KR102338586B1 - 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관 - Google Patents

성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관 Download PDF

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엔진테크윈㈜
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Abstract

성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관이 개시된다. 상기 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관은, 엔진 외부로부터 공기가 유입되어 각 기통별 연소실로 공기를 공급하기 위한 기체연료를 사용하는 내연기관의 흡기 다기관에 있어서, 각 기통의 연소실 개수와 대응되도록 연소실과 연결되는 복수 개의 흡기관; 상기 흡기관마다 설치되고 기체연료를 분사하는 인젝터; 및 상기 흡기관 내에 설치되고 상기 인젝터와 연결되도록 설치되어 상기 인젝터에서 분사되는 기체연료를 상기 연소실 내부로 보내기 위한 복수 개의 토출구가 구비된 연료 공급관;을 포함하고, 상기 연료 공급관은, 복수 개의 배관으로 형성되고, 상기 복수 개의 배관 각각은 길이가 서로 다르게 형성될 수 있다.

Description

성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관{INTAKE MANIFOLD OF GASEOUS FUEL INTERNAL COMBUSTION ENGINE CAPABLE OF FORMING STRATIFIED MIXTURE}
본 발명은 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 흡기 다기관의 각 흡기관 내부에는 공기만 공급되고, 인젝터에서 토출되는 기체연료는 복수 개의 토출구를 통해 연료공급 속도가 조절되어 연소실 내로 공급되도록 함으로써, 흡기 다기관을 통해 유입되는 공기와 인젝터를 통해 공급되는 기체연료가 연소실 내에서 성층을 이루도록 성층 혼합됨으로써 연소효율을 향상시킬 수 있도록 한 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관에 관한 것이다.
일반적으로, LPG 액상 분사식(Liquid Phase LPG Injection, 이하 LPLI) 연료공급방법은 1994년부터 선진외국(네덜란드를 중심으로 유럽국가)에서 활발히 사용 중에 있는 최신의 차량용 LPG 연료공급방식이다. 기존의 LPG 엔진은 봄베(Bombe)에 저장되어 공급된 LPG 연료를 믹서(Mixer)와 기화기(Vaporizer)를 통해 기화시켜 엔진에 공급하도록 시스템이 구성되어 있으나, 이러한 LPG 엔진은 제어유니트(ECU)에 의한 연료의 분사량에 대한 정밀 제어가 어려워 겨울철 시동이 어렵고 동력 성능 및 연비 수준이 저하될 뿐만 아니라 LPG 연료의 연소 시 발생하는 따른 문제로 인해 아이들 시 불안정하고 시동 중 잦은 꺼짐 현상 등을 초래하고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 믹서와 기화기를 사용하지 않고 LPG 연료를 인젝터를 통해 고압의 액상으로 직접 분사하는 LPLI 시스템이 등장하게 되었다. LPLI 엔진은 인젝터를 통해 LPG 연료를 직접 분사하기 때문에 분사되는 연료의 시기와 양을 보다 정밀하게 제어할 수 있어, 차량의 연비 특성과 동력 성능을 개선할 수 있고 동절기 시동성의 향상과 불필요한 정비를 배제할 수 있는 효과가 있다.
여기에서 종래에는 엔진의 흡기매니폴드에 분사노즐들을 설치되고 각각의 분사노즐에 인젝터가 결합되며, LPG 봄베(Bombe)에 설치된 연료펌프에 연결된 연료공급라인이 인젝터에 연결되어 액상의 엘피지 연료를 분사하도록 구성된다.
한편, 종래에는 'LPG 액상 분사식 연료공급장치'(대한민국 등록특허 10-1583526)가 개시되어 있다.
