WO2010079891A1 - 흡기조절장치 및 흡기 및 배기 조절장치 - Google Patents

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WO2010079891A1
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exhaust
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sliding
control device
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PCT/KR2009/006950
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곽상신
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Kwak Sang Sin
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    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an intake control apparatus for inducing complete combustion of fuel in an internal combustion engine used as a power source for automobiles, aircrafts, ships, and various industrial machines, and more particularly, to intake into a combustion chamber through an intake pipe of an internal combustion engine. It relates to an intake control device for inducing vortices to be generated in the air to be evenly mixed with the fuel, and at the same time to control the amount of air introduced into the combustion chamber through the intake pipe.
  • the present invention also relates to an intake and exhaust control apparatus for improving the output of the internal combustion engine by preventing exhaust gas from entering the intake pipe or preventing the exhaust gas from flowing back into the combustion chamber.
  • the internal combustion engine generates power while continuously performing four strokes of intake, compression, explosion, and exhaust.
  • the intake process in which air is sucked into the double combustion chamber 43 is lowered as shown in FIG. 1. While the intake valve 12 is opened at this time, the air flowing through the intake pipe 11 and the fuel injected from the injector 42 are introduced into the combustion chamber 43 and mixed to form a mixed gas. 31) and then ignited with an ignition plug (not shown) or burned by spontaneous ignition and the piston 31 is repeatedly pushed back to generate power.
  • the mixed gas generated by the instantaneous flow of air into the combustion chamber 43 and mixed with the injected fuel is not uniformly mixed with the fuel in the combustion chamber 43 as a whole and the mixing ratio is not uniform according to a specific position. Combustion of mixed gas leads to unburned gas, resulting in lower combustion efficiency, carbon and pollutants, which shorten engine life and cause pollutants.
  • the present invention provides an intake control device that induces the vortex in the air sucked into the combustion chamber through the intake pipe of the internal combustion engine to be evenly mixed with the fuel, and at the same time to control the amount of air introduced into the combustion chamber through the intake pipe. I would like to.
  • the present invention when the intake valve and the exhaust valve are overlapped, the amount of exhaust gas flowing out toward the intake pipe and the amount of exhaust gas flowing back from the exhaust pipe to the combustion chamber are reduced. To provide an intake and exhaust control device to increase the mixing efficiency of the.
  • an intake upper opening 110 and an intake lower opening are formed in communication with an intake moving path therein, and a circumferential surface thereof is maintained at a gap with an inner wall of the intake pipe 11 of the internal combustion engine, and is mounted on the intake pipe 11.
  • An intake moving shaft 300 having a lower end connected to the intake sliding body 200 so as to slide the intake sliding body 200; It relates to an intake control device comprising a.
  • an intake guide blade 210 may be formed along a longitudinal direction on a circumferential surface of the intake sliding body 200 to guide the air passing through the intake bottom opening, and the intake sliding body 200 may be formed.
  • An intake flow groove 220 may be formed to cross the gap.
  • the intake guide blade 210 includes an intake vortex forming blade 212 is formed to be inclined along the longitudinal direction so that the air guided along the intake guide blade 210 to form a vortex, the intake Flow groove 220 may be formed to be inclined along the longitudinal direction so that the air guided along the intake flow groove 220 to form a vortex, the intake guide blade 210 is in the intake vortex forming blades 212 And an intake sliding blade 211 which extends upwardly in parallel along the longitudinal direction, wherein the intake sliding blade 211 is guided to the intake regulator body 100 when the intake sliding body 200 is slid.
  • Intake sliding groove 140 may be formed along the longitudinal direction from the lower end, the lower surface of the intake sliding body 200 is formed in a conical shape, the intake and Forming wings 212 may be formed to extend into the heart when a predetermined portion of the lower portion protrudes to the lower the intake sliding body 200 of the intake sliding body (200).
  • an intake fixing body 410 having an intake moving shaft guide hole 411 for guiding the intake moving shaft 300 at a central portion thereof protrudes radially from a circumferential surface of the intake fixing body 410, and a distal end thereof.
  • the intake regulator body 100 may include an intake sliding body guide 400 having an intake fixing blade 420 fixedly installed on the inner wall, and the intake fixing blade 420 passes through the intake movement path.
  • the air may be formed to be inclined along the longitudinal direction of the intake fixing body 410 so as to form a vortex, the intake fixing blades 420 is formed on the top of the intake fixing body 410 intake upper fixing blades 421 ), And an intake bottom fixing wing 422 formed to be staggered with the intake top fixing wing 421 at the bottom of the intake fixing body 410.
  • the intake moving shaft 300 to overcome the elastic force by the intake spring 510 and to move along the intake moving shaft guide hole 411 to slide the intake sliding body 200, the The intake moving shaft 300 may be connected to the intake moving shaft pushing means, and the intake moving shaft pushing means may be an intake cam 520 pressing the upper end of the intake moving shaft 300.
  • the present invention is the intake control device of claim 10 installed in the intake pipe (11) to adjust the flow rate of air passing through the intake pipe (11);
  • An exhaust regulator installed in the exhaust pipe 21 to adjust the flow rate of the exhaust gas passing through the exhaust pipe 21;
  • the exhaust lower opening and the exhaust upper opening is formed in communication with the exhaust movement path therein and the circumferential surface of the exhaust pipe 21 of the internal combustion engine maintains a gap with the inner wall of the exhaust pipe 21
  • Exhaust regulator body 2100 mounted on;
  • An exhaust movement shaft 2300 connected to the exhaust sliding body 2200 to slide the exhaust sliding body 2200; It relates to an intake and exhaust control device comprising a.
  • the exhaust sliding body (2200) so that a gap is formed between the exhaust close-up peripheral surface and the exhaust upper opening which is in close contact with the inner surface of the exhaust upper opening of the exhaust sliding body (2200).
  • Exhaust flow grooves are formed on the circumferential surface to cross the exhaust tight circumferential surface along a longitudinal direction, and the exhaust regulator body 2100 is radially formed from the exhaust fixing body and the exhaust fixing body circumferential surface formed with an exhaust movement shaft guide hole.
  • An exhaust sliding body guide protruding and having a distal end fixed to the inner wall of the exhaust regulator body 2100 is installed, and the exhaust moving shaft 2300 has a lower portion of the upper and lower surfaces of the exhaust sliding body 2200. It penetrates and slides in the exhaust movement shaft guide hole, and overcomes the elastic force by the exhaust spring 2510.
  • the upper portion may be connected to the exhaust movement shaft pushing means to slide the exhaust sliding body 2200 by moving along the exhaust movement shaft guide hole.
  • the opening angle of the intake valve 712 and the exhaust valve 812 is overlapped so that the rotation angle of the rotation shaft 51 is between 15 ° before the top dead center of the piston and 15 ° after the top dead center.
  • the intake close circumference is in close contact with the intake lower opening by the intake spring 1510 and the intake moving shaft pushing means, and the exhaust close circumference by the exhaust spring 2510 and the exhaust moving shaft pushing means.
  • a surface may be in close contact with the exhaust top opening.
  • Intake control device forms a vortex in the air sucked into the combustion chamber through the intake pipe of the internal combustion engine to be evenly mixed with the fuel, and at the same time the amount of air flowing into the combustion chamber through the intake pipe according to the output of the engine There is an advantage that can be adjusted.
