KR20090063909A - Inspiratory system structure of car engine - Google Patents

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KR20090063909A KR1020070131439A KR20070131439A KR20090063909A KR 20090063909 A KR20090063909 A KR 20090063909A KR 1020070131439 A KR1020070131439 A KR 1020070131439A KR 20070131439 A KR20070131439 A KR 20070131439A KR 20090063909 A KR20090063909 A KR 20090063909A
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최재석
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현대자동차주식회사
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Abstract

An intake line structure of an engine is provided to reduce weight of the engine because the response rate can be improved in the cold start of the vehicles. An intake line structure of an engine comprises an intake air system formed with the intake manifold and surge tank, an intake manifold connected to the bottom surface of the surge tank, a fuel injector which is formed in one side of the intake manifold and sprays the fuel, a bypass conduit(105) for being formed in the connection part of the runner(103) of the surge tank and intake manifold, and a VCM valve(110) installed inside the surge tank.

Description

엔진의 흡기계 구조{INSPIRATORY SYSTEM STRUCTURE OF CAR ENGINE}Intake system structure of engine {INSPIRATORY SYSTEM STRUCTURE OF CAR ENGINE}

본 발명은 엔진의 흡기계 구조에 관한 것으로, 특히 흡기매니폴드의 러너 내측부에 파이패스 통로를 형성하고, 상기 러너 내부의 공기 흐름을 조절하는 VCM 밸브를 설치하여 차량의 콜드 스타트시 고응답성을 달성할 수 있으며, 간단한 구조로 엔진의 중량 및 원가가 저감되게 한 엔진의 흡기계 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an intake structure of an engine, and in particular, a pipe path is formed inside the runner of the intake manifold, and a VCM valve is installed to control the air flow inside the runner. It is related to an intake structure of an engine that can be achieved and that the weight and cost of the engine can be reduced by a simple structure.

일반적으로 차량의 엔진은 연료와 대기중의 공기가 적절한 비율로 혼합된 혼합기가 연소실에서 연소되는 과정에서 발생되는 폭발력에 의해 동력을 얻게 되는 것으로서, 엔진의 종류는 그 사용연료에 따라서 가솔린 엔진, 디젤 엔진, 가스 엔진 등으로 구분되어진다.In general, the engine of a vehicle is powered by the explosive power generated by the mixing of fuel and atmospheric air in an appropriate ratio in a combustion chamber. The type of engine is a gasoline engine or a diesel depending on the fuel used. It is divided into engine and gas engine.

상기한 엔진들은 그 사용연료에 따라 연료공급장치가 각각 다르게 형성될 뿐만 아니라 엔진의 출력, 연료의 가격, 배기및 소음문제, 운전편의성 등에 따른 장단점을 가지고 있다. 이러한 장단점을 고려하여 가솔린 엔진은 주로 승용차량에 장착되며, 디젤 엔진은 상용차에 장착되고, 가스 엔진은 영업용 소형차량에 장착되고 있는 것이 일반적인 실정이다.The above-described engines have advantages and disadvantages in that the fuel supply device is formed differently according to the fuel used, and the engine output, fuel price, exhaust and noise problems, driving convenience, and the like. In consideration of these advantages and disadvantages, gasoline engines are mainly mounted on passenger vehicles, diesel engines are mounted on commercial vehicles, and gas engines are generally mounted on small commercial vehicles.

상기와 같이 차량의 종류에 따라 장착되는 엔진의 종류와 형태 및 그 출력은 다 르지만 동일 배기량으로 최대의 출력을 얻기 위한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 일환으로서 최근의 엔진에는 운전조건 및 출력을 향상시키기 위해 각종 센서 및 전자제어장치들이 부착되고 있다. 또한, 가솔린 엔진의 경우에는 1개의 실린더에 다수의 밸브를 설치하거나, 종래에는 디젤 엔진에만 적용되었던 터보차저나 슈퍼차저가 적용되고 있는 실정이다.As described above, although the type and shape of the engine and its output are different according to the type of vehicle, research and development are being actively conducted to obtain the maximum output with the same displacement. As part of this, in recent engines, various sensors and electronic controllers are attached to improve driving conditions and output power. In addition, in the case of a gasoline engine, a plurality of valves are installed in one cylinder, or a turbocharger or a supercharger, which was conventionally applied only to a diesel engine, is applied.

