KR200266578Y1 - 연료와 공기의 혼합효과를 위한 자동차용 에어 스월링 유닛 - Google Patents

Abstract

본 고안에 따른 에어 스월링 유닛은 자동차의 공기 클리너와 흡기 매니폴드 사이의 공기 흡입관 내부에 고정되도록 원통형의 구조를 갖고 그 내부벽에는 복수개의 외부날개(2)가 축 방향으로 나선형상으로 형성되고 복수개의 지지대(8)를 구비하는 하우징(1), 상기 하우징에 대하여 상대적으로 회전할 수 있는 고정 축(5), 상기 하우징의 내부에서 상기 고정 축과 일체로 결합되고, 복수개의 내부날개(4)가 형성된 중앙회전체(3), 상기 고정 축(5)을 상기 하우징으로부터 원활히 회전시키기 위한 베어링(8) 및 상기 하우징과 상기 고정 축을 결합하는 고정부재(6)로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 아울러 상기 외부회전체의 외부날개는 각각의 시작점과 종점이 상기 고정 축 방향을 기준으로 서로 이격된 나선형상으로 형성됨으로써 자동차의 실린더에 공급되는 공기와 연료가 더욱 잘 혼합되게 한다.

Description

연료와 공기의 혼합효과를 위한 자동차용 에어 스월링 유닛{Air Swirling Unit for Mixing Effect of Fuel and Air in Automobiles}

고안의 분야

본 고안은 자동차에서 공기와 연료를 잘 혼합하기 위하여 엔진 속으로 유입되는 공기를 스월링(swirling)하는 에어 스월링 유닛에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 고안은 자동차의 공기 청정기(air cleaner)와 흡기 매니폴드(Intake Manifold) 사이의 공기 흡입관(Air Intake House) 내부에 설치되는 것으로서 공기 청정기를 나온 공기가 흡기 매니폴드로 유입되기 전에 공기가 스월링되도록 함으로써 공기와 연료의 혼합을 원활하게 하고 고밀도의 공기를 공급하고 이를 통하여 연료의 연소효율을 상승시키기 위한 에어 스월링 유닛에 관한 것이다.

고안의 배경

자동차는 연료를 연소시킨 에너지에 의하여 구동된다. 자동차의 연소율을 증가시켜 연료를 절감하고, 연비를 향상시키며 나아가 매연을 감소시키고자 하는 노력은 자동차가 개발된 이래로 오늘날까지 지속되고 있다. 이러한 목적을 위하여 가장 중요하고 기본적인 문제는 연료가 엔진 내에서 연소하기 전에 연료와 공기가 잘 혼합되어야 한다는 점이다. 잘 혼합된 연료와 공기가 엔진의 실린더 내부로 유입되면 내연기관의 4사이클 과정의 하나인 폭발과정에서 그 만큼 연소율은 향상된다.

공기는 통상 공기 클리너를 통하여 공기내에 함유되었던 이물질이나 불순물을 여과하고, 여과된 공기와 연료가 매니폴드(manifold)에서 혼합된다. 연료는 분사기에 의하여 액체상태에서 기체상태로 변하여 공기와 혼합된 후 엔진의 실린더 내부로 유입된다. 이때 연료와 혼합되는 공기를 스월링시켜 주면 연료는 공기와 보다 양호하게 혼합되어 연소율을 증가시킨다.

엔진의 연소율을 높이기 위해서는 매니폴드 즉 엔진의 실린더 내부로 공기가 유입되기 전에 스월링을 시켜주는 것이 가장 바람직하다.

우리나라 특허 제1992-010868호에는 공기 클리너와 매니폴드 사이의 공기 흡입관 내부에 장착되는 자동차용 에어 스월링 유닛을 개시하고 있다. 본 고안자들은 상기 특허의 에어 스월링 유닛보다도 스월링 효과를 더 높일 수 있고 아울러 별도의 유입되는 공기의 밀도를 별도의 동력이 없이 높일 수 있는 본 고안에 따른 에어 스월링 유닛을 개발하기에 이른 것이다.