  • the intake valve and the exhaust valve when the intake valve and the exhaust valve are overlapped, the amount of exhaust gas flowing out toward the intake pipe and the amount of exhaust gas flowing back from the exhaust pipe to the combustion chamber are reduced. There is an advantage in that the mixing efficiency is increased.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an intake and exhaust device of a conventional internal combustion engine.
  • Fig. 2 is a partially cutaway perspective view of Embodiment 1 installed in the intake pipe.
  • Figure 3 is a perspective view of the intake regulator body of the first embodiment.
  • Figure 4 is a perspective view of the combination of the intake regulator body and the intake sliding body of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view of an intake sliding body of Embodiment 1;
  • FIG. 6 is a side view of the intake sliding body in Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a side view of the intake sliding body in Embodiment 1.
  • FIG. 7 is a perspective view of an intake sliding body guide of Embodiment 1;
  • FIG. 9 is a schematic view of a second embodiment.
  • intake regulator body 110 intake upper opening
  • intake sliding body 210 intake guide wing
  • intake fixing body 411 intake moving shaft guide hole
  • exhaust regulator body 2200 exhaust sliding body
  • Example 1 relates to an intake control device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cutaway perspective view of Embodiment 1 installed in an intake pipe
  • FIG. 3 is a perspective view of an intake regulator body of Embodiment 1
  • FIG. 4 is a perspective view of a combination of the intake regulator body and intake sliding body of Embodiment 1
  • FIG. 5 is a perspective view of the intake sliding body of Example 1
  • Figure 6 is a side view of the intake sliding body of Example 1
  • Figure 7 is a perspective view of the intake sliding body guide of Example 1
  • Figure 8 is an intake of Embodiment 1 The top view of the sliding body guide is shown.
  • Embodiment 1 has an intake regulator body 100, an intake sliding body 200, an intake moving shaft 300, an intake sliding body guide 400, and an intake moving shaft movable means 500.
  • the intake regulator main body 100 is mounted to the intake pipe (11).
  • the intake regulator main body 100 has an intake upper opening 110 (see FIG. 2) formed at an upper end thereof, and an intake lower opening 120 (see FIG. 3) formed at a lower end thereof.
  • the intake regulator main body 100 is formed in a hollow shell shape, so that the intake regulator main body 100 has an intake upper opening 110 (see FIG. 2) and an intake lower opening 120 (see FIG. 3). ) Are formed along the lengthwise direction of the intake movement path (not shown).
  • an intake mounting protrusion 130 is formed along the longitudinal direction of the intake regulator main body 100 so that the intake regulator main body 100 is mounted while maintaining a gap with the inner wall of the intake pipe 11. . That is, the intake regulator main body 100 is mounted on the inner wall of the intake pipe 11 by fixing the intake mounting protrusion 130 to the inner wall of the intake pipe 11. On the other hand, the intake mounting protrusion 130 is formed to be inclined with respect to the longitudinal direction so that air passing through the gap formed in the circumferential surface of the intake regulator main body 100 and the inner wall of the intake pipe 11 to form a vortex.
  • the intake mounting protrusion 130 may include an intake upper mounting protrusion 131 formed at an upper portion and an intake lower mounting protrusion 132 formed at a lower portion of the intake upper mounting protrusion 131, and an intake upper mounting protrusion 131. And the intake lower mounting protrusion 132 are formed to cross each other.
  • the intake regulator main body 100 is formed in a conical shape in which a portion from the lower predetermined portion to the lower portion is cut so that the cross-sectional area of the intake movement path (not shown) decreases from the lower predetermined portion to the lower portion.
  • the intake sliding groove 140 is formed from the lower end to the upper side in the longitudinal direction in the portion from the lower predetermined portion to the lower end of the intake regulator main body 100 formed in the truncated cone shape.
  • the intake regulator main body 100 is provided with an intake sliding body 200 in which a predetermined portion is drawn and drawn into the intake regulator main body 100 by sliding through the intake lower opening 120.
  • the intake sliding body 200 is slid through the intake lower opening 120 (see FIG. 3) to change a gap between the intake lower opening 120 (see FIG. 3) so that the inlet lower opening 120 (see FIG. 3) is changed.
  • It may be formed to increase the cross section while going downward to adjust the flow rate of air passing through. That is, the intake sliding body 200 may be formed in a conical shape with a circumferential surface formed between the upper end and the lower end. In addition, the lower surface of the intake sliding body 200 may be formed in a convex shape convex downward.
  • the intake sliding body 200 has an intake guide blade 210 formed along a longitudinal direction of the intake sliding body 200 to guide the air passing through the intake lower opening 120 (see FIG. 3).
  • the intake guide vane 210 includes an intake sliding vane 211 and an intake vortex forming vane 212.
  • the intake vortex forming blades 212 are formed to be inclined along the longitudinal direction such that air guided along the intake vortex forming blades 212 forms a vortex.
  • the intake vortex forming wing 212 may protrude to a lower lower portion of the intake sliding body 200 and extend to a predetermined portion of a lower surface center of the intake sliding body 200.
  • the adjacent intake vortex forming blades 212 and the intake vortex forming blades 212 protrude so as to form a "V" groove in the lower surface of the intake sliding body 200 and flow along the lower surface of the intake sliding body 200.
  • the air will promote the formation of vortices.
  • the intake sliding blade 211 is connected to the intake vortex forming blade 212 and extends upward in parallel along the longitudinal direction. Referring to FIG. 4, the intake sliding blade 211 is formed to be guided by being inserted into the intake sliding groove 140 (see FIG. 3) when the intake sliding body 200 slides up and down.
  • an intake air flow groove 220 is formed in a circumferential surface of the intake air sliding body 200.
  • Intake flow groove 220 is the intake close circumference (not shown) and the intake bottom opening 120, which is in close contact with the inner surface of the intake bottom opening (120, see Fig. 3) of the circumferential surface of the intake sliding body 200 3 is formed to cross the intake close circumferential surface (not shown) along the longitudinal direction so that a gap is formed therebetween.
  • the intake air flow groove 220 is formed to be inclined along the longitudinal direction so that air guided along the intake air flow groove 220 forms a vortex.
  • the intake moving shaft 300 is connected to the intake sliding body 200 at a lower end thereof so as to slide the intake sliding body 200.
  • the intake sliding body guide 400 is installed inside the intake regulator main body 100.
  • the intake sliding body guide 400 includes an intake fixing body 410 and an intake fixing wing 420.
  • the intake fixing body 410 is formed in a tubular shape in which an intake moving shaft guide hole 411 is formed at a central portion thereof.
  • An intake moving shaft guide hole 411 is fitted into the intake moving shaft guide hole 411 and guided along the intake moving shaft guide hole 411.
  • the intake fixing vanes 420 protrude radially from the circumferential surface of the intake fixing body 410, and the distal end thereof is fixed to the inner wall of the intake regulator main body 100.
  • the intake fixing blade 420 is fixed to the inner wall of the intake regulator main body 100 so that the intake moving shaft 300 can be guided along the intake moving shaft guide hole 411.
  • the intake fixing vanes 420 may extend the length direction of the intake fixing body 410 such that air passing through the intake moving path (not shown) formed in the intake regulator main body 100 forms a vortex. It is formed obliquely along.
