KR19980049409A - Swirl Generation Structure in Lean Burn Engine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저속에서의 밸브 작동에 따른 스월 생성 효율을 향상시켜 희박 공연비에서의 연소력과 함께 연료의 웨팅방지에 따라 고속에서의 연소력도 동시에 향상되도록 하는 린 번 엔진(Lean Burn Engine)에서의 스월 생성 구조에 대한 것으로서, 이를 위해 본 발명은 흡기 유동의 변화에 따라 배출가스의 청정화와 연료 절감을 위해 형성되는 린번 엔진에서의 스월 생성 구조에 있어서, 실린더 헤드(3)와의 체결 단부에는 흡기 포트(30)의 스트레이트 포트(31)와 헬리컬 포트(32)에 연통되는 동일한 형상으로 각 기통에 2개의 흡기공(21)(22)이 각각 형성되도록 한 인테이크 매니폴드(2)와; 상기 흡기공들(21)(22)의 중앙을 관통하여 삽입되고, 서지탱크(1)로부터 유도되는 부압에 의해 회전작동하는 컨트롤 샤프트(40)와; 스트레이트 포트(31)와 연통되는 일측의 흡기공(21)을 관통하는 컨트롤 샤프트(40)에 고정축설되는 버터플라이 밸브(4)로서 이루어지는 구성을 요지로 한다.The present invention improves the swirl generation efficiency according to the valve operation at a low speed, so that the combustion power at the high speed can be improved simultaneously with the combustion power at the lean air-fuel ratio as well as the fuel wetting prevention. In the swirl generation structure, the present invention is a swirl generation structure in a lean burn engine which is formed to clean the exhaust gas and save fuel according to the change of the intake flow, the intake port is connected to the cylinder head (3) An intake manifold (2) in which two intake holes (21) and (22) are formed in each cylinder, respectively, in the same shape communicating with the straight port (31) and the helical port (32); A control shaft 40 inserted through the center of the intake holes 21 and 22 and rotatably operated by a negative pressure induced from the surge tank 1; The summary is made into the structure comprised as the butterfly valve 4 fixedly extended by the control shaft 40 which penetrates the intake hole 21 of one side which communicates with the straight port 31. As shown in FIG.

Description

린 번 엔진(Lean Burn Engine)에서의 스월 생성 구조Swirl Generation Structure in Lean Burn Engine

본 발명은 린 번 엔진(Lean Burn Engine)에서의 스월(Swirl) 흡기 유동 제어를 인테이크 매니폴드에서 수행되도록 하는 스월 제어 구조에 대한 것이다.The present invention is directed to a swirl control structure that allows swirl intake flow control in a Lean Burn engine to be performed in an intake manifold.

일반적으로 린번 엔진은 더블 오우버 헤드 캠식(Double Over Head Cam Type,약칭 DOHC라고도 함) 엔진에서 적용되는 엔진 형식으로서, 주로 배출가스의 청정화와 연료 절감을 위해서 흡기계통의 흡기 유동을 개선시킨 특징이 있다.In general, the lean-burn engine is an engine type applied to a double over head cam type (also referred to as DOHC) engine. The lean burn engine mainly improves the intake flow of the intake cylinder to purify exhaust gas and save fuel. have.

이같은 린번 엔진은 스로틀 밸브의 개도정도와 엔진 회전수가 일정치 이하일 때 두 개의 흡기 포트 즉 스트레이트 포트(Straight Port)와 헬리컬 포트(Helical Port) 중 스트레이트 포트를 서지탱크의 부압에 의해 닫혀지도록 하여 헬리컬 포트로만 흡기가 이루어지면서 희박한 공연비에서 연소가 이루어질 수 있도록 하는 것인바 이를 위해 상기 스트레이트 포트에는 서지탱크의 부압에 의해 개폐작동되는 스월 제어 밸브(Swirl Control Valve)가 장착된다.This lean burn engine is designed to close the two intake ports, the straight port and the helical port, by the negative pressure of the surge tank when the opening degree of the throttle valve and the engine speed are below a certain value. The intake is made only to allow combustion to be performed at a thin air-fuel ratio. For this purpose, the straight port is equipped with a swirl control valve which is opened and closed by the negative pressure of the surge tank.

