KR20060134625A - 내연기관의 흡기 및 배기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 흡기 및 배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진부하나 회전수에 비례하여 연동되어 흡입유량을 정량적으로 공급하고, 흡기시 필연적으로 발생하는 맥동에너지를 상쇄하며, 배기시 배기가스의 간섭으로 인한 배기압력과 저항을 감소시키고, 내연기관의 연료 혼합비를 최적화시킴으로써 고성능, 고출력, 저소음, 저진동, 그리고 경제적인 연비를 실현할 수 있도록 한 내연기관의 흡기 및 배기장치에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명에 따른 내연기관의 흡기 및 배기장치에 의하면, 내연기관의 다기통 엔진에 장착되고, 연소를 위한 공기를 흡기밸브의 개방에 따라 실린더로 흡입한 후 엔진을 작동시키는 내연기관의 흡기 및 배기장치로서, 광범위한 엔진속도 및 부하에 비례하여 흡기류를 정상유동으로 흐를 수 있도록 하고, 다수개로 이루어진 실린더 내로 엔진속도 및 부하에 비례하는 양만큼 충분한 흡기류를 공급하는 흡기장치와, 통상의 소음기를 적용하더라도 배기저항에 의하여 발생된 배압이 실린더 내의 압력보다 작게하여 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 내연기관의 배기장치를 제공하는데 있다.

엔진, 흡기장치, 배기장치, 밸런서, 오리피스

Description

내연기관의 흡기 및 배기장치{Intake and exhaust system of internal combustion engine}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 흡기장치가 엔진에 장착된 것을 보인 장착사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 흡기 및 배기장치가 엔진에 장착된 것을 개략적으로 보인 개념도.

도 3은 본 발명에 따른 흡기장치에 의해 흡입된 공기가 엔진의 실린더로 공급되는 과정을 보인 개략적인 작동도.

도 4는 연소 후 흡입된 공기가 흡입밸런서에 충진되는 상태를 보인 개략적인 작동도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관의 흡기장치가 엔진에 장착된 것을 보인 사시도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡기장치에 의해 흡입된 공기가 엔진의 실린더로 공급되는 과정을 보인 개략적인 작동도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 연소 후 흡입된 공기가 흡입밸런서에 충진되는 상태를 보인 개략적인 작동도.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 배기장치가 엔진에 장착된 것을 개략적으로 보인 사시도.

도 9은 연소 후 배출된 배기가스가 배기밸런서에 충진된 후 배기장치를 통해 배출되는 상태를 보인 배출상태도.

도 10은 배기밸브가 폐쇄된 후 배기밸런서에 충진된 배기가스가 배기장치를 통해 배출되는 상태를 보인 배출상태도.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 연소 후 배출된 배기가스가 배기밸런서에 충진된 후 배기장치를 통해 배출되는 상태를 보인 배출상태도

도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따라 배기밸브가 폐쇄된 후 배기밸런서에 충진된 배기가스가 배기장치를 통해 배출되는 상태를 보인 배출상태도.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 엔진 12: 흡기밸브

14: 실린더 16: 흡기포트

18: 배기밸브 19: 배기포트

20: 맥동기 30: 흡입파이프

32: 에어클리너 34: 흡기관

40: 흡기매니폴드 42: 서지탱크

44: 흡기다지관(吸氣多枝管) 50, 50': 흡입챔버

60, 60': 흡입밸런서 62: 튜브

64: 밸런스튜브 70: 배기매니폴드

72: 배기파이프 74: 소음기

76: 오리피스관 74a: 인입구

74b: 인출구 80: 배기밸런서

본 발명은 내연기관의 흡기 및 배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진부하나 회전수에 비례하여 연동되어 흡기유량을 정량적으로 공급하고, 흡기시 필연적으로 발생하는 맥동에너지를 상쇄하며, 배기시 배기가스의 간섭으로 인한 배기저항을 감소시키고, 내연기관의 연료 혼합비를 최적화시킴으로써 고성능, 고출력, 저진동, 그리고 경제적인 연비를 실현할 수 있도록 한 내연기관의 흡기 및 배기장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진이 작동하기 위해서는 실린더 안에 혼합기를 흡입하고, 혼합기가 연소한 후 그 연소가스를 외부로 배출하며, 이러한 역할을 수행하는 것이 흡, 배기장치이다.

