KR19980067985A - 엔진의 공기 공급 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 실린더에 공급되는 연료와 공기로 이루어진 혼합기의 연료의 기화 상태를 최적의 상태로 변화시켜 주는 장치에 있어서, 엔진이 구동되면 흡기 맥동을 방지해 주는 써지 탱크(23)로부터 공기를 별도로 공급받아 적정 압력으로 가압해 주는 압축 수단(22)과; 자동차 엔진의 각 실린더에 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 공급해 주는 흡기 매니폴드(11) 내에, 연료를 분사해 주는 연료 분사 수단(31)과 흡기 밸브(11) 사이에 설치되는 것으로, 상기한 압축 수단(22)으로부터 공기를 공급받아 혼합기에 분사하여 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 변화시켜 주는 공기 분사 수단(21)과; 엔진에 가해지는 부하가 변동하거나 엔진이 정지할 때에 상기한 압축 수단의 출력을 적정 수준으로 변화시켜 주거나 정지시켜 주는 제어 수단(41)으로 구성된다.

Description

엔진의 공기 공급 장치 및 그 방법

본 발명은 엔진의 공기 공급 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 실린더에 공급되는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 유지하여 혼합기의 연소 효율을 향상시켜 주는 공기 공급 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에 공급되는 연료 및 공기 공급 장치는 연료 탱크로부터 공급되는 연료를 인젝터를 통하여 분사해 주고, 써지 탱크로부터 공급되는 공기와 혼합되어 흡기 밸브를 통하여 실린더 내로 분사되어 연소 과정을 거쳐 동력을 발생하게 되어 있다.

이 때, 연료와 혼합되는 공기를 공급해 주는 써지 탱크는 연료 분사 엔진으로 흡기 계통에 흡기 맥동이 발생되지 않도록 흡기 매니폴드와 트로틀 밸브 사이에 설치되어 공급되는 공기의 양을 안정적으로 유지하여 공급해주는 것으로, 실린더의 행정 변화에 따른 압력 변화에 대응하여 즉, 피스톤의 흡입 행정에 의하여 공기를 흡입하는데 행정 변화에 따라 흡입되는 공기의 양이 변화하게 되므로 이를 방지하기 위하여 써지 탱크의 압력을 변화시켜 실린더의 행정 변화에 따라 흡입 압력이 변화하더라도 흡입되는 공기의 양을 일정하게 하도록 해 주는 역할을 하는 것이다.

한편, 연료와 공기가 혼합된 혼합기가 실린더 내부에 공급되도록 해 주는 흡기 밸브와 실린더 내에서 연소된 연소 가스를 배출시켜 주는 배기 밸브는 실린더의 상부에 위치한 연소실의 상단 부분에 각각 대응되어 설치되는데, 흡기 밸브의 경우에는 설치되는 위치에 따라서 실린더 내부에 공급되는 혼합기의 기화 정도가 달라져 연소 효율이 달라지는 문제가 있으므로 흡기 밸브의 위치 선정은 연소 효율을 향상시키기 위하여 중요한 역할을 하게 되므로, 적정한 위치 선정으로 공급되는 혼합기가 실린더 내부에 전체적으로 골고루 분사되도록 설계할 필요가 있는 것이다.

또한, 엔진의 출력을 강화시키기 위하여 실린더 내로 유입되는 혼합기의 양을 과잉 공급시켜 엔진 출력을 강화시켜 주는 터보 차저는 일반적으로 트로틀 밸브와 흡기 밸브사이에 설치되어 혼합기의 양을 강제적으로 많이 공급함으로써 엔진의 출력을 강화시켜 주고 있다. 이 때, 공급되는 혼합기의 양을 증대시켜 주기 위해서 필요한 동력은 배기 가스의 힘을 이용하는 방법을 채택하거나, 별도의 펌프를 이용하고 있다.