본 고안의 목적은 연료와 공기가 잘 혼합하도록 스월링 효과를 나타내는 자동차용 에어 스월링 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 다른 목적은 실린더에 고밀도의 공기를 별도의 동력원이 없이 공급할 수 있는 자동차용 에어 스월링 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 공기를 스월링시킴으로써 연료의 연소율을 높이고 나아가 매연을 감소시키는 자동차용 에어 스월링 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 자동차의 공기 클리너와 흡기 매니폴드 사이의 공기흡입관 내부에 간편하게 장착되는 자동차용 에어 스월링 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 또 다른 목적은 자동차의 공기 클리너와 매니폴드 사이의 공기흡입관 내부에 거의 반영구적으로 사용할 수 있도록 설치되는 자동차용 에어 스월링 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 고안의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 고안에 의하여 모두 달성될 수 있다.

제1도는 본 고안에 따른 자동차용 에어 스월링 유닛의 한 구체예에 대한 사시도이다.

제2(A)도는 제1도의 자동차용 에어 스월링 유닛의 정면도이고, 제2(B)도는 그 단면도이고, 그리고 제2(C)도는 그 배면도이다.

제3도는 제1도의 자동차용 에어 스월링 유닛이 조립되는 상태를 도시한 조립도이다.

제4(A)도는 제1도의 자동차의 에어 스월링 유닛의 중앙회전체의 정면도이고, 제4(B)도는 그 단면도이다.

제5도는 제1도에 있어서 하우징을 A-A'선을 따라 절단하여 전개한 전개도이다.

제6도는 제1도의 자동차의 에어 스월링 유닛의 고정 축과 고정 링의 구성도이다.

제7(A)도는 제1도의 자동차의 에어 스월링 유닛에 있어서 하우징 지지대가 4개로 형성되는 하우징의 정면도이고, 제7(B)도는 하우징 지지대가 3개로 형성되는하우징의 정면도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *

1 : 하우징(housing) 2 : 외부날개(Outer Vane)

3 : 중앙회전체(Inner Rotor) 4 : 내부날개(Inner Vane)

5 : 고정 축(Fast Shaft) 6 : 고정 부재

7 : 외측 베어링 8 : 하우징 지지대

9 : 고정 링 201 : 외부날개 시작점

202 : 외부날개 종점

고안의 요약

본 고안에 따른 자동차용 에어 스월링 유닛은 자동차의 공기 클리너와 흡기 매니폴드 사이의 공기 흡입관 내부에 고정되도록 원통형의 구조를 갖고 그 내부벽에는 복수개의 외부날개가 축 방향으로 나선형상으로 형성되고 복수개의 지지대와 고정 축이 형성되는 하우징, 상기 하우징의 내부에 회전할 수 있도록 지지되고 복수개의 내부날개가 형성된 중앙회전체, 상기 중앙회전체를 원활히 회전시키기 위한 베어링, 및 고정부재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 고안의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

고안의 상세한 설명

제1도는 본 고안에 따른 자동차용 에어 스월링 유닛의 한 구체예에 대한 사시도이다. 제2(A)도는 제1도의 자동차용 에어 스월링 유닛의 정면도이고, 제2(B)도는 그 단면도이고, 그리고 제2(C)도는 그 배면도이다. 본 고안에 따른 자동차용 에어 스월링 유닛(이하에서는 '유닛'이라 함)의 하우징(1)은 복수개의 지지대(12)로서 기본적인 형태를 유지하며, 그 중앙부에는 고정 축(5)이 형성된다.

상기 하우징(1)은 빠른 유속과 고온·고압에 견디어야 하기 때문에 일반적으로 주물, 철재, 또는 스테인레스 강으로 제작되는 것이 바람직하다. 또한 하우징은 자동차의 공기 클리너와 흡기 매니폴드 사이의 공기 흡입관 내부에 삽입되어 고정되어야 하기 때문에 원통형의 구조를 갖는다. 본 고안에 따른 유닛에 있어서 하우징(1)의 내부벽에는 복수개의 외부날개(11)가 축 방향으로 비스듬히 나선형상으로형성된다. 이는 하기에서 설명할 중앙회전체(3)가 회전할 때 내부날개(31)에 의하여 발생하는 스월링 효과를 배가하는 역할을 하기 위한 것이다.

