KR101795168B1 - 차량의 엔진 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 엔진 구조에 관한 것으로, 판상으로 구비되어 상기 흡기포트의 단일유로상에 마련되되, 그 길이방향이 상기 흡기포트의 길이방향과 나란하도록 마련됨으로써 상기 흡기포트의 유로를 상부 및 하부로 이분하도록 구비되고, 하류측 단부의 일부분은 타부분보다 더 길게 연장된 연장부가 형성되도록 마련된 포트플레이트; 및 상기 흡기포트에 마련되며, 연료가 상기 포트플레이트에 점착되는 것을 방지하기 위해 상기 연장부를 회피하여 연료가 분사되도록 마련된 인젝터;를 포함하는 차량의 엔진 구조가 소개된다.

Description

차량의 엔진 구조{STRUCTURE OF ENGINE FOR VEHICLE}
본 발명은 인젝터로부터 분사된 연료가 흡기포트상에서 점착되는 것을 방지함과 동시에 공기와 연료의 혼합성능을 향상시켜 연소 효율을 효과적으로 상승시키는 차량의 엔진 구조에 관한 것이다.
최근 차량에는, 특히 그 엔진에 있어서, 주행연비 등 엔진의 효율을 향상시키기 위해 연료의 분사방식, 흡기의 제어방식 및 흡기포트의 구조 등에 대한 다양한 방식의 기술들이 개발 및 적용되고 있다.
위와 같은 다양한 기술 중 차량 엔진의 효율을 향상시키기 위한 기술로서, 특히 연소실 내부로 유입되는 연료와 흡기의 혼합성능 향상을 도모하여, 혼합기의 연료성분이 균일농도를 이루게 함으로써 엔진의 연소효율을 상승시키는 방법이 있다.
특히, 연료와 공기의 혼합성능을 향상시키기 위한 방법에는, 흡기포트의 형상을 변경하거나 흡기포트 내부에 포트플레이트 등을 마련함으로써, 흡기의 유동을 조절하여 연소실 내부로 유입된 흡기의 텀블현상을 유도하는 방식이 적용될 수 있다.
텀블현상이란, 연소실로 유입되는 흡기가 연소실의 상단측에서 하단측을 향해 말려들어가는 와류를 형성하는 현상을 말하며, 이러한 텀블현상에 따라 소용돌이치는 흡기에 의해 연소실 내부에서 흡기와 연료와의 혼합성능이 향상되어 연소효율이 증가되는 것이다.
또한, 인젝터의 분사구가 흡기포트측에 마련되어 연료를 분사하는 방식에 있어서, 인젝터로부터 분사된 연료가 흡기포트의 유로상에서 점착되는 경우 엔진의 연비에 악영향을 미치는 등, 연료의 점착현상을 방지하는 것은 엔진 효율을 증가시키는데 있어 중요한 것이다.
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 10-1997-0001923 A1
본 발명의 목적은 인젝터로부터 분사된 연료가 흡기포트상에서 점착되는 것을 효과적으로 방지하고, 공기와 연료의 혼합성능을 향상시켜 연소 효율을 효과적으로 상승시키는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 엔진 구조는 상류측의 단일유로가 분기되어 하류측에서 한쌍의 분기유로가 형성되도록 마련된 흡기포트; 판상으로 구비되어 상기 흡기포트의 단일유로상에 마련되되, 그 길이방향이 상기 흡기포트의 길이방향과 나란하도록 마련됨으로써 상기 흡기포트의 유로를 상부 및 하부로 이분하도록 구비되고, 하류측 단부의 일부분은 타부분보다 더 길게 연장된 연장부가 형성되도록 마련된 포트플레이트; 및 상기 흡기포트에 마련되며, 연료가 상기 포트플레이트에 점착되는 것을 방지하기 위해 상기 연장부를 회피하여 연료가 분사되도록 마련된 인젝터;를 포함한다.
상기 포트플레이트의 상류측에 마련되며, 상기 포트플레이트에 의해 구분된 상기 흡기포트의 유로 중 하부의 공기흐름을 선택적으로 차단하기 위해 회전이 가능하도록 마련된 가변플랩;을 더 포함할 수 있다.
상기 연장부는 연소실내의 스월 유도를 위해 상기 한쌍의 분기유로 중 일측의 분기유로 내부로 연장되도록 마련되며, 상기 인젝터는 상기 한쌍의 분기유로 중 타측의 분기유로를 향해 연료가 분사되도록 마련될 수 있다.
