KR19980074003A - 차량 엔진의 흡기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 엔진의 흡기장치에 관한 것으로, 종래에는 한정된 체적의 연소실에 흡기밸브의 개구면적인 흡기포트의 입구면적의 증가는 한계가 있다는 문제점이 있었다.

또한, 배기포트는 고속과 고온의 배기가스에 노출되므로 이에 적합한 재질로 형성되어야 하는데, 이러한 배기포트에 의해 실린더 헤드 전체가 동일한 재질로 형성되어야 하는 불합리성이 있었던 것이다.

이에 본 발명은 예시도면 도 2 및 도 3 에서와 같이 발명은 배기포트(4)가 배기가스를 배출하는 종래 역할과 더불어 흡기행정시 흡기포트(3)와 함께 배기포트(4)에서도 흡기되도록 한 것으로, 흡기포트(3)와 배기포트(4) 사이에 바이패스 통로(10)가 형성되고, 바이패스 통로(10)에는 흡기시에만 개도되는 셔터밸브(12)가 설치되며, 배기밸브(5)는 흡기밸브(6)의 개도와 동시에 개도되도록 된 것이다.

따라서, 흡입행정시 흡기포트(3) 및 배기포트(4)에서 연료가스가 유입되므로 4 개의 흡기포트(3)가 형성된 결과가 되어 한정된 면적인 실린더(1) 상면의 면적을 최대한 이용하여 엔진의 성능이 향상되며, 배기포트(4)로의 흡기 유입시 뜨거운 배기포트(4)를 흡기가 냉각시키므로써, 이에 따른 재질상의 이득을 꾀하게 되어 차량의 생산성 향상에도 기여 하는 것이다.

Description

차량 엔진의 흡기장치

본 발명은 차량 엔진의 흡기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡기행정시 배기프트측으로도 흡기가 실린더로 유입되도록 된 차량 엔진의 흡기장치에 관한 것이다.

가솔린엔진은 외기와 연료를 혼합하여 실린더 내에서 연소시켜 열 에너지를 회전 에너지로 변환하고 있다.

따라서, 예시도면 도 1 에서와 같이 외기와 연료의 실린더(1) 유입을 위해 실린더헤드(2)에 흡기포트(3)가 형성되어 있으며, 이러한 흡기포트(3)는 흡기매니폴드와 연결되어 있다.

흡기포트(3)의 형상은 실린더(1)내에 송급되는 연료가스의 속도와 방향에 큰 관계가 있으며, 흡기포트(3)의 형상에 따라 연소실내에서 연료가스의 연소 그 자체가 달라지게 된다.

즉, 흡기포트(3)의 형상을 곧게 만들지 않고 약간 비틀어서 설계하면 피스톤의 하강에 의해 생긴 흡기포트(3)의 부압은 연료가스에 강한 맴돌이인 스월을 발생시킨다.

그 결과 연료가스는 실린더(1)내에서 잔류하고 있던 배출가스와 혼합되어 실린더(1)내의 연소가스 농도는 균일화 된다.

또한, 균일화 된 농도의 연료가스는 또다시 피스톤의 상승에 의해 생기는 맴돌이인 스퀴시에 의해 한층 교반된 점화가 수행되는 것이다.

한편, 배기포트(4)는 실린더(1)내에서 연소가 끝난 연료가스를 배기매니폴드로 보내는 부분으로, 흡기포트(3)와 마찬가지로 실린더(1) 헤드에 가공되어 있다.

배기포트(4)는 흡기포트(3)에 비해 직경이 가는 것이 일반적이며, 이는 흡기가 피스톤의 하강에 의해 생기는 부압에서 이루어지는 것에 비해, 배기는 피스톤의 상승과 실린더(1)내의 여압에 의한 정압으로 이루어지기 때문이다.

또한, 실린더(1)내에서 연소후의 잔압은 상당히 높기 때문에 배기밸브(5)가 열리는 순간에 배기포트(4)로 유입되는 배출가스의 속도는 음속을 초과하며, 고온이다.

따라서, 배기포트(4)의 방열과 내면의 평활성을 향상시키기 위해 실린더헤드(2)는 주철보다 알루미늄 합금으로 만드는 것이 고출력 엔진에 적합하다 할 수 있다.

한편, 도시된 바와 같이 흡-배기포트(3)(4)는 1 실린더 - 4 밸브, 또는 1 실린더 - 5 밸브 등으로 이루어져 펌핑로스(Pumping Loss)를 저감하고, 체적효율 향상을 도모하고 있다.