상기한 바와 같은 연료 및 공기 공급 계통은 엔진의 연소 효율을 높이고, 출력을 증강시키기 위한 것으로, 본 발명과 관련이 있는 연소 효율을 높이기 위한 연료 분사 및 혼합기 공급 방식에 있어서, 종래의 방식은 단순하게 인젝터를 통하여 연료를 분사하여 써지 탱크로부터 공급되는 공기와 혼합하여 엔진에 공급하는 방식을 취하고 있기 때문에 혼합기의 혼합 상태가 완전하게 이루어지도록 전자적인 제어를 하고 있지만, 엔진의 특성 및 주행 환경 변화와 제어 상의 오차로 인한 공기와 연료의 혼합 불량에 따른 연소 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 한 방법으로 연료와 혼합되는 공기의 온도를 높여서(배기 가스의 열을 이용함.) 혼합함으로써, 연료의 기화 정도를 향상시키거나, 혼합 효율을 향상시키는 방법으로 인젝터의 구조, 흡기 매니폴드, 실린더의 연소실 형태를 개선하는 방법을 채택하고 있으나, 엔진이 저온 상태에서 구동 중일 때에는 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 성분이 배출되는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진의 실린더에 공급되는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 유지하여 연소 효율을 증대시킴으로써, 엔진의 출력을 증대시켜 줄 수 있는 엔진의 공기 공급 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 엔진의 실린더에 공급되는 연료와 공기로 이루어진 혼합기의 연료의 기화 상태를 최적의 상태로 변화시켜 주는 장치에 있어서, 엔진이 구동되면 흡기 맥동을 방지해 주는 써지 탱크로부터 공기를 별도로 공급받아 적정 압력으로 가압해 주는 압축 수단과; 자동차 엔진의 각 실린더에 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 공급해 주는 흡기 매니폴드 내에, 연료를 분사해 주는 연료 분사 수단과 흡기 밸브 사이에 설치되는 것으로, 상기한 압축 수단으로부터 공기를 공급받아 혼합기에 분사하여 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 변화시켜 주는 공기 분사 수단과; 엔진에 가해지는 부하가 변동하거나 엔진이 정지할 때에 상기한 압축 수단의 출력을 적정 수준으로 변화시켜 주거나 정지시켜 주는 제어 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 공급 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은 엔진의 실린더에 공급되는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 유지하기 위한 방법으로, 엔진의 각 실린더에 공급되는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 유지하기 위한 방법으로, 흡기 맥동을 방지해 주는 써지 탱크로부터 유입되는 공기와 연료 분사 장치로부터 분사되는 연료가 혼합되어 형성된 혼합기에 별도의 공기를 분사함으로써, 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 변화시켜 각 실린더로 공급하는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 공급 방법을 아울러 제공한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 엔진의 공기 공급 장치 및 그 방법은 엔진의 실린더 내로 공급되어 연소되는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 유지하여 연소 효율을 높여서 엔진의 출력을 증대시켜 주는 것은 물론, 엔진이 저온 상태에서 구동 중일 때에 엔진의 출력을 높이기 위하여 과잉 공급되는 연료의 양을 줄여 줌으로써 탄화수소, 일산화탄소 등이 배출되는 것을 방지해 주는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 공기 공급 장치를 나타낸 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

11:흡기 매니폴드12:흡기 밸브

21:공기 분사 노즐22:공기 펌프

23:써지 탱크24:에어 필터

31:연료 분사 노즐32:연료 펌프

33:연료 탱크

본 발명에 따른 엔진의 연소 효율을 높이기 위한 혼합기의 혼합 장치 및 그 방법의 구성 및 작용을 본 발명에 따른 일 실시예를 통하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도면, 도 1은 본 발명에 따른 엔진의 공기 공급 장치를 나타낸 구성도이다.