종래의 LPG 액상 분사식 연료공급장치는, 길이방향을 따라 이격되어 구비되는 다수개의 배플에 의해 파이프의 내부가 구획되고, 상기 파이프에는 각각의 배플을 기준으로 일측에 연료 공급관이 파이프의 외측으로 연장 형성되고 타측에 연료 회수관이 파이프의 외측으로 연장 형성되는 연료레일 및 내부에서 연결되도록 일측에 연료 유입구 및 연료 배출구가 형성되며, 내부로 유입된 연료를 분사할 수 있도록 연료 분사공이 형성되는 다수개의 인젝터를 포함하여 이루어지고, 연료레일에 다수개의 인젝터가 직렬로 연결되도록 결합되어 액상의 LPG 연료가 공급 및 회수될 수 있도록 모듈 형태로 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 상기 종래의 LPG 액상 분사식 연료공급장치는 기본적으로 다수개의 인젝터가 흡기 다기관의 각 흡기관마다 연결되도록 설치되어 연소실 내에 기체연료를 공급하는 구조로 이루어져 있다.
하지만 상기 종래의 LPG 액상 분사식 연료공급장치에 있어 인젝터는 각 기통별 연소실에 기체연료를 일괄적으로 분사하는 구조로 이루어져 있는 것으로, 연소실 내에서 흡기 다기관으로 유입되는 공기와 인젝터를 통해 유입되는 기체연료가 혼합되어 혼합기를 형성할 경우 연소실에는 혼합기 농도가 희박하거나 농후한 영역이 불규칙하게 존재하여 기체연료가 불완전연소되는 경우가 발생하게 되는 문제가 있다.
즉, 기체연료가 인젝터를 통해 연소실내에 일괄적으로 분사되는 구조로 인해 혼합기의 농도를 제어하는 것이 불가능하고 성층화되기 어려워 점화가 이루어지는 점화 포인트 및 폭발 시기를 고려하여 혼합기를 세밀하게 제어하여 공급하기 불가능한 구조이며, 이에 따라 연소효율을 높이기 어려운 문제가 있다.
대한민국 등록특허 10-1583526
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡기 다기관의 각 흡기관 내부에는 공기만 공급되고, 인젝터에서 토출되는 기체연료는 복수 개의 토출구를 통해 연료공급 속도가 조절되어 연소실 내로 공급되도록 함으로써, 흡기 다기관을 통해 유입되는 공기와 인젝터를 통해 공급되는 기체연료가 연소실 내에서 성층을 이루도록 성층 혼합됨으로써 연소효율을 향상시킬 수 있도록 한 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관은, 엔진 외부로부터 공기가 유입되어 각 기통별 연소실로 공기를 공급하기 위한 기체연료를 사용하는 내연기관의 흡기 다기관에 있어서, 각 기통의 연소실 개수와 대응되도록 연소실과 연결되는 복수 개의 흡기관; 상기 흡기관마다 설치되고 기체연료를 분사하는 인젝터; 및 상기 흡기관 내에 설치되고 상기 인젝터와 연결되도록 설치되어 상기 인젝터에서 분사되는 기체연료를 상기 연소실 내부로 보내기 위한 복수 개의 토출구가 구비된 연료 공급관;을 포함하고, 상기 연료 공급관은, 복수 개의 배관으로 형성되고, 상기 복수 개의 배관 각각은 길이가 서로 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 연료 공급관은, 상기 인젝터와 연결되는 1차배관; 상기 1차배관 일측과 연결되며 상기 1차배관으로부터 공급되는 기체연료가 이송되는 2차배관; 및 상기 2차배관으로 공급된 기체연료를 상기 연소실 내부로 확산시켜 공급하기 위해, 상기 연소실 내부와 연통되도록 기체연료가 토출되기 위한 토출구가 형성된 복수 개의 3차배관;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료 공급관은, 상기 흡기관 내에 설치되되, 상기 흡기관 내주면을 따라 복수 개가 노출되게 배열되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 연료 공급관은, 상기 흡기관 내에 설치되되, 상기 흡기관 내부에 내장되도록 복수 개가 배열되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 3차배관은, 일측에 배치되는 배관에 비해 타측에 배치되는 배관의 길이가 점차적으로 길이가 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 3차배관은, 상기 1차배관보다 직경이 작게 형성되고, 각각의 배관 직경이 각각 서로 다르게 점차적으로 작아지거나 커지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 토출구는, 타공된 홀의 직경이 각 3차배관마다 각각 서로 다르게 점차적으로 작아지거나 커지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 토출구에는, 단부에 기체연료가 미세하게 분사될 수 있는 미세분사노즐이 설치될 수 있다.
