KR20220003225A - 흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진 - Google Patents

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성경섭
김원규
김진순
박재범
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Abstract

흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드는 내부에 서지 탱크가 형성되는 바디 쉘; 상기 바디 쉘의 내부에 형성되고 상기 서지 탱크와 연통하는 적어도 하나의 흡기관; 상기 흡기관의 단부에 형성되는 플랜지; 및 상기 플랜지의 결합면에서 연장되는 삽입부;를 포함할 수 있다.

Description

흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진 {INTAKE MANIFOLD AND ENGINE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세게는 연소실로 공급되는 흡기의 온도를 감소시켜 흡기의 체적 효율을 높일 수 있는 흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진에 관한 것이다.
흡기 매니폴드는 스로틀 바디와 실린더 사이를 연결하고, 그 내부에 서지 탱크와 실린더의 개수만큼의 흡기관이 형성된다. 스로틀 바디로 유입되는 흡기는 서지 탱크를 경유하여 흡기 매니폴드의 흡기관을 통해 각 실린더로 흡기가 분배된다.
흡기 매니폴드는 실린더 블록의 실린더 헤드에 장착되는데, 흡기 매니폴드에 형성되는 플랜지를 통해 실린더 헤드에 결합된다. 이때, 플랜지와 실린더 헤드는 볼트 체결을 통해 서로 결합된다.
흡기 매니폴드를 경유한 흡기는 실린더 헤드에 형성되는 흡기 포트를 통해 실린더 내부로 유입된다.
일반적으로, 엔진 룸 내부의 온도는 높기 때문에, 흡기관을 통과하면서 1차적으로 흡기의 온도가 상승한다. 그리고 실린더 내부에서 이루어지는 연소 과정에 의해 실린더 블록의 온도는 매우 높기 때문에, 실린더 헤드의 흡기 포트를 통과한 흡기의 온도는 추가적으로 상승하게 된다.
또한, 흡기관과 흡기 포트를 통과한 고온의 흡기는 실린더 내부의 압축 행정시에 더욱더 증가하여, 결국 실린더 내부에서 이상 연소(예를 들어, 노킹)가 발생하는 문제가 발생하고 있다.
한편, 흡기 매니폴드와 실린더 헤드는 흡기 매니폴드에 형성되는 플랜지를 통해 결합된다. 이때, 흡기 매니폴드의 플랜지와 실린더 헤드의 흡기 포트 사이에 단차가 발생하게 된다. 즉, 흡기관의 출구와 흡기 포트의 입구 사이에 단면적의 차이가 발생하게 된다.
흡기관의 출구와 흡기 포트 입구 사이의 단면적의 차이로 인해 흡기 유동에 저항이 발생하고, 흡기관의 출구의 단면적과와 흡기 포트 입구의 단면적의 차이로 인해 흡기의 압력 강하가 발생하여 실린더 내부로 유입되는 흡기의 체적 효율이 감소하는 문제가 발생한다.
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 온도를 낮출 수 있는 흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진을 제공하는 것으로 목적으로 한다.
그리고 흡기 매니폴드에서 엔진으로 흡기가 유입될 때, 흡기의 유동 저항을 줄이고 압력 강하가 발생하지 않도록 하여 실린더 내부로 유입되는 흡기의 체적 효율을 높일 수 있는 흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진을 제공하는 것으로 또 다른 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드는 내부에 서지 탱크가 형성되는 바디 쉘; 상기 바디 쉘의 내부에 형성되고 상기 서지 탱크와 연통하는 적어도 하나의 흡기관; 상기 흡기관의 단부에 형성되는 플랜지; 및 상기 플랜지의 결합면에서 연장되는 삽입부;를 포함할 수 있다.
상기 삽입부는 상기 흡기관과 일체로 형성될 수 있다.
상기 삽입부의 입구 단면적과 상기 흡기관의 출구 단면적은 동일하게 형성될 수 있다.
