KR20170096959A - 내연기관의 압력 시스템을 위한 가이드 요소, 내연기관의 흡기관을 위한 압력 시스템, 및 과급 유닛을 구비한 내연기관 - Google Patents

내연기관의 압력 시스템을 위한 가이드 요소, 내연기관의 흡기관을 위한 압력 시스템, 및 과급 유닛을 구비한 내연기관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 압력 시스템을 위한 가이드 요소에 관한 것으로, 가이드 요소(25)는 가이드 요소 유입구(27) 및 가이드 요소 토출구(28) 및 종축(26)을 구비하며, 종축(26)을 따라 유동이 통과할 수 있도록 중공형 몸체의 형태로 설계되고, 파괴성 진동을 제거하기 위해, 가이드 요소(25)는 가이드 요소 유입구(27)로부터 가이드 요소 토출구(28)로 진행되는 유동 방향으로 유선형 형태이다. 본 발명은 또한 내연기관의 흡기관을 위한 압력 시스템, 및 과급 유닛을 구비한 내연기관에 관한 것이다.

Description

내연기관의 압력 시스템을 위한 가이드 요소, 내연기관의 흡기관을 위한 압력 시스템, 및 과급 유닛을 구비한 내연기관{GUIDE ELEMENT FOR A PRESSURE SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, PRESSURE SYSTEM FOR AN INTAKE TRACT OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A SUPERCHARGING UNIT}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 내연기관의 압력 시스템을 위한 가이드 요소에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구범위 제8항의 전제부에 따른 내연기관의 흡기관을 위한 압력 시스템, 및 청구범위 제14항의 전제부에 따른 과급 유닛을 구비한 내연기관에 관한 것이다.
내연기관은, 실린더들 및 상기 실린더들에 배정되는 연소실들 외에도, 이른바 흡기관 및 이른바 배기관을 포함하고, 흡기관은 연소실들에 공기 또는 공기-연료량을 공급하는 역할을 하며, 배기관은 연소실들로부터 연소된 공기-연료량을 토출하는 역할을 한다. 흡기관은 개별 연소실들에 인입 공기 또는 공기-연료량을 분배하기 위해 제공되는 압력 시스템을 구비한다.
흡기관 및 배기관에서, 연소실들의 개폐로 인해 압력 진동이 일어나고, 이 압력 진동은 특히 내연기관의 충전 교환에 상당한 영향을 미친다. 압력 진동의 감소를 위해, 가이드 요소들이 대개 맥동 댐퍼의 형태로 사용된다.
예컨대, 공개 출원 US 4,848,281 A는 내연기관의 실린더 헤드에서 유입 밸브의 상류 및 토출 밸브의 하류에서 각각의 경우 하나의 맥동 댐퍼를 구비한 내연기관을 제시한다. 맥동 댐퍼들은 유입 밸브를 구비한 유입 덕트 및 토출 밸브를 구비한 토출 덕트의 일체형 구성부의 형태이다. 맥동 댐퍼들은, 밸브들이 개방될 때, 특히 연료-공기 혼합물 형태의 기상 유동 매체가 변하지 않은 상태로 통과하는 것을 허용하도록 설계된다. 밸브들이 폐쇄되면, 밸브들이 개방되었을 때 존재하던 원래 유동 방향과 역행하여, 대응하는 밸브로부터 맥동 댐퍼들로 역류가 일어난다.
공개 출원 WO 2008/032975 A1은 내연기관의 흡기관 내의 맥동 댐퍼를 개시한다. 맥동 댐퍼는 벤츄리-노즐형 형상을 가지되, 맥동 댐퍼의 최소 직경의 영역에, 맥동 댐퍼로의 역류 유동 매체의 유입을 위한 통과 구멍들이 형성된다. 댐퍼 토출구 직경은 맥동 댐퍼의 댐퍼 유입구 직경에 실질적으로 대응한다.
개시된 가이드 요소들은 흡기관 내에 존재하는 압력 진동을 감쇠, 즉 감소시키는 역할을 한다. 그러나, 내연기관의 동력을 증가시키기 위해서는, 내연기관의 실린더들의 실린더 충전의 균일한 분배를 구현하는 것뿐만 아니라, 특히 오토-사이클 엔진 형태의 내연기관의 경우, 이른바 후속 충전 효과를 방지하는 것이 필요하다. 이는 내연기관의 흡기관의 압력 시스템에서 파괴성 진동을 제거하는 가이드 요소를 통해 구현될 수 있고, 가이드 요소는 제거 작용으로 인해 디펄서(depulsor)로도 지칭될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 내연기관의 압력 시스템을 위한 가이드 요소를 제공하는 데에 있다. 본 발명의 다른 목적은 내연기관의 흡기관을 위한 개선된 압력 시스템, 및 과급 유닛을 구비한 개선된 내연기관을 제공하는 데에 있다.
상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부를 구비한 내연기관을 위한 가이드 요소를 통해 본 발명에 따라 달성된다. 다른 목적은 청구범위 제8항의 특징부를 구비한 내연기관의 흡기관을 위한 압력 시스템, 및 청구범위 제14항의 특징부를 구비한 내연기관을 통해 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 편리하고 비자명한 개선들을 가진 유리한 구현예들이 각각의 종속항들에 명시되어 있다.
내연기관의 압력 시스템을 위한 본 발명에 따른 가이드 요소는 가이드 요소 유입구 및 가이드 요소 토출구를 구비하며, 종축을 따라 유동이 통과할 수 있도록 중공형 몸체의 형태로 설계된다. 파괴성 진동을 제거하기 위해, 가이드 요소는 가이드 요소 유입구로부터 가이드 요소 토출구로 진행되는 유동 방향으로 유선형 형태이다. 유선형은 가이드 요소가 불연속부를 갖지 않으며, 가이드 요소를 통해 흐르는 공기 또는 공기-연료 유동, 즉 공기 또는 공기-유동량이 특히 가이드 요소 유입구에서 가이드 요소의 형상으로 인해 저항이 없거나 아주 낮은 저항에 의해서만 반대된다는 것을 의미한다. 설치 상태에서, 가이드 요소 토출구는 내연기관에 대향하도록 위치되어야 하며, 가이드 요소 유입구는 내연기관의 반대편을 향하도록 위치되어야 한다. 그러므로, 공기 또는 공기-연료량이 상당한 스로틀 작용 없이 내연기관의 방향으로 흐르는 것이 가능하다.
일 구현예에서, 가이드 요소는 가이드 요소 토출구로부터 가이드 요소 유입구로 진행되는 유동 방향으로 비유선형 형태이다. 비유선형은 공기를 인입하는 실린더들에 의해 유발되는 충전 압력 진동의 완전한 또는 상당한 제거의 지점까지 최대 가능한 스로틀 작용이 실시될 수 있는 것을 의미한다. 간단한 경우에, 이는 가이드 요소 토출구를 수용하도록 설계되는 유동 유입 구멍과 가이드 요소 토출구의 비동일평면(non-flush) 형태를 통해 구현된다. 유동 유입 구멍은 내연기관의 수집 탱크 또는 압력 시스템의 분배관에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 이는 가이드 요소 토출구가 가이드 요소 토출구를 수용하는 유동 유입 구멍보다 더 작게 형성되는 것을 의미한다.
가이드 요소는 바람직하게 깔때기형 형태, 특히 공급 호퍼의 형태이다. 특히, 가이드 요소는 가이드 요소 토출구에 의해 유동 유입 구멍 내로 돌출되도록 형성되어, 비동일평면 형태를 초래하고, 이는 최대 가능한 스로틀 작용을 위해 예리한 가장자리에 의해 돌출된다.
다른 개선에서, 가이드 요소의 가이드 요소 유입구 직경은 가이드 요소의 가이드 요소 토출구 직경보다 더 크다. 이런 방식으로, 가이드 요소 유입구로부터 가이드 요소 토출구로 진행되는 유동 방향으로 유선형 형태를 구현하는 것이 간단한 방식으로 가능하다.
