KR20040102684A

KR20040102684A - 연속 가변 흡기 매니폴드

Info

Publication number: KR20040102684A
Application number: KR1020030034241A
Authority: KR
Inventors: 박종범
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-08
Also published as: KR100587803B1

Abstract

본 발명은 엔진의 전 운전영역에 걸쳐서 흡기유로의 길이가 가변가능하고, 흡기유로의 가변 폭이 확대된 연속가변 흡기 매니폴드에 관한 것으로,

엔진의 각 실린더 별로 유입되는 흡기가 배분되도록 하기 위한 배플이 원통 하우징의 내측을 향해 소정의 피치가 유지되도록 나선형태로 돌출형성되어지고, 상기한 나선형태의 배플에 의해서 이루어진 환형통로 도중에 외측을 향해 돌출되는 런너가 연장되어, 상기 배플에 의해 마련된 환형통로가 실린더 수에 맞게 다수의 흡기관로로 나누어지는 흡기 매니폴드와;

상기한 흡기 매니폴드의 배플 내주연에 수용되는 원통형이며, 그 외주연 도중에 상기한 각각의 흡기관로로 흡기를 배분하기 위한 통공이 관통형성되는 서지탱크와;

엔진의 운전영역 변화에 따라서 상기한 서지탱크와 일체로 형성된 가동축을 작동시켜, 상기 서지탱크의 통공 위치가 이동되도록 하여 상기한 각 흡기관로의 길이가 조절되도록 하기 위한 구동수단과;

상기한 가동축의 양측에 리드 스크루가 형성되고, 상기한 흡기 매니폴드의 양측에는 상기 리드 스크루의 회전을 안내하기 위한 고정 스크루가 고정장착되고, 상기한 서지 탱크의 외주연에는 상기 배플의 나선방향과 일치되도록 가이드 홈이 형성된 서지탱크 이동수단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

연속가변 흡기 매니폴드{Variable intake manifold}

본 발명은 연속가변 흡기 매니폴드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 전 운전영역에 걸쳐서 흡기유로의 길이가 가변가능하고, 흡기유로의 가변 폭이 확대된 연속가변 흡기 매니폴드에 관한 것이다.

가솔린 엔진은 흡기와 연료가 혼합된 혼합기를 실린더 내에서 연소시켜 열에너지를 회전에너지로 바꿔 동력을 얻는 기관이다. 이를 위해, 공기와 연료가 함께 각각의 실린더로 공급될 수 있도록 하기 위해서 엔진의 실린더 헤드의 다른 일측에는 공기의 유입통로가 되는 흡기 포트가 형성되고, 실린더 헤드 일측에는 배기 포트가 형성되는 것이다. 그리고 에어 덕트와 에어 클리너 및 서지탱크를 통과한 흡입공기가 각각의 흡기 포트로 고르게 분배될 수 있도록 하기 위한 흡기 매니폴드(Intake manifold)가 형성된다.

한편, 최근의 엔진에 장착되는 흡기 매니폴드에는 가변 흡기 장치가 적용되는 경우가 있는데, 이러한 가변 흡기장치는 엔진이 저속으로 운전될 때와 고속으로 운전될 때를 구분하여 실린더로 흡입되는 흡기유로의 길이가 조절되도록 하기 위한 것이다. 즉, 엔진이 저부하 저속운전될 때에는 흡기의 스월이 충분히 이루어질 수 있도록 공기의 유로를 충분히 확보해주는 반면에, 엔진이 고부하 고속운전되는 경우에는 흡입공기의 신속한 유입을 위하여 공기의 유로를 줄여주게 되는 것이다.

도 6은 상기한 종래의 가변 흡기 매니폴드를 설명하기 위한 도면으로서, 흡기 매니폴드(10)에는 달팽이관 형상으로 형성되는 흡기관로(12)가 형성되고, 상기 흡기관로(12)의 일측에서 실린더 헤드측을 향해 연장되는 다수의 런너(14)가 형성된다. 그리고 상기 흡기관로(12)의 중앙에는 원통형의 서지탱크(16)가 수용되어 스로틀 바디를 통과한 흡입공기가 상기 흡기관로(12)의 몸체내부로 유입될 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 스로틀 바디를 통과하여 상기 서지탱크(16)로 유입된 공기는 상기 서지탱크(16)의 외주연에 마련된 통공(16a)을 통하여 환형상으로 형성된 흡기관로(12)의 유로를 통해서 각각의 런너(14)로 흐르도록 구성되어 있다.

