KR100222520B1 - 내연기관의 흡기 스윌 발생구조 - Google Patents

Abstract

내연기관이 전 속도구간에서 최대의 토오크와 최대의 출력을 얻을 수 있도록 하기 위하여, 에어 클리너로부터 유입대기를 각각의 실린더로 균일하게 분배하는 서지 탱크와, 이 서지탱크와 실린더 헤드 사이에 연결되어 대기를 연소실로 유도하는 저속용 흡기 매니폴드 및 고속용 흡기 매니폴드와, 상기한 저속용 흡기 매니폴드로 흐르는 대기를 연소실로 유도하면서 방향성을 갖도록 하는 저속포트로 이루어지며, 상기한 연소실은 제1스윌 발생 영역, 제2스윌 발생 영역, 제3스윌 발생 영역을 보유하는 내연기관의 흡기 스윌 발생구조를 제공한다.

Description

내연기관의 흡기 스윌 발생구조

제1도는 본 발명에 관련하는 흡기 매니폴드와 실린더 헤드의 분해 사시도.

제2도는 본 발명에 의한 연소실과 흡기 매니폴드의 결합상태 횡단면도로서, 흡기작용을 설명하기 위한 도면.

제3도는 본 발명에 관련하는 연소실의 평면도.

제4도는 제3도의 A-A선 단면도.

제5도는 제3도의 B-B선 단면도.

제6도는 제3도의 C-C선 단면도.

제7도는 제3도의 D-D선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 서지탱크 6 : 저속용 흡기매니폴드

8 : 고속용 흡기 매니폴드 10 : 실린더 헤드

12 : 저속포트 14 : 고속포트

16 : 연소실 18 : 점화 플러그

20 : 제1스윌 발생 영역 22 : 제2스윌 발생영역

24 : 제3스윌 발생 영역 25 : 스퀴시부

26 : 배기포트

본 발명은 내연기관의 흡기 스윌 발생구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한층 향상된 성층연소 및 조기연소를 실현함으로서 저, 중속에서는 큰 토오크와 출력을 얻고, 고속에서는 최대 토오크 최대 출력이 얻어질 수 있도록 한 흡기 스윌 발생 구조에 관한 것이다.

내연기관에서 연소실로 유입되는 흡기의 흐름상태는 엔진의 출력과 에미션 및 연비에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

연소실로 유입되는 흡기는 그 흐름 저항이 최소가 되어야 큰 출력을 얻을 수 있으므로 엔진의 어떠한 영역에서도 흡기계에서의 저항을 줄일 수 있는 구조를 채택하고 있다.

엔진의 출력을 증강시키는 방안으로 흡기의 충전효율을 높이는 것과 흡기의 흐름이 스윌되도록 하는 것들이 제안되고 있다.

흡기의 스윌작용은 저,중속에서 엔진의 출력과 토오크를 증대시키는 작용을 하게 되는데, 이것은 압축비를 높일 수 있기 때문이며, 성층연소를 가능하게 하기 때문이다.

일반적으로 엔진은 어떠한 특정영역서는 큰 출력을 얻을 수 있지만, 그 영역보다 높거나 낮은 영역에서는 오히려 출력이 저하되는 현상이 나타난다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진의 전 영역에서 토오크 및 출력을 증대시키고, 연비 절감과 에미션량을 줄일 수 있는 내연기관의 흡기 스윌 발생구조를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 에어 클리너로부터 유입대기를 각각의 실린더로 균일하게 분배하는 서지탱크와,

이 서지탱크와 실린더 헤드 사이에 연결되어 대기를 연소실로 유도하는 저속용 흡기 매니폴드 및 고속용 흡기 매니폴드와,

상기한 저속용 흡기 매니폴드로 흐르는 대기를 연소실로 유도하면서 방향성을 갖도록 하는 저속포트로 이루어지며,

상기한 연소실은 제1스윌 발생 여역, 제2스윌 발생 영역, 제3스윌 발생 영역을 보유하는 내연기관의 흡기 스윌 발생구를 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 더욱 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 관련하는 흡기 매니폴드를 설명하기 위한 도면으로서, 에어클리너(미도시)를 통하여 유입되는 대기가 서지탱크(2)에서 각각의 흡기 매니폴드(4)로 나뉘어져 각각의 연소실로 유입될 수 있는 구조이다.

본 실시예의 흡기 매니폴드(4)는, 저속용 흡기 매니폴드(6)와 고속용 흡기 매니폴드(8)로 나뉘어져 이들 흡기 매니폴드가 1조로 하나의 연소실로 흡기를 유도할 수 있도록 되어 있다.

