KR20010025656A - 자동차 흡기의 고속와류장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치(The rapid eddy device for inhaled air of automobile)는 자동차의 흡기계통에 흡입되는 공기를 고속와류의 흐름으로 바꾸어 흡입함으로써 자동차의 연료를 완전 연소시키기 위해, 자동차 흡기장치(intake system)에 부착되는 장치에 관한 것이다.

본 발명은 자동차로 흡입된 공기의 일부를 통과시켜 직선류의 공기흐름을 생성시키는 중앙통로부; 자동차로 흡입된 공기의 일부를 통과시켜 회전류의 공기흐름을 생성시키며, 날개편의 형태로 상기 장치의 전면부에 대해 비스듬한 각도로 형성되는 다수의 회전류편; 및, 상기 흡기계통에 부착하기 위해 상기 회전류편의 둘레에 형성되는 외부공정링을 포함하며, 상기 생성된 직선류의 공기흐름 및 회전류의 공기흐름 각각에 의해 고속와류의 공기흐름을 형성하는 특징이 있다.

따라서 본 발명은 자동차 연료를 완전 연소시켜 배출되는 매연 등을 감소시키고 대기오염을 방지하며, 연소의 효율을 높임으로써 잠재적인 에너지 손실을 방지하는 효과를 제공한다.

Description

자동차 흡기의 고속와류장치{The rapid eddy device for inhaled air of automobile}

본 발명은 자동차의 흡기장치(intake system)에 관한 것으로, 자세하게는 자동차의 흡기계통에 흡입되는 공기를 고속와류의 흐름으로 바꾸어 흡입함으로써 자동차의 연료를 완전 연소시켜 연료의 효율을 증가시키기 위한, 자동차 흡기의 고속와류장치(The rapid eddy device for inhaled air of automobile)에 관한 것이다.

자동차는 주요 교통수단으로서 생활의 변화와 함께 없어서는 안 될 필수품으로 자리잡고 있다.

이러한 자동차는 구동방식 및 엔진(동력원) 기타 자동차의 용도 등에 따라 여러 가지로 분류되며, 그 종류도 매우 다양하다. 그 중에서도 엔진에 따라 자동차를 분류하면 내연엔진 자동차, 전기자동차, 증기자동차 등 크게 3가지로 분류할 수 있다. 이 중 내연엔진 자동차는 가솔린, 디이젤, LP가스, 가스터빈, 제트엔진 등으로 나눌수 있다.

아울러 자동차는 하나의 기계구조체가 아니라 각 구성부분들이 유기적으로 결합된 과학기술의 집합체라 할 수 있다. 자동차를 구성하는 각 구성부들은 크게 엔진, 연료장치, 냉각장치, 윤활장치, 흡기 및 배기 장치 등으로 나눌수 있다.

이중에서도 자동차의 흡기장치(intake system)는 자동차 엔진의 계속적인 작동을 위해서 실린더 내로 전달되는 혼합기(혼합기체)의 흡입을 담당하는 부분이다. 일반적으로 자동차의 흡기장치는 실린더에 흡입되는 공기중의 먼지 등을 제거하는 공기청정기(air cleaner) 및 실린더에 홉합기를 분배하는 흡기다기관(intake manifold) 등으로 구성되어 있으며, 연료의 완전연소 및 연소에 따른 매연발생의 문제 등에 관련되는 중요한 부분이다.

하지만, 종래의 자동차 흡기장치에는 다양한 문제점이 있다.

전술한 바와 같이 자동차의 흡기장치는 연료의 연소에 필요한 공기의 흡입을 담당하는 부분으로, 종래의 흡기장치는 이러한 공기의 흡입을 효율적으로 수행하지 못함으로 인해 다량의 매연을 발생시키므로써 환경 및 대기오염을 일으키는 문제점이 있다.

자동차에서 배출되는 매연에는 매립자 상물질(이하 'PM'으로 표기), 카본, 질소화합물, 흑연 등을 포함하고 있다.