도 1a 와 도 1b 는 상기 종래의 V형 엔진의 흡기계의 장착상태의 예를 도시한 도면이다.1A and 1B are diagrams showing an example of a mounting state of an intake machine of the conventional V-type engine.

도시된 바와 같이, 실린더 헤드(11)가 양측에 마련되는 V형 엔진(10)에서 흡기 매니폴드(21)와 서지탱크(22)가 일체로 형성된 흡기계(20)가 상기 실린더 헤드(11)의 상부측에 장착된다. As shown, in the V-shaped engine 10 having the cylinder head 11 provided at both sides, the intake machine 20 in which the intake manifold 21 and the surge tank 22 are integrally formed is the cylinder head 11. It is mounted on the upper side of the.

상기 서지 탱크(22)의 일측면으로 에어덕트(25)가 연결되고, 상기 서지 탱크(22)의 하측면으로 흡기 매니폴드(21)가 연결되어지며, 상기 에어 덕트(25)의 입구 측에는 대기중의 이물질을 거르기 위한 에어 클리너(미도시)가 연결되고, 상기 흡기 매니폴드(21)의 일측으로는 연료를 분사하기 위한 연료 인젝터(40)가 형성된다.An air duct 25 is connected to one side of the surge tank 22, and an intake manifold 21 is connected to a lower side of the surge tank 22, and an air is supplied to the inlet side of the air duct 25. An air cleaner (not shown) for filtering foreign matters is connected, and a fuel injector 40 for injecting fuel is formed at one side of the intake manifold 21.

상기와 같이 구성되는 흡기계에서 운전자가 가속을 위해 엑셀레이터 페달을 밟았을 경우에 그 답력이 엑셀레이터 케이블로 전달되어 스로틀 바디의 셔터가 개방되므로서 연소실의 부압에 의해 대기 중의 공기가 한 개의 에어 덕트(25)를 통해 서지탱크(22)로 흡입되어지며, 서지 탱크(22)로 유입된 공기는 각 실린더의 흡기 포트에 접속되고, 다기관, 즉 흡기 매니폴드(21)를 통해 분배 공급되어지게 된다.In the intake system configured as described above, when the driver presses the accelerator pedal for acceleration, the response force is transmitted to the accelerator cable, and the shutter of the throttle body is opened, so that the air in the atmosphere is discharged from the air by the negative pressure of the combustion chamber. 25 is sucked into the surge tank 22, the air introduced into the surge tank 22 is connected to the intake port of each cylinder, it is to be distributed and supplied through the manifold, that is, the intake manifold (21).

따라서 운전자가 엑셀레이터 페달을 밟았을 경우에 연소실 부압에 의해 대기 중의 공기가 에어클리너와 에어덕트(25)를 통해 서지탱크(22)로 유입된 후 흡기 매니폴드(21)를 통해 분배됨으로써, 특히 순간적인 가속에 의한 응답성이 뛰어나야 하며, 특히 높은 출력이 요구되는 경주용 차량의 경우 운전자의 요구를 충족하지 못하게 되는 문제점이 있었다. 이와 같이 엔진 출력과 가속성을 높이기 위하여는 다량의 흡기가 요구되는데, 종래의 경우 배기 가스의 유동에너지를 이용하여 터빈과 블로어를 회전시켜 공기를 가압하여 고출력화 및 가속성을 향상시키게 되었으나, 이는 그 구조가 복잡하고 차량의 중량을 증가시키며, 특히 터보차저가 배기저항을 유발하게 됨으로써 경주용 차량의 엔진의 경우 그 적용에 있어 한계가 있는 것이다.Therefore, when the driver presses the accelerator pedal, the air in the atmosphere is introduced into the surge tank 22 through the air cleaner and the air duct 25 by the combustion chamber negative pressure, and then is distributed through the intake manifold 21. Responsiveness due to the normal acceleration should be excellent, especially in the case of racing vehicles that require high power, there was a problem that does not meet the needs of the driver. In order to increase the engine output and acceleration as described above, a large amount of intake is required. In the related art, the turbine and the blower are rotated by using the flow energy of the exhaust gas to pressurize the air to improve high output and acceleration. Is complicated and increases the weight of the vehicle, and in particular, the turbocharger causes the exhaust resistance, so there is a limit in the application of the engine of the racing vehicle.