  • the intake fixing wing 420 includes an intake upper fixing wing 421 formed at the upper end of the intake fixing body 410, and an intake lower fixing wing 422 formed at the lower end of the intake fixing body 410. It may be made of. Referring to FIG. 8, the intake upper fixing blade 421 and the intake lower fixing blade 422 may be alternately formed.
  • the first embodiment includes an intake moving shaft movable means 500 for sliding the intake sliding body 200 through the intake lower opening 120 (see FIG. 3) by moving the intake moving shaft 300 up and down. It is provided.
  • the intake moving shaft movable means 500 may be a general method such as an actuator method, a piezo method and a cam method. The cam method will be described below.
  • the intake moving shaft movable means 500 includes an intake spring 510 and an intake cam 520.
  • the intake spring 510 moves the intake moving shaft 300 upward by an elastic force so that the intake close circumferential surface (not shown) of the intake sliding body 200 is the intake lower opening 120 (see FIG. 3). It is installed to be in close contact with the inner surface.
  • the intake cam 520 presses the upper end of the intake moving shaft 300 according to the rotation angle of the intake cam 520 so that the intake moving shaft 300 overcomes the elastic force caused by the intake spring 510 and the intake moving shaft guide hole. It moves so that it moves downward along 411 (refer FIG. 7), and it is installed so that the intake air sliding body 200 may slide downward. That is, the intake cam 520 is an intake moving shaft pushing means for moving the intake moving shaft 300 downward.
  • Embodiment 1 is installed in the intake pipe 11, the intake sliding body 200 is passed through the intake movement path (not shown) formed in the intake regulator body 130 by sliding through the intake lower opening 120.
  • the intake sliding body 200 is passed through the intake movement path (not shown) formed in the intake regulator body 130 by sliding through the intake lower opening 120.
  • Embodiment 1 is the intake movement path (not shown) due to the intake fixing blade 420 of the intake sliding body guide 400, the intake vortex forming wing 212 and the intake flow groove 220 of the intake sliding body 200
  • the air flowing into the combustion chamber 43 (see FIG. 2) through the grant) forms a vortex, thereby improving the mixing efficiency with the fuel injected from the injector 600 (see FIG. 2).
  • Reference numeral 700 in FIG. 2 denotes an intake valve device.
  • Embodiment 2 relates to an intake and exhaust control apparatus according to the present invention.
  • FIG. 9 shows a schematic view of Example 2.
  • the second embodiment has an intake control device 1000, an exhaust control device 2000, an intake valve device 3000 and an exhaust valve device 3000.
  • the intake control device 1000 is the same as the intake control device of the first embodiment
  • the exhaust control device 2000 is similar to the intake control device of the first embodiment, the following description is not the same as described in the first embodiment.
  • the intake regulator body 1100 of the intake regulator 1000 is installed in the intake pipe 11.
  • An intake sliding body 1200 is coupled to the intake regulator body 1100 to be slidable.
  • the exhaust regulator body 2100 of the exhaust regulator 2000 is installed in the exhaust pipe 21.
  • An exhaust sliding body 2200 is coupled to the exhaust regulator body 2100 to be slidable.
  • the exhaust regulator main body 2100 has an exhaust lower opening and an exhaust upper opening communicating with an exhaust movement path therein, and a circumferential surface of the exhaust regulator 21 maintains a gap with an inner wall of the exhaust pipe 21, Is mounted.
  • the exhaust lower opening corresponds to the intake upper opening of the intake regulator body 1100
  • the exhaust upper opening corresponds to the intake lower opening of the intake regulator body 1100. That is, the exhaust regulator main body 2100 has the same shape as the intake regulator main body 1100 but is installed upside down compared to the intake regulator main body 1100.
  • the exhaust sliding body 2200 is slid through the exhaust top opening so that a gap formed with the exhaust top opening is changed so that the exhaust sliding body 2200 goes upward to adjust the flow rate of the exhaust gas passing through the exhaust top opening.
  • This is formed into an increasing truncated cone.
  • the exhaust sliding body 2200 has the same shape as the intake sliding body 1200. Therefore, a longitudinal direction is formed on the circumferential surface of the exhaust sliding body 2200 such that a gap is formed between the exhaust close circumferential surface closely contacting the inner surface of the exhaust top opening and the exhaust top opening of the circumferential surface of the exhaust sliding body 2200.
  • the exhaust flow grooves are formed along the exhaust tight circumference.
  • an exhaust sliding body guide is installed on an inner wall of the exhaust regulator body 2100.
  • the exhaust sliding body guide includes an exhaust fixing body in which an exhaust movement shaft guide hole is formed, and an exhaust fixing wing which protrudes radially from a peripheral surface of the exhaust fixing body and whose end portion is fixed to an inner wall of the exhaust regulator body 2100.
  • the exhaust sliding body guide is a component corresponding to the intake sliding body guide.
  • an exhaust movement shaft 2300 is connected to the exhaust sliding body 2200 to slide the exhaust sliding body 2200.
  • the exhaust movement shaft 2300 is fitted so that the lower portion penetrates the upper and lower surfaces of the exhaust sliding body 2200 and slides in the exhaust movement shaft guide hole. Lose.
  • the upper portion of the exhaust movement shaft 2300 is pushed on the exhaust movement shaft to overcome the elastic force by the exhaust spring 2510 and to slide the exhaust sliding body 2200 by moving along the exhaust movement shaft guide hole. It is connected to the exhaust cam 2520 which is a means.
  • Fig. 9 is a schematic diagram of a state where the piston 31 is located at the top dead center at the moment when the intake stroke is to be started as the exhaust stroke is finished among the four strokes of the suction, compression, explosion, and exhaust of the piston 31.
  • the intake valve 712 should be opened and the exhaust valve 812 should be closed.
  • the rotation angle of the rotary shaft 51 is generally When the top dead center is 15 °, the intake valve 712 is opened in advance, and the exhaust valve 812 is closed late at 15 ° after the top dead center of the piston 31.
  • the intake valve is formed so that the rotation angle of the rotating shaft 51 is between ⁇ ° before the top dead center of the piston 31 and ⁇ ° after the top dead center for the purpose of sufficiently sucking the intake air and exhausting the exhaust gas.
  • the openings of the 712 and the exhaust valve 812 overlap each other the amount of exhaust gas flowing out toward the intake pipe 11 is reduced by using the intake control device 1000, and the exhaust control device 2000 is closed. Reduce the amount of exhaust gas flowed back from the exhaust pipe 21 toward the combustion chamber 43.
  • the intake cam 1520 of the intake control device 1000 is rotated to release the compressive force of the intake cam 1520 compressing the intake spring 1510.
  • the moving shaft 1300 moves upward, whereby the intake close circumferential surface of the intake sliding body 1200 is in close contact with the intake lower opening of the intake regulator body 1100. Therefore, most of the lower end openings of the intake regulator main body 1100 are closed, and the amount of exhaust gas exiting from the combustion chamber 43 toward the intake pipe 11 is reduced.
  • the exhaust cam 2520 of the exhaust regulator 2000 is rotated so that the exhaust cam 2520 compresses the exhaust spring 2510 and moves the exhaust movement shaft 2300 downward. Accordingly, the exhaust close contact surface of the exhaust sliding body 2200 is in close contact with the exhaust upper opening of the exhaust regulator body 2100. Therefore, most of the upper opening of the exhaust regulator body 2100 is closed, and the amount of exhaust gas flowing back from the exhaust pipe 21 toward the combustion chamber 43 is reduced.