먼저, 본 발명에 따른 엔진의 공기 공급 장치의 구성 및 작용을 설명하면, 그 구성은 도 1에 도시한 바와 같이, 에어 필터(24)를 통과한 공기의 흡기 맥동을 제거해 주는 써지 탱크(23)로부터 공급되는 공기를 각 실린더로 공급해 주는 흡기 매니폴드(11)와; 상기한 흡기 매니폴드(11)에 각각 부착되어 상기한 써지 탱크(23)로부터 공급되는 공기와 혼합되어 혼합기를 형성하는 연료를 연료 탱크(33) 및 연료 펌프(32)로부터 공급받아 분사해 주는 연료 분사 노즐(31)과; 흡기 매니폴드(11) 내의 연료 분사 노즐(31)과 흡기 밸브(12)사이에 설치되어 상기한 연료 분사 노즐(31)에 의하여 분사된 연료와 써지 탱크(23)로부터 공급되는 공기에 의하여 형성된 혼합기에 별도의 공기를 공급해 주는 공기 분사 노즐(21)과; 상기한 공기 분사 노즐(21)에 가압된 공기를 공급하기 위하여 상기한 써지 탱크(23)로부터 공기를 별도로 공급받아 가압시켜 주는 공기 펌프(22)와; 엔진에 가해지는 부하가 변동하거나 엔진이 정지할 때에 상기한 공기 펌프(22)의 출력을 적정 수준으로 변화시켜 주거나 정지시켜 주는 제어부(41)로 이루어진다.

여기서, 상기한 공기 분사 노즐(21)은 써지 탱크(23)로부터 공급되는 공기와 연료 분사 노즐(31)에 의하여 분사되는 연료가 혼합되어 이루어지는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 변화시키기 위한 것이므로, 이 것이 설치되는 위치 및 각도는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 혼합 상태로 변화시켜 주는 위치 및 각도를 유지하도록 해 줄 필요가 있으며, 각 실린더에 연결되는 흡기 매니폴드의 형태가 부분적으로 다르게 형성되어 있으므로 공기 분사 노즐(21)이 설치되는 각은 각각 다르게 설치되며, 보다 구체적으로는 공기 분사 노즐(21)에 의하여 분사되는 공기에 의하여 혼합기가 와류(SWIRL)를 형성할 수 있도록 하여 연료가 잘 기화될 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 엔진의 공기 공급 장치는 다음과 같이 작용한다.

먼저, 본 발명의 요지인 공기 분사 노즐(21)에 의하여 혼합기에 섞어지는 공기의 양을 감안하여 써지 탱크(23)로부터 흡기 매니폴드(11) 내로 직접 공급되는 공기의 양은 연료와 혼합되는 전체 공기량보다 약간 적게 공급할 필요가 있다. 그리고, 나머지 분량은 공기 분사 노즐(21)을 통하여 공급되는 것이다.

다시 말하면, 연료 분사 노즐(31)로 분사되는 연료와 혼합되도록 써지 탱크(23)로부터 흡기 매니폴드(11) 내로 직접 공급되는 공기와, 그리고 혼합기에 별도로 분사되기 위하여 써지 탱크(23)로부터 유입되어 공기 펌프(22)에 의하여 소정의 압력으로 가압되어 공급되는 공기의 양은 엔진에 가해지는 부하량의 변동에 따라 유입되는 연료의 양에 따라서 적당한 양으로 유입되어, 소정의 비율로 분배되어 공급되는 것이다. 이렇게 공기와 연료가 혼합된 혼합기는 흡기 밸브(12) 쪽으로 이동하면서 보다 균일하게 섞어지게 된다.

이 때, 공기 분사 노즐(21)을 통하여 흡기 매니폴드(11) 내로 분사되는 공기는 혼합기가 흡기 밸브(12)로 유입되는 혼합기에 분사되어 혼합기의 혼합 상태를 보다 완벽한 균일 상태로 유지하도록 하여 흡기 밸브(12)를 통하여 각 실린더에 유입되도록 한다.

이렇게 흡기 밸브(12)를 통하여 각 실린더로 유입된 혼합기는 그 혼합 비율이 최적의 공연비로써 혼합되어 있는 것은 물론이고, 그 혼합 상태 즉, 연료의 기화 상태가 공기와 균일하게 혼합되어 있기 때문에 실린더 내에서 폭발할 때 화염의 전파 속도가 최대한 빠르게 이루어져, 엔진의 출력이 최대한 강화되는 것이다.

그리고, 엔진이 정지했을 때에는 공기 펌프(22)의 구동을 정지시켜 준다.

