KR20190072927A - 흡기 포트 - Google Patents

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KR20190072927A KR1020170174091A KR20170174091A KR20190072927A KR 20190072927 A KR20190072927 A KR 20190072927A KR 1020170174091 A KR1020170174091 A KR 1020170174091A KR 20170174091 A KR20170174091 A KR 20170174091A KR 20190072927 A KR20190072927 A KR 20190072927A
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Abstract

흡기 포트가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트는 쇼트 포트와 롱 포트를 포함하는 흡기 포트에 있어서, 상기 쇼트 포트는 흡기가 유입되는 흡기 유입구로부터 연장되는 메인 연장부, 상기 메인 연장부에서 실린더의 중앙 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성되는 메인 경사부, 상기 메인 경사부에서 상기 실린더의 아래쪽 방향으로 절곡되는 메인 수직부, 및 상기 메인 수직부의 단부에 형성되는 메인 흡기 유출구를 포함하고, 상기 롱 포트는 상기 메인 연장부에서 연장되는 보조 연장부, 상기 보조 연장부에서 상기 실린더의 중앙 방향으로 일정 각도 경사지고 상기 상기 실린더를 향하는 아래쪽 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성되는 보조 경사부, 상기 보조 경사부에서 아래 쪽 방향으로 절곡되는 보조 수직부, 및 상기 보조 수직부의 단부에 형성되는 보조 흡기 유출구를 포함할 수 있다.

Description

흡기 포트 {INTAKE PORT}
본 발명은 흡기 포트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 실린더 내부로 유입되는 흡기의 스월 방향 유동이 최소화될 수 있는 흡기 포트에 관한 것이다.
일반적으로, 흡기 포트를 통해 엔진의 실린더로 유입되는 흡기는 실린더 내부의 상하 방향으로 회전하는 텀블(tumble) 방향의 유동과 실린더 내부의 수평 방향으로 회전하는 스월(swirl) 방향의 유동이 발생한다.
종래에는 실린더 내부로 유입되는 흡기가 스월 방향으로 많은 양의 유동이 발생하도록 하고, 인젝터를 통해 분사되는 연료와 혼합하여 연소 효율을 개선하도록 하였다.
또한, 최근 개발 되는 대형 엔진(예를 들어, 실린더의 직경이 100mm 이상의 엔진)의 경우, 연료 분사 시스템의 발전으로 인해 높은 압력으로 연료를 분사하는 것이 가능해졌다. 이러한 초고압 분사 시스템의 적용으로 인해 흡기 포트를 통해 유입된 흡기가 스월 방향으로 회전하면 미분화된 연료 입자가 압축 착화에 의해 순간적으로 연소되는 현상을 방해하는 문제가 발생하기도 한다.
따라서, 최근 개발되는 대형 엔진에서 실린더 내부로 유입되는 흡기의 스월 방향 유동을 억제하는 연구가 요구되고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실린더 내부로 유입되는 흡기의 스월 방향 유동을 최소화할 수 있는 흡기 포트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트는 쇼트 포트와 롱 포트를 포함하는 흡기 포트에 있어서, 상기 쇼트 포트는 흡기가 유입되는 흡기 유입구로부터 연장되는 메인 연장부, 상기 메인 연장부에서 실린더의 중앙 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성되는 메인 경사부, 상기 메인 경사부에서 상기 실린더의 아래쪽 방향으로 절곡되는 메인 수직부, 및 상기 메인 수직부의 단부에 형성되는 메인 흡기 유출구를 포함하고, 상기 롱 포트는 상기 메인 연장부에서 연장되는 보조 연장부, 상기 보조 연장부에서 상기 실린더의 중앙 방향으로 일정 각도 경사지고 상기 상기 실린더를 향하는 아래쪽 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성되는 보조 경사부, 상기 보조 경사부에서 아래 쪽 방향으로 절곡되는 보조 수직부, 및 상기 보조 수직부의 단부에 형성되는 보조 흡기 유출구를 포함할 수 있다.
