KR20090131755A - 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유입되는 공기의 저항을 줄이면서 빠른 속도로 연소실 내로 여과공기를 유입시킴으로서 더 많은 공기 중의 산소를 연료와 반응시키기 위하여 보조날개에 의해 산란 됨이 없이 단계적으로 방향성을 주고 최종적으로 재직진 가속 되도록 함으로서 전체적으로 유체의 흡입력을 향상시켜 고출력, 저연비, 저공해를 실현시키기 위한 것이다.

본 발명은 흡배기계에 설치되는 흡배기 회전장치 본체와, 상기 본체에 방사상으로 경사지게 설치되어 공기 회전을 가속 또는 증가 시키는 복수개의 날개와, 상기 날개의 임의의 위치에 형성되어 날개 후면의 부압영역에서 발생되는 와류 형성을 억제하는 슬리트나 유체유동홀을 구비하는 내연기관의 흡배기 회전장치에 있어서, 상기 흡배기 회전장치 날개 면의 바깥방향으로 돌설되어 상기 날개에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 수개의 제1보조날개와, 상기 제1보조날개로부터 떨어진 상기 날개 면의 또 다른 영역에 돌설되어 상기 날개에 충돌되는 공기의 흐름을 상기 제1보조날개와 공조하여 순차적으로 유도하는 수개의 제2보조날개로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

내연기관,흡배기장치,회전장치,유체가속,회전날개

Description

내연기관의 흡배기 회전장치용 날개{Wing structure of air swirling device for internal combustion engine}

본 발명은 내연기관의 흡배기 회전장치의 날개에 관한 것으로, 특히 기화기형식 혹은 연료분사 형식의 전기점화 내연기관, 디젤기관 등에서 에어크리너를 통과한 여과 공기의 회전 작용을 유도하여 기관의 연소실 내로 유입되게 하는 회전장치 날개에 형성되는 부압과 와류에 의한 저항을 감소시키고, 회전장치 날개의 부압과 압력을 완화하여 공기 흐름을 좋게 함으로서 유량과 유속을 증대 시키도록 하고, 유입되는 공기의 저항을 줄이면서 빠른 속도로 연소실 내로 여과공기를 유입시킴으로서 더 많은 공기 중의 산소를 연료와 반응시키기 위하여 보조날개에 의해 산란 됨이 없이 단계적으로 방향성을 주고 최종적으로 재직진 가속 선회 되도록 함으로서 전체적으로 유체의 흡입력을 향상시켜 고출력, 저연비, 저공해를 실현시키기 위한 것이다.

내연기관의 연소실내로 흡입되는 공기의 흐름에 회전력을 가하여 단위 시간당 이동속도를 증가시켜 고밀도로 많은 양의 공기를 기관의 연소실로 공급함으로서 연소작용을 향상시켜 엔진의 출력을 높일 수 있는 내연기관의 회전장치 또는 그 회 전장치와 유사한 장치가 다수 제안되어 있다.

알려져 있는 종래의 회전장치 기술들은 유체를 회전시킬 때 형성되는 공기저항을 완벽하게 막을 수 없는 결점이 있었다.

예를들면, 일본 특허 공고공보 소53-26247, 59-11722호 및 미국 특허 제4,309,969호의 큰 흡기저항을 갖는 흡기 밸브가 포함된 회전장치에는 유체 회전을 균일하게 발생시키지 않고 난류만 발생시키는 난류장치가 제안되어 있다.

또한, 일본 특허 공고공보 소60-17922호, 61-10645호 및 미국 특허 제4,434,777호, 제4,432,312, 제4,539,954호에는 내연기관의 흡기밸브에 근접되게 날개를 설치하여 공기를 회전시키는 회전 발생장치가 제안되어 있다.

그러나, 이러한 장치들은 높은 마찰에 의해 흡입된 공기의 양이 감소되므로 기화기 형식의 가솔린 기관에만 제한적으로 사용이 가능했다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 미국 특허 제4,962,642호에는 복수개의 날개를 갖는 공기회전장치를 에어크리너내에 설치하여 연소실로 유입되는 흡입공기를 선회시켜 연소성능과 기관의 출력을 향상시킬 수 있는 내연기관용 공기회전장치가 제시되어 있다. 그러나 이같은 내연기관용 공기 회전장치에서는 공기의 선회 흐름시 날개의 후면(부압영역)에 소용돌이 현상인 와류(eddy)가 발생되기 때문에 흡입된 공기양의 감소에 따른 기관의 출력저하, 연료 손실 등의 결점을 안고 있다.