흡기장치는 흡입하는 공기 속에 들어있는 먼지 등을 제거하는 에어크리너와, 흡입된 흡기류의 양을 제어하는 스로틀밸브와, 각 실린더에 혼합기를 분배하는 흡기매니폴드로 크게 구성되고, 배기장치는 각 실린더의 연소가스를 모으는 배기매니폴드와, 연소가스가 외부로 나가는 배기파이프 및 소음기로 크게 구성되어 있다.

특히 흡기장치는 각 실린더로 유입되는 혼합기의 양이 불균일하게 공급되면 엔진부조 및 출력에 영향을 주게 되므로, 일부에는 흡기매니폴드의 내부에 가변흡기장치를 설치하여 엔진 부하에 따른 흡입효율을 높임으로써 엔진출력을 향상 시키기도 한다.

그러나, 전술한 흡기류의 양은 스로틀밸브에 의해 제어되므로, 고속에서 공급되는 흡기류는 압력손실에 의한 흡기저항 내지 흡기밸브와 충돌저항으로 인해 압력의 불균형상태인 맥동의 상태를 이루게되고, 연료의 양과 비례하는 새로운 공기의 흡입이 불충분하여 결국, 엔진의 출력저하와 소음발생의 원인이 되었으며, 또한 엔진의 아이들링 또는 부분부하운전때에는 스로틀밸브가 거의 닫혀진 상태이고, 이때 스로틀밸브의 하류는 진공도가 높은 상태로 존재하게 되며, 이로 인해 새로운 공기의 흡입이 불충분하여 엔진출력이 저하되고, 불완전 연소로 인한 배기가스는 환경오염의 문제점을 유발하였다.

한편, 배기장치는 배기파이프를 통과한 배기가스가 다중으로 이루어진 소음기를 지나면서 음파간섭, 압력변동, 배기온도의 저하 등을 일으켜 점차 소음되도록 하고 있다.

