KR101300488B1 - 엔진의 흡기보충모듈 및 흡기 보충 어댑터 - Google Patents

엔진의 흡기보충모듈 및 흡기 보충 어댑터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 흡기경로관에 흡입되는 공기를 보충하거나 그 흐름을 원활하게 하여 엔진의 출력향상을 도모하는 엔진의 흡기보충모듈 및 흡기 보충 어댑터에 관한 것으로서, 본 발명의 일 형태에 따르면, 쓰로틀 밸브와 엔진의 흡입밸브 사이에 구비되는 흡기경로관 상에 구비되며, 상기 흡기경로관의 외측과 연통되어 외부의 공기를 공급받는 공기유입부 및 상기 흡기경로관의 내주면을 따라 복수 개가 형성되며, 상기 공기유입부와 연통되어 상기 공기유입부로부터 공급받은 외부의 공기를 상기 흡기경로관 내의 공기 유동 방향으로 토출하는 공기유출공을 포함하여 이루어져, 흡기경로관 내의 공기의 흐름을 안정화시키는 흡기구조체를 포함하는 엔진의 흡기보충모듈이 개시된다.

Description

엔진의 흡기보충모듈 및 흡기 보충 어댑터{Inhale Supplement Module for Engine and Inhale Supplement Adaptor for the Same}
본 발명은 내연기관의 흡기경로관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기경로관에 흡입되는 공기를 보충하거나 그 흐름을 원활하게 하여 엔진의 출력향상을 도모하는 흡기 안정화 구조가 적용된 흡기경로관 및 흡기 보충 어댑터(200)에 관한 것이다.
자동차와 같은 내연기관의 구동을 위해 외부로부터 유입된 공기(흡기)를 엔진에 공급하는 흡기 계통은 일반적으로 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 에어 클리너(미도시), 쓰로틀 바디(10), 써지 탱크(20) 및 엔진 실린더(40)에 흡기와 연료를 공급하는 관인 흡기 매니폴드(30)로 구성된다.
쓰로틀 바디(10)에는 운전자의 액셀레이터 조작에 연동하여 회전하는 쓰로틀 밸브(12: throttle valve)가 구비되며, 상기 쓰로틀 밸브를 통해 흡기 통로의 면적이 조절된다.
운전자가 액셀레이터를 조작하는 경우, 상기 쓰로틀 밸브(12)의 개도가 조정되며, 이에 따라 에어 클리너를 통과한 공기가 쓰로틀 밸브(12)의 개도에 따라 양이 조절되어 흡입된다. 상기 에어 클리너를 통한 흡기의 양은 에어 플로우 센서(미도시)에 의해 측정되며, 측정된 흡기의 양에 따라 분사된 연료가 흡기와 혼합되어 엔진 실린더에 공급된다.
엔진 실린더(40)는 흡기와 연료가 일정 비율(공연비)로 혼합된 혼합기를 흡입, 압축, 연소 및 배기 행정을 통해 연소시키며, 이에 따라 자동차가 구동하게 된다.
일반적으로 엔진이 적절한 출력을 가지기 위해서는 흡기와 연료가 적절한 비율, 예를 들어, 15:1 정도의 비율로 혼합되어야 한다.
그러나, 공기가 흡기되면서 도 2에 도시된 바와 같이, 쓰로틀 밸브(12)를 경유한 공기가 쓰로틀 밸브(12)의 후측에서 와류를 일으키게 되는데, 이러한 와류발생에 따라 흡입되는 공기가 균일유동(uniform flow)이 이루어지지 않아 흡기가 더욱 원활하게 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진의 실린더(40)에의 흡기 매니폴드(30)와 결합되는 부분에는 공기의 흡입을 제어하는 흡입밸브(42)가 구비되는데, 이러한 흡입밸브(42)가 개방되었을 때는 공기가 실린더(40)로 유입되지만 행정중에 흡입밸브(42)가 닫혔을 때는 유동되는 공기가 흡입밸브(42)에 막혀 유동되지 않게 되며 그에 따른 반파가 발생할 수 있다. 이러한 반파는 도 2에 점선으로 도시하였다. 그런데, 다기통 엔진의 경우는 어느 한 실린더의 흡입밸브가 닫힌 상태여도 다른 실린더의 흡입밸브는 개방된 상태여서 공기가 지속적으로 흡기되어야 하는데, 흡기되는 공기의 유동과 반대방향인 반파가 발생할 경우 흡기되는 공기의 유동이 방해받아 손실이 커지게 될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 흡기되는 공기는 관내 벽면의 마찰저항 등의 흡기저항에 의해 실린더에 실제로 흡입되는 공기는 에어플로우 센서에서 측정한 양보다 적게 흡입되며 이러한 현상은 엔진 회전수가 높은 고회전시에 특히 두드러지는데, 이렇게 흡입되는 양이 부족할 경우 불완전 연소가 발생하여 출력저하는 물론 배기가스에 오염도가 높아질 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공기를 흡입하는 흡기경로관에 흡입되는 공기를 보충하거나 그 흐름을 원활하게 하여 엔진의 출력향상을 도모하는 흡기 안정화 구조가 적용된 흡기경로관 및 흡기 보충 어댑터(200)에 관한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 쓰로틀 밸브와 엔진의 흡입밸브 사이에 구비되는 흡기경로관 상에 구비되며, 상기 흡기경로관의 외측과 연통되어 외부의 공기를 공급받는 공기유입부 및 상기 흡기경로관의 내주면을 따라 복수 개가 형성되며, 상기 공기유입부와 연통되어 상기 공기유입부로부터 공급받은 외부의 공기를 상기 흡기경로관 내의 공기 유동 방향으로 토출하는 공기유출공을 포함하여 이루어져, 흡기경로관 내의 공기의 흐름을 안정화시키는 흡기구조체를 포함하는 엔진의 흡기보충모듈이 개시된다.
