KR20050052455A - 가변 단면적을 가지는 흡기 매니폴드 - Google Patents

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Abstract

동조식 흡기 매니폴드는 플레넘과 내연기관 엔진의 흡기부 사이에서 연장한다. 매니폴드 하우징은 내부 및 내부를 통해 연장하는 러너 벽부를 형성한다. 슬라이더는 내부를 통해 연장하고 매니폴드 하우징과 미끄럼 가능하게 결합한다. 슬라이더는 이를 통해 공기를 운반하기 위한 러너를 형성하도록 러너 벽부와 협동하는 슬라이더 벽부를 형성한다. 러너는 단면적을 한정한다. 구동 조립체는 매니폴드 하우징과 슬라이더 사이에서 작동식으로 결합되어 슬라이더를 매니폴드 하우징을 따라 횡방향으로 이동시킴으로써 러너의 정의되는 단면을 변화시켜서 이를 통해 통과하는 공기의 체적이 슬라이더의 이동으로서 변화한다.

Description

가변 단면적을 가지는 흡기 매니폴드 {INTAKE MANIFOLD HAVING VARIABLE CROSS-SECTIONAL AREA}
본 발명은 내연기관 엔진용 동조식 흡기 매니폴드에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 조정 가능한 단면적을 가진 러너(runner)를 가지는 동조식 흡기 매니폴드에 관한 것이다.
내연기관 엔진용 흡기 매니폴드는 공기 및 연료를 내연기관 엔진의 실린더로 운반하고 안내하는데 사용된다. 흡기 매니폴드는 플레넘으로부터 공기를 수용한다. 일단 공기가 플레넘을 떠나면, 매니폴드는 공기가 수용되어서 연소에 사용되는 개별 실린더로 공기를 안내한다.
흡기 매니폴드 내 각각의 러너의 형상은 내연기관 엔진의 실린더로의 공기의 운반이 얼마나 효율적인가를 결정한다. 러너의 길이 및 단면적은 공기가 실린더에 도달하는 속도 및 압력에 직접적으로 영향을 미친다.
러너의 구조는 대게 특정 속도에서 내연기관 엔진의 성능을 최적화하도록 이루어진다. 최적화가 특정 속도에서 이루어지긴 하지만, 성능에 있어서의 절충이 내연기관 엔진이 작동하는 매번 다른 속도에 대해 이루어진다. 따라서, 공기가 흡기 매니폴드의 러너를 통해 통과함에 따라 공기의 압력 및 속도를 성공적으로 제어하여서 복수의 속도에서 내연기관 엔진 성능에 대한 최적화 이룰 필요성이 있다.
1980년 7월 1일 셰퍼(Shaffer)에게 허여된 미국 특허 제4,210,107호는 동조식 흡기 매니폴드를 개시한다. 흡기 매니폴드는 각각의 흡기 러너의 길이에 걸쳐 조정 가능한 측벽을 각각 가지는 복수의 흡기 러너를 포함한다. 조정 가능한 측벽은 흡기 러너에 걸친 공기의 유동 방향에 대해 횡방향 내향 및 외향으로 이동하여 이에 대응하게 유동 단면적을 감소 및 증가시킨다. 이러한 조정 가능한 측벽이 각각의 러너의 단면적을 조정할 수도 있지만, 측벽은 측벽과 측벽이 멀리 이동된 러너의 측면 사이에 공간을 생성시킨다. 이러한 쓸모 없는 공간은 밀봉되지 않고 공기가 통과함에 따라 공기의 일부분을 수용할 수도 있어서, 장치의 효율성을 저하시키고 흡기 러너의 비효율을 야기한다. 또한, 이들 공간은 흡기 러너의 원하지 않는 터뷸런스(turbulence)를 유도할 수도 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 합체된 동조식 흡기 매니폴드 및 프레넘의 절취 사시도이다.
도2는 흡기 매니폴드 및 플레넘의 사시도이다.
도3은 흡기 매니폴드의 단부도이다.
도4는 매니폴드 하우징의 일부분이 그로부터 제거된 상태인 흡기 매니폴드의 절결 사시도이다.
