KR20180010446A

KR20180010446A - 엔진 성능 향상을 위한 흡기 포트

Info

Publication number: KR20180010446A
Application number: KR1020160092548A
Authority: KR
Inventors: 홍순성
Original assignee: 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-31
Also published as: KR101867164B1

Abstract

엔진 성능 향상을 위한 흡기 포트가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 흡기 포트(100)는 가솔린 엔진의 연소실(10) 안으로 공기, 또는 연료와 공기의 혼합 가스를 공급하는 흡기 포트(100)로서, 상기 혼합 가스가 유동하는 유로(P)가 내부에 형성된 흡기 포트 몸체(110); 및 상기 유로가 상기 유로의 하류 측에서 상기 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편향되도록, 상기 유로(P)를 따라 유동하는 혼합 가스의 일부를 가로막는 가스 차단벽(120, 121);을 포함한다.

Description

엔진 성능 향상을 위한 흡기 포트{INTAKE PORT FOR IMPROVING PERFORMANCE OF ENGINE}

본 발명은 엔진에 구비되는 흡기 포트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 엔진 연소실 내에 이상적인 텀블 유동(tumble flow)을 유도함으로써 엔진 성능을 향상시킬 수 있는 흡기 포트에 관한 것이다.

가솔린 엔진에서 공기와 연료의 혼합을 증진시켜 연소 효율을 극대화하기 위한 하나의 방안으로 연소실 내에 텀블 유동을 발생시킨다.

이를 위해 CMCV(Charging Motion Control Valve)등의 장치를 이용하여 텀블 유동을 증대시키는 방법이 적용되고 있는데, 비용 상승 문제와 더불어 고유량을 필요로 하는 전부하 조건에서는 작동하기 어려운 단점이 있다.

최근 터보차져를 이용한 엔진의 소형화 추세가 이어지고 있는데 터보 엔진의 전부하 조건에서는 높은 연소실 압력으로 인한 노킹(Knocking) 이나 조기 점화(Pre-ignition)와 같은 자발화를 적절히 제어해야 할 필요성이 대두되었다.

이를 위해서 전부하 조건에서 텀블 유동의 최적화가 필수적이 되었는데, 비용 상승과 유동 저항을 크게 만드는 CMCV를 적용하는 것보다 흡기 포트를 최적화 하는 것이 가장 효과적인 방법일 수 있다.

하지만 종래 기술로 만든 텀블 포트는 흡기 포트를 거쳐 연소실로 유입된 유동이 중앙으로 집중됨으로써 연소실 내 원활한 텀블 유동의 발달을 저하시켰다. 이는 연료와 공기의 균일한 혼합을 어렵게 만들어 부분부하 운전 조건에서는 연비의 저하를 가져오고 전부하 운전 조건에서는 성능 저하의 문제를 가져왔다.

한국등록특허문헌 제88612호 (1995.08.31) 일본특허공개문헌 제2005-113737호 (2003.10.06) 일본특허공개문헌 제2010-174702호 (2010.08.12)

본 발명의 목적은 연소실 내의 텀블 유동을 최적화하여 연소실 내에 투입된 연료와 공기의 균일한 혼합을 증대시킴으로써 엔진 성능을 크게 향상시킬 수 있는 흡기 포트를 제공하는 데 있다.

이에 본 발명은, 가솔린 엔진의 연소실(10) 안으로 공기, 또는 연료와 공기의 혼합 가스를 공급하는 흡기 포트(100)로서, 상기 공기 , 또는 혼합 가스가 유동하는 유로(P)가 내부에 형성된 흡기 포트 몸체(110); 및 상기 유로가 상기 유로의 하류 측에서 상기 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편향되도록, 상기 유로(P)를 따라 유동하는 혼합 가스의 일부를 가로막는 가스 차단벽(120);을 포함하는 흡기 포트를 제공한다.

상기 가스 차단벽(120)은 상기 흡기 포트 몸체(110)의 전면(111)에 형성되며 상기 전면(111)에 대해 경사지게 형성될 수 있다.