특히, 배기행정에서 실린더 내의 압력은 배기장치의 압력보다 커야 순조로운 배기가 이루어지게 되나, 배기 소음의 감소를 위하여 용량이 큰 소음기를 적용하다보면 배기저항에 의하여 배압이 실린더 내의 압력보다 크게 되므로 이 역시 엔진의 출력을 저하시키는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 광범위한 엔진속도 및 부하에 비례하여 흡기류를 정상유동으로 흐를 수 있도록 하고, 다수개로 이루어진 실린더 내로 엔진속도 및 부하에 비례하는 양만큼 충분한 흡기류를 공급하는 흡기장치와, 통상의 소음기를 적용하더라도 배기저항에 의하여 발생된 배압이 실린더 내의 압력보다 작게하여 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 내연기관의 배기장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내연기관의 다기통 엔진에 장착되고, 연소를 위한 공기를 흡기밸브의 개방에 따라 실린더로 흡입한 후 엔진을 작동시키는 내연기관의 흡기장치로서, 상기 흡기장치는 대기중의 공기를 와류의 상태로 흡입하는 맥동기와, 상기 맥동기를 통해 공급된 흡입공기의 토출압을 균일화하고, 이를 상기 엔진의 일측에 형성된 흡기포트로 공급하는 흡기다지관이 경사지게 형성된 흡기매니폴드와, 상기 엔진의 흡기포트에 체결된 후 상향으로 연장되어 있고, 내부에는 관로를 형성하고 있으며, 상기 흡기다지관이 상기 관로 상에 연통되어 균일화된 흡입공기를 상기 흡기포트로 공급하고, 상기 흡기밸브의 닫힘에 따라 반사 된 흡입공기가 상기 상향으로 연장된 관로를 따라 역류하도록 하는 다수개의 흡입챔버와, 상기 다수개의 흡입챔버를 통해 역류된 흡입공기가 충진되고, 상기 충진된 흡입공기는 흡기밸브의 재개방에 따라 상기 흡기다지관을 통해 공급된 흡입공기의 유속에 의해 함께 토출되도록 하는 다수개의 흡입밸런서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 맥동기와 흡기매니폴드 사이에는 흡입관이 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 맥동기와 흡입관 사이에는 스로틀밸브가 선택적으로 장착될 수 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡입관의 타측은 상기 역류된 흡입공기가 충진되는 흡입밸런서가 동일한 축선상에서 연통되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡입관과 흡입밸런서 사이에는 흡입챔버가 형성되어 상기 맥동기를 통해 공급되는 흡입공기가 상기 흡입관을 거쳐서 상기 실린더로 흐를 때, 상기 흡입밸런서에 충진된 역류 흡입공기를 빨아들여 서로 혼합시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡기매니폴드는 상기 공급되는 흡입공기와 역류된 흡입공기를 균일한 압력하에 정상유동시키는 서지탱크를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡입챔버 내지 흡입밸런서는 엔진의 기통수와 동일한 갯수 내지 보다 많은 갯수로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수개의 흡입밸런서에는 각기 균일한 양으로 역류된 흡입공기를 분배하는 밸런스튜브에 의해서 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 내연기관의 다기통 엔진에 장착되고, 실린더 내에서 연소된 공기를 배기밸브의 개방에 따라 배기하는 배기매니폴드와, 상기 배기매니폴드에 연결되어 배기된 배기가스를 연소가스가 외부로 나가는 다수개의 배기파이프 및 소음기로 이루어진 배기장치로서, 상기 배기장치에는 콘덴서의 역할을 수행하는 다수개의 배기밸런서가 선택적으로 장착되어 배출되는 배기가스의 일부를 내부에 충진한 후 배기완료시 충진된 배기가스를 재배출하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소음기의 인입구와 인출구 사이에는 오리피스관을 설치하여 배기가스의 일부가 통과하도록 하되, 상기 오리피스관을 통과한 배기가스의 유속에 의해 상기 소음기를 통과하는 배기가스의 배출속도를 증대시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 먼저, 도면에 걸쳐 기능적으로 동일하거나, 유사한 부분에는 동일한 부호를 부여한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 흡기장치가 엔진에 장착된 것을 보인 장착사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 내연기관의 흡기장치가 엔진에 장착된 것을 개략적으로 보인 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 흡기장치에 의해 흡입된 공기가 엔진의 실린더로 공급되는 과정을 보인 개략적인 작동 도이고, 도 4는 연소 후 흡입된 공기가 흡입밸런서에 충진되는 상태를 보인 개략적인 작동도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관의 흡기장치는 내연기관의 다기통 엔진(10)에 장착된 흡기밸브(12)의 개방에 따라 실린더(14)로 흡입한 후 엔진(10)을 작동시키는 내연기관의 흡기장치이고, 미설명된 16은 흡기포트이다.

엔진(10)은 연료를 연소시켜 출력을 발생하는 장치로서, 본 발명에 적용되는 엔진(10)은 디젤, 가솔린엔진 모두를 포함하고, 흡기장치는 이러한 엔진(10)에 연소를 위한 공기를 공급하며, 이를 위하여 대기중의 공기를 와류상태로 흡입하는 맥동기(20)가 흡입파이프(32)의 선단에 장착된다.

맥동기(20)는 회전유동을 통한 배출가스의 유해성분을 줄이고, 저연비와 고성능, 고출력을 얻기 위한 것으로, 엔진(10)의 실린더(14)로 흡입되는 공기의 완전 연소를 위하여 대기중의 공기를 와류현상으로 유도하고, 이때 발생하는 공기저항을 최소화 하기 위하여 나선형의 구조로 이루어져 있으며, 그 구조는 상기 흡입파이프(32)의 외주면을 따라 나선형을 이루는 다수개의 날개(22)와, 이를 중심축선상에서 고정시키고, 흡입파이프(30)와 결합되는 프레임(24)으로 이루어져 있다.

