KR20040040918A - 엔진의 텀블 흡기포트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡기포트에 스푼형 둔턱을 추가한 형상만으로 텀블을 크게 증대되도록 함으로써, 밸브의 설치 등과 같은 부수적인 원가상승의 요인을 배제하면서도 엔진의 품질 편차를 극소화하고, 텀블의 증가로 연소 속도의 증가 및 노킹상쇄효과 등을 발생시켜 유동저항에 의한 엔진성능 저하를 상쇄하고도 남을 수 있도록 함으로써 고속 전개성능의 저하를 방지하면서 저/중속 전개성능을 증대할 수 있도록 한다.

Description

엔진의 텀블 흡기포트{tumble intake air port of an engine}

본 발명은 엔진의 흡기포트의 형상에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기포트의 형상 자체만으로 엔진의 연소실로 흡입되는 공기에 텀블을 발생시켜 엔진의 연소성능을 향상시킬 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 연소성능을 향상시키기 위해 발생시키는 텀블(TUMBLE)의 발생 메커니즘을 보면 크게 흡기포트의 형상 자체만으로 텀블을 발생시키는 것과, 흡기포트 외부에 텀블 발생 기구를 두어 텀블을 발생시키는 방법으로 나눌 수 있다.

도 1에는 종래에 흡기포트의 형상에서 텀블을 발생시키는 메커니즘이 설명되어 있는바, 도시된 바와 같은 텀블각을 두어 텀블을 발생시키는 바, 텀블각이 커질수록 텀블의 양이 커지도록 되어 있으며, 흡기포트의 출구측 하면을 높고 예리하게 깍아 그 정도에 따라 텀블의 양이 증가되도록 하였다.

그런데, 이 방법은 상기한 바와 같은 텀블각의 변화와 흡기포트 출구측 하면의 형상 변화가 흡입공기의 유동저항을 발생시켜 고속 전개성능을 심각하게 저해시키는 요인으로 작용하는 문제점이 있으며, 특히, 상기 흡기포트 출구측 하면의 예리한 형상은 양산시 그 형상의 변동폭이 제품마다 심하게 발생되어 엔진의 품질편차가 심하게 발생되는 문제점이 있다.

도 2에는 종래 기술에 의해 텀블 발생 기구가 적용된 엔진이 도시되어 있는바, 필요시에 흡기포트 입구측의 일부를 밸브(100)로 막아 텀블을 증대시키도록 하는 것이다.

이러한 방법의 경우에도 상기 밸브에 의해 발생되는 유동저항은 스로틀밸브가 전개된 엔진의 전개 운전시에 고속 전개성능을 저하시키는 원인으로 작용하며, 이러한 밸브 및 그 구동장치에 의해 원가가 크게 상승되는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 흡기포트의 형상만으로 텀블을 형성함으로써 부수적인 원가상승의 요인을 배제하면서도 엔진의 품질 편차를 극소화하고, 텀블의 증가로 연소 속도의 증가 및 노킹상쇄효과 등을 발생시켜 유동저항에 의한 엔진성능 저하를 상쇄하고도 남을 수 있도록 함으로써 고속 전개성능의 저하를 방지하면서 저/중속 전개성능을 증대할 수 있도록 한 엔진의 텀블 흡기포트를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 엔진 텀블 형성을 위한 흡기포트 구조를 설명한 도면,

도 2는 종래 기술에 따라 텀블 형성을 위한 밸브가 설치된 엔진의 단면도,

도 3은 본 발명과 대비되는 종래의 흡기포트 형상을 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 엔진의 텀블 흡기포트를 도시한 측면도,

도 5는 도 4의 우측면도,

도 6은 도 4의 평면도,

도 7은 종래의 흡기포트와 본 발명에 의한 흡기포트의 흡기유동을 비교하여 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 본 발명의 흡기포트3; 시트부

5; 스푼형 둔턱120; 종래의 흡기포트

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 텀블 흡기포트는 흡기포트의 시트부에 인접한 흡기포트의 상측에 스푼형 둔턱이 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 엔진의 텀블 흡기포트를 다양한 각도에서 도시한 것이며, 참고로 도 3은 본 발명의 흡기포트 형상과 대비되는 종래의 흡기포트 형상을 도시한 것이며, 도 3 내지 도 6은 실제 엔진에서는 공간으로 형성되는 부분을 알아보기 쉽게 입체적으로 표현한 것이다.

