KR102111090B1 - 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 흡기 매니폴드에 다수개의 장착노즐을 설치하여 상기 장착노즐을 통해 상기 흡기 매니폴드로 유입되는 외기가 유속이 증가된 상태로 유입될 수 있도록 함으로써 공기유속증가 및 흡입량 증가를 통한 배기가스의 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물을 저감시킬 수 있도록 하는 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드에 관한 것이다.
본 발명은 흡기 매니폴드(10)에 일정 간격으로 장착되는 다수개의 장착노즐(20); 상기 장착노즐(20)에 길이방향 일측이 연결된 상태로 길이방향 타측이 연장되게 설치되는 노즐장착배관(30); 상기 노즐장착배관(30)의 길이방향 타측에 설치되는 분배탱크(40); 상기 분배탱크(40)에서 연장되게 형성되어 외부로부터 유입된 외기가 상기 분배탱크(40)로 유입될 수 있도록 안내하는 서브유로관(50);으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드{INTAKE MANIFOLD FOR VEHICLE ADJUSTING NOZZLE STRUCTURE}

본 발명은 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 흡기 매니폴드에 다수개의 장착노즐을 설치하여 상기 장착노즐을 통해 상기 흡기 매니폴드로 유입되는 외기가 유속이 증가된 상태로 유입될 수 있도록 함으로써 공기유속증가 및 흡입량 증가를 통한 배기가스의 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물을 저감시킬 수 있도록 하는 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드에 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 중요하다.

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 줄어들어 연비를 향상시킬 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.

또한, 종래의 엔진의 흡기포트 구조는 흡기포트의 내부에 공기의 유동방향을 안내하는 다수의 가이드를 구비하여 흡기포트 내부를 따라 흐르는 층류성 스월 공기유동에 난류 강도를 더해주어 연소 성능을 향상시키도록 하였다.

다만, 상기한 종래 기술은 실린더헤드 내부에 연소성능 향상을 위한 구조가 추가되는 것으로 실린더헤드를 별도로 가공하거나 다시 제조해야 함으로 차량의 원가가 상승하고 작업공수가 증대되는 문제가 있다.

또한, 도 16는 종래 흡기매니폴드 개념도이고, 도 17은 종래의 흡기매니폴드의 개략도이며, 도 18은 다른 실시예를 보인 종래의 매니폴드 개략도로서, 상기 도 16을 참조하면 엔진(1)과 상기 엔진(1)의 흡기측에 결합된 흡기매니폴드(intake manifold,2)와, 상기 흡기매니폴드(2)의 일측에 마련된 진공탱크(3)와, 상기 진공탱크(3)와 흡기매니폴드(2)가 연결되는 부분에 마련되는 체크밸브(4)와, 상기 진공탱크(3)의 타측에 마련되는 솔레노이드밸브(5)와, 상기 솔레노이드밸브(5)에 전기적 신호를 제공하여 자화시키는 전자제어장치(electronic control unit, ECU, 6) , 및 상기 흡기매니폴드(2)의 일측에 마련되고 상기 솔레노이드밸브(5)의 작동에 의해 진공압을 제공받아 구동되는 작동장치(7)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 흡기매니폴드의 작동상태를 보면, 엔진(1)의 피스톤운동으로 흡기공정일 때 흡기매니폴드(2)의 일측에 구성된 진공탱크(3)의 공기가 흡입되어 상기 진공탱크(3)의 내부는 진공상태가 되며, 상기 진공탱크(3)의 일측에 마련된 체크밸브(4)에 의해 흡기매니폴드(2)로 유입되는 공기량을 조절하게 된다.

아울러, 상기 진공상태를 가지는 진공탱크(3)는 전자제어장치(6)의 신호에 의해 자화되는 솔레노이드밸브(5)의 자화에 의해 온(ON), 오프(OFF)되고, 이를 통해 상기 진공탱크(3)의 진공압이 작동장치(7)로 제공됨에 따라 상기 작동장치(7)는 구동된다.

도 17를 참조하면, 흡기매니폴드(2)의 일측에 체크밸브(4)가 일체에 마련된 진공탱크(3)와 상기 진공탱크(3)의 일측에 솔레노이드밸브(5)로 구성된 하나의 조립체를 형성하여, 이를 엔진(1)의 일측에 장착하였다.