상기 흡기구조체는, 상기 흡기경로관 내측을 향해 경사지게 돌출 형성되어 공기가 통과하는 유로 직경이 감소하도록 형성된 오리피스부가 형성되고, 상기 공기유출공은 상기 오리피스부 상에 형성될 수 있다.
상기 공기유출공은, 상기 공기유출공을 통해 흡기경로관 내측으로 공급되는 공기가 흡기경로관을 따라 나선 방향으로 토출되도록 흡기경로관의 중심을 향하는 가상의 선과 경사지는 방향으로 형성될 수 있다.
상기 공기유입부와 공기유출공 사이에는 상기 공기유입부를 통해 공급된 공기가 상기 복수 개의 공기유출공으로 균일하게 공급되도록 공기의 이동 경로가 되는 수용챔버가 형성될 수 있다.
그리고, 외부의 공기를 임시 저장하며, 상기 공기유입부와 연통되어, 내부에 저장된 공기를 상기 공기유입부로 공급하는 공기저장탱크가 더 구비될 수 있다.
상기 공기저장탱크는, 공기저장탱크에 외부공기가 공급되는 방향으로만 개방되는 체크밸브가 더 구비될 수도 있다.
한편, 본 발명의 다른 형태에 따르면, 내연기관의 공기를 엔진으로 흡입하는 흡기경로관의 쓰로틀 밸브와 엔진의 흡입밸브 사이에 장착되며, 상기 흡기경로관 외측의 공기를 유입받는 공기유입부가 형성되고, 내측에 상기 흡기경로관의 흡기경로의 일부를 형성하는 흡기유동공이 형성된 본체와, 상기 본체의 흡기유동공 내주면에 결합되며, 상기 공기유입부로부터 유입된 공기를 흡기경로관 내측 벽면을 따라 공급하는 공기유출공이 둘레를 따라 복수 개로 형성된 링을 포함하여 이루어져, 흡기경로관 내측에 흐르는 공기를 안정화시키는 흡기 보충 어댑터(200)가 개시된다.
상기 링에 형성된 공기유출공은 흡기경로관 내측으로 공급되는 공기가 흡기경로관을 따라 나선 방향으로 토출되도록 흡기경로관의 중심을 향하는 가상의 선과 경사지는 방향으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 본체의 흡기유동공 내주면과 상기 링의 사이에, 상기 공기유입부를 통해 공급된 공기가 상기 복수 개의 공기유출공으로 균일하게 공급되도록 공기가 일시 저장되는 수용챔버가 형성될 수 있다.
상기 링은, 상기 링의 내주면의 직경이 흡기경로관보다 작아 공기가 통과하는 단면적이 줄어들도록 경사지게 돌출된 오리피스 형태로 형성될 수 있다.
상기 공기유출공은 상기 링의 경사지게 돌출된 부분의 상기 흡입밸브를 바라보는 면에 형성될 수 있다.
그리고, 외부의 공기를 임시 저장하며, 상기 공기유입부와 연통되어 저장된 공기를 상기 공기유입부로 공급하는 공기저장탱크를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 공기저장탱크는, 공기저장탱크에 외부공기가 공급되는 방향으로만 개방되는 체크밸브를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 흡기 안정화 구조가 적용된 흡기경로관 및 흡기 보충 어댑터에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 흡입되는 공기가 흡기경로관을 유동할 때 내주면을 따라 균일하게 공기를 토출해줌으로써, 관로 내의 유로 저항에 따른 공기 흡입량의 손실분을 보충하고 엔진에서 공기 흡입량 부족으로 인해 발생하는 불완전 연소를 해소할 수 있어 결과적으로 출력과 연비개선은 물론 배기가스의 오염물질을 저감시킬 수 있다.