도 2 는 종래의 V형 엔진에 있어서, 흡기 매니폴드의 양 뱅크(bank)에 VCM 밸브를 연결한 상태를 도시한 도면이다. 2 is a view showing a state in which a VCM valve is connected to both banks of an intake manifold in a conventional V engine.

법규 대응을 위한 V형 엔진에 VCM 밸브(55)를 적용할 경우, 흡기 매니폴드의 양 뱅크(Bank)에 설치하게 되는데, 이 경우 밸브 샤프트 2개를 설치해야 하고, 이에 의해 2개의 밸브 샤프트를 연결하는 링크(53)를 추가하여 VCM 밸브 액튜에이터(51)에 연결한다. When the VCM valve 55 is applied to a V-type engine for legal compliance, it is installed in both banks of the intake manifold. In this case, two valve shafts must be installed. A link 53 is added to connect to the VCM valve actuator 51.

이 경우, 상기 설치되는 구성부재들이 엔진의 레이아웃이 복잡한 흡기 매니폴드(21)에 장착되므로, 레이아웃상 적용 불가한 경우가 발생되며, 2개의 샤프트 적용에 따른 구성 부품인 샤프트 베어링, 오일 실 등의 수가 2배로 증가하며, 양측 샤프트를 연결하는 링크(53)도 추가로 필요하게 되어 제조 원가상승의 요인이 되 고, 나아가 구성 부품 수의 증가에 따른 품질 문제 발생 확률도 증가하게 되는 문제점이 있다. In this case, since the installed components are mounted on the intake manifold 21 having a complicated layout of the engine, it is not possible to apply them in the layout, such as shaft bearings, oil seals, etc. The number doubles, and the link 53 connecting both shafts is additionally required, which increases the manufacturing cost, and further increases the probability of quality problems caused by an increase in the number of components.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 서지탱크와 흡기매니폴드(100)의 러너(103)와 연결되는 부위에 파이패스 통로(105)를 형성하고, 서지탱크내부에 VCM 밸브(110)를 설치하여 러너 (10)내부의 공기 흐름을 조절하며, 차량의 콜드 스타트시 VCM 밸브(110)를 닫음으로 HC 를 저감할 수 있고, 정상 운전시는 VCM 밸브(11)를 개방하여 연소에 필요한 충분한 공기를 공급토록 함으로써 엔진이 성능 저하 없이 SULEV 법규 대응이 가능한 엔진 성능이 발휘되는 엔진의 흡기계 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention has been made in order to solve the above problems, the pipe path passage 105 is formed in the portion connected to the runner 103 of the surge tank and the intake manifold 100, VCM in the surge tank By installing the valve 110 to regulate the air flow in the runner 10, the HC can be reduced by closing the VCM valve 110 at the cold start of the vehicle, the VCM valve 11 is opened during normal operation Therefore, it is an object of the present invention to provide an engine intake system structure in which an engine performance capable of complying with the SULEV regulations is provided by supplying sufficient air for combustion.