도5는 매니폴드 하우징의 일부분이 그로부터 제거된 상태인 흡기 매니폴드의 대체 실시예의 절결 사시도이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 동조식 흡기 매니폴드가 플레넘과 내연기관 엔진 사이의 공기의 유동을 안내하기 위해 제공된다. 동조식 흡기 매니폴드는 내부를 형성하는 매니폴드 하우징을 포함한다. 매니폴드 하우징은 내부를 통해 연장하는 복수의 러너 벽부를 가진다. 동조식 흡기 매니폴드는 또한 매니폴드 하우징의 내부를 통해 연장하는 복수의 슬라이더 벽부를 가지는 슬라이더를 포함한다. 복수의 슬라이더 벽부는 복수의 러너 벽부에 대응하여 복수의 러너를 형성한다. 복수의 러너 각각은 그를 통한 공기의 유동을 운반하기 위해 정의되는 단면적을 가진다. 슬라이더는 복수의 슬라이더 벽부를 복수의 러너 벽부에 대해 이동시켜 복수의 러너의 정의되는 단면적을 선택적으로 변화시키기 위해 매니폴드 하우징과 미끄럼 가능하게 결합됨으로써, 이를 통해 통과하는 공기의 체적이 슬라이더의 이동으로서 변화한다.
본 발명의 장점들은 동일물이 첨부 도면과 연계된 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해되는 것처럼 용이하게 이해될 것이다.
도1 내지 도4를 참조하면, 동조식 흡기 매니폴드는 전체적으로 도면 부호 10으로 표시된다. 동조식 흡기 매니폴드(10)는 수용 단부(12)와 전달 단부(14) 사이에서 연장한다. 전달 단부(14)는 완전 개방 러너의 단면에 대응하는 복수의 포트(17)를 형성하는 단부 플레이트(15)를 포함하고, 이는 이어서 더 상세히 설명된다. 동조식 흡기 매니폴드(10)는 수용 단부(12)와 전달 단부(14) 사이에서 연장하는 매니폴드 하우징(16)을 포함한다. 매니폴드 하우징(16)은 내부(18) 및 내부(18)를 통해 연장하는 복수의 러너 벽부(20)를 형성한다.
동조식 흡기 매니폴드(10)는 동조식 흡기 매니폴드(10)의 수용 단부(12)에 견고하게 고정된 플레넘(21)으로부터 공기를 수용한다. 플레넘(21)은 공기 저장부로서 사용되는 내부 공동(21a)을 포함한다. 플레넘(21)은 또한 하우징(16)의 수용 단부(12)에 인접하고 각각 대향하는 복수의 포트(17)에 전체적으로 대응하는 복수의 출구(23)를 포함한다. 동조식 흡기 매니폴드(10)가 연료 분사와 합체하는 내연기관 엔진으로서 사용되는 것으로 의도되고 있지만, 이 기술 분야의 숙련자에 있어 내연기관 엔진이 연소용 연료를 전달하도록 카뷰레이터 또는 중심 연료 분사기와 끼워져야만 하는 경우 플레넘(21)이 공기/연료 혼합물을 유지할 수도 있음을 이해하여야 한다.
공기는 동조식 흡기 매니폴드(10)의 전달 단부(14)에 작동식으로 연결되는 내연기관 엔진 내에서의 이어지는 연소를 위해 동조식 흡기 매니폴드(10)를 통해 전달된다. 동조식 흡기 매니폴드(10)가 I-4 내연기관 엔진에 합체되어 작동하도록 구성되어 있지만, 동조식 흡기 매니폴드(10)는 임의의 수의 실린더를 가지는 임의의 내연기관 엔진과 협동하여 작동하도록 설계될 수도 있음을 이해하여야 한다.
동조식 흡기 매니폴드(10)는 또한 매니폴드 하우징(16)의 내부(18)를 통해 연장하는 슬라이더(22)를 포함한다. 슬라이더(22)는 내부(18)에서의 횡방향 이동을 위해 매니폴드 하우징(16)과 미끄럼식으로 결합한다. 슬라이더(22)는 매니폴드 하우징(16)의 내부 표면(26)에 대해 인접하는 플랫폼(24)을 포함한다. 내부 표면(26)은 플랫폼(24)보다 더 길어서 플랫폼(24)이 내부 표면(26)에 대해 미끄러지는 것을 허용한다.