본 발명에 따른 가이드 요소는, 다른 구현예에서, 압력 시스템 내에 체결하기 위한 지지 요소를 구비한다. 가이드 요소가 압력 시스템, 특히 분배관과 무관하게 제조될 수 있고, 그에 따라 가변 방식으로 사용될 수 있다는 사실에서 이점을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 이는 압력 시스템 내의 상이한 위치에 설치될 수 있다. 다른 이점은 가이드 요소가 지지 요소의 도움으로 상이한 압력 시스템들에 사용될 수 있다는 것이다. 다시 말하면, 이는 가이드 요소가 상이한 압력 시스템들에 대해 동일한 설계를 가지며, 지지 요소가 압력 시스템에 따라 좌우되는 방식으로 설계된다는 것을 의미한다. 따라서, 가이드 요소를 큰 단위량으로 저렴하게 제조하는 것과, 그럼에도 압력 시스템의 지지 요소가 적응형 방식으로 설계되기 때문에, 가이드 요소를 상이한 압력 시스템들에 설치하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 가이드 요소의 또 다른 개선에서, 지지 요소는 가이드 요소 유입구 상에 형성되는 외부 가장자리로부터 진행되는 종축으로부터 방사상으로 멀리 연장되도록 형성된다. 이러한 구현예의 이점은 공기 또는 공기-연료 유동이 영향을 받지 않는 방식으로, 공기 또는 공기-연료 유동의 실질적으로 외부에 지지 요소를 위치시키는 것이 가능하다는 것이다. 가이드 요소의 동일평면 및 유선형 설치가 지지 요소의 도움으로 실시될 수 있다는 사실에서 다른 이점을 확인할 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 내연기관의 흡기관을 위한 압력 시스템에 관한 것이다. 압력 시스템은 유동 유입구 및 유동 토출구를 가진 유동이 통과할 수 있는 분배관을 구비한다. 유동 토출구에는, 유동이 통과할 수 있도록 유동 토출구에 연결되는 탱크 유입구를 구비한 압력 시스템의 수집 탱크가 배치된다. 수집 탱크는, 유동이 통과할 수 있는 압력 시스템의 주요 관을 통해, 유동이 통과할 수 있도록 내연기관의 실린더에 연결되는 탱크 토출구를 구비한다. 파괴성 진동을 제거하기 위해, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같은 가이드 요소가 유동 유입구와 주요 관 사이에서 압력 시스템 내에 형성된다. 내연기관의 실린더들의 실질적으로 균일한 충전을 가능하게 하는 동시에, 공기 또는 공기-연료량의 원하지 않은 온도 증가로 이어지는 공기 또는 공기-연료량의 압축을 방지할 수 있는 압력 시스템의 구현이라는 이점이 있다. 상기 온도 증가는 특히 내연기관의 높은 수준의 과급의 경우 제어되지 않은 연소로 이어지며, 오토-사이클 엔진 형태의 내연기관의 경우 이른바 노킹(knocking)으로 이어진다.
가이드 요소는 바람직하게 분배관의 분기점의 하류에서 분배관의 유동 유입구와 유동 토출구 사이에 또는 분배관의 유동 토출구에 배치된다.
압력 시스템의 다른 개선에서, 파괴성 진동을 제거하기 위해, 가이드 요소의 가이드 요소 토출구는 분배관의 유동 유입구에서의 분배관 직경보다 더 작은 가이드 요소 토출구 직경을 가진다.
특히, 유동 유입구의 하류 및 가이드 요소의 상류에 제공되는 스로틀 플랩 직경을 가진 스로틀 플랩을 구비한 오토-사이클 엔진 형태의 내연기관의 경우, 가이드 요소 토출구가 스로틀 플랩 직경보다 더 작은 가이드 요소 토출구 직경을 가지는 것이 바람직한 것으로 판명되었다.
파괴성 진동을 제거하기 위해, 가이드 요소 토출구 직경이 분배관의 유동 유입구에서의 직경의 적어도 0.3배 및 분배관의 유동 유입구에서의 직경의 많아야 0.5배의 값을 가지거나, 또는 스로틀 플랩이 제공되면, 가이드 요소 토출구 직경이 스로틀 플랩 직경의 적어도 0.3배 및 스로틀 플랩 직경의 많아야 0.5배의 값을 가지는 것이 특히 바람직한 것으로 판명되었다. 이러한 개선은 4개의 가이드 요소가 압력 시스템에 사용되는 경우 바람직하게 선택되어야 하고, 각각의 경우 2개의 가이드 요소가 내연기관의 하나의 뱅크에 배정된다.
본 발명의 제3 양태는, 제1 및 제2 뱅크를 가진 흡기관을 구비하되, 제1 뱅크는 적어도 2개의 실린더를 구비하며, 제2 뱅크는 적어도 2개의 다른 실린더를 구비하는, 과급 유닛을 구비한 내연기관에 관한 것이다. 흡기관은 분배관, 제1 수집 탱크, 및 제2 수집 탱크를 포함하는 압력 시스템을 구비하고, 제1 수집 탱크는 제1 뱅크에 배정되며, 제2 수집 탱크는 제2 뱅크에 배정된다. 실린더들을 통한 유동을 위한 압력 시스템의, 유동이 통과할 수 있는 주요 관들이 제1 뱅크의 실린더들과 제1 수집 탱크 사이 및 제2 뱅크의 다른 실린더들과 제2 수집 탱크 사이에 형성된다. 본 발명에 따르면, 압력 시스템은 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 바와 같이 설계되고, 압력 시스템의 분배관의 유동 토출구는 유동이 통과할 수 있도록 제1 수집 탱크에 연결되는 적어도 하나의 제1 유동 토출 구멍을 구비하며, 상기 유동 토출구는 유동이 통과할 수 있도록 제2 수집 탱크에 연결되는 적어도 하나의 제2 유동 토출 구멍을 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관은 낮은 충전 교환 작업을 나타내고, 그로 인해 낮은 연료 소비를 달성할 수 있다. 게다가, 실린더 충전의 훨씬 더 낮은 온도를 달성하므로, 이후, 내연기관에 따라, 먼저, 특히 디젤 엔진 형태의 내연기관의 경우, 충전 압력의 증가를 달성하는 것이 가능하고, 다음으로, 오토-사이클 엔진 형태의 내연기관의 경우, 효율을 증가시킬 수 있도록 내연기관의 점화 시기를 설정할 수 있도록 노킹 경향을 감소시킨다.
특히, 압력 시스템이 4개의 디펄서(즉, 실린더 뱅크당 2개의 디펄서)를 구비하면, 더 낮은 공기 처리량으로 인해 더 낮은 연료 소비로 토크를 달성할 수 있다.
내연기관이 배기가스 터보차저를 구비하면, 압축기는 내연기관의 상부 엔진 속도 범위에서 종래 기술에 따른, 즉 본 발명에 따른 압력 시스템이 없는 해당 내연기관보다 더 큰 효율로 작동된다.
다른 긍정적인 효과는 압축 단계 중 실린더의 이른바 상사점의 방향으로의 점화 시기의 전환으로 인한 배기가스 온도의 감소이다. 이런 방식으로, 배기 가스가 흐르는 내연기관의 부품들의 부품 온도가 감소하고, 예컨대 공기-연료 혼합물의 농축과 같은 이제까지의 종래 부품 보호 방법을 회피하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 이점들, 특징들, 및 상세들은 바람직한 예시적인 구현예들의 후술하는 설명 및 도면으로부터 명확해질 것이다. 설명에 언급되는 상기 특징들 및 특징들의 조합들과 이하에서 도면의 설명에 언급되고/언급되거나 도면에만 도시되는 특징들 및 특징들의 조합들은 본 발명의 범주를 벗어남 없이 각각의 명시된 조합으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다른 조합으로 또는 단독으로도 사용될 수 있다. 동일하거나 기능상 동일한 요소들은 동일한 참조 부호로 나타낸다.