상기 포트플레이트의 상기 하류측 단부는 단차형상으로 마련되어, 상기 연장부는 그 끝단의 연장된 길이가 균일하도록 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 차량의 엔진 구조에 따르면, 엔진 연소실 내부의 텀블현상 유도를 위한 포트플레이트에 연료가 점착되는 것을 효과적으로 방지하고, 연소실 내부의 스월현상을 유도하여 엔진의 연소효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 포트플레이트는 하류측 단부의 일부만이 더 길게 연장된 연장부를 형성하고, 인젝터는 포트플레이트의 연장부를 회피하여 연료를 분사할 수 있도록 마련됨으로써, 포트플레이트의 표면에 연료가 점착되는 현상을 효과적으로 방지함과 동시에 연소실 내부로 유입된 흡기의 유동이 스월을 형성하도록 한다.
또한, 포트플레이트의 연장부가 흡기포트의 하류측에 형성된 한쌍의 분기유로 중 일측의 분기유로의 내부에 위치됨에 따라, 각 분기유로로부터 유입되는 흡기의 비대칭성이 발생하여 스월이 유도되고, 흡기와 연료가 각각 이루는 스월의 상호작용으로 연료와 흡기의 혼합성 향상에 유리한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 구조를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 차량의 엔진 구조를 A-A'선을 따라 절개한 단면을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 차량의 엔진 구조는 도 1 내지 2와 같이, 상류측의 단일유로(112)가 분기되어 하류측에서 한쌍의 분기유로(118)가 형성되도록 마련된 흡기포트(110); 판상으로 구비되어 상기 흡기포트(110)의 단일유로(112)상에 마련되되, 그 길이방향이 상기 흡기포트(110)의 길이방향과 나란하도록 마련됨으로써 상기 흡기포트(110)의 유로를 상부 및 하부로 이분하도록 구비되고, 하류측 단부의 일부분은 타부분보다 더 길게 연장된 연장부(205)가 형성되도록 마련된 포트플레이트(200); 및 상기 흡기포트(110)에 마련되며, 연료가 상기 포트플레이트(200)에 점착되는 것을 방지하기 위해 상기 연장부(205)를 회피하여 연료가 분사되도록 마련된 인젝터(250);를 포함한다.
특히, 본 발명은 엔진의 연소실(20) 내부로 유입되는 흡기의 텀블현상을 유도하기 위해 마련된 포트플레이트(200)의 하류측 단부 중 일부에 연장부(205)가 마련되되, 특히 흡기포트(110)의 분기유로(118) 중 일측에 위치됨으로써 연소실(20) 내부로 유입되는 흡기의 비대칭성이 발생하여 스월이 유도된다.
또한, 인젝터(250)는 연장부(205)를 회피하여 연료를 분사하도록 마련됨으로써, 연장부(205)가 마련된 포트플레이트(200)에 인젝터(250)로부터 분사된 연료가 점착되는 것을 방지할 수 있으며, 연소실(20)의 중심축으로부터 편중되어 유입되는 연료와 흡기는 상호 대향하는 방향으로 스월이 유도되고, 이러한 각 유체의 흐름이 연소실(20) 내부에서 충돌하여 연료가 분산됨으로써 연료와 흡기의 혼합성능이 향상된다.
여기서 연료와 흡기의 혼합성능이란, 연소실(20) 내부로 유입되는 연료가 연소실(20) 내에 존재하는 흡기중에 균일하게 퍼지는 정도를 말하는 것으로서, 이러한 혼합성능이 좋을수록 완전연소에 유리하여 엔진의 연소효율이 향상된다.
이러한 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 흡기포트(110)는 상류측의 단일유로(112)가 분기되어 하류측에서 한쌍의 분기유로(118)를 형성하도록 마련된다. 도 1은 흡기포트(110)의 단일유로(112)가 분기되어 하류측에서 한쌍의 분기유로(118)가 형성된 것을 나타낸다.
흡기포트(110)는 흡기매니포트와 결합되는 상류측에서 단일유로(112)를 형성하다가, 연소실(20)이 마련된 하류측을 향하면서 분기되어 한쌍을 분기유로(118)를 형성하는데, 이로써 연소실(20) 내부로 유입되는 단위시간당 흡기량이 단일유로(112)에 의한 경우보다 향상될 수 있다.
이와 같은 분기유로(118)의 수는 바람직하게는 한쌍으로 마련될 수 있고, 해당 엔진의 요구되는 수준에 따라 2개 이상으로 마련될 수도 있다. 또한, 흡기포트(110)의 하류측에 형성된 분기유로(118)는 동일한 연소실(20)의 내부로 연통되는데, 각 분기유로(118)별로 흡기의 흐름을 단속하기 위한 흡기밸브(150)가 실린더 헤드측에 마련된다.