  • the amount of exhaust gas flowing out toward the intake pipe 11 is reduced by using the intake control device 1000.
  • the exhaust regulator 2000 By using the exhaust regulator 2000, the amount of exhaust gas flowing back from the exhaust pipe 21 toward the combustion chamber 43 is reduced. Therefore, the mixing efficiency of fuel and air is increased in the combustion chamber 43, and the combustion efficiency is improved, and the output of the internal combustion engine is improved.
  • Reference numeral 32 denotes a piston rod.

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Abstract

본 발명은 자동차, 항공기, 선박 및 각종 산업용 기계의 동력원으로 이용되는 내연기관에 있어서 연료의 완전연소를 유도하기 위한 흡기조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내연기관의 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기에 와류가 발생되도록 유도하여 연료와 고르게 혼합되도록 하고, 동시에 흡기관을 통하여 연소실에 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 흡기조절장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 배기가스가 흡기관으로 유입되거나 배기가스가 연소실로 역류하는 것을 저지함으로써 내연기관의 출력을 향상시키기 위한 흡기 및 배기 조절장치에 관한 것이다.

Description

흡기조절장치 및 흡기 및 배기 조절장치
본 발명은 자동차, 항공기, 선박 및 각종 산업용 기계의 동력원으로 이용되는 내연기관에 있어서 연료의 완전연소를 유도하기 위한 흡기조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내연기관의 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기에 와류가 발생되도록 유도하여 연료와 고르게 혼합되도록 하고, 동시에 흡기관을 통하여 연소실에 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 흡기조절장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 배기가스가 흡기관으로 유입되거나 배기가스가 연소실로 역류하는 것을 저지함으로써 내연기관의 출력을 향상시키기 위한 흡기 및 배기 조절장치에 관한 것이다.
내연기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정이 연속 반복적으로 이루어지면서 동력이 발생되는데, 이중 연소실(43)내로 공기가 흡입되는 흡기 과정은 도1에 도시한 바와 같이 피스톤(31)이 하강하면서 흡기밸브(12)가 열리고 이때 흡기관(11)을 통해 유입되는 공기와 인젝터(42)에서 분사되는 연료가 연소실(43) 내로 유입되어 혼합되면서 혼합가스가 만들어지고, 이 혼합가스를 피스톤(31)으로 압축한 후 점화플러그(도면 미도시)로 점화하거나 자연 착화시켜 연소시키면 피스톤(31)이 다시 밀리는 과정이 반복되어 동력이 발생한다.
이처럼 연소실(43) 내에 공기가 순간적으로 유입되고 분사된 연료와 혼합되어 발생되는 혼합가스는 연소실(43) 내에서 전체적으로 연료와 공기가 고르게 혼합되지 못하고 특정 위치에 따라 혼합비가 균일하지 않게 되는데, 이러한 혼합가스를 연소시키면 미연소가스가 발생하게 되어 연소효율이 떨어지고 카본 및 공해물질 등이 발생되어 엔진의 수명단축과 공해물질 발생의 원인이 되었다.
또한 엔진의 출력에 따라 연소실(43)에 유입되는 공기의 양을 조절하여 요구되는 혼합가스를 만들어야 하는데 종래에는 연소실(43)에 유입되는 공기의 양을 조절하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 내연기관의 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정 중에서 배기행정이 끝나가면서 흡기행정이 시작되려는 순간의 피스톤(31)이 상사점에 위치한 경우 이론상으로는 흡기밸브(12)가 열리고 배기밸브(22)가 닫혀야 하나 실제는 흡입공기를 충분히 흡입하고 배기가스를 충분히 배기하기 위하여, 회전축(도면 미도시)의 회전각도가 피스톤(31)의 상사점 전 15°가 될 때에 흡기밸브(12)가 미리 열리고 피스톤(31)의 상사점 후 15°에서 배기밸브(22)가 늦게 닫히게 된다. 따라서, 흡기밸브(12) 및 배기밸브(22)의 열림상태가 오버랩되는 시간에는 실린더(41)에서 배기되고 있는 배기가스의 일부가 흡기관(11) 쪽으로 빠져나가게 되고, 배기관(21)쪽으로 배기되던 배기가스가 연소실(43)로 역류하게 되는 현상이 발생된다. 이러한 현상으로 인하여 종래 인젝터(42)로부터 분사되는 연료와 흡기관(11)으로부터 흡입된 새 공기가 원활하게 혼합되지 못하여 연소효율이 떨어지고 내연기관의 출력이 저하되는 문제점이 발생되었다.
본 발명은 내연기관의 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기에 와류가 발생되도록 유도하여 연료와 고르게 혼합되도록 하고, 동시에 흡기관을 통하여 연소실에 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 흡기조절장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 흡기밸브 및 배기밸브의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 흡기관쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양을 감소시키고, 배기관에서 연소실쪽으로 역류되는 배기가스의 양을 감소시킴으로써 연소실에서 연료와 공기의 혼합효율이 증대되는 흡기 및 배기 조절장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 내부의 흡기 이동로에 연통하는 흡기 상단 개방구(110) 및 흡기 하단 개방구가 형성되고 둘레면이 내연기관의 흡기관(11) 내벽과 틈을 유지하며 흡기관(11)에 장착되는 흡기조절기 본체(100); 상기 흡기 하단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 흡기 하단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 흡기 하단 개방구를 통과하는 공기의 유량을 조절하도록 하부로 갈수록 횡단면이 증가하는 흡기 슬라이딩 바디(200); 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록 하단이 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)에 연결되는 흡기 이동축(300); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 흡기 하단 개방구를 통과하는 공기를 안내하도록 상기 흡기 슬라이딩 바디(200) 둘레면에는 길이방향을 따라 흡기 가이드 날개(210)가 형성될 수 있고, 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 둘레면 중 상기 흡기 하단 개방구 내면에 밀착하는 흡기 밀착 둘레면과 상기 흡기 하단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 상기 흡기 슬라이딩 바디(200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 흡기 밀착 둘레면을 가로지르는 흡기 유동홈(220)이 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡기 가이드 날개(210)는 상기 흡기 가이드 날개(210)를 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성되는 흡기 와류 형성날개(212)를 포함하고, 상기 흡기 유동홈(220)은 상기 흡기 유동홈(220)을 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성될 수 있고, 상기 흡기 가이드 날개(210)는 상기 흡기 와류 형성날개(212)에 연접하며 길이방향을 따라 평행하게 상측으로 연장되는 흡기 슬라이딩 날개(211)를 포함하고, 상기 흡기조절기 본체(100)에는 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)가 슬라이딩되는 경우 상기 흡기 슬라이딩 날개(211)가 안내되는 흡기 슬라이딩 홈(140)이 하단으로부터 길이방향을 따라 형성될 수 있고, 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면은 원추형으로 형성되고, 상기 흡기 와류 형성날개(212)는 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하단 하부로 돌출되어 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면 중심부 소정 부위까지 연장 형성될 수 있다.
