KR20000042275A - 자동차 엔진의 흡기포트용 와류제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차엔진의 흡기포트용 와류제어밸브에 관한 것으로, 흡기포트를 통한 연소실로의 공기 또는 연료의 송급시 와류제어밸브 주위에서의 공기·연료 혼합기의 맴돌이현상을 저감시키고, 혼합기가 연소실내로 원활하게 유입되도록 할 목적으로, 흡기포트(5,6)의 전후방향으로 연통되는 여러개의 구멍(1b)을 밸브체(1a)에 형성함으로써, 공기 또는 연료가 밸브체(1a)에 대하여 맴돌이현상을 일으키지 않고 상기 구멍(1b)을 통과하여 연소실(7)로 원활하게 송급되도록 하여, 유해한 배출가스의 저감과 더불어 엔진의 효율향상에 기여하게 되는 것이다.

Description

자동차엔진의 흡기포트용 와류제어밸브

본 발명은 자동차엔진의 흡기포트용 와류제어밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 와류제어밸브 주위에서 발생하는 공기 또는 연료의 맴돌이현상을 저감시키고, 공기 또는 연료가 연소실내로 원활하게 유입되도록 하는 자동차엔진의 흡기포트용 와류제어밸브에 관한 것이다.

자동차엔진 특히 가솔린엔진에서는 흡기매니폴드로부터 유입되는 공기와 연료인젝터로부터 분사되는 연료를 혼합하여 실린더내에서 연소시킴으로써 동력을 얻는데, 흡기매니폴드와 실린더사이에는 흡기포트가 구비되어 흡기매니폴드를 거쳐온 외부의 공기가 이 흡기포트에서 연료인젝터가 분사하는 연료와 대략적으로 혼합된 뒤 연소실에서 완전히 혼합된다.

한편, 상기 흡기포트의 형상은 실린더내에 송급되는 혼합기의 속도와 방향에 큰 영향을 주는데, 흡기포트의 형상에 따라 연소실내에서 혼합기의 연소가 크게 달라지게 된다.

또한, 연소실내에서 연료 연소로 발생되는 배출가스는 대기오염과 밀접한 관계가 있기 때문에, 배출가스중의 유해물질을 감소시킴으로써 대기오염을 최소화하기 위한 목적의 일환으로 공기·연료의 연소에 관한 연구가 오랫동안 이루어져 왔다.

특히, 전술한 바와 같이 연소실로 공기와 연료를 송급하는 흡기포트의 형상은 연소실에서의 연소에 큰 영향을 미치므로, 이 흡기포트에 대한 설계는 결국 배출가스와 밀접하게 관련되어 있다.

즉, 직선적인 흡기포트는 한번에 대량의 공기와 연료 혼합기를 실린더내에 송입하는데 유효하지만, 연소되지 않은 일부 혼합기는 배출가스로 방출할 수 밖에 없었다.

반면에, 흡기포트의 형상을 곧게 만들지 않고 약간 비틀어서 설계하면 피스톤의 하강에 의해 생긴 흡기포트의 부압은 공기·연료 혼합기에 강한 와류(swirl)를 발생시키게 되는데, 이 결과 공기·연료 혼합기는 실린더내에서 잔류하고 있던 배출가스와 혼합되어 실린더내의 연소가스 농도는 균일화하며, 균일한 농도의 공기·연료 혼합기는 또다시 피스톤의 상승에 의해 생기는 맴돌이(squish)에 의해 한층 더 교반된 상태에서 점화를 용이하게 할 수 있게 된다.

이와 같이, 와류(swirl) 혹은 맴돌이(squish)에 의해 공기·연료의 혼합기가 희박하여도 확실한 점화를 할 수 있어 배출가스의 청정화에 기여하게 됨과 아울러, 적은 연료로 엔진출력을 향상시킬 수 있게 되었다.

한편, 현재 적용되고 있는 흡기포트의 구조는 대체로 첨부도면 도 1내지 도 2에 도시된 것과 같이 이루어져 있는 바, 실린더헤드(4)에 점화플러그(9)와 함께 각 한쌍씩의 흡기포트(5,6)와 배기포트(8,8')가 그 말단부를 실린더내의 연소실(7)로 향한 채 구비되고, 상기 실린더헤드(4)의 흡기포트(5,6)가 설치된 단부에는 흡기매니폴드(2)가 상기 흡기포트(5,6)와 연통되도록 설치되어 있되, 흡기포트(5,6)는 연소실(7)에 이르기 전까지의 경로가 직선으로 이루어진 스트레이트흡기포트(5)와 나선형으로 이루어진 헬리컬흡기포트(6)로 구분되며, 상기 스트레이트흡기포트(5)에는 와류제어밸브(10,10')가 설치되고, 흡기포트(5,6)와 연접한 흡기매니폴드(2)의 단부에는 연료를 분사하는 인젝터(3,3')가 장치되어 있다.

