KR20090127133A

KR20090127133A - 내연기관용 흡기시스템

Info

Publication number: KR20090127133A
Application number: KR1020097018773A
Authority: KR
Inventors: 도미히사 츠치야; 마사오 이노
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2007-03-06
Filing date: 2008-03-06
Publication date: 2009-12-09
Also published as: JP2008215258A; JP4485541B2; WO2008107795A1; CN101641503A; CN101641503B; EP2129890A1; US20100037853A1

Abstract

본 발명에 따른 내연기관용 흡기시스템은: 흡기가 연소실(40) 안으로 유도되는 흡기통로(50); 실린더헤드(30)에 부착되어, 상기 흡기통로(50)의 일부분을 형성하는 흡기매니폴드(100); 상기 흡기통로(50)의 적어도 일부분의 유로 면적을 줄이는 흡기제어밸브(200); 상기 흡기제어밸브(200)가 밸브축(300)을 중심으로 피봇을 허용하는 방식으로 상기 흡기제어밸브(200)의 일단부(210)를 지지하는 밸브축(300); 및 상기 흡기매니폴드(100)로부터 상기 일단부(210)를 향해 돌출되고, 상기 밸브축(300)에 근접한 상기 흡기통로(50)의 벽면의 일부분과 상기 일단부(210) 간의 갭을 최소화하는 가이드리브(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관용 흡기시스템{INTAKE SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 일반적으로 내연기관용 흡기시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡기제어밸브를 포함하는 내연기관용 흡기시스템에 관한 것이다.

흡기통로에 제공된 흡기제어밸브에 걸쳐 개폐 제어를 실행하여 흡기의 유동을 제어하여, 연소실에서 텀블류(종방향 와류)와 스월류(횡방향 와류)와 같은 와류를 생성하게 되는 내연기관용 흡기시스템이 있다. 이들 와류의 유동은 연소 효율을 증대시키고, 내연기관에서의 성층 연소를 촉진한다.

예를 들어, 일본 미심사 실용신안출원공보 제7-25264(JP-UM-A-7-25264)호에는 엔진용 흡기시스템이 기술되어 있는데, 흡기구의 통로가 격벽에 의해 제1통로와 제2통로로 분할되어 있고, 상기 제2통로를 완전히 폐쇄하거나 완전히 개방하는 흡기제어밸브가 제공되는 것을 특징으로 한다.

일본특허출원공보 제2003-206761(JP-A-2003-206761)호는 인라인 4기통 내연기관의 각각의 네 실린더에 제공되는 흡기제어밸브를 포함하는 가변 유량 흡기공급시스템을 개시하고 있다.

상기 예시화된 시스템에서는, 와류를 생성하는 기류(이를 본 명세서에서는 "메인류"라고 함)가 밸브축에 의해 지지가 되는 캔틸레버 흡기제어밸브의 일부분(흡 기제어밸브의 이러한 부분을 본 명세서에서는 "일단부"라 하기로 함)과 상기 밸브축에 근접한 흡기통로의 벽면의 일부분 사이의 갭을 통과하는 기류에 의해 영향을 받을 수도 있다. 이는 연소 효율의 증대와 상기 내연기관에서의 성층 연소의 촉진을 억제한다.

본 발명은 흡기를 보다 적절한 형태로 유동시키는 내연기관용 흡기시스템을 제공한다.

본 발명의 제1실시형태는 내연기관의 연소실 안으로 흡기를 도입시키는 내연기관용 흡기시스템에 관한 것이다. 상기 흡기시스템은: 흡기가 통과하는 흡기통로; 상기 내연기관에 부착되어, 상기 흡기통로의 일부분을 형성하는 흡기매니폴드; 상기 흡기통로의 적어도 일부분의 유로 면적을 줄일 수 있는 흡기제어밸브; 상기 흡기제어밸브가 밸브축을 중심으로 피봇을 허용하는 방식으로 상기 흡기제어밸브의 일단부를 지지하는 밸브축; 및 상기 흡기제어밸브 이외의 구성요소로부터 상기 흡기제어밸브의 일단부를 향해 돌출되고, 상기 밸브축에 근접한 상기 흡기통로의 벽면의 일부분과 상기 일단부 간의 갭을 최소화하는 갭축소부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술된 구성에 의하면, 상기 흡기제어밸브의 일단부와 상기 흡기통로의 벽면 간의 갭은 갭축소부에 의해 최소화된다. 그러므로, 갭을 통과하는 기류가 억제되고, 흡기가 보다 적절한 형태로 유동하게 된다. 그 결과, 연소 특성이 개선되게 된다.

상기 흡기제어밸브 이외의 구성요소는 상기 흡기매니폴드에 포함된 구성요소일 수도 있고, 또는 상기 흡기매니폴드 내에 삽입 및 핏팅되어 상기 흡기통로의 일부분을 형성하는 삽입부재일 수도 있다.

