KR101979173B1 - 내연 기관의 흡기 장치 - Google Patents

내연 기관의 흡기 장치 Download PDF

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오사무 오오키
가즈키 이이지마
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 내연 기관(1)의 흡기 장치(2)는, 흡기 통로의 일부를 구성하는 하우징 통로(30)에 오목하게 형성된 제어 밸브 수용부(32)의 저면(32a)으로부터 흡기 포트(10)에 이르는 배수 통로(60)를 갖는다. 배수 통로(60)는 흡기 통로로부터 독립되어 형성되며, 저면(32a)에 오목하게 형성된 집수 홈(62)과, 제어 밸브 하우징(20)의 커버(28)에 관통 형성된 배수 구멍(64)과, 흡기 포트(10)에 삽입되는 인서트(24)의 플랜지부(56)에 관통 형성된 배수 구멍(69)으로 구성된다. 배수 구멍(69)의 하류 단부는 흡기 포트 내벽면(10a)과 인서트 통형부(52) 사이에 구획 형성된 공간(70)에 연통하고 있다. 흡기 중에 포함되는 수분은 저면(32a)에 적하하여 집수 홈(62) 내에 모이고, 배수 구멍(64, 69) 및 공간(70)을 통과하여 흡기 포트(10)로 흘러, 흡기의 주류와 함께 연소실(8)에 흡입된다.

Description

내연 기관의 흡기 장치
본 발명은 내연 기관의 흡기 장치에 관한 것이다.
흡기 매니폴드의 흡기 통로의 개구 면적을 제어함으로써 내연 기관의 연소실 내에 가스 유동을 형성하는 흡기 장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 흡기 장치는 한랭지에 있어서도 사용되기 때문에, 흡기 장치로 흐르는 흡기에 포함되는 수분 등이 제어 밸브의 회전축에 부착되어 빙결되는 일이 없도록 제어 밸브의 주위로부터 수분을 배출하는 대책이 강구되고 있다.
예를 들어 특허문헌 1에서는, 제어 밸브의 회전축과 베어링 사이의 간극에 수분이 진입하는 것을 억제하는 집수 홈이 하우징의 저벽에 형성되어 있다. 이 집수 홈은, 하우징 저벽의 중앙 부분이 낮아지도록 양 단부로부터 중앙부를 향하여 경사져 있으며, 하우징의 전체 길이에 걸쳐 흡기류 방향으로 뻗어 있다.
일본 특허 공개 제2008-248861호 공보
그러나 상기 배수 구조에서는, 밸브 폐쇄 시에도 제어 밸브와 하우징 저벽 사이에 집수 홈에 의한 비교적 큰 간극이 생기고, 이 간극을 통과하는 에어 누설에 의하여 가스 유동(예를 들어 텀블류나 스월류)이 저하되어 버린다는 문제가 있었다.
본 발명에 있어서의 내연 기관의 흡기 장치는, 실린더 헤드에 형성된 흡기 포트보다도 상류측에, 흡기 통로의 통로 단면의 일부를 개폐하는 제어 밸브가 배치되어 이루어지고, 상기 흡기 포트 내에 통형의 인서트가 설치되어 있다. 상기 흡기 포트 내벽면과 상기 인서트 사이에는 공간이 구획 형성되고, 상기 제어 밸브가 위치하는 흡기 통로의 저면으로부터 상기 공간에 이르는 배수 통로가 형성되어 있다.
이와 같은 구성에서는, 흡기의 주류는 인서트의 내측을 통하여 흐르고, 흡기 통로의 저면에 적하한 수분은 배수 통로를 통하여 흡기 포트측으로 흐른다.
본 발명에 의하면, 흡기의 주류가 흐르는 인서트 내측의 통로로부터 배수 통로가 독립되어 있기 때문에 밸브 폐쇄 시에 흡기의 흐름이 저해되지 않아 가스 유동의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 일 실시예의 흡기 장치의 단면도.
도 2는 밸브 폐쇄 시의 제어 밸브를 도시하는 흡기 장치의 확대 단면도.
도 3은 밸브 개방 시의 제어 밸브를 도시하는 흡기 장치의 확대 단면도.
도 4는 하우징의 상류측 단부면을 도시하는 도면.