에어크리너(32)는 와류를 이루며 흡입되는 공기의 이물질을 제거하는 역할과, 흡기시 발생하는 흡기소음을 없애는 역할을 수행한다.

흡기관(34)은 이물질이 제거된 흡입공기를 엔진(10)으로 유도하는 역할을 수행하고, 여기에는 선택적으로 스로틀밸브(미도시)가 장착될 수 있다.

한편, 이 발명에서는 스로틀밸브를 도시하지 않았다. 그 이유는 엔진의 특성과 사용되는 연료에 따라 스로틀밸브는 적용되거나 미적용될 수 있기 때문이다.

흡기매니폴드(40)는 흡기관(34)과 연통되어 있고, 이는 서지탱크(42)와 흡기다지관(44)로 이루어져 있다.

서지탱크(42)는 공급된 흡입공기가 저항을 받지않고, 주변공기에도 저항을 주지 않도록 내부가 매끄러운 표면으로 가공되어 있으며, 통과하는 흡입공기를 일시 저장한 후 균일한 압력으로 토출하는 역할을 수행한다.

흡기다지관(44)은 서지탱크(42)에 의해 균일한 압력으로 토출된 흡입공기를 실린더(14)로 분배하는 역할을 수행하며, 엔진(10)의 기통수, 즉 실린더(14)와 동일 또는 엔진(10)의 특성에 따라 다수의 갯수로 마련되고, 일정한 각도를 이루면서 하향으로 경사져 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 흡기매니폴드(40)는 통상의 흡기매니폴드와는 다르게 엔진(10)의 흡기포트(16)와 직접 연결되어 있지 않고, 엔진(10)의 흡기포트(16)에 체결된 후 상향으로 연장되어 있고, 내부에 관로가 형성된 흡입챔버(50)와 서로 연통되어 있다.

다시, 흡입챔버(50)는 흡기다지관(44)과 연통되어 균일화된 흡입공기를 흡기포트(16)로 공급하는 역할을 수행한다.

그리고, 전술한 관로는 흡입공기를 일시 저장하는 챔버와 같은 역할을 동시에 수행하며, 연소 후 흡기밸브(12)의 폐쇄에 따라 역류된 흡입공기를 일시 재수용한다.

전술한 바와 같이, 내부에 일정한 관로를 이루고 있으며, 저장 챔버와 같은 역할을 동시에 수행하는 흡입챔버(50)는 다시 흡입밸런서(60)와 튜브(62)를 통해 연결되어 있다.

흡입밸런서(60)는 흡입챔버(50)를 통해 역류된 흡입공기를 충진하는 역할을 수행하도록 내부에 충진공간을 형성하고 있고, 밸런스튜브(64)에 의해 서로 연통되어 있으며, 밸런스튜브(64)는 다수개로 구비된 흡입밸런서(60)에 균일한 흡입공기를 공급하기 위한 것이다.

한편, 밸런스튜브(64)에 충진된 흡입공기는 흡기밸브(12)의 재개방에 따라 흡기다지관(44)을 통해 공급된 흡입공기의 유속에 의해 함께 토출되어 실린더(14)로 흡입공기를 공급한다.

이때, 흡입챔버(50)에 연통된 흡기다지관(44)은 그 연통되는 각도(바람직하게는 1° - 90°의 각도로 형성되어 있고, 더욱 바람직하게는 45°로 형성)에 따라 새롭게 흡입된 흡입공기의 유속을 결정하는 중요한 역할을 수행하나, 이는 작동의 설명으로 미룬다.