상술된 본 발명의 실시형태에 따른 흡기시스템에 있어서, 상기 갭축소부는 상기 흡기통로가 연장되는 방향을 따라 연장될 수도 있고, 상기 흡기통로의 일부분을 형성할 수도 있다.

상술된 구성에 의하면, 상기 흡기의 유동에서의 갭축소부의 존재 영향이 최소화되는데, 그 이유는 상기 갭축소부가 흡기통로가 연장되는 방향을 따라 연장되기 때문이다. 그 결과, 흡기를 보다 적절한 형태로 유동시키는 것이 가능하게 되어, 연소 특성을 향상시킬 수 있게 된다.

상술된 본 발명의 실시형태에 따른 흡기시스템에 있어서, 상기 흡기제어밸브는 상기 일단부의 반대측에 있는 타단부를 포함할 수도 있고, 상기 갭축소부는 상기 타단부보다 상기 일단부에 더 근접한 위치에 형성될 수도 있다.

상술된 구성에 의하면, 흡기제어밸브의 일단부와 흡기통로의 벽면 간의 갭을 최소화하는 한편, 상기 갭축소부의 크기의 증가를 억제할 수도 있는데, 그 이유는 상기 갭축소부가 흡기제어밸브의 일단부 부근에 제공되기 때문이다.

상술된 본 발명의 실시형태에 따른 흡기시스템에 있어서, 상기 갭축소부는 상기 흡기제어밸브의 전체 가동 범위 내에서 상기 흡기제어밸브의 위치와 관계없이 상기 흡기통로의 벽면과 상기 흡기제어밸브의 일단부 간의 갭을 최소화할 수도 있다.

상술된 구성에 의하면, 흡기제어밸브가 가능한 최소 유로 면적 또는 가능한 최대 유로 면적을 생성하는지의 여부에 관계없이 흡기가 보다 적절한 형태로 유동하게 된다.

상술된 본 발명의 실시형태에 따른 흡기시스템에 있어서, 상기 흡기제어밸브는 상기 연소실에서 텀블류를 생성할 수도 있다.

상술된 본 발명의 실시형태에 따르면, 흡기가 보다 적절한 형태로 유동하게 되어, 내연기관에서 발생하는 연소의 특성이 개선되게 된다.

본 발명의 상기 목적과 기타 목적 및 장점들은 동일한 참조부호들이 동일한 요소들을 표현하는 데 사용되는 첨부 도면들을 참조하여 후술하는 예시적인 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 흡기시스템의 전반적인 구성을 도시한 도면;

도 2는 도 1에 도시된 내연기관용 흡기시스템에 포함된 흡기제어밸브와 흡기매니폴드를 도시한 도면; 및

도 3은 도 1에 도시된 내연기관용 흡기시스템에서 흡기제어밸브 부근의 일부분을 도시한 확대도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 설명하기로 한다. 동일하거나 대응하는 부분들은 동일한 참조 부호들로 표시될 것이고, 그 설명은 이하 단 한 번만 설명하기로 한다.

상기 실시예에서 개체수, 수량 등에 관한 기술들은 특정하지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 점에 유의해야 한다. 또한, 본 실시예에 기술된 구성 요소들은 특정하지 않는 한 본 발명에 있어서 절대적으로 필요한 것은 아니다. 또한, 본 발명의 각종 실시예들이 있는 경우, 실시예들의 구성예들은 특정하지 않는 한 서로 적절하게 조합될 수도 있다. 구성예들을 서로 조합하는 것은 본 발명의 범위 내에 있다.