상기한 저속용 흡기 매니폴드(4)의 내경은 고속용 흡기 매니폴드(6)의 내경보다 작게 이루어지고 있는데, 이것은 저속용 흡기 매니폴드(4)를 통과하는 공기가 고속용 흡기 매니폴드(6)를 지나는 공기의 속도보다 빠르게될 수 있도록 하는 것이다.

상기한 저속용 흡기 매니폴드(4)는 고속용 흡기 매니폴드(6)의 상측에 위치하여 제2도(a),(b)에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드(10)에 뚫려진 저속포트(12) 및 고속포트(14)와 각각 연결되어 연소실(16)로 공기를 유입시킬 수 있도록 되어 있다.

상기한 저속 포트(12)는 실린더 헤드(10)에 일정한 곡률을 갖으며, 휘어진 상태로 형성되어 공기가 유입될 때 방향성을 갖고 유입됨으로서 스윌을 발생시킬 수 있도록 한 것이다.

이에 비하여 고속포트(14)는 고속용 흡기 매니폴드(6)와 인접하여 연결됨으로서 곧바로 연소실(16)로 공기를 유입시킬 수 있도록 되어 있는데, 고속용 흡기 매니폴드(6)에는 엔진의 속도 영역에 따라 관로를 열거나 닫는 개폐수단(17)이 설치된다.

이 개폐수단(17)은 일반적으로 가변흡기 시스템에서 사용되는 구조를 갖을 수 있는데, 엔진의 부압을 이용하는 다이어프램 방식이나, 전자제어 유닛에 의해 작동하는 솔레노이드 방식등 어떠한 구조로도 할 수 있다.

상기한 저속포트(12)와 고속포트(14)가 연소실(16)가 연통하는 지점은(실질적으로 흡기밸브의 시이트가 되는 부분) 점화 플러그(18)를 중심으로 대각선 방향에 위치하게 되는데, 이 점화 플러그(18)는 저속포트(12)측에 가깝게 위치한다.

상기한 연소실(16)에는 흡기가 유입될 때 이 흡기가 스윌될 수 있도록 하는 제1스윌 발생 영역(20), 제2스윌 발생 영역(22), 및 제3스윌 발생 영역(24)이 형성되어 있다.

이들 스윌 발생 영역들(20,22,24)은 실린더 헤드(10)에서 연소실(16)측으로 돌출하는 구조를 갖는다.

상기한 제1스윌 발생 영역(20)과 제2스윌 발생 영역(22)의 경계부위는 연소실내측으로 더욱 돌출하는 구조로 이루어지며, 제3스윌 발생 영역(24)은 돌출시작지점과 돌출종단지점이 원만한 곡선으로 이루어지는 구조로 이루어진다.

제3도는 본 발명에 관련하는 연소실의 평면도로서, A-A선 단면을 도시한 제4도에서 알 수 있듯이 배기포트(26)에 설치되는 배기밸브의 시이트면 각도보다 저속포트(12)에 설치되는 제1흡기밸브의 시이트면 각도가 실린더 헤드(10)의 저면에 대하여 더욱 크게 되어 있음을 보여주고 있다.

이것은 저속포트(12)로 유입되는 흡기의 스윌작용을 더욱 강하게 하는 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

제5도는 제3도의 B-B선 단면도로서, 저속포트(12)의 제1흡기밸브 시이트면이 한층 낮아진 것으로 도시되고 있는데, 이것은 결국 연소실의 높이를 낮게 할 수 있다.

제6도는 제3도의 C-C선 단면도로서, 저속포트(12)의 연소실 높이가 낮아진 것을 도시하고 있다.

제7도는 제3도의 D-D선 단면도로서, 실린더 헤드(10)의 저면으로부터의 고속포트측 밸브시이트의 높이가 배기포트 측 밸브 시이트 높이보다 낮게 되어 있음을 알수 있다.

이와같이 이루어지는 본 발명의 흡기 스윌 발생구조는, 엔진이 시동되어 캠축에 의해 흡기 및 배기밸브가 개폐작용을 하면서 엔진의 부압으로 흡기가 연소실(16)내로 유입된다.

이때 엔진이 저속영역이면, 고속용 흡기 매니폴드(8)에 설치된 개폐수단(17)이 관로를 차단하게 되므로 연소실(16)로 유입되는 공기는 저속용 흡기 매니폴드(6)만을 통하여 흐르게 된다.

즉 제2도a)에 도시한 바와 같이 저속용 흡기 매니폴드(6)로 공기가 흐르면서 저속포트(12)를 통과하게 되는데, 이때 저속포트가 일정한 곡률로 휘어진 구조를 하고 있으므로 이곳을 흐르는 공기는 방향성을 갖게된다.

