KR101771384B1 - 내연기관용 와류 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 흡기관 또는 배기관에 설치되어 공기의 유속을 증가시키는 와류 발생기로서, 상기 흡기관 또는 상기 배기관의 내주면에 외주면이 밀착되도록 고정되고, 원통형으로 이루어지는 외측관부재; 상기 외측관부재의 내측에 위치하고, 원통형으로 이루어지며, 외측과 내측에 외측와류형성공간과 내측와류형성공간이 서로 격리되어 각각 형성되도록 하는 내측관부재; 상기 외측관부재와 상기 내측관부재 사이에 다수개가 방사상으로 배치되어 상기 외측와류형성공간을 통과하는 공기의 흐름이 와류를 형성하도록 하고, 상기 외측관부재와 상기 내측관부재에 양쪽 끝단이 각각 고정됨으로써 상기 외측관부재 내측에 상기 내측관부재를 고정시키는 외측와류형성날개; 및 상기 내측관부재의 내측에 중심으로부터 가장자리로 다수개가 방사상으로 배치되도록 고정됨으로써 상기 내측와류형성공간을 통과하는 공기의 흐름이 상기 외측와류형성날개에 의해 형성되는 와류와 동일 방향으로 와류를 형성하도록 하는 내측와류형성날개;를 포함하는, 내연기관용 와류 발생기가 제공된다. 본 발명에 의하면, 외측관부재와 내측관부재에 의해 동심원 형태로 분할되는 공간 각각으로부터 와류가 각각 형성되도록 함으로써, 흡기관이나 배기관 내에서의 공기 흐름에 대한 저항을 최소화하면서 와류의 회전속도가 증가하도록 하여 공기의 유입 내지 배출량을 증대시킬 수 있다.

Description

내연기관용 와류 발생기{Vortex generators for internal combustion engine}

본 발명은 내연기관용 와류 발생기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기관이나 배기관 내에서의 공기 흐름에 대한 저항을 최소화하면서 와류의 회전속도가 증가하도록 하여 공기의 유입 내지 배출량을 증대시키도록 하는 내연기관용 와류 발생기에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 내연기관은 가솔린 기관과 디젤 기관으로 구분된다. 가솔린 기관은 공기와 연료를 최적 비율로 혼합하여 전기 불꽃으로 혼합기를 연소시키는 것이고, 디젤 기관은 압축 공기에 연료를 분사하여 엔진의 출력을 증대시키는 것으로, 이들은 공기와 연료의 혼합 비율에 따라 엔진의 연소효율 및 출력성능 그리고 배기가스의 배출량이 결정된다. 즉, 가솔린 기관과 디젤 기관은 연소방식에 적합한 공기와 연료의 안정된 혼합비율을 가져야만, 실린더 내의 연소실에서 안정된 연소를 할 수 있게 된다.

그러나, 장기간 주행된 차량인 경우에는 엔진의 노후화 또는 흡기측에서의 공기유입이 안정적으로 이루어지지 않아 연소실에서는 공기와 연료의 불안정한 혼합비율로 비효율적인 연소가 자주 발생하게 되며, 이에 따라 엔진 출력시에 많은 양의 배기가스가 외부로 배출되는 문제점을 가지고 있었다.

이와 같이 많은 양의 유해가스를 외부로 배출시키는 것은, 분사 노즐에서 분사된 연료가 공기와 안정된 혼합이 이루어지지 않은 상태에서 연소되기 때문에 발생된다.

이를 위해 흡기관 상에 와류기를 설치하여 줌으로서 에어크리너를 통과하는 공기에 와류현상을 일으키는 방법으로 공기 주입량을 늘리고자 하는 노력이 기울여지고 있는데, 이와 관련된 종래 기술로서, 등록실용신안 제20-0246432호의 "내연기관용 흡기관의 와류 발생장치"가 개시되어 있다. 이러한 종래 기술은 에어크리너와 엔진을 연결하는 흡기관 내부에 설치되어 공기의 유속을 증가시키게 되는 와류기에 있어서, 외주면이 상기 흡기관 내벽면에 밀착 고정될 수 있도록 원통형으로 구성되는 외측관체와; 상기 외측관체의 일측 단부에 선단이 고정된체 그 타단이 점차 좁아지는 직경을 이루며 내향 경사지게 설치되는 내측관체;를 포함하는 이중관 구조로 이루어지고, 상기 내측관체의 경사면을 따라 그 중심부를 향하여 방사상으로 설치되는 복수개의 와류날개;를 구비하고 있다.