본 명세서에 기술된 "내연기관"은 가솔린 엔진이거나 디젤 엔진일 수도 있다. 내연기관에 제공된 인젝터는 연료를 흡기통로 안으로 분사하는 인젝터일 수도 있고, 또는 연료를 실린더 안으로 분사하는 인젝터일 수도 있다. 또한, 상술된 두 타입의 인젝터 모두가 내연기관에 제공될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 흡기시스템의 전반적인 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 실린더(20)가 실린더블럭(10)에 형성되고, 달개 지붕형(Pent-Roof) 연소실(40)이 상기로부터 실린더(20)를 커버하는 실린더헤드(30)에 형성된다. 흡기통로(50)와 배기통로(60)가 연소실(40)을 형성하는 각각의 경사진 두 평면에 연결되는 방식으로 상기 통로들이 형성된다. 흡기밸브(70)는 흡기통로(50)의 단부에서 개구를 개폐하고, 배기밸브(80)는 배기통로(60)의 단부에서 개구를 개폐한다. 흡기통로(50)의 일단부는 별도의 두 브랜치로 분할된다. 각각의 실린더(20)에는 각각의 브랜치들의 단부들에서 개구들을 개폐하는 두 흡기밸브(70)가 제공된다. 각각의 실린더(20)에도 두 배기밸브(80)가 제공된다. 플러그(90)는 이들 네 밸브에 의해 포위되는 연소실(40)의 상단 중앙부에 배치된다. 피스톤(95)은 실린더(20)에 제공된다. 도 1에 도시된 예시에서는, 피스톤(95)이 평탄한 최상면을 가진다. 하지만, 상기 피스톤(95)의 최상면은 예컨대 성층 연소에 적합한 소정의 형상으로 형성될 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 내연기관용 흡기시스템을 도 1 이외에도 도 2와 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡기시스템에 포함된 흡기매니폴드(100)와 흡기제어밸브(200)를 도시한 도면이다. 도 3은 흡기제어밸브(200) 부근에 있는 흡기시스템의 일부분을 도시한 확대도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 흡기매니폴드(100)는 실린더헤드(30)에 연결되고, "삽입부재"로서의 역할을 하는 카트리지(500)가 흡기매니폴드(100) 안에 삽입 및 핏팅된다. 흡기는 도 1 및 도 3의 화살표 DR1로 표시된 방향을 따라 흡기매니폴드(100)에 형성된 흡기통로(50), 카트리지(500) 및 실린더헤드(30)를 통해 유동한다. 상기 흡기제어밸브(200)는 흡기통로(50)의 유로 면적을 조정하여, 도 1의 화살표 DR2로 표시된 방향을 따라 진행되는 텀블류가 실린더(20)에 생성되게 된다. 상기 흡기제어밸브(200)와 밸브축(300)은 카트리지(500)에 핏팅된다. 상기 밸브축(300)은 흡기제어밸브(200)가 밸브축(300)을 중심으로 피봇하게 되는 방식으로 흡기제어밸브(200)의 일단부(베이스부)(210)를 지지한다. 이는 흡기제어밸브(200)를 도 1의 화살표 DR3으로 표시된 방향으로 피봇시킴으로써, 상기 흡기통로(50)의 유로 면적이 흡기제어밸브(200)를 동작시켜 조정되게 된다.

도 1 내지 도 3에 도시된 점괘선은 흡기통로(50)의 유로 면적이 흡기제어밸 브(200)에 의해 최소화될 때 흡기제어밸브(200)의 위치를 나타낸다. 흡기통로(50)의 유로 면적이 흡기제어밸브(200)에 의해 최소화되는 경우, 흡기제어밸브(200)의 타단부(선단부)(220)와 상기 흡기통로(50)의 벽면 사이에 있는 클리어런스를 통과하는 공기의 메인류(도 3에 화살표 F1로 표시됨)는 연소실(40)에 와류(텀블류)를 생성한다. 이는 예컨대 공기와 연료의 혼합과 연소실(40) 내의 불꽃 점화 불길의 전파를 촉진시켜, 연소 효율을 증대시킨다.

흡기제어밸브(200)가 와류(텀블류)를 생성하도록 작동되는 경우, 강한 기류(도 3에서 화살표 F2로 표시됨)가 흡기제어밸브(200)의 일단부(210)와 흡기통로(50)의 벽면 사이에 형성된 갭을 통과한다면, 상기 강한 기류가 화살표 F1로 표시된 메인류를 왜란시켜, 흡기의 균질화(즉, 공연혼합물의 균질화)를 억제하게 된다. 이는 또한 내연기관에서 발생하는 연소의 특성을 개선하는 것도 억제하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 내연기관용 흡기시스템은 가이드 리브(400)를 포함한다. 상기 가이드 리브(400)는 흡기매니폴드(100)로부터 흡기제어밸브(20)의 일단부(210)를 향해 돌출되어, 상기 흡기통로(50)의 벽면과 일단부(210) 간의 갭이 최소화되게 된다. 가이드 리브(400)는 흡기제어밸브(200)의 일단부(210)와 흡기통로(50)의 벽면 간의 갭을 최소화하기 때문에, 화살표 F2로 표시된 바와 같이 갭을 통과하는 기류가 억제된다. 이에 따라, 상기 내연기관에서 발생하는 연소의 특성이 개선되게 된다.

상기 가이드 리브(400)는 흡기통로(50)가 연장되는 방향을 따라(즉, 화살표 DR1로 표시된 방향을 따라) 연장되고, 상기 흡기통로(50)의 일부분을 형성한다. 이러한 구성은 흡기의 유동에 대한 가이드 리브(400)의 존재의 영향을 최소화한다.