또한, 상기 미세분사노즐에 형성된 홀은 각각 서로 다른 방향을 향해 기체연료가 분사될 수 있도록 홀 가공되어 있을 수 있다.
또한, 상기 토출구는, 각 토출구마다 기체연료가 서로 다른 방향으로 분사될 수 있도록, 토출구 방향이 각각 서로 다른 각도로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관은, 흡기 다기관의 각 흡기관에 각 흡기관마다 인젝터를 설치하되, 각 흡기관 내부에는 공기만 공급되고, 인젝터에서 토출되는 기체연료는 복수 개의 토출구를 통해 연료공급 속도가 조절되어 연소실 내로 공급되도록 함으로써, 흡기 다기관을 통해 유입되는 공기와 인젝터를 통해 공급되는 기체연료가 연소실 내에서 성층을 이루도록 성층 혼합될 수 있다.
즉, 흡기 다기관 내부에는 공기만 공급하여 체적효율을 높게 유지할 수 있으며, 기통의 연소실 입구에서 기체연료와 공기가 혼합되도록 하여, 각 기통별 연소실 내에서 점화 플러그 주변부터 외곽까지 점화 포인트 및 폭발 시기를 고려하여 완전연소가 가능하도록 성층 혼합기 형성이 가능함에 따라, 혼합기의 농도를 세밀하게 제어할 수 있고, 결과적으로 혼합기의 농도가 불균일한 성층 혼합기가 형성될 수 있어 연소효율을 향상시킬 수 있고, 혼합기 성층화로 인해 초희박 혼합기 연소도 가능함에 따라 에너지 절약 및 이산화탄소 배출도 저감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관의 개략적인 단면도.
도 2는 흡기관 내주면에 노출되도록 배열되어 설치되는 연료 공급관을 나타낸 다른 실시예의 요부 단면도.
도 3은 흡기관 내에 내장되도록 설치되는 연료 공급관을 나타낸 다른 실시예의 요부 단면도.
도 4는 3차배관 각각의 직경이 다르게 형성된 모습을 나타낸 다른 실시예의 요부 단면도.
도 5는 토출구 홀의 직경이 다르게 형성된 모습을 나타낸 다른 실시예의 측면도.
도 6은 토출구에 미세분사노즐이 설치된 모습을 나타낸 다른 실시예의 측면도.
도 7은 서로 다른 각도의 홀이 형성된 미세분사노즐을 나타낸 다른 실시예의 요부 단면도.
도 8은 서로 다른 각도의 홀이 형성된 토출구에서 기체연료가 분사되는 방향을 나타낸 요부 단면도.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 기술적 사상의 일 실시예에 따른 흡기 다기관의 각 흡기관 내부에는 공기만 공급되고, 인젝터에서 토출되는 기체연료는 복수 개의 토출구를 통해 연료공급 속도가 조절되어 연소실 내로 공급되도록 함으로써, 흡기 다기관을 통해 유입되는 공기와 인젝터를 통해 공급되는 기체연료가 연소실 내에서 성층을 이루도록 성층 혼합됨으로써 연소효율을 향상시킬 수 있도록 한 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관(이하, 흡기 다기관이라 함)(10)은, 흡기관(11), 인젝터(12) 및 연료 공급관(13)을 포함할 수 있다.
상기 흡기 다기관(10)은 엔진(1) 외부로부터 공기가 유입되어 각 기통별 연소실(2)로 공기를 공급하기 위한 기체연료를 사용하는 내연기관의 흡기 다기관으로서, 기본적으로 하나의 통로를 통해 엔진(1) 외부로부터 공기가 유입되고, 유입된 공기는 하나의 통로가 각 기통별 연소실(2)과 연결되도록 분기되어 각 기통 개수에 대응하는 복수 개의 흡기관(11)이 각 기통의 연소실(2)과 연결되도록 구성된다. 즉, 흡기 다기관(10)은 기본적으로 공지된 종래의 흡기 다기관(10)의 형태와 유사하게 형성될 수 있다.