상술된 바와 같이 흡기포트(3)는 엔진의 성능과 연관되어 있으며, 또한 엔진의 출력 향상을 위해 1 실린더 - 4 밸브등과 같이 다수의 흡-배기밸브가 하나의 실린더(1)에 장착되고 있다.

그러나, 한정된 체적의 연소실에 흡기밸브(6)의 개구면적인 흡기포트(3)의 입구면적의 증가는 한계가 있다는 문제점이 있었다.

즉, 상술된 바와 같이 펌핑로스를 저감하고, 체적효율을 향상시키기 위해 1 실린더 - 4 밸브 등이 설치되는데, 이때 상기 흡기포트(3)의 개구면적은 상기 배기포트(4)의 개구면적 등을 고려하지 않을 수 없으므로, 흡기포트(3)의 개구면적은 한정된 면적인 실린더(1) 상부에서 배기포트(4) 등에 의해 또다시 한정되고 있는 것이다.

또한, 상기 배기포트(4)는 고속과 고온의 배기가스에 노출되므로 이에 적합한 재질로 형성되어야 하는데, 이러한 배기포트(4)에 의해 실린더 헤드 전체가 동일한 재질로 형성되어야 하는 불합리성이 있었던 것이다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위한 차량 엔진의 흡기장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이를 위한 본 발명은 배기포트가 배기가스를 배출하는 종래 역할과 더불어 흡기행정시 흡기포트와 함께 배기포트에서도 흡기되도록 한 것으로, 흡기포트와 배기포트 사이에 바이패스 통로가 형성되고, 바이패스 통로에는 흡기시에만 개도되는 셔터밸브가 설치되며, 배기밸브는 흡기밸브의 개도와 동시에 개도되도록 된 것이다.

따라서, 흡입행정시 흡기포트 및 배기포트에서 연료가스가 유입되므로 4 개의 흡기포트가 형성된 결과가 되어 한정된 면적인 실린더 상면의 면적을 최대한 이용하여 엔진의 성능이 향상되며, 배기포트로의 흡기 유입시 뜨거운 배기포트를 흡기가 냉각시키므로써, 이에 따른 재질상의 이득을 꾀하게 되는 것이다.

도 1 은 종래 연소실 및 흡기장치를 나타낸 설명도,

도 2 는 본 발명에 따른 흡기장치를 나타낸 개념도,

도 3 (가)(나)(다)(라)는 본 발명에 따른 흡기장치의 작용을 나타낸 개념도,

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

1 - 실린더, 2 - 실린더헤드,

3 - 흡기포트, 4 - 배기포트,

5 - 배기밸브,6 - 흡기밸브,

10 - 바이패스 통로, 12 - 셔터밸브,

14 - 구동축,16 - 엑튜에이터,

18 - ECU, 20 - 크랭크 앵글센서.

이하 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 차량 엔진의 흡기포트(3)와 배기포트(4) 사이에 바이패스 통로(10)가 형성되고, 바이패스 통로(10)와 배기포트(4)의 경계에 셔터밸브(12)가 설치되며, 셔터밸브(12)는 흡기밸브(6)와 동일한 시간격으로 개폐되도록 설치되는 한편, 배기밸브(5)는 그 개도시각과 더불어 흡기밸브(6)의 개도시각과 동일하게 개도되도록 설치된 구조인 차량 엔진의 흡기장치이다.

예시도면 도 2 는 본 발명에 따른 흡기장치를 나타낸 개념도이고, 예시도면 도 3 은 본 발명에 따른 흡기장치의 작동상태를 나타낸 개념도이다.

본 발명 배기포트(4)가 배기가스를 배출하는 종래 역할과 더불어 흡기행정시 흡기포트(3)와 함께 배기포트(4)에서도 흡기되도록 하여 펌핑로스를 더욱 저감하고, 체적효율을 더욱 향상시키도록 하였다.

즉, 종래 흡-배기포트(3)(4)의 개구면적이 변함없이 1 실린더 - 4 밸브에서 배기포트(4)가 흡기포트(3)의 역할도 수행하도록 하여, 결과적으로는 1 실린더 - 6 밸브가 되는 것이며, 흡기포트(3)의 개구면적은 이에 배기포트(4)의 개구면적을 부가한 것이 된다.