슬라이더(22)는 또한 복수의 슬라이더 벽부(28)를 포함한다. 복수의 슬라이더 벽부(28) 각각은 복수의 러너 벽부(20) 각각과 쌍을 이룬다. 복수의 러너(20) 및 슬라이더 벽부(28)는 서로 협동하여 복수의 러너(30)를 형성한다. 복수의 러너(30)는 개별의 복수의 포트(17)와 플레넘 출구(23) 사이에서 연장한다. 각각의 러너(30)는 정의되는 단면적 및 체적을 정의한다. 러너(30)를 통해 공기는 플레넘(21)으로부터 내연기관 엔진으로 운반된다. 도3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 복수의 러너 벽부(20) 및 복수의 슬라이더 벽부(28) 각각은 만곡된 단부(31, 33)를 포함한다. 복수의 러너 벽부(20) 및 복수의 슬라이더 벽부(28) 각각은 만곡된 단부(31, 33)로부터 횡방향으로 연장하는 측면(32, 34)을 포함한다. 복수의 러너 벽부(20) 및 슬라이더 벽부(28)의 만곡된 단부(31, 33)는 복수의 슬라이더 벽부(28) 및 러너 벽부(20)의 측면(34, 32)과 개별적으로 협동하여 이를 통해 공기의 유동이 복수의 러너(30) 각각으로 유입하는 복수의 개구(37)를 형성한다. 복수의 개구(37)의 크기는 복수의 러너 벽부에 대한 복수의 슬라이더 벽부의 횡방향 이동에 대응하여 접촉 확장한다. 만곡된 단부(31, 33) 및 측면(32, 34)은 유동 손실을 최소화함으로써 이를 통해 통과하는 공기의 효율을 최대화하도록 입술 형상을 가진다.
확실히 쓸모 없는 공동이 생성되지 않도록, 슬라이더(22)는 플랫폼(24)과 복수의 슬라이더 벽부(28) 각각 사이에서 전체적으로 수직으로 연장하는 복수의 단부 벽부(35)를 포함한다. 단부 벽부(35)는 슬라이더(22)가 러너(30)의 체적을 감소시키도록 이동함에 따라 복수의 포트(17) 각각 및 복수의 출구(23) 각각을 폐쇄시킨다. 이 기술 분야의 숙련자에게 있어 슬라이더(22)는 단일 편으로 형성될 수 있고 또는 함께 견고하게 고정되는 복수의 편으로 형성될 수 있음을 이해하여야 한다.
도4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 밀봉부(36)는 슬라이더(22)의 플랫폼(24)에 대해 러너 벽부(20)를 밀봉하기 위해 러너 말단부(38)를 따라 연장한다. 유사하게, 밀봉부(40)는 매니폴드 하우징(16)의 제2 내부 표면(44)에 대해 슬라이더 벽부(28) 각각을 밀봉시킨다. 따라서, 러너(30)는 이를 통해 공기가 플레넘(21)으로부터 내연기관 엔진으로 운반되는 밀봉된 채널이 된다. 양호하게는, 밀봉부(36, 40)는 탄성 중합 또는 중합 물질로 제조된다. 밀봉부(36, 40)는 접착제 또는 간섭식 끼워 맞춤과 같은 적절한 수단에 의해 말단부(38, 42)에 견고하게 고정될 수도 있다. 밀봉부(36, 40)는 또한 말단부(38, 42) 상에 일체식으로 형성될 수도 있다.
동조식 흡기 매니폴드(10)는 전체적으로 도면 부호 46으로 도시된 구동 조립체를 포함한다. 구동 조립체(46)는 매니폴드 하우징(16)에 견고하게 고정되고 매니폴드 하우징(16)을 따라 횡방향으로 슬라이더(22)를 이동시키도록 슬라이더(22)에 작동식으로 연결되어서 정의되는 그 단면적을 변화시킨다. 복수의 러너(30) 각각의 정의되는 단면적을 변화시키는 것은 이를 통해 통과하는 공기의 체적을 변화시킨다. 슬라이더(22)가 매니폴드 하우징(16)의 내부 표면을 따라 무한하게 조정 가능하기 때문에, 무한 수의 조정이 러너(30)의 크기에 대해 이루어 질 수도 있어서 내연기관 엔진으로의 공기의 운반에 있어 체적 효율의 최적화를 허용한다. 이는 내연기관 엔진이 작동하는 임의의 속도에 대한 최적화를 허용한다.
구동 조립체(46)는 전자식 액추에이터(48) 및 구동 나사(50)를 포함한다. 구동 나사(50)는 슬라이더(22)에 대해 회전하는 웜 기어이다.
양호한 실시예에 있어서, 전자식 액추에이터(48)는 내연기관 엔진의 체적 효율을 최대화하기 위해 내연기관 엔진의 속도에 기초하여 신호를 수신하고 이에 따라 슬라이더(22)를 적절한 위치로 이동시키도록 구동 나사(50)를 회전시키는 모터이다. 구동 나사(50)는 슬라이더(22)의 플랫폼(24)으로부터 그에 수직으로 연장하는 피구동 벽부(52)와 결합한다. 피구동 벽부(52)는 나사식 구멍(54)을 포함한다. 구동 나사(50)는 슬라이더(22)가 구동 나사(50)의 회전에 응답하여 매니폴드 하우징(16)에 대해 이동하도록 나사식 구멍(54)과 나사 결합한다.