또한, 본 발명은 바이패스 통로(105)를 형성하고, 서지탱크내부에 VCM 밸브(110)를 설치함에 의해 차량의 콜드 스타트시 고응답성을 달성할 수 있으며, 그 구조가 간단하고 엔진 중량이 저감되는 엔진의 흡기계 구조를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention by forming the bypass passage 105, by installing the VCM valve 110 in the surge tank can achieve a high response at the cold start of the vehicle, the structure is simple and the engine weight is It is another object to provide an intake system structure of an engine to be reduced.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 엔진의 흡기계 구조는 흡기 매니폴드와 서지탱크로 형성된 흡기계가 실린더 헤드의 상부측에 장착되고, 상기 서지 탱크의 하측면으로 흡기 매니폴드가 연결되어지며, 상기 흡기 매니폴드의 일측으로 연료를 분사하기 위한 연료 인젝터가 형성된 엔진의 흡기계 구조에 있어서,In order to achieve the above object, the intake system structure of the engine of the present invention is the intake system formed of the intake manifold and the surge tank is mounted on the upper side of the cylinder head, the intake manifold is connected to the lower side of the surge tank In the intake system of the engine is provided with a fuel injector for injecting fuel to one side of the intake manifold,

상기 서지탱크와 흡기매니폴드(100)의 러너(103)와 연결되는 부위에 파이패스 통로(105)를 형성하고, 상기 서지탱크 내부에 VCM 밸브(110)를 설치하여 러너(10) 내부의 공기 흐름을 조절하는 것을 특징으로 한다.The pipe passage 105 is formed at a portion connected to the surge tank and the runner 103 of the intake manifold 100, and the VCM valve 110 is installed inside the surge tank to provide air inside the runner 10. It is characterized by adjusting the flow.

본 발명의 상기 차량의 콜드 스타트시 상기 VCM 밸브(110)를 닫아 HC 를 저감하고, 차량의 정상 운전시는 상기 VCM 밸브(11)를 개방하여 작동되도록 한다.When the cold start of the vehicle of the present invention, the VCM valve 110 is closed to reduce HC, and during normal driving of the vehicle, the VCM valve 11 is opened to operate.

상기 바이패스 통로(105)의 끝단은 인젝터(130)가 설치된 부근까지 연결되도록 하는 것이 바람직하다.The end of the bypass passage 105 is preferably connected to the vicinity of the injector 130 is installed.

본 발명의 엔진의 흡기계 구조에 의하면, 서지탱크와 흡기매니폴드(100)의 러너(103)와 연결되는 부위에 파이패스 통로(105)를 형성하고, 서지탱크내부에 VCM 밸브(110)를 설치하여 러너 (10)내부의 공기 흐름을 조함으로써, 차량의 콜드 스타트시 VCM 밸브(110)를 닫음으로 HC 를 저감할 수 있으며, 정상 운전시는 VCM 밸브(11)를 개방하여 연소에 필요한 충분한 공기를 공급토록 함으로써 엔진이 성능 저하 없이 SULEV 법규 대응이 가능한 효과를 발휘한다.According to the intake system structure of the engine of the present invention, a pipe passage passage 105 is formed in a portion connected to the surge tank and the runner 103 of the intake manifold 100, and the VCM valve 110 is provided inside the surge tank. By installing and adjusting the air flow inside the runner 10, HC can be reduced by closing the VCM valve 110 at the cold start of the vehicle, and opening the VCM valve 11 at the time of normal operation is sufficient for combustion. By supplying air, the engine is capable of responding to SULEV regulations without degrading performance.

아울러, 상기 바이패스 통로 및 VCM 밸브 등의 신규한 구성부재의 기구가 간단하여 내구성이 보장되고, 중량 및 원가 면에서도 유리한 장점이 있다. In addition, the mechanism of the novel constituent members, such as the bypass passage and the VCM valve is simple, and durability is ensured, and there is an advantage in terms of weight and cost.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 엔진의 흡기계 구조의 적합한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the intake system structure of the engine according to the present invention.

도 3 내지 도 5 는 본 발명에 따른 엔진의 흡기계 구조를 도시한 도면으로,3 to 5 is a view showing the intake system structure of the engine according to the present invention,

도 3 은 흡기 매니폴드의 내부에 바이패스 통로가 형성된 상태를 도시한 사시도이고,3 is a perspective view illustrating a bypass passage formed inside an intake manifold;

도 4a 와 도 4b 는 상기 도 3 의 A-A 선에 따른 단면도로, VCM 밸브의 작동상태를 도시한 단면도이며,4A and 4B are cross-sectional views taken along the line A-A of FIG. 3, and are cross-sectional views illustrating an operating state of the VCM valve.

