KR20010101791A - 내연 기관용 흡기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연 기관용, 구체적으로는 직접 분사식 스파크 점화 내연 기관용 흡기 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 1개 이상의 실린더의 경계를 이루는 실린더 헤드(14)와, 매 실린더에 1개 이상의 공기 덕트(20)가 마련되어 있는 흡기관(10)과, 매 실린더에 대하여 실린더 헤드(14) 내에 배치되어 대응하는 실린더로 통하는 흡기구(24)를 가진 1개 이상의 흡기 포트(22)를 포함하며, 상기 흡기관(10)과 실린더 헤드(14)는 상기 흡기관(10)의 공기 덕트(20)가 상기 실린더 헤드(14)의 대응 흡기 포트(22)와 유체 연통 가능하게 결합되도록 실린더 헤드 플랜지(12)를 통해 서로 결합되며, 상기 흡기관(10)의 공기 덕트(20) 내에는 공기 덕트(20)의 횡단면적을 선택적으로 줄이는 플랩 밸브(32)가 배치되어 있다. 본 발명에 따르면, 상기 흡기 포트(22)를 실린더 헤드 플랜지(12)와 흡기구(24) 사이의 예정된 영역을 따라 분할하는 텀블 판(26)이 흡기 포트(22) 속에 배치되고, 상기 플랩 밸브(32)는 실린더 헤드 플랜지(12) 너머로 돌출 배치되고 공기 덕트(20)의 횡단면적을 줄이는 위치에서 텀블 판(26)에 접촉하는 구조로 되어 있다.

Description

내연 기관용 흡기 시스템{AIR INTAKE SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
독일 특허 출원 공고 제DE 38 36 550 C2호에는, 실린더 헤드에 배치된 2개의 흡기 포트가 매 실린더에 마련되어 있는 내연 기관용 흡기 포트 시스템이 개시되어 있다. 이 흡기 포트 시스템의 흡기관에는 플랩(flap)이 마련되어 있고, 이 플랩은 내연 기관의 작동 상태에 따라 2개의 흡기 포트 중 하나를 폐쇄한다. 그러나, 이 시스템은 실린더 헤드측 흡기 포트들의 구성, 구체적으로는 그 분할벽의 구성이 2개의 흡기 포트 중 하나를 적절하면서도 충분하게 폐쇄할 수 있도록 적은 공차로 플랩에 맞춰져야만 하고, 동시에 플랩 장치도 적은 공차로 조립되어야만 한다는 단점이 있다. 또한, 이 시스템에서는 단지 하나의 포트만이 충분하게 개방 및 폐쇄될 수 있다. 포트 내의 공기 흐름에 영향을 주는 것도 불가능하다. 이 외에도, 조립 공차로 인해 단지 플랩의 일부만이, 바람직하지 못한 경우 단지 플랩만이 흡기 포트를 충분하게 폐쇄하는 반면, 나머지 플랩은 여전히 틈새를 두고 개방되어 있는 바람직하지 않는 상태에 이르게 된다.
독일 특허 출원 공개 제DE 35 22 991 A1호에는 흡기 포트를 구비한 내연 기관이 개시되어 있으며, 여기에서는 흡기 포트의 직사각형 영역에 나선형 플랩이 설치되어 있으며, 전 부하 이외의 특정 운전 상황에서는 나선형 플랩이 기관의 실린더 내에서 나선 흐름을 발생시키는 방식으로 개방된다. 그러나, 이 장치는 각각의 나선형 플랩이 개별적으로 제어되어야만 하기 때문에 비용이 많이 든다. 전술한 변형 형태에 있어서는 공기 흐름 자체가 어느 정도까지 플랩을 누른다. 그러나, 이것은 공기 흐름이 일을 수행해야만 하며, 따라서 공기 흐름 자체를 위한 에너지가 상실된다고 하는 뚜렷한 단점이 있다.