이러한 매연 중 PM을 살펴보면 PM은 자동차의 엔진 중에서도 디젤엔진과 관계가 깊은 유해물질로서, 흑연, SOF, 황산염 등을 포함하고 있다. 흑연은 디젤스모그라 부르는 것으로 자동차 연료를 다량으로 발진시킬 시 자동차의 분사노즐에서 많이 발생하는 매연이고, SOF는 주로 엔진오일(engine oil)이 실린더로 들어가 연소 후 발생되며, 황산염은 연료에 포함되는 황산에 의해 생성되는 매연이다.

또한 카본(carbon)은 탄소물질로서 약 800℃ 정도의 자기청정온도에서 연소된 후 배출되어 자동차의 엔진 등에 남게된다. 이러한 카본을 화학적 또는 물리적 방법으로 제거할 경우 기관의 손실을 입히는 문제점이 있으며, 이러한 카본 역시 연룡의 불완전한 연소 때문에 발생되는 물질이다. 그리고 질소화합물, 흑연 등은 산성비를 유발시키고 인체의 호흡기 질환에 악영향을 미치는 매연들이다.

종래의 자동차는 연료의 연소효율이 낮으며 이 또한 불완전 연소와 관련되는 문제로서, 낮은 연소효율은 자동차의 연비를 감소시켜 상대적으로 소비되는 연료량을 증가시키는 문제점이 있다. 일반적으로 순수물질은 착화성이 높아 연소시 매연의 발생이 적지만 자동차의 연료는 여러 종류의 탄화수소(HC)가 혼합 또는 화합되어 있는 물질이기 때문에 착화성이 거의 없다. 따라서 자동차의 연료는 순수물질보다 매연의 발생이 쉽기 때문에 흡입되는 공기의 양 및 상태를 개선해주어야 하는 문제점이 있다.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 자동차의 흡기계통에 흡입되는 공기를 고속와류의 흐름으로 바꾸어 흡입되도록 함으로써 자동차의 연료를 완전 연소시켜 연료의 효율을 증가시킴은 물론 환경 및 대기오염을 방지할 수 있는, 자동차 흡기의 고속와류장치에 대한 기술을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치를 설명하기 위한 자동차 흡기계통의 사시도.

도 2는 본 일실시예에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치가 부착된 자동차 흡기계통의 구조도.

도 3은 본 일실시예에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치를 나타낸 도면.

도 4는 본 일실시예에 따른 고속와류장치에서의 공기 흐름을 설명하기 위한 도면.

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

10 : 자동차 흡기계통 101 : 공기청정기

102 : 에어자바라 103 : 스로틀바디

104 : 흡기다기관 12 : 엔진

14 : 고속와류장치 141 : 중앙통로부

142 : 회전류편 143 : 외부고정링

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치는, 자동차 흡기계통의 공기흐름을 제어하기 위해 부착되는 장치에 있어서,

상기 자동차로 흡입된 공기의 일부를 통과시켜 직선류의 공기흐름을 생성시키며, 상기 장치를 지지한 상태로 통로를 형성하는 중앙통로부; 상기 자동차로 흡입된 공기의 일부를 통과시켜 회전류의 공기흐름을 생성시키며, 날개편의 형태로 상기 장치의 전면부에 대해 비스듬한 각도로 형성되는 다수의 회전류편; 및, 상기 흡기계통에 부착하기 위해, 상기 다수 회전류편의 둘레에 형성되는 외부공정링을 포함하며, 상기 생성된 직선류의 공기흐름 및 회전류의 공기흐름 각각에 의해 고속와류의 공기흐름을 형성한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치를 설명하기 위한 자동차 흡기계통(intake system)의 사시도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치가 장치된 자동차 흡기계통의 구조도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 자동차 흡기계통(intake system, 10)은, 크게 공기청정기(air cleaner, 101), 에어자바라(air connector horse, 102), 스로틀바디(throttle body, 103), 흡기다기관(intake manifold, 104)으로 크게 분류되며, 뒤의 엔진(engine, 12)에 연결된다. 그리고 도 2와 같이, 그리고 본 발명의 일실시예에 따른 고속와류장치(14)는 에어자바라(102)의 후단, 스로틀바디(103) 전단에 위치하고 있다.