둘째, 공기를 관내로 추가 공급하는 공기유출공이 흡기경로관 내주면을 따라 배치되어 원주 방향을 따라 균일하게 공기를 토출함으로써, 쓰로틀 밸브를 경유하면서 와류가 발생한 관내의 유동을 층류 유동화시키고 관내를 유동하는 공기 흡입량을 증대시킬 수 있다.
셋째, 공기유출공이 상기 흡기경로관의 내주면측에 형성됨으로써 흡기경로관 내주면측에 형성되는 경계층 부위에 공기를 불어넣어 에너지를 부가하여 경계층의 속도를 보다 빠르게 할 수 있어 결과적으로 경계층의 두께를 보다 얇게 할 수 있어 유동저항에 따른 손실을 최소화 할 수 있다.
넷째, 실린더의 흡입밸브가 닫혔을 때 발생하는 반파에 따라 유동하는 공기를 공기저장탱크를 통해 임시 저장할 수 있어 흡기경로관에 흐르는 정방향의 공기유동을 교란을 최소화할 수 있으며, 반파에 의한 공기의 역방향 유동을 상기 공기저장탱크에 저장하여 상기 흡입밸브가 다시 개방될 때에는 상기 공기저장탱크에 소폭 상승된 압력으로 저장된 공기가 다시 공기유출공을 통해 흡기경로관으로 공급함으로써 반파에 의한 에너지를 재활용할 수 있다.
다섯째, 공기를 추가 공급하는 공기유출공이 오리피스 형태의 구조체에 형성되므로, 흡기경로관 내를 유동하는 공기의 유속이 빨라져 압력이 떨어지는 지점에서 압력의 차에 의해 보다 원활히 외부의 공기가 공기유출공을 통해 내부의 흡기경로관으로 공급될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 일반적인 내연기관의 흡기경로관을 구성하는 쓰로틀 바디와 서지탱크 및 흡기 매니폴드를 도시한 분해 사시도;
도 2는 도 1의 단면도로서, 흡기경로관 내부를 유동하는 공기의 흐름을 개략적으로 도시한 단면도;
도 3은 도 1의 단면도로서, 흡기경로관 내부를 유동하는 공기의 속도구배를 도시한 단면도;
도 4는 본 발명의 일 형태에 따른 흡기경로관을 개략적으로 도시한 단면도;
도 5는 도 4의 오리피스부의 평면도;
도 6은 본 발명의 다른 형태에 따른 흡기경로관을 개략적으로 도시한 단면도;
도 7은 본 발명의 또 다른 형태에 따른 흡기 보충 어댑터가 적용된 내연기관의 일부를 도시한 분해사시도;
도 8은 도 7의 단면도로서, 흡기경로관 내부를 유동하는 공기의 흐름을 개략적으로 도시한 단면도;
도 9은 도 7의 흡기 보충 어댑터의 분해 사시도;
도 10는 도 9의 흡기 보충 어댑터의 단면도;
도 11은 도 7의 흡기 보충 어댑터의 평면도;
도 12는 도 6의 변형된 예를 도시한 단면도; 및
도 13은 도 8의 일부를 확대하여 흡기경로관 내부를 유동하는 공기의 속도구배를 도시한 단면도 이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 흡기보충모듈(이하, '흡기보충모듈'이라 칭하기로 한다)에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
일반적으로 가솔린기관 및 디젤기관들은 에어 클리너를 통과한 공기를 쓰로틀 바디(10)를 통해 써지탱크(20)로 흡입하고, 상기 써지탱크(20)에서 각 실린더(40)로 분기된 흡기 매니폴드(30)를 통해 각 실린더(40)로 유동되어 공급된다.
이하, 본 실시예의 설명에서는 이렇게 흡입된 공기가 각 실린더(40)로 유동하는 경로를 형성하는 관을 흡기경로관(100)이라 칭하기로 한다.
상기 쓰로틀 바디(10)는 운전자가 조작하는 엑셀레이터와 연동되어 개도가 조절되는 쓰로틀 밸브(12)가 구비되어 공기의 흡기량을 조절하는 장치이다.
그리고, 상기 써지탱크(20)는 상기 쓰로틀 밸브(12)를 통과한 공기가 일시 저장되는 공간을 형성한다. 즉, 상기 쓰로틀 밸브(12)를 통과한 공기는 써지탱크에서 일시 저장된 후 상기 흡기 매니폴드(30)에 균일한 압력으로 유동될 수 있다.
본 실시예에 따른 흡기보충모듈은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 쓰로틀 밸브(12)와 엔진의 실린더(40)에 구비된 흡입밸브(42)의 사이에 위치될 수 있다.
상기 흡기보충모듈(110)은 공기유입부(112)와 공기유출공(116)을 포함하여 이루어지는데, 상기 흡기경로관(100) 외측의 공기를 흡기경로관(100) 내측에 공급함으로써 상기 흡기경로관(100) 내측에 공기가 보다 원활하게 흐르게 하는 구성요소이다.