본인의 대한민국 선등록 실용신안 등록번호 제67786호의 기술은, 도 1 및 도 2와 같이, 내연기관 흡배기 회전장치 본체(10)와, 그 본체(10)에 한 개 이상 가늘고 긴 슬리트(12)를 갖는 복수개의 날개(11)를 장착하여 구성되고, 상기 회전장치 본체(10)는 흡입공기를 선회시키기 위하여 에어크리너(13)의 중심부에 근접되게 날개나 본체의 스프링력, 자체 스토퍼 또는 볼트와 넛트에 의해 고정 수납 설치한 기술적 구성으로서, 날개(11) 후면에 형성되는 부압영역과 부압영역에서 공기 유입시 발생되는 와류를 슬리트(12)를 통해 소진시켜 와류 발생을 방지하여 유체 저항은 줄이고 유체의 양은 증대시켜 완전 연소에 의한 에너지 효율과 출력 향상을 목적으로 제안되었다.

상기와 같이 날개(11)에 슬리트(12)가 있는 회전장치는, 도 1과 같이 연소실(14)내로 흡입되는 공기의 흐름에 회전력을 가하여 단위 시간당 공기의 이동 속도를 증가시키고 밀도를 높혀 연소 작용을 향상 시키고, 날개(11)에 형성된 슬리트(12)에 의해 내연기관의 흡입행정시 에어크리너(13)에서 여과된 공기가 에어크리너(13)에 설치된 회전장치 본체(10)의 복수개 날개(11)에 형성된 슬리트(12)를 경유하여 선회하고, 선회되는 유체는 흡기다기관(15)의 입구에 가깝게 설치된 다른 회전장치(16)에 의해 재차 회전되어 고속으로 연소실(14)로 공급시킬 수 있다. 한편 연소된 배기가스는 배기다기관(17)의 입구에 가깝게 설치된 다른 회전장치(18)에 의해 빠르게 배출되도록 되어 있다.

또한 상기와 같은 내연기관의 흡배기 회전장치는, 복수개의 날개(11)에 한 개 이상의 슬리트(12)를 형성함으로서, 날개(11) 후면 부압영역에서의 와류발생도 줄인다. 이같은 회전장치는 에어크리너(13)에 적용되는 경우 일산화탄소는 기관의 아이들(idle) 속도에서 약 17%까지 감소 시키고 출력은 약 11%정도 증대되며 연비는 약 6%까지 향상 되고, 기관의 노킹 현상도 약 5%까지 감소되는 것으로 나타났 다.

따라서, 날개(11)에 슬리트(12)가 있는 내연기관의 흡배기 회전장치는, 연소실내로 흡입되는 공기의 흐름에 회전력을 가하여 단위 시간당 공기의 이동속도를 증가시키고 밀도를 높혀 연소 작용을 향상 시키는 기능을 하면서 날개(11)에 형성된 슬리트(12)에 의해 부압영역에서의 와류 발생을 방지하여 유체의 저항을 감소시켜 유량을 증가시킴으로서 충분한 양의 가속된 공기를 기관으로 공급하여 연소 효율과 출력 증대를 촉진 시키고 있는 것으로 볼 수 있다.

그러나, 날개(11)에 슬리트(12)를 구비하는 기존의 내연기관의 흡배기 회전장치는, 평판형의 날개(11)의 일부를 가늘고 길게 절결하여 틈을 형성한 모양으로 되어 있어 와류를 줄이는데 이같이 가늘고 긴 슬리트(12) 형상은 제어된 공기의 유동을 필요로 하는 경우에 대응할 수 없었다.

예를들면, 날개(11)에 슬리트(12)를 둔 흡배기 회전장치는, 연소실내로 흡입되는 공기의 흐름에 회전력을 가하여 단위 시간당 공기의 이동 속도를 증가시키고 밀도를 높혀 연소 작용 더 나아가 출력 향상에 도움을 주는 기능이 있지만 공기의 유동 상태를 한가지 회전장치만으로 제어하기에는 부족하다.

또한, 가늘고 긴 장방향의 슬리트(12)를 규칙적으로 가공하는데 있어서 가공성도 좋지 않고 슬리트(12)를 길이 방향으로 절결하여 형성하는 경우 날개의 변형 가능성도 많은 것으로 나타났다. 날개의 변형은 공기 유동성을 저하 시킨다.

또한, 날개(11)에 슬리트(12)를 형성하여 부압영역에서의 와류 형성을 억제시키는 날개 본체의 형상은 윗변과 밑변이 평면으로 되어 있어 공기의 흐름을 선형 적으로 유도 함으로서, 연료입자측과 혼합 균일성을 안정적으로 유지하는데 불리할 수도 있다.

도 3은 슬리트(12)가 형성된 날개(11)면에서의 산란 현상을 도식적으로 나타낸 것이다. 즉, 공기의 흐름에 직진성이 없고 날개면에 충돌되는 공기는 각 방향으로 산란되는 현상이 나타난다. 회전 날개(11)면에서의 공기 흐름 산란(방사)은 일반적인 경우와 마찬가지로 공기의 유속을 떨어뜨리고 유량을 감소시키는 결과로 나타난다. 이는 날개(11)를 통해 유량을 증가 시키고자 하는 회전날개의 설치 목적과 상반되는 결과를 낳을 가능성도 있다. 내연기관에서 유입공기의 유속과 유량 감소는 기관성능 저하, 에너지의 저효율화, 공해증대 등의 문제로 나타나기 때문에 결과적으로 슬리트(12)가 있는 종래의 날개(11)는 유량을 충분히 보상하지 못하는 것으로 볼 수 있다.