본 발명은 중심부에 상기 흡기 이동축(300)을 안내하는 흡기 이동축 안내공(411)이 형성되는 흡기 고정 몸체(410)와, 상기 흡기 고정 몸체(410) 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 흡기조절기 본체(100) 내벽에 고정 설치되는 흡기 고정 날개(420)를 구비하는 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)를 포함할 수 있고, 상기 흡기 고정 날개(420)는 상기 흡기 이동로를 통과하는 공기가 와류를 형성하도록 상기 흡기 고정 몸체(410)의 길이방향을 따라 경사지게 형성될 수 있고, 상기 흡기 고정 날개(420)는 상기 흡기 고정 몸체(410)의 상단에 형성되는 흡기 상단 고정 날개(421)와, 상기 흡기 고정 몸체(410)의 하단에 상기 흡기 상단 고정 날개(421)와 엇갈리게 형성되는 흡기 하단 고정 날개(422)를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡기 이동축(300)이 흡기 스프링(510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 흡기 이동축 안내공(411)을 따라 이동함으로써 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록, 상기 흡기 이동축(300)은 흡기 이동축 푸싱수단에 연결될 수 있고, 상기 흡기 이동축 푸싱수단은 상기 흡기 이동축(300)의 상단을 압박하는 흡기 캠(520)일 수 있다.
한편, 본 발명은 흡기관(11)을 통과하는 공기의 유량을 조절하기 위하여 흡기관(11)에 설치되는 제10항의 흡기조절장치; 배기관(21)을 통과하는 배기가스의 유량을 조절하기 위하여 배기관(21)에 설치되는 배기조절장치; 를 포함하되, 상기 배기조절장치는, 내부의 배기 이동로에 연통하는 배기 하단 개방구 및 배기 상단 개방구가 형성되고 둘레면이 내연기관의 배기관(21) 내벽과 틈을 유지하며 배기관(21)에 장착되는 배기조절기 본체(2100); 상기 배기 상단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 배기 상단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 배기 상단 개방구를 통과하는 배기가스의 유량을 조절하도록 상부로 갈수록 횡단면이 증가하는 배기 슬라이딩 바디(2200); 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)에 연결되는 배기 이동축(2300); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 및 배기 조절장치에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)의 둘레면 중 상기 배기 상단 개방구 내면에 밀착하는 배기 밀착 둘레면과 상기 배기 상단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 상기 배기 슬라이딩 바디(2200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 배기 밀착 둘레면을 가로지르는 배기 유동홈이 형성되고, 상기 배기조절기 본체(2100)에는 배기 이동축 안내공이 형성되는 배기 고정 몸체 및 상기 배기 고정 몸체 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 배기조절기 본체(2100) 내벽에 고정되는 배기 고정 날개를 구비하는 배기 슬라이딩 바디 가이드가 설치되고, 상기 배기 이동축(2300)은 하부가 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)의 상하면을 관통하며 상기 배기 이동축 안내공에 슬라이딩 가능하도록 끼워지고, 배기 스프링(2510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 배기 이동축 안내공을 따라 이동함으로써 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 상부가 배기 이동축 푸싱수단에 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 회전축(51)의 회전각도가 피스톤의 상사점 전 15°부터 상사점 후 15°사이에 해당하여 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 상기 흡기 스프링(1510) 및 상기 흡기 이동축 푸싱수단에 의하여 상기 흡기 밀착 둘레면이 상기 흡기 하단 개방구와 밀착되고, 상기 배기 스프링(2510) 및 상기 배기 이동축 푸싱수단에 의하여 상기 배기 밀착 둘레면이 상기 배기 상단 개방구와 밀착될 수 있다.
본 발명에 따른 흡기조절장치는 내연기관의 흡기관을 통해 연소실로 흡입되는 공기에 와류를 형성하여 연료와 고르게 혼합되도록 하고, 동시에 엔진의 출력에 따라 흡기관을 통하여 연소실에 유입되는 공기의 양을 조절할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 흡기밸브 및 배기밸브의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 흡기관쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양을 감소시키고, 배기관에서 연소실쪽으로 역류되는 배기가스의 양을 감소시킴으로써 연소실에서 연료와 공기의 혼합효율이 증대되는 장점이 있다.
도1은 종래의 내연기관의 흡기 및 배기 장치의 개략도.
도2는 흡기관에 설치된 실시예1의 부분 절개 사시도.
도3은 실시예1의 흡기조절기 본체의 사시도.
도4는 실시예1의 흡기조절기 본체와 흡기 슬라이딩 바디의 결합 사시도.
도5는 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디의 사시도.
도6은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디의 측면도.
도7은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디 가이드의 사시도.
도8은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디 가이드의 평면도.
도9는 실시예2의 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:흡기 조절기 본체 110:흡기 상단 개방구
140:흡기 슬라이딩 홈
200:흡기 슬라이딩 바디 210:흡기 가이드 날개
211:흡기 슬라이딩 날개 212:흡기 와류 형성 날개
220:흡기 유동홈
300:흡기 이동축
400:흡기 슬라이딩 바디 가이드
410:흡기 고정 몸체 411:흡기 이동축 안내공
420:흡기 고정 날개 421:흡기 상단 고정 날개
422:흡기 하단 고정 날개
510:흡기 스프링 520:흡기 캠
1510:흡기 스프링
2100:배기조절기 본체 2200:배기 슬라이딩 바디
2300:배기 이동축 2510:배기 스프링
이하, 도면을 참조하며 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예1
실시예1은 본 발명에 따른 흡기조절장치에 관한 것이다.
도2는 흡기관에 설치된 실시예1의 부분 절개 사시도를, 도3은 실시예1의 흡기조절기 본체의 사시도를, 도4는 실시예1의 흡기조절기 본체와 흡기 슬라이딩 바디의 결합 사시도를, 도5는 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디의 사시도를, 도6은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디의 측면도를, 도7은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디 가이드의 사시도를, 도8은 실시예1의 흡기 슬라이딩 바디 가이드의 평면도를 나타낸다.
도2를 참조하면 실시예1은 흡기조절기 본체(100), 흡기 슬라이딩 바디(200), 흡기 이동축(300), 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400) 및 흡기 이동축 가동수단(500)을 가진다.
도2를 참조하면 흡기조절기 본체(100)는 흡기관(11)에 장착된다.
도2 및 도3을 참조하면 흡기조절기 본체(100)는 상단에 흡기 상단 개방구(110, 도2 참조)가 형성되고, 하단에 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)가 형성된다. 또한 흡기조절기 본체(100)는 내부가 빈 쉘(shell) 형태로 형성됨으로써, 흡기조절기 본체(100) 내부에는 흡기 상단 개방구(110, 도2 참조) 및 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 상호 연통시키는 흡기 이동로(도면부호 미부여)가 길이방향을 따라 형성된다.
도2 및 도3을 참조하면 흡기조절기 본체(100) 둘레면에는 흡기조절기 본체(100)가 흡기관(11) 내벽과 틈을 유지하며 장착되도록 흡기 장착돌기(130)가 길이방향을 따라 형성된다. 즉, 흡기조절기 본체(100)는 흡기 장착돌기(130)가 흡기관(11) 내벽에 접촉 고정됨으로써 흡기관(11) 내벽에 장착된다. 한편, 흡기 장착돌기(130)는 흡기조절기 본체(100)의 둘레면과 흡기관(11) 내벽에 형성되는 틈을 통과하는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향에 대하여 경사지도록 형성된다. 흡기 장착돌기(130)는 상부에 형성되는 흡기 상부 장착돌기(131) 및 흡기 상부 장착돌기(131) 하부에 형성되는 흡기 하부 장착돌기(132)를 포함할 수 있는데, 흡기 상부 장착돌기(131)와 흡기 하부 장착돌기(132)는 상호 엇갈리도록 형성된다.