도 5는 하우징 커버의 하류측 단부면을 도시하는 도면.
도 6은 인서트의 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 내연 기관(1)의 흡기 장치(2)를 개략적으로 도시한 것이다. 본 실시예는, 본 발명의 흡기 장치(2)를 직렬 4기통의 내연 기관(1)에 적용한 예를 나타내고 있으며, 내연 기관(1)은, 실린더 블록(4)과, 실린더 블록(4) 상에 설치되는 실린더 헤드(6)를 갖고, 실린더 헤드(6)는, 흡기를 연소실(8)에 도입하는 흡기 포트(10)를 갖는다. 흡기 포트(10)는 각 기통에 각각 대응하여 설치되어 있으며, 연소실(8)에 가까운 하류측 부분이 두 갈래로 분기되어 있다.
실린더 헤드(6)에 설치되는 흡기 매니폴드(14)는, 4개의 경질 합성 수지제 부재(14a 내지 14d)를 진동 용착에 의하여 서로 접합하여 구성되어 있으며, 도시하지 않은 흡기구를 통하여 흡기가 도입되는 콜렉터(16)와, 콜렉터(16) 내의 흡기를 각 기통에 분배하는 흡기 통로로서의 4개의 브랜치 통로(18)를 갖는다. 또한 도 1은 차량 탑재 상태에서의 흡기 매니폴드(14)의 자세를 도시하고 있지만, 흡기 매니폴드(14)는 도시된 자세에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 흡기 장치(2)는, 흡기 매니폴드(14)의 일부를 이루는 제어 밸브 하우징(20)과, 제어 밸브 하우징(20)에 요동 가능하게 지지되는 제어 밸브(22)와, 흡기 포트(10) 내에 삽입되는 인서트(24)를 구비하고 있다.
도 2, 3에 도시한 바와 같이 제어 밸브 하우징(20)은, 흡기 매니폴드(14)의 제2 부재(14b)에 일체 성형된 기관 전후 방향으로 가늘고 긴 상자형의 하우징 본체(26)와, 이 하우징 본체(26)의 단부면(실린더 헤드(6)와의 접합면)에 끼워 맞춰지는 가늘고 긴 하우징 커버(28)로 구성되어 있다.
하우징 본체(26)에는, 브랜치 통로(18)의 일부를 각각 구성하는 4개의 하우징 통로(30)가 관통 형성되어 있다. 이들 4개의 하우징 통로(30)는 하우징 본체(26)의 길이 방향으로 정렬하여 배치되며, 각각 단면 대략 직사각형으로 형성되어 있다(도 4). 하우징 통로(30)의 저벽에는, 제어 밸브(22)를 밸브 개방 시에 수용하는 수용부(32)가 오목하게 형성되어 있다. 이 수용부(32)의 저면(32a)은, 제어 밸브(22)의 회전 중심을 중심으로 한 원호형을 이루고 있다.
하우징 커버(28)는 경질 합성 수지 재료로 이루어지며, 하우징 통로(30)의 개구 단부에 각각 대응하는 4개의 대략 직사각형의 개구부(34)가 길이 방향으로 정렬하도록 개구 형성되어 있다(도 5). 도 2, 3에 도시한 바와 같이 하우징 커버(28)의 상류측의 면에는 각 개구부(34)의 하단부로부터 돌출부(36)가 설편형으로 돌출 설치되어 있다. 돌출부(36)는 원호형으로 만곡된 내벽면(36a)을 가지며, 이 내벽면(36a)은 수용부(32)의 저면(32a)의 일부를 구성한다.
도 4에 도시한 바와 같이 제어 밸브(22)는, 대략 직사각형의 밸브부(40)와, 각 밸브부(40)의 양측에 설치된 측벽부(42)와, 측벽부(42)에 각각 설치된 원통형의 회전축(44)이 경질 합성 수지 재료에 의하여 일체로 성형되어 있다. 본 실시예에서는, 4개의 밸브부(40)가 회전축(44)을 거쳐 서로 연결되어 있다.