상기 가스 차단벽(110)의 중심 지점(C)은 상기 흡기 포트 몸체(110)의 전면(111) 상에서 상기 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편심되게 배치될 수 있다.

상기 가스 차단벽(121)은 상기 흡기 포트 몸체(110)의 후면(115)에 형성되며 상기 전면(115)에 대해 경사지게 형성될 수 있다.

본 발명은 또한, 엔진의 연소실(10) 안으로 공기, 또는 연료와 공기의 혼합 가스를 공급하는 흡기 포트(100)로서, 상기 혼합 가스가 유동하는 유로(P)가 내부에 형성된 흡기 포트 몸체(110); 및 상기 유로가 상기 유로의 하류 측에서 상기 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편향되도록, 상기 유로(P)를 따라 유동하는 혼합 가스의 일부를 가로막는 가스 차단 슬로우프(122, 123);을 포함하는 흡기 포트를 제공한다.

상기 가스 차단 슬로우프(122, 123)는 상기 흡기 포트 몸체(110)의 입구부로부터 상기 유로가 편향되는 지점 사이에 연장된 내측 경사면으로 형성될 수 있다.

상기 가스 차단 슬로우프(122)는 상기 흡기 포트 몸체(110)의 전면(111)에 형성될 수 있다.

상기 가스 차단 슬로우프(123)는 상기 흡기 포트 몸체(110)의 후면(115)에 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 흡기 포트에 형성된 가스 차단벽의 작용으로 인해 흡기 포트의 하류 측에서는 혼합 가스의 유로가 흡기 포트의 바깥 측면을 향해 편향되며, 따라서 흡기 포트에 연결된 연소실 내에서 혼합 가스의 유동이 종래 기술에서처럼 연소실의 중앙 영역에 집중되지 않고 연소실의 가장자리 쪽으로 분리될 수 있다.

다시 말해서, 혼합 가스의 메인 스트림(main stream)이 연소실의 양측 가장자리 쪽으로 분리되어 연소실 안으로 유입될 수 있으며, 이에 따라 연소실 내에는 공기와 연료의 균일한 혼합에 최적화된 이상적인 텀블 유동이 발생될 수 있으며, 따라서 연소실 내에 형성되는 강한 난류 에너지에 의해 연소 속도가 크게 증가될 수 있다.

이를 통해 부분부하 조건에서는 연소 효율이 향상됨으로써 연비의 개선을 기대할 수 있으며, 전부하 조건에서는 연소 속도의 증가로 인한 성능 향상을 기대할 수 있다. 그리고, 터보 엔진에 적용시 전부하 조건에서 나타나는 자발화 현상을 방지하는 역할을 하여 엔진 성능을 크게 향상 시킬 수 있다. 또한, CMCV 장치 사용을 대체하므로 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트와 그에 연결된 연소실의 일부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 흡기 포트와 연소실을 흡기 포트의 길이 방향을 따라 절단하여 나타낸 개략적인 단면도이다.
도 3은 종래 기술의 흡기 포트가 적용된 경우와 본 발명의 흡기 포트가 적용된 경우를 비교 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트와 그에 연결된 연소실의 일부를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 흡기 포트와 연소실을 흡기 포트의 길이 방향을 따라 절단하여 나타낸 개략적인 단면도이며, 도 3은 종래 기술의 흡기 포트가 적용된 경우와 본 발명의 흡기 포트가 적용된 경우를 비교 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트(100)는 그에 연결된 연소실(10) 안으로 공기, 또는 연료와 공기의 혼합 가스를 공급하는 역할을 수행한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 하나의 연소실(10)에 두 개의 흡기 포트(100)가 연결된 것으로 예시되지만 연소실(10)에 연결되는 흡기 포트의 개수는 실시예에 따라 변경될 수도 있다.