따라서 중저속에서는 일측의 흡기 포트로만 공기를 유입시켜 보다 적은 연료에 의해서도 더욱 향상된 엔진 출력을 발휘할 수가 있도록 하며, 고속에서는 양측의 흡기 포트를 통해 동시에 공기가 유입되도록 하므로서 충분한 고속 출력을 발휘할 수 있도록 하는 것인바 특히 이같은 작동 구조는 보다 흡기 유동의 활성화에 따라 연료의 미립화를 촉진시켜 보다 경제적인 주행이 될 수 있도록 하는데 구조적인 특징이 있는 것이다.Therefore, at low and medium speeds, only the intake port on one side allows the air to flow even further, so that the engine output can be improved even with less fuel. At high speeds, the air is introduced through both intake ports at the same time, so that sufficient high-speed output can be achieved. Invar, in particular, such a working structure is a structural feature to facilitate the atomization of fuel in accordance with the activation of the intake flow to make a more economical driving.

한편 흡기 포트에 직접 형성되는 스월 제어 밸브와는 달리 보다 장착성을 향상시키기 위해 현재는 도 3 에서 보는바와 같이 실린더 헤드(100)와 인테이크 매니폴드(200) 사이에 플랩 타입(Flap Type)의 스월 제어 밸브 어셈블리(300)가 삽입 장착되도록 하므로서 상기한 바와같은 스월 유동성 형성을 촉진시키고 있는바 이는 일정 두께의 바디(310)에 인테이크 매니폴드(200)에서와 동일한 흡기공(320)을 형성하고, 상기 흡기공(320)의 일측 단부에는 수직으로 회전축(330)이 축설되도록 하며, 상기 회전축(330)에는 판상의 스월 컨트롤 밸브(340)가 축고정되어 일단부를 축으로 일정각도 수평 회전하면서 상기 흡기공(320)의 일부가 개폐되도록 하고 있다.On the other hand, unlike the swirl control valve formed directly on the intake port, as shown in FIG. 3, the swirl control of the flap type between the cylinder head 100 and the intake manifold 200 is improved as shown in FIG. 3. The valve assembly 300 is inserted and mounted to promote swirl flow formation as described above, which forms the same intake hole 320 as the intake manifold 200 in the body 310 having a predetermined thickness. One end of the intake hole 320 to the vertical axis of rotation axis 330 is installed, the rotational axis 330 is plate-shaped swirl control valve 340 is fixed to the axis of the intake hole while rotating at a predetermined angle horizontally to the axis A part of the 320 is opened and closed.

따라서 각 기통의 바디(310) 저부로는 회전축(330)들의 일단이 돌출되며, 상기 회전축(330)들은 서지 탱크에서의 부압에 의해 공기 유동 방향과 수직으로 수평작동하는 제어 플레이트(350)에 의해서 회전작동하게 된다.Accordingly, one end of the rotation shafts 330 protrudes from the bottom of the body 310 of each cylinder, and the rotation shafts 330 are controlled by a control plate 350 which is horizontally operated in a direction perpendicular to the air flow direction by the negative pressure in the surge tank. Rotational operation.

그러나 상기와 같은 플랩 타입의 스월 제어 밸브(340)는 별도의 부품을 제작해야만 하는 불편이 있고, 흡기공(320)을 일부 폐쇄시 상기 스월 제어 밸브(340)를 견고하게 고정할 수 있는 아무런 수단이 구비되지 않아 유동되는 흡기 맥동에 의해서 밸브(340)에 심한 떨림 현상이 유발되면서 결과적으로 일측의 스트레이트 포트를 완벽하게 폐쇄시키지 못하게 되므로 스월 생성율이 대폭 저하되는 단점이 있다.However, the flap type swirl control valve 340 is inconvenient to manufacture a separate part, and any means for firmly fixing the swirl control valve 340 when the intake hole 320 is partially closed. This is not provided because the severe phenomena in the valve 340 caused by the intake pulsation flows as a result does not completely close the straight port of one side has a disadvantage that the swirl generation rate is greatly reduced.