본 발명은 내연 기관용, 구체적으로는 직접 분사식 스파크 점화 내연 기관용 흡기 시스템에 관한 것이며, 청구범위 제1항의 전제부에 따라, 1개 이상의 실린더의 경계를 이루는 실린더 헤드와, 매 실린더에 1개 이상의 공기 덕트가 마련되어 있는 흡기관과, 매 실린더에 대하여 실린더 헤드 내에 배치되어 대응하는 실린더로 통하는 흡기구를 가진 1개 이상의 흡기 포트를 포함하며, 상기 흡기관과 실린더 헤드는 상기 흡기관의 공기 덕트가 상기 실린더 헤드의 대응 흡기 포트와 유체 연통 가능하게 결합되도록 실린더 헤드 플랜지를 통해 서로 결합되며, 상기 흡기관의 공기 덕트 내에는 이 공기 덕트의 횡단면적을 선택적으로 줄이는 플랩 밸브가 배치되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 흡기 시스템의 원리를 나타내는 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 흡기 시스템의 바람직한 실시 형태의 단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 흡기 시스템의 흡기관 하부 구조의 저면도이며,
도 4는 도 3의 H-H 선을 따라 취한 단면도이며,
도 5는 도 3의 D-D 선을 따라 취한 단면도이며,
도 6은 도 4의 K-K 선을 따라 취한 단면도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 형태의 흡기 시스템을 제공하는 데에 있으며, 여기에서는 전술한 단점이 극복되고, 흡기 포트의 일부를 폐쇄함으로써 내연 기관의 연소실에서 부하 운동이 실행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 청구항 제1항에 기재된 특징부를 가진 전술한 형태의 흡기 시스템에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 구성은 종속 청구항에 기재되어 있다.
이를 위해, 본 발명에 따르면, 흡기 포트 내에는 실린더 헤드 플랜지와 흡기구 사이의 예정된 영역을 따라 흡기 포트를 분할하는 분할벽이 배치되고, 플랩 밸브는 실린더 헤드 플랜지 너머로 돌출 배치되며, 공기 덕트의 횡단면적을 줄이는 위치에서 분할벽에 접촉한다.
이는 흡기 포트를 충분하게 폐쇄하는 대신에, 공기 덕트와 추가적으로는 텀블 판을 포함하여 관련 흡기 포트는 그 횡단면적이 줄어들게 되어 일정한 수의 흡기 포트가 작동하는 경우에도 내연 기관의 연소실에서 부하 운동이 원하는 방식으로 실행될 수 있다는 장점이 있다.
흡기관의 벽 속에는 모든 실린더의 플랩 밸브와 결합되는, 구체적으로는 용접되는 플랩 밸브 축이 설치됨으로써 모든 플랩 밸브가 함께 작동될 수 있다.
조립 및 장착과 관련하여, 각각의 실린더에 연료 분사 장치가 설치됨으로써 간단하면서도 저렴한 연료 분사 시스템이 달성되며, 여기에서는 각각의 연료 분사 장치 뿐만 아니라, 이들 연료 분사 장치를 위한 모든 수용부와 결합되는 연료 포트를 적어도 부분적으로 수용하기 위해 흡기관 내에 각각의 수용부가 형성되어 있다.
각각의 플랩 밸브가 스프링 판으로서 형성됨으로써, 이 플랩 밸브는 분할벽에 접촉한 후에 모든 플랩 밸브가 각각의 분할벽에 접촉할 때까지 탄성 변형하며, 그 결과 복수 개의 실린더의 플랩 밸브와 관련한 각도 공차와 무관하게 모든 플랩 밸브가 항상 흡기 포트의 일부를 계속해서 기밀적으로 폐쇄한다.
공기 덕트 및 흡기 포트에서 플랩 밸브에 의한 공기 흐름의 방해는 공기 덕트와 흡기 포트 중 하나 이상의 벽 속에 오목부가 형성됨으로써 회피되며, 이때 상기 오목부는 공기 덕트 및 흡기 포트 내의 플랩 밸브가 충분하게 해제된 경우에 플랩 밸브를 적어도 부분적으로 수용한다.
공차 범위가 큰 분할벽의 일측면에 대한 우수한 밀봉은 플랩 밸브가 분할벽에 접촉하는 자유 단부에서 예정된 각도로 만곡됨으로써 달성된다.
본 발명에 대한 추가의 특징, 장점 및 유리한 구성은 종속 청구항 뿐만 아니라, 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명에 대한 이하의 설명으로부터 생긴다.