도 1은 종래 기술에 따른 압력 시스템을 구비한 내연기관의 제1 변형예의 개략도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 압력 시스템을 구비한 내연기관의 제2 변형예의 개략도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 압력 시스템을 구비한 내연기관의 제3 변형예의 개략도이다.
도 4는 도 2와 같은 내연기관의 개별 실린더들의 체적 효율의 곡선들의 λa-n 그래프를 나타낸다.
도 5는 도 3과 같은 내연기관의 개별 실린더들의 체적 효율의 곡선들의 λa-n 그래프를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 제1 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 7은 도 6과 같은 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 가이드 요소의 예시적인 제1 구현예의 종단면도를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 가이드 요소의 예시적인 제2 구현예의 종단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 제2 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 11은 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 제3 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 제4 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 13은 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 제5 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 14는 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 제6 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 15는 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 제7 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 16은 본 발명에 따른 압력 시스템을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 제8 예시적인 구현예의 개략도이다.
도 17은 도 3과 같은 압력 시스템의 사시도를 나타낸다.
도 18은 도 6과 같은 본 발명에 따른 압력 시스템의 사시도를 나타낸다.
도 19는 종래 기술에 따른 내연기관 및 본 발명에 따른 내연기관의 하나의 작동 사이클에 걸친 압력 프로파일 곡선들의 p-KW 그래프를 나타낸다.
도 20은 종래 기술에 따른 내연기관 및 본 발명에 따른 내연기관의 유입 단계 중의 온도 프로파일 곡선들의 T-KW 그래프를 나타낸다.
도 21은 종래 기술에 따른 내연기관 및 본 발명에 따른 내연기관의 특정 연료 소비, 표시된 평균 압력, 토크, 및 동력 대 엔진 속도의 그래프를 나타낸다.
도 22는 상대적으로 높은 엔진 속도에서 종래 기술에 따른 내연기관 및 본 발명에 따른 내연기관의 실린더 압력 프로파일의 충전 교환 단계의 p-V/Vc 그래프를 나타낸다.
도 23은 중간 엔진 속도에서 종래 기술에 따른 내연기관 및 본 발명에 따른 내연기관의 실린더 압력 프로파일의 충전 교환 단계의 p-V/Vc 그래프를 나타낸다.
종래 기술에 따른 압력 시스템(33)을 가진 흡기관(2)을 구비한 내연기관(1)이 도 1에 도시되어 있다. 압력 시스템(33)은 유동이 통과할 수 있는 분배관(3)을 포함하되, 분배관(3)은 유동 유입구(4) 및 유동 토출구(5)를 구비하고, 유동 유입구(4)는 분배관(3)의 중앙에 위치하며, 유동 유입구(4)의 하류에서, 분배관(3)은 사실상 T형 형태가 되도록 분기점을 가지고, 유동 토출구(5)는 분배관(3)의 제1 단부(6) 및 분배관(3)의 제2 단부(7)에 형성된다.
제1 단부(6)의 유동 토출구(5)는 유동이 통과할 수 있도록 압력 시스템(33)의 제1 수집 탱크(8)에 연결되는 제1 유동 토출 구멍(5.1)을 구비한다. 마찬가지로, 제2 단부(7)의 유동 토출구(5)는 유동이 통과할 수 있도록 압력 시스템(33)의 제2 수집 탱크(9)에 연결되는 제2 유동 토출 구멍(5.2)을 구비한다. 각각의 수집 탱크(8, 9)는 유동의 통과를 위해 탱크 유입구(10) 및 탱크 토출구(11)를 구비한다.
내연기관(1)은 이른바 박서 엔진의 형태이며, 제1 실린더(12), 제2 실린더(13), 제3 실린더(14), 및 제4 실린더(15)를 구비하고, 제1 실린더(12) 및 제2 실린더(13)는 제3 실린더(14) 및 제4 실린더(15)의 반대편에 위치하도록 배치된다. 다시 말하면, 제1 실린더(12) 및 제2 실린더(13)는 제1 뱅크(34)를 형성하고, 제3 실린더(14) 및 제4 실린더(15)는 제2 뱅크(35)를 형성한다.
각각의 실린더(12, 13, 14, 15)는 유동이 통과할 수 있도록 압력 시스템(33)의 각각의 경우 하나의 주요 관(16)에 연결되고, 실린더(12, 13, 14, 15)에 대향하는 상기 주요 관의 단부는 유동이 통과할 수 있도록 내연기관(1)의 실린더 헤드(더 상세히 도시되지 않음)의 유입 덕트(더 상세히 도시되지 않음)에 연결된다. 분배관(3)은 유동 유입구(4)의 하류 및 유동 토출구(5)의 상류에서 스로틀 플랩(17)을 구비한다.
내연기관(1)은 마찬가지로 이른바 V형 엔진의 형태일 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 압력 시스템(33)을 구비한 내연기관(1)의 제2 변형예를 도시한다. 제1 변형예의 제1 수집 탱크(8) 및 제2 수집 탱크(9)가 서로 반대편을 향하도록 형성되고, 뱅크들(34, 35)이 수집 탱크들(8, 9) 사이에 위치하는 반면, 제2 변형예의 제1 수집 탱크(8) 및 제2 수집 탱크(9)는 뱅크들(34, 35) 사이에서 서로 대향하도록 배치된다는 사실에서, 압력 시스템(33)의 제1 변형예와 제2 변형예의 차이를 확인할 수 있다.
내연기관(1)의 배기관(21; 도 6 참조)과 관련하여, 이는 제1 변형예의 배기관(21)이 제1 뱅크(34)와 제2 뱅크(35) 사이에 배치되는 반면, 제2 변형예에서는, 상기 배기관이 제1 뱅크(34) 및 제2 뱅크(35)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 형성된다는 것을 의미한다.
종래 기술에 따른 내연기관(1)의 압력 시스템(33)의 제3 변형예가 도 3에 도시되어 있다. 상기 제3 변형예에서, 압력 시스템(33)은 단일 수집 탱크(8)를 구비한다. 각각의 실린더들(12, 13, 14, 15)에 배정되는 주요 관들(16)은 제1 변형예 및 제2 변형예의 주요 관들(16)에 비해 기다란 형태이다.
제1 변형예 및 제2 변형예의 주요 관들(16)은, 상호 인접하게 배치되는 실린더들(12, 13; 14, 15)이 연속하여, 예컨대 점화 시퀀스(1-4-3-2)로 점화되는 점화 시퀀스의 경우, 분배관(3) 내에 형성되는 기상 압력 칼럼이 유도 주파수의 절반에서 진동하여, 실린더들(12, 13, 14, 15) 내에 상이한 기체량이 존재한다는 효과가 있다. 이는 도 4의 예를 통해 도시되어 있다. 도 4는 종래 기술에 따른 배기가스 터보차저 형태의 과급 유닛(18)을 구비한 내연기관(1)의 실린더들(12, 13, 14, 15)의 체적 효율(λa[-]) 대 엔진 속도(n[rpm])의 곡선들의 λa-n 그래프를 도시한다.
이와 비교하여, 도 5는 도 3과 같은, 즉 기다란 주요 관들(16)을 구비한 내연기관(1)의 실린더들(12, 13, 14, 15)의 체적 효율(λa[-])의 곡선들을 도시한다. 체적 효율(λa)의 도시된 곡선들은 개별 실린더들(12, 13, 14, 15)의 실린더 충전이 실질적으로 동일하다는 것을 나타내고, 상이한 관 형태, 예컨대 주요 관들(16)의 관 굴곡 및 배기관(21)의 정확하지 않은 대칭으로 인해 작은 편차가 존재한다. 그러나, 상기 편차는 무시할 만하다. 체적 효율(λa)은 값이 1보다 훨씬 더 큰 경우 문제가 된다. 이는 이른바 후속 충전 효과의 특징이지만, 이는 종래 기술에 따른 내연기관(1)의 노킹 경향을 증가시키고, 그에 따라 내연기관(1)의 작동 사이클 내의 실린더들(12, 13, 14, 15)의 점화 시기가 내연기관(1)의 토출 밸브의 토출구 개방 시간의 방향으로, 그에 따라 지체 방향(retarding direction)으로 전환되어야 한다. 상기 전환은 대개 내연기관(1)의 효율(η)을 감소시키고, 내연기관(1)의 연료 소비(be)가 증가한다.