한편, 상기한 서지탱크(16)는 엔진이 저부하 저속운전영역에서 운전되는 경우에는 공기의 유로가 최대로 길게 된 상태로 위치되어 있다가, 엔진이 고부하상태가 변하게 되면 엔진 부압에 의해서 액추에이터가 작동되어 상기 서지탱크(16)가 회전되어 상기 통공(16a)의 위치가 흡기유로이 길이가 짧아지는 쪽으로 이동되도록 구성되었다. 즉, 상기와 같이 구성된 종래의 가변 흡기 매니폴드의 대부분은 엔진의 운전영역이 저속인지 고속인지에 의해서 2단으로 작동되도록 구성되어 있다.

따라서 상기와 같이 형성되는 가변 흡기장치의 경우에는 속도의 가변구간은 저속에서 고속까지 넓은데 반하여 흡기유로의 조절가능한 단계는 2단으로 제한되므로서, 엔진의 중속영역 등에서 엔진성능이 저하되는 등의 문제점이 발생되었으며, 이와같이 중속영역에서도 흡입유로의 길이가 가변될 수 있도록 하기 위해서는 흡기 매니폴드의 구조자체가 복잡해지므로서 거의 실현되지 못하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 전 운전영역에 걸쳐서 흡기유로의 길이가 가변가능하고, 흡기유로의 가변 폭이 확대된 연속가변 흡기 매니폴드를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

도 1은 본 발명에 의한 연속가변 흡기 매니폴드의 일부분을 절개한 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 연속가변 흡기 매니폴드의 정단면도.

도 3은 본 발명에 의한 연소가변 흡기 매니폴드의 측단면도.

도 4는 도 2의 "A"부를 확대도시한 도면.

도 5는 본 발명에 의한 연속가변 흡기 매니폴드의 작동상태도.

도 6은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 흡기 매니폴드 21 : 하우징

22 : 런너 24 : 배플

31,32,33,34 : 흡입관로 40 : 서지탱크

42 : 통공 44 : 벨 마우스

46 : 가이드 홈 50 : 가동축

52,53 : 리드 스크루 54,55 : 고정 스크루

60 : 구동수단 62 : 전자제어장치

이하, 본 발명에 의한 연속가변 흡기 매니폴드의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 연속가변 흡기 매니폴드의 일부분을 절개한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 연속가변 흡기 매니폴드의 정단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 연소가변 흡기 매니폴드의 측단면도이며, 도 4는 도 2의 "A"부를 확대도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 의한 연속가변 흡기 매니폴드의 작동상태도이다.

도면 중에 표시된 도면부호 20은 본 발명에 의해 형성된 흡기 매니폴드를 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명에 의한 서지탱크를 지시하는 것이다.

상기한 흡기 매니폴드(20)의 하우징(21)은 도 1에 도시된 바와 같이 원통형으로 형성되는데, 그 내주연에는 소정의 피치와 소정의 높이를 갖는 배플(24)이 나선형상으로 연속해서 돌출형성된다. 상기 배플(24)의 피치수는 엔진 실린더 수에 맞추어 결정되는데, 본 발명을 설명하기 위한 실시예의 도면에서는 4기통 엔진에 적용되는 것으로 8피치로 형성된 것이다.

그리고 상기한 배플(24)의 내주연 측에는 원통형상의 서지탱크(40)가 수용되고, 이 서지탱크(40)의 일측은 스로틀 바디와 연결된 상기 서지탱크(40)의 내측으로 흡입공기가 유입될 수 있도록 구성된다.

상기와 같이 서지탱크(40)의 외주연과 하우징(21)의 내주연에는 상기한 배플(24)에 의해서 상기한 서지탱크(40)에서 배출된 흡입공기가 통과되는 환형통로가 나선형으로 형성된다. 한편, 상기한 배플(24)을 따라서 나선형의 환형통로를 2회전 한 위치에는 상기 환형통로를 엔진의 각 실린더에 연결되도록 하기 위한 런너(22)가 연결된다. 상기 런너(22)는 종래기술의 설명에서 언급되었듯이 소정의 길이로 돌출형성되어 실린더 헤드의 흡기 포트에 접속되기 위한 것이다. 따라서 배플(24)에 의해서 마련된 나선형의 환형통로는 엔진의 실린더 수에 맞추어 다수로흡기관로(31,32,33,34)로 구분되고, 각 흡기관로(31,32,33,34)의 도중에는 런너(22)가 일체로 연결되는 것이다.