이와 같이 내연기관에서 와류효과(effect)의 중요성은 이미 다양한 형태로 인식되어 왔으나 종래의 회전 날개들은 공기가 날개에 부딪쳐 사방으로 방사되어 공기의 원할한 흐름을 유지하는데 문제가 있었다.

한편 본인의 대한민국 선등록 실용신안 등록번호 제279840호는, "내연기관 흡배기 회전장치의 날개"에 관한 기술로서, 도 4 내지 도 6과 같이, 흡배기계에 설치되는 흡배기 회전장치 본체(30)에 방사상으로 경사지게 설치되어 공기 회전을 가속 또는 증가 시키는 복수개의 날개(20)를 구성하고, 그 날개 표면(22)의 바깥방향으로는 날개(20)에 충돌되는 공기의 흐름에 직진방향성을 부여하는 보조날개(50)를 돌설하여 구성하였으며, 날개(20)에는 후면의 부압영역에서 발생되는 와류 형성을 억제하기 위한 유체유동홀(40)을 구성하여, 내연기관의 연소실내로 흡입되는 공기의 흐름에 회전력을 가속하여 단위 시간당 공기의 이동속도를 증가시키고 밀도를 높혀 기관의 연소 및 출력을 향상시키고, 유입공기 및 공기 유동을 이상적인 상태로 유지하도록 제시된 것이다.

도면 부호중 21은 날개에 형성되는 돌출부이고, 22는 날개의 표면(surface)이며, 23은 날개의 윗변, 부호 24는 날개의 밑변이다. 31은 회전장치 본체(30)측에 형성된 관통홈으로서, 날개의 돌출부(21)를 인도하여 결합하기 위한 홈이다.

상기 기술은 공기분자가 날개(20)에 부딪칠 때 공기입자들이 사방으로 비산되어 효율이 떨어지는 문제를 줄이기 위해 날개(20)의 중앙부에 보조날개(50)를 형성하는 것이었다.

즉 도 5와 같이, 날개(20) 표면에 형성된 보조날개(50)는 공기의 유동 흐름(flow)에 직진방향성을 부여한다. 도 5에서 임의의 공기 유동방향을 "f" 라 하면, 보조날개(50)의 배열위치 및 형상 특성에 따라 공기의 흐름은 일정한 영역, "f1 ~ f4" 으로 모여서 유동되는 직진방향성을 나타낸다. 이는 일반적인 회전날개들의 표면이 평면으로 되어 있어 날개 표면에 충돌되는 공기의 유동 흐름은 특정 방향성을 갖지 못하고 산란되는 구조인데 비해 날개 표면(22)에 보조날개(50) 있는 구조는 공기의 흐름에 직진성을 주어 공기 충돌을 완화, 유속을 증대시켜 결과적으로 기관에서 필요로 하는 유량을 공급하도록 한다.

그러나, 이러한 보조날개(50)는 날개(20)의 중앙부에서만 공기의 흐름에 직진 가속성을 주어 공기의 일부 산란이 나타나는 것으로 확인되었다. 이는 중앙부 보조날개(50)를 중심으로 그 전후방 영역에서 일부 공기가 보조날개(50)에 충돌되어 방향이 바뀌거나 공기 유동에 교란을 일으키는 등 연속적인 가속성을 유지하지 못하는 것으로 나타났다.

또한, 도 5의 "f1 ~ f4"의 유동 공기 흐름을 살펴보면, 그 유동 공기의 흐름이 보조날개(50)의 형상에 의해 직선방향으로 나타난다. 이러한 방향성은 공기의 유동 흐름에 가속성을 부여하지만 회전날개의 회전 특성상 이러한 직선 방향 유동 흐름 보다는 회전날개의 회전 중심을 따라 순응하는 순응형 방향성 유동 흐름이 보다 안정적이고 보다 큰 가속성을 얻을 수 있는 것으로 나타났다.