상기 흡기 유입구의 면적은 상기 메인 흡기 유출구의 면적과 상기 보조 흡기 유출구의 면적을 합친 면적의 1.4 내지 2 배로 설정될 수 있다.
상기 보조 흡기 유출구로부터 상기 보조 연장부의 상면까지의 거리로 정의 되는 포트 높이는 상기 실린더의 내경 보다 0.7배 이상으로 설정될 수 있다.
상기 보조 연장부와 상기 보조 경사부가 이루는 각도로 정의되는 포트 좌우 각도는 15도 이하로 설정될 수 있다.
상기 보조 경사부가 상기 보조 연장부의 상면과 이루는 각도로 정의되는 포트 상하 각도는 10도 이하로 설정될 수 있다.
상기 흡기 유입구의 하면은 상기 실린더의 상면에 대해 위쪽 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성될 수 있다.
상기 흡기 유입구의 하면은 상기 실린더의 상면에 대해 10도 내지 20도 경사지도록 형성될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 흡기 포트에 의하면, 대형 엔진에서 흡기 포트를 통해 실린더 내부로 유입되는 흡기에 의해 실린더 내부에서 스월 방향 유동이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트와 실린더의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트의 구성을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트의 구성을 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트를 통해 유입되는 흡기의 유동에 대한 모의 실험 결과를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트와 종래 기술에 의한 흡기 포트의 Rs와 Cf를 비교한 도표이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 흡기 포트에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트와 실린더의 구성을 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트의 구성을 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트의 구성을 도시한 평면도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트의 구성을 측면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 흡기 포트는 흡기가 유입되는 흡기 유입구(111)로부터 상대적으로 가까운 거리에 위치하는 흡기 유출구와 연결되는 쇼트 포트, 및 상기 흡기 유입구(111)로부터 상대적으로 먼 거리에 위치하는 흡기 유출구와 연결되는 롱 포트를 포함한다.
상기 쇼트 포트는 메인 연장부(110), 상기 메인 연장부(110)에서 일정 각도 경사지도록 절곡되어 형성되는 메인 경사부(120), 및 상기 메인 경사부(120)에서 절곡되어 형성되는 메인 수직부(130)를 포함한다.
상기 메인 연장부(110)는 흡기가 유입되는 흡기 유입구(111)가 형성되고 상기 실린더(10)의 중앙에서 일정 간격 이격되어 연장된다. 상기 메인 경사부(120)는 상기 메인 연장부(110)의 단부에서 상기 실린더(10)의 중앙 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성된다. 상기 메인 수직부(130)는 상기 경사부의 단부에서 상기 실린더(10)를 향하는 아래쪽 방향으로 절곡된다. 그리고 상기 메인 수직부(130)의 단부에는 상기 흡기 유입구(111)에서 유입된 흡기가 상기 실린더(10) 내부로 유출되는 메인 흡기 유출구(131)가 형성된다.
상기 롱 포트는 메인 연장부(110)에서 연장되는 보조 연장부(210), 상기 보조 연장부(210)에서 일정 각도 경사지도록 절곡되어 형성되는 보조 경사부(220), 및 상기 보조 경사부(220)에서 절곡되어 형성되는 보조 수직부(230)를 포함한다.
상기 보조 연장부(210)는 상기 메인 연장부(110)에서 연장되고 상기 메인 연장부(110)와 동일한 방향으로 연장된다. 상기 보조 경사부(220)는 상기 보조 연장부(210)의 단부에서 상기 실린더(10)의 중앙 방향으로 일정 각도 경사지도록 절곡되어 형성되고 상기 실린더(10)를 향하는 아래쪽 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성된다. 상기 보조 수직부(230)는 상기 보조 경사부(220)의 단부에서 상기 실린더(10)를 향하는 아래쪽 방향으로 절곡된다. 그리고 상기 보조 수직부(230)의 단부에는 상기 흡기 유입구(111)에서 유입된 흡기가 상기 실린더(10) 내부로 유출되는 보조 흡기 유출구(231)가 형성된다.