도 2, 3에 도시한 바와 같이 밸브부(40)는 회전축(44)의 중심으로부터 반경 방향 외측으로 오프셋되어 있다. 두꺼운 판형을 이루는 밸브부(40)의 외측면(46)은, 회전축(44)을 중심으로 한 원호형을 이루고 있다. 이에 비하여 내측면(48)은, 원호의 현을 따른 평탄면을 이루고 있다. 또한 밸브부(40)의 한쪽 장변부(밸브 개방 시에 하류측에 위치하는 측의 장변부)의 중앙 부분에는, 도시하지 않은 통기 창부가 대략 직사각형으로 절결 형성되어 있다.
제어 밸브(22)는, 밸브부(40)가 하우징 통로(30) 내에 위치하도록 하우징 본체(26) 내에 삽입되며, 제어 밸브(22)를 덮도록 하여 하우징 커버(28)가 설치된다. 도 3에 도시하는 밸브 개방 상태에서는, 밸브부(40)는 수용부(32) 내에 수용되어 있으며, 밸브부(40)의 외측면(46)은 수용부(32)의 저면(32a)과 대향하고 있다. 즉, 저면(32a)은 외측면(46)의 회동 궤적을 따라 원호형으로 형성되어 있으며, 양자는 동심원상에 위치하고 있다. 또한 회전축(44)은, 하우징 본체(26)와 하우징 커버(28)에 의하여 형성되는 베어링부(49)에 회전 가능하게 지지되어 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 단열 포트로서 기능하는 인서트(24)는 경질 합성 수지 재료로 이루어지며, 흡기 포트(10) 내에 각각 삽입되는 4개의 통형부(52)와, 각 통형부(52)의 상류측 개구 단부(54)의 주위에 설치된 판형의 플랜지부(56)를 갖는다.
통형부(52)는, 그 내부를 통하여 흡기의 주류를 안내하도록 단면 직사각형의 통형을 이루고 있으며, 흡기 포트(10)에 삽입되었을 때 선단부(58)가 연소실(8)의 근방에 위치하도록 소정의 길이를 갖고 있다(도 2 참조). 플랜지부(56)는, 기관 전후 방향으로 가늘고 길게 뻗은 판형을 이루며, 흡기 매니폴드(14)를 실린더 헤드(6)에 설치하기 위한 볼트(도시하지 않음)가 관통되는 복수의 볼트 관통 구멍(59)을 구비하고 있다. 플랜지부(56)를 관통하는 상류측 개구 단부(54)는 대략 직사각형을 이루고 있으며, 하우징 커버(28)의 개구부(34)에 대응하도록 4개의 상류측 개구 단부(54)가 길이 방향으로 정렬되어 있다.
이와 같이 구성된 인서트(24)는, 통형부(52)가 흡기 포트(10) 내에 삽입됨과 함께, 플랜지부(56)가 제어 밸브 하우징(20)(흡기 매니폴드(14))과 실린더 헤드(6) 사이에 끼움 지지되어 설치되어 있다.
도 2는 제어 밸브(22)의 밸브 폐쇄 위치를 도시하고 있으며, 이 밸브 폐쇄 위치에서는, 밸브부(40)는 수용부(32)로부터 회동하여 하우징 통로(30)를 폐쇄하고 있다. 따라서 하우징 통로(30) 내에 도입된 흡기는 도시하지 않은 통기 창부를 통하여 흡기 포트(10)로 흐른다. 이것에 의하여 텀블류가 강화된다.
한편, 도 3에 도시하는 개방 밸브 위치에서는, 밸브부(40)는 수용부(32)의 저면(32a)을 따라 위치하며, 하우징 통로(30)가 개방된다. 이때, 밸브부(40)의 내측면(48)이 하우징 통로(30)의 저벽과 연속면으로 되어, 하우징 통로(30)의 일부를 구성한다. 하우징 통로(30) 내에 도입된 흡기는 개구부(34)의 전체면을 흐르며, 이것에 의하여 텀블류가 약화된다. 달리 말하면, 도 3의 개방 밸브 위치에서는, 밸브부(40) 전체가 원호형으로 오목한 수용부(32) 내에 수용된 상태로 된다.
다음으로, 도 2 내지 6을 참조하여 본 발명의 요부인 배수 구조에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 수용부(32)의 저면(32a)으로부터 흡기 포트(10) 내에 이르는 배수 통로(60)를 갖는다.
