(2100) 내벽에는 배기 슬라이딩 바디 가이드가 설치된다. 상기 배기 슬라이딩 바디 가이드는 배기 이동축 안내공이 형성되는 배기 고정 몸체 및 상기 배기 고정 몸체 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 배기조절기 본체(2100) 내벽에 고정되는 배기 고정 날개를 포함한다. 상기 배기 슬라이딩 바디 가이드는 흡기 슬라이딩 바디 가이드에 대응하는 구성요소이다.
도9를 참조하면 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 배기 슬라이딩 바디(2200)에는 배기 이동축(2300)이 연결된다. 한편, 흡기조절장치(1000)와 다르게 배기조절장치(200)의 경우, 배기 이동축(2300)은 하부가 배기 슬라이딩 바디(2200)의 상하면을 관통하며 상기 배기 이동축 안내공에 슬라이딩 가능하도록 끼워진다.
도9를 참조하면 배기 스프링(2510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 배기 이 동축 안내공을 따라 이동함으로써 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록, 배기 이동축(2300)의 상부는 배기 이동축 푸싱수단인 배기 캠(2520)에 연결된다.
도9는 피스톤(31)의 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정 중에서 배기행정이 끝나가면서 흡기행정이 시작되려는 순간의 피스톤(31)이 상사점에 위치한 상태의 개략도이다. 이때는 이론상으로는 흡기밸브(712)가 열리고 배기밸브(812)가 닫혀야 하나 실제는 흡입공기를 충분히 흡입하고 배기가스를 충분히 배기하기 위하여, 통상적으로 회전축(51)의 회전각도가 피스톤(31)의 상사점 전 15°가 될 때에 흡기밸브(712)가 미리 열리고 피스톤(31)의 상사점 후 15°에서 배기밸브(812)가 늦게 닫히게 된다. 따라서, 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림상태가 오버랩되는 시간에는 실린더(41)에서 배기되고 있는 배기가스의 일부가 흡기관(11) 쪽으로 빠져나가게 되고, 배기관(21)쪽으로 배기되던 배기가스가 연소실(43)로 역류하게 되는 현상이 발생된다. 이러한 현상으로 인하여 종래 인젝터(600)로부터 분사되는 연료와 흡기관(11)으로부터 흡입된 새 공기가 원활하게 혼합되지 못하여 연소효율이 떨어지고 내연기관의 출력이 저하되는 심각한 문제점이 발생되었다.
실시예2는 흡입공기를 충분히 흡입하고 배기가스를 충분히 배출하기 위한 목적으로 회전축(51)의 회전각도가 피스톤(31)의 상사점 전 α°부터 상사점 후 β°사이에 해당하여 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 흡기조절장치(1000)를 이용하여 흡기관(11)쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양을 감소시키고, 배기조절장치(2000)를 이용하여 배기관(21)에서 연소실(43)쪽으로 역류되던 배기가스의 양을 감소시킨다. α° 및 β°는 엔진의 사양에 따라 당업자 가 선택할 수 있다. 일반적으로 α°와 β°는 동일한 값을 가지는데, α°=β°=15°일 수 있다.
도9를 참조하면 흡기조절장치(1000)의 흡기 캠(1520)을 회전시켜 흡기 캠(1520)이 흡기 스프링(1510)을 압축하는 압축력을 해제시킴에 따라 흡기 스프링(1510)의 탄성력에 의하여 흡기 이동축(1300)이 상측으로 이동하고, 이에 따라 흡기 슬라이딩 바디(1200)의 흡기 밀착 둘레면이 흡기조절기 본체(1100)의 흡기 하단 개방구와 밀착된다. 따라서, 흡기조절기 본체(1100)의 하단 개방구의 대부분이 폐쇄되고, 연소실(43)에서 흡기관(11)쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양이 감소된다.