이를 위한 본 발명은 외기와 분사된 연료의 혼합인 흡기가 배기포트(4)로 유입되도록 흡기포트(3)와 배기포트(4) 사이에 바이패스 통로(10)가 형성되며, 바이패스 통로(10)와 배기포트(4)의 경계에 셔터밸브(12)가 설치되어 있다.

여기서, 상기 바이패스 통로(10)는 실린더헤드(2)에 가공되어 실린더헤드(2)와 일체로 형성되거나, 실린더헤드(2)에 별도의 파이프를 설치하는 것도 가능하다.

상기 셔터밸브(12)는 흡기행정시에는 바이패스 통로(10)를 통한 흡기를 배기포트(4)로 유입하고, 배기행정시에는 배출된 배기가스가 바이패스 통로(10)를 통하여 흡기포트(3)측으로 유입되는 것을 방지하는 밸브이다.

즉, 셔터밸브(12)는 흡기행정시에만 개도되는 밸브이다.

이를 위한 셔터밸브(12)는 흡기밸브(6)와 연동되며, 도시된 바와 같이 그 구동축(14)이 엑튜에이터(16)에 결합되어 있고, 엑튜에이터(16)는 통체적인 엔진제어를 수행하는ECU(Eletronic Control Unit)(18)의 제어를 받아 흡기밸브(6)의 개도와 동시에 셔터밸브(12)를 개도시키게 되는 것이다.

즉, 크랭크 앵글센서(20)로 부터로 ECU(18) 가 흡기밸브(6)의 개도 시간격을 체크하고, 이로부터 에튜에이터(16)의 통전을 제어하여 흡기밸브(6)의 개도와 동시에 셔터밸브(12)가 개도 되는 것이다.

한편, 상기 셔터밸브(12)의 개도와 더불어 배기밸브(5)가 개도되어야 흡기가 배기포트(4)로 유입되므로, 흡기밸브(6)의 개도와 배기밸브(5)의 개도는 동시에 수행되어야 한다.

즉, 상기 배기밸브(5)는 종래 배기행정에서 배기가스를 배출하기 위하여 개도되는 것과 더불어 흡기밸브(6)의 개도시 이와 같이 개도되야 하는 것이다.

이를 위해 상기 흡기밸브(6)는 미도시 되었지만 캠에 의해 구동되므로, 상기 캠의 형상이 흡기행정시에도 개도되도록 변경되어야 할 것이다.

이러한 본 발명에 의해 예시도면 도 4 와 같은 작용을 하며, 이를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, (가)에 도시된 흡기행정에서, 흡기밸브(6)가 개도됨과 더불어, 셔터밸브(12) 및 배기밸브(5)가 개도되어, 흡기포트(3)와 배기포트(4) 모두에서 흡기가 실린더(1)로 유입되며,이때 전단계의 배기행정에서 가열된 배기포트(4)를 바이패스 통로(10)로 유입된 흡기가 냉각 시키게 되는 한편, 흡-배기포트(4)에서 모두 흡기가 유입되므로 펌핑로스가 저감된다.

다음으로 (나)(다) 의 압축, 폭발행정에서는 상기 모든 밸브가 폐쇄되며, (라)의 배기행정에서는 배기밸브(5)가 개도되고, 이때 셔터밸브(12)가 닫혀있어 바이패스 통로(10)로 배기가스가 유입되는 것이 방지되며, 배기행정이 완료된 후 상기 행정이 다시 반복 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면 배기포트(4)가 배기가스를 배출하는 종래 역할과 더불어 흡기행정시 흡기포트(3)와 함께 배기포트(4)에서도 흡기되도록 하여, 흡기행정시 한정된 면적인 실린더(1) 상면의 면적에서 흡기를 위한 개구 면적을 최대한 이용하여 엔진의 성능이 향상되며, 배기포트(4)로의 흡기 유입시 뜨거운 배기포트(4)를 흡기가 냉각시키므로써, 이에 따른 재질상의 이득을 꾀하게 되어 실린더(1) 헤드의 원가가 절감되므로 차량의 생산성 향상에 기여되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 차량 엔진의 흡기포트(3)와 배기포트(4) 사이에 바이패스 통로(10)가 형성되고, 바이패스 통로(10)와 배기포트(4)의 경계에 셔터밸브(12)가 설치되며, 셔터밸브(12)는 흡기밸브(6)와 동일한 시간간격으로 개폐되도록 설치되는 한편, 배기밸브(5)는 그 개도시각과 더불어 흡기밸브(6)의 개도시각과 동일하게 개도되도록 된 구조인 차량 엔진의 흡기장치.