이러한 작용으로 방향성을 갖는 공기는 저속용 흡기 매니폴드(6)의 관로가 작게 때문에 빠른 속도로 흐르면서 연소실(16)내로 유입됨과 동시에 연소실내의 벽면에 충돌하면서 연소실이 벽면을 따라 제2도a)에 도시한 화살표 P방향으로 흐르게 된다.

이때 공기는 제1스윌 발생 영역(20)을 따라 화살표 P방향으로 흐르면서 제2스윌 발생 영역(22)에서 화살표 Q방향으로 흐르고, 이와 인접한 제3스윌 발생 영역(24)으로 지나면서 화살표 R방향과 같이 흐르면서 연소실내를 돌게 된다.

이러한 작용으로 공기는 강한 스윌유동을 갖으면서 제1스윌 발생 영역에서 화살표 P방향으로 흐르면서 제1 스윌을 발생시키고, 이어서 제2스윌 발생 영역의 굴곡부로 공기가 이동하면서 화살표 Q방향으로 흐르면서 제2 스윌을 발생시키고, 이 제2스윌을 발생시킨 공기는 제3스윌 발생 영역에서 화살표 R방향으로 흐르면서 제3 스윌을 발생시킨다.

이와같이 혼합기는 제1, 제2, 제3 스윌 발생 영역을 거치면서 제1 제2 제3 스윌이 발생되어 성층점화가 이루어지고 이로써 연소시간이 짧아지게 된다.

따라서 폭발력이 증대되면서 토오크가 증대되고 엔진의 출력이 되므로 연비를 절감할 수 있으며, 에미션 방출량을 줄일 수 있다.

그리고 엔진이 저, 중속영역을 지나면, 고속용 흡기 매니폴드(8)내에 설치된 개폐수단(17)에 의해 차단되었던 관로를 열게 된다.

이러한 작용으로 제2도b)에 도시한 바와 같이 저속포트(12)에는 저속영역과 같이 제1,제2,제3 스윌 발생 영역을 통해 공기가 흐르고 동시에 고속포트(14)에도 공기가 흐르게 된다.

그러면 제1,2,3 스윌 발생 영역(20,22,24)을 따라 흐르는 화살표 P,Q,R방향으로 흐르는 혼합기를 따라 고속포트(14)로 유입되는 공기가 그 뒤를 따라 화살표 S방향으로 흐르면서 점화되어 점화플러그 주위의 성층점화 형태가 고속영역에서도 일어나게 된다.

이러한 작용이 가능한 것은 점화 플러그(18)가 저속포트(12)측에 가깝게 위치하고 있기 때문이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 흡기 스윌 발생 구조는, 저,중속 영역에서도 성층점화와 점화시간 단축으로 최대 토오크 및 출력을 얻을 수 있으며, 고속에서도 그러한 효과를 얻을 수 있으므로 엔진의 전 영역에서 엔진의 성능을 극대화할 수 있고, 이로써 연비절감 및 배기가스내의 에미션 방출량을 줄일 수 있다.

Claims (4)

1. 에어 클리너로부터 유입대기를 각각의 실린더로 균일하게 분배하는 서지탱크와, 이 서지탱크와 실린더 헤드 사이에 연결되어 대기를 연소실로 유도하는 저속용 흡기 매니폴드 및 고속용 흡기 매니폴드와, 상기한 연소실 상부에 위치하여 점화시기에 따라 스파크를 발생하여 혼합기를 점화시키는 점화 플러그와, 상기한 저속용 흡기 매니폴드로 흐르는 대기를 연소실로 유도하면서 방향성을 갖도록하는 저속포트와, 상기한 연소실은 제1스윌 발생 영역, 제2 스윌 발생 영역, 제3 스윌 발생 영역을 보유하는 내연기관의 흡기 스윌 발생구조에 있어서, 상기 저속용 흡기 매니폴드는 고속용 흡기 매니폴드 보다 상측에 위치하며, 저속용 흡기 매니폴드의 관로 직경은 고속용 흡기 매니폴드의 관로 직경보다 작게 형성되고, 상기 저속 포트는 밸브 시이트 면이 실린더의 저면과 이루는 각도가 배기밸브 시이트면이 실린더 헤드 저면과 이루는 각도보다 큰 것을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 스윌 발생구조.
2. 제1항에 있어서, 고속용 흡기 매니폴드에는 저속시 이 관로를 차단할 수 있는 개폐수단이 제공됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 스윌 발생구조.
3. 제1항에 있어서, 저속포트의 시이트면은 배기밸브측 시이트면보다 낮게 형성됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 스윌 발생구조.
4. 제1항에 있어서, 점화 플러그는 다른 포트들에 비하여 저속포트측에 가깝게 설치됨을 특징으로 하는 내연기관의 흡기 스윌 발생구조.