도 1에 따른 개략도로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 흡기 시스템은 실린더 헤드 플랜지(12)를 통해 실린더 헤드(14)에 플랜지 결합되어 있는 흡기관 또는 흡기관 하부 구조(10)를 포함한다. 이 실린더 헤드(14)는 도시 생략한 실린더의 연소실(16)의 경계를 이루고, 도시 생략한 점화 플러그용 수용부(18)를 구비한다. 흡기관 하부 구조(10)에는 실린더 헤드(14)의 흡기 포트(22)와 유체 연통 가능하게 결합하는 공기 덕트(20)가 형성되어 있다. 이 흡기 포트(22)는 흡기구(24)를 지나 대응하는 실린더의 연소실(16)로 통한다. 실린더 헤드(14)의 흡기 포트(22) 속에는 실린더 헤드 플랜지(12)와 흡기구(24) 사이의 예정된 길이를 따라 흡기 포트(22)를 2개의 채널(28, 30)로 분할하는 분할벽(26)이 배치되어 있다.
흡기관 하부 구조(10)에는 플랩 밸브(32)가 플랩 밸브 축(34)에 회전 가능하게 장착되어 플랩 밸브가 일점 쇄선으로 도시된 바와 같은 개방 상태 또는 실선으로 도시된 바와 같은 폐쇄 상태로 선택적으로 회동할 수 있다. 개방된 상태에서는, 소정 횡단면적의 공기 덕트(20) 및 흡기 포트(22)는 충분하게 해제되어 있기 때문에, 예컨대 흡기 시스템을 가진 내연 기관의 전부하 상태에서도 실린더의 최대의 부하가 보장된다. 이와 대조적으로, 내연 기관의 부분 부하 또는 공전시에는 플랩 밸브(32)는 폐쇄된 위치에 있게 되고, 이 위치에서 플랩 밸브는 그 자유 단부(36)에 의해 분할벽(26)에 접촉하여 일부 채널(30)을 폐쇄하게 된다. 이에 의해, 공기 턱트(20)의 유효 횡단면적과, 따라서 흡기 포트(22)의 유효 횡단면적이 줄어들며, 그 결과 흡기구에는 내연 기관의 부분적인 운전 및 공전 시에 실린더에서 충분한 부하 운동을 유발하는 예정된 유량이 공급된다.
플랩 밸브(32)는 실린더 헤드 플랜지(12)에서 흡기 포트(22) 쪽으로 돌출하고, 이 플랩 밸브의 자유 단부(36)가 쉽게 만곡되며, 따라서 플랩 밸브는 플랩 밸브 축(34)의 토크 하에서 플랩 밸브 축(34)과 결합된 복수 개의 실린더의 모든 플랩 밸브(32)가 분할벽에 접촉할 때까지 탄성 변형될 수가 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 구성은 플랩 밸브 축(34)에 대한 복수 개의 플랩 밸브(32)의 다양한 각도 위치와 관련한 조립 공차에 대하여 영향을 받지 않는다. 환언하면, 폐쇄 위치에서는 플랩 밸브 축(34)의 플랩 밸브(32) 모두는 분할벽(26)에서 공기 턱트(20) 또는 흡기 포트(22)의 일부 횡단면적을 기밀적으로 폐쇄하게 되는데, 그 이유는 플랩 밸브 축(34)이 마지막 플랩 밸브(32)가 분할벽에 접촉할 때까지 오랫동안 회전하기 때문이다.
흡기 포트(22)에서는 개방 상태에서 절곡된 단부(36)가 맞물리는 오목부(38)가 플랩 밸브(32)의 배치 영역에 형성되어 있다. 이러한 방식으로, 공기 흐름(40)에 대한 최소의 손실이 흡기 포트(22)에서 보장된다. 또한, 플랩 밸브 축(34)은 흡기관 하부 구조(10)의 벽 속으로 적어도 부분적으로 함몰되어 있으며, 그 결과 흡기 포트(22)에서 공기 흐름(40)은 최소한으로 영향을 받을 뿐이다.
도 2는 본 발명에 따라 구성된 흡기 시스템의 바람직한 실시 형태를 보여주며, 여기에서는 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호가 부여되어 있으며, 이들 구성 요소의 설명을 위해 전술한 도 1의 설명을 참조할 수 있다. 도 2에는 고온의 폐기 가스용 배기 포트(44)를 가진 배기구(42)와, 도시 생략한 연료 분사 밸브용 수용부(46)가 도시되어 있다. 각각의 실린더에는 개별 연료 분사 밸브가 마련되어 있고, 흡기관 하부 구조(10)에는 모든 연료 분사 밸브를 위한 공통의 연료 덕트(48)가 형성되어 있고, 이 연료 덕트는 연료 분사 밸브용 모든 수용부와 유체 연통 가능하게 결합한다. 따라서, 흡기관 하부 구조(10)는 연료 분사 및 흡기를위한 장치와 하나의 유닛으로 결합된다.