도3을 참조하면 흡기조절기 본체(100)는 하부 소정부위로부터 하단으로 가면서 상기 흡기 이동로(도면부호 미부여)의 단면적이 감소하도록 상기 하부 소정부위로부터 하단까지의 부위가 잘린 원추형으로 형성된다. 한편, 잘린 원추형으로 형성되는 흡기조절기 본체(100)의 상기 하부 소정부위로부터 하단까지의 부위에는 길이방향을 따라 하단으로부터 상측으로 흡기 슬라이딩 홈(140)이 형성된다.
도2를 참조하면 흡기조절기 본체(100)에는 흡기 하단 개방구(120)를 통하여 슬라이딩됨으로써 소정부위가 흡기조절기 본체(100) 내부로 인입 및 인출되는 흡기 슬라이딩 바디(200)가 설치된다. 흡기 슬라이딩 바디(200)는 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 통하여 슬라이딩됨으로써 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)와 이루는 틈이 변화되어 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 통과하는 공기의 유량을 조절하도록 하부로 가면서 횡단면이 증가하도록 형성될 수 있다. 즉, 흡기 슬라이딩 바디(200)는 상단과 하단 사이에 형성되는 둘레면이 잘린 원추형으로 형성될 수 있다. 또한 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면은 하부로 볼록한 원추형으로 형성될 수 있다.
도4를 참조하면 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 통과하는 공기를 안내하도록 흡기 슬라이딩 바디(200)는 둘레면에 길이방향을 따라 흡기 가이드 날개(210)가 형성된다.
도5를 참조하면 흡기 가이드 날개(210)는 흡기 슬라이딩 날개(211)와 흡기 와류 형성 날개(212)를 포함한다.
도5를 참조하면 흡기 와류 형성 날개(212)는 흡기 와류 형성 날개(212)를 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성된다. 흡기 와류 형성 날개(212)는 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하단 하부로 돌출되어 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면 중심부 소정 부위까지 연장 형성될 수 있다. 이때, 이웃한 흡기 와류 형성 날개(212)와 흡기 와류 형성 날개(212)는 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면에서 "V"자 홈이 형성되도록 돌출되어 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면을 따라 유동하는 공기가 와류를 형성하는 것을 촉진하게 된다.
도5를 참조하면 흡기 슬라이딩 날개(211)는 흡기 와류 형성 날개(212)에 연접하며 길이방향을 따라 평행하게 상측으로 연장된다. 도4를 참조하면 흡기 슬라이딩 날개(211)는 흡기 슬라이딩 바디(200)가 상하로 슬라이딩 되는 경우 흡기 슬라이딩 홈(140, 도3 참조)에 끼워져 안내되도록 형성된다.
도4를 참조하면 흡기 슬라이딩 바디(200)의 둘레면에는 흡기 유동홈(220)이 형성된다. 흡기 유동홈(220)은 흡기 슬라이딩 바디(200)의 둘레면 중 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조) 내면에 밀착하는 흡기 밀착 둘레면(도면부호 미부여)과 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)와의 사이에 틈이 형성되도록 길이방향을 따라 상기 흡기 밀착 둘레면(도면부호 미부여)을 가로지르도록 형성된다.
도5 및 도6을 참조하면 흡기 유동홈(220)은 흡기 유동홈(220)을 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성된다.
도2를 참조하면 흡기 이동축(300)은 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록 하단이 흡기 슬라이딩 바디(200)에 연결된다.
도2를 참조하면 흡기조절기 본체(100) 내부에는 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)가 설치된다. 도7을 함께 참조하면 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)는 흡기 고정 몸체(410)와 흡기 고정 날개(420)를 포함한다.
도7을 참조하면 흡기 고정 몸체(410)는 중심부에 흡기 이동축 안내공(411)이 형성되는 관형태로 형성된다. 흡기 이동축 안내공(411)에는 흡기 이동축(300)이 끼워져 흡기 이동축 안내공(411)을 따라 안내된다. 도2를 함께 참조하면 흡기 고정 날개(420)는 흡기 고정 몸체(410) 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 흡기조절기 본체(100) 내벽에 고정된다. 흡기 고정 날개(420)가 흡기조절기 본체(100) 내벽에 고정됨으로써 흡기 이동축(300)이 흡기 이동축 안내공(411)을 따라 안내될 수 있다.
도8을 참조하면 흡기 고정 날개(420)는 흡기조절기 본체(100) 내부에 형성된 상기 흡기 이동로(도면부호 미부여)를 통과하는 공기가 와류를 형성하도록 흡기 고정 몸체(410)의 길이방향을 따라 경사지게 형성된다.
도7을 참조하면 흡기 고정 날개(420)는 흡기 고정 몸체(410)의 상단에 형성되는 흡기 상단 고정 날개(421)와, 흡기 고정 몸체(410)의 하단에 형성되는 흡기 하단 고정 날개(422)로 이루어질 수 있다. 도8을 참조하면 흡기 상단 고정 날개(421)와 흡기 하단 고정 날개(422)는 엇갈리게 형성될 수 있다.
도2를 참조하면 실시예1은 흡기 이동축(300)을 상하로 이동시킴으로써 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조)를 통하여 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키는 흡기 이동축 가동수단(500)을 구비한다. 흡기 이동축 가동수단(500)은 엑츄에이터 방식, 피에조 방식 및 캠 방식 등 일반적인 방법이 사용될 수 있다. 이하, 캠 방식에 대하여 설명한다.
도2를 참조하면 흡기 이동축 가동수단(500)은 흡기 스프링(510) 및 흡기 캠(520)을 포함한다. 흡기 스프링(510)은 탄성력에 의하여 흡기 이동축(300)을 상측으로 이동시킴으로써 흡기 슬라이딩 바디(200)의 상기 흡기 밀착 둘레면(도면부호 미부여)이 흡기 하단 개방구(120, 도3 참조) 내면과 밀착될 수 있도록 설치된다. 흡기 캠(520)은 흡기 캠(520)의 회전각에 따라 흡기 이동축(300)의 상단을 압박함으로써 흡기 이동축(300)이 흡기 스프링(510)에 의한 탄성력을 극복하고 흡기 이동축 안내공(411, 도7 참조)을 따라 하측으로 이동함으로써 흡기 슬라이딩 바디(200)를 하측으로 슬라이딩시키도록 설치된다. 즉, 흡기 캠(520)은 흡기 이동축(300)을 하측으로 이동시키는 흡기 이동축 푸싱수단이다.
실시예1은 흡기관(11) 내에 설치되어 흡기 슬라이딩 바디(200)가 흡기 하단 개방구(120)를 통하여 슬라이딩됨으로써 흡기조절기 본체(130) 내에 형성된 상기 흡기 이동로(도면부호 미부여)를 통과하는 공기의 유량을 조절할 수 있는 장점이 있다. 즉, 엔진의 출력과 관련하여 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시킴으로써 연소공기가 많이 요구되는 경우에는 흡기 슬라이딩 바디(200)와 흡기 하단 개방구(120)의 틈새를 크게 형성하고, 연소공기가 적게 요구되는 경우에는 흡기 슬라이딩 바디(200)와 흡기 하단 개방구(120) 사이의 틈을 적게 형성할 수 있다.