도 5 는 상기 도 3 의 B 방향에서 본 상태를 도시한 도면으로, 역시 VCM 밸브의 작동상태를 도시한 도면이다.FIG. 5 is a view showing a state seen from the direction B of FIG. 3, and also showing an operating state of the VCM valve.

도시된 바와 같이, 본 발명에서는 서지탱크(미도시)와 흡기매니폴드(100)의 러너(103)와 연결되는 부위에 파이패스 통로(105)를 두고, 서지탱크에 VCM 밸브(110)를 설치하였으며, 바이패스 통로(105)의 끝단은 인젝터(130)가 설치된 부근까지 연결되도록 한다.As shown, in the present invention, the pipe passage 105 is provided at a portion connected to the runner 103 of the surge tank (not shown) and the intake manifold 100, and the VCM valve 110 is installed in the surge tank. The end of the bypass passage 105 is connected to the vicinity of the injector 130 is installed.

상기와 같은 VCM 밸브(100)를 장착한 본 발명의 엔진의 흡기계 구조에 있어서, VCM 밸브(110)의 개폐에 따른 작동상태에 대해 설명하기로 한다.In the intake system structure of the engine of the present invention equipped with the VCM valve 100 as described above, the operating state according to the opening and closing of the VCM valve 110 will be described.

먼저, VCM 밸브(110)가 닫히게 되면, VCM 밸브(110) 하부의 러너(103)로 통하는 공기 통로는 막히고, 오직 바이패스 통로(105)를 통해서만 공기가 통하게 된다. 이 경우 단면적이 큰 VCM 밸브(110)의 상부 러너(103)를 흐르는 공기가 단면적이 작은 바이패스 통로(105)를 통과할 때는 축소된 단면적의 공간을 지나므로 흐르는 공기의 속도가 증가되어 연료와 혼합된 기체가 연소실 내로 유입되어 공기가 연소실 벽에 부딪힐 때 빠른 속도에 의하여 연소실 벽으로부터 튕겨 나오는 힘이 증가하게 되고, 이를 통해 차량의 콜드 스타트(cold start)시 차가운 연소실에 연료가 달라붙는 월 웨팅(wall wetting) 현상을 급격히 감소시키게 된다. 이와 함께 헤 드 포트(head port) 내의 압력을 낮추어 연료의 기화율을 높여 연소실로 유입된 연료의 연소율을 높이게 되고, 이로써 최소한의 연료로 엔진 운전을 가능하게 되어 HC 저감은 물론 연비 향상을 꾀할 수 있게 된다.First, when the VCM valve 110 is closed, the air passage to the runner 103 under the VCM valve 110 is blocked, and only air passes through the bypass passage 105. In this case, when the air flowing through the upper runner 103 of the VCM valve 110 having a large cross-sectional area passes through the bypass passage 105 having a small cross-sectional area, the air flows through the space of the reduced cross-sectional area, thereby increasing the velocity of the fuel and the fuel. When the mixed gas enters the combustion chamber and the air hits the combustion chamber wall, the force that bounces out of the combustion chamber wall is increased by a high speed, which causes the fuel to cling to the cold combustion chamber during the cold start of the vehicle. Wall wetting is drastically reduced. At the same time, the pressure in the head port is lowered to increase the vaporization rate of the fuel, thereby increasing the combustion rate of the fuel introduced into the combustion chamber, thereby enabling the engine to operate with the least amount of fuel, thereby reducing HC and improving fuel economy. Will be.

본 발명의 VCM 밸브(110)을 닫을 경우, VCM 밸브(110) 추가에 따른 단면적 축소를 바이패스 통로(105)의 단면적으로 보상하게 되어 VCM 밸브 추가에 따른 성능 저하는 없게 된다.When the VCM valve 110 of the present invention is closed, the cross-sectional reduction due to the addition of the VCM valve 110 is compensated for by the cross-sectional area of the bypass passage 105, so that there is no performance degradation due to the addition of the VCM valve.