한편, 흡기관(34)에 연통되어 있는 흡입챔버(50')와 흡입밸런서(60')는 전술한 바와 같은 동일한 역할을 수행하나, 흡입챔버(50')는 새롭게 공급된 흡입공기와 역류된 흡입공기가 혼합되어 새롭게 공급된 흡입공기의 유속에 의해 홉합된 공기를 흡기매니폴드(40)로 공급한다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 흡기관(34)은 서지탱크(42)와 수평상에서 바람직하게 오리피스 원리가 적용되도록 서로 연통되어 있고, 서지탱크(42)는 길이방 향으로 연장되어 마감된 단부를 이루고 있으며, 직교된 흡기관(34)은 에어크리너(32)와 연통되어 있고, 전술한 서지탱크(42)의 마감된 단부로는 흡입챔버(50')와 흡입밸런서(60')가 연속하여 튜브(62)에 의해 서로 연통되어 있다.

위와 같이 에어크리너(32)와 연통된 흡기관(34)은 새롭게 유입된 흡입공기를 공급하는 관로의 역할을 수행하고, 단부에 형성된 흡입챔버(50')에는 새롭게 유입된 흡입공기가 일시적으로 멈춘 후 다시 흡입밸런서(60')의 충진된 공기와 함께 흡기관(34)을 따라 유동되도록 한다.

특히, 흡입챔버(50')는 전술한 흡입챔버(50)와 그 형상이 다를 수 있으나, 그 역할은 동일하며, 한 가지 추가되는 역할은 흡기관(34)을 통해 공급되는 흡입공기가 잠시 머문 후 흡입밸런서(60')에 충진된 흡입공기와 혼합되어 흡기매니폴드(40)로 재공급 된다는 것이다.

다음에는 위와 같은 역할과 구성으로 이루어진 흡기장치의 작동을 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

먼저, 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 흡기장치에 의해 흡입된 공기가 엔진의 실린더로 공급되는 과정을 설명한다.

엔진(10)을 작동시키면, 연소를 위하여 흡기밸브(12)는 개방하며, 이와 동시에 대기중의 공기는 맥동기(20)로 흡입되어 흡입공기의 상태로 에어크리너(32), 흡입관(34), 흡기매니폴드(40), 흡입챔버(50)를 차례로 통과한 후 실린더(14)로 공급된다.

계속하여, 도 1과 도 4에 도시된 바와 같이 통상의 폭발행정을 수행하기 위 하여 흡기밸브(12)는 닫히게 되고, 이때 전술한 과정을 따라 공급된 흡입공기는 흡기밸브(12)의 닫힘과 동시에 역류하게 된다.

역류된 흡입공기는 흡입챔버(50)의 내벽에 부딪치게 되고, 내벽에 부딪친 흡입공기는 반사된 각도로 진행하여 흡입챔버(50)의 내부로 유동한 후 흡입밸런서(60)로 충진된다.

이때, 전술한 흡기다지관(44)은 바람직한 경사각도로 경사지게 흡입챔버(50)와 연통되어 있으므로 흡입챔버(50)의 내벽에 부딪친 흡입공기가 흡기다지관(44) 내로 역류되지 않아 맥동현상이 발생되지 않는다.

한편, 흡기다지관(44) 내에서 역류되는 흡입공기는 길이방향으로 연장된 흡입챔버(50')로 진행하고, 다시 흡입밸런서(60')로 충진된다.

다시, 흡기밸브(12)가 개방되면, 새로 공급되는 흡입공기는 충진된 흡입공기와 혼합되어 실린더(14)로 흡입되어 엔진(10)의 회전수에 비례하는 흡입공기를 공급하게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관의 흡기장치가 엔진에 장착된 것을 개략적으로 보인 개념도로서, 다양한 흡기장치의 변형된 모습을 보여주고 있다.

도시된 바와 같이, 흡입관(34), 흡기매니폴드(40)는 전술한 일실시예와 동일한 구조로 연통되어 있으나, 흡기매니폴드(40)의 흡기다지관(44)이 엔진(10)에 곧바로 연결되어 있고, 흡입챔버(50)는 흡기다지관(44)에 일정한 각도로 경사진 형태로 연통되어 있다.