기본적으로, 제1 변형예 및 제2 변형예의 이른바 짧은 주요 관들(16)은 짧은 길이로 인해 배기가스 터보차저(18)를 구비한 내연기관(1)에서 후속 충전 효과를 방지하기 때문에 바람직하다. 상기 후속 충전 효과는 실린더 충전의 추가 압축을 실시하고, 그로 인해 실린더 충전은 추가로 가열된다. 이는 내연기관(1)의 노킹 효과의 증가로 이어진다.
도 6은 본 발명에 따른 압력 시스템(33)을 구비한 본 발명에 따른 내연기관(1)의 제1 예시적인 구현예의 개략도를 나타낸다. 배기가스 터보차저 형태의 과급 유닛(18)이 내연기관(1)에 배정되고, 배기가스 터보차저(18)의 압축기(19)가 스로틀 플랩 직경(DK)을 가진 스로틀 플랩(17)의 상류에서 흡기관(2) 내에 위치하며, 터빈(20)이 실린더들(12, 13, 14, 15)의 하류에서 내연기관(1)의 배기관(21) 내에 위치한다. 인입되어 압축기(19)를 통해 압축되는 외기의 냉각을 위해, 충전-공기 냉각기(22)가 스로틀 플랩(17)과 압축기(19) 사이에서 흡기관(2) 내에 배치된다. 인입된 외기를 필터링하기 위한 공기 필터(23)가 압축기(19)의 상류에서 흡기관(2) 내에 제공된다. 과급 유닛(18)이 기계적 충전기의 형태, 예컨대 이른바 스크류-타입 압축기의 형태인 것이 마찬가지로 역시 가능할 것이다. 과급 유닛(18)이 내연기관(1)의 충전 압력을 증가시키는 역할을 하는 임의의 다른 형태인 것이 마찬가지로 가능하다.
배기가스 배출을 감소시키기 위해 제공되는 배기가스 후처리 유닛(24)이 터빈(20)의 하류에서 배기관(21) 내에 위치한다. 배기관(21)을 통해 발생하는 배기가스의 소음 배출을 감소시키기 위한 소음기가 배기가스 후처리 유닛(24)에 통합된다. 상기 소음기는 마찬가지로 역시 배기가스 후처리 유닛(24)의 하류에서 배기관(21) 내에 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 압력 시스템(33)은 본 발명에 따른 4개의 가이드 요소(25) 또는 디펄서를 구비한다.
이러한 예시적인 구현예에서, 각각의 경우 하나의 가이드 요소(25)가 각각의 실린더(12, 13, 14, 15)에 배정된다. 가이드 요소들(25)은 분배관(3)의 유동 토출구(5)에 배치되고, 분배관(3)은 4개의 유동 토출 구멍, 즉 제1 유동 토출 구멍(5.1), 제2 유동 토출 구멍(5.2), 제3 유동 토출 구멍(5.3), 및 제4 유동 토출 구멍(5.4)을 구비한다.
가이드 요소들(25)은 유동이 통과할 수 있도록 수집 탱크들(8, 9)에 연결되고, 제1 수집 탱크(8)는 2개의 탱크 유입 구멍, 즉 제1 탱크 유입 구멍(10.1) 및 제2 탱크 유입 구멍(10.2)을 구비하며, 제2 수집 탱크(9)는 마찬가지로 2개의 탱크 유입 구멍, 즉 제3 탱크 유입 구멍(10.3) 및 제4 탱크 유입 구멍(10.4)을 구비한다. 그에 따라, 각각의 경우 하나의 가이드 요소(25)가 상류에서 각각의 탱크 유입 구멍(10.1, 10.2, 10.3, 10.4)에 배정된다.
수집 탱크(8, 9)는 유동이 통과할 수 있도록 각각의 경우 탱크 토출구(11)에서 실린더들(12, 13, 14, 15)에 주요 관들(16)을 통해 연결된다. 다시 말하면, 이는 제1 실린더(12)가 유동이 통과할 수 있도록 이에 배정되는 주요 관(16)을 통해 제1 수집 탱크(8)에 제1 탱크 토출 구멍(11.1)을 통해 연결되고, 제2 실린더(13)가 유동이 통과할 수 있도록 이에 배정되는 주요 관(16)을 통해 제1 수집 탱크(8)에 제2 탱크 토출 구멍(11.2)을 통해 연결되며, 제3 실린더(14)가 유동이 통과할 수 있도록 이에 배정되는 주요 관(16)을 통해 제2 수집 탱크(9)에 제3 탱크 토출 구멍(11.3)을 통해 연결되고, 제4 실린더(15)가 유동이 통과할 수 있도록 이에 배정되는 주요 관(16)을 통해 제2 수집 탱크(9)에 제4 탱크 토출 구멍(11.4)을 통해 연결되는 것을 의미한다.
도 7은 도 6과 같은 본 발명에 따른 압력 시스템(33)을 구비한 본 발명에 따른 내연기관(1)의 단순화된 개략도를 나타낸다. 가이드 요소들(25)과 뱅크들(34, 35)의 실린더 헤드 플랜지 사이 및 그에 따라 뱅크(34, 35)에 대향하도록 형성되는 주요 관(16)의 단부와 가이드 요소 토출구(28) 사이에 형성되는 수집 체적은 내연기관(1)의 행정 체적(swept volume)에 대략적으로 대응한다.
본 발명에 따른 가이드 요소(25)는 제1 예시적인 구현예에서 도 8에 따라 설계된다. 종축(26)을 가진 가이드 요소(25)는 가이드 요소 유입구(27) 및 가이드 요소 토출구(28)를 구비하고, 가이드 요소 유입구(27) 및 가이드 요소 토출구(28)는 서로 소정의 간격으로 배치되며, 이 간격은 가이드 요소(25)의 길이(L)에 대응한다. 길이(L)가 유동이 통과할 수 있는 가이드 요소(25)의 길이이기 때문에, 가이드 요소(25)의 총 길이(GL)는 길이(L)에 대응할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
파괴성 진동을 제거하기 위해, 가이드 요소(25)는 가이드 요소 유입구(27)로부터 가이드 요소 토출구(28)로 진행되는 유동 방향(화살표 29 참조)으로 유선형 형태, 바람직하게 이 예시적인 구현예에 도시된 바와 같이 깔때기형 형태, 특히 공급 호퍼의 형태이다. 화살표(29)와 반대되는 가이드 요소 토출구(28)로부터 가이드 요소 유입구(27)로 진행되는 방향으로, 가이드 요소(25)는 비유선형 형태이다. 가이드 요소 유입구(27)의 가이드 요소 유입구 직경(DE)은 가이드 요소 토출구(28)의 가이드 요소 토출구 직경(DD)보다 더 크다.
가이드 요소(25)는 압력 시스템(33) 내의 2개의 상이한 위치에 효과적으로 설치될 수 있다. 제1 위치는 분배관(3)의 유동 토출구(5)에 있다. 여기서, 대응하는 유동 토출 구멍(5.1; 5.2; 5.3; 5.4)은 가이드 요소 유입구(27)에 인접하거나 이를 수용하도록 형성된다. 가이드 요소 토출구(28)는 대응하는 탱크 유입 구멍(10.1; 10.2; 10.3; 10.4) 내로 돌출되도록 탱크 유입구(10)에 위치한다.