상기 흡기 유입구(111)의 면적은 상기 메인 흡기 유출구(131)와 상기 보조 흡기 유출구(231)의 면적을 합친 면적의 1.4 내지 2배로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 흡기 유입구(111)의 면적이 상기 메인 흡기 유출구(131)와 상기 보조 흡기 유출구(231)의 면적을 합친 면적보다 충분히 크게 형성됨으로써, 상기 메인 흡기 유출구(131)와 상기 보조 흡기 유출구(231)를 통해 실린더(10) 내부로 흡기가 유출될 때 충분한 수직 방향의 유동이 발생되어 스월 방향의 유동이 최소화된다.
흡기 유입구(111)를 통해 유입된 흡기가 실린더(10) 내부에서 스월 방향의 유동이 발생하는 것을 방지하기 위해서는 상기 흡기 유입구(111)를 통해 유입된 흡기가 쇼트 포트와 롱 포트를 통과하는 동안 회전 성분이 발생하지 않도록 흡기 포트의 형상을 설계하는 것이 중요하다. 이를 위해, 흡기 포트의 형상이 매우 중요하다.
구체적으로 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보조 흡기 유출구(231)로부터 상기 보조 연장부(210)의 상면까지의 거리는 포트 높이(H)로 정의되고, 상기 포트 높이는 상기 실린더(10)의 내경보다 0.7배로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 실린더(10)의 내경이 100mm이면, 상기 포트 높이는 70mm로 설정될 수 있다.
이와 같이, 상기 흡기 포트(100)의 포트 높이가 실린더(10)의 내경보다 충분히 높게 설정되면, 상기 보조 수직부(230)의 보조 흡기 유출구(231)를 통해 실린더(10) 내부로 흡기가 유출될 때 충분한 수직 방향의 유동이 발생되고 이로 인해 스월 방향의 유동이 최소화된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 보조 연장부(210)와 상기 보조 경사부(220)가 평면상에서 이루는 각도는 포트 좌우 각도(Alr)로 정의되고, 상기 포트 좌우 각도는 15도 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 포트 좌우 각도가 15도 이하의 작은 값으로 형성되면, 흡기가 상기 보조 연장부(210)를 통해 상기 보조 수직부(230)로 유입되어 실린더(10) 내부로 유출될 때 스월 방향의 유동이 최소화된다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 보조 경사부(220)는 상기 보조 연장부(210)의 상면과 상하 방향으로 이루는 각도는 포트 상하 각도(Aud)로 정의되고, 상기 상하 각도는 10도 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 포트 상하 각도가 10도 이하의 작은 값으로 형성됨으로써, 흡기가 상기 보조 연장부(210)를 통해 상기 보조 수직부(230)로 유입되어 실린더(10) 내부로 유출될 때 스월 방향의 유동이 최소화 될 수 있다.
한편, 도 2을 참조하면, 상기 흡기 유입구(111)는 대략 사각 모양으로 형성되는데, 상기 흡기 유입구(111)의 하면은 상기 실린더(10)의 상면에 대해 위쪽 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 흡기 유입구(111)의 하면이 이루는 입구 경사각(Ai)은 상기 실린더(10)의 상면에 대해 10도 내지 20도 경사지도록 형성될 수 있다. 이와 같이, 상기 흡기 유입구(111)의 하면이 실린더(10) 상면에 대해 위쪽으로 경사지도록 형성되면, 흡기 유입구(111)를 통해 유입되는 흡기는 실린더(10)의 위쪽 방향을 향하는 유동 성분이 발생하기 때문에, 보조 수직부(230)로 유입될 때 스월 방향의 유동이 최소화 될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 포트의 효과에 대해 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트(100)를 통해 유입되는 흡기의 유동에 대한 모의 실험 결과를 도시한 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 포트와 종래 기술에 의한 흡기 포트의 Rs와 Cf를 비교한 도표이다.