또한, 상기 가이드 리브(400)는 흡기제어밸브(200)의 타단부(220)보다 흡기제어밸브(200)의 일단부(210)에 더 근접한 위치에 형성된다. 이러한 구성은 흡기제어밸브(200)의 일단부(210)와 흡기통로(50)의 벽면 간의 갭을 최소화하는 한편, 상기 가이드 리브(400)의 크기의 증가를 억제시킨다.

상기 가이드 리브(400)는 흡기제어밸브(200)가 가능한 최소 유로 면적 또는 가능한 최대 유로 면적을 생성하는지의 여부와 관계없이 상술된 갭을 최소화한다. 다시 말해, 가이드 리브(400)는 그 전체 가동 범위에서 흡기제어밸브(200)의 위치와 관계없이 상기 흡기제어밸브(200)의 일단부(210)와 흡기통로(50)의 벽면 간의 갭을 최소화한다. 또한, 상기 가이드 리브(400)는 가이드 리브(400)가 흡기제어밸브(200)의 피봇 운동과 간섭하지 않는 방식으로 구성된다.

상기 가이드 리브(400)는 흡기매니폴드(100)에 형성된 흡기통로(50)의 벽면에 의해서도 있도록 형성된다. 또한, 가이드 리브(400)는 흡기매니폴드(100)를 구성하는 구성요소와 일체형으로 형성된다. 이러한 방식으로, 가이드 리브(400)가 보다 저렴한 비용으로 생산된다.

하기 설명은 본 발명의 실시예의 상세한 설명의 요약이다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 내연기관용 흡기시스템은: 흡기가 내연기관의 연소실(40) 안으로 도입되는 흡기통로(50); 실린더헤드(30)에 부착되어 흡기통로(50)의 일부분을 형성하는 흡기매니폴드(100); 상기 흡기통로(50)의 적어도 일부분의 유로 면적을 줄이는 흡 기제어밸브(200); 상기 흡기제어밸브(200)가 밸브축(300)을 중심으로 피봇하게 되는 방식으로 흡기제어밸브(200)의 일단부(210)를 지지하는 밸브축(300); 흡기제어밸브(200) 이외의 구성요소인 흡기매니폴드(100)로부터 흡기제어밸브(200)의 일단부(210)를 향해 돌출되고, 상기 밸브축(300)에 근접한 흡기통로(50)의 벽면의 일부분과 일단부(210) 간의 갭을 최소화하는 "갭축소부"로서의 기능을 하는 가이드 리브(400)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 가이드 리브(400)는 흡기매니폴드(100)와 일체형으로 형성된다. 대안적으로는, "갭축소부"로서의 기능을 하는 가이드 리브(400)가 카트리지(500)와 일체형으로 형성될 수도 있다.

따라서, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예는 모든 실시형태에 있어서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 기술적 범위는 청구범위에 의해 한정되므로, 상기 청구범위의 기술적 사상과 균등론의 범위 내에 있는 모든 변경예들이 그 안에 내포되도록 의도되어 있다.

Claims

내연기관의 연소실 안으로 흡기를 도입시키는 내연기관용 흡기시스템에 있어서,

흡기가 통과하는 흡기통로;

상기 내연기관에 부착되어, 상기 흡기통로의 일부분을 형성하는 흡기매니폴드;

상기 흡기통로의 일부 또는 전부의 유로 면적을 줄일 수 있는 흡기제어밸브;

상기 흡기제어밸브가 밸브축을 중심으로 피봇을 허용하는 방식으로 상기 흡기제어밸브의 일단부를 지지하는 밸브축; 및

상기 흡기제어밸브 이외의 구성요소로부터 상기 흡기제어밸브의 일단부를 향해 돌출되고, 상기 밸브축에 근접한 상기 흡기통로의 벽면의 일부분과 상기 일단부 간의 갭을 최소화하는 갭축소부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기시스템.
제1항에 있어서,

상기 흡기제어밸브 이외의 구성요소는 상기 흡기매니폴드에 포함되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기시스템.
제1항에 있어서,

상기 흡기매니폴드 내에 삽입 및 핏팅되어 상기 흡기통로의 일부분을 형성하는 삽입부재를 더 포함하여 이루어지고,

상기 흡기제어밸브 이외의 구성요소가 상기 삽입부재인 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 갭축소부는 상기 흡기통로가 연장되는 방향을 따라 연장되고, 상기 흡기통로의 일부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 흡기제어밸브는 상기 일단부의 반대측에 있는 타단부를 포함하고,

상기 갭축소부는 상기 타단부보다 상기 일단부에 더 근접한 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 갭축소부는 상기 흡기제어밸브의 전체 가동 범위 내에서 상기 흡기제어밸브의 위치와 관계없이 상기 흡기통로의 벽면과 상기 흡기제어밸브의 일단부 간의 갭을 최소화하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 흡기제어밸브는 상기 연소실에서 텀블류를 생성하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기시스템.