따라서 본 발명의 목적은 내연기관의 연소실내로 흡입되는 공기의 흐름에 회전력을 가속하여 단위 시간당 공기의 이동속도를 증가시키고 밀도를 높혀 기관의 연소 및 출력 향상을 목적으로 흡배기계에 장착되는 새로운 흡배기 회전장치의 날개를 연속적인 가속성을 유지하도록 함으로서 보다 효율이 향상된 흡배기 회전장치의 날개를 제공하는 것이다

본 발명의 다른 목적은 내연기관의 연소실내로 흡입되는 공기의 흐름에 회전력을 가속하여 단위 시간당 공기의 이동속도를 증가시키고 밀도를 높혀 기관의 연소 및 출력 향상을 목적으로 내연기관 흡배기 회전장치 날개를 회전 중심을 따라 순응하는 순응형 방향성 유동 흐름을 갖도록 함으로서 안정적이고 보다 큰 가속성을 얻을 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내연기관 흡배기 회전장치의 날개는,

흡배기계에 설치되는 흡배기 회전장치 본체와, 상기 본체에 방사상으로 경사지게 설치되어 공기 회전을 가속 또는 증가 시키는 복수개의 날개와, 상기 날개의 임의의 위치에 형성되어 날개 후면의 부압영역에서 발생되는 와류 형성을 억제하는 슬리트나 유체유동홀을 구비하는 내연기관의 흡배기 회전장치에 있어서,

상기 흡배기 회전장치 날개 면의 바깥방향으로 돌설되어 상기 날개에 충돌되 는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 수개의 제1보조날개와,

상기 제1보조날개로부터 떨어진 상기 날개 면의 또 다른 영역에 돌설되어 상기 날개에 충돌되는 공기의 흐름을 상기 제1보조날개와 공조하여 순차적으로 유도하는 수개의 제2보조날개로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1보조날개는, 흡배기 회전장치 날개 면 중앙부 근처 영역을 따라 바깥방향으로 돌설되어 날개에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2보조날개는, 상기 제1보조날개를 기준으로 공기가 유입되는 방향에 치우쳐 정렬되어 공기의 초기 유입을 유도하는 수개의 1차측보조날개와,

상기 1차측보조날개와 상기 제1보조날개를 순차적으로 통과한 공기를 최종적으로 방향성을 갖도록 유도하여 보내는 수개의 2차측보조날개로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1보조날개는 날개 면의 중앙부를 기준으로 형성되고, 상기 제2보조날개인 1차,2차측보조날개들은 상기 제1보조날개를 중심으로 그 양 방향 측편 영역에 동일한 간격으로 대칭적으로 정렬되어 공기를 초기, 중기, 말기로 구분하여 공기 흐름이 연속적인 가속성을 나타내도록 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 제1보조날개와 상기 제2보조날개는 슬리트나 유체유동홀 주변부를 따라 나란히 정열되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1보조날개와 상기 제2보조날개가 위치하는 슬리트나 유체유동홀은 날개의 면을 절단하여 형성하고, 그 절단된 면부가 절곡되어 제1보조날개와 제2보조 날개로 되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1보조날개의 슬리트나 유체유동홀 사이즈는 제2보조날개의 슬리트나 유체유동홀 사이즈에 비해 상대적으로 크게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1보조날개와 상기 제2보조날개는 가상의 중심축을 설정한 조건에서 그 중심축을 축으로 동심원을 그리는 위상 배열로 위치 결정된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은,

흡배기계에 설치되는 흡배기 회전장치 본체와, 상기 본체에 방사상으로 경사지게 설치되어 공기 회전을 가속 또는 증가 시키는 복수개의 날개와, 상기 날개의 임의의 위치에 형성되어 날개 후면의 부압영역에서 발생되는 와류 형성을 억제하는 슬리트나 유체유동홀을 구비하는 내연기관의 흡배기 회전장치에 있어서,

부압영역에 형성되는 와류에 의한 유체의 유동 저항을 감소 시키기 위해 날개 면의 중앙부 근처에 형성된 수개의 슬리트나 유체유동홀과,

상기 날개 면 중앙부 근처에 형성되는 슬리트나 유체유동홀을 기준으로 양 측편 바깥방향으로 돌설되어 날개에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 제1 및 제2보조날개로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2보조날개들은 상기 중앙부 근처 슬리트나 유체유동홀을 기준으로 나란히 정렬되어 배치되며, 제1 및 제2보조날개들을 따라 그 주변부에는 슬리트나 유체유동홀들이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 중앙부 근처 슬리트나 유체유동홀의 사이즈가 제1 및 제2보조날개들을 따라 형성된 슬리트나 유체유동홀 사이즈에 비해 상대적으로 큰 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 내연기관의 흡배기 회전장치의 날개는, 날개에 충돌되는 산란성 공기의 흐름에 방향성을 부여하고 고정된 날개의 경사각에 따라 공기의 회전성 유동 흐름에 응답하는 순응성 공기의 흐름으로 유도하여 공기의 흐름이 끊이지 않는 연속성을 부여하여 가속된 공기 흐름으로 유도함으로서 유속이 증가되어 기관에서 필요로 하는 충분한 유량을 공급할 수 있으므로 기관의 성능과 에너지 효율을 좋게하고 유량 부족에 따르는 불완전 연소 가능성을 줄여 공해 저감에도 도움이 되는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 7 내지 도 11은 본 발명에 따른 내연기관 흡배기 회전장치의 날개 구성의 예로서, 도 7은 본 발명에 따른 대표적 실시 예로서 날개를 전개한 상태의 평면도 이고, 도 8은 본 발명에 따른 날개의 부분 단면도로서, (a)는 A-A선 단면도 이고, (b)는 B-B선 단면도 이며, (c)는 C-C선 단면도 이다. 도 9는 발명에 따른 날개 구성에 의한 공기 유동 상태를 설명하기 위한 도면 이다. 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 날개의 평면 전개도로서, (a)는 유체유동홀이 형성된 날개의 구성 예이고, (b)는 슬리트가 형성된 날개의 구성 예이다. 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 날개 장착 상태를 나타낸 평면도 이다.