도시한 바와 같이, 자동차에 흡입된 공기는 공기청정기(101)에서 깨끗하게 걸러짐으로서 자동차의 각종 장치에서 사용될 수 있는 상태가 된다. 일반적으로 가솔린 자동차의 경우 엔진을 운전하는 데는 1%정도의 가솔린에 대하여 평균적으로 약 10㎥(입방미터) 정도의 깨끗한 공기를 필요로 한다. 자동차에 입력된 공기중에는 많은 모래먼지와 이물질이 포함되어 있는데, 이러한 먼지와 이물질이 공기청정기(101)에서 걸러지게 된다.

흡입된 공기는 공기청정기(101)에서 걸러지고 그 양 또한 조절되어, 후단의 에어자바라(102)로 배출된다. 에어자바라(102)는 걸러진 공기가 이동하는 통로이다. 이후 흡입공기는 에어자바라(102)의 통로를 지나서, 에어자바라(102) 후단에 고정 설치되어 있는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차흡기의 고속와류장치(14)에 도달하게 된다.

도 3은 본 실시예에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치를 나타낸 것이고, 도 4는 본 실시예에 따른 고속와류장치에서의 공기 흐름을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 상부의 평면도와 같이, 본 실시예에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치(14)는 중앙통로부(141), 외부고정링(143)이 있으며, 이 사이에 회전류편(142)을 구비하고 있다.

도시한 바와 같이 중앙통로부(141)는 흡입공기의 중앙 흐름을 위한 통로가 되며 본 고속와류장치(14)의 힘을 지지할 수 있는 지지바들에 의해 균형적으로 구조화되도록 형성함이 바람직하다. 후술하겠지만 흡입공기의 일부는 이 중앙통로부(141)를 곧바로 통과하면서 직류의 흐름을 갖는 1차 흐름을 만든다. 본 실시예에서는 중앙통로부(141)가 원형으로 형성되어 있고 3개의 지지바들에 의해 비례적으로 균분된 3등분 상태로 구조화되어 있으나, 이러한 구조상태는 1차 흐름의 비율을 고려하고 힘의 균형적 지지가 가능한 상태로 다양하게 설계될 수 있다.

중앙통로부(141) 주위에 형성되어 있는 12개의 회전류편(142)은 하부의 사시도와 같이, 비스듬하게 형성되어 있다. 이 회전류편(142)에 의해 흡입된 공기의 일부는 회전류의 2차 흐름을 형성하게 된다. 후술하겠지만 여기서 형성되는 회전류의 2차 흐름과 전술한 직선류의 1차 흐름이 고속와류의 3차 흐름을 생성하게 된다.

외부고정링(143)은 본 고속와류장치(14)를 에어자바라(102)의 내부에 고정시키기 위한 것이다.

전술한 바와 같이, 공기청정기(101)에서 걸러진 공기는 에어자바라(102)로 전달되고, 이어 에어자바라(102) 내부의 후단에 설치된 본 고속와류장치(14)로 이동한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 고속와류장치(14)로 입력된 공기는 중앙통로부(141)로 통과되어 직선류의 1차 흐름과 회전류편(142)에 의한 회전류의 2차 흐름으로 변환된다. 이러한 1차 및 2차 흐름은 고속와류장치(14)의 후단에서 섞여 고속와류의 3차 흐름으로 변화된다. 이러한 고속와류의 3차 흐름은 최초 자동차로 흡입되는 공기의 입력 및 전달 효율을 높이게 된다. 이후 고속와류의 3차 흐름은 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 후단의 스로틀바디(103)로 전달된다.

스로틀바디(103)는 고속와류의 3차 흐름의 양을 제어하고 회전속도를 제어하기 위해 필요한 공기를 바이패스(bypass)시킨다. 스로틀바디(103) 후단의 흡기다기관(104)과 자동차의 한 구성부인 기화기(미도시)에서는 고속와류의 흐름을 갖는 3차 흐름의 공기와 자동차의 연료를 혼합하여 혼합기체를 만든다.

연료는 각각의 구성요소가 가지고 있는 물성에 따라 발화점과 연소상태가 달라진다. 일반적으로 종래 자동차의 엔진에서 연소되는 혼합기체는 [공기:연료]의 비율이 약 [15:1] 정도이다. 자동차에 있어서 불완전연소의 단점을 제거하기 위해서는 이러한 [공기:연료]의 비율에서 공기의 비율을 증가시켜 주어야 한다.