제2 위치는 유동 토출구(5)와 유동 유입구(4) 사이에서 분배관(3) 내에, 바람직하게는 분기점(49)의 영역에 형성되는 위치이다. 여기서, 분배관(3)은 그 단면적에 걸쳐 계면(32)을 구비하고, 가이드 요소(25)가 이 계면에 삽입된다.
본 발명에 따른 내연기관(1)의 다른 예시적인 구현예들에 후술하는 바와 같이, 위치의 선택은 압력 시스템(33)의 전체 구성에 따라 좌우된다.
도 8에 도시된 가이드 요소(25)는 유동 유입구(4)와 유동 토출구(5) 사이에서 분배관(3) 내에 위치한다. 가이드 요소 유입구(27)에서, 가이드 요소(25)는 유동이 통과할 수 있도록 분배관(3)에 내압(pressure-tight) 방식으로 연결된다. 가이드 요소 유입구 직경(DE)은 분배관 직경(VD)에 실질적으로 대응하고, 그로 인해 유동 방향[유동 방향 화살표(29) 참조]으로 가이드 요소(25)의 유선형 형상을 구현하는 것이 바람직하게 가능하다.
가이드 요소 토출구(28)에서, 가이드 요소(25)는 유동이 통과할 수 있도록 선택된 위치에 따라 탱크 유입구(10) 또는 도 8에 도시된 바와 같이 분배관(3)에 내압 방식으로 연결된다. 후술하는 가이드 요소(25)는 마찬가지로 탱크 유입구(10)에 형성될 수 있다.
분배관(3)을 제1 관부(3.1) 및 제2 관부(3.2)로 나누는 계면(32) 내에 수용되기 위해, 가이드 요소(25)는 원주에 걸쳐 이를 완전히 둘러싸도록 가이드 요소(25)의 케이싱(36) 상에서 가이드 요소 유입구(27)의 영역에 형성되는 지지 요소(30)를 구비한다. 지지 요소(30)는 링형 형태이며, 도시되는 예시적인 제1 구현예에서 L형 단면을 가지고, 상기 지지 요소는 가이드 요소 유입구(27) 주위에서 외부로 돌출되도록 연장된다.
상기 지지 요소는 가이드 요소 유입구(27) 상에 형성되는 외부 가장자리(31)로부터 진행되는 종축(26)으로부터 실질적으로 방사상 외부로 연장되도록 형성되고, 상기 지지 요소는 가이드 요소 토출구(28)의 방향으로 외부 가장자리(31)로부터 진행되는 요소 길이(E)에 걸쳐 축방향으로 연장된다. 상기 축방향 범위는 분배관(3) 내에 가이드 요소(25)를 밀봉 수용하는 역할을 한다.
가이드 요소 유입구(27)의 방향으로 가이드 요소 토출구(28)에 걸쳐 연장되는 제1 관부(3.1)는 지지 요소(30)에 대향하는 단부의 외주 상에 홈(37)을 구비하고, O링 형태의 밀봉 요소(38)가 이 홈 내에 배치된다. 이는 가이드 요소 토출구 직경(DD)이 분배관(3)의 분배관 직경(VD)보다 더 작기 때문에 필요하다. 그러므로, 가이드 요소 유입구(27)의 방향으로 가이드 요소 토출구(28)를 통한 연료-공기 혼합물의 역류의 발생 시에, 연료-공기 혼합물은 계면(32)을 통해 분배관(3)으로부터 빠져나갈 수 없다.
분배관(3) 내의 가이드 요소(25)의 기밀 체결은 제1 관부(3.1)의 방향으로 연장되도록 제2 관부(3.2) 상에 형성되는 관 칼라(39)를 통해 보장되는데, 이는 홈(37)의 영역에서 지지 요소(30) 및 제1 관부(3.1)를 둘러싸도록 수용한다.
가이드 요소(25)가 분배관(3)의 유동 토출구(5)에 배치되면, 제1 관부(3.1)는 탱크 유입구(10)에 대응하며, 제2 관부(3.2)는 유동 토출구(5)에 대응한다.
본 발명에 따른 가이드 요소(25)는 예시적인 제2 구현예에서 도 9에 따라 설계된다. 지지 요소(30)는 링형 형태이며, 가이드 요소 토출구(28)에 대향하도록 형성되는 요소 표면(40) 상에, 마찬가지로 링형 방식으로 연장되며 다른 지지 요소(42)에 대한 밀봉 연결을 생성하도록 형성되는 돌출부(41)를 구비한다. 다른 지지 요소(42)는 관 플랜지의 형태이며, 가이드 요소(25)를 둘러싸도록 동심 수용하도록 설계된다. 다른 지지 요소(42)는 분배관(3) 또는 제1 관부(3.1)와 일체로 형성된다. 상기 다른 지지 요소는 마찬가지로 역시 개별 부품으로 형성될 수 있고, 관부들(3.1, 3.2)에 대한 내압 연결이 생성되어야 한다.
가이드 요소(25)는 제1 관부(3.1)의 관 내부 형상(44)과 동일평면으로 진행되거나 동일평면으로 종결되도록 설계되지 않은 요소 내부 형상(43)으로 인해 비유선형 형태를 가진다. 가이드 요소 토출구 직경(DD)이 가이드 요소 토출구(28)에서의 분배관 직경(VD) 또는 가이드 요소 토출구(28)에서의 탱크 유입구 직경(10.1, 10.2, 10.3, 10.4)보다 더 작기 때문에, 유동 방향 화살표(29)의 유동 방향과 역행하는 스로틀 작용이 구현된다. 가이드 요소 토출구(28)는 바람직하게 예리한 가장자리형 형태이다. 가이드 요소(25)는 흡기 행정에서 실린더들(12, 13, 14, 15)에 의해 각각 유발되는 충전-공기 진동을 해체하는 용도로 인해 디펄서로도 지칭된다.
수집 체적 및 내연기관(1)의 과급 수준에 따라, 가이드 요소 토출구 직경(DD)은 바람직하게 다음과 같이 선택되어야 한다: 0.3*DK < DD < 0.5*DK.
도 10 내지 도 16은 본 발명에 따른 압력 시스템(33)을 구비한 본 발명에 따른 내연기관의 다양한 예시적인 구현예들의 개략도들이다. 명료함을 위해, 도 10 내지 도 12 및 도 16은 탱크 유입 구멍들(10.1, 10.2, 10.3, 10.4)의 참조선들과 함께 유동 토출 구멍들(5.1, 5.2, 5.3, 5.4)의 참조선들을 도시한다. 가이드 요소들(25)은 탱크 유입 구멍들(10.1, 10.2, 10.3, 10.4) 내로 돌출되도록 설계되는 것을 지적한다.
본 발명에 따른 압력 시스템(33)은 제2 예시적인 구현예에서 도 10에 따라 설계된다. 제1 뱅크(34)는 제1 수집 탱크(8)에 배정되며, 제2 뱅크(35)는 제2 수집 탱크(9)에 배정되고, 유동이 통과할 수 있도록 실린더들(12, 13, 14, 15)에 수집 탱크들(8, 9)을 연결하는 주요 관들(16)은 각각의 경우 짧은 형태이다. 분배관(3)은, 유동 토출구(5)에, 유동이 통과할 수 있도록 제1 수집 탱크(8)에 연결되는 제1 유동 토출 구멍(5.1), 및 유동이 통과할 수 있도록 제2 수집 탱크(9)에 연결되는 제2 유동 토출 구멍(5.2)을 구비한다. 제1 수집 탱크(8)에 배정되는 가이드 요소(25)는 제1 유동 토출 구멍(5.1)에 배치되며, 제2 수집 탱크(9)에 배정되는 가이드 요소(25)는 제2 유동 토출 구멍(5.2)에 위치한다. 이러한 제2 예시적인 구현예는 제1 예시적인 구현예에 비해 확대된 수집 탱크 체적으로 인해 램 과급 장치와 유사한 작용을 가진다. 다시 말하면, 큰 수집 탱크 체적으로 인해, 압력 맥동이 감소한다. 이러한 제2 예시적인 구현예에 대해, 가이드 요소 토출구 직경(DD)은 바람직하게 다음과 같이 선택되어야 한다: 0.3*DK < 0.7*DD < 0.5*DK.