상기와 같은 흡기보충모듈(110)은 상기 흡기경로관(100)과 별도 또는 일체로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 흡기보충모듈(110)이 일체로 형성된 형태를 예시하고 있다.
상기 흡기보충모듈(110)은 전술한 바와 같이, 상기 쓰로틀 밸브(12)와 엔진 실린더(40)의 흡입밸브(42) 사이에 구비될 수 있다. 좀 더 자세하게는 상기 쓰로틀 밸브(12)와 써지탱크(20) 또는 흡기 매니폴드(30) 사이에, 좀 더 바람직하게는, 상기 쓰로틀 밸브(12) 바로 후류측에 위치될 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 실시예의 흡기구조체(110)는 엔진 실린더(40)의 흡입밸브(42) 바로 전인 흡기 매니폴드(30)상에 위치될 수도 있을 것이다, 다만, 이러한 경우 각 실린더의 흡기 매니폴드(30)마다 형성될 수 있다.
상기 흡기보충모듈(110)은 상기 흡기경로관(100)의 외측과 연통되어 흡기경로관(100) 외측의 공기를 유입받는 공기유입부(112)와, 상기 공기유입부(112)와 연통되며 상기 공기유입부(112)로부터 유입된 공기를 상기 흡기경로관(100) 내측에 공급하도록 상기 흡기경로관(100)의 내측 둘레를 따라 복수 개 형성되는 공기유출공(116)을 포함하여 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예의 흡기보충모듈(110)은 상기 흡기경로관(100) 내측을 향하여 돌출 형성되어 공기가 통과하는 직경이 줄어들도록 형성된 오리피스부(114)를 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 공기유출공(116)은 상기 오리피스부(114)에 형성될 수 있다.
상기 오리피스부(114)는 전술한 바와 같이, 상기 흡기경로관(100) 내측을 향하여 돌출 형성되어 공기가 통과하는 직경이 줄어들도록 돌출 형성되며, 흡입되는 공기가 최대한 원활하게 유동될 수 있도록 단면상의 양 측면이 경사지도록 형성될 수 있다. 따라서, 흡입되는 공기는 상기 오리피스부(114)를 지나면서 통과 단면적이 줄어들므로 유속이 빨라지며 그에 따라 압력이 떨어지게 되는 현상이 일어난다.
한편, 상기 공기유출공(116)은 상기 오리피스부(114)상에 형성되며, 좀 더 자세하게는 상기 오리피스부(114)의 상기 흡입밸브(42)를 바라보는 면에, 상기 오리피스부(114)의 둘레를 따라 복수 개가 형성되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 공기유출공(116)은 상기 흡기경로관(100)의 내주면측에 인접한 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 공기유출공(116)이 상기 오리피스부(114)의 흡입밸브(42)를 바라보는 면에 형성되므로, 상기 공기유출공(116)을 통해 흡기경로관(100)내에 공급되는 공기는 상기 흡기경로관(100)내에 공기가 유동되는 방향으로 토출되는 것이다. 여기서, 상기 공기유출공(116)을 통해 공기가 유동되는 방향으로 토출된다는 의미는 상기 흡기경로관(110)과 평행한 방향 뿐만이 아닌 이와 다소 경사진 방향까지 포함하는 상기 흡입밸브(42)측으로 흘러가는 모든 방향을 뜻하는 의미이다.
상기 공기유출공(116)은, 흡기경로관(100) 내를 유동하는 공기의 유속이 빨라져 압력이 떨어지는 지점에 위치되게 된다. 그러므로, 오리피스부(114)의 둘레를 따라 형성된 공기유출공(116) 주변의 압력은 관 외부에 비해 상대적으로 낮은 압력이 되고, 이러한 압력차에 의해 공기가 보다 원활히 흡기경로관(100) 내부로 공급될 수 있어, 유로 저항에 의해 부족해진 공기를 보충할 수 있다.
그리고, 상기 오리피스부(114)의 내부의 공기유입부(112)와 공기유출공(116) 사이에는 상기 공기유입부(112)를 통해 공급된 공기가 상기 복수 개의 공기유출공(116)에 균일하게 공급되도록 공기가 일시 저장되며 각 공기유출공(116)으로 이동하도록 이동 경로가 되는 수용챔버(118)가 형성된다.
따라서, 상기 공기유입부(112)를 통해 공급되는 공기는 내주면을 따라 형성된 상기 수용챔버(118)에 일시적으로 저장되면서 상기 공기유출공(116)으로 배출되므로 각 공기유출공(116)으로부터 공기가 균일하게 배출될 수 있는 것이다.
또한, 상기 공기유출공(116)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 공기유출공(116)을 통해 흡기경로관(100) 내측으로 공급되는 공기가 상기 흡기경로관(100)의 내주면을 따라 나선(와동(渦動))방향으로 토출되어 소용돌이 형태로 운동하도록 상기 흡기경로관(100)의 중심을 향하는 가상의 선과 소정각도 경사지는 방향으로 형성될 수도 있다.