한편, 상기 인젝터(12)는 상기 복수 개의 흡기관(11) 각각의 일측 외부에 노출되도록 설치되고 연료펌프(미도시) 등의 펌핑수단에 의해 기체연료를 분사하는 부분이다.
한편, 연료 공급관(13)은 상기 흡기관(11) 내에 설치되고 상기 인젝터(12)와 연결되도록 설치되어 상기 인젝터(12)에서 분사되는 기체연료를 상기 연소실(2) 내부로 보내기 위한 복수 개의 토출구(17)가 구비될 수 있다.
상기 연료 공급관(13)은, 기본적으로 복수 개의 배관, 즉 상기 흡기관(11)으로 형성되고, 상기 복수 개의 흡기관(11)은 각각은 길이가 서로 다르게 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수 개의 흡기관(11) 각각이 서로 다른 길이로 설치됨으로써 상기 인젝터(12)로부터 기체연료가 공급되는 속도를 조절하여 혼합기의 농도를 조절할 수 있게 된다.
이러한 상기 상기 연료 공급관(13)은, 상기 인젝터(12)와 연결되는 1차배관(14), 상기 1차배관(14) 일측과 연결되며 상기 1차배관(14)으로부터 공급되는 기체연료가 이송되는 2차배관(15) 및 상기 2차배관(15)으로 공급된 기체연료를 상기 연소실(2) 내부로 확산시켜 공급하기 위해, 상기 연소실(2) 내부와 연통되도록 기체연료가 토출되기 위한 토출구(17)가 형성된 복수 개의 3차배관(16)을 포함할 수 있다.
상기 1차배관(14)은 상기 인젝터(12)와 연결되어 상기 인젝터(12)로부터 분사되는 기체연료가 이송되기 위한 1차적인 통로로서, 상기 흡기관(11) 내의 공간까지 연장되거나 또는 상기 흡기관(11) 일측에 설치되되 내주면 공간으로 노출되지 않도록 흡기관(11) 상에 설치될 수도 있다.
상기 2차배관(15)은 상기 1차배관(14)과 연통되도록 연결되어 기체연료가 이송되는 부분으로, 상기 흡기관(11) 내주면에 노출된 상태로 밀착되도록 배치되거나 또는 상기 흡기관(11) 일측에 설치되되 내주면 공간으로 노출되지 않도록 흡기관(11) 상에 설치될 수도 있다. 또한, 양측단이 단절되어 폐쇄되거나 또는 하나의 공간을 가지고 연통되도록 형성된 링 형태로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 흡기관(11) 각각이 서로 다른 길이로 설치된 상태로 상기 1차배관(14)과 연결되기 위해, 상기 1차배관(14)은 기설정된 각도만큼 기울어지도록 형성될 수 있다.
상기 3차배관은(16)은 상기 2차배관(15) 상에 복수 개가 설치되되, 3차배관(16) 각각은 서로 다른 길이로 형성될 수 있다. 상기 3차배관(16)은 단부에 기체연료가 토출되기 위한 토출구(17)가 마련되며, 상기 토출구(17)는 연소실(2) 내부와 연통되도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 복수 개의 3차배관(16)은 일측에 배치되는 배관에 비해 타측에 배치되는 배관의 길이가 점차적으로 길이가 길게 형성될 수 있다. 예를 들어, 일측부터 타측까지 점차적으로 길이가 길어짐으로써, 상기 인젝터(12)로부터 공급되는 기체연료는 3차배관(16)의 길이 차에 의해 토출구(17)를 통해 토출되는 시간의 차이가 발생할 수 있어 결국 기체연료가 공급되는 속도를 조절할 수 있게 된다.
즉, 3차배관(16)의 토출구(17)를 거쳐 토출되는 기체연료는 토출 시간차에 의해 연소실(2) 내에서 공기와 기체연료의 혼합 농도를 조절할 수 있게 되는 것이다.