그러나, 상기의 경우 진공탱크(3)와 솔레노이드밸브(5)가 하나의 조립체로 흡기매니폴드(2)의 일측에 형성됨에 따라 조립 작업공수가 늘고, 또한 조립체를 구성해야되는 공간의 비효율성을 가지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 하나의 조립체와 흡기매니폴드 사이에는 이를 연결하는 다수의 호스가 마련됨에 따라 진동 또는 충격에 의해 상기 호스가 파손될 수 있다는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 최근에는 도 18과 같이 흡기매니폴드(2)의 일측에 외부로 돌출되도록 진공탱크(3)를 형성하고, 상기 흡기매니폴드(2)와 진공탱크(3) 사이를 연결하는 호스에 체크밸브(4)를 구성하며, 상기 진공탱크(3)와 작동장치(7) 사이를 연결하는 호스에 솔레노이드밸브(5)가 구성된다.

상기와 같이 형성된 흡기매니폴드는 진공탱크가 일측에 마련됨에 따른 작업 공수를 단축하여, 조립단가를 낮추는 장점이 있다. 그러나, 상기의 경우 진공탱크(3)가 불규칙한 박스형상으로 진동 또는 소음에 약하고, 상기 진공탱크(3)의 용량에 한계성과 리브등을 추가로 형성함에 따른 중량 증대의 정도가 크다는 문제점이 있었다.

또한, 진공탱크만 흡기매니폴드에 일체로 형성됨에 따라 체크밸브를 별도 구성해야되는 작업 공수의 증가와 호스에 상기 체크밸브가 형성됨에 따른 파손의 위험성을 가지는 문제점이 있는 실정이다.

본 발명에 따른 배경이 되는 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1903895호의 흡기매니폴드의 가변밸브 구동장치가 개시되어 있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 자동차용 흡기 매니폴드에 장착된 다수개의 장착노즐을 통해 흡기 매니폴드로 유입되는 외기가 유속이 증가된 상태로 유입될 수 있도록 함으로써 공기유속증가 및 흡입량 증가를 통한 배기가스의 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물을 저감시킬 수 있도록 하는 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 흡기 매니폴드(10)에 일정 간격으로 장착되는 다수개의 장착노즐(20); 상기 장착노즐(20)에 길이방향 일측이 연결된 상태로 길이방향 타측이 연장되게 설치되는 노즐장착배관(30); 상기 노즐장착배관(30)의 길이방향 타측에 설치되는 분배탱크(40); 상기 분배탱크(40)에서 연장되게 형성되어 외부로부터 유입된 외기가 상기 분배탱크(40)로 유입될 수 있도록 안내하는 서브유로관(50); 자동차의 제어장치(60)와 전기적으로 연결되어 상기 서브유로관(50)에 설치되는 솔레노이드 밸브(51);를 포함하여 구성되고, 상기 장착노즐(20)은 2.4~2.6mm의 직경을 갖는 상태로 상기 흡기 매니폴드(10)에 29~31°의 각도로 장착되고, 상기 서브유로관(50)에는 외기의 유입시 외기에 포함된 이물질의 필터링을 위한 소형 에어클리너(52)가 장착되며, 상기 솔레노이드 밸브(51)는 자동차의 주행시, 주행풍이 39~41km/h일 때 개방되어 외기가 상기 서브유로관(50)에서 상기 분배탱크(40)로 유동할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면 흡기 매니폴드에 장착된 다수개의 장착노즐이 일정한 직경을 갖는 상태로 흡기 매니폴드에 소정의 각도로 장착됨에 따라 흡기 매니폴드로 유입되는 외기가 유속이 증가된 상태로 유입되어 공기유속증가 및 흡입량 증가를 통한 배기가스의 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드의 상태를 개략적을 나타낸 상태도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 장착노즐 직경이 5mm일 때 2000rpm에서의 각도별 유입유속의 해석결과를 나타낸 그래프,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 장착노즐 직경이 5mm일 때 3000rpm에서의 각도별 유입유속의 해석결과를 나타낸 그래프,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 장착노즐 직경이 5mm일 때 4000rpm에서의 각도별 유입유속의 해석결과를 나타낸 그래프,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 장착노즐 직경이 5mm일때와 2.5mm일때의 엔진출력을 비교한 그래프,
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드의 탄화수소(HC) 배출가스 실험결과 그래프,
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드의 일산화탄소(Co) 배출가스 실험결과 그래프,
도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드의 질소산화물(NOx) 배출가스 실험결과 그래프,
도 16는 종래의 흡기매니폴드 개념도,
도 17은 종래의 흡기매니폴드의 개략도,
도 18은 다른 실시예를 보인 종래의 흡기매니폴드 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드를 상세히 설명한다. 이에 앞서 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이 용어들은 제품을 생산하는 생산자나 제조자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있을 것이며, 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있고, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 발명에 사용되는 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드의 상태를 개략적을 나타낸 상태도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 장착노즐 직경이 5mm일 때 2000rpm에서의 각도별 유입유속의 해석결과를 나타낸 그래프이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 장착노즐 직경이 5mm일 때 3000rpm에서의 각도별 유입유속의 해석결과를 나타낸 그래프이고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 장착노즐 직경이 5mm일 때 4000rpm에서의 각도별 유입유속의 해석결과를 나타낸 그래프이며, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 장착노즐 직경이 5mm일때와 2.5mm일때의 엔진출력을 비교한 그래프이고, 도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드의 탄화수소(HC) 배출가스 실험결과 그래프이며, 도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드의 일산화탄소(Co) 배출가스 실험결과 그래프이고, 도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드의 질소산화물(NOx) 배출가스 실험결과 그래프이다.