이는 흡기다지관(44)을 통해 역류되는 흡입공기가 흡입챔버(50)로 직접 역류되게 하는 구조로서 흡기다지관(44)의 설치위치에 따라 흡입챔버(50)의 각도는 다양하게 변형시켜 실시할 수 있음을 알 수 있다.

계속하여, 위와 같은 다른 실시예에 의한 작동을 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡기장치에 의해 흡입된 공기가 엔진의 실린더로 공급되는 과정을 보인 개략적인 작동도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 연소 후 흡입된 공기가 흡입밸런서에 충진되는 상태를 보인 개략적인 작동도이다.

도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 엔진(10)을 작동시키면, 연소를 위하여 흡기밸브(12)는 개방되며, 이와 동시에 대기중의 공기는 맥동기(20)로 흡입되고, 흡입공기의 상태로 에어크리너(32), 흡입관(34), 흡기매니폴드(40)의 흡기다지관(44)를 차례로 통과한 후 실린더(14)로 공급시킨다.

폭발행정을 수행하기 위하여 흡기밸브(12)는 닫히게 되고, 이때 전술한 과정을 따라 공급된 흡입공기는 흡기밸브(12)의 닫힘과 동시에 역류하게 된다.

이때, 역류된 흡입공기는 흡기다지관(44)을 따라 역류하고, 이러한 흡기다지관(44)에 경사지게 형성된 흡입챔버(50)로 역류된 흡입공기가 흡입된 후 흡입챔버(50)의 내부로 유동한 다음 튜브(62)를 따라 흡입밸런서(60)로 충진된다.

이때에도, 전술한 흡기다지관(44)과 흡입챔버(50)는 바람직한 경사각도로 연통되어 있으므로 역류된 흡입공기는 엔진(10)의 속도에 비례하는 역류속도로 역류 흡입공기를 곧바로 흡입챔버(50)로 흡입하여 흡기다지관(44)과 흡입챔버(50) 사이 의 경계면에서 발생하는 통상의 맥동현상이 발생되지 않는다.

한편, 흡기다지관(44) 내에서 역류되는 흡입공기는 길이방향으로 연장된 흡입챔버(50')로 진행하고, 다시 흡입밸런서(60')로 충진되며, 전술한 일실시예와 동일한 작동을 수행한다.

다음에는 폭발 후 배기가스가 배출되는 배기장치에 대해서 설명한다.

도 2과 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기장치는 내연기관의 다기통 엔진(10)에 장착되고, 실린더(14) 내에서 연소된 공기를 배기밸브(18)의 개방에 따라 배기하는 배기매니폴드(70)와, 배기매니폴드(70)에 연결되어 배기된 배기가스가 외부로 나가는 다수개의 배기파이프(72) 및 소음기(74)로 이루어져 있다.

배기장치에는 콘덴서의 역할을 수행하는 다수개의 배기밸런서(80)가 선택적으로 하나 이상으로 장착되어 배출되는 배기가스의 일부를 내부에 충진한 후 배기완료시 충진된 배기가스를 재배출하는 역할을 수행하고, 소음기(74)의 인입구(74a)와 인출구(74b) 사이에는 오리피스관(76)을 설치하여 배기가스의 일부가 통과되도록 한다.

이는 오리피스관(76)을 통과하는 배기가스의 빠른 배출속도의 유속에 의해 소음기(74)를 통과하는 배기가스의 배출속도를 증대시키는 역할을 수행한다.

한편, 배기밸런서(80)는 오리피스관(76)에도 적어도 배기밸런서(80)가 하나 이상으로 설치되어 배기가스의 배출을 더욱 신속히 수행할 수 있도록 할 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 배기장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

도 9는 연소 후 배기밸브가 개폐되면서 배출된 배기가스가 배기장치를 통해 배출되는 상태를 보인 배출상태도이고, 도 10은 배기밸브가 폐쇄된 후 배기밸런서에 충진된 배기가스가 배기장치를 통해 배출되는 상태를 보인 배출상태도이다.