한편, 전술한 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 쓰로틀 밸브(12)를 통과한 공기는 쓰로틀 밸브(12)의 후단에서 쓰로틀 밸브(12)의 축이 위치되는 관의 중심 부분에서의 난류유동이 가장 심하며, 쓰로틀 밸브(12)가 개방되는 관의 내주면 부근에서는 비교적 층류 유동하는 경향을 볼 수 있다.
상기와 같이 공기유출공(116)으로부터 흡기경로관(100)으로 공급되는 공기는 흡기경로관(100) 내부를 유동하면서 흡입저항에 의해 흡입되지 못하는 공기를 보충해줄 뿐만 아니라, 공기를 추가적으로 공급하는 공기유출공(116)이 흡기경로관(100)내에서 공기가 층류유동하는 흡기경로관(100)의 내주면의 인근에 위치하게 됨으로써, 비교적 층류유동하는 지점에 공기를 불어넣어 층류를 보다 강화하며 그에 따라 층류유동하는 지점 인근의 공기도 층류유동을 따라 유동할 수 있도록 함으로써 흡기경로관(100)내의 공기의 유동을 보다 층류유동화 할 수 있다.
또한, 엔진의 회전수가 빨라질수록 상기 흡기경로관(100) 내부에서 유동되는 공기의 흐름 또한 빨라지며 그에 따라 흡입손실 또한 증가하는데, 이러한 공기가 상기 오리피스부(114)를 지나가면서 압력이 떨어지는 폭 또한 커지게 되며 그에 따라 상기 공기유출공(116)을 통해 흡기경로관(100) 내로 공급되는 공기의 양도 자연적으로 많아지게 되어 흡입손실에 따라 발생하는 공기의 부족분을 최대한 보상할 수 있는 것이다.
한편, 상기와 같은 오리피스부(114)가 형성되지 않더라도, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 공기유출공(116)이 형성된 부분이 상기 흡기경로관의 직경보다 넓어지도록 확관되는 확관부(119)가 형성되어 상기 확관부()의 흡입밸브(42)를 바라보는 면에 상기 공기유출공(116)이 형성될 수도 있다. 상기와 같이 확관부(119)가 형성되어 상기 공기유출공(116)을 통해 공기가 유입되는 공간을 형성한 뒤에는 다시금 원래의 흡기경로관(119)의 직경으로 경사지게 수렴되도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공기유출공(116)에서 토출된 공기는 상기 확관부(119)에 의해 형성되는 공간으로 배출된 뒤 상기 흡기경로관(100) 내부로 흘러들어가는 것이다.
한편, 일반적으로 관내를 흐르는 공기는 관의 내주면 표면 부근에서 유체의 점성의 영향이 나타나는 층이 생성되는데, 이러한 층을 일반적으로 경계층(boundary layer)라 부른다. 유동유체에 있어서, 이러한 경계층은 관의 내주면 표면과 멀어진 부분보다 유동속도가 느려 속도구배가 존재하게 되는데, 이러한 경계층의 두께가 두꺼울수록 유동저항이 커진다.
그런데, 상기 공기유출공(116)이 상기 흡기경로관(100)의 내주면측에 형성됨으로써 상기 경계층 부위에 공기를 불어넣어 에너지를 부가하여 경계층의 속도를 보다 빠르게 할 수 있어 결과적으로 경계층의 두께를 보다 얇게 할 수 있어 유동저항에 따른 손실을 최소화 할 수 있다.
그리고, 상기 공기유입부(112)에는 공기저장탱크(120)가 연결될 수 있다.
상기 공기저장탱크(120)는 상기 흡기경로관(100)의 외측에 위치되며, 상기 공기저장탱크(120)의 일측에 구비된 필터(126) 또는 팬(미도시)을 통해 외부로부터의 공기를 여과하여 임시 저장하는 구성요소이다. 상기 공기저장탱크(120)의 외부공기를 흡입하는 부분에는 체크밸브(124)가 구비되어 외부로부터 공기가 흡입되는 방향으로만 개방되고 공기저장탱크(120)의 공기가 흡기경로관(100)이 아닌 다른 외부로 배출되는 것을 차단하도록 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 공기유입부(112)는 상기 공기저장탱크(120)에 저장된 공기를 공급받게 되는 것이다.
한편, 배경기술에서 전술한 바와 같이, 엔진의 실린더에의 흡기 매니폴드와 결합되는 부분에는 공기의 흡입을 제어하는 흡입밸브(42)가 구비되는데, 이러한 흡입밸브(42)가 개방되었을 때는 공기가 실린더로 유입되지만 행정중에 흡입밸브(42)가 닫혔을 때는 유동되는 공기가 흡입밸브에 막혀 유동되지 않게 되며 공기의 유동관성에 따른 반파(反波)가 발생할 수 있다.