한편, 상기한 서지탱크(40)의 도중에는 상기한 각 흡기관로(31,32,33,34)로 상기 서지탱크(40)로 유입된 흡기가 골고루 분배되도록 하기 위한 통공(42)이 형성되는데, 상기 통공(42)의 위치는 상기한 배플(24)이 2회전 이루어진 간격으로 길이방향으로 나란히 형성된다. 즉, 상기한 서지탱크(40)로 유입된 흡입공기는 각 통공(42)을 통해서 각각의 흡기관로(31,32,33,34)로 흐르도록 구성되는 것이다. 이 과정에서 상기한 배플(24)은 각 흡기관로(31,32,33,34) 사이의 격벽역할을 할 뿐만 아니라, 흡기관로(31,32,33,34)의 길이를 서지탱크 지름의 2배 이상이 되도록 하는 역할을 하는 것이다. 즉, 상기한 통공(42)을 통해 흡기관로(31,32,33,34)로 유입된 흡입공기가 상기한 런너(22)로 빠져나가기 위한 유로가 최대로 될 경우에는 상기한 흡기관로(31,32,33,34)를 2회전하는 정도의 길이로 되는 것이다. 특히, 상기한 통공(42)의 내측 주변에는 흡입공기가 상기 통공(42)을 통과하는 과정에서의 저항이 줄어들도록 하기 위한 벨 마우스(44)가 형성되는데, 상기 벨 마우스(44)는 반원형상의 볼록한 형태로 내측을 향해 돌출 형성되는 것이다.

그리고 상기한 흡기관로(31,32,33,34)의 길이가 엔진의 운전영역에 따라 가변되도록 하기 위해 상기한 서지탱크(40)의 위치가 이동될 수 있도록 상기 서지탱크(40)의 외주연에는 배플(24)의 나선형상을 따라서 가이드 홈(46)이 형성된다. 또한, 상기한 서지탱크(40)의 내주연은 상기 하우징(21)의 중앙부에 위치되는 가동축(50)과 일체로 형성된다. 상기한 서지탱크(40)와 가동축(50)이 일체가 되도록 하기 위해서 상기 하우징(21)의 내주연과 가동축(50)의 외주연 간에는 아암(51)이 방사상의 방향으로 형성된다.

상기와 같이 서지탱크(40)와 일체로 형성된 가동축(50)의 양측에는 리드 스크루(52,53)가 소정구간에 걸쳐서 형성되고, 상기 하우징(21)의 양측에는 상기 리드 스크루(52,53)의 회전이 안내되도록 하기 위한 고정 스크루(54,55)가 고정장착된다. 그리고 상기한 가동축(50)의 일측 끝단에는 구동수단(60)이 연결되는데, 상기 가동축(50)의 끝단에는 상기 가동축(50)이 길이방향으로 위치이동이 허용될 수 있도록 스플라인(56)이 형성된다.

즉, 상기한 구동수단(60)이 회전됨에 따라서 상기 가동축(50)이 회전되는데, 상기한 가동축(50)은 그 도중에 형성된 리드 스크루(52,53)와 결합된 고정 스크루(54,55)에 의해서 나선의 형성방향으로 직선이동되고, 따라서 상기 서지탱크(40)의 외주연에 마련된 가이드 홈(46)과 배플(24)의 작용으로 인하여 상기 서지탱크(40) 및 가동축(50)은 직선방향으로 이동하면서 회전되는 상태가 되도록 구성되는 것이다. 이 때, 상기한 구동수단(60)은 전자제어장치(62)의 제어에 의해 가동되는 스텝 모터이거나 DC모터인 것이 바람직하다.

한편, 상기한 가동축에 형성된 리드 스크루(52,53)는 상기한 서지탱크(40)가 최대로 회전될 수 있는 거리를 고려하여 그 길이가 설계된다. 또한, 가동축(50) 및 서지탱크(40)의 설계에도 상기 하우징(21) 내부에서 이동될 수 있는 거리가 반영된다.

이상과 같이 구성된 연속가변 흡기 매니폴드의 작동상태를 설명하면 다음과같다.

엔진이 시동된 후, 엔진이 저속 저부하상태에서 운전되는 경우에는 상기한 서지탱크(40)의 통공(42) 위치는 흡기관로(31,32,33,34)가 최대가 되는 위치(기본위치)가 되도록 전자제어장치(62)가 세팅된다. 즉, 엔진의 시동이 OFF되는 경우 혹은 엔진의 시동이 ON되는 경우에 상기한 전자제어장치(62)는 서지탱크(40)의 위치가 기본위치가 되도록 구동수단(60)을 작동되도록 설정된다.

따라서 엔진 시동초기라든지 엔진이 저부하영역에서 운전되는 경우에는 상기한 흡기 매니폴드(20)의 흡기관로(31,32,33,34)의 길이가 최대가 되는 위치가 된다.