구체적으로는 도 2, 4에 도시한 바와 같이, 수용부(32)의 저면(32a)의 폭 방향(회전축(44)의 축 방향) 중앙에, 배수 통로(60)의 상류 부분을 이루는 집수 홈(62)이 오목하게 형성되어 있다. 집수 홈(62)은 단면이 대략 직사각형을 이룸과 함께, 저면(32a)에 적하한 수분을 집수할 수 있도록 소정의 깊이를 가지며, 하우징 통로(30)의 길이 방향을 따라 직선형으로 뻗어 있다.
또한 도 2, 5에 도시한 바와 같이 하우징 커버(28)에, 집수 홈(62)에 연속하여 배수 통로(60)의 일부를 이루는 배수 구멍(64)이 관통 형성되어 있다. 배수 구멍(64)은 돌출부(36)의 상류측 단부로부터 하우징 커버(28)의 하류측 단부면(28a)까지 뻗어 있다. 배수 구멍(64)의 상류측 개구부(66)는 집수 홈(62)의 하류측 단부에 대응하도록 돌출부(36)의 폭 방향 중앙에 위치하고 있다. 또한 하류측 개구부(68)는 도 5에 도시한 바와 같이, 하우징 커버(28)의 하류측 단부면(28a)에 있어서, 개구부(34)의 폭 방향 중앙의 하방의 위치에 개구되어 있다. 즉, 배수 구멍(64)은, 흡기 통로의 일부를 이루는 개구부(34)로부터 독립되어 형성되어 있다. 상류측 개구부(66) 및 하류측 개구부(68)는 모두 단면이 대략 직사각형을 이루고 있다.
또한 도 2, 6에 도시한 바와 같이 인서트(24)의 플랜지부(56)에, 배수 구멍(64)에 연속하여 배수 통로(60)의 하류 부분을 구성하는 배수 구멍(69)이 관통 형성되어 있다. 배수 구멍(69)은 플랜지부(56)의 면에 직교하는 방향을 따라 직선형으로 뻗어 있다. 배수 구멍(69)은 단면이 대략 직사각형을 이루며, 플랜지부(56)의 상류측의 단부면에서는, 배수 구멍(64)의 하류측 개구부(68)에 대응하여 상류측 개구 단부(54)의 폭 방향 중앙의 하방에 개구되어 있다. 즉, 배수 구멍(69)은, 흡기 통로의 일부를 구성하는 상류측 개구 단부(54)로부터 독립되어 있다. 또한 플랜지부(56)의 하류측의 단부면에서는, 통형부(52)의 외측이자 통형부(52)에 인접한 위치에 개구되어 있다.
인서트(24)가 흡기 포트(10) 내에 삽입된 상태에서는, 흡기 포트(10)의 내벽면(10a)과 통형부(52)의 외벽면(52a) 사이에 약간의 간극, 즉, 협소한 공간(70)이 통형부(52)의 외측 전체에 구획 형성되어 있다. 인서트(24)의 플랜지부(56)를 관통한 배수 구멍(69)의 하류 단부는, 이 흡기 포트(10)의 내벽면(10a)과 통형부(52) 사이의 공간(70)에 연통하고 있다.
브랜치 통로(18)를 흐르는 흡기 중에 포함되는 수분은 수용부(32)의 저면(32a)에 적하하여 집수 홈(62) 내에 모인다. 이 수분은 집수 홈(62)으로부터 배수 구멍(64, 69)을 통류하고, 흡기 포트(10)의 내벽면(10a)과 통형부(52) 사이의 공간(70)을 통하여 흡기 포트(10)로 흐른다. 그리고 최종적으로 통형부(52)를 통과하여 흐르는 흡기의 주류와 함께 연소실(8) 내에 흡입된다.