도 11은 본 발명에 따른 압력 시스템(33)의 제3 예시적인 구현예를 도시한다. 이러한 예시적인 구현예에서, 각각의 경우 하나의 뱅크(34, 35)에 배정되는 수집 탱크들(8, 9)은 각각의 경우 2개의 뱅크 수집 탱크로 나뉘어지고, 그에 따라 하나의 뱅크 수집 탱크(8.1, 8.2, 9.1, 9.2)가 각각의 실린더(12, 13, 14, 15)에 배정된다. 분배관(3)은 뱅크(34, 35)당 2개의 유동 토출 구멍을 구비하고, 제1 유동 토출 구멍(5.1)이 제1 뱅크 수집 탱크(8.1)에 배정되며, 제2 유동 토출 구멍(5.2)이 제2 뱅크 수집 탱크(8.2)에 배정되고, 제3 유동 토출 구멍(5.3)이 제3 뱅크 수집 탱크(8.3)에 배정되며, 제4 유동 토출 구멍(5.4)이 제4 뱅크 수집 탱크(8.4)에 배정된다. 이러한 제3 예시적인 구현예는 제1 예시적인 구현예 및 제2 예시적인 구현예에 비해 내연기관(1)의 소비의 추가적인 감소를 가져온다.
도 12에 따라 제4 예시적인 구현예에 형성되는 본 발명에 따른 압력 시스템(33)은 원칙적으로 제3 예시적인 구현예의 압력 시스템(33)과 동일한 구성을 가진다. 그러나, 유동은 각각의 경우 제1 유동 토출 구멍(5.1)과 제3 유동 토출 구멍(5.3) 사이 및 제2 유동 토출 구멍(5.2)과 제4 유동 토출 구멍(5.4) 사이에서만 통과할 수 있다. 다시 말하면, 이는 유동 유입 구멍들(4.1, 4.2)이 유동이 통과할 수 있도록 각각의 경우 2개의 유동 토출 구멍들(5.1, 5.3; 5.2, 5.4)에 연결되되, 유동이 통과할 수 있도록 각각의 경우 하나의 유동 유입 구멍(4.1; 4.2)에 연결되는 유동 토출 구멍들(5.1, 5.3; 5.2, 5.4)의 세트가 이들 사이에 유동이 통과할 수 없도록 형성된다는 것을 의미한다.
이러한 제4 예시적인 구현예에서, 분배관(3)은 제1 유동 유입 구멍(4.1) 및 제2 유동 유입 구멍(4.2)을 가진 유동 유입구(4)를 구비한다. 제4 예시적인 구현예에 따른 압력 시스템(33)은 2개의 유동 유입 구멍(4.1, 4.2)으로 인해 이상적인 대칭 압력 시스템(33)에 가장 근접한 형태를 구성하며, 내연기관(1)의 연료 소비의 추가적인 감소로 이어진다.
도 13 및 도 14와 같은 제5 및 제6 예시적인 구현예에서 본 발명에 따른 압력 시스템(33)은 도 1 및 도 2와 같은 압력 시스템(33)에 대응하지만, 본 발명에 따른 압력 시스템(33)의 이점을 구현하기 위해, 분배관(3)은 유동 유입구(4)와 유동 토출구(5) 사이에 배치되는 2개의 가이드 요소(25)를 구비한다. 그러므로, 도 1 및 도 2와 같은 종래 기술에 비해, 실린더들(12, 13, 14, 15)의 실린더 충전 사이의 현저한 차이를 감소시키는 것이 가능하고, 그에 따라 예컨대 배기가스 온도를 감소시키기 위한 최적화된 점화 시기로, 개선된 열역학 조건 하에 내연기관(1)의 작동을 구현하는 것이 가능하다.
도 15 및 도 16에서, 본 발명에 따른 내연기관(1)은 8개의 실린더(12, 13, 14, 15, 45, 46, 47, 48)를 구비하고, 4개의 실린더(12, 13, 45, 46; 14, 15, 47, 48)가 각각의 뱅크(34, 35)에 배정된다. 도 15와 같은 제7 예시적인 구현예의 내연기관(1)의 압력 시스템(33)은 원칙적으로 제5 예시적인 구현예의 압력 시스템(33)과 동일한 설계이다. 도 16과 같은 제8 예시적인 구현예의 내연기관(1)의 압력 시스템(33)은 원칙적으로 제3 예시적인 구현예의 압력 시스템(33)과 동일한 설계이지만, 각각의 경우 하나의 뱅크 수집 탱크(8.1, 8.2, 8.3, 8.4)가 2개의 실린더(12, 13; 14, 15; 45, 46; 47, 48)를 구비한다.
도 17 및 도 18은 종래 기술에 따른 흡기관(2)의 압력 시스템(33) 및 본 발명에 따른 내연기관(1)의 흡기관(2)의 본 발명에 따른 압력 시스템(33)을 각각 나타낸다. 본 발명에 따른 압력 시스템(33)은 4개의 가이드 요소(25)를 구비한다. 도 17과 같은 압력 시스템은 원칙적으로 도 3에 도시된 바와 같이 기다란 주요 관들(16)을 구비하도록 설계된다. 도 18과 같은 압력 시스템은 원칙적으로 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 짧은 주요 관들(16)을 구비하도록 설계된다.
도 19는 5500 rpm의 값을 가진 엔진 속도(n)에서 본 발명에 따른 내연기관(1)의 제1 실린더(12) 또는 제1 실린더(12)의 유입 덕트의 압력 프로파일 곡선들(pZ, pE)과 비교하여, 종래 기술에 따른 내연기관(1)의 하나의 작동 사이클에 걸친 제1 실린더(12) 또는 제1 실린더(12)의 유입 덕트의 압력 프로파일 곡선들(pZSdT, pESdT)의 p-KW 그래프, 즉 압력-크랭크각 그래프를 나타낸다.
게다가, 도 20은 대응하는 내연기관(1)의 작동 사이클, 특히 유입 단계의, 도 19에 나타낸 압력 프로파일 곡선들과 연관된, 온도 프로파일 곡선들(TZ1SdT, TZ1; TZ2SdT, TZ2)의 T-KW 그래프, 즉 온도-크랭크각 그래프를 도시한다.
작동 사이클의 유입단을 향해, 본 발명에 따른 내연기관(1)의 압력 증가는 종래 기술에 따른 내연기관(1)의 압력 증가보다 더 작아서, 대략 15 K의, 각각 제1 실린더(12)에서의 실린더 충전의 온도 감소(ΔTZ1) 및 제2 실린더(13)에서의 실린더 충전의 온도 감소(ΔTZ2)를 초래한다. 이런 방식으로, 노킹 경향이 현저히 감소하며, 효율을 증가시키고 연료 소비를 감소시키기 위해, 전진 방향(advancing direction)으로 점화 시기를 조절하는 것이 가능하다. TZ1은 본 발명에 따른 내연기관(1)의 제1 실린더(12)의 온도를 나타내며 TZ2는 제2 실린더(13)의 온도를 나타내고, TZ1SdT는 종래 기술에 따른 내연기관(1)의 제1 실린더(12)의 온도를 나타내며 TZ2SdT는 제2 실린더(13)의 온도를 나타낸다.
다시 말하면, 종래 기술에 따른 내연기관(1) 및 본 발명에 따른 내연기관(1)에 대해, 종래 기술에 따른 내연기관(1)의 연료 소비(be)에 비해 본 발명에 따른 내연기관(1)의 경우 감소된 연료 소비(be)로 동일한 토크(Md)를 구현할 수 있다는 것을 의미한다. 긍정적인 2차 효과는 종래 기술의 내연기관(1)의 압축기(19)보다 더 큰 효율로 본 발명에 따른 내연기관(1)의 압축기(19)를 작동시킬 가능성이다.