상기 도 1 내지 도 15에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드는 흡기 매니폴드(10)에 장착되는 다수개의 장착노즐(20)과, 상기 장착노즐(20)에 길이방향 일측이 연결되는 노즐장착배관(30)과, 상기 노즐장착배관(30)의 길이방향 타측에 설치되는 분배탱크(40)와, 상기 분배탱크(40)에 연결되는 서브유로관(50)으로 구성된다.

즉, 가솔린 차량에서 공기가 흡입되어 흡기 매니폴드를 통하여 엔진으로 들어가게 되고, 엔진에서 연소후 배기가스가 배출되는데, 낙후된 자동차에서는 배기가스가 많이 배출된다. 이러한 배기가스는 불완전 연소(공기량 부족)으로부터 발생되는 탄화수소(HC), 일산화탄소(Co)가 있으며, 엔진 연소시 질소산화물(NOx) 또한 유해 배기가스이다.

이에 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드에서는 기존의 자동차용 흡기 매니폴드(10)에 다수개의 상기 장착노즐(20)을 장착하여 외기가 유속이 증가된 상태로 상기 흡기 매니폴드에 유입될 수 있도록 하여 공기유속증가 및 흡입량 증가를 통한 배기가스의 탄화수소(HC), 일산화탄소(Co), 질소산화물(NOx)을 저감시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 장착노즐(20)은 상기 흡기 매니폴드(10)에 일정간격으로 장착되는 것으로, 상기 장착노즐(20)은 상기 흡기 매니폴드(10)에 일정한 각도를 갖도록 설치되는 것이 바람직할 것이다.

즉, 상기 장착노즐(20)이 상기 흡기 매니폴드(10)의 외측에 일정한 각도를 갖도록 장착됨에 따라 상기 장착노즐(20)을 통해 상기 흡기 매니폴드(10)로 유입되는 외기의 공기유속증가는 물론 흡입량의 증가를 이뤄 배기가스의 탄화수소(HC), 일산화탄소(Co), 질소산화물을(NoX) 저감시킬 수 있도록 하는 것이다.

이는, 상기 도 2 내지 도 7의 그래프와 같이 상기 장착노즐의 직경을 5mm하고 엔진 출력을 2000rpm, 3000rpm, 4000rpm로 하여 각각 실험할 결과, 상기 장착노즐(20)을 통해 유입되는 공기유속의 증가에 따라 공기의 흡입량이 증가됨을 알 수 있고, 그와 더불어 상기 흡기 매니폴드(10)에 장착되는 장착노즐(20)의 각도에 따라 흡입량의 차이가 발생하는 것을 알 수 있다.

또한, 상기 흡기 매니폴드(10)에 장착되는 상기 장착노즐(20)의 각도가 30°일때 공기유속에 따른 흡입량이 가장 많음을 알 수 있다. 따라서, 상기 장착노즐(20)은 상기 흡기 매니폴드(10)에 29~31°의 각도로 장착되는 것이 바람직할 것이다.

상기 노즐장착배관(30)은 상기 장착노즐(20)에 길이방향 일측이 연결된 상태로 길이방향 타측이 연장되게 설치되는 것으로, 상기 장착노즐(20)에 장착되는 상기 노즐장착배관(30)의 길이방향 일측에는 공기의 배출 및 분리를 방지할 수 있도록 별도의 채결수단으로 견고히 고정되게 설치되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 분배탱크(40)는 상기 노즐장착배관(30)의 길이방향 타측에 설치되는 것으로, 다수개의 상기 노즐장착배관(30)의 길이방향 타측이 일정간격으로 연결되게 설치되어 후술되는 서브유로관(50)으로부터 유입된 외기가 상기 다수개의 노즐장착배관(30)으로 분배되어 유출될 수 있도록 한다.