동조식 흡기 매니폴드(10)를 사용하여 러너(30)의 체적을 수축 및 팽창시킴으로써, 내연기관 엔진의 체적 효율은 엔진 속도의 전체 범위에 걸쳐 최대화 또는 제어될 수도 있다. 러너의 길이를 변화시키는 것 대신에 슬라이더(22)의 이동에 의해 복수의 러너(30)의 단면을 조정함으로써, 본 발명의 동조식 흡기 매니폴드(10)는 증가된 벽 길이에 기인한 증가된 마찰 손실을 가지지 않음으로써 종래의 조정 가능한 매니폴드에 비해 개량된다. 동조식 흡기 매니폴드(10)는 크기에 있어 소형이고 구성에 있어 단순하다. 러너(30)의 길이가 변화하지 않기 때문에, 동조식 흡기 매니폴드(10)는 그 사양 범위에 걸쳐 소형 크기를 유지한다. 또한, 동조식 흡기 매니폴드(10)는 내연기관 엔진의 실린더 내부로의 피스톤 하강의 견인에 의해 생성되는 반사 흡입 파장의 유리한 효과를 최대화하는데 사용될 수 있다. 동조식 흡기 매니폴드(10)는 또한 내연기관 엔진으로 유입하는 공기의 유동 속도의 최적화를 허용한다. 이렇게 함으로써, 내연기관 엔진의 관성 과급이 향상될 수 있다.
도5를 참조하면, 구동 조립체(46')의 대체 실시예가 도시되며, 슬라이더 연장부(60)가 플랫폼(24')으로부터 외향으로 돌출한다. 슬라이더 연장부(60)는 구멍(62)을 포함한다. 구동 나사(50')는 구멍(62)과 나사 결합하여, 슬라이더(22')는 구동 나사(50')의 회전에 대응하여 매니폴드 하우징(16')에 대해 이동한다. 구동 나사(50')는 모터(48')에 의해 회전 가능하게 구동한다.
이 기술 분야의 숙련자에 있어, 본 발명(10)이 다르게는 매니폴드 하우징(16)에 대해 슬라이더(22)를 이동시키기 위한 임의의 개수의 모터를 포함할 수도 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 도시된 방식으로 설명되었다. 사용된 용어들은 단어 본질에 있어 제한보다는 설명을 위해 의도되었음을 이해하여야 한다. 본 발명의 변경 및 다양한 매니폴드가 앞선 기술의 관점에서 가능하며, 따라서, 첨부된 청구 범위의 범위 내에서 본 발명은 상세히 설명된 것과는 다르게 실시될 수도 있다.

Claims (16)

  1. 공기의 유동을 플레넘과 내연기관 엔진 사이로 안내하기 위한 동조식 흡기 매니폴드이며,
    내부를 형성하는 매니폴드 하우징과,
    상기 매니폴드 하우징의 상기 내부를 통해 연장하는 복수의 슬라이더 벽부를 가지는 슬라이더를 포함하고,
    상기 매니폴드 하우징은 상기 내부를 통해 연장하는 복수의 러너 벽부를 가지고, 상기 복수의 슬라이더 벽부는 상기 복수의 러너 벽부에 대응하여 복수의 러너를 형성하고, 상기 복수의 러너 각각은 이를 통해 공기의 유동을 운반하기 위해 정의되는 단면적으로 가지고, 상기 슬라이더는 상기 복수의 러너의 상기 정의되는 단면적을 선택적으로 변화시키도록 상기 복수의 슬라이더 벽부를 상기 복수의 러너 벽부에 대해 이동시키기 위해 상기 매니폴드 하우징과 결합됨으로써, 이를 통해 통과하는 공기의 체적이 상기 슬라이더의 이동으로서 변화하는 동조식 흡기 매니폴드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 러너 각각의 상기 정의되는 단면적을 변화시켜서 이를 통해 통과하는 공기의 체적이 상기 슬라이더의 이동으로서 변화하도록 상기 슬라이더를 상기 매니폴드 하우징에 대해 이동시키기 위해 상기 매니폴드 하우징과 상기 슬라이더 사이에 작동식으로 연결되는 구동 조립체를 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 슬라이더는 상기 매니폴드 하우징에 대한 상기 슬라이더의 이동을 위해 상기 매니폴드 하우징과 미끄럼 가능하게 결합되는 플랫폼을 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 슬라이더 벽부는 상기 복수의 러너의 상기 정의되는 단면적을 선택적으로 변화시켜서 이를 통해 통과하는 공기의 체적이 상기 슬라이더의 이동으로서 변화하도록 상기 복수의 러너 벽부에 대한 이동을 위해 상기 플랫폼으로부터 외향으로 연장하는 동조식 흡기 매니폴드.