도 5는 흡기 밸브가 10mm 상승하였을 때의 흡기의 유속을 모의 실험한 결과이다. 그리고 도 6에서 Rs는 흡기 유량 계수를 의미하고, 흡기 유량 계수는 특정 압력에서 흡기 유입구(111)를 통해 유입될 수 있는 흡기의 최대 유량 대비 실제 유입되는 흡기 유량의 비율을 의미한다. Rs가 0.5 이상이면 이상적인 경우를 의미한다. 그리고 Cf는 흡입유량계수를 의미한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 포트에 의하면, 스월 방향의 유동이 거의 발생하지 않는 것을 알 수 있다.
그리고 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 포트에 의하면, Cf는 0.352에서 0.425로 증가하여 약 28%가 개선된 것을 알 수 있다. 그리고 Rs는 -0.440에서 0.006으로 증가하여 약 98% 저감된 것을 알 수 있다. 즉, Rs는 거의 '0'으로 수렴하게 되어 무스월 포트가 구현되었다고 할 수 있다.
이와 같이, Rs가 거의 '0'으로 수렴하고 Cf가 종래 기술과 비교하여 증가됨으로써, 차량의 연비는 약 0.2% 개선되었다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 포트에 의하면, 흡기 포트의 형상을 정의하는 흡기 유입구(111)의 면적, 포트 높이, 포트 좌우 각도, 포트 상하 각도, 및 흡기 유입구(111)의 기울기를 통해 흡기 포트를 통해 실린더(10) 내부로 공급되는 흡기에 의해 실린더(10) 내부에서 스월 방향의 유동이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이로 인해 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 실린더
100: 흡기 포트
110: 메인 연장부
111: 흡기 유입구
120: 메인 경사부
130: 메인 수직부
131: 메인 흡기 유출구
210: 보조 연장부
220: 보조 경사부
230: 보조 수직부
231: 보조 흡기 유출구

Claims (7)

  1. 쇼트 포트와 롱 포트를 포함하는 흡기 포트에 있어서,
    상기 쇼트 포트는
    흡기가 유입되는 흡기 유입구로부터 연장되는 메인 연장부;
    상기 메인 연장부에서 실린더의 중앙 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성되는 메인 경사부;
    상기 메인 경사부에서 상기 실린더의 아래쪽 방향으로 절곡되는 메인 수직부; 및
    상기 메인 수직부의 단부에 형성되는 메인 흡기 유출구;를 포함하고,
    상기 롱 포트는
    상기 메인 연장부에서 연장되는 보조 연장부;
    상기 보조 연장부에서 상기 실린더의 중앙 방향으로 일정 각도 경사지고 상기 상기 실린더를 향하는 아래쪽 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성되는 보조 경사부;
    상기 보조 경사부에서 아래 쪽 방향으로 절곡되는 보조 수직부; 및
    상기 보조 수직부의 단부에 형성되는 보조 흡기 유출구;
    를 포함하는 흡기 포트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 유입구의 면적은
    상기 메인 흡기 유출구의 면적과 상기 보조 흡기 유출구의 면적을 합친 면적의 1.4 내지 2 배로 설정되는 흡기 포트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보조 흡기 유출구로부터 상기 보조 연장부의 상면까지의 거리로 정의 되는 포트 높이는 상기 실린더의 내경 보다 0.7배 이상으로 설정되는 흡기 포트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 연장부와 상기 보조 경사부가 이루는 각도로 정의되는 포트 좌우 각도는 15도 이하로 설정되는 흡기 포트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보조 경사부가 상기 보조 연장부의 상면과 이루는 각도로 정의되는 포트 상하 각도는 10도 이하로 설정되는 흡기 포트.
  6. 제1에 있어서,
    상기 흡기 유입구의 하면은 상기 실린더의 상면에 대해 위쪽 방향으로 일정 각도 경사지도록 형성되는 흡기 포트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 흡기 유입구의 하면은 상기 실린더의 상면에 대해 10도 내지 20도 경사지도록 형성되는 흡기 포트.
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