한편, 포트플레이트(200)는 판상으로 구비되어 상기 흡기포트(110)의 단일유로(112)상에 마련되되, 그 길이방향이 상기 흡기포트(110)의 길이방향과 나란하도록 마련됨으로써 상기 흡기포트(110)의 유로를 상부 및 하부로 이분하도록 구비되고, 하류측 단부의 일부분은 타부분보다 더 길게 연장된 연장부(205)가 형성된다.
포트플레이트(200)는 연소실(20) 내부로 유입되는 흡기에 텀블현상이 발생할 수 있도록 흡기의 유동을 조절하는데, 텀블현상이란 연소실(20) 내부로 유입되는 흡기가 연소실(20)의 상부측에서 하부측을 향해 말려들어가면서 와류를 형성하는 것을 말한다.
이러한 텀블현상은 연료가 연소실(20) 내부의 흡기 중에 균일하게 퍼지도록 하여 혼합성능을 향상시키는데 유리하다. 연소실(20) 내부의 공기와 연료의 혼합성능이 향상될수록 완전연소에 유리하여 연소 효율이 상승되는 것이다.
위와 같이, 연소효율을 향상시키기 위해 흡기의 텀블현상을 유도하는 포트플레이트(200)는 흡기포트(110)의 유로를 상부 및 하부로 이분하도록 마련되며, 흡기의 유동면적을 일부 제한하여 유속을 증가시킴으로써 텀블이 발생하기 용이하도록 한다.
이러한 포트플레이트(200)는 다양한 방식 및 형상으로 마련될 수 있는데, 포트플레이트(200)의 길이방향이 바람직하게는 흡기포트(110)의 길이방향과 나란하도록 마련되되, 흡기매니폴드(10)가 위치된 흡기포트(110)의 상류측에는 포트플레이트(200)에 의해 구획된 흡기포트(110)상의 상부 또는 하부의 흡기 유동을 단속하기 위한 장치로서 가변플랩(300)이 마련된다.
가변플랩(300)이 구비됨에 따라, 연소실(20) 내부의 텀블현상이 요구되는 상황에서는 가변플랩(300)에 의해 포트플레이트(200) 상부 또는 하부측 흡기의 흐름이 차단되고, 흡기는 가변플랩(300)에 의해 유동이 차단되지 않은 유로를 통해 유동하면서 유동면적이 감소하고 유속이 증가하여 텀블을 형성하는데 유리해진다.
포트플레이트(200)의 형상 및 구성은 위와 같은 실시예 이외에도 본 기술분야에 있어 통상의 기술자가 취할 수 있는 다양한 방식이 적용될 수 있다.
한편, 포트플레이트(200)는 인젝터(250)의 분사구 및 흡기밸브(150) 등을 고려한 레이아웃 측면에서, 바람직하게는 흡기포트(110)의 상류측으로서 분기되기 이전의 단일유로(112)상에 마련된다.
또한, 포트플레이트(200)는 흡기포트(110)의 길이방향으로 연장된 판상으로 마련되어 포트플레이트(200)를 지나는 흡기의 유동을 안정화시킬 수 있도록 마련되며, 하류측 단부의 일부분이 타부분보다 더 길게 연장되어 연장부(205)가 형성된 비대칭적 형상으로 마련된다. 바람직하게는, 연장부(205)는 포트플레이트(200)의 하류측 단부에서 중심부를 제외한 어느 일측으로 편중되도록 마련될 수 있다.
한편, 인젝터(250)는 실린더헤드측 또는 흡기매니폴드(10)측에 구비되되, 그 분사구가 흡기포트(110)상에 위치되며, 연료가 상기 포트플레이트(200)에 점착되는 것을 방지하기 위해 상기 연장부(205)를 회피하여 연료가 분사되도록 마련된다. 도 1은 인젝터(250)가 연장부(205)를 회피하여 연료를 분사하는 실시예를 나타낸다.
본 발명에서 인젝터(250)는 흡기포트(110)상에 연료를 분사하여 연소실(20) 내부로 연료를 공급하도록 마련되는데, 레이아웃상의 이점을 위해 컴팩트하게 구성되는 흡기포트(110)의 구조상, 인젝터(250)에 의해 분사된 연료가 포트플레이트(200)의 표면에 점착되는 경우가 발생할 수 있고, 특히 포트플레이트(200)의 하류측 단부에 형성된 연장부(205)의 표면에 연료가 점착되기 쉽다.