도 2 및 도 9, 도 10에 도시된 바와 같이, 배기행정시, 즉 동력을 발생하는 팽창행정 이후에 실린더(14) 내의 연소된 가스는 개방된 배기밸브(18)와 배기포트(19)를 통해 급속히 배출되는데, 이 때에 배출되는 배기가스는 배기매니폴드(70)에 의해 집합된 다음 배기파이프(72)를 통해 촉매 컨버터(78)와 소음기(74)를 거쳐 대기 중으로 배출된다.

배출되는 가스의 일부는 배기파이프(72)에 설치된 복수개의 배기밸런서(80)로 유입되고, 또 다른 배기가스의 일부는 소음기(74)의 전후 양단에 각단이 접속된 오리피스관(76)을 통과하는 한편, 오리피스관(45)을 통과하는 배기가스 중의 일부는 입구 및 출구측에 설치된 배기밸런서(80)로 유입되어 저장된다.

이와 같이, 배기행정시에 배기밸런서(80) 내에 저장된 배기가스는 배기행정이 완료될 때에 배기파이프(72) 내의 배기압이 급격히 저하되면 압력차에 의해 배출되어 연속적인 배기가스의 흐름을 유지시키는 한편, 오리피스관(76)과 배기파이프(72)와의 접속부에는 매우 큰 고속의 유체흐름이 발생되며, 이러한 고속의 유체흐름은 오리피스 효과로 인해 접속부에서의 압력을 감소시키게 되고, 결국 소음기(74)를 통과하는 배기가스를 강하게 흡수하여 배출하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 오리피스관(76)에 설치된 배기밸런서(80)의 압력차에 의해 오리피스관(76) 내의 연속적인 배기가스의 흐름을 유도함으로써, 소음기(74) 내에 남아있던 잔여 배기가스를 효과적으로 배출시킬 수 있게 된다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 연소 후 배출된 배기가스가 배기밸런서에 충진된 후 배기장치를 통해 배출되는 상태를 보인 배출상태도이고, 도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따라 배기밸브가 폐쇄된 후 배기밸런서에 충진된 배기가스가 배기장치를 통해 배출되는 상태를 보인 배출상태도로서, 전술한 오리피스관(76)의 다른 실시예이고, 오리피스관(76)이 소음기(74)의 내부에 장착되어 있다.

즉, 배기가스가 소음기(74)의 내부를 통과할 때 배기가스는 오리피스관(76)을 고속으로 빠져 오리피스관(76) 끝단 부근에서 소음기(74) 내부로 통과하는 저속의 배기가스를 압력차에 의해 배출시켜, 지속적인 배기가스의 흐름을 유지시키는 역할을 수행한다.

그리고, 위와 같은 구성 및 작용 때문에, 엔진(10)의 회전속도에 비례하는 흡입공기를 공급할 수 있고, 연소된 공기를 신속히 배출할 수 있어 엔진(10)의 성능이 향상된다.

즉, 전기 설명으로부터 명확해지듯이, 이 발명은 흡입공기 및 배기가스를 일시 저장할 수 있는 흡입밸런서(60)(60')와 배기밸런서(80)를 제공하여 고속 또는 저속시 발생할 수 있는 흡입공기의 부족과 배기가스의 배압으로 인한 엔진(10)의 출력저하를 극복할 수 있다.

본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.

이 명세서에서 말하는 엔진(10)은 가장 넓은 의미로 사용되고 있고, 즉 넓게 흡입과 배기를 하는 모든 엔진을 포함하는 내연기관을 지칭하는 것으로써, 단지 도시되어 있는 엔진(10)에만 한정하는 것은 아니다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관의 흡기 및 배기장치에 의하면, 다수개로 이루어진 실린더 내로 엔진속도 및 부하에 비례하는 양만큼 충분한 흡기류를 공급하는 흡기장치와, 통상의 소음기를 적용하더라도 배기저항에 의하여 발생된 배압이 실린더 내의 압력보다 작게하여 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 내연기관의 배기장치를 제공하여 고성능, 고출력, 저진동, 경제적인 연비를 제공하고, 연소효율의 증대로 인한 환경오염을 예방할 수 있는 작용효과가 있다.