본 발명에 따른 내연기관 흡배기 회전장치의 날개(60)는, 도 7 내지 도 9와 같이,

흡배기계에 설치되는 흡배기 회전장치 본체와, 상기 본체에 방사상으로 경사지게 설치되어 공기 회전을 가속 또는 증가 시키는 복수개의 날개(60)와, 상기 날개(60)의 임의의 위치에 형성되어 날개(60) 후면의 부압영역에서 발생되는 와류 형성을 억제하는 슬리트나 유체유동홀(61)을 구비한다.(여기서, 슬리트나 유체유동홀은 각각 성능차이가 있으나 공통적으로 날개 후면의 부압영역에서 발생하는 와류 형성을 제어하기 위한 동일한 기능을 하는 동일한 구성으로서 총괄적인 의미로 "홀"의 의미이며, 형상 차이에 따라 슬리트와 유체유동홀로 용어를 구분한 것이고, 본 발명 구성요지와는 직접 관련이 없다. 슬리트나 유체유동홀은 택일적으로 선택될 수 있는 것으로 동일한 도면 부호 61을 인용한다.)

본 발명의 실시 구체적 실시 예는, 도 7과 같이, 흡배기 회전장치 날개(60) 의 표면(62) 바깥방향으로는 날개(60)에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 수개의 제1보조날개(63)를 돌설 하는 것이다.

또한 상기 제1보조날개(63)로부터 떨어진 위치 즉 상기 날개(60) 표면(62)의 또 다른 영역에는 날개(60)에 충돌되는 공기의 흐름을 상기 제1보조날개(63)와 공조하여 순차적으로 유도하기 위한 수개의 제2보조날개(64)를 돌설하여 구성하는 것이다.

상기 제1보조날개(63)는, 흡배기 회전장치 날개(60)의 표면(62) 중앙부 "S1 "근처 영역을 따라 바깥방향으로 돌설하여 날개(60)에 충돌되는 공기의 흐름에 방 향성을 부여하도록 구성된다.

상기 제2보조날개(64)는, 상기 제1보조날개(63)를 기준으로 공기가 유입되는 방향에 치우쳐 정렬되어 공기의 초기 유입을 유도하는 수개의 1차측보조날개(65)로 되며, 그 1차측보조날개(65)와 상기 제1보조날개(63)를 순차적으로 통과한 공기를 최종적으로 방향성을 갖도록 유도하여 보내는 수개의 2차측보조날개(66)로 된다.

이 형상은 도 7과 같이 나타낼 수 있으며, 제1보조날개(63)가 중앙부에 있다면, 1차, 2차측보조날개(65)(66)는 각각 양방향에 대칭적으로 위치한다.

상기 제1보조날개(63)는 날개(60)의 표면(62) 중앙부를 기준으로 형성되고, 상기 제2보조날개(64)인 1차,2차측보조날개(65)(66)들은 상기 제1보조날개(63)를 중심으로 그 양 방향 측편 영역에 동일한 간격으로 대칭적으로 정렬되어 공기를 초기, 중기, 말기로 구분하여 공기 흐름이 연속적인 가속성을 나타내도록 되어 있다.

상기 제1보조날개(63)와 상기 제2보조날개(64)는 슬리트나 유체유동홀(61) 주변부를 따라 나란히 정열되어 구성되었다.

상기 제1보조날개(63)와 상기 제2보조날개(64)가 위치하는 슬리트나 유체유동홀(61)은 날개(60)의 표면(62)을 절단하여 형성하고, 그 절단된 표면(62)부가 절곡되어 제1보조날개(63)와 제2보조날개(64)로 되도록 함으로서, 별도로 보조날개들을 만들어 부착하거나 따로 가공할 필요 없이 절곡된 부분이 보조날개로 될 수 있다.

상기 제1보조날개(63)의 슬리트나 유체유동홀(61) 사이즈는 제2보조날개(64)의 슬리트나 유체유동홀(61) 사이즈에 비해 상대적으로 크게 형성하는 것이 바람직 하다.

이는 날개(60)의 면을 영역으로 구분하여 볼 때 중앙부 "S1" 영역에서 보다 많은 공기의 저항과 부압이 형성되어 최소화 하기 위한 구성이다.

상기 제1보조날개(63)와 상기 제2보조날개(64)는 통일된 가상의 중심축을 설정한 조건에서 그 중심축을 축으로 동심원(R)을 그리는 위상 배열로 위치 결정하는 것이 바람직하다.

