KR101459933B1 - 텀블 발생용 흡기장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 흡기포트가 관통되어 형성되며, 상기 흡기포트의 단부에 흡기매니폴드가 결합된 실린더헤드; 일단이 상기 흡기매니폴드에 결합되며, 타단이 상기 흡기포트에 삽입되어 상기 흡기포트의 내부공간을 상하로 구획하는 삽입재; 및 상기 흡기매니폴드의 단부에 설치되며, 흡기매니폴드로부터 유입되는 흡기의 유동 방향을 삽입부재에 의해 구획된 흡기포트의 상부 내부공간으로 유도하는 유동조절수단;을 포함하되, 상기 흡기매니폴드의 내측에 결합홈이 형성되며, 상기 삽입부재의 단부에 인서트가 돌출 구비되어, 상기 인서트가 결합홈에 결합되는 것을 특징으로 한다.

Description

텀블 발생용 흡기장치{INTAKE DEVICE FOR GENERATING TUMBLE FLOW}
본 발명은 텀블 발생용 흡기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더헤드를 별도 제작할 필요 없이, 실린더헤드에 간단한 부품의 삽입과, VCM밸브를 이용하여 텀블 유동을 강화하도록 한 텀블 발생용 흡기장치에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진에서 성능을 높이는 것은 연소에 의해 생긴 열을 가능한 많이 피스톤을 누르는 힘으로 변환시키는 것을 의미한다. 이를 위해, 연료가 연소되는 속도가 빨라야 하고, 연소속도를 향상시키기 위해서는 가솔린 엔진의 특성상 공기와 연료가 빠른 시간에 충분히 혼합되는 것이 중요한 조건이라 할 수 있다.
한편, 엔진의 흡기장치에서 스월 및 텀블 등 와류를 형성하는 것은 오래 전부터 공기와 연료를 빠르게 혼합시키는 목적으로 연구되어 온 방법 중 하나이며, 혼합기가 빠른 시간 안에 잘 섞이면, 연소 안정성이 좋아져 연소속도가 향상되는 것은 물론, 연소 과정에 참여하지 않고 그대로 배출되는 연료의 비율이 줄어듦에 따라 연비와 배출가스 측면에서도 큰 이득을 얻을 수 있다.
특히, 텀블 유동이 강화되면 혼합기가 빠르게 형성되는 효과와 난류에너지가 높아지는 효과를 동시에 얻을 수 있고, 이 효과 중 난류 에너지를 높이는 것이 연소속도 향상에 도움을 주게 된다.
한편, 도 1은 종래에 한국 공개특허공보 공개번호 제10-2008-0050012호의 "엔진의 흡기포트 구조" 를 나타낸 것으로, 상기 흡기포트(1)의 벽면(3)에 공기의 유동방향을 안내하는 다수의 가이드(4)가 형성됨으로써, 흡기포트 내부를 따라 흐르는 층류성 스월 공기유동에 난류 강도를 더해주어 연소 성능을 향상시키게 된다.
그러나, 상기한 종래 기술은 실린더헤드 내부에 연소성능 향상을 위한 구조가 추가되어 실린더헤드가 별도 가공되거나 혹은 다시 제조되어야 함으로써, 차량의 원가가 상승하고 작업공수가 증대되는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2008-0050012 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 실린더헤드를 별도 제작할 필요 없이, 실린더헤드에 간단한 부품의 삽입과, VCM밸브를 이용하여 텀블 유동을 강화하도록 한 텀블 발생용 흡기장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 흡기포트가 관통되어 형성되며, 상기 흡기포트의 단부에 흡기매니폴드가 결합된 실린더헤드; 일단이 상기 흡기매니폴드에 결합되며, 타단이 상기 흡기포트에 삽입되어 상기 흡기포트의 내부공간을 상하로 구획하는 삽입부재; 및 상기 흡기매니폴드의 단부에 설치되며, 흡기매니폴드로부터 유입되는 흡기의 유동 방향을 삽입부재에 의해 구획된 흡기포트의 상부 내부공간으로 유도하는 유동조절수단;을 포함하되,
상기 흡기매니폴드의 내측에 결합홈이 형성되며; 상기 삽입부재의 단부에 인서트가 돌출 구비되어, 상기 인서트가 결합홈에 결합될 수 있다.