또한 상기한 흡기 포트에 형성되는 스월 제어 밸브나 플랩 타입의 스월 제어 밸브(340)에는 공히 연료 분사용 인젝터가 통상 스월 제어 밸브의 후방으로 장착이 되므로 스트레이트 포트와 헬리컬 포트에 동시에 연료를 분사시 스트레이트 포트쪽이 스월 제어 밸브에 의해서 닫혀져 있게 되는 경우에는 분사되는 연료가 스월 제어 밸브에 웨팅(Wetting)되면서 스월 제어 밸브가 열려지게 되는 고속에서의 연소력을 대폭적으로 저하시키게 되는 문제점이 있다.In addition, since the fuel injection injector is normally mounted to the rear of the swirl control valve in the swirl control valve or the flap type swirl control valve 340 formed at the intake port, the fuel is injected straight to the straight port and the helical port. When the port side is closed by the swirl control valve, there is a problem in that the fuel injected is greatly wetted at the high speed at which the swirl control valve is opened while wetting the swirl control valve.

본 발명은 상기한 단점과 문제점을 감안하여 이를 개선시키기 위한 것으로서, 본 발명은 인테이크 매니폴드의 기통을 2개의 흡기공으로 형성되도록 하고, 2개의 흡기공 중 흡기 포트의 스트레이트 포트와 연통되는 흡기공에 축설된 컨트롤 샤프트에는 버터플라이 타입의 스월 제어 밸브가 형성되도록 하여 저속에서의 밸브 작동에 따른 스월 생성 효율을 향상되도록 하므로서 희박 공연비에서의 연소력이 대폭 향상될 수 있도록 하는데 주된 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-mentioned disadvantages and problems, and the present invention provides a cylinder of the intake manifold with two intake holes, and the intake hole communicating with the straight port of the intake port of the two intake holes. The main purpose is to allow the butterfly type swirl control valve to be formed on the built-in control shaft to improve the swirl generation efficiency according to the valve operation at low speed, and to greatly improve the combustion power in the lean air-fuel ratio.

또한 본 발명은 스월 제어 밸브의 전방측으로 인젝터가 장착되도록 하여 분사되는 연료가 밸브에 웨팅되는 현상을 방지시켜 고속에서의 연소력도 향상되도록 하는데 다른 목적이 있다.In another aspect, the present invention is to ensure that the injector is mounted to the front side of the swirl control valve to prevent the fuel injected is wetted to the valve to improve the combustion power at high speed.

상기한 목적을 달성시키기 위하여 본 발명은 흡기 유동의 변화에 따라 배출가스의 청정화와 연료 절감을 위해 형성되는 린번 엔진에서의 스월 생성 구조에 있어서, 실린더 헤드와의 체결 단부에는 흡기 포트의 스트레이트 포트와 헬리컬 포트에 연통되는 동일한 형상으로 각 기통에 2개의 흡기공이 각각 형성되도록 한 인테이크 매니폴드와; 상기 흡기공들의 중앙을 관통하여 삽입되고, 서지탱크로부터 유도되는 부압에 의해 회전작동하는 컨트롤 샤프트와; 스트레이트 포트와 연통되는 일측의 흡기공을 관통하는 컨트롤 샤프트에 고정축설되는 버터플라이 밸브로서 이루어지는 구성이 특징이다.In order to achieve the above object, the present invention is a swirl generation structure in a lean burn engine which is formed for the purification of the exhaust gas and the fuel saving according to the change of the intake flow, the fastening end with the cylinder head and the straight port of the intake port and An intake manifold having two intake holes formed in each cylinder in the same shape communicating with the helical port; A control shaft inserted through the center of the intake holes and rotating by negative pressure induced from the surge tank; It is characterized by a configuration consisting of a butterfly valve fixedly arranged on a control shaft passing through an intake hole on one side communicating with a straight port.