흡기 포트(100)는 연소실(10)에 연결된 흡기 포트 몸체(100)를 포함하며, 흡기 포트 몸체(100) 내부에는 공기, 또는 혼합 가스가 연소실(10) 쪽으로 유동하는 유로(P)가 형성된다.

흡기 포트(100)는 그것의 전면(111)에 형성된 밸브 관통면(130)을 포함한다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 흡기 밸브(20)의 로드부(21)는 이러한 밸브 관통면(130)을 관통하도록 배치됨으로써 흡기 포트(100) 밖으로 흡기 밸브(20)의 로드부(21)의 일부가 노출된다.

흡기 포트(100)는 그것의 전면(111)에 형성된 가스 차단벽(120)을 포함한다. 도 2에 잘 나타나 있는 바와 같이, 가스 차단벽(120)은 밸브 관통면(130)에 수직하게 이어지도록 형성될 수 있다. 이러한 경우, 밸브 관통면(130)은 흡기 밸브(20)의 로드부(21)에 대략 수직하게 형성되는 한편 가스 차단벽(120)은 흡기 밸브(20)의 로드부(21)에 대략 평행하게 형성될 수 있다.

흡기 포트(100)의 가스 차단벽(120)은, 혼합 가스의 유로(P)가 그것의 하류 측에서 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편향되도록, 유로(P)를 따라 유동하는 혼합 가스의 일부를 가로막는 역할을 수행한다.

이를 위해, 가스 차단벽(120)은 흡기 포트 몸체(110)의 전면(111)에 형성되되 그 전면(111)에 대해 경사지게 형성되며, 가스 차단벽(110)의 중심 지점(C)(도 3 참조)은 흡기 포트 몸체(110)의 전면(111) 상에서 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편심되게 배치된다.

이상 설명한 흡기 포트(100)에서 가스 차단벽(120)의 작용과 이로부터 얻어지는 기술적 효과에 대해 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

종래 기술에 따른 흡기 포트가 적용된 경우에는, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 흡기 포트의 상류 측에서부터 하류 측에 이르기까지 공기, 또는 혼합 가스의 유로(P)가 흡기 포트의 안쪽 측면을 따라 형성된다. 다시 말해서, 도 3(a)에 도시된 종래 기술의 경우에는 공기, 또는 혼합 가스의 흐름이 흡기 포트 전체에 걸쳐 흡기 포트의 안쪽 측면에 집중된다. 이에 따라 그 흡기 포트에 연결된 연소실 내의 중앙 영역에 혼합 가스의 유동(stream)이 집중된다. 이로 인해 연소실 내에서 공기와 연료의 균일한 혼합에 요구되는 정도로 최적화된 텀블 유동이 발생될 수 없다.

반면에, 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트(100)가 적용된 경우에는, 유로(P)를 따라 유동하는 혼합 가스의 일부가 가스 차단벽(120)에 의해 가로막혀짐으로써 흡기 포트(100) 내부에서 로드 관통벽(130)(도 2 참조)의 바로 아래에 다른 영역보다 상대적으로 압력이 낮은 저압 영역이 형성되며, 그 압력 차이가 작용함으로써, 도 3(b)에 도시된 바와 같이 가스 차단벽(120)의 하류에서는 혼합 가스의 유로(P)가 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편향된다.

이처럼 본 실시예의 경우 흡기 포트(100)의 하류 측에서 가스의 유로(P)가 흡기 포트(100)의 바깥 측면(112)을 향해 편향됨으로써, 흡기 포트(100)에 연결된 연소실(10) 내에서 혼합 가스의 유동이 종래 기술에서처럼 연소실(10)의 중앙 영역에 집중되지 않고, 연소실(10)의 가장자리(11) 쪽으로 분리될 수 있다.

다시 말해서, 공기 또는 혼합 가스의 메인 스트림(main stream)이 연소실의 양측 가장자리 쪽으로 분리되어 연소실 안으로 유입될 수 있으며, 이에 따라 연소실(10) 내에는 공기와 연료의 균일한 혼합에 최적화된 이상적인 텀블 유동이 발생될 수 있으며, 따라서 연소실(10) 내에 강한 난류 에너지가 생성되어 연소 속도가 크게 증가될 수 있다.

