KR200298370Y1 - 자동차용 복합 흡기장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 4행정 내연기관을 이용하는 자동차의 와류엔진에 있어서 특히, 엔진으로 공급되는 공기 흡기량을 엔진이 요구하는 량으로 적절히 조절하여 엔진상태에 따른 충분한 량의 공기를 빠르게 공급하도록 하는 자동차용 복합 흡기장치에 관한 것이다.

자동차의 흡입공기의 유속, 유량, 가속거리를 확보하기 위하여 전면, 측면 및 후면주입방식으로 구성되나 이들은 각각의 특성을 가짐으로 저속, 중속, 고속에 각각의 장단점을 도출시켜 일률적인 효과를 얻을 수 없는 것이다.

본 고안에서는 전 R.P.M에 상응하는 유속과 유량을 확보하기 위해서 흡입 공기의 주입방법을 개선하여 전후측에서의 흡기로 저속, 중속, 고속에서 필요로 한 공기를 충분히 흡기하도록 함과,

흡기도관의 입구에 통과저항을 주어 빠른 유속을 얻을 수 있도록 와류장치를 구성하여 저항과 함께 회전운동으로 빠른 유속을 제공하여 자동차엔진에 충분한 필요량의 공기를 공급하도록 하려는 것이다.

Description

자동차용 복합 흡기장치{An inhalation apparatus for a car}

본 고안은 4행정 내연기관을 이용하는 자동차의 와류엔진에 있어서 특히, 엔진으로 공급되는 공기 흡기량을 엔진이 요구하는 량으로 적절히 조절하여 엔진상태에 따른 충분한 량의 공기를 빠르게 공급하도록 하는 자동차용 복합 흡기장치에 관한 것이다.

오늘날의 자동차는 문명의 이기로서 실생활에 보편화되어 있지만 그 성능 면에서 많은 문제점을 가지고 있다.

즉, 자동차의 4행정 내연기관은 구조자체가 현실이 요구하는 문제에 충족하지 못하고 있는 단점과 특히, 엔진에서 요구하는 공기를 적절히 조절하여 공급하지 못함으로서 엔진의 출력저하와 미연소로 인한 매연을 발생시키게 되고 매연은 지구의 환경을 크게 파괴함으로서 국내외 자동차업계에서 이를 개선하기 위하여 많은 연구를 하고 있는 실정이다.

자동차는 사용연료에 따른 구조상 디젤 엔진과 휘발유(L.P.G 포함) 엔진으로 대변할 수 있고 이들은 4행정 내연기관이지만 연소특성에 있어서, 디젤엔진은 혼합비 변화형이고 가솔린엔진은 압축비 변화형이다.

이러한 타입의 엔진은 연소특성은 다르지만 4행정 내연기관이라는 점과 혼합기의 균일도, 빠른 연소에 의한 순간적인 힘의 집중력을 달성해야만 그 효율성이 높아진다는 공통점을 가지고 있다.

구체적으로 언급하면 똑같은 구조로 제작된 두 차량이 운행방법에 따라 그 성능(에너지 효율성, 완전연소, 유해배출가스)이 달라지고 운행속도에 따라서도 에너지 효율성이 달라진다.

이때의 경제속도(중속 부근)를 중심으로 저속으로 이동하거나 고속으로 이동하면 에너지 효율성이 곡선을 그리면서 낮아지는 것이다.

이와 같이 에너지 효율성에 변화가 오는 원인은 4행정 엔진은 연소압력 즉, 에너지량(폭발력)이 중요한 것이 아니고 똑같은 에너지를 연소시킬 때 빨리 연소시켜서 순간적인 힘의 집중력을 이용하느냐와, 연소속도가 느려서 힘의 분산으로 자동차의 출력 성능이 달라지기 때문이다.

4행정 내연기관의 구조상 단점이란, 흡, 배기 밸브의 단속작용에 따라 흡입공기가 연소실로 진입할 때의 진입이 어렵고 흡, 배기의 교체가 불확실하며 저속과 고속에서의 유량 차이가 크기 때문에 고정된 흡기 유도관으로 전 R.P.M에 상응하는 유속과 유량을 공급할 수 없는 단점과, 또는 이에 상응하는 가속거리를 확보하는 기술적인 문제점이 있다.