따라서, 포트플레이트(200)는 하류측 단부 중 일부분에만 연장부(205)가 형성되도록 마련되고, 인젝터(250)는 연장부(205)를 회피하여 연료를 분사하도록 마련되는 것이다. 이는 인젝터(250)의 분사구에 대한 흡기포트(110)상 장착위치 설정에 의해 실현되거나, 인젝터(250)의 분사각 조절 등에 의해 실현될 수 있다.
즉, 포트플레이트(200)의 연장부(205)는 연료가 분사되기 용이한 공간을 형성하기 위해 하류측 단부의 일부에만 형성되고, 인젝터(250)가 포트플레이트(200)의 연장부(205)를 회피하여 연료를 분사하도록 마련되어 포트플레이트(200)의 연료 점착이 방지됨으로써, 연비 감소를 방지하는 등 연소효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 1 내지 2와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 구조는, 상기 포트플레이트(200)의 상류측에 마련되며, 상기 포트플레이트(200)에 의해 구분된 상기 흡기포트(110)의 유로 중 하부의 공기흐름을 선택적으로 차단하기 위해 회전이 가능하도록 마련된 가변플랩(300);을 더 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 포트플레이트(200)에 의해 구획된 상부 또는 하부측의 흡기 유동은 바람직하게는 가변플랩(300)에 의해 단속된다. 또한, 본 발명에서 바람직하게는 가변플랩(300)은 포트플레이트(200)에 의해 구획된 흡기포트(110)의 하부측 흡기 유동을 단속한다.
가변플랩(300)은 판상으로 마련될 수 있고, 흡기포트(110)의 상류측에 구비되며 바람직하게는 포트플레이트(200)와 일단부가 밀착되도록 마련될 수 있다.
또한, 이러한 가변플랩(300)의 실시예로는, 흡기포트(110)의 유로상에 마련되되 가변플랩(300)의 일부분에 회전축이 형성되며, 액츄에이터에 의해 선택적으로 회전되어 흡기포트(110)의 하부측 개폐작동이 가능하게 마련된다.
이러한 가변플랩(300)의 결합 및 작동방식에는 통상의 기술자 입장에서 포트플레이트(200)에 의해 구획된 흡기포트(110)상의 하부측 흡기 유동을 단속하기 위한 다양한 방식이 적용될 수 있다.
위와 같은 가변플랩(300)은 흡기포트(110)의 하부측 흡기 유동에 대한 선택적인 단속을 수행함으로써, 포트플레이트(200)에 의한 흡기 유동을 바람직하게는 상부에 집중시켜 연소실(20) 내부로 유입되는 흡기의 유속을 보다 증가시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 1 내지 2와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 구조에서, 상기 연장부(205)는 연소실(20)내의 스월 유도를 위해 상기 한쌍의 분기유로(118) 중 일측의 분기유로(114) 내부로 연장되도록 마련되며, 상기 인젝터(250)는 상기 한쌍의 분기유로(118) 중 타측의 분기유로(116)를 향해 연료가 분사되도록 마련된다.
구체적으로, 포트플레이트(200)의 하류측 단부에는 흡기 유동의 비대칭성을 발생시켜 연소실(20) 내부에서 스월현상을 유도하기 위한 연장부(205)가 마련되는데, 이러한 연장부(205)는 바람직하게는 흡기포트(110)의 단일유로(112)상에 마련된 포트플레이트(200)의 하류측 단부로부터 연장되어, 흡기포트(110)의 하류측에 형성된 한쌍의 분기유로(118) 중 일측의 분기유로(114) 내부에 위치되도록 마련된다.
이에 따라, 연소실(20)를 기준으로 대칭적으로 마련된 한쌍의 분기유로(118)에서, 연장부(205)가 위치된 일측의 분기유로(114)로부터 유입되는 흡기의 유속은 타측의 흡기 유동보다 강하여 한쌍의 분기유로(118)로부터 연소실(20)로 유입되는 흡기 유동은 비대칭성이 발생한다.
이에 따라, 연소실(20)로 유입되는 흡기의 유동은 편중된 흐름을 가지게 되어 스월현상이 유도되며, 연소실(20) 내부의 흡기와 연료의 혼합성능이 향상되는데, 이는 완전연소에 유리하여 연소 효율을 상승시키는 효과를 가져오는 것이다.