삭제
상기 인서트의 단부가 상기 결합홈을 향해 절곡 형성되어 상기 결합홈에 끼움 결합될 수 있다.
상기 삽입부재는 관 형상으로 형성될 수 있다.
상기 삽입부재는 흡기매니폴드 측의 일단으로부터 타단을 향해 유동로의 단면적이 점차 좁아지는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 삽입부재를 이루는 단면의 두께는 2㎜ 이하로 형성될 수 있다.
상기 흡기포트의 후단에 격벽이 형성되어, 흡기포트 후단의 내부공간을 양측으로 구획하며; 상기 삽입부재의 단부 중단에 홈부가 형성되어, 상기 홈부가 상기 격벽에 끼워져 지지될 수 있다.
상기 홈부의 양측에 돌출부가 형성되며; 상기 돌출부는 격벽에 의해 구획되는 흡기포트 후단의 내부공간에 위치될 수 있다.
상기 유동조절수단은 가변 차지 모션(VCM) 밸브일 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 삽입부재가 흡기포트 내부에 삽입되어 흡기포트의 내부공간을 상하로 구획하며, 상기 유동조절수단에 의해 흡기매니폴드에서 흡기포트로 유입되는 흡기가 상기 삽입부재에 의해 구획된 흡기포트의 상부 공간으로 유입됨으로써, 흡기포트에서 연소실로 유입되는 흡기의 텀블 유동을 강화시켜 연료와의 혼합이 신속하게 이루어지게 되는바, 연소성능을 향상시키는 효과가 있고, 텀블 강화에 따른 연소 안정성 향상으로 인해 연소속도가 상대적으로 느린 저중속 구간에서 토크가 향상되어 차량의 성능 향상과, 연비 및 배출가스 저감에 유리한 효과가 있다.
더욱이, 실린더헤드에 삽입부재만 추가하여 텀블의 유동을 강화시킬 수 있는바, 실린더헤드의 설계 및 제작에 따른 비용이 절감되는 효과도 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 엔진의 흡기포트 구조가 적용된 실린더 헤드를 나타낸 사시도면.
도 2는 본 발명에 의한 텀블 발생용 흡기장치의 형상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 텀블 발생용 흡기장치가 실린더헤드에 장착된 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 삽입부재 단부의 홈부가 흡기포트 내부의 격벽에 걸려지는 구조를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에서 사용된 가변 차지모션(VCM)밸브를 예시한 도면.
도 6은 본 발명에 의한 텀블 발생용 흡기장치의 설치에 따른 엔진 회전수에 대한 토크의 관계를 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 텀블 발생용 흡기장치의 형상을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 의한 텀블 발생용 흡기장치가 실린더헤드에 장착된 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 삽입부재 단부의 홈부가 흡기포트 내부의 격벽에 걸려지는 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명에서 사용된 가변 차지모션(VCM : Variable Charge Motion)밸브(40)를 예시한 도면이다.
본 발명의 텀블 발생용 흡기장치는 크게, 실린더헤드(10)와, 삽입부재(30) 및 유동조절수단을 포함하여 구성된다.
도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 텀블 발생용 흡기장치를 구체적으로 살펴보면, 흡기포트(12)가 관통되어 형성되며, 상기 흡기포트(12)의 단부에 흡기매니폴드(20)가 결합된 실린더헤드(10); 일단이 상기 흡기매니폴드(20)에 결합되며, 타단이 상기 흡기포트(12)에 삽입되어 상기 흡기포트(12)의 내부공간을 상하로 구획하는 삽입부재(30); 및 상기 흡기매니폴드(20)의 단부에 설치되며, 흡기매니폴드(20)로부터 유입되는 흡기의 유동 방향을 삽입부재(30)에 의해 구획된 흡기포트(12)의 상부 내부공간으로 유도하는 유동조절수단;을 포함하여 구성된다.