이에 따라 전 R.P.M.에 상응하는 유속, 유량, 가속거리를 맞추는 궁극적인 목적으로서 흡기공기에 와류를 발생시켜 흡기도관의 통과를 원활하게 하고 연소실에서 홉합기의 균일도를 유지하고 연소시 연소속도를 빠르게 하여 순간적인 힘의 집중력을 달성하고 흡, 배기 교체를 원활하게 함으로서 4행정 엔진의 단점을 일거에 해결하는 흡기 와류(Turbulence)를 제공한 바 있다.

이러한 특성에 따라 자동차 제작사들의 제작에서는 흡기도관을 통과하는 공기의 유속을 빠르게 함으로서 흡입밸브를 통과할 때 발생되는 와류를 이용하려는 것이다.

이와 함께 본 고안자의 선출원과 다수의 고안자들에 의해 흡기도관에 공기 안내날개를 와선형으로 구성한 와류장치가 창출되어 차량에 장착되고 있으나, 상기 와류장치만으로는 소정의 효과를 창출하는 데에 문제점이 발생되고 있는 것이다.

이와 함께 다른 방법은 와류의 유속을 빠르게 하기 위해서 가속거리(흡기도관 전체길이)를 길게 하고 공기가 들어가는 주입구 방향을 차량이 진행할 때 맞바람을 받는 전면주입방식, 속도의 영향을 별로 받지 않는 측면주입방식, 차량의 진행속도와 반비례하여 유량이 감소하는(유속은 비례) 후면주입방식(특히 디젤차량)을 활용하고 있다.

이때에 전 R.P.M에 상응하는 흡입공기의 유속, 유량, 가속거리를 확보하는데 있어서 공기주입방법 즉, 전면주입방식, 측면주입방식, 후면주입방식(터보엔진에도 적용됨)의 중요성과 이들의 단점이 무엇인가를 보면, 전면주입방식의 경우 차량이 정지에서 출발할 때 저속, 중속, 고속운행시 맞바람을 이용하여 그 유량을 조절할 수 있으나, 유속과 유량을 동시에 조절하는데는 문제점이 있는 것이다.

선진 자동차 제작사의 설계를 보면 전면주입방식으로 저속과 고속상태에서 유량 균형을 잡는 것을 기본으로 하며, 유속 조정은 흡기도관 중간부분에 국부적인 통과 저항을 주고 저항부를 통과한 공기는 빠른 유속을 유지하도록 하였다.

상기 저항은 관의 단면적과 길이로 결정하는데, 이때의 문제점은 저항을 조절하기 위하여 관의 단면적과 길이를 설정하는데 있어서 저속과 고속의 균형을 잡기가 어렵다는 문제점을 가지고 있다.

즉, 단면적과 길이를 고정시켰을 경우 통과 저항이 너무 크면(관을 가늘고 길이를 길게) 저속에서 고속으로 이동할 때나 급가속시에 유량이 부족하게 되고 통과 저항을 너무 작게 하면(관의 단면적을 넓고 짧게 하면) 유속이 느려져서 저속, 중속 출력이 떨어진다는 문제가 발생된다.

이와 같이 유속, 유량, 가속거리 측면에서 볼 때 고속과 저속의 균형을 맞추기가 어렵기 때문에 이점이 전면주입방식의 단점이라고 할 수 있겠다.

전 R.P.M에서 유속, 유량, 가속거리 이 세 가지 요소가 정확하게 균형이 잡히는 R.P.M이 바로 경제속도인데 전면주입방식도 전 R.P.M에서 에너지 효율성을 균등하게 하지는 못한다.

그리고 후면주입방식은 강력한 와류를 요구하는 디젤엔진에 채용되는 예를 다수 볼 수 있다.

후면주입방식의 단점은 공기주입구가 차량의 뒤쪽을 향해 있기 때문에 차량 진행 속도가 빠를수록 공기는 스쳐지나가다 공기가 U턴해서 진입함으로서 유속은 증가하지만 유량이 감소하여 혼합비가 짙어지는 문제로 인한 매연이나 유해배출가스 등 환경오염을 발생시키는 문제와 함께 차량 운전환경(차가 무겁게 나감)면에서도 가장 큰 걸림돌이 되는 것이다.

또 다른 측면주입방식에서는 이 측면주입방식은 차량 진행방향에 직각으로 주입구가 위치하기 때문에 진행속도에 큰 영향을 받지 않는다.

이러한 특성 때문에 흡기유도관의 길이(가속거리)를 가늘고 길게 하면 중. 고속에서 유량부족으로 연료소모량이 증가하고 차가 무겁게 나가기 때문에 가속거리는 짧고 단면적은 넓게(가솔린엔진 경우) 설계된다.