본 발명의 실시예는 연소실에 흡기 포트가 장착되는 모든 엔진에 적용이 가능하다. 따라서 자연 흡기 엔진 뿐아니라, 터보차져를 이용한 터보 엔진에도 사용될 수 있다. 또한 포트 분사 방식의 엔진과 연소실 내 직분사 방식의 엔진에 모두 사용될 수 있다.

도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 흡기 포트(100)는 그것의 전면(111)에 형성된 차단벽(120)에 추가하여 그것의 후면(115)에 형성된 차단벽(121)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 흡기 포트(100)는 전면(111)에 형성된 차단벽(120) 없이 흡기 포트(100)의 후면(111)에 형성된 차단벽(121) 만을 포함할 수도 있다.

도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 흡기 포트(100)는 전술한 가스 차단벽(120, 121) 대신 그것의 전면(111)에 형성된 가스 차단 슬로우프(122) 및 그것의 후면(115)에 형성된 가스 차단 슬로우프(123) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이때, 각 슬로우프(122, 123)는 흡기 포트 몸체(110)의 입구부로부터 상기 유로가 편향되는 지점 사이에 연장된 내측 경사면으로 형성된다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 아래의 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 연소실
20 : 흡기 밸브
100 : 흡기 포트
110 : 흡기 포트 몸체
111 : 전면
112 : 측면
120 : 가스 차단벽
130 : 밸브 관통벽

Claims

엔진의 연소실(10) 안으로 공기, 또는 연료와 공기의 혼합 가스를 공급하는 흡기 포트(100)로서,
상기 혼합 가스가 유동하는 유로(P)가 내부에 형성된 흡기 포트 몸체(110); 및
상기 유로가 상기 유로의 하류 측에서 상기 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편향되도록, 상기 유로(P)를 따라 유동하는 혼합 가스의 일부를 가로막는 가스 차단벽(120, 121);을 포함하는,
흡기 포트.
제1항에 있어서,
상기 가스 차단벽(120)은 상기 흡기 포트 몸체(110)의 전면(111)에 형성되며 상기 전면(111)에 대해 경사지게 형성되는,
흡기 포트.
제2항에 있어서,
상기 가스 차단벽(110)의 중심 지점(C)은 상기 흡기 포트 몸체(110)의 전면(111) 상에서 상기 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편심되게 배치되는,
흡기 포트.
제1항에 있어서,
상기 가스 차단벽(121)은 상기 흡기 포트 몸체(110)의 후면(115)에 형성되며 상기 전면(115)에 대해 경사지게 형성되는,
흡기 포트.
엔진의 연소실(10) 안으로 공기, 또는 연료와 공기의 혼합 가스를 공급하는 흡기 포트(100)로서,
상기 혼합 가스가 유동하는 유로(P)가 내부에 형성된 흡기 포트 몸체(110); 및
상기 유로가 상기 유로의 하류 측에서 상기 흡기 포트 몸체(110)의 바깥 측면(112)을 향해 편향되도록, 상기 유로(P)를 따라 유동하는 혼합 가스의 일부를 가로막는 가스 차단 슬로우프(122, 123);을 포함하는,
흡기 포트.
제5항에 있어서,
상기 가스 차단 슬로우프(122, 123)는 상기 흡기 포트 몸체(110)의 입구부로부터 상기 유로가 편향되는 지점 사이에 연장된 내측 경사면으로 형성되는,
흡기 포트.
제6항에 있어서,
상기 가스 차단 슬로우프(122)는 상기 흡기 포트 몸체(110)의 전면(111)에 형성되는,
흡기 포트.
제6항에 있어서,
상기 가스 차단 슬로우프(123)는 상기 흡기 포트 몸체(110)의 후면(115)에 형성되는,
흡기 포트.