즉, 도 3에 도시된 흡기포트의 형상과 도 4에 도시된 흡기포트의 형상을 비교하여 보면, 흡기밸브의 시트부를 이루는 흡기포트(1)의 시트부(3)에 인접한 위치에 흡기포트 상측으로 스푼형으로 흡기포트 내측으로 돌출된 둔턱이 형성된 점이 다르다.

상기 스푼형 둔턱(5)의 구체적인 형상을 살펴보면, 상기 스푼형 둔턱(5)의 전체 길이(L)는 전체 흡기포트 길이의 10%에서 20% 범위의 길이로 형성되며, 상기 스푼형 둔턱의 상측 끝단(A)으로부터 흡기포트의 외곽선을 따라 스푼형 둔턱(5)의 최대 돌출부(B)에 이르는 직선길이(L2)는 상기 스푼형 둔턱의 전체 길이(L)의 25%에서 35% 범위의 길이로 형성되고, 상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부(B)는 그 돌출량(D)이 상기 스푼형 둔턱(5)의 최대 돌출부위에서의 스푼형 둔턱의 폭(W)에 대하여 15%에서 25%의 범위로 형성된다.

여기서, 바람직하게는 상기 스푼형 둔턱(5)의 전체 길이(L)는 전체 흡기포트 길이의 15%의 길이로 형성하며, 상기 스푼형 둔턱(5)의 상측 끝단(A)으로부터 흡기포트(1)의 외곽선을 따라 스푼형 둔턱(5)의 최대 돌출부(B)에 이르는 직선길이(L2)는 상기 스푼형 둔턱(5)의 전체 길이(L)의 30%의 길이로 형성하고, 상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부(B)는 그 돌출량(D)이 상기 스푼형 둔턱(5)의 최대 돌출부위에서의 스푼형 둔턱의 폭(W)에 대하여 20%의 범위로 한다.

한편, 상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부(B)의 폭(W2)은 상기 스푼형 둔턱(5)의 최대 돌출부위에서의 스푼형 둔턱의 폭(W)에 대하여 85%에서 95% 범위의 크기이고, 밸브의 중심선(C)이 포함된 연직면에 대한 스푼형 둔턱(5)의 중심선(C2) 각도(T)는 15도에서 25도의 범위로 형성된다.

바람직하게는, 상기 스푼형 둔턱(5)의 최대 돌출부(B)의 폭(W2)은 상기 스푼형 둔턱(5)의 최대 돌출부위에서의 스푼형 둔턱의 폭(2)에 대하여 90% 의 크기로 형성하고, 밸브의 중심선(C)이 포함된 연직면에 대한 스푼형 둔턱(5)의 중심선(C2) 각도(T)는 20도로 형성한다.

상기와 같이 형성되는 스푼형 둔턱(5)은 종래의 흡기포트 출구부 하측에서 별도의 공구에 의해 예리한 형상이 가공되었던 것과는 달리 실린더헤드의 주조 당시에 그 형상으로서 반영되는 것으로 별도의 가공작업이 요구되지 않고 그에 따른 품질의 편차도 거의 없어지게 된다.

도 7은 도 3에서 비교하여 도시하였던 종래의 흡기포트(120)에서 발생하는 유동의 형태와 도 4에 도시된 본 발명에 따른 흡기포트(1)의 유동형태를 비교하여 도시한 것으로서, 종래의 흡기포트(120)에서는 흡입공기의 주 유동이 하향의 모멘텀을 가지게 되는 데에 비하여 본 발명에 따른 흡기포트(1)에서는 흡입공기의 주 유동이 상기 스푼형 둔턱(5)을 타고 흐르게 되어 기존 대비 상향의 모멘텀을 확보하게 되어 보다 향상된 텀블의 생성을 유도할 수 있게 된다.