Claims (12)

1. 내연기관의 다기통 엔진에 장착되고, 연소를 위한 공기를 흡기밸브의 개방에 따라 실린더로 흡입한 후 엔진을 작동시키는 내연기관의 흡기장치로서, 상기 흡기장치는 대기중의 공기를 와류의 상태로 흡입하는 맥동기와, 상기 맥동기를 통해 공급된 흡입공기의 토출압을 균일화하고, 이를 상기 엔진의 일측에 형성된 흡기포트로 공급하는 흡기다지관이 경사지게 형성된 흡기매니폴드와, 상기 엔진의 흡기포트에 체결된 후 상향으로 연장되어 있고, 내부에는 관로를 형성하고 있으며, 상기 흡기다지관이 상기 관로 상에 연통되어 균일화된 흡입공기를 상기 흡기포트로 공급하고, 상기 흡기밸브의 에 따라 반사된 흡입공기가 상기 상향으로 연장된 관로를 따라 역류하도록 하는 다수개의 흡입챔버와, 상기 다수개의 흡입챔버를 통해 역류된 흡입공기가 충진되고, 상기 충진된 흡입공기는 흡기밸브의 재개방에 따라 상기 흡기다지관을 통해 공급된 흡입공기의 유속에 의해 함께 토출되도록 하는 다수개의 흡입밸런서를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 맥동기와 흡기매니폴드 사이에는 흡입관이 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 맥동기와 흡입관 사이에는 스로틀밸브가 선택적으로 장착될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 흡입관의 타측은 역류된 흡입공기를 충진시키는 흡입밸런서가 동일한 축선상에서 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 흡입관과 흡입밸런서 사이에는 흡입챔버가 형성되어 상기 맥동기를 통해 공급되는 흡입공기가 상기 흡입관을 거쳐서 상기 실린더로 흐를 때, 상기 흡입밸런서에 충진된 역류 흡입공기를 빨아들여 서로 혼합시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 흡기매니폴드는 상기 공급되는 흡입공기와 역류된 흡입공기를 균일한 압력하에 정상유동시키는 서지탱크를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
7. 제 4항에 있어서,

   상기 다수개의 흡입밸런서에는 각기 균일한 양으로 역류된 흡입공기를 분배 하는 밸런서튜브에 의해서 서로 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 흡입챔버 내지 흡입밸런서는 엔진의 기통수와 동일한 갯수 내지 보다 많은 갯수로 설치되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기장치.
9. 내연기관의 다기통 엔진에 장착되고, 실린더 내에서 연소된 공기를 배기밸브의 개방에 따라 배기하는 배기매니폴드와, 상기 배기매니폴드에 연결되어 배기된 배기가스를 연소가스가 외부로 나가는 다수개의 배기파이프 및 소음기로 이루어진 배기장치로서, 상기 배기장치에는 콘덴서의 역할을 수행하는 다수개의 배기밸런서가 선택적으로 장착되어 배출되는 배기가스의 일부를 내부에 충진한 후 배기완료시 충진된 배기가스를 재배출하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 소음기의 인입구와 인출구 사이에는 오리피스관을 설치하여 배기가스의 일부가 통과하도록 하되, 상기 오리피스관을 통과한 배기가스의 유속에 의해 상기 소음기를 통과하는 배기가스의 배출속도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 오리피스관에는 상기 배기밸런서가 하나 이상으로 장착되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기장치.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 소음기의 내부로는 오리피스관이 설치되어 배기가스의 일부가 통과하도록 하되, 상기 오리피스관를 통과한 배기가스의 유속에 의해 상기 소음기를 통과하는 배기가스의 배출속도를 증대시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기장치.

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