그러나, 이와 같은 종래 기술은 다음과 같은 문제점을 가지고 있었다.

첫째, 종래 기술은 내측관체의 관경 감소로 인해 내측관체를 통과하는 공기의 흐름에 저항을 유발하는 문제점을 가지고 있었고,

둘째, 내측관체에 설치되는 와류날개만으로는 공기의 회전속도를 증가시키는데 한계를 가지는 문제점을 가지고 있으며,

셋째, 내측관체의 출구측 직경이 흡기관의 내경에 비하여 적기 때문에, 흡기관의 내측면에 인접한 영역의 공기 흐름이 활발하지 못하여, 흡기관 내측 전면적에 걸쳐서 균일한 공기 흐름을 제공하지 못함으로써, 공기 유입의 효율성을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.

넷째, 내측관체 내의 와류날개가 4개로 이루어짐으로써, 저속 주행에서는 이상이 없으나, 고속 주행에서는 공기의 흐름을 오히려 방해하는 현상을 유발하는 문제점을 가지고 있었다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 흡기관이나 배기관 내에서의 공기 흐름에 대한 저항을 최소화하면서 와류의 회전속도가 증가하도록 하여 공기의 유입 내지 배출량을 증대시키고, 흡기관이나 배기관 전체에 걸쳐서 원활한 공기 흐름에 의해 공기 유입 내지 배출의 효율을 높이며, 연료의 분포와 분산이 원활하도록 하여 연소 효율을 증대시킴으로써, 엔진 출력과 연비를 향상시킴과 아울러, 매연 발생을 줄이도록 하는데 목적이 있다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 내연기관의 흡기관 또는 배기관에 설치되어 공기의 유속을 증가시키는 와류 발생기로서, 상기 흡기관 또는 상기 배기관의 내주면에 외주면이 밀착되도록 고정되고, 원통형으로 이루어지는 외측관부재; 상기 외측관부재의 내측에 위치하고, 원통형으로 이루어지며, 외측과 내측에 외측와류형성공간과 내측와류형성공간이 서로 격리되어 각각 형성되도록 하는 내측관부재; 상기 외측관부재와 상기 내측관부재 사이에 다수개가 방사상으로 배치되어 상기 외측와류형성공간을 통과하는 공기의 흐름이 와류를 형성하도록 하고, 상기 외측관부재와 상기 내측관부재에 양쪽 끝단이 각각 고정됨으로써 상기 외측관부재 내측에 상기 내측관부재를 고정시키는 외측와류형성날개; 및 상기 내측관부재의 내측에 중심으로부터 가장자리로 다수개가 방사상으로 배치되도록 고정됨으로써 상기 내측와류형성공간을 통과하는 공기의 흐름이 상기 외측와류형성날개에 의해 형성되는 와류와 동일 방향으로 와류를 형성하도록 하는 내측와류형성날개;를 포함하는, 내연기관용 와류 발생기가 제공된다.

상기 내측관부재는, 상기 외측관부재의 내측에 동심원을 이루도록 고정될 수 있고, 상기 외측와류형성날개와 상기 내측와류형성날개 각각은, 3개로 이루어질 수 있고, 상기 내측관부재는, 상기 외측관부재의 직경에 대하여 20~50%의 직경을 가지도록 형성될 수 있고, 상기 내측와류형성날개는, 상기 외측와류형성날개에 대하여 연속적인 곡률을 이루도록 형성될 수 있다.

상기 외측관부재는, 양쪽 끝단이 상기 흡기관 또는 상기 배기관에 내측으로 상기 외측관부재의 길이만큼 서로 이격되도록 각각 돌출되는 고정돌기에 의해 전후 이동이 제한되도록 지지됨으로써 고정될 수 있다.