예를 들어, 기설정된 동일 시간동안 기체연료가 연소실(2) 내로 공급된다고 가정했을 때, 상기 복수 개의 3차배관(16) 중 상대적으로 길이가 짧은 배관으로 공급되는 기체연료보다 길이가 긴 배관으로 공급되는 기체연료는 공급속도가 상대적으로 느리게 되게 된다. 즉, 길이가 짧은 배관을 통해 토출되는 기체연료는 배관을 통과하는데 필요한 시간이 상대적으로 짧게 되어 상대적으로 빠른 시간에 기체연료가 토출되어 공급되고, 이와 반대로 길이가 긴 배관을 통해 토출되는 기체연료는 배관을 통과하는데 필요한 시간이 상대적으로 길게 되어 상대적으로 느린 시간에 기체연료가 토출되어 공급될 수 있게 된다. 이에 따라, 길이가 짧은 배관을 통과하는 부분은 상대적으로 혼합기의 농도가 농후하고, 길이가 긴 배관을 통과하는 부분은 상대적으로 혼합기의 농도가 희박하게 된다.
이때, 혼합기의 농도 차이로 인해, 연소실(2)의 혼합기에는 농후함과 희박함의 차이가 발생하게 되고, 배관의 길이가 점차적으로 차이남에 따라 혼합기의 농도가 농후한 상태부터 희박한 상태까지 단계적으로 혼합기가 형성되어 성층을 형성할 수 있게 되는 것이다.
이렇게 혼합기는 성층이 형성됨에 따라, 연소효율을 향상시킬 수 있고, 혼합기 성층화로 인해 초희박 혼합기 연소도 가능함에 따라 에너지 절약 및 이산화탄소 배출도 저감할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 흡기관 내주면에 노출되도록 배열되어 설치되는 연료 공급관을 나타낸 다른 실시예의 요부 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 연료 공급관(13)은 상기 흡기관(11) 내에 설치되되, 상기 흡기관(11) 내주면을 따라 복수 개가 노출되게 배열되도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 흡기관(11)은 복수 개가 흡기관(11) 내주면에 일정 간격만큼 이격된 상태로 밀착되도록 배열되어 설치될 수 있다. 또는, 상기 흡기관(11) 내주면에 배관홈(미도시)이 형성되고, 상기 흡기관(11) 내주면에 일부과 노출되도록 배열되되 다른 일부는 흡기관(11)이 상기 배관홈(미도시)에 안착되도록 설치될 수도 있다.
도 3은 흡기관 내에 내장되도록 설치되는 연료 공급관을 나타낸 다른 실시예의 요부 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 연료 공급관(13)은 상기 흡기관(11) 내에 설치되되, 상기 흡기관(11) 내부에 내장되도록 복수 개가 배열되도록 배치될 수 있다. 즉, 상기 연료 공급관(13)의 1차배관(14), 2차배관(15) 및 3차배관(16)은 흡기관(11) 내주면 공간에 노출되지 않도록 내부에 내장될 수 있다. 이 경우, 흡기관(11)에 배관이 내장되는 형태이거나 또는 별도의 배관없이 흡기관(11) 내부에 통로가 마련된 형태로 이루어질 수도 있다.
도 4는 3차배관 각각의 직경이 다르게 형성된 모습을 나타낸 다른 실시예의 요부 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 복수 개의 3차배관(16)은 상기 1차배관(14)보다 직경이 작게 형성되고, 각각의 배관 직경이 각각 서로 다르게 점차적으로 작아지거나 커지도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 3차배관(16)은 상기 1차배관(14)보다 직경이 작아짐으로써 1차배관(14)으로 공급된 기체연료는 토출압력이 높아진 상태로 3차배관(16)을 통과하게 되어 높은 토출압력을 가진 채 토출구(17)로 토출될 수 있게 된다.