도 1 은 본 발명에 따른 스월 제어 밸브 장착 구조를 도시한 평단면 구조도1 is a cross-sectional structural view showing a swirl control valve mounting structure according to the present invention

도 2 는 본 발명의 스월 제어 밸브 작동 구조를 도시한 요부 측단면도2 is a side sectional view showing main parts of a swirl control valve operating structure of the present invention;

도 3 은 종래 플랩 타입의 스월 제어 밸브 장착 구조를 도시한 평단면 구조도Figure 3 is a planar cross-sectional view showing a structure for mounting a swirl control valve of the conventional flap type

도 4 는 종래 밸브 어셈블리 일부 절결 정면 구조도Figure 4 is a front structural diagram of a partially cut away conventional valve assembly

※ 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of the code for the main part of the drawing

2 : 인테이크 매니폴드 20, 21, 22 : 흡기공2: intake manifold 20, 21, 22: intake hole

3 : 실린더 헤드 30 : 흡기 포트3: cylinder head 30: intake port

31 : 스트레이트 포트 32 : 헬리컬 포트31: Straight Port 32: Helical Port

4 : 버터플라이 밸브 41 : 컨트롤 샤프트4: butterfly valve 41: control shaft

이를 첨부한 실시예 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 도 1 은 본 발명에 따른 스월 제어 밸브 장착 구조를 도시한 평단면 구조도로서, 도면부호 1은 서지탱크이며, 부호 2는 인테이크 매니폴드이다.1 is a cross sectional structural view showing a swirl control valve mounting structure according to the present invention, in which reference numeral 1 denotes a surge tank and reference numeral 2 denotes an intake manifold.

인테이크 매니폴드(2)는 일단이 서지탱크(1)와 일체로 되고, 타단은 엔진 실린더 헤드(3)의 흡기 포트(30)에 고정체결되는 것인바 통상 엔진 실린더수와 동일한 기통수로서 흡기공이 형성된다.One end of the intake manifold 2 is integrated with the surge tank 1, and the other end is fixedly fastened to the intake port 30 of the engine cylinder head 3. Is formed.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 인테이크 매니폴드(2)의 흡기공을 각 기통마다 흡기 포트(30)의 스트레이트 포트(31)와 헬리컬 포트(32)에 연통되는 동일한 형상으로 하나의 흡기공(20)을 이분하는 격벽(23)을 형성시켜 각각 2개씩의 흡기공(21)(22)이 형성되도록 한다.Accordingly, in the present invention, one intake hole 20 has the same shape in which the intake hole of the intake manifold 2 is connected to the straight port 31 and the helical port 32 of the intake port 30 for each cylinder. Partition walls 23 are formed by dividing the two so that two intake holes 21 and 22 are formed.

흡기 포트(30)와 연통하게 되는 각 흡기공(21)(22)들은 인테이크 매니폴드(2)의 일측으로부터 수직단면의 중앙을 관통하여 컨트롤 샤프트(40)가 끼워지도록 하며, 이같은 컨트롤 샤프트(40)의 스트레이트 포트(31)와 연통되는 흡기공(21)에는 버터플라이 밸브(4)가 상기 컨트롤 샤프트(40)에 축고정되도록 한다.Each of the intake holes 21 and 22 which are in communication with the intake port 30 allows the control shaft 40 to fit through the center of the vertical section from one side of the intake manifold 2. The butterfly valve 4 is axially fixed to the control shaft 40 in the intake hole 21 in communication with the straight port 31 of the.

한편 상기와 같은 스월 생성 구조 형성시 인테이크 매니폴드(2)에서 연료를 분사하게 되는 인젝터(5)의 장착위치는 버터플라이 밸브(4)가 형성된 실린더 헤드(3) 방향의 전방측으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.On the other hand, the mounting position of the injector 5 which injects fuel from the intake manifold 2 when forming the swirl generation structure is to be formed toward the front side of the cylinder head 3 in which the butterfly valve 4 is formed. Most preferred.

또한 상기한 컨트롤 샤프트(40)에는 일단부로 리턴 스프링(41)이 탄설되도록 하여 부압작용이 적을 때는 항상 버터플라이 밸브(4)가 일측의 흡기공(21)을 닫혀진 상태로서 유지시키도록 한다.In addition, the control shaft 40 has one end portion of the return spring 41 is installed so that the butterfly valve 4 keeps the intake hole 21 on one side in a closed state whenever there is little negative pressure.