이 때 발생한 반파는 상기 오리피스부(114)의 흡입밸브(42)를 향하는 면에 형성된 공기유출공(116)을 통해 공기저장탱크(120)로 유입될 수 있다. 이 때 상기 공기저장탱크(120)에 체크밸브(124)가 구비되어 있으므로 상기 반파에 의해 유동하는 공기는 상기 공기저장탱크(120) 내에 저장되어 공기저장탱크(120)의 압력은 소폭 상승하게 되며, 상기 흡입밸브(42)가 다시 개방될 때에는 상기 공기저장탱크(120)에 소폭 상승된 압력으로 저장된 공기가 다시 공기유출공(116)을 통해 흡기경로관(100)으로 공급될 수 있다.
즉, 반파에 의한 공기의 역방향 유동을 상기 공기저장탱크(120)로 흐르게 하여 상기 흡기경로관(100)에 흐르는 정방향의 공기유동을 교란을 최소화할 수 있으며, 반파에 의한 공기의 역방향 유동을 상기 공기저장탱크(120)에 저장하여 추후 활용할 수도 있는 것이다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡기 보충 어댑터(200)를 설명하기로 한다.
본 실시예의 흡기 보충 어댑터(200)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 전술한 흡기보충모듈(110)과 유사하게 흡기경로관(100) 외측의 공기를 흡기경로관(100) 내측에 공급함으로써 상기 흡기경로관(100) 내측에 공기가 보다 원활하게 흐르게 하는 구성요소이다.
전술한 실시예에서는, 상기 흡기보충모듈(110)이 흡기경로관(100)에 일체로 형성된 예를 제시하고 있으나, 본 실시예에서는 흡기경로관(100)과 별개로 제작되어 흡기경로관(100)에 결합되는 흡기 보충 어댑터(200)로 구비되는 예를 제시한다.
상기 흡기 보충 어댑터(200)는 상기 쓰로틀 밸브(12)와 써지탱크(20) 또는 흡기 매니폴드(30) 사이에, 바람직하게는 상기 쓰로틀 밸브(12) 바로 후측에 위치될 수 있다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 실시예의 흡기 보충 어댑터(200)는 엔진 실린더(40)의 흡입밸브(42) 바로 전인 흡기 매니폴드(30)상에 위치될 수도 있을 것이다, 다만, 이러한 경우 각 실린더(40)의 흡기 매니폴드(30)마다 형성될 수 있다.
상기 흡기 보충 어댑터(200)는 도 9에 도시된 바와 같이, 본체(210)와 링(220) 및 개스킷(230)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 본체(210)는 흡기경로관(100)의 쓰로틀 밸브(12)와 엔진의 흡입밸브(42) 사이에 장착되며, 흡기경로관(100) 외측의 공기를 유입받는 공기유입부(212)가 형성되고, 내측에 상기 흡기경로관(100)의 흡기경로의 일부를 형성하는 흡기유동공(214)이 형성될 수 있다.
그리고, 상기 링(220)은, 상기 본체의 흡기유동공(214) 내주면에 결합되며 상기 공기유입부(212)와 연통되어 상기 공기유입부(212)로부터 유입된 공기를 흡기경로관(100) 내측벽면을 따라 공곱하는 공기유출공(222)이 둘레를 따라 복수 개 형성될 수 있다. 물론, 상기 링(220)의 내주면은 상기 흡기경로관(100)의 흡기경로 일부를 형성하도록 개구된다.
그리고, 상기 본체(210)의 양측에는 개스킷(230)이 각각 구비될 수 있다.
한편, 상기 링(220)은, 그 내주면의 직경이 상기 흡기경로관(100)보다 작아 공기가 통과하는 직경이 줄어들도록 경사지게 돌출된 오리피스 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 흡입되는 공기는 상기 링(220)을 지나면서 통과 단면적이 줄어들므로 유속이 빨라지며 그에 따라 압력이 떨어지는 현상이 일어난다.
한편, 상기 공기유출공(222)은 상기 링(220)의 흡입밸브(42)를 향하는 면에 링(220)의 둘레를 따라 복수 개가 형성될 수 있다. 이 때, 상기 공기유출공(222)은 상기 흡기경로관(100)의 내주면측에 인접한 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 공기유출공(222)은, 흡기경로관(100) 내를 유동하는 공기의 유속이 빨라져 압력이 떨어지는 지점에 위치된다. 그러므로, 링(220)의 둘레를 따라 형성된 공기유출공(222) 주변의 압력은 관 외부에 비해 상대적으로 낮은 압력이 되고, 이러한 압력차에 의해 공기가 보다 원활히 흡기경로관(100) 내부로 공급될 수 있어, 유로 저항에 의해 부족해진 공기를 보충할 수 있다.