그런데, 상기 와류제어밸브(10,10')가 설치되는 형태는 인젝터(3,3')의 장착위치와 더불어서 두 가지 유형으로 나뉘어지는 바, 그 첫째는 첨부도면 도 1에서와 같이, 흡기매니폴드(2)의 단부가 결합되는 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6)의 분기지점 이전의 흡기포트(5,6) 말단부근에 와류제어밸브(10)가 장착되고, 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6)가 분기되는 경계선으로부터 일직선상에 위치한 흡기매니폴드(2)내에 인젝터(3)가 설치된 유형이다.

또, 그 두번째는 첨부도면 도 2에서와 같이, 헬리컬흡기포트(6)와의 분기지점 부근의 스트레이트흡기포트(5) 단부측에 외기만을 연소실측으로 송급할 수 있도록 와류제어밸브(10')가 장착되고, 인젝터(3)는 헬리컬흡기포트(6)측으로 치우친 흡기매니폴드(2)내에 설치된 유형이다.

전술한 두 가지 유형의 와류제어밸브(10,10')에 대한 설치형태 모두에 있어서, 상기 와류제어밸브(10,10')는 공히 액튜에이터(도시되어 있지 않음)에 의하여 개폐가 이루어지는데, 보통주행시와 같은 엔진의 경부하시에는 액튜에이터의 부압이 높아져 액튜에이터내의 다이어프램이 당겨짐으로써 와류제어밸브(10,10')가 닫히게 되어 헬리컬흡기포트(6)만을 통해 공기·연료 혼합기가 연소실로 유입되며, 고부하상태가 되면 상기 다이어프램이 밀려짐으로써 와류제어밸브(10,10')가 열리게 되어 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6) 모두를 통해 공기와 연료의 연소실 유입이 이루어지게 된다.

한편, 상기 와류제어밸브(10,10')는 첨부도면 도 3에 도시된 것과 같이 자동차에 다용되고 있는 통상적인 여타의 밸브와 마찬가지로 원형의 판상부재로 형성되어 있는데, 전술한 와류제어밸브(10,10')의 두 가지 장착구조 가운데, 도 1에서와 같이 와류제어밸브(10)가 흡기매니폴드(2)의 단부가 결합되는 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6)의 분기지점 이전의 흡기포트(5,6) 말단부근에 장착된 구조에 있어서는, 와류제어밸브(10)가 스트레이트흡기포트(5)측 통로를 닫고 있는 상태에서 흡기매니폴드(2)로부터 송급되는 공기와 연료의 혼합기가 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6)로 흘러들어갈 때 와류제어밸브(10)의 밸브체(10a)에 부딪혀 맴돌이가 발생하여 공기·연료의 일부가 연소실(7)로 유입되지 않고 맴돌게 되는 문제점이 있었다.

또한, 도 2에서와 같이, 와류제어밸브(10')가 헬리컬흡기포트(6)와의 분기지점 부근의 스트레이트흡기포트(5) 단부측에 장착된 구조에 있어서는, 인젝터(3')가 헬리컬흡기포트(6)측으로 치우친 흡기매니폴드(2)내에 설치되어 있기 때문에 와류제어밸브(10')가 개도되었을 때 공기는 스트레이트흡기포트(5)로 송급되고, 연료는 헬리컬흡기포트(6)로 송급되어, 공기와 연료가 연소실(7)내에서 균일한 혼합기를 형성하지 못함으로써 바람직한 연소가 이루어지지 못하여 유해한 배출가스를 생성하고 엔진의 효율도 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 와류제어밸브 주위에서의 공기·연료 혼합기의 맴돌이현상을 저감시키고, 혼합기가 연소실내로 원활하게 유입되도록 하는 자동차엔진의 흡기포트용 와류제어밸브를 제공하는데에 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 흡기포트의 경로상에 장착됨으로써 공기·연료의 혼합기가 연소실내로 유입되는 것을 제어하는 와류제어밸브에 있어서, 밸브체에 흡기포트의 전후방향으로 연통되는 여러개의 구멍이 형성된 구조로 이루어져, 흡기매니폴드로부터 송급되는 공기·연료 혼합기가 와류제어밸브의 밸브체에 부딪혀 맴돌이현상을 일으키지 않고 밸브체의 구멍을 통해 연소실로 유입되도록 함에 특징이 있다.