즉, 상기 삽입부재(30)가 흡기포트(12) 내부에 삽입되어 흡기포트(12)의 내부공간을 상하로 구획하며, 상기 유동조절수단에 의해 흡기매니폴드(20)에서 흡기포트(12)로 유입되는 흡기가 상기 삽입부재(30)에 의해 구획된 흡기포트(12)의 상부 공간으로 유입됨으로써, 흡기포트(12)에서 연소실로 유입되는 흡기의 텀블 유동을 강화시켜 연료와의 혼합이 신속하게 이루어지게 되는바, 연소성능을 향상시키게 된다.
본 발명에서, 상기 흡기매니폴드(20)의 내측에 결합홈(22)이 형성되며; 상기 삽입부재(30)의 단부에 인서트(36)가 돌출 구비되어, 상기 인서트(36)가 결합홈(22)에 결합될 수 있다.
여기서, 상기 인서트(36)의 단부가 상기 결합홈(22)을 향해 'ㄱ'형상으로 절곡 형성되어 상기 인서트(36)가 상기 결합홈(22)에 끼움 결합될 수 있게 된다.
즉, 상기 삽입부재(30)에 구비된 인서트(36)가 상기 흡기매니폴드(20)에 형성된 결합홈(22)에 끼움 결합됨으로써, 상기 삽입부재(30)가 실린더헤드(10)에 간단하게 결합될 수 있게 된다. 또한, 상기 삽입부재(30)가 각 기통별로 독립적으로 결합 가능하게 된다.
본 발명에서, 상기 삽입부재(30)는 관 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 삽입부재(30)가 관 형상으로 형성됨으로써, 상기 유동조절수단을 통해 흡기포트(12) 측으로 유입되는 흡기 유동이 유동조절수단을 벗어나면서 발생될 수 있는 확산작용을 방지 또는 최소화하면서, 흡기 유동이 삽입부재(30) 내부로 온전히 유입될 수 있게 된다.
특히, 상기 삽입부재(30)는 흡기매니폴드(20) 측에 결합된 일단으로부터 타단을 향해 유동로의 단면적이 점차 좁아지는 형상으로 관이 형성될 수 있다.
즉, 상기 관 형상의 삽입부재(30)가 흡기구(16) 측을 향하여 그 단면적이 점차 좁아지게 형성됨으로써, 흡기매니폴드(20)에서 삽입부재(30)에 유입되는 흡기의 유속이 빨라지게 된다. 따라서, 흡기포트(12)를 통과하는 흡기의 텀블을 더욱 강화시켜 연소성능을 극대화하게 된다.
또한, 상기 삽입부재(30)를 이루는 단면의 두께(t)는 2㎜ 이하로 형성될 수 있다. 즉, 상기 삽입부재(30)를 이루는 관의 두께(t)가 2㎜를 넘지 않는 두께로 형성함으로써, 흡기의 유동 흐름이 방해되는 것을 최소화하게 된다.
한편, 본 발명은 상기 흡기포트(12)의 후단에 격벽(14)이 형성되어, 흡기포트(12) 후단의 내부공간을 양측으로 구획하며; 상기 삽입부재(30)의 단부 중단에 홈부(32)가 형성되어, 상기 홈부(32)가 상기 격벽(14)에 직교하는 형상으로 끼워질 수 있다.
이에 따라, 상기 삽입부재(30)의 후단이 상기 격벽(14)에 지지됨으로써, 흡기의 유동에 따른 삽입부재(30)의 진동을 최소화시키게 된다.
여기서, 상기 홈부(32)의 양측에는 돌출부(34)가 형성되며; 상기 돌출부(34)는 격벽(14)에 의해 구획된 흡기포트(12) 후단의 내부공간에 위치될 수 있다.