상기와 같은 구성에 따른 작용을 살펴보면 우선 서지탱크(1)로 유도된 공기는 인테이크 매니폴드(2)의 각 기통으로 분배되어 흡입되면서 각 기통에서는 격벽(23)에 의해 나누어진 양측의 흡기공(21)(22)으로 재분배되어 엔진으로 공급된다.Looking at the operation according to the configuration as described above, first, the air guided to the surge tank (1) is distributed to each cylinder of the intake manifold (2) while being sucked in the intake holes on both sides divided by the partition wall (23) in each cylinder ( Redistributed to 21) (22) and supplied to the engine.

이때 저속에서는 부압이 낮게 형성되면서 부압에 의해 작동되는 컨트롤 샤프트(40)는 전혀 작동을 하지 않게 되어 버터플라이 밸브(4)가 스트레이트 포트(31)측으로 통하는 일측의 흡기공(21)을 폐쇄시키게 되므로서 공기는 헬리컬 포트(32)측 흡기공(22)을 통해서만 실린더에 공기를 공급하게 된다.At this time, since the negative pressure is formed at a low speed and the control shaft 40 operated by the negative pressure does not operate at all, the butterfly valve 4 closes the intake hole 21 on one side of the straight port 31. Therefore, the air is supplied to the cylinder only through the intake hole 22 on the helical port 32 side.

이렇게 폐쇄된 일측의 흡기공(21)은 차속이 높아지면서 점차 높아지게 되는 부압에 의해 컨트롤 샤프트(40)가 회동하게 되면 그에 따라 상기 흡기공(21)(22)에서 컨트롤 샤프트(40)에 축고정된 버터플라이 밸브(4)가 회전하면서 일측의 흡기공(21)을 개방시켜 타측의 흡기공(22)과 함께 동시에 다량의 공기를 실린더에 공급시킬 수가 있게 되므로 고출력을 발휘할 수가 있게 된다.The closed intake hole 21 is fixed to the control shaft 40 in the intake holes 21 and 22 when the control shaft 40 is rotated by a negative pressure gradually increasing as the vehicle speed increases. As the butterfly valve 4 rotates, the intake hole 21 on one side is opened to supply a large amount of air to the cylinder at the same time as the intake hole 22 on the other side, thereby enabling high output.

이상에서와 같은 본 발명의 흡기작용은 스월 생성을 위한 수단인 컨트롤 샤프트(41)와 버터플라이 밸브(40)를 인테이크 매니폴드(2)에 직접 형성되도록 하므로서 엔진의 구조 설계 및 장착을 대단히 용이해지게 할 뿐만 아니라 종래 플랩 타입의 스월 제어 밸브(340)는 폐쇄작동시 흡기 맥동에 의해 심하게 진동을 하면서 스트레이트 포트측으로의 공기 유동을 완벽하게 차단시키지 못하는데 비해 본 발명에 의한 버터플라이 밸브(40)는 흡기의 단속을 정확하게 수행되도록 하므로서 흡기의 유동을 촉진시켜 엔진 연소력과 함께 출력을 증대시킬 수가 있게 된다.As described above, the intake of the present invention allows the control shaft 41 and the butterfly valve 40 to be directly formed on the intake manifold 2, which is a means for generating the swirl, thereby greatly simplifying the structure design and mounting of the engine. Not only does the flap type swirl control valve 340 vibrate violently by the intake pulsation during closing operation, but does not completely block the air flow to the straight port side, but the butterfly valve 40 according to the present invention By allowing the intake of the intake to be precisely performed, the flow of the intake can be promoted to increase the output along with the engine combustion power.

한편 종전에는 스월 제어 밸브(340)의 후방으로 연료 분사용 인젝터가 장착되도록 하므로서 저속에서 스월 제어 밸브(340)가 닫혀진 상태에서는 분사되는 연료가 상기 스월 제어 밸브(340)에 흡착되면서 웨팅현상에 의해 고속주행시 연소력을 대폭 저하시키게 될 뿐만 아니라 미스 화이어에 의한 다량의 배기가스를 배출시키게 되는데 반해 본 발명에서는 연료 분사용 인젝터(5)를 버터플라이 밸브(40)의 실린더 헤드(3)측 전방으로 장착시키게 되므로서 항상 적정의 연료량이 분사되도록 하여 연소 효율 증대에 따라 배기량이 저감될 수 있도록 한다.On the other hand, while the fuel injection injector is mounted to the rear of the swirl control valve 340, while the swirl control valve 340 is closed at a low speed, the injected fuel is adsorbed to the swirl control valve 340 and is wetted. In the present invention, not only the combustion force is greatly reduced at high speeds, but also a large amount of exhaust gas is discharged by the miss fire, whereas in the present invention, the fuel injection injector 5 is moved toward the cylinder head 3 side of the butterfly valve 40. Since the proper amount of fuel is injected at all times, the displacement can be reduced by increasing combustion efficiency.