도 5는 토출구 홀의 직경이 다르게 형성된 모습을 나타낸 다른 실시예의 측면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 토출구(17)는 타공된 홀의 직경이 각 3차배관(16)마다 각각 서로 다르게 점차적으로 작아지거나 커지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 일측부터 타측까지 토출구(17)의 홀 직경을 다르게 형성함으로써, 토출구(17)를 통해 토출되는 기체연료의 압력이 다르게 형성될 수 있어, 기체연료 공급 속도, 기체연료 양 및 공급 시간에 차이가 발생할 수 있도록 할 수 있다. 이를 통해, 혼합기의 농도를 조절할 수 있게 된다.
도 6은 토출구에 미세분사노즐이 설치된 모습을 나타낸 다른 실시예의 측면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 토출구(17)에는 단부에 기체연료가 미세하게 분사될 수 있는 미세분사노즐(20)이 설치될 수 있다.
상기 미세분사노즐(20)은 상기 토출구(17) 단부에 설치되어 상기 3차배관(16)을 통해 이송되는 기체연료의 입자를 세분화시켜 미세하게 형성한 뒤 연소실(2) 내부로 공급하기 위한 부분으로, 미세한 복수 개의 홀(21)이 형성될 수 있다. 즉, 상기 미세분사노즐(20)은 혼합기를 형성하는데 있어 혼합성능을 높여, 폭발성능 향상 및 연소효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위함이다.
도 7은 서로 다른 각도의 홀이 형성된 미세분사노즐을 나타낸 다른 실시예의 요부 단면도이다.
도 7을 참조하면, 상기 미세분사노즐(20)에 형성된 홀(21)은 각각 서로 다른 방향을 향해 기체연료가 분사될 수 있도록 홀 가공되어 있을 수 있다. 즉, 상기 상기 미세분사노즐(20)에 형성된 홀(21)은 흡기관(11) 테두리 부분에서 부터 중심부 공간을 향하도록 토출 각도가 설정되도록 홀 가공 될 수 있다. 즉, 각각의 홀은 흡기관(11) 중심부 하나의 지점을 향해 토출되도록 각도가 설정될 수 있다.
도 8은 서로 다른 각도의 홀이 형성된 토출구에서 기체연료가 분사되는 방향을 나타낸 요부 단면도이다.
도 8을 참조하면, 상기 토출구(17)는 각 토출구마다 기체연료가 서로 다른 방향으로 분사될 수 있도록, 토출구 방향이 각각 서로 다른 각도로 형성될 수 있다.
이때, 각각의 홀은 외측에서 내측 방향으로 토출되도록 형성되되 각각의 홀이 설정된 비스듬한 각도로 어긋나게 형성되어 토출되어 서로 모이는 지점이 서로 다르게 설정될 수도 있다. 이는, 각각의 홀에서 토출되는 기체연료가 토출되면서 서로 간섭되는 것을 방지하고 다방향을 향해 분산되면서 혼합기의 혼합 성능을 높이기 위함이다.
한편, 상기 3차배관(16)은 상기 2차배관(15)과 연결되는 부분보다 토출구(17)가 형성된 부분으로 갈수록 배관의 직경이 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 3차배관(16)은 2차배관(15)과 연결되는 입구부터 토출구(17)가 형성된 출구까지 배관의 직경이 점차적으로 좁아지도록 형성되어 토출압력을 조절할 수 있다. 또한, 복수 개의 3차배관(16) 각각이 서로 다른 직경을 가지도록 형성될 수도 있다.
이처럼, 3차배관(16)의 직경, 길이 및 토출구(17)의 직경 및 홀의 각도 등을 최적의 조건에 맞게 설정함으로써 혼합기의 성층화를 형성할 수 있고, 이를 통해 엔진의 목적에 맞는 스펙을 만족시키기 위한 세밀한 세팅이 가능하고, 더불어 연소효율을 향상시킬 수 있게 된다.