그리고, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 본체(210)의 흡기유동공(214)과 상기 링(220)의 사이에는, 상기 본체(210)의 공기유입부(212)를 통해 공급된 공기가 상기 복수 개의 공기유출공(222)에 균일하게 공급되도록 공기가 일시 저장되며 각 공기유출공(222)으로 이동되는 이동경로를 형성하는 수용챔버(216)가 형성된다.
따라서, 상기 공기유입부(212)를 통해 공급되는 공기는 상기 수용챔버(216)에 일시 저장되면서 상기 공기유출공(222)으로 배출되므로 각 공기유출공(222)으로부터 공기가 균일하게 배출되어 흡기경로관(100) 내부에 공기의 흐름을 보다 균일유동(uniform flow)화 할 수 있다.
또한, 상기 공기유출공(222)은 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 공기유출공(222)을 통해 흡기경로관(100) 내측으로 공급되는 공기가 상기 흡기경로관(100)의 내주면을 따라 나선(와동(渦動))방향으로 토출되어 소용돌이 형태로 운동하도록 상기 흡기경로관(100)의 중심을 향하는 가상의 선과 소정각도 경사지는 방향으로 형성될 수도 있다.
한편, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 쓰로틀 밸브(12)를 통과한 공기는 쓰로틀 밸브(12)의 후단에서 쓰로틀 밸브(12)의 축이 위치되는 관의 중심 부분에서의 난류유동이 가장 심하며, 쓰로틀 밸브(12)가 개방되는 관의 내주면 부근에서는 비교적 층류유동하는 경향을 볼 수 있다.
상기와 같이 공기유출공(222)으로부터 흡기경로관(100)으로 공급되는 공기는 흡기경로관(100) 내부를 유동하면서 흡입저항에 의해 흡입되지 못하는 공기를 보충해줄 뿐만 아니라, 공기를 추가적으로 공급하는 공기유출공(222)이 흡기경로관(100)내에서 공기가 층류유동하는 흡기경로관(100)의 내주면의 인근에 위치하게 됨으로써, 층류유동하는 지점에 공기를 불어넣어 층류를 보다 강화하며 그에 따라 층류유동하는 지점 인근의 공기도 층류유동을 따라 유동할 수 있도록 함으로써 흡기경로관(100)내의 공기의 유동을 보다 층류유동화 할 수 있다.또한, 엔진의 회전수가 빨라질수록 상기 흡기경로관(100) 내부에서 유동되는 공기의 흐름 또한 빨라지며 그에 따라 흡입손실 또한 증가하는데, 이러한 공기가 상기 오리피스 구조인 링(220)을 지나가면서 압력이 떨어지는 폭 또한 커지게 되며 그에 따라 상기 공기유출공(222)을 통해 흡기경로관(100) 내로 공급되는 공기의 양도 자연적으로 많아지게 되어 흡입손실에 따라 발생하는 공기의 부족분을 최대한 보상할 수 있는 것이다.
한편, 상기와 같이 링이 흡기경로관(200)의 내측으로 돌출되도록 형성되지 않더라도, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 링(220)은 상기 흡기경로관(200)과 같은 직경을 가지며, 상기 링(220)의 상기 공기유출공(222)이 형성된 부분이 상기 흡기경로관의 직경보다 넓어지도록 확관되는 확관부(229)가 형성되어 상기 확관부(229)의 흡입밸브(42)를 바라보는 면에 상기 공기유출공(116)이 형성될 수도 있다. 따라서, 상기 공기유출공(222)에서 토출된 공기는 상기 확관부(229)에 의해 형성되는 공간으로 배출된 뒤 상기 흡기경로관(220) 내부로 흘러들어가는 것이다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이 관내를 흐르는 공기는 관의 내주면 표면 부근에서 유체의 점성의 영향이 나타나는 층이 생성되는데, 이러한 층을 일반적으로 경계층(boundary layer)라 부른다. 유동유체에 있어서, 이러한 경계층은 관의 내주면 표면과 멀어진 부분보다 유동속도가 느려 속도구배가 존재하게 되는데, 이러한 경계층의 두께(d1)가 두꺼울수록 유동저항이 커진다.
그런데, 상기 공기유출공(222)이 상기 흡기경로관(100)의 내주면측에 형성됨으로써 상기 경계층 부위에 공기를 불어넣어 에너지를 부가하여 경계층의 속도를 보다 빠르게 할 수 있어 결과적으로 경계층의 두께(d2)를 보다 얇게 할 수 있어 유동저항에 따른 손실을 최소화 할 수 있다.
그리고, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 공기유입부(212)에는 공기저장탱크(250)가 연결될 수 있다.