따라서 유속이 너무 느려서(주입구에서 도로의 밸브까지의 거리) 엔진 소리가 산만하고 특히 L.P.G.용(고출력 D.O.H.C) 엔진에서 역화 현상의 주원인이 되는 것이다.

본 고안은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서 특히, 전 R.P.M에 상응하는 유속과 유량을 확보하기 위해서 흡입 공기의 주입방법으로 전후면에 흡기부를 구성시켜 전면, 후면주입에서의 특징적 효과를 함께 얻을 수 있도록 함과,

또 한편 유속 즉, 공기는 가볍기 때문에 흡입공기에 가속도를 부여하는 빠른 유속을 도출하는 방법으로 가속거리를 길게 하는 것보다는 저항효과 즉, 흡기도관의 주입구 부근에 국부적으로 통과저항을 받게 하여 일단 저항부를 통과한 공기의 유속을 빠르게 해야 되는데 이 저항은 관의 단면적과 길이로 결정하는 기존 방법보다는 와류장치를 이용하는 것이 효율성이 배가 되는 효과를 이용한 와류장치와,

상기 와류장치는 날개를 가변시킬 수 있도록 하여 통과저항을 조절할 수 있고 일단 통과한 공기의 유량은 와류장치의 구성전 보다 감소하지만 굴절부분이나 좁은 공간을 통과하는데는 직선운동보다 원운동이 훨씬 유리하기 때문에 저항의 와류장치를 이용하면 가속거리를 반 이상 단축시켜도 그 효과를 향상시킬 수 있도록 함을 목적으로 한 고안이다.

도 1은 본 고안의 전체구성설명도.

도 2는 와류장치의 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10; 흡기도관 20; 에어클리너 30; 흡기관

31; 전면흡기공 31a; 후면흡기공 32; 절곡흡기관

40,40a,40b; 와류장치 41; 날개 E; 엔진

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 4행정 엔진의 성능향상을 위한 와류엔진을 첨부도면에 의해 그 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 전체구성설명도이며 도 2는 와류장치의 사시도를 도시한 것이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 엔진(E)으로 에어를 공급하는 흡기도관(10)에 에어클리너(20)를 형성하고 에어클리너(20)의 전면 또는 후면을 선택하여 외부공기를 흡입하는 흡기관을 구성하는 통상의 에어 흡기구성에 있어서,

본 고안은 상기 에어클리너(20)에 구성된 흡기관(30)이 전면 방향으로 형성되는 전면흡기공(31)과, 상기 흡기관(30)에 연결된 절곡흡기관(32)을 구성하여 그흡기공이 후면 방향으로 구성되는 후면흡기공(31a)을 형성한다.

상기 전,후면흡기공(31)(31a)에는 흡입 공기의 저항과 와류를 발생하도록 안내 날개(41)를 구성한 통상의 와류장치(40)(40a)를 각각 체결하여서 되는 것이다.

또한 흡기도관(10)에는 제3의 와류장치(40b)를 체결시켜 흡기에 의한 공급공기에 와류현상을 증대하도록 하는 구성이며 상기 절곡흡기관(32)는 후면 또는 측면방향의 측면흡기공으로 구성될 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 고안을 첨부도면에 의해 그 작용효과를 보다 상세히 설명한다.

본 고안은 도 1에서 도시된 바와 같이 자동차를 운행하면 자동차의 전면으로 형성된 전면흡기공(31)으로 흡입공기가 흡기되어 엔진(E)으로 공급되며 이때 흡기되는 공기는 와류장치(40)에 의한 저항과 함께 안내 날개(41)에 의한 안내로 흡기공기의 와류를 발생하고 진입되는 공기는 통과 저항으로 흡기량을 조절하게 된다.

그리고 일단 통과한 공기를 상기 와류장치(40)의 날개(41)에 의하여 회전되는 와류에 의해 빠르게 연소실로의 진입을 하게 되면서 고속에서 필요의 공기량을 확보하게 되는 것이다.

이와 함께 후면흡기공(31a)은 정지, 저속, 중속에서 공기주입이 비교적 원활하지만 고속으로 갈수록 빠른 속도에서 U턴 진입이 어렵기 때문에 공기량이 감소된다.

이때에도 후면흡기공(31a)에 와류장치(40a)가 구성됨으로서 공기의 통과저항을 조절하고 통과이후의 공기흐름을 원활히 한다.