본 발명에 따른 내연기관용 와류 발생기에 의하면, 외측관부재와 내측관부재에 의해 동심원 형태로 분할되는 공간 각각으로부터 와류가 각각 형성되도록 함으로써, 흡기관이나 배기관 내에서의 공기 흐름에 대한 저항을 최소화하면서 와류의 회전속도가 증가하도록 하여 공기의 유입량 내지 배출량을 증대시킬 수 있고, 흡기관이나 배기관 전면적에 걸쳐서 와류가 형성되도록 함으로써 원활한 공기 흐름에 의해 공기 유입 내지 배출의 효율을 크게 높일 수 있으며, 연료의 분포와 분산이 원활하도록 하여 연소 효율을 증대시킴으로써, 엔진 출력과 연비를 향상시킴과 아울러, 매연 발생을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기의 설치 상태를 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기를 도시한 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기를 도시한 사시도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기를 도시한 평면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기의 작용을 설명하기 위한 측단면도이다.
도 6는 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기의 와류 날개를 도시한 사진이고.
도 7는 도 6에 따른 와류 날개를 적용한 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기를 도시한 평면 사진이다.

본 발명은 다양한 변경에 의해 여러 가지의 실시례를 가질 수 있으므로, 특정 실시례들을 도면에 예시하여 상세히 설명하고자 한다. 이러한 특정한 실시례가 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하기로 하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기의 설치 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기를 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기를 도시한 평면도이고,도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기의 작용을 설명하기 위한 측단면도이고,도 6는 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기의 와류 날개를 도시한 사진이고, 도 7는 도 6에 따른 와류 날개를 적용한 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기를 도시한 평면 사진이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기(100)는 본 발명의 일 실시례에 따른 내연기관용 와류 발생기(100)는 내연기관의 흡기관(30) 또는 배기관에 설치되어 공기의 유속을 증가시키는 와류 발생기로서, 외측관부재(110), 내측관부재(120), 외측와류형성날개(130) 및 내측와류형성날개(140)를 포함할 수 있다.

한편, 본 실시례에서 내연기관용 와류 발생기(100)는 에어클리너(10)와 내연기관에 해당하는 엔진(20)을 연결하는 차량용 흡기관(30), 즉 공기가 엔진(20)으로 공급되도록 하는 호스에 설치됨을 나타내나, 이에 반드시 한하지 않고, 배기가스의 원활한 배출을 위하여 내연기관에서 머플러파이프와 같이 배기가스가 배출되는 배기관에도 설치될 수 있다.

외측관부재(110)는 내연기관의 흡기관(30) 또는 배기관의 내주면에 외주면이 밀착되도록 고정되고, 원통형으로 이루어진다. 외측관부재(110)는 스테인레스스틸 등을 비롯하여 내구성과 내열성 등을 만족시키는 다양한 재질로 제작될 수 있고, 내측관부재(120)와 동일한 재질은 물론 상이한 재질로도 이루어질 수 있다.

외측관부재(110)는 양쪽 끝단이 흡기관(30) 또는 배기관에 내측으로 외측관부재의 길이만큼 서로 이격되도록 각각 돌출되는 고정돌기(131; 도 5 참조)에 의해 전후 이동이 제한되도록 지지됨으로써 고정될 수 있다. 이러한 고정돌기(131; 도 5에 도시)는 흡기관(30) 또는 배기관 내에 외측관부재(110)가 설치된 이후에 가압 등에 의해 형성될 수 있고, 이에 한하지 않고, 외측관부재(110) 설치 전에 흡기관(30) 또는 배기관 내에 미리 형성될 수 있는데, 미리 형성되는 후자의 경우, 외측관부재(110)가 고정돌기(131; 도 5에 도시)를 타고 넘어가서 걸리도록 하는 구조 내지 형상을 가지도록 할 수 있다.

내측관부재(120)는 외측관부재(110)의 내측에 위치하고, 원통형으로 이루어지며, 외측과 내측에 외측와류형성공간(111)과 내측와류형성공간(121)이 격리되어 각각 형성되도록 한다. 내측관부재(120)는 외측관부재(110)의 직경(D1)에 대하여 20~50%의 직경(D2)을 가지도록 형성될 수 있다. 여기서, 내측관부재(120)의 직경(D2)이 외측관부재(110)의 직경(D1)에 대하여 20% 미만인 경우, 내측의 와류가 원활한 공기 흐름 증가에 미치는 효과가 작으며, 50% 초과인 경우 2중 와류 형성 효과가 크지 않게 된다. 내측관부재(120)는 외측관부재(110)의 내측에 동심원을 이루도록 고정될 수 있는데, 이로 인해 안정되면서 균형됨으로써 회전속도 및 이동속도가 보다 향상된 2중 와류를 형성하도록 할 수 있다.