이 상태에서 운전자의 가속으로 인하여 엔진의 회전수가 점점 증가하게 되거나, 엔진이 부하가 점점 고부하영역으로 가게 되면, 상기한 전자제어장치(62)에서는 그에 상응하는 범위내에서 구동수단(60)을 작동시키게 되므로서, 상기한 구동축(50) 및 서지탱크(40)가 회전되면서 위치가 이동된다.

즉, 서지탱크(40)의 위치가 이동됨에 따라서 통공(42)의 위치가 흡기관로(31,32,33,34)의 길이를 점점 짧게 하는 방향으로 이동된다. 이와 같이 엔진의 운전영역에 상응하는 범위내에서 통공(42)의 위치가 이동되므로서 흡기관로(31,32,33,34)의 길이가 가변되어 엔진의 각 실린더로 유입되는 흡기의 조절이 최적제어되는 것이다. 한편, 엔진이 최고속 영역에서 운전되는 경우에는 상기 통공(42)의 위치는 이동될 수 있는 최대의 범위까지 이동되어 실린더에서 요구되는 흡기의 요구량에 신속하게 반응하게 된다.

상기와 같이 구성된 흡기 매니폴드(20)는 엔진의 운전영역 변화에 흡기경로가 신속하게 대응되므로서 엔진의 전운전영역에 걸쳐 엔진의 성능향상이 이루어지게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 엔진의 전 운전영역에 걸쳐서 흡기유로의 길이가 제어될 뿐만 아니라 종래의 가변 흡기 매니폴드의 경우보다 흡입공기의 유로가 훨씬 확대되므로서 엔진의 성능향상이 이루어지게 되고, 상기 연속가변 흡기 매니폴드의 하우징 외부에는 복잡한 별도의 장치가 형성되지 않으므로서 외형이 단순화되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims

엔진의 각 실린더 별로 유입되는 흡기가 배분되도록 하기 위한 배플(24)이 원통 하우징(21)의 내측을 향해 소정의 피치가 유지되도록 나선형태로 연속해서 돌출형성되어지고, 상기한 나선형태의 배플(24)에 의해서 이루어진 환형통로 도중에 외측을 향해 돌출되는 런너(22)가 연장되어, 상기 배플(24)에 의해 마련된 환형통로가 실린더 수에 맞게 다수의 흡기관로(31,32,33,34)로 나누어지는 흡기 매니폴드(20)와;

상기한 흡기 매니폴드(20)의 배플(24) 내주연에 수용되는 원통형이며, 그 외주연 도중에 상기한 각각의 흡기관로(31,32,33,34)로 흡기를 배분하기 위한 통공(42)이 관통형성되는 서지탱크(40)와;

엔진의 운전영역 변화에 따라서 상기한 서지탱크(40)와 일체로 형성된 가동축(50)을 작동시켜, 상기 서지탱크(40)의 통공(42) 위치가 이동되도록 하여 상기한 각 흡기관로(31,32,33,34)의 길이가 조절되도록 하기 위한 구동수단(60)과;

상기한 가동축(50)의 양측에 리드 스크루(52,53)가 형성되고, 상기한 흡기 매니폴드(20)의 양측에는 상기 리드 스크루(52,53)의 회전을 안내하기 고정 스크루(54,55)가 고정장착되고, 상기한 서지 탱크(40)의 외주연에는 상기 배플(24)의 나선방향과 일치되도록 가이드 홈(46)이 형성된 서지탱크 이동수단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속가변 흡기 매니폴드.
제 1 항에 있어서,

상기한 흡기 매니폴드(20)의 하우징(21) 내측으로 돌출형성된 배플(24)은 그 나선이 2회전 되어진 후 런너(22)와 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연속가변 흡기 매니폴드.
제 1 항에 있어서,

상기한 서지탱크(40)의 도중 외주연에 형성되는 통공(42)은 각각 상기 배플(24)의 나선이 2회전 이루어진 위치에 형성되도록, 소정의 간격으로 나란히 형성되는 것을 특징으로 하는 연속가변 흡기 매니폴드.
제 1 항에 있어서,

상기한 통공(42)의 내측 주변에는 흡입공기의 저항을 줄이기 위한 벨 마우스(44)가 반원형상의 볼록한 형태로 내측을 향해 돌출형성된 것을 특징으로 하는 연속가변 흡기 매니폴드.
상기한 서지탱크(40)의 내주연과 가동축(50)의 외주연 도중에는 아암(51)이 방사상의 방향으로 연결되어 일체로 회전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연속가변 흡기 매니폴드.