실시예1은 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)의 흡기 고정 날개(420), 흡기 슬라이딩 바디(200)의 흡기 와류 형성 날개(212) 및 흡기 유동홈(220)으로 인하여 상기 흡기 이동로(도면부호 미부여)를 통과하여 연소실(43, 도2 참조)로 유입되는 공기가 와류를 형성하게 됨으로써 인젝터(600, 도2 참조)에서 분사되는 연료와의 혼합효율이 좋아지게 된다. 도2의 도면부호 700은 흡기 밸브장치를 나타낸다.
실시예2
실시예2는 본 발명에 따른 흡기 및 배기 조절장치에 관한 것이다.
도9는 실시예2의 개략도를 나타낸다.
도9를 참조하면 실시예2는 흡기조절장치(1000), 배기조절장치(2000), 흡기 밸브장치(3000) 및 배기 밸브장치(3000)를 가진다.
흡기조절장치(1000)는 실시예1의 흡기조절장치와 동일하고, 배기조절장치(2000)는 실시예1의 흡기조절장치와 유사하므로 이하 설명하지 않은 사항은 실시예1에서 설명한 바에 준한다.
도9를 참조하면 흡기조절장치(1000)의 흡기조절기 본체(1100)는 흡기관(11) 내에 설치된다. 흡기조절기 본체(1100)에는 흡기 슬라이딩 바디(1200)가 슬라이딩 가능하도록 결합된다.
도9를 참조하면 배기조절장치(2000)의 배기조절기 본체(2100)는 배기관(21) 내에 설치된다. 배기조절기 본체(2100)에는 배기 슬라이딩 바디(2200)가 슬라이딩 가능하도록 결합된다.
도9를 참조하면 배기조절기 본체(2100)는 내부의 배기 이동로에 연통하는 배기 하단 개방구 및 배기 상단 개방구가 형성되고 둘레면이 배기관(21) 내벽과 틈을 유지하며 배기관(21)에 장착된다. 배기 하단 개방구는 흡기조절기 본체(1100)의 흡기 상단 개방구에 대응하고, 배기 상단 개방구는 흡기조절기 본체(1100)의 흡기 하단 개방구에 대응한다. 즉, 배기조절기 본체(2100)는 흡기조절기 본체(1100)와 동일한 형상이지만 흡기조절기 본체(1100)와 비교하여 상하 거꾸로 설치된다.
도9를 참조하면 배기 슬라이딩 바디(2200)는 상기 배기 상단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 배기 상단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 배기 상단 개방구를 통과하는 배기가스의 유량을 조절하도록 상부로 가면서 횡단면이 증가하는 잘린 원추형으로 형성된다. 배기 슬라이딩 바디(2200)는 흡기 슬라이딩 바디(1200)와 동일한 형상이다. 따라서, 배기 슬라이딩 바디(2200)의 둘레면 중 상기 배기 상단 개방구 내면에 밀착하는 배기 밀착 둘레면과 상기 배기 상단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 배기 슬라이딩 바디(2200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 배기 밀착 둘레면을 가로지르는 배기 유동홈이 형성된다.
도9에는 도시되어 있지 않으나 배기조절기 본체(2100) 내벽에는 배기 슬라이딩 바디 가이드가 설치된다. 상기 배기 슬라이딩 바디 가이드는 배기 이동축 안내공이 형성되는 배기 고정 몸체 및 상기 배기 고정 몸체 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 배기조절기 본체(2100) 내벽에 고정되는 배기 고정 날개를 포함한다. 상기 배기 슬라이딩 바디 가이드는 흡기 슬라이딩 바디 가이드에 대응하는 구성요소이다.
도9를 참조하면 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 배기 슬라이딩 바디(2200)에는 배기 이동축(2300)이 연결된다. 한편, 흡기조절장치(1000)와 다르게 배기조절장치(200)의 경우, 배기 이동축(2300)은 하부가 배기 슬라이딩 바디(2200)의 상하면을 관통하며 상기 배기 이동축 안내공에 슬라이딩 가능하도록 끼워진다.
도9를 참조하면 배기 스프링(2510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 배기 이동축 안내공을 따라 이동함으로써 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록, 배기 이동축(2300)의 상부는 배기 이동축 푸싱수단인 배기 캠(2520)에 연결된다.
도9는 피스톤(31)의 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정 중에서 배기행정이 끝나가면서 흡기행정이 시작되려는 순간의 피스톤(31)이 상사점에 위치한 상태의 개략도이다. 이때는 이론상으로는 흡기밸브(712)가 열리고 배기밸브(812)가 닫혀야 하나 실제는 흡입공기를 충분히 흡입하고 배기가스를 충분히 배기하기 위하여, 통상적으로 회전축(51)의 회전각도가 피스톤(31)의 상사점 전 15°가 될 때에 흡기밸브(712)가 미리 열리고 피스톤(31)의 상사점 후 15°에서 배기밸브(812)가 늦게 닫히게 된다. 따라서, 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림상태가 오버랩되는 시간에는 실린더(41)에서 배기되고 있는 배기가스의 일부가 흡기관(11) 쪽으로 빠져나가게 되고, 배기관(21)쪽으로 배기되던 배기가스가 연소실(43)로 역류하게 되는 현상이 발생된다. 이러한 현상으로 인하여 종래 인젝터(600)로부터 분사되는 연료와 흡기관(11)으로부터 흡입된 새 공기가 원활하게 혼합되지 못하여 연소효율이 떨어지고 내연기관의 출력이 저하되는 심각한 문제점이 발생되었다.
실시예2는 흡입공기를 충분히 흡입하고 배기가스를 충분히 배출하기 위한 목적으로 회전축(51)의 회전각도가 피스톤(31)의 상사점 전 α°부터 상사점 후 β°사이에 해당하여 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 흡기조절장치(1000)를 이용하여 흡기관(11)쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양을 감소시키고, 배기조절장치(2000)를 이용하여 배기관(21)에서 연소실(43)쪽으로 역류되던 배기가스의 양을 감소시킨다. α° 및 β°는 엔진의 사양에 따라 당업자가 선택할 수 있다. 일반적으로 α°와 β°는 동일한 값을 가지는데, α°=β°=15°일 수 있다.
도9를 참조하면 흡기조절장치(1000)의 흡기 캠(1520)을 회전시켜 흡기 캠(1520)이 흡기 스프링(1510)을 압축하는 압축력을 해제시킴에 따라 흡기 스프링(1510)의 탄성력에 의하여 흡기 이동축(1300)이 상측으로 이동하고, 이에 따라 흡기 슬라이딩 바디(1200)의 흡기 밀착 둘레면이 흡기조절기 본체(1100)의 흡기 하단 개방구와 밀착된다. 따라서, 흡기조절기 본체(1100)의 하단 개방구의 대부분이 폐쇄되고, 연소실(43)에서 흡기관(11)쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양이 감소된다.