다른 이점은 전진 방향으로 조절되는 최적화된 점화 시기를 통해 본 발명에 따른 내연기관(1)의 배기가스 온도를 감소시킬 가능성이다. 이는 내연기관(1)의 터빈(20)을 보호하기 위해 종래 기술에 일반적으로 사용되는 바와 같은 공기-연료 혼합물의 농축의 회피로 이어진다.
도 3과 같은 내연기관(1)에 비해 도 6과 같은 본 발명에 따른 내연기관(1)의 연료 소비(be)의 감소는 도 21에 도시된 그래프로부터 확인할 수 있다. 상기 그래프에는, 종래 기술에 따른 내연기관(1) 및 본 발명에 따른 내연기관(1)의 엔진 속도(n)에 대비하여, 연료 소비(be), 표시된 평균 압력(pmi), 토크(Md), 및 동력(Pe)이 서로 나란히 표시되어 있다. 특히 중간 및 높은 엔진 속도 범위에서 소비의 현저한 감소를 달성할 수 있다. 게다가, 본 발명에 따른 내연기관(1)의 상당히 개선된 작동 원활함을 달성한다. 파선형 곡선들은 도 3과 같은 종래 기술에 따른 내연기관(1)의 대응하는 값들을 나타내며, 실선형 곡선들은 도 6과 같은 본 발명에 따른 내연기관(1)의 값들을 나타낸다.
추가적인 설명을 위해, 각각의 경우 p-V/Vc 그래프, 즉 압력-체적 그래프인 도 22 및 도 23(p는 실린더 내의 압력을 나타내며, V/Vc는 내연기관(1)의 정규화된 실린더 체적을 나타낸다)은 상대적으로 높은 엔진 속도 및 중간 엔진 속도에서 도 3과 같은 내연기관(1) 및 도 6과 같은 본 발명에 따른 내연기관(1)의 충전-교환 단계에서의 제1 실린더(12)의 실린더 압력(pSdT 또는 p)을 도시한다. 본 발명에 따른 내연기관(1)은 현저히 감소된 충전 교환 루프를 보여준다.
1 내연기관
2 흡기관
3 분배관
3.1 제1 관부
3.2 제2 관부
4 유동 유입구
4.1 제1 유동 유입 구멍
4.2 제2 유동 유입 구멍
5 유동 토출구
5.1 제1 유동 토출 구멍
5.2 제2 유동 토출 구멍
5.3 제3 유동 토출 구멍
5.4 제4 유동 토출 구멍
6 제1 단부
7 제2 단부
8 제1 수집 탱크
8.1 제1 뱅크 수집 탱크
8.2 제2 뱅크 수집 탱크
9 제2 수집 탱크
9.1 제3 뱅크 수집 탱크
9.2 제4 뱅크 수집 탱크
10 탱크 유입구
10.1 제1 탱크 유입 구멍
10.2 제2 탱크 유입 구멍
10.3 제3 탱크 유입 구멍
10.4 제4 탱크 유입 구멍
11 탱크 토출구
11.1 제1 탱크 토출 구멍
11.2 제2 탱크 토출 구멍
11.3 제3 탱크 토출 구멍
11.4 제4 탱크 토출 구멍
12 제1 실린더
13 제2 실린더
14 제3 실린더
15 제4 실린더
16 주요 관
17 스로틀 플랩
18 과급 유닛
19 압축기
20 터빈
21 배기관
22 충전-공기 냉각기
23 공기 필터
24 배기가스 후처리 유닛
25 가이드 요소
26 종축
27 가이드 요소 유입구
28 가이드 요소 토출구
29 유동 방향 화살표
30 지지 요소
31 외부 가장자리
32 계면
33 압력 시스템
34 제1 뱅크
35 제2 뱅크
36 케이싱
37 홈
38 밀봉 요소
39 관 칼라
40 요소 표면
41 돌출부
42 다른 지지 요소
43 요소 내부 형상
44 관 내부 형상
45 제5 실린더
46 제6 실린더
47 제7 실린더
48 제8 실린더
49 분기점
DD 가이드 요소 토출구 직경
DE 가이드 요소 유입구 직경
DK 스로틀 플랩 직경
E 요소 길이
GL 총 길이
KW 크랭크각
L 길이
Md 토크
Pe 동력
TZ1 제1 실린더의 온도
TZ2 제2 실린더의 온도
TZ1SdT 제1 실린더의 온도, 종래 기술
TZ2SdT 제2 실린더의 온도, 종래 기술
VD 분배관 직경
V/Vc 정규화된 실린더 체적
be 특정 연료 소비
n 엔진 속도
p 압력
pE 압력 프로파일 곡선, 유입 덕트
pESdT 압력 프로파일 곡선, 유입 덕트, 종래 기술
pmi 표시된 평균 압력
pZ 압력 프로파일 곡선, 실린더 압력
pZSdT 압력 프로파일 곡선, 실린더 압력, 종래 기술
ΔTZ1 제1 실린더의 온도차
ΔTZ2 제2 실린더의 온도차
λa 체적 효율

Claims (21)

  1. 내연기관의 압력 시스템을 위한 가이드 요소로, 가이드 요소 유입구(27) 및 가이드 요소 토출구(28) 및 종축(26)을 구비하며, 상기 종축(26)을 따라 유동이 통과할 수 있도록 중공형 몸체의 형태로 설계되는 가이드 요소(25)에 있어서,
    파괴성 진동을 제거하기 위해, 상기 가이드 요소(25)는 상기 가이드 요소 유입구(27)로부터 상기 가이드 요소 토출구(28)로 진행되는 유동 방향으로 유선형 형태인 것을 특징으로 하는 가이드 요소.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 요소(25)는 상기 가이드 요소 토출구(28)로부터 상기 가이드 요소 유입구(27)로 진행되는 유동 방향으로 비유선형 형태인 것을 특징으로 하는 가이드 요소.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가이드 요소(25)는 깔때기형 형태인 것을 특징으로 하는 가이드 요소.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가이드 요소(25)의 가이드 요소 유입구 직경(DE)은 상기 가이드 요소(25)의 가이드 요소 토출구 직경(DD)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 가이드 요소.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가이드 요소(25)는 상기 압력 시스템(33) 내에 체결하기 위한 지지 요소(30)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가이드 요소.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지 요소(30)는 상기 가이드 요소 유입구(27) 상에 형성되는 외부 가장자리(31)로부터 진행되는 상기 종축(26)으로부터 방사상으로 멀리 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가이드 요소.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 지지 요소(30)는 링형 형태인 것을 특징으로 하는 가이드 요소.