그러므로 본 발명의 구성 및 작용에 따라 스월 제어 구조의 장착성과 밸브의 작동성 및 흡기 유동성을 보다 향상되도록 하므로서 엔진에서의 연소 효율을 극대화시킬 수가 있도록 하면서 연료의 소비율과 함께 배출가스의 배출량이 저감되도록 하는 매우 유용한 효과를 제공할 수가 있게 되는 것이다.Therefore, according to the configuration and operation of the present invention to improve the wearability of the swirl control structure, the valve operability and the intake fluidity can be further improved while maximizing the combustion efficiency in the engine while reducing the emission of exhaust gas with the fuel consumption rate It can provide a very useful effect.

Claims (4)

흡기 유동의 변화에 따라 배출가스의 청정화와 연료 절감을 위해 형성되는 린번 엔진에서의 스월 생성 구조에 있어서,In the swirl generation structure in the lean burn engine which is formed to clean the exhaust gas and save fuel according to the change of the intake air, 실린더 헤드(3)와의 체결 단부에는 흡기 포트(30)의 스트레이트 포트(31)와 헬리컬 포트(32)에 연통되는 동일한 형상으로 각 기통에 2개의 흡기공(21)(22)이 각각 형성되도록 한 인테이크 매니폴드(2)와;At the fastening end with the cylinder head 3, two intake holes 21 and 22 are formed in each cylinder in the same shape, which communicates with the straight port 31 and the helical port 32 of the intake port 30, respectively. An intake manifold 2; 상기 흡기공들(21)(22)의 중앙을 관통하여 삽입되고, 서지탱크(1)로부터 유도되는 부압에 의해 회전작동하는 컨트롤 샤프트(40)와;A control shaft 40 inserted through the center of the intake holes 21 and 22 and rotatably operated by a negative pressure induced from the surge tank 1; 스트레이트 포트(31)와 연통되는 일측의 흡기공(21)을 관통하는 컨트롤 샤프트(40)에 고정축설되는 버터플라이 밸브(4)와;A butterfly valve 4 fixedly arranged in the control shaft 40 passing through the intake hole 21 on one side in communication with the straight port 31; 로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 린번 엔진에서의 스월 제어 구조.Swirl control structure in a lean burn engine characterized by the configuration consisting of. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기의 흡기공들(21)(22)은 서지탱크(1)로부터 분기되는 흡기공(20)을 격벽(23)에 의해서 이분되도록 하는 구성을 특징으로 하는 린번 엔진에서의 스월 제어 구조.The intake holes (21) (22) is a swirl control structure in a lean burn engine, characterized in that the intake hole (20) branching from the surge tank (1) divided into two by the partition wall (23). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컨트롤 샤프트(40)에는 일단부로 리턴 스프링(41)이 탄설되도록 하여 부압작용이 적을 때는 항상 버터플라이 밸브(4)가 일측의 흡기공(21)을 닫혀진 상태로서 유지되도록 하는 구성을 특징으로 하는 린번 엔진에서의 스월 제어 구조.The control shaft 40 is characterized in that the return spring 41 is coalesced at one end so that the butterfly valve 4 is maintained in a closed state at one side when the negative pressure is small. Swirl Control Architecture in the Lean Burn Engine. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버터플라이 밸브(4)가 형성된 실린더 헤드(3) 방향의 전방측으로 인젝터(5)가 장착되도록 하는 구성을 특징으로 하는 린번 엔진에서의 스월 제어 구조.Swirl control structure in a lean burn engine, characterized in that the injector (5) is mounted to the front side in the direction of the cylinder head (3) in which the butterfly valve (4) is formed.
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