제1도의 유닛이 조립되는 상태를 도시한 조립도인 제3도를 참조하면, 상기 고정 축(5)은 상기 하우징(1)에 대하여 상대적으로 회전할 수 있도록 적어도 하나의 베어링(7)과 함께 하우징에 결합한다. 상기 하우징에는 상기 베어링(7)을 수용할 수 있는 홈(도시되지 않음)이 형성될 수 있다. 중앙회전체(3)는 상기 고정 축과 함께 회전할 수 있도록 상기 고정 축(5)에 일체로 결합된다. 그리고 마지막으로 고정부재(6)가 조립되어 상기 중앙회전체를 하우징(1)에서 이탈되지 않도록 한다.

제4(A)도는 제1도의 유닛의 중앙회전체의 정면도이고, 제4(B)도는 그 단면도이다. 상기 중앙회전체(3)에는 복수개의 내부날개(4)가 형성되어 있어 이를 통하여 공기가 통과할 때 바람개비가 회전하듯이 회전하게 된다. 이를 위하여 상기 내부날개(4)는 축 방향을 기준으로 틀어져서 나선형상으로 형성되고 이를 따라 공기가 지나가면 바람개비가 회전하듯이 회전하게 된다. 이때 내부날개(31)의 회전에 의하여 공기를 스월링하는 효과를 발생시키며, 상기 하우징(1)의 내부에 고정된 복수개의 외부날개(2)에 의하여 스월링 효과는 더욱 더 증진된다.

내부날개(4)는 별도의 동력없이 이를 통과하는 공기에 의하여 잘 회전되어야 하고 그럼으로써 양호한 스월링 효과를 나타내어야 하기 때문에 축 방향을 따라 비스듬히 나선형으로 형성된다. 본 도면은 또한 본 도에서는 중앙회전체(3)의 내부날개(31)가 5개로 도시되어 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 중앙회전체와 고정부재는 고속 회전과 고온고압에 견디어야 하기 때문에 일반적으로 고강도 플라스틱 소재, 듀랄루민, 티타늄 등과 같은 가볍고 단단한 소재로 제작되는 것이 바람직하다.

제6도는 제1도에 있어서 하우징을 A-A'선을 따라 절단하여 전개한 전개도이다. 본 그림은 하우징(1)의 내부벽에 외부날개(2)가 형성되는 상태를 설명하기 위한 것으로서 제1도의 하우징을 A-A'선을 따라 절단하고 펼친 것을 정면에서 바라본 것이다. 외부날개(2) 각각의 날개는 길쭉한 직사각형의 모양으로서 내부벽에 부착시킨 것으로 본 그림에서는 선으로 도시된다. 각각의 날개는 그 시작점(201)과 종점(202)이 고정 축(5)을 기준으로 서로 어긋나도록 형성됨에 따라 상기 절단선 A-A'을 다시 접합하면 외부날개(4)는 전체적으로 나선형상이 된다.

상기 각각의 외부날개는 고정 축(5)을 기준으로 어긋난 직선의 형태만이 아니라 라운드(round) 형상으로 어긋나도록 하여 나선형상이 더욱 뚜렷하게 할 수도 있다. 상기 하우징의 외부날개가 중앙회전체(3)의 내부날개(31)와 동일한 방향으로 휘어진 형태로 구현한 경우는 중앙회전체(3)에 의하여 흡입되는 공기를 스월링시키는 효과에 더하여 그 흐름을 더욱 가속화하여 실린더에 공급되는 공기의 밀도를 높일 수 있다. 이와는 반대로 상기 외부날개(2)가 중앙회전체(3)의 내부날개(4)와 반대방향으로 휘어지도록 구현하면 중앙회전체(3)에 의하여 스월링된 공기를 더욱 산포시키는 효과를 갖는다.