도 1은 종래의 와류제어밸브가 흡기매니폴드에 인접하여 장착된 실린더헤드부위의

평단면도,

도 2는 종래의 와류제어밸브가 스트레이트흡기포트측에 장착된 실린더헤드부위의

평단면도,

도 3은 종래 와류제어밸브의 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 와류제어밸브의 정면도,

도 5는 본 발명에 따른 와류제어밸브가 장착된 실린더헤드부위의 평단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 와류제어밸브 1a : 밸브체

1b : 구멍 2 : 흡기매니폴드

3,3' : 인젝터 4 : 실린더헤드

5 : 스트레이트흡기포트 6 : 헬리컬흡기포트

7 : 연소실 8 : 배기포트

9 : 점화플러그

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 4는 본 발명에 따른 와류제어밸브의 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 와류제어밸브가 장착된 실린더헤드부위의 평단면도로서, 종래기술과 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하며 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 와류제어밸브(1)는 종래와 마찬가지로 자동차에 다용되고 있는 통상적인 여타의 밸브와 마찬가지로 원형의 판상부재로 이루어지되, 밸브체(1a)에 흡기매니폴드(2)측으로부터 스트레이트흡기포트(5) 또는 헬리컬흡기포트(6)측으로 연통되는 여러개의 구멍(1b)이 형성된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 자동차엔진의 흡기포트용 와류제어밸브의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 와류제어밸브(1)는 흡기매니폴드(2)의 단부가 결합되는 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6)의 분기지점 이전의 흡기포트(5,6) 말단부근에 장착될 수도 있고, 헬리컬흡기포트(6)와의 분기지점 부근의 스트레이트흡기포트(5) 단부측에 장착될 수도 있는 바, 본 발명의 실시예에서는 첨부도면 도 5와 같이 전자의 경우를 예시하였다.

한편, 연료를 분사하는 인젝터(3)는 연료와 공기의 균일한 혼합을 고려하여 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6)가 분기되는 경계선으로부터 일직선상에 위치한 흡기매니폴드(2)내에 설치한 것을 바람직한 실시예로 제시하였다.

이와 같이, 본 발명에 따른 와류제어밸브(1)가 흡기포트(5,6)에 장착되고, 인젝터(3)가 흡기매니폴드(2)에 설치된 상태에서, 엔진구동에 따른 외부공기의 흡입과 연료의 분사가 이루어지게 되면, 상기 와류제어밸브(1)가 개도되지 아니한 경우, 즉 보통주행시와 같은 엔진의 경부하시에는 공기와 연료가 주로 헬리컬흡기포트(6)를 경유하면서 일부는 스트레이트흡기포트(5)를 통해 연소실로 송급이 되고, 상기 와류제어밸브(1)가 개도된 경우, 즉 엔진의 고부하시에는 공기와 연료가 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6)로 분산되어 연소실로 송급이 되되, 두 경우 모두에 있어서 공기 또는 연료(주로 공기)의 흐름이 상기 와류제어밸브(1)의 밸브체(1a)에 직면하더라도 밸브체(1a)에 형성되어 있는 구멍(1b)들을 통해 연소실측으로 빠져나감으로써 맴돌이현상이 크게 줄어들게 된다.

또한, 종래에 와류제어밸브(10 ; 도 2참조)가 스트레이트흡기포트(5)에 장착됨으로써 와류제어밸브(10)가 스트레이트흡기포트(5)를 폐쇄하고 있을 때, 공기·연료가 스트레이트흡기포트(5)측을 통해서는 연소실로 송급되지 못하는 경우와는 달리, 스트레이트흡기포트(5)를 통해서도 공기·연료의 송급이 가능하게 되며, 인젝터(3)의 설치위치도 흡기매니폴드(2)내의 스트레이트흡기포트(5)와 헬리컬흡기포트(6) 경계선상에 설치가 가능하여 공기·연료의 균일한 송급이 가능하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차엔진의 흡기포트용 와류제어밸브에 의하면, 흡기포트를 통한 연소실로의 공기 또는 연료의 송급시 공기 또는 연료가 와류제어밸브의 밸브체에 대하여 맴돌이현상을 일으키지 않고 연소실로 원활하게 송급될 수 있어, 유해한 배출가스의 저감과 엔진의 효율향상에 기여하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 흡기포트(5,6)에 장착됨으로써 공기 또는 연료가 연소실(7)내로 유입되는 것을 제어하는 와류제어밸브에 있어서,

   상기 흡기포트(5,6)의 전후방향으로 연통되는 여러개의 구멍(1b)이 밸브체(1a)에 형성된 것을 특징으로 하는 자동차엔진의 흡기포트용 와류제어밸브.