외측와류형성날개(130)는 외측관부재(110)와 내측관부재(120) 사이에 다수개가 방사상으로 배치되어 외측와류형성공간(111)을 통과하는 공기의 흐름이 와류를 형성하도록 하고, 외측관부재(110)와 내측관부재(120)에 양쪽 끝단이 각각 고정됨으로써 외측관부재(110) 내측에 내측관부재(120)를 고정시킨다. 외측와류형성날개(130)는 3개로 이루어짐으로써, 저속 주행은 물론 고속 주행에서도 공기의 흐름에 대한 저항을 최소화하면서도 와류가 원활하게 형성되도록 할 수 있다.

외측와류형성날개(130)는 그 양쪽 끝단이 외측관부재(110)의 내주면과 내측관부재(120)의 외주면에 각각 용접이나 볼팅 또는 리벳팅을 비롯하여, 끼움구조 등과 같은 다양한 고정 및 결합 방식에 의해 고정될 수 있다. 또한 외측와류형성날개(130)는 내측와류형성날개(140)와 마찬가지로 외측관부재(110) 등과 동일 내지 상이한 재질로 이루어질 수 있고, 일례로 스테인레스스틸재질로 이루어질 수 있다.

내측와류형성날개(140)는 내측관부재(120)의 내측에 중심으로부터 가장자리로 다수개가 방사상으로 배치되도록 고정됨으로써 내측와류형성공간(121)을 통과하는 공기의 흐름이 외측와류형성날개(130)에 의해 형성되는 와류와 동일 방향으로 와류를 형성하도록 함으로써, 2중 와류 각각이 상호간에 상쇄되지 않고 보강되도록 한다. 또한 내측와류형성날개(140)는 3개로 이루어짐으로써, 저속 주행은 물론 고속 주행에서도 공기의 흐름에 대한 저항을 최소화하면서도 와류가 원활하게 형성되도록 할 수 있다. 내측와류형성날개(140)는 서로 간에 그리고 내측관부재(120)의 내주면에 용접이나 볼팅 또는 리벳 등을 비롯하여, 끼움 구조 등과 같은 다양한 고정 및 결합 방식에 의해 고정될 수 있다.

내측와류형성날개(140)는 외측와류형성날개(130)에 대하여 연속적인 곡률을 이루도록 형성될 수 있다. 즉, 내측와류형성날개(140)는 외측와류형성날개(130)와 마찬가지로 와류 형성을 위하여 곡률을 가지게 되는데, 이때, 외측와류형성날개(130)로부터 연속적으로 곡률을 이루는 형태를 가지도록 함으로써, 내측관부재(120)에 의해 서로 분리될 뿐, 전체적으로 곡률을 가진 단일의 날개 형태를 이루도록 구성될 수 있으며, 이로 인해 2중 와류 각각이 상호 간에 미치는 저항을 줄이도록 할 수 있다. 이는 하나의 예시로서, 반드시 이에 한하는 것은 아니며, 내측와류형성날개(140)가 외측와류형성날개(130)와는 그 형상, 곡률 및 구조가 상이할 수 있다.

도 6 내지 도 7를 참조하면, 특히 내측와류형성날개(140)의 일측면(141)은 곡선형이고, 타측면(142)은 직선형으로 하여, 공기가 부딪치는 면인 일측면(141)은 곡선형으로 하여, 공기 저항을 감소시킬 수 있고, 3개의 내측와류형성날개(140)의 자유단부들(143)은 서로 대향하는 구조인데, 상기 자유단부들(143)은 모두 절두형으로 하여, 상기 자유단부들이 서로 대향하여 형성하게 되는 공기유통부(A) 면적을, 자유단부들이 비-절두형인 경우의 공기유통부의 면적에 비하여, 보다 증대시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 내연기관용 와류 발생기의 작용을 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 내연기관용 와류 발생기(100)는 흡기관(30)에 설치되거나 배기관에도 설치될 수 있는데, 이 때, 외측와류형성공간(111)과 내측와류형성공간(121)을 각각 통과하는 유입 내지 배출 공기의 단위 면적당 밀도를 크게 증대시키고, 흡기관(30)이나 배기관과의 마찰을 최소화하면서도 공기의 흐름이 와류를 형성하도록 함으로써, 공기의 압축 효과에 의한 공기의 이송량을 증대시키며, 이로 인해 엔진(20)에 대한 공기의 공급량 또는 엔진(20)으로부터 배기되는 배기가스의 양을 증대시킬 수 있다.