이러한 상기 본 발명의 기술적 사상에 의한 다양한 실시예에 따른 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관(10)은, 흡기 다기관(10)의 각 흡기관(11)에 각 흡기관(11)마다 인젝터(12)를 설치하되, 각 흡기관(11) 내부에는 공기만 공급되고, 인젝터(12)에서 토출되는 기체연료는 복수 개의 토출구(17)를 통해 연료공급 속도가 조절되어 연소실(2) 내로 공급되도록 함으로써, 흡기 다기관(10)을 통해 유입되는 공기와 인젝터(12)를 통해 공급되는 기체연료가 연소실(2) 내에서 성층을 이루도록 성층 혼합될 수 있다.
즉, 흡기 다기관(10) 내부에는 공기만 공급하여 체적효율을 높게 유지할 수 있으며, 기통의 연소실(2) 입구에서 기체연료와 공기가 혼합되도록 하여, 각 기통별 연소실(2) 내에서 점화 플러그 주변부터 외곽까지 점화 포인트 및 폭발 시기를 고려하여 완전연소가 가능하도록 성층 혼합기 형성이 가능함에 따라, 혼합기의 농도를 세밀하게 제어할 수 있고, 결과적으로 혼합기의 농도가 불균일한 성층 혼합기가 형성될 수 있어 연소효율을 향상시킬 수 있고, 혼합기 성층화로 인해 초희박 혼합기 연소도 가능함에 따라 에너지 절약 및 이산화탄소 배출도 저감할 수 있는 효과가 있다.
이상 설명한 바와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 엔진 2: 연소실
10: 흡기 다기관 11: 흡기관
12: 인젝터 13: 연료 공급관
14: 1차배관 15: 2차배관
16: 3차배관 17: 토출구
20: 미세분사노즐 21: 홀

Claims (10)

  1. 엔진 외부로부터 공기가 유입되어 각 기통별 연소실로 공기를 공급하기 위한 기체연료를 사용하는 내연기관의 흡기 다기관에 있어서,
    각 기통의 연소실 개수와 대응되도록 연소실과 연결되는 복수 개의 흡기관;
    상기 흡기관마다 설치되고 기체연료를 분사하는 인젝터; 및
    상기 흡기관 내에 설치되고 상기 인젝터와 연결되도록 설치되어 상기 인젝터에서 분사되는 기체연료를 상기 연소실 내부로 보내기 위한 복수 개의 토출구가 구비된 연료 공급관;을 포함하고,
    상기 연료 공급관은,
    상기 인젝터와 연결되는 1차배관;
    상기 1차배관 일측과 연결되며 상기 1차배관으로부터 공급되는 기체연료가 이송되는 2차배관; 및
    상기 2차배관으로 공급된 기체연료를 상기 연소실 내부로 확산시켜 공급하기 위해, 상기 연소실 내부와 연통되도록 기체연료가 토출되기 위한 토출구가 형성된 복수 개의 3차배관;을 포함하되, 상기 복수 개의 3차배관은 각각 길이가 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연료 공급관은,
    상기 흡기관 내에 설치되되, 상기 흡기관 내주면을 따라 복수 개가 노출되게 배열되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 연료 공급관은,
    상기 흡기관 내에 설치되되, 상기 흡기관 내부에 내장되도록 복수 개가 배열되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 3차배관은,
    일측에 배치되는 배관에 비해 타측에 배치되는 배관의 길이가 점차적으로 길이가 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 복수 개의 3차배관은,
    상기 1차배관보다 직경이 작게 형성되고,
    각각의 배관 직경이 각각 서로 다르게 점차적으로 작아지거나 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 토출구는,
    타공된 홀의 직경이 각 3차배관마다 각각 서로 다르게 점차적으로 작아지거나 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 토출구에는,
    단부에 기체연료가 미세하게 분사될 수 있는 미세분사노즐이 설치되는 것을 특징으로 하는 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 미세분사노즐에 형성된 홀은 각각 서로 다른 방향을 향해 기체연료가 분사될 수 있도록 홀 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 토출구는,
    각 토출구마다 기체연료가 서로 다른 방향으로 분사될 수 있도록, 토출구 방향이 각각 서로 다른 각도로 형성되는 것을 성층 혼합기 형성이 가능한 기체연료 내연기관의 흡기 다기관.
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