이는 날개(60)의 면을 따라 공기가 유동할 때 그 흐름은 회전 방향을 갖게 되는데 제1 및 제2보조날개(63)(64)들을 이러한 회전 방향에 가깝도록 하면 공기 흐름을 보다 안정적으로 가속시켜 기관으로 공급할 수 있는데 유리하다.

또한 본 발명은, 도 10((a)는 유체유동홀형, (b)는 슬리트형)과 같이, 부압영역에 형성되는 와류에 의한 유체의 유동 저항을 감소 시키기 위해 날개(60) 표면(62)의 중앙부 "S1" 근처를 따라 수개의 슬리트나 유체유동홀(61a)을 구성하고, 상기 날개(60) 표면(62) 중앙부 근처에 형성되는 슬리트나 유체유동홀(61a)을 기준으로 양 측편 바깥방향으로 날개(60)에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 제1 및 제2보조날개(63)(64)를 돌설하여 구성할 수 있다.

상기 제1 및 제2보조날개(63)(64)들은 중앙부 근처 슬리트나 유체유동홀(61a)을 기준으로 나란히 정렬되어 배치되며, 제1 및 제2보조날개(63)(64)들을 따라 그 주변부에는 슬리트나 유체유동홀(61b)들이 형성된다.

상기 중앙부 근처 슬리트나 유체유동홀(61a)의 사이즈는 위에서 설명한 바와 같이 제1 및 제2보조날개(63)(64)들을 따라 형성된 슬리트나 유체유동홀(61b) 사이 즈에 비해 상대적으로 크게 하는 것이 바람직하다.

다양한 날개(60)들은 그 구조와 관계 없이 공통적으로 표면부로 돌출된 제1 및 제2보조날개를 구비한다. 제1 및 제보조날개들의 배열은 다양하게 배열될 수 있으며, 그 형상은 다양한 기하학적인 형상이 선택적으로 적용될 수 있다.

또한 본 발명의 날개(60)는 형상과 관계 없이 공통적으로 도 11과 같이, 회전장치 본체(70)에 방사상으로 설치되어 공기 회전을 가속 또는 증가 시킬 수 있게 복수개로 설치되며, 그 날개(60)의 임의의 위치에는 후면의 부압영역에서 발생되는 와류 형성을 억제하는 유체유동홀을 구비할 수 있으며, 유체유동홀 대신 가늘고 긴 슬리트홈을 형성할 수 있다. 즉, 유체유동홀이나 슬리트홈을 선택적으로 적용할 수 있다.

또한, 날개(60)의 윗변과 밑변의 각 변부는 유체의 흐름을 비선형성으로 유도하여 연료입자와의 혼합을 촉진 시키는 파상면(67)을 선택적으로 구비할 수도 있다.

도면 부호중 미설명 부호 68은 날개에 형성되는 돌출부이다. 회전장치 본체(70)에 날개(60)를 결합하는 구조는 종래 기술로 인용된 도면 4와 같이 날개 돌출부(68)를 회전장치 본체(70)측에 형성된 관통홈에 끼워서 결합하는 구조이다.

도 7은 본 발명에 따라 날개(20)의 표면(62)에 형성된 제1 및 제2보조날개(63)(64)의 유형이다.

날개(20)의 표면(62)에 형성된 이같은 제1 및 제2보조날개(63)(64)는 공기의 유동 흐름(flow)에 방향성을 준다. 공기 유동방향을 R1 ~ R4라 하면, 보조날개들의 배열위치 및 형상 특성에 따라 공기의 흐름은 일정한 영역, R1 ~ R4로 모여서 유동되는 방향성을 나타낸다. 회전날개 표면에 보조날개를 구비한 종전 날개는 평면에 비해 특정 방향성을 갖지 못했던 공기 유동에 어느 정도 방향성을 주었지만, 산란을 충분하게 막을 수 없었고 연속 유동 가속성도 기대에 미치지 못했다.

본 발명은 공기의 흐름에 충분한 방향성을 준다. 제2보조날개(64)들을 제1보조날개(63)의 양 측편 상에 1차측보조날개(65)와 2차측보조날개(66)를 대칭 구조로 배열하면, 공기의 흐름을 초기(1차측보조날개), 중기(제1보조날개), 말기(2차측보조날개)로 각각 영역으로 구분하여 산란 없이 방향성을 주게되어 공기 가속을 통한 충분한 유량 확보가 가능하며, 또한 제1및 제2보조날개(63)(64)들을 위상 배열로 배열 함으로서, 날개(60)의 공기 회전 유동에 순응하는 특성을 나타내고, 이로 인해 날개(60) 표면(62)에서의 공기 충돌을 최대로 완화시키는 동시에 유속을 증대시켜 결과적으로 기관에서 필요로 하는 충분한 유량을 공급하게 된다.