또한, 상기 서브유로관(50)은 상기 분배탱크(40)에서 연장되게 형성되어 외부로부터 유입된 외기가 상기 분배탱크(40)로 유입될 수 있도록 안내하는 것이다.

이때, 상기 서브유로관(50)에는 자동차의 제어장치(60)와 전기적으로 연결되게 설치되는 솔레노이드 밸브(51)가 설치된다. 즉, 상기 서브유로관(50)을 통해 유입되는 유속이 일정속도가 되면 상기 솔레노이드 밸브(51)가 개방되어 외기가 상기 장착노즐(20)을 통해 흡기 매니폴드(10)로 유입될 수 있도록 하는 것이다.

여기서, 상기 솔레노이드 밸브(51)는 자동차의 주행시, 주행풍이 39~41km/h 일 때 개방되어 외기가 상기 서브유로관(50)에서 상기 분배탱크(40)로 유동할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 서브유로관(50)에는 외기의 유입시, 외기에 포함된 이물질의 필터링을 위한 소형 에어클리너(52)를 장착하는 것이 바람직할 것이다.

한편, 도 8 및 도 9는 상기 장착노즐(20)의 직경이 5mm일때와 2.5mm일때의 상기 장착노즐(20)을 통한 외기의 유속에 따른 엔진출력의 상태를 나타낸 것으로, 상기 장착노즐(20)의 직경이 5mm일때 보다 2.5mm일때 엔진 출력이 향상됨을 알 수 있다.

또한, 도 10 내지 도 15는 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드에서 탄화수소(HC), 일산화탄소(Co), 질소산화물(NOx)의 배출가스 실험상태를 나타낸 것으로, ASM2525 모드(5.5ton 이하 가솔린 차량 배출가스 검사방법)에서 탄화수소(HC), 일산화탄소(Co), 질소산화물(NOx) 배출가스를 측정하였다.

즉, 탄화수소(HC), 일산화탄소(Co), 질소산화물(NOx) 배출가스는 상기 장착노즐(20)의 직경이 5mm일때 보다 2.5mm일때 공기유속의 증가시 배출량이 감소됨을 알 수 있는 것으로, 본 발명에 따른 상기 장착노즐(20)은 2.4~2.6mm의 직경을 갖도록 이루어지는 것이 바람직할 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드는 일정한 직경의 상기 장착노즐(20)을 상기 흡기 매니폴드(10)에 일정한 각도로 장착하여 흡기 매니폴드로 유입되는 외기가 유속이 증가된 상태로 유입되어 공기유속증가 및 흡입량 증가를 통한 배기가스의 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형실시가 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 한정하지 않고, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 흡기 매니폴드 20: 장착노즐
30: 노즐장착배관 40: 분배탱크
50: 서브유로관 51: 솔레노이드 밸브
52: 에어클리너 60: 제어장치

Claims (6)

1. 흡기 매니폴드(10)에 일정 간격으로 장착되는 다수개의 장착노즐(20); 상기 장착노즐(20)에 길이방향 일측이 연결된 상태로 길이방향 타측이 연장되게 설치되는 노즐장착배관(30); 상기 노즐장착배관(30)의 길이방향 타측에 설치되는 분배탱크(40); 상기 분배탱크(40)에서 연장되게 형성되어 외부로부터 유입된 외기가 상기 분배탱크(40)로 유입될 수 있도록 안내하는 서브유로관(50); 자동차의 제어장치(60)와 전기적으로 연결되어 상기 서브유로관(50)에 설치되는 솔레노이드 밸브(51);를 포함하여 구성되고,
   상기 장착노즐(20)은 2.4~2.6mm의 직경을 갖는 상태로 상기 흡기 매니폴드(10)에 29~31°의 각도로 장착되고, 상기 서브유로관(50)에는 외기의 유입시 외기에 포함된 이물질의 필터링을 위한 소형 에어클리너(52)가 장착되며,
   상기 솔레노이드 밸브(51)는 자동차의 주행시, 주행풍이 39~41km/h일 때 개방되어 외기가 상기 서브유로관(50)에서 상기 분배탱크(40)로 유동할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 노즐구조가 적용된 자동차용 흡기 매니폴드.
   
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