이상 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 엔진의 흡기계 구조에 있어서, 차량의 콜드 스타트시 VCM 밸브(110)를 닫아 HC 를 저감할 수 있으며, 정상 운전시는 VCM 밸브(11)를 개방하여 연소에 필요한 충분한 공기를 공급하여 성능 저하 없이 SULEV 법규 대응이 가능하도록 한다.As described above, in the engine intake system structure according to the present invention, the HC can be reduced by closing the VCM valve 110 at the cold start of the vehicle, and the VCM valve 11 is opened to burn during normal operation. Sufficient air is required to supply SULEV regulations without compromising performance.

도 1a 와 도 1b 는 종래의 V형 엔진의 흡기계의 장착상태의 예를 도시한 도면이고,1A and 1B are diagrams showing an example of a mounting state of an intake system of a conventional V-type engine,

도 2 는 종래의 V형 엔진에 있어서, 흡기 매니폴드의 양 뱅크(bank)에 VCM 밸브를 연결한 상태를 도시한 도면이며, 2 is a view showing a state in which a VCM valve is connected to both banks of an intake manifold in a conventional V-type engine,

도 3 내지 도 5 는 본 발명에 따른 엔진의 흡기계 구조를 도시한 도면이다.3 to 5 are views illustrating the intake system structure of the engine according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : V형 엔진 11 : 실린더 헤드10: V engine 11: cylinder head

12 : 실린더 블록 20 : 흡기계12 cylinder block 20 intake machine

21,101 : 흡기 매니폴드 22 : 서지탱크 21,101: intake manifold 22: surge tank

103 : 러너 105 : 바이패스 통로103: Runner 105: Bypass passage

110 : VCM 밸브 130 : 인젝터110: VCM valve 130: injector

Claims (4)

흡기 매니폴드와 서지탱크로 형성된 흡기계가 실린더 헤드의 상부측에 장착되고, 상기 서지 탱크의 하측면으로 흡기 매니폴드가 연결되어지며, 상기 흡기 매니폴드의 일측으로 연료를 분사하기 위한 연료 인젝터가 형성된 엔진의 흡기계 구조에 있어서,An intake machine formed of an intake manifold and a surge tank is mounted on an upper side of the cylinder head, an intake manifold is connected to a lower side of the surge tank, and a fuel injector for injecting fuel to one side of the intake manifold is provided. In the intake system structure of the formed engine, 상기 서지탱크와 흡기매니폴드(100)의 러너(103)와 연결되는 부위에 파이패스 통로(105)를 형성하고, A pipe passage passage 105 is formed at a portion connected to the surge tank and the runner 103 of the intake manifold 100, 상기 서지탱크 내부에 VCM 밸브(110)를 설치하여 러너(10) 내부의 공기 흐름을 조절하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계 구조.Intake system structure of the engine, characterized in that for installing the VCM valve 110 inside the surge tank to control the air flow in the runner (10). 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 차량의 콜드 스타트시는 상기 VCM 밸브(110)가 닫히고, 차량의 정상 운전시는 상기 VCM 밸브(11)가 개방되도록 작동하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계 구조.The VCM valve 110 is closed during the cold start of the vehicle, and the intake system structure of the engine, characterized in that it operates to open the VCM valve (11) during normal operation of the vehicle. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 바이패스 통로(105)의 끝단은 인젝터(130)가 설치된 부근까지 연결되도록 한 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계 구조.The end of the bypass passage 105 is connected to the vicinity of the injector 130 is installed, characterized in that the engine intake system. 청구항 1 에 있어서,The method according to claim 1, 상기 VCM 밸브와 바이패스 통로의 형성은 V형 엔진에 적용되도록 한 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계 구조.The intake system structure of the engine, characterized in that the formation of the VCM valve and the bypass passage is applied to the V-type engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11255302B1 (en) * 2020-11-23 2022-02-22 Hyundai Motor Company Intake system for vehicle

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