본 발명은 날개(60)에 슬리트나 유체유동홀(61)이 있는 경우 그 슬라트나 유체유동홀(61)을 중심으로 제1보조날개(63) 및 제2보조날개(64)를 형성한 구성을 예로서 제시하였다. 유체유동홀을 선택하면, 제1 및 제2보조날개를 형성할 때 프레스 가공으로 간단하게 형성할 수 있기 때문에 슬리트 구조에 비해 유리하다.

도 8의 (a)(b)(c)는 이러한 제1 및 제2보조날개(63)(64)의 형상에 관하여 구체적으로 나타나 있다. 날개(60)에 유체유동홀을 형성하는 과정에서 일부분을 절단하지 않고 그대로 남겨두어 절곡함으로서 제1 및 제2보조날개(63)(64)로 형성한 구조이로서, 별도로 제1 및 제2보조날개(63)(64)를 제작하여 날개에 따로 용접하거나 가공할 필요가 없기 때문에 제작에서 유리한 구조이다.

도 10의 (a)(b)는 본 발명의 변형된 날개의 구성으로서, 부압영역에 형성되는 와류에 의한 유체의 유동 저항을 감소 시키기 위해 날개 면의 중앙부 근처에 수개의 슬리트나 유체유동홀(61a)을 형성하고, 날개 면 중앙부 근처에 형성되는 슬리트나 유체유동홀(61a)을 기준으로 양 측편 바깥방향으로 날개(20)에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 제1 및 제2보조날개(63)(64)를 구성한 것으로, 이 구조는 제1 및 제2보조날개(63)(64)에 의해 공기 유동 흐름을 구분하여 초기, 중기, 말기로 구분하여 유도하여 보다 안정된 유동 흐름을 유도할 수 있는 구조이다.

한편, 슬리트나 유체유동홀을 구비하는 날개(20)는, 기존의 흡배기 회전장치의 날개를 통해 얻을 수 있는 주요 기능적 특성을 유지한다. 즉, 기관의 연소실내로 흡입되는 공기의 흐름에 회전력을 주어 단위 시간당 공기의 이동 속도를 증가시키고 밀도를 높혀 기관의 연소 및 출력 향상을 구현하는 주기능에는 변화가 없다.

특히 유체유동홀은 다공상의 크고 작은 다변화된 홀의 형태를 띠지만 그 홀의 배열 형상 선택만을 통해 최적의 연소 및 출력 성능을 얻을 수는 없다. 이는 기관측 컨디션에 종속되는 것으로서, 절결형 슬리트나 선택 가능한 유체유동홀이나 모두 그 형상 차이 만으로는 기관의 연소 및 출력 향상 성능을 설명할 수는 없다.

다만, 날개(20)의 표면(62) 부압영역에서의 와류 방지를 위해 유체유동홀을 적용 하는 경우는 보다 계획적인 설계가 가능하다. 즉 기관의 조건에 따라 유체유동홀의 배열이나 그 사이즈 등을 보다 계획적으로 정하여 기관에 알맞은 회전장치의 설계가 가능하다. 그 만큼 기관의 조건에 따라 적합한 다양한 회전장치의 설계 가 가능하다.

또한, 유체유동홀은 대소 직경의 홀 사이즈 자유롭게 비교적 좁은 날개(20)의 면적에 다양한 배열과 사이즈로 프레스 가공할 수 있는 이점이 있기 때문에 본 발명의 제1 및 제2보조날개 형성에 가장 적합한 구조로 적용될 수 있다.

그리고, 얇은 박판상의 날개(20) 면에 절결면(슬리트)이 아닌 진원형상의 유체유동홀을 형성 하는 경우 뒤틀림 등이 없어 자체적으로 내력이 주어지고 또한 프레스 가공 전후 변형이 장방형 홈에 비해 적다.

한편, 회전장치 본체(70)에 날개(20)가 장착될 때 그 회전장치 본체(70)와 직접 닿는 변을 제외한 나머지 부분 즉 윗변과 밑변의 길이방향을 따라 그 면을 파상면으로 형성하는 경우 날개가 회전할 때 날개의 최외곽을 따라 부딪히는 공기의 흐름을 파형 변화시켜 유동 시키는데 유리하다.

공기 흐름이 파형을 가지는 경우 다른 유체에 해당하는 연료입자와 혼합될 때 간접적 교반효과를 얻어 혼합에 도움을 주어 공기와 연료입자의 혼합상태를 좋게하며, 날개의 소재는 금속, 비철금속, 비금속 소재 등을 선택하여 사용할 수 있다. 이와 같이 본 발명은 흡배기 회전장치 날개의 특성이나 사양과 관계없이 제1 및 제2보조날개를 돌출형으로 형성시킴으로서 공기의 원할한 유동 흐름을 가속시켜 공급할 수 있으므로 기관에서 필요로 하는 공기의 유량을 충분히 공급할 수 있다.이상과 같이,