즉, 흡기밸브가 2개인 경우, 상기 흡기포트(12)의 후단 내부공간이 격벽(14)에 의해 역 V형으로 구획되면서 2개의 흡기구(16)가 조성되는데, 또한 상기 삽입부재(30)의 후단 중앙이 V형으로 파여져 홈부(32)가 형성됨으로써, 상기 삽입부재(30)의 후단이 격벽(14)의 전단에 끼워지게 되는바, 삽입부재(30) 후단의 양 단부는 격벽(14)의 후단 측으로 더 연장된 위치에 놓여지게 된다. 따라서, 흡기포트(12) 내에 삽입되는 삽입부재(30)의 길이가 더 길어지게 됨으로써, 삽입부재(30)를 벗어나면서 발생될 수 있는 흡기의 확산을 최대한 줄이게 되는바, 텀블 유동의 발생을 강화 및 향상시키게 된다.
아울러, 본 발명에서, 상기 유동조절수단은 가변 차지 모션(VCM) 밸브(40)일 수 있다.
도 5는 본 발명에서 사용된 가변 차지 모션(VCM) 밸브(40)를 예시한 도면으로, 회전판(54)이 회전축(52)에 의해 흡기매니폴드(20) 내부에 회전 가능하게 설치되며, 상기 회전판(54)은 각 흡기매니폴드(20)에 각각 설치될 수 있다. 여기서, 상기 가변 차지 모션 밸브(40)는 공지된 기술로서, 상세한 구조의 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이, 본 발명은 실린더헤드(10)에 삽입부재(30)만 추가하여 텀블을 발생 및 강화시킬 수 있는바, 실린더헤드(10)의 설계 및 제작에 따른 비용이 절감된다.
특히, 도 6은 본 발명의 적용 여부에 따른 엔진 회전수에 대한 토크의 관계를 나타낸 도면으로, 텀블 강화에 따른 연소 안정성 향상으로 인해 연소속도가 상대적으로 느린 저중속 구간에서 토크가 향상됨을 확인할 수 있는바, 저중속 구간에서의 차량의 성능 향상과, 연비 및 배출가스 저감에 유리한 효과가 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 실린더헤드 12 : 흡기포트
14 : 격벽 16 : 흡기구
20 : 흡기매니폴드 22 : 결합홈
30 : 삽입부재 32 : 홈부
34 : 돌출부 36 : 인서트
40 : 가변 차지 모션밸브

Claims (9)

  1. 흡기포트가 관통되어 형성되며, 상기 흡기포트의 단부에 흡기매니폴드가 결합된 실린더헤드;
    일단이 상기 흡기매니폴드에 결합되며, 타단이 상기 흡기포트에 삽입되어 상기 흡기포트의 내부공간을 상하로 구획하는 삽입재; 및 상기 흡기매니폴드의 단부에 설치되며, 흡기매니폴드로부터 유입되는 흡기의 유동 방향을 삽입부재에 의해 구획된 흡기포트의 상부 내부공간으로 유도하는 유동조절수단;을 포함하되,
    상기 흡기매니폴드의 내측에 결합홈이 형성되며, 상기 삽입부재의 단부에 인서트가 돌출 구비되어, 상기 인서트가 결합홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 텀블 발생용 흡기장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 인서트의 단부가 상기 결합홈을 향해 절곡 형성되어 상기 결합홈에 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 텀블 발생용 흡기장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부재는 관 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 텀블 발생용 흡기장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 삽입부재는 흡기매니폴드 측의 일단으로부터 타단을 향해 유동로의 단면적이 점차 좁아지는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 텀블 발생용 흡기장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입부재를 이루는 단면의 두께는 2㎜ 이하로 형성된 것을 특징으로 하는 텀블 발생용 흡기장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡기포트의 후단에 격벽이 형성되어, 흡기포트 후단의 내부공간을 양측으로 구획하며;
    상기 삽입부재의 단부 중단에 홈부가 형성되어, 상기 홈부가 상기 격벽에 직교하는 형상으로 끼워지는 것을 특징으로 하는 텀블 발생용 흡기장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 홈부의 양측에 돌출부가 형성되며;
    상기 돌출부는 격벽에 의해 구획되는 흡기포트 후단의 내부공간에 위치되는 것을 특징으로 하는 텀블 발생용 흡기장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동조절수단은 가변 차지 모션(VCM) 밸브인 것을 특징으로 하는 텀블 발생용 흡기장치.
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