한편, 본 발명의 다른 발명인 엔진의 공기 공급 방법은 엔진의 실린더에 공급되는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 유지하기 위한 방법으로, 써지 탱크(23)로부터 유입되는 공기와 연료 분사 노즐(31)로부터 분사되는 연료가 혼합되어 형성된 혼합기에 별도의 공기를 분사함으로써, 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 변화시켜 엔진의 출력을 증대시켜 주는 방법으로 이루어진 것으로, 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

자동차 및 엔진의 상태 즉, 엔진에 가해지는 부하량에 따라 연료와 공기가 각각 연료 펌프(32)와 써지 탱크(23)로부터 공급되어 흡기 매니폴드(11) 내에서 혼합된다.

이렇게 공급된 연료와 공기는 흡기 매니폴드(11) 내에서 혼합됨으로써, 연료가 기화되면서 공기와 혼합되어 흡기 밸브(12) 쪽으로 이동하게 된다. 이 때, 연료의 기화 상태는 완벽하게 기화가 이루어져 있지 않으므로 별도의 공기를 분사하여 연료의 기화 정도를 높이는 것이다. 즉, 공기 분사 노즐(21)을 통하여 분사되는 공기는 흡기 매니폴드(11) 내에 있는 혼합기 즉, 흡기 밸브(12)로 유입되기 직전의 혼합기에 분사되어 혼합기에 와류를 형성하여 연료가 완벽하게 기화할 수 있도록 함으로써, 혼합기가 균일한 상태를 유지하도록 해 주는 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 엔진의 공기 공급 장치 및 그 방법은 엔진의 실린더 내로 공급되어 연소되는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 혼합되도록 하여 최적의 공연비로써 최대의 엔진 출력을 발생할 수 있도록 해주고, 엔진이 저온 상태에서 구동 중일 때에 엔진의 출력을 높이기 위하여 과잉 공급되는 연료의 양을 줄여 줄 수 있기 때문에 미연소로 인한 탄화수소, 일산화탄소 등이 배출되는 것을 방지해 주는 효과를 제공한다.

지금까지 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 엔진의 실린더에 공급되는 연료와 공기로 이루어진 혼합기의 연료의 기화 상태를 최적의 상태로 변화시켜 주는 장치에 있어서,

   엔진이 구동되면 흡기 맥동을 방지해 주는 써지 탱크로부터 공기를 별도로 공급받아 적정 압력으로 가압해 주는 압축 수단과; 자동차 엔진의 각 실린더에 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 공급해 주는 흡기 매니폴드 내에, 연료를 분사해 주는 연료 분사 수단과 흡기 밸브 사이에 설치되는 것으로, 상기한 압축 수단으로부터 공기를 공급받아 혼합기에 분사하여 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 변화시켜 주는 공기 분사 수단과; 엔진에 가해지는 부하가 변동하거나 엔진이 정지했을 때에 상기한 압축 수단의 출력을 적정 수준으로 변화시켜 주거나 정지시켜 주는 제어 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 공급 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기한 공기 분사 노즐은 연료 분사 노즐과 흡기 밸브 사이에 설치되어 연료와 공기로 이루어진 혼합기의 혼합 상태를 균일하게 혼합하여 최적의 혼합 상태를 유지하도록 각 실린더에 연결되는 흡기 매니폴드의 형태에 따라 최적의 각을 갖고서 설치되어, 혼합기에 와류를 형성시켜 주는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 공급 장치.
3. 엔진의 각 실린더에 공급되는 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 유지하기 위한 방법으로,

   흡기 맥동을 방지해 주는 써지 탱크로부터 유입되는 공기와 연료 분사 장치로부터 분사되는 연료가 혼합되어 형성된 혼합기에 별도의 공기를 분사함으로써, 혼합기의 혼합 상태를 최적의 상태로 변화시켜 각 실린더로 공급하는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 공급 방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   연료 분사 장치로 분사되는 연료와 혼합되도록 써지 탱크로부터 흡기 매니폴드 내로 직접 공급되는 공기와, 그리고 혼합기에 별도로 분사되기 위하여 써지 탱크로부터 유입되어 소정의 압력으로 가압되어 공급되는 공기의 양은 엔진에 가해지는 부하량의 변동에 따라 유입되는 연료의 양에 따라서 적당한 양으로 유입되어, 적당한 비율로 분배되어 공급되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 공급 방법.