본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 내연기관 흡배기 회전장치의 도식도

도 2는 종래의 흡배기 회전장치 날개의 형상

도 3은 종래의 날개 표면에 충돌되는 공기의 유동 흐름을 설명하기 위한 도 면

도 4는 종래의 또 다른 흡배기 회전장치 날개

도 5는 종래의 보조날개의 도식도

도 6은 종래의 보조날개 사시도

도 7은 본 발명에 따른 흡배기 회전장치 날개를 전개한 평면도

도 8은 본 발명에 따른 날개의 부분 단면도로서, (a)는 A-A선 단면도, (b)는 B-B선 단면도, (c)는 C-C선 단면도

도 9는 발명에 따른 날개 구성에 의한 공기 유동 상태

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 날개의 평면 전개도로서, (a)는 유체유동홀이 형성된 날개, (b)는 슬리트가 형성된 날개

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 날개 장착 상태를 나타낸 평면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

60: 날개

61.61a.61b: 슬리트,유체유동홀

62: 표면

63: 제1보조날개

64: 제2보조날개

65: 1차측보조날개

66: 2차측보조날개

67: 파상면

Claims (11)

1. 흡배기계에 설치되는 흡배기 회전장치 본체와, 상기 본체에 방사상으로 경사지게 설치되어 공기 회전을 가속 또는 증가 시키는 복수개의 날개와, 상기 날개의 임의의 위치에 형성되어 날개 후면의 부압영역에서 발생되는 와류 형성을 억제하는 슬리트나 유체유동홀을 구비하는 내연기관의 흡배기 회전장치에 있어서,

   상기 흡배기 회전장치 날개 면의 바깥방향으로 돌설되어 상기 날개에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 수개의 제1보조날개와,

   상기 제1보조날개로부터 떨어진 상기 날개 면의 또 다른 영역에 돌설되어 상기 날개에 충돌되는 공기의 흐름을 상기 제1보조날개와 공조하여 순차적으로 유도하는 수개의 제2보조날개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1보조날개는, 흡배기 회전장치 날개 면 중앙부 근처 영역을 따라 바깥방향으로 돌설되어 날개에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제2보조날개는, 상기 제1보조날개를 기준으로 공기가 유입되는 방향에 치우쳐 정렬되어 공기의 초기 유입을 유도하는 수개의 1차측보조날개와,

   상기 1차측보조날개와 상기 제1보조날개를 순차적으로 통과한 공기를 최종적으로 방향성을 갖도록 유도하여 보내는 수개의 2차측보조날개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 제1보조날개는 날개 면의 중앙부를 기준으로 형성되고, 상기 제2보조날개인 1차,2차측보조날개들은 상기 제1보조날개를 중심으로 그 양 방향 측편 영역에 동일한 간격으로 대칭적으로 정렬되어 공기를 초기, 중기, 말기로 구분하여 공기 흐름이 연속적인 가속성을 나타내도록 구성한 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1보조날개와 상기 제2보조날개는 슬리트나 유체유동홀 주변부를 따라 나란히 정열되어 구성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1보조날개와 상기 제2보조날개가 위치하는 슬리트나 유체유동홀은 날개의 면을 절단하여 형성하고, 그 절단된 면부가 절곡되어 제1보조날개와 제2보조날개로 되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1보조날개의 슬리트나 유체유동홀 사이즈는 제2보조날개의 슬리트나 유체유동홀 사이즈에 비해 상대적으로 크게 형성된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1보조날개와 상기 제2보조날개는 가상의 중심축을 설정한 조건에서 그 중심축을 축으로 동심원을 그리는 위상 배열로 위치 결정된 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
9. 흡배기계에 설치되는 흡배기 회전장치 본체와, 상기 본체에 방사상으로 경사지게 설치되어 공기 회전을 가속 또는 증가 시키는 복수개의 날개와, 상기 날개의 임의의 위치에 형성되어 날개 후면의 부압영역에서 발생되는 와류 형성을 억제하는 슬리트나 유체유동홀을 구비하는 내연기관의 흡배기 회전장치에 있어서,

   부압영역에 형성되는 와류에 의한 유체의 유동 저항을 감소 시키기 위해 날개 면의 중앙부 근처에 형성된 수개의 슬리트나 유체유동홀과,

   상기 날개 면 중앙부 근처에 형성되는 슬리트나 유체유동홀을 기준으로 양 측편 바깥방향으로 돌설되어 날개에 충돌되는 공기의 흐름에 방향성을 부여하는 제1 및 제2보조날개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 제1 및 제2보조날개들은 상기 중앙부 근처 슬리트나 유체유동홀을 기준으로 나란히 정렬되어 배치되며, 제1 및 제2보조날개들을 따라 그 주변부에는 슬리트나 유체유동홀들이 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

    상기 중앙부 근처 슬리트나 유체유동홀의 사이즈가 제1 및 제2보조날개들을 따라 형성된 슬리트나 유체유동홀 사이즈에 비해 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡배기 회전장치용 날개.

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