이와 같이, 외측관부재(110)와 내측관부재(120)에 의해 동심원 형태로 분할되는 외측와류형성공간(111) 및 내측와류형성공간(121) 각각으로부터 와류가 각각 형성되도록 함으로써, 흡기관(30)이나 배기관 내에서의 공기 흐름에 대한 저항을 최소화하면서 와류의 회전속도가 증가하도록 하고, 이로 인해 공기의 유입량 내지 배출량을 증대시키고, 흡기관(30)이나 배기관의 전면적에 걸쳐서 와류가 형성되도록 함으로써 원활한 공기 흐름에 의해 공기 유입 내지 배출의 효율을 크게 높일 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 연료의 분포와 분산이 원활하도록 하여 연소 효율을 증대시킴으로써, 엔진 출력과 연비를 향상시킴과 아울러, 매연 발생을 줄이도록 할 수 있다.

이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 실시례에 국한되어 정해져서는 안되며, 실용신안등록청구범위뿐만 아니라 이러한 실용신안등록청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 에어클리너 20 : 엔진
30 : 흡기관 31 : 고정돌기
110 : 외측관부재 111 : 외측와류형성공간
120 : 내측관부재 121 : 내측와류형성공간
130 : 외측와류날개 140 : 내측와류날개

Claims (5)

1. 내연기관의 흡기관 또는 배기관에 설치되어 공기의 유속을 증가시키는 와류 발생기로서,
   상기 흡기관 또는 상기 배기관의 내주면에 외주면이 밀착되도록 고정되고, 원통형으로 이루어지는 외측관부재;
   상기 외측관부재의 내측에 위치하고, 원통형으로 이루어지며, 외측과 내측에 외측와류형성공간과 내측와류형성공간이 서로 격리되어 각각 형성되도록 하는 내측관부재;
   상기 외측관부재와 상기 내측관부재 사이에 다수개가 방사상으로 배치되어 상기 외측와류형성공간을 통과하는 공기의 흐름이 와류를 형성하도록 하고, 상기 외측관부재와 상기 내측관부재에 양쪽 끝단이 각각 고정됨으로써 상기 외측관부재 내측에 상기 내측관부재를 고정시키는 외측와류형성날개; 및
   상기 내측관부재의 내측에 중심으로부터 가장자리로 다수개가 방사상으로 배치되도록 고정됨으로써 상기 내측와류형성공간을 통과하는 공기의 흐름이 상기 외측와류형성날개에 의해 형성되는 와류와 동일 방향으로 와류를 형성하도록 하는 내측와류형성날개;를 포함하고,
   상기 내측관부재는, 상기 외측관부재의 내측에 동심원을 이루도록 고정되고,상기 외측관부재의 직경에 대하여 20~50%의 직경을 가지도록 형성되며,
   상기 내측와류형성날개의 일측면은 곡선형이고, 타측면은 직선형으로 하여, 곡선형 일측면은 공기가 부딪치는 면으로 하여, 공기 저항을 감소시킬 수 있고,
   서로 대향하고 있는 상기 내측와류형성날개의 자유단부들은, 모두 절두형으로 하여, 상기 절두형의 자유단부들이 서로 대향하여 형성하게 되는 공기유통부의 면적을, 자유단부들이 비-절두형인 경우에 비하여, 보다 증대시킬 수 있는, 내연기관용 와류 발생기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 외측관부재는, 양쪽 끝단이 상기 흡기관 또는 상기 배기관에 내측으로 상기 외측관부재의 길이만큼 서로 이격되도록 각각 돌출되는 고정돌기에 의해 전후 이동이 제한되도록 지지됨으로써 고정되는, 내연기관용 와류 발생기.
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