한편, 인젝터(250)는 포트플레이트(200) 표면의 연료 점착을 방지하기 위해 연장부(205)를 회피하여 연료를 분사하도록 마련되는데, 일측의 분기유로(114)의 내부로 연장된 연장부(205)를 회피하기 위해 연장부(205)가 위치되지 않은 타측의 분기유로(116)측으로 연료를 분사하도록 마련된다.
이에 따라, 인젝터(250)에 의해 분사된 연료가 흡기포트(110)상에서, 특히 포트플레이트(200)의 표면에 점착되는 것이 방지됨은 물론, 연료가 연소실(20)를 기준으로 대칭적으로 마련된 한쌍의 분기유로(118) 중 타측의 분기유로(116)를 통해 연소실(20)측에 유입됨에 따라, 연소실(20) 내부로 유입된 연료가 편중된 유동을 가지게 되어 연료 유동 자체의 스월현상이 유도될 수 있다. 도 1은 흡기 유동에 의한 스월과 연료 유동에 의한 스월의 관계가 도시되어 있다.
위와 같이, 연소실(20) 내부에서 연료와 흡기의 유동은 상호 대향되는 스월을 형성하며, 이러한 각 스월은 연소실(20) 내부에서 상호 충돌하여 연료를 분산시키게 되고, 결국 연소실(20) 내부에서 연료와 흡기의 혼합도를 증가시키는 상승효과를 가져온다.
즉, 연소실(20)를 기준으로 편심된 일측의 분기유로(114)상에 연장부(205)가 위치되고, 마찬가지로 편심된 타측의 분기유로(116)상으로 연료가 분사되도록 인젝터(250)가 마련됨에 따라, 연소실(20) 내부에서 연료와 흡기의 유동은 상호 대향하는 스월을 형성하고, 각 스월간의 충돌에 따라 그 분산의 정도가 커진 연료가 텀블 및 스월이 유도된 흡기 유동을 따라 연소실(20) 내부에 고르게 퍼지게 되어, 결국 흡기와 연료의 혼합성능이 향상되는 것이다.
한편, 도 1 내지 2와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 구조에서, 상기 포트플레이트(200)의 상기 하류측 단부는 단차형상으로 마련되어, 상기 연장부(205)는 그 끝단의 연장된 길이가 균일하도록 마련된다.
연장부(205)는 흡기 유동에 대한 비대칭성을 발생시킴과 동시에 연료 분사가 용이한 공간을 형성할 수 있도록 마련되는 것인데, 상기 연장부(205)에서 그 끝단의 연장된 길이가 균일하지 않고 곡선 등의 형상으로 마련되는 경우, 의도되지 않은 흡기 유동의 변화가 발생하여 연소실(20) 내부에서 요구되는 스월 및 텀블의 유도가 원활히 이루어지지 않을 수 있어, 결국 본 발명의 효과를 저해할 수 있는 것이다.
따라서, 연장부(205)의 끝단은 그 연장된 길이가 균일하도록 마련되고, 이에 따라 포트플레이트(200)의 하류측 단부는 단차형상으로 마련되는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
110 : 흡기포트 200 : 포트플레이트
250 : 인젝터 300 : 가변플랩

Claims (4)

  1. 상류측의 단일유로가 분기되어 하류측에서 한쌍의 분기유로가 형성되도록 마련된 흡기포트;
    판상으로 구비되어 상기 흡기포트의 단일유로상에 마련되되, 그 길이방향이 상기 흡기포트의 길이방향과 나란하도록 마련됨으로써 상기 흡기포트의 유로를 상부 및 하부로 이분하도록 구비되고, 하류측 단부의 일부분은 타부분보다 더 길게 연장된 연장부가 형성되도록 마련된 포트플레이트; 및
    상기 흡기포트에 마련되며, 연료가 상기 포트플레이트에 점착되는 것을 방지하기 위해 상기 연장부를 회피하여 연료가 분사되도록 마련된 인젝터;를 포함하고,
    상기 연장부는 연소실내의 스월 유도를 위해 상기 한쌍의 분기유로 중 일측의 분기유로 내부로 연장되도록 마련되며, 상기 인젝터는 상기 한쌍의 분기유로 중 타측의 분기유로를 향해 연료가 분사되도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트플레이트의 상류측에 마련되며, 상기 포트플레이트에 의해 구분된 상기 흡기포트의 유로 중 하부의 공기흐름을 선택적으로 차단하기 위해 회전이 가능하도록 마련된 가변플랩;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 구조.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 포트플레이트의 상기 하류측 단부는 단차형상으로 마련되어, 상기 연장부는 그 끝단의 연장된 길이가 균일하도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 구조.
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