이와 같이, 흡기의 주류는 하우징 통로(30)로부터 통형부(52) 내를 흐르는데 비하여, 수분은 독립된 배수 통로(60)를 통하여 통형부(52)의 외측으로 배출된다. 따라서 도 2에 도시하는 밸브 폐쇄 위치에서는, 흡기의 일부가 배수 통로(60) 내로 흘렀다고 하더라도 배수 통로(60)가, 흡기의 주류가 통류하는 통형부(52)로부터 독립되어 있기 때문에, 이 흡기의 주류에 의하여 형성되는 가스 유동(본 실시예에서는 텀블류)이 저해되지 않아 가스 유동의 저하를 억제할 수 있다. 특히 흡기의 일부가 배수 통로(60) 내로 흘렀다고 하더라도 통형부(52)의 외측의 공간(70)에서 흡기가 확산되기 때문에, 인서트 내측을 흐르는 흡기의 주류와 합류하더라도 흡기의 주류에 의하여 형성되는 가스 유동을 저해하는 일이 없다.
이상, 본 발명의 일 실시예를 설명했지만 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 변경이 가능하다.
본 실시예에서는, 하우징 본체(26)는 흡기 매니폴드(14)의 제2 부재(14a)에 일체로 성형되어 있지만, 흡기 매니폴드(14) 전체와 일체로 성형해도 된다. 또는 별체의 제어 밸브 하우징을 흡기 매니폴드(14)에 설치하도록 해도 된다.
또한 본 실시예에서는, 수용부(32)는 성형의 형편상, 하우징 본체(26)와, 하우징 커버(28)의 돌출부(36)의 2부재로 나뉘어 형성되어 있지만, 어떤 식으로 수용부(32)를 형성할지는 임의이다.
또한 본 실시예에서는, 원호형의 외측면(46)을 갖는 밸브부(40)가 회전축(44)의 중심으로부터 반경 방향 외측으로 오프셋되어 있는 제어 밸브(22)를 사용하고 있지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 버터플라이식의 제어 밸브를 사용해도 된다. 또한 흡기 포트(10)의 내벽면(10a)과 통형부(52) 사이에 형성되는 공간(70)은 통형부(52)의 외측 전체에 형성해도 되고, 또한 통형부(52)의 외측의 일부에 형성해도 된다. 즉, 배수 통로(60)를 흐른 흡기가 공간(70)에서 확산되도록, 공간(70)의 통로 단면적이 배수 통로(60)의 통로 단면적보다도 크게 형성되어 있으면 된다. 또한 배수 통로(60)나 공간(70)은, 배수할 수 있으면 어떠한 크기여도 상관없다.

Claims (5)

  1. 실린더 헤드에 형성된 흡기 포트보다도 상류측에, 흡기 통로의 통로 단면의 일부를 개폐하는 제어 밸브가 배치되어 이루어지는 내연 기관의 흡기 장치에 있어서,
    상기 흡기 포트 내에, 상기 제어 밸브를 통과한 흡기의 주류를 안내하는 인서트가 설치되어 있고,
    상기 인서트는, 상기 흡기 포트 내에 삽입되는, 통형을 이루는 통형부와, 상기 통형부의 상류측 개구 단부의 주위에 설치되고, 상기 제어 밸브를 수용한 제어 밸브 하우징과 상기 실린더 헤드 사이에 끼움 지지되는 플랜지부를 구비하고,
    상기 흡기 포트의 내벽면과 상기 통형부의 외벽면 사이에 있어서 상기 통형부의 외측 전체에 공간이 구획 형성되고,
    상기 제어 밸브가 위치하는 흡기 통로의 저면으로부터 상기 공간에 이르는 배수 통로가 형성되어 있고, 이 배수 통로는 상기 플랜지부를 관통하고 있는, 내연 기관의 흡기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 밸브는, 회전축의 중심으로부터 반경 방향 외측으로 오프셋된 위치에서 회동하는 밸브부를 구비하고,
    상기 밸브부의 외측면이, 상기 회전축을 중심으로 한 회동 궤도를 따른 원호형을 이루고 있고,
    상기 흡기 통로의 저면에, 상기 밸브부를 수용하는 원호형으로 오목한 수용부가 형성되어 있음과 함께, 이 수용부의 저부에 상기 배수 통로의 상류 단부가 개구되어 있는, 내연 기관의 흡기 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수용부의 저부에, 상기 배수 통로의 일부를 이루는 집수 홈이 오목하게 형성되어 있는, 내연 기관의 흡기 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어 밸브 하우징의 단부면에 있어서, 상기 배수 통로가 흡기 통로의 개구부로부터 독립되어 개구되어 있는, 내연 기관의 흡기 장치.
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