도9를 참조하면 배기조절장치(2000)의 배기 캠(2520)을 회전시켜 배기 캠(2520)이 배기 스프링(2510)을 압축하며 배기 이동축(2300)을 하측으로 이동시키게 된다. 이에 따라 배기 슬라이딩 바디(2200)의 배기 밀착 둘레면이 배기조절기 본체(2100)의 배기 상단 개방구와 밀착된다. 따라서, 배기조절기 본체(2100)의 상단 개방구의 대부분이 폐쇄되고, 배기관(21)에서 연소실(43)쪽으로 역류되던 배기가스의 양이 감소된다.
실시예2는 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 흡기조절장치(1000)를 이용하여 흡기관(11)쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양을 감소시키고, 배기조절장치(2000)를 이용하여 배기관(21)에서 연소실(43)쪽으로 역류되던 배기가스의 양을 감소시키게 된다. 따라서, 연소실(43)에서 연료와 공기의 혼합효율이 증대되어 연소효율이 향상되며, 내연기관의 출력이 향상된다.
도면부호 32는 피스톤 로드를 나타낸다.
도1은 종래의 내연기관의 흡기 및 배기 장치의 개략도.
도2는 흡기관에 설치된 실시예1의 부분 절개 사시도.
도3은 실시예1의 흡기조절기 본체의 사시도.
도4는 실시예1의 흡기조절기 본체와 흡기 슬라이딩 바디의 결합 사시도.
도5는 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디의 사시도.
도6은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디의 측면도.
도7은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디 가이드의 사시도.
도8은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디 가이드의 평면도.
도9는 실시예2의 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:흡기 조절기 본체 110:흡기 상단 개방구
140:흡기 슬라이딩 홈
200:흡기 슬라이딩 바디 210:흡기 가이드 날개
211:흡기 슬라이딩 날개 212:흡기 와류 형성 날개
220:흡기 유동홈
300:흡기 이동축
400:흡기 슬라이딩 바디 가이드
410:흡기 고정 몸체 411:흡기 이동축 안내공
420:흡기 고정 날개 421:흡기 상단 고정 날개
422:흡기 하단 고정 날개
510:흡기 스프링 520:흡기 캠
1510:흡기 스프링
2100:배기조절기 본체 2200:배기 슬라이딩 바디
2300:배기 이동축 2510:배기 스프링

Claims (14)

  1. 내부의 흡기 이동로에 연통하는 흡기 상단 개방구(110) 및 흡기 하단 개방구가 형성되고 둘레면이 내연기관의 흡기관(11) 내벽과 틈을 유지하며 흡기관(11)에 장착되는 흡기조절기 본체(100);
    상기 흡기 하단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 흡기 하단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 흡기 하단 개방구를 통과하는 공기의 유량을 조절하도록 하부로 갈수록 횡단면이 증가하는 흡기 슬라이딩 바디(200);
    상기 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록 하단이 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)에 연결되는 흡기 이동축(300);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 하단 개방구를 통과하는 공기를 안내하도록 상기 흡기 슬라이딩 바디(200) 둘레면에는 길이방향을 따라 흡기 가이드 날개(210)가 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 둘레면 중 상기 흡기 하단 개방구 내면에 밀착하는 흡기 밀착 둘레면과 상기 흡기 하단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 상기 흡기 슬라이딩 바디(200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 흡기 밀착 둘레면을 가로지르는 흡기 유동홈(220)이 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흡기 가이드 날개(210)는 상기 흡기 가이드 날개(210)를 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성되는 흡기 와류 형성 날개(212)를 포함하고,
    상기 흡기 유동홈(220)은 상기 흡기 유동홈(220)을 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흡기 가이드 날개(210)는 상기 흡기 와류 형성날개(212)에 연접하며 길이방향을 따라 평행하게 상측으로 연장되는 흡기 슬라이딩 날개(211)를 포함하고,
    상기 흡기조절기 본체(100)에는 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)가 슬라이딩되는 경우 상기 흡기 슬라이딩 날개(211)가 안내되는 흡기 슬라이딩 홈(140)이 하단으로부터 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면은 원추형으로 형성되고,