본 발명에서는 전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 따른 고속와류장치(14)가 흡입 정화된 공기를 고속의 와류흐름으로 바꾸어 고속으로 배출시키기 때문에 혼합기체상에서 연료와 접촉하는 공기의 비율이 증가하게 된다. 따라서 본 발명에서는 홉합기체에서 공기의 비율이 약 [20∼50:1]까지 증가되며, 전술한 바와 같이 이렇게 고속와류된 공기는 연료의 연소시 연료와 공기가 더 많이 접촉됨으로써 완전연소를 가능하게 한다.

본 고속와류장치(14)에서 중앙통로부(141)로 통과되는 직선류의 1차 흐름과 회전류편(142)에 의한 회전류의 2차공기 각각의 비율에 따라 3차 흐름의 와류상태가 달라진다. 따라서 자동차에 필요한 최적의 속도와 와류상태에 맞도록 중앙통로부(141)와 회전류편(143)에 대한 단면적의 비를 조정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 중앙통로부(141)와 회전류편(143)의 단면적을 각각 약 (7∼8):(3∼2)의 비율로 설정하였으며, 이러한 비율은 자동차의 특성 및 필요한 고속와류의 상태에 맞도록 다양하게 변화시켜 형성시킬 수 있다.

본 실시예에 따른 고속와류장치(14)가 장착된 자동차는 전술한 바와 같이 혼합기체의 공기비율이 증가되어 있기 때문에, 완전연소가 가능하게 하여 연소의 효율을 증가시키게 된다. 아울러 이러한 완전연소는 대기오염을 방지하고 잠재적인 에너지의 손실을 방지함으로써 연소의 효율을 증가시킨다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 흡기의 고속와류장치는 연료의 완전연소가 가능하도록 흡입된 공기를 고속의 와류흐름으로 바꾸어 준다. 아울러 본 발명의 고속와류장치는 전술한 본 발명의 기술개념을 바탕으로, 보다 많은 양의 공기를 저항없이 다량 흡입하고 연료와의 접촉을 증가시키기 위한 구조로 다양하게 실시될 수 있다.

본 발명은 자동차에 흡입되는 공기를 고속와류의 흐름으로 바꾸어 줌으로써, 엔진에 필요한 공기의 량을 증가시킴과 동시에 연료의 완전연소가 가능하도록 한다. 아울러 이러한 완전연소는 배출되는 매연 등을 감소시켜 대기오염을 방지하고 잠재적인 에너지 손실을 방지할 뿐만 아니라 연소의 효율을 높임으로써 자동차 각 기관을 보호하는 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 자동차 흡기계통의 공기흐름을 제어하기 위해 부착되는 장치에 있어서,

   상기 자동차로 흡입된 공기의 일부를 통과시켜 직선류의 공기흐름을 생성시키며, 상기 장치를 지지한 상태로 통로를 형성하는 중앙통로부;

   상기 자동차로 흡입된 공기의 일부를 통과시켜 회전류의 공기흐름을 생성시키며, 날개편의 형태로 상기 장치의 전면부에 대해 비스듬한 각도로 형성되는 다수의 회전류편; 및,

   상기 흡기계통에 부착하기 위해, 상기 다수 회전류편의 둘레에 형성되는 외부공정링을 포함하며,

   상기 생성된 직선류의 공기흐름 및 회전류의 공기흐름 각각에 의해 고속와류의 공기흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡기의 고속와류장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 장치는

   상기 자동차 흡기계통의 공기흐름의 통로인 자바라에 부착되는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡기의 고속와류장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 장치는

   상기 직선류의 공기흐름과 상기 회전류의 공기흐름이 (7∼8):(3∼2)의 비율로 형성되도록, 상기 중앙통로부와 상기 다수 회전류편의 면적을 조정하여 형성시키는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡기의 고속와류장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 회전류편은

   상기 형성되는 고속와류의 공기흐름이 상기 자동차의 특성을 최적화시키는 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는, 자동차 흡기의 고속와류장치.