참고로 하기의 표 1에서는 종래의 흡기포트(120) 대비 본 발명의 흡기포트(1)의 텀블과 Cf(Flow Coefficient) 및 최고출력의 대비가 표시되어 있는바, 상기한 바와 같은 스푼형 둔턱(5)에 의해 텀블은 약 18% 증가하게 되고 고속성능을 척도라고 할 수 있는 Cf는 본 발명의 흡기포트(1)가 약 1%정도 감소하였지만 상기와 같은 텀블의 대폭적인 증가로 연소속도의 증가 및 노킹 상쇄 효과 등이 발생하여 최고 출력은 약 0.005% 증가하여 거의 동등한 수준을 이루고 있다.

	종래의 흡기포트	본 발명 흡기포트
텀블	0.51	0.60
Cf	0.402	0.397
최대출력	61.2	61.5

한편, 저/중속 상태에서의 성능 향상을 실험에 의해 검토해보면 약 3~4%의 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있는바, 이는 상기와 같이 증가된 텀블이 저/중속 영역에서 엔진의 보다 효과적인 연소작용에 큰 영향을 미치며, 이에 비해 상기 스푼형 둔턱(5)에 의해 발생되는 흡입공기에 대한 유동저항은 흡입공기의 속도가 고속에 비해 낮아서 크지 않게 작용함에 의한 것이다.

결국, 약간의 흡입공기에 대한 유동저항의 상승에도 불구하고, 이를 상쇄시키고 남을 만큼의 텀블 효과를 얻어내어 엔진의 성능을 향상시키도록 한 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 흡기포트에 스푼형 둔턱을 추가한 형상만으로 텀블을 크게 증대되도록 함으로써, 밸브의 설치 등과 같은 부수적인 원가상승의 요인을 배제하면서도 엔진의 품질 편차를 극소화하고, 텀블의 증가로 연소 속도의 증가 및 노킹상쇄효과 등을 발생시켜 유동저항에 의한 엔진성능 저하를 상쇄하고도 남을 수 있도록 함으로써 고속 전개성능의 저하를 방지하면서 저/중속 전개성능을 증대할 수 있도록 한다.

Claims (5)

1. 흡기포트의 시트부에 인접한 흡기포트의 상측에 스푼형 둔턱이 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 텀블 흡기포트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스푼형 둔턱의 전체 길이는 전체 흡기포트 길이의 10%에서 20% 범위의 길이로 형성되며,

   상기 스푼형 둔턱의 상측 끝단으로부터 흡기포트의 외곽선을 따라 스푼형 둔턱의 최대 돌출부에 이르는 직선길이는 상기 스푼형 둔턱의 전체 길이의 25%에서 35% 범위의 길이로 형성되고,

   상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부는 그 돌출량이 상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부위에서의 스푼형 둔턱의 폭에 대하여15%에서 25%의 범위인 것

   을 특징으로 하는 엔진의 텀블 흡기포트.
3. 제1항에 있어서,

   상기 스푼형 둔턱의 전체 길이는 전체 흡기포트 길이의 15%의 길이로 형성되며,

   상기 스푼형 둔턱의 상측 끝단으로부터 흡기포트의 외곽선을 따라 스푼형 둔턱의 최대 돌출부에 이르는 직선길이는 상기 스푼형 둔턱의 전체 길이의 30%의 길이로 형성되고,

   상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부는 그 돌출량이 상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부위에서의 스푼형 둔턱의 폭에 대하여20%의 범위인 것

   을 특징으로 하는 엔진의 텀블 흡기포트.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부의 폭은 상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부위에서의 스푼형 둔턱의 폭에 대하여 85%에서 95% 범위의 크기이고,

   밸브의 중심선이 포함된 연직면에 대한 스푼형 둔턱의 중심선 각도는 15도에서 25도의 범위로 형성된 것

   을 특징으로 하는 엔진의 텀블 흡기포트.
5. 제1항에 있어서,

   상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부의 폭은 상기 스푼형 둔턱의 최대 돌출부위에서의 스푼형 둔턱의 폭에 대하여 90% 의 크기이고,

   밸브의 중심선이 포함된 연직면에 대한 스푼형 둔턱의 중심선 각도는 20도로 형성된 것

   을 특징으로 하는 엔진의 텀블 흡기포트.