이상에서 흡기되는 공기는 에어클리너(20)를 통과하여 흡기도관(10)에 구성되는 제 3와류장치(40b)에 의하여 와류 발생을 증대하게 됨으로 빠른 유속을 얻게 된다.

이때에 상기 와류장치는 인네트(innet)와 에어클리너 사이에 그 길이에 따라 1~2개를 구성시킬 수 있다.

이상과 같은 본 고안은 차량이 출발할 때와, 정지해 있을 때, 또 정지상태에서 가속시킬 때의 흡입공기의 주 흡기부인 전면흡기공(31)에 진입하는 공기량을 조절하는 와류장치(40)로 유량은 고속 R.P.M에서 부족하게 설정되며,

후면흡기공(31a)은 정지 상태나 저속에서 전면흡기공(31)으로 유입되는 공기량의 부족분을 보충해 줄 수 있도록 함과 함께 와류장치(40a)로서 흡기량을 조절하며 또한 가속거리를 조절하기 위하여 흡기관(30)과 절곡흡기관(32)의 길이를 조절할 수 있도록 하였다.

이와 같이 본 고안은 전면과 후면에 각각의 흡기공을 형성함으로서 자동차의 정지, 출발의 저속에서는 후면주입방식인 후면흡기공(31a)이 주 흡기로 적정량의 공기흡기와 와류장치에 의한 저항을 받은 빠른 유속과 전면흡기공의 와류장치를 거친 빠른 유속의 공기가 제 3와류장치에 의해 회전되어 연소실로의 진입이 원활하도록 한다.

차량이 고속으로 진행하게 되면 후면흡기공의 유량은 U턴주입과 와류장치의 통과저항으로 감소되는 반면에 전면흡기공의 유속과 유량은 맞바람의 영향으로 증가하여 차량속도에 맞는 유량과 유속을 확보할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 고안은 힘을 요구하는 조건에서는 유속에 치중하고 속도를 요구하는 조건에서는 유량공급에 비중을 두어 힘과 속도의 균형을 잡아주는 와류엔진을 제공하게 되는 것이다.

또한 흡입공기의 주입구를 전, 후면주입방식으로 이원화하고 그 길이를 차등화하며 흡기유도관을 통과하는 공기를 초기부터 회전운동으로 바꾸면 흡기도관의 길이를 길게 할 필요가 없으며 차량운행 환경에 맞는 유속과 유량에 의해서 와류를 확보하여 전 R.P.M에서 균등한 에너지 효율성을 도출할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이 본 고안은 엔진(E)으로 에어를 공급하는 흡기도관(10)에 에어클리너(20)를 형성하고 에어클리너(20)의 전면으로 형성되는 흡기관(30)의 전면흡기공(31)과, 함께 절곡흡기관(32)으로 후면흡기공(31a)을 함께 형성시켜 전후면에서 공기를 흡기하도록 함으로서 차량이 고속과 저속에 따른 필요한 공기량과 유속을 조절하여 공급할 수 있는 특징으로 안정성 및 고출력을 얻을 수 있고 상기 흡기공에 와류장치를 결합시켜 와류에 의한 유속을 증대하는 특징을 발휘하여 차량의 연료 절감효과와 함께 그 구성이 간단하여 제조가 용이하고 고장이 없는 유용한 고안이다.

Claims (4)

1. 엔진(E)으로 에어를 공급하는 흡기도관(10)에 에어클리너(20)를 형성하고 에어클리너(20)의 전면 또는 후면을 선택하여 외부공기를 흡입하는 흡기관(30)을 구성하는 통상의 에어 흡기구성에 있어서,

   상기 에어클리너(20)에 구성된 흡기관(30)이 전면방향으로 형성되는 전면흡기공(31)과, 상기 흡기관(30)에 연결된 절곡흡기관(32)을 구성하여 그 흡기공이 후면방향으로 구성되는 후면흡기공(31a)으로 구성되는 흡기관을 특징으로 하는 자동차용 복합 흡기장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전, 후면흡기공(31)(31a)에 흡입 공기의 와류를 발생하도록 안내하는 날개(41)를 구성한 와류장치(40)(40a)를 체결구성함을 특징으로 하는 자동차용 복합 흡기장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 흡기관에 측면흡기관을 구성하여서 됨을 특징으로 하는 자동차용 복합 흡기장치.
4. 상기 흡기도관(10)에는 제 3 와류장치(40b)를 체결구성함을 특징으로 하는자동차용 복합 흡기장치.