상기 공기저장탱크(250)는 상기 흡기경로관(100)의 외측에 위치되며, 상기 공기저장탱크(250)의 일측에 구비된 필터 또는 팬을 통해 외부로부터의 공기를 여과하여 임시 저장하는 구성요소이다. 상기 공기저장탱크(250)의 외부공기를 흡입하는 부분에는 체크밸브가 구비되어 외부로부터 공기가 흡입되는 방향으로만 개방되고 공기저장탱크(250)의 공기가 흡기경로관(100)이 아닌 다른 외부로 배출되는 것을 차단하도록 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 공기유입부는 상기 공기저장탱크(250)에 저장된 공기를 공급받게 되는 것이다.
한편, 배경기술에서 전술한 바와 같이, 엔진의 실린더(40)에의 흡기 매니폴드(30)와 결합되는 부분에는 공기의 흡입을 제어하는 흡입밸브(42)가 구비되는데, 이러한 흡입밸브(42)가 개방되었을 때는 공기가 실린더(40)로 유입되지만 행정중에 흡입밸브(42)가 닫혔을 때는 유동되는 공기가 흡입밸브(42)에 막혀 유동되지 않게 되며 공기의 유동관성에 따른 반파(反波)가 발생할 수 있다. 도 8에서 반파는 점선으로 표시하였다.
이 때 발생한 반파는 상기 링(220)의 흡입밸브(42)를 향하는 면에 형성된 공기유출공(222)을 통해 공기저장탱크(250)로 유입될 수 있다. 이 때 상기 공기저장탱크(250)에 체크밸브가 구비되어 있으므로 상기 반파에 의해 유동하는 공기는 상기 공기저장탱크(250) 내에 저장되어 공기저장탱크(250)의 압력은 소폭 상승하게 되며, 상기 흡입밸브(42)가 다시 개방될 때에는 상기 공기저장탱크(250)에 소폭 상승된 압력으로 저장된 공기가 다시 공기유출공(222)을 통해 흡기경로관(100)으로 공급될 수 있다.
즉, 반파에 의한 공기의 역방향 유동을 상기 공기저장탱크(250)로 흐르게 하여 상기 흡기경로관(100)에 흐르는 정방향의 공기유동을 교란을 최소화할 수 있으며, 반파에 의한 공기의 역방향 유동을 상기 공기저장탱크(250)에 저장하여 추후 활용할 수도 있는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 쓰로틀 바디 12: 쓰로틀 밸브
20: 써지탱크 30: 흡기 매니폴드
40: 실린더 42: 흡입밸브
100: 흡기경로관 110: 흡기구조체
112: 공기유입부 114: 오리피스부
116: 공기유출공 118: 수용챔버
120: 공기저장탱크 124: 체크밸브
126: 필터 200: 흡기 보충 어댑터
210: 본체 212: 공기유입공
214: 흡기유동공 220: 링
222: 공기유출공 202: 개스킷

Claims (13)

  1. 삭제
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  6. 삭제
  7. 내연기관의 공기를 엔진으로 흡입하는 흡기경로관의 쓰로틀 밸브와 엔진의 흡입밸브 사이에 장착되며, 상기 흡기경로관 외측의 공기를 유입받는 공기유입부가 형성되고, 내측에 상기 흡기경로관의 흡기경로의 일부를 형성하는 흡기유동공이 형성된 본체;
    상기 본체의 흡기유동공 내주면에 결합되며, 상기 공기유입부로부터 유입된 공기를 흡기경로관 내측 벽면을 따라 상기 흡기경로관 내의 공기 유동 방향으로 공급하는 공기유출공이 둘레를 따라 복수 개로 형성된 링;
    상기 공기유입부를 통해 공급된 공기가 상기 복수 개의 공기유출공으로 균일하게 공급되는 공기의 유동경로가 형성되도록 상기 본체의 흡기유동공 내주면과 상기 링의 외주면 사이에 형성되는 수용챔버;
    을 포함하며,
    상기 링에 형성된 공기유출공은, 흡기경로관 내측으로 공급되는 공기가 흡기경로관을 따라 나선 방향으로 토출되도록 흡기경로관의 중심을 향하는 가상의 선과 경사지는 방향으로 형성되며,
    상기 링은, 상기 링의 내주면의 직경이 흡기경로관보다 작아 공기가 통과하는 단면적이 줄어들도록 경사지게 돌출된 오리피스 형태로 형성되며,
    상기 공기유출공은 상기 링의 경사지게 돌출된 부분의 상기 흡입밸브를 바라보는 면에 형성되어,
    흡기경로관 내측에 공기를 보충하는 흡기 보충 어댑터.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    외부의 공기를 임시 저장하며, 상기 공기유입부와 연통되어 저장된 공기를 상기 공기유입부로 공급하는 공기저장탱크를 더 포함하여 이루어지는 흡기 보충 어댑터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 공기저장탱크는,
    공기저장탱크에 외부공기가 공급되는 방향으로만 개방되는 체크밸브를 더 포함하여 이루어지는 흡기 보충 어댑터.
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