    상기 흡기 와류 형성날개(212)는 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하단 하부로 돌출되어 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면 중심부 소정 부위까지 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    중심부에 상기 흡기 이동축(300)을 안내하는 흡기 이동축 안내공(411)이 형성되는 흡기 고정 몸체(410)와, 상기 흡기 고정 몸체(410) 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 흡기조절기 본체(100) 내벽에 고정 설치되는 흡기 고정 날개(420)를 구비하는 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 흡기 고정 날개(420)는 상기 흡기 이동로를 통과하는 공기가 와류를 형성하도록 상기 흡기 고정 몸체(410)의 길이방향을 따라 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 흡기 고정 날개(420)는 상기 흡기 고정 몸체(410)의 상단에 형성되는 흡기 상단 고정 날개(421)와, 상기 흡기 고정 몸체(410)의 하단에 상기 흡기 상단 고정 날개(421)와 엇갈리게 형성되는 흡기 하단 고정 날개(422)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 흡기 이동축(300)이 흡기 스프링(510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 흡기 이동축 안내공(411)을 따라 이동함으로써 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록, 상기 흡기 이동축(300)은 흡기 이동축 푸싱수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 흡기 이동축 푸싱수단은 상기 흡기 이동축(300)의 상단을 압박하는 흡기 캠(520)인 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  12. 흡기관(11)을 통과하는 공기의 유량을 조절하기 위하여 흡기관(11)에 설치되는 제10항의 흡기조절장치;
    배기관(21)을 통과하는 배기가스의 유량을 조절하기 위하여 배기관(21)에 설치되는 배기조절장치;
    를 포함하되, 상기 배기조절장치는,
    내부의 배기 이동로에 연통하는 배기 하단 개방구 및 배기 상단 개방구가 형성되고 둘레면이 내연기관의 배기관(21) 내벽과 틈을 유지하며 배기관(21)에 장착되는 배기조절기 본체(2100);
    상기 배기 상단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 배기 상단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 배기 상단 개방구를 통과하는 배기가스의 유량을 조절하도록 상부로 갈수록 횡단면이 증가하는 배기 슬라이딩 바디(2200);
    상기 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)에 연결되는 배기 이동축(2300);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 및 배기 조절장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배기 슬라이딩 바디(2200)의 둘레면 중 상기 배기 상단 개방구 내면에 밀착하는 배기 밀착 둘레면과 상기 배기 상단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 상기 배기 슬라이딩 바디(2200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 배기 밀착 둘레 면을 가로지르는 배기 유동홈이 형성되고,
    상기 배기조절기 본체(2100)에는 배기 이동축 안내공이 형성되는 배기 고정 몸체 및 상기 배기 고정 몸체 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 배기조절기 본체(2100) 내벽에 고정되는 배기 고정 날개를 구비하는 배기 슬라이딩 바디 가이드가 설치되고,
    상기 배기 이동축(2300)은 하부가 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)의 상하면을 관통하며 상기 배기 이동축 안내공에 슬라이딩 가능하도록 끼워지고, 배기 스프링(2510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 배기 이동축 안내공을 따라 이동함으로써 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 상부가 배기 이동축 푸싱수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 흡기 및 배기 조절장치.
  14. 제13항에 있어서,
    회전축(51)의 회전각도가 피스톤의 상사점 전 15°부터 상사점 후 15°사이에 해당하여 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우,
    상기 흡기 스프링(1510) 및 상기 흡기 이동축 푸싱수단에 의하여 상기 흡기 밀착 둘레면이 상기 흡기 하단 개방구와 밀착되고,
    상기 배기 스프링(2510) 및 상기 배기 이동축 푸싱수단에 의하여 상기 배기 밀착 둘레면이 상기 배기 상단 개방구와 밀착되는 것을 특징으로 하는 흡기 및 배 기 조절장치.
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