도9를 참조하면 배기조절장치(2000)의 배기 캠(2520)을 회전시켜 배기 캠(2520)이 배기 스프링(2510)을 압축하며 배기 이동축(2300)을 하측으로 이동시키게 된다. 이에 따라 배기 슬라이딩 바디(2200)의 배기 밀착 둘레면이 배기조절기 본체(2100)의 배기 상단 개방구와 밀착된다. 따라서, 배기조절기 본체(2100)의 상단 개방구의 대부분이 폐쇄되고, 배기관(21)에서 연소실(43)쪽으로 역류되던 배기가스의 양이 감소된다.
실시예2는 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우, 흡기조절장치(1000)를 이용하여 흡기관(11)쪽으로 빠져나가는 배기가스의 양을 감소시키고, 배기조절장치(2000)를 이용하여 배기관(21)에서 연소실(43)쪽으로 역류되던 배기가스의 양을 감소시키게 된다. 따라서, 연소실(43)에서 연료와 공기의 혼합효율이 증대되어 연소효율이 향상되며, 내연기관의 출력이 향상된다.
도면부호 32는 피스톤 로드를 나타낸다.

Claims (14)

  1. 내부의 흡기 이동로에 연통하는 흡기 상단 개방구(110) 및 흡기 하단 개방구가 형성되고 둘레면이 내연기관의 흡기관(11) 내벽과 틈을 유지하며 흡기관(11)에 장착되는 흡기조절기 본체(100);
    상기 흡기 하단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 흡기 하단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 흡기 하단 개방구를 통과하는 공기의 유량을 조절하도록 하부로 갈수록 횡단면이 증가하는 흡기 슬라이딩 바디(200);
    상기 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록 하단이 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)에 연결되는 흡기 이동축(300);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 하단 개방구를 통과하는 공기를 안내하도록 상기 흡기 슬라이딩 바디(200) 둘레면에는 길이방향을 따라 흡기 가이드 날개(210)가 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 둘레면 중 상기 흡기 하단 개방구 내면에 밀착하는 흡기 밀착 둘레면과 상기 흡기 하단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 상기 흡기 슬라이딩 바디(200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 흡기 밀착 둘레면을 가로지르는 흡기 유동홈(220)이 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흡기 가이드 날개(210)는 상기 흡기 가이드 날개(210)를 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성되는 흡기 와류 형성 날개(212)를 포함하고,
    상기 흡기 유동홈(220)은 상기 흡기 유동홈(220)을 따라 안내되는 공기가 와류를 형성하도록 길이방향을 따라 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흡기 가이드 날개(210)는 상기 흡기 와류 형성날개(212)에 연접하며 길이방향을 따라 평행하게 상측으로 연장되는 흡기 슬라이딩 날개(211)를 포함하고,
    상기 흡기조절기 본체(100)에는 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)가 슬라이딩되는 경우 상기 흡기 슬라이딩 날개(211)가 안내되는 흡기 슬라이딩 홈(140)이 하단으로부터 길이방향을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면은 원추형으로 형성되고,
    상기 흡기 와류 형성날개(212)는 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하단 하부로 돌출되어 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)의 하면 중심부 소정 부위까지 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    중심부에 상기 흡기 이동축(300)을 안내하는 흡기 이동축 안내공(411)이 형성되는 흡기 고정 몸체(410)와, 상기 흡기 고정 몸체(410) 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 흡기조절기 본체(100) 내벽에 고정 설치되는 흡기 고정 날개(420)를 구비하는 흡기 슬라이딩 바디 가이드(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 흡기 고정 날개(420)는 상기 흡기 이동로를 통과하는 공기가 와류를 형성하도록 상기 흡기 고정 몸체(410)의 길이방향을 따라 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 흡기 고정 날개(420)는 상기 흡기 고정 몸체(410)의 상단에 형성되는 흡기 상단 고정 날개(421)와, 상기 흡기 고정 몸체(410)의 하단에 상기 흡기 상단 고정 날개(421)와 엇갈리게 형성되는 흡기 하단 고정 날개(422)를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 흡기 이동축(300)이 흡기 스프링(510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 흡기 이동축 안내공(411)을 따라 이동함으로써 상기 흡기 슬라이딩 바디(200)를 슬라이딩시키도록, 상기 흡기 이동축(300)은 흡기 이동축 푸싱수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 흡기 이동축 푸싱수단은 상기 흡기 이동축(300)의 상단을 압박하는 흡기 캠(520)인 것을 특징으로 하는 흡기조절장치.
  12. 흡기관(11)을 통과하는 공기의 유량을 조절하기 위하여 흡기관(11)에 설치되는 제10항의 흡기조절장치;
    배기관(21)을 통과하는 배기가스의 유량을 조절하기 위하여 배기관(21)에 설치되는 배기조절장치;
    를 포함하되, 상기 배기조절장치는,
    내부의 배기 이동로에 연통하는 배기 하단 개방구 및 배기 상단 개방구가 형성되고 둘레면이 내연기관의 배기관(21) 내벽과 틈을 유지하며 배기관(21)에 장착되는 배기조절기 본체(2100);
    상기 배기 상단 개방구를 통하여 슬라이딩됨으로써 상기 배기 상단 개방구와 이루는 틈이 변화되어 상기 배기 상단 개방구를 통과하는 배기가스의 유량을 조절하도록 상부로 갈수록 횡단면이 증가하는 배기 슬라이딩 바디(2200);
    상기 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)에 연결되는 배기 이동축(2300);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 및 배기 조절장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배기 슬라이딩 바디(2200)의 둘레면 중 상기 배기 상단 개방구 내면에 밀착하는 배기 밀착 둘레면과 상기 배기 상단 개방구와의 사이에 틈이 형성되도록, 상기 배기 슬라이딩 바디(2200) 둘레면에는 길이방향을 따라 상기 배기 밀착 둘레면을 가로지르는 배기 유동홈이 형성되고,
    상기 배기조절기 본체(2100)에는 배기 이동축 안내공이 형성되는 배기 고정 몸체 및 상기 배기 고정 몸체 둘레면으로부터 방사형으로 돌출되어 그 말단부가 상기 배기조절기 본체(2100) 내벽에 고정되는 배기 고정 날개를 구비하는 배기 슬라이딩 바디 가이드가 설치되고,
    상기 배기 이동축(2300)은 하부가 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)의 상하면을 관통하며 상기 배기 이동축 안내공에 슬라이딩 가능하도록 끼워지고, 배기 스프링(2510)에 의한 탄성력을 극복하고 상기 배기 이동축 안내공을 따라 이동함으로써 상기 배기 슬라이딩 바디(2200)를 슬라이딩시키도록 상부가 배기 이동축 푸싱수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 흡기 및 배기 조절장치.
  14. 제13항에 있어서,
    회전축(51)의 회전각도가 피스톤의 상사점 전 15°부터 상사점 후 15°사이에 해당하여 흡기밸브(712) 및 배기밸브(812)의 열림이 오버랩(over lap)되는 경우,
    상기 흡기 스프링(1510) 및 상기 흡기 이동축 푸싱수단에 의하여 상기 흡기 밀착 둘레면이 상기 흡기 하단 개방구와 밀착되고,
    상기 배기 스프링(2510) 및 상기 배기 이동축 푸싱수단에 의하여 상기 배기 밀착 둘레면이 상기 배기 상단 개방구와 밀착되는 것을 특징으로 하는 흡기 및 배기 조절장치.
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