전술한 바와 같이, 그 밖에는 도시되지 않은 내연 기관의 각각의 실린더의 각각의 공기 덕트(20) 또는 흡기 포트(22)에는 플랩 밸브(32)가 마련되어 있으며, 이 플랩 밸브는 플랩 밸브 축(34)에 모두 공통적으로 결합되어 있다. 도 3 내지 도 6에는 4개의 실린더를 위한 흡기관 하부 구조(10)의 바람직한 실시 형태가 다양하게 도시되어 있으며, 즉 실린더 수에 상응하는 4개의 공기 덕트(20)가 마련되어 있다. 도 3에는 플랜지(12)가 도시되어 있으며, 이 플랜지에 의해 흡기관 하부 구조(10)가 실린더 헤드(14)와 결합된다. 도 4 내지 도 6에서는 플랩 밸브 축(34)을 위한 구멍(50)과 연료 덕트(48)가 마련되어 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 내연 기관, 특히 직접 분사식 스파크 점화 내연 기관용 흡기 시스템으로서, 1개 이상의 실린더의 경계를 이루는 실린더 헤드(14)와, 매 실린더에 1개 이상의 공기 덕트(20)가 마련되어 있는 흡기관(10)과, 매 실린더에 대하여 상기 실린더 헤드(14) 내에 배치되어 해당 실린더로 통하는 흡기구(24)를 가진 1개 이상의 흡기 포트(22)를 포함하며, 상기 흡기관(10)과 실린더 헤드(14)는 상기 흡기관(10)의 공기 덕트(20)가 상기 실린더 헤드(14)의 대응 흡기 포트(22)와 유체 연통 가능하게 결합되도록 실린더 헤드 플랜지(12)를 통해 서로 결합되며, 상기 흡기관(10)의 공기 덕트(20) 내에는 이 공기 덕트(20)의 횡단면적을 선택적으로 줄이는 플랩 밸브(32)가 배치되어 있는 내연 기관용 흡기 시스템에 있어서,
    상기 흡기 포트(22) 속에는 상기 실린더 헤드 플랜지(12)와 상기 흡기구(24) 사이의 예정된 영역을 따라 상기 흡기 포트(22)를 분할하는 분할벽(26)이 배치되고, 상기 플랩 밸브(32)는 상기 실린더 헤드 플랜지(12) 너머로 돌출 배치되고 상기 공기 덕트(20)의 횡단면적을 줄이는 위치에서 분할벽(26)에 접촉하도록 구성되어 있는 내연 기관용 흡기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡기관(10)의 벽 속에는 상기 모든 실린더의 플랩 밸브(32)가 결합되는, 특히 용접되는 플랩 밸브 축(34)이 마련되어 있는 것인 내연 기관용 흡기 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각각의 실린더에는 연료 분사 장치가 설치되며, 상기 흡기관(10)에는 상기 연료 분사 장치 각각을 적어도 부분적으로 수용하기 위한 각각의 수용부(46)와, 상기 연료 분사 장치용 모든 수용부(46)와 결합되는 연료 덕트(48)가 형성되어 있는 것인 내연 기관용 흡기 시스템.
  4. 선행항들 중 어느 하나에 있어서, 상기 각각의 플랩 밸브(32)는 스프링 판으로서 형성되는 것인 내연 기관용 흡기 시스템.
  5. 선행항들 중 어느 하나에 있어서, 상기 공기 덕트(20)와 상기 흡기 포트(22) 중 하나 이상의 벽 속에는 오목부(38)가 형성되어 있으며, 이 오목부(38)는 상기 공기 덕트(20)와 흡기 포트(22)가 충분하게 해제되어 있는 경우에 상기 플랩 밸브(32)를 적어도 부분적으로 수용하는 것인 내연 기관용 흡기 시스템.
  6. 선행항들 중 어느 하나에 있어서, 상기 플랩 밸브(32)는 상기 분할벽(26)에 접촉하는 자유 단부(36)에서 예정된 각도로 만곡되어 있는 것인 내연 기관용 흡기 시스템.
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