제6도는 제1도의 유닛의 고정 축과 고정 링의 구성도이다. 본 고안에 있어서 유닛의 고정 축(5)은 하우징(1)에 대하여 상대적으로 회전함으로써 중앙회전체(3)를 회전시키는 것으로서 이는 상기 고정 축의 주위로 형성된 베어링(7)을 구현된다. 고정 링(9)은 상기 베어링(7)을 고정 축에서의 이동을 방지하기 위한 것으로서 고정 축에 삽입된 베어링을 고정시키도록 장착된다.

제7(A)도는 제1도의 자동차의 에어 스월링 유닛에 있어서 하우징 지지대가 4개로 형성되는 하우징의 정면도이고, 제7(B)도는 하우징 지지대가 3개로 형성되는 하우징의 정면도이다. 본 고안에 따른 유닛의 기본적인 형태를 유지하는 하우징을 회전축의 역할을 하는 고정 축에 연결하여 지지하는 하우징 지지대(8)는 그 필요에 따라 3개 또는 4개와 같이 적당한 개수로 형성될 수 있다.

본 고안에 따른 자동차용 에어 스월링 유닛은 자동차의 공기 클리너와 흡기 매니폴드(또는 트로틀 바디) 사이에 위치하는 공기 흡입관 내부에 설치된다. 에어 스월링 유닛의 외부 직경을 공기 흡입관의 내경과 거의 일치시킴으로써, 에어 스월링 유닛이 공기 흡입관 내부에 견고하게 고정되도록 한다. 바람직하게는 본 고안에 따른 에어 스월링 유닛을 공기 흡입관 내부에 삽입시킨 후, 상기 공기 흡입관 외부에서 밴드를 이용하여 보다 견고하게 고정시킬 수 있다.

본 고안에 따른 자동차용 에어 스월링 유닛은 연료와 공기가 잘 혼합하도록 공기를 효과적으로 스월링함으로써 공기의 공급을 원활히 하고 연소율을 높이며, 나아가 매연을 감소시킬 뿐 만 아니라 아울러 자동차의 공기 클리너와 매니폴드 사이의 공기 흡입관 내부에 간편하게 장착되면서도 거의 반영구적으로 사용할 수 있는 자동차용 에어 스월링 유닛을 제공하는 효과를 갖는다.

본 고안의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 고안의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (4)

1. 자동차의 공기 클리너와 흡기 매니폴드 사이의 공기 흡입관 내부에 고정되도록 원통형의 구조를 갖고 그 내부벽에는 복수개의 외부날개(2)가 축 방향으로 나선형상으로 형성되고 복수개의 지지대(8)를 구비하는 하우징(1);

   상기 하우징에 대하여 상대적으로 회전할 수 있는 고정 축(5);

   상기 하우징의 내부에서 상기 고정 축과 일체로 결합되고, 복수개의 내부날개(4)가 형성된 중앙회전체(3);

   상기 고정 축(5)을 상기 하우징으로부터 원활히 회전시키기 위한 베어링(8); 및

   상기 하우징과 상기 고정 축을 결합하는 고정부재(6);

   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어 스월링 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징(1)의 외부날개(2)는 각각의 시작점(201)과 종점(202)이 상기 고정 축 방향을 기준으로 서로 어긋나는 형태이고, 축 방향으로 나선형상으로 형성되고, 상기 중앙회전체(3)의 내부날개(4)와 반대방향으로 휘어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어 스월링 유닛.
3. 제1항에 있어서, 상기 하우징(1) 외부날개(2)는 각각의 시작점(201)과 종점(202)이 상기 고정 축 방향을 기준으로 서로 어긋나는 형태이고, 축 방향으로 나선형상으로 형성되고, 상기 중앙회전체(3)의 내부날개(4)와 같은 방향으로 휘어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어 스월링 유닛.
4. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 4개의 지지대가 등분되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어 스월링 유닛.