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 슬라이더 벽부 각각은 만곡된 단부 및 상기 만곡된 단부로부터 횡방향으로 연장하는 측면을 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 러너 벽부 각각은 만곡된 단부 및 상기 만곡된 단부로부터 횡방향으로 연장하는 측면을 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 러너 벽부 및 상기 복수의 슬라이더 벽부의 상기 만곡된 단부는 상기 복수의 슬라이더 벽부 및 상기 복수의 러너 벽부의 상기 측면과 개별적으로 협동하여 이를 통한 공기의 유동을 수용하는 개구를 형성하는 동조식 흡기 매니폴드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 만곡된 단부 및 측면은 상기 개구를 통해 통과하는 공기의 유동에 기인한 유동 손실을 최소화하도록 입술 형상을 가지는 동조식 흡기 매니폴드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 동조식 흡기 매니폴드는 수용 단부와 전달 단부 사이에서 연장하고, 상기 전달 단부는 그로부터의 공기의 유동을 수용하기 위해 상기 복수의 러너에 각기 대응하는 복수의 포트를 가지는 단부 플레이트를 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 슬라이더는 상기 복수의 러너 벽부에 대한 상기 보수의 슬라이더 벽부의 이동에 기인하여 생성되는 공동을 최소화하도록 상기 플랫폼 및 상기 복수의 슬라이더 벽부 각각으로부터 외향으로 각기 연장하는 복수의 단부 벽부를 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  11. 제10항에 있어서, 공기 유동이 상기 복수의 러너 각각으로부터 누출되는 것을 방지하기 위해 상기 복수의 슬라이더 벽부와 상기 매니폴드 하우징 사이 및 상기 복수의 러너 벽부와 상기 플랫폼 사이에 각기 배치되는 복수의 밀봉부를 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 구동 조립체는 상기 구동 나사의 회전에 대응하여 상기 매니폴드 하우징에 대한 상기 슬라이더의 이동을 야기하도록 상기 슬라이더에 나사식으로 결합되는 구동 나사를 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  13. 제12항에 있어서, 상기 구동 조립체는 상기 구동 나사의 회전에 대응하여 상기 매니폴드 하우징에 대한 상기 슬라이더의 이동을 야기하도록 상기 구동 나사를 회전 가능하게 구동하기 위한 모터를 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  14. 공기의 유동을 플레넘과 내연기관 엔진 사이로 안내하기 위한 동조식 흡기 매니폴드이며,
    내부를 형성하는 매니폴드 하우징과,
    상기 매니폴드 하우징의 상기 내부를 통해 연장하는 상기 벽부를 가지는 슬라이더를 포함하고,
    상기 매니폴드 하우징은 상기 내부를 통해 연장하는 러너 벽부를 가지고, 상기 슬라이더 벽부는 상기 러너 벽부와 협동하여 이를 통해 공기의 유동을 운반하기 위해 정의되는 단면적을 가지는 러너를 형성하고, 상기 슬라이더는 상기 러너의 상기 정의되는 단면적을 선택적으로 변화시키도록 상기 슬라이더 벽부를 상기 러너 벽부에 대해 이동시키기 위해 상기 매니폴드 하우징과 미끄럼 가능하게 결합됨으로써, 이를 통해 통과하는 공기의 체적이 상기 슬라이더의 이동으로서 변화하는 동조식 흡기 매니폴드.
  15. 제14항에 있어서, 상기 슬라이더는 상기 매니폴드 하우징에 대한 상기 슬라이더의 이동을 위해 상기 매니폴드 하우징과 미끄럼 가능하게 결합되는 플랫폼을 포함하는 동조식 흡기 매니폴드.
  16. 제15항에 있어서, 상기 슬라이더 벽부는 상기 러너의 상기 정의되는 단면적을 선택적으로 변화시켜서 이를 통해 통과하는 공기의 체적이 상기 슬라이더의 이동으로서 변화하도록 상기 러너 벽부에 대한 이동을 위해 상기 플랫폼으로부터 외향으로 연장하는 동조식 흡기 매니폴드.
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