  8. 내연기관의 흡기관을 위한 압력 시스템으로, 유동 유입구(4) 및 유동 토출구(5)를 가진 유동이 통과할 수 있는 분배관(3)을 구비하되, 상기 유동 토출구(5)에는, 유동이 통과할 수 있도록 상기 유동 토출구(5)에 연결되는 탱크 유입구(10)를 구비한 상기 압력 시스템(33)의 수집 탱크(8; 9)가 배치되고, 상기 수집 탱크(8; 9)는, 유동이 통과할 수 있는 상기 압력 시스템(33)의 주요 관(16)을 통해, 유동이 통과할 수 있도록 상기 내연기관(1)의 실린더(12; 13; 14; 15; 45; 46; 47; 48)에 연결되는 탱크 토출구(11)를 구비하는 것인 압력 시스템에 있어서,
    파괴성 진동을 제거하기 위해, 제1항 또는 제2항에 기재된 바와 같은 가이드 요소(25)가 상기 유동 유입구(4)와 상기 주요 관(16) 사이에서 상기 압력 시스템(33) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가이드 요소(25)는 상기 분배관(3)의 분기점(49)의 하류에서 상기 분배관(3)의 상기 유동 유입구(4)와 상기 유동 토출구(5) 사이에 또는 상기 유동 토출구(5)에 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가이드 요소(25)의 가이드 요소 토출구(28)는 상기 분배관(3)의 상기 유동 유입구(4)에서의 직경보다 더 작은 가이드 요소 토출구 직경(DD)을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    스로틀 플랩 직경(DK)을 가진 스로틀 플랩(17)이 상기 유동 유입구(4)의 하류 및 상기 가이드 요소(25)의 상류에 제공되고, 상기 가이드 요소(25)의 가이드 요소 토출구(28)는 상기 스로틀 플랩 직경(DK)보다 더 작은 가이드 요소 토출구 직경(DD)을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가이드 요소 토출구 직경(DD)은 상기 분배관(3)의 상기 유동 유입구(4)에서의 직경의 적어도 0.3배 및 상기 분배관(3)의 상기 유동 유입구(4)에서의 직경의 많아야 0.5배의 값을 가지거나, 또는 스로틀 플랩(17)이 제공되면, 상기 가이드 요소 토출구 직경(DD)은 상기 스로틀 플랩 직경(DK)의 적어도 0.3배 및 상기 스로틀 플랩 직경(DK)의 많아야 0.5배의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가이드 요소 유입구 직경(DE)은 상기 분배관(3)의 상기 유동 유입구(4)에서의 직경의 적어도 0.213배 및 상기 분배관(3)의 상기 유동 유입구(4)에서의 직경의 많아야 0.355배의 값에 대응하거나, 또는 스로틀 플랩(17)이 제공되면, 상기 가이드 요소 유입구 직경(DE)은 상기 스로틀 플랩 직경(DK)의 적어도 0.213배 및 상기 스로틀 플랩 직경(DK)의 많아야 0.355배의 값에 대응하는 것을 특징으로 하는 압력 시스템.
  14. 과급 유닛을 구비한 내연기관으로, 제1 뱅크(34) 및 제2 뱅크(35)를 가진 흡기관을 구비하되, 상기 제1 뱅크(34)는 적어도 2개의 실린더(12, 13; 45, 46)를 구비하며, 상기 제2 뱅크(35)는 적어도 2개의 다른 실린더(14, 15; 47, 48)를 구비하고, 상기 흡기관(2)은 분배관(3), 제1 수집 탱크(8), 및 제2 수집 탱크(9)를 포함하는 압력 시스템(33)을 구비하고, 상기 제1 수집 탱크(8)는 상기 제1 뱅크(34)에 배정되며, 상기 제2 수집 탱크(9)는 상기 제2 뱅크(35)에 배정되고, 상기 실린더들(12, 13, 14, 15, 45, 46, 47, 48)을 통한 유동을 위한 상기 압력 시스템(33)의, 유동이 통과할 수 있는 주요 관들(16)이 상기 제1 뱅크(34)의 상기 실린더들(12, 13, 45, 46)과 상기 제1 수집 탱크(8) 사이 및 상기 제2 뱅크(35)의 상기 다른 실린더들(14, 15, 47, 48)과 상기 제2 수집 탱크(9) 사이에 형성되는 내연기관에 있어서,
    상기 압력 시스템(33)은 제8항에 기재된 바와 같이 설계되고, 상기 압력 시스템(33)의 상기 분배관(3)의 상기 유동 토출구(5)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제1 수집 탱크(8)에 연결되는 적어도 하나의 유동 토출 구멍(5.1; 5.2)을 구비하며, 상기 유동 토출구는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제2 수집 탱크(9)에 연결되는 적어도 하나의 다른 유동 토출 구멍(5.2; 5.3; 5.4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 수집 탱크(8)는 제1 뱅크 수집 탱크(8.1) 및 제2 뱅크 수집 탱크(8.2)를 구비하되, 상기 제1 뱅크 수집 탱크(8.1)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제1 뱅크(34)의 적어도 하나의 실린더(12; 13; 45; 46)에 연결되며, 상기 제2 뱅크 수집 탱크(8.2)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제1 뱅크(34)의 적어도 하나의 다른 실린더(13; 12; 46; 45)에 연결되고, 상기 제2 수집 탱크(9)는 제3 뱅크 수집 탱크(9.1) 및 제4 뱅크 수집 탱크(9.2)를 구비하되, 상기 제3 뱅크 수집 탱크(9.1)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제2 뱅크(35)의 적어도 하나의 실린더(14; 15; 47; 48)에 연결되며, 상기 제4 뱅크 수집 탱크(9.2)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제2 뱅크(35)의 적어도 하나의 다른 실린더(15; 14; 48; 47)에 연결되고, 상기 분배관(3)의 상기 유동 토출구(5)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 뱅크 수집 탱크(8.1, 8.2, 9.1, 9.2)에 연결되며 배정되는 각각의 경우 하나의 유동 토출 구멍(5.1, 5.2, 5.3, 5.4)을 구비하고, 상기 가이드 요소(25)는 각각의 경우 상기 유동 토출 구멍(5.1, 5.2, 5.3, 5.4)에 수용되며, 상기 유동 토출 구멍들(5.1, 5.2, 5.3, 5.4)은 이들 사이에 유동이 통과할 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 수집 탱크(8)는 제1 뱅크 수집 탱크(8.1) 및 제2 뱅크 수집 탱크(8.2)를 구비하되, 상기 제1 뱅크 수집 탱크(8.1)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제1 뱅크(34)의 적어도 하나의 실린더(12; 13; 45; 46)에 연결되며, 상기 제2 뱅크 수집 탱크(8.2)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제1 뱅크(34)의 적어도 하나의 다른 실린더(13; 12; 46; 45)에 연결되고, 상기 제2 수집 탱크(9)는 제3 뱅크 수집 탱크(9.1) 및 제4 뱅크 수집 탱크(9.2)를 구비하되, 상기 제3 뱅크 수집 탱크(9.1)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제2 뱅크(35)의 적어도 하나의 실린더(14; 15; 47; 48)에 연결되며, 상기 제4 뱅크 수집 탱크(9.2)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 제2 뱅크(35)의 적어도 하나의 다른 실린더(15; 14; 48; 47)에 연결되고, 상기 분배관(3)의 상기 유동 토출구(5)는 유동이 통과할 수 있도록 상기 뱅크 수집 탱크(8.1, 8.2, 9.1, 9.2)에 연결되며 배정되는 각각의 경우 하나의 유동 토출 구멍(5.1, 5.2, 5.3, 5.4)을 구비하고, 상기 가이드 요소(25)는 각각의 경우 상기 유동 토출 구멍(5.1, 5.2, 5.3, 5.4)에 수용되며, 상기 분배관(3)의 상기 유동 유입구(4)는 제1 유동 유입 구멍(4.1) 및 제2 유동 유입 구멍(4.2)을 구비하되, 상기 유동 유입 구멍들(4.1, 4.2)은 유동이 통과할 수 있도록 각각의 경우 2개의 유동 토출 구멍(5.1, 5.3; 5.2, 5.4)에 연결되고, 유동이 통과할 수 있도록 각각의 경우 하나의 유동 유입 구멍(4.1; 4.2)에 연결되는 유동 토출 구멍들(5.1, 5.3; 5.2, 5.4)의 세트는 이들 사이에 유동이 통과할 수 없도록 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 내연기관(1)은 V형 엔진의 형태 또는 박서 엔진의 형태인 것을 특징으로 하는 내연기관.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 압력 시스템(33)은 상기 제1 뱅크(34)와 상기 제2 뱅크(35) 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 내연기관(1)의 배기관(21)은 상기 제1 뱅크(34)와 상기 제2 뱅크(35) 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 과급 유닛(18)은 배기가스 터보차저의 방식으로 형성되고, 상기 배기가스 터보차저(18)의 압축기(19)는 상기 흡기관(2) 내에 배치되며, 상기 배기가스 터보차저(18)의 터빈(20)은 상기 내연기관(1)의 배기관(21) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 과급 유닛(18)은 기계적 압축기를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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