바디 쉘은 합성 수지 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 엔진은 내부에 적어도 하나의 연소실로 유입되는 흡기가 흐르는 흡기 포트가 형성되는 실린더 헤드; 및 상기 흡기 포트에 삽입되어 결합하는 흡기 매니폴드;를 포함하고, 상기 흡기 매니폴드는 내부에 서지 탱크가 형성되는 바디 쉘; 상기 바디 쉘의 내부에 형성되고 상기 서지 탱크와 연통하는 적어도 하나의 흡기관; 상기 흡기관의 단부에 형성되는 플랜지; 및 상기 플랜지의 결합면에서 연장되고 상기 흡기 포트에 삽입되는 삽입부;를 포함할 수 있다.
상기 삽입부는 상기 흡기관과 일체로 형성될 수 있다.
상기 삽입부의 입구 단면적과 상기 흡기관의 출구 단면적은 동일하게 형성될 수 있다.
상기 흡기 매니폴드는 상기 실린더 헤드보다 열 전도도가 낮은 재질로 형성될 수 있다.
상기 흡기 매니폴드는 합성 수지 재질로 형성될 수 있다.
상기 플랜지의 결합면과 상기 실린더 헤드 사이에는 가스켓이 구비될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진은 흡기 매니폴드에서 연장되는 삽입부가 실린더 헤드의 흡기 포트에 삽입되어 결합되어, 고온의 실린더 헤드로부터 흡기 포트를 통과하는 흡기로 열이 전달되는 것을 방지할 수 있고, 이로 인해 실린더 내부로 유입되는 흡기의 온도를 낮출 수 있다.
그리고 흡기 포트의 입구와 흡기관의 출구 사이에 단차가 발생하는 것을 방지하여, 흡기 포트를 통과하는 흡기 유동 저항이 최소화되어 흡기의 체적 효율이 향상될 수 있다.
또한, 흡기 포트의 입구 단면적과 흡기관의 출구 단면적이 동일하기 때문에, 흡기 포트를 통과하는 흡기의 압력 강하가 발생하지 않고, 실린더 내부로 유입되는 흡기의 체적 효율을 높일 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드의 구성을 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 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 실시 예에 따른 흡기 매니폴드 및 이를 포함하는 엔진에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진의 구성을 도시한 단면도이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드의 구성을 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진은 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 적어도 하나의 실린더를 포함할 수 있다.
실린더는 실린더 블록의 내부에 형성되는데, 실린더 블록은 실린더 바디와 실린더 헤드(110)를 포함할 수 있다.
실린더 바디는 대략 원통 형상으로 형성되어 그 내부에 연소실이 형성되고, 상부는 개구된다. 실린더 헤드(110)는 실린더 바디의 개구된 상부를 덮어 실린더 바디와 실린더 헤드(110) 사이에 연소실이 형성된다.
실린더 헤드(110)에는 연소실로 유입되는 흡기가 흐르는 흡기 포트(111)가 형성되고, 연소실에서 발생한 배기 가스가 배출되는 배기 포트가 형성될 수 있다.
흡기 포트(111)에는 연소실을 선택적으로 개폐하는 흡기 밸브가 설치되고, 배기 포트에는 연소실을 선택적으로 개폐하는 배기 밸브가 설치된다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드의 구성에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 흡기 매니폴드(200)는 내부에 서지 탱크(211)가 형성되는 바디 쉘(210), 및 바디 쉘(210)의 내부에 형성되는 적어도 하나의 흡기관(220)이 형성될 수 있다. 흡기관(220)의 서지 탱크(211)와 연통할 수 있다. 흡기관(220)의 개수는 실린더의 개수와 동일하게 형성될 수 있다.
흡기관(220)의 단부에는 실린더 헤드(110)와의 결합을 위한 플랜지(230)가 형성될 수 있다. 플랜지(230)의 바깥 면인 결합면은 실린더 헤드(110)에 형성되는 흡기 포트(111)의 입구 주변과 밀착될 수 있다.
플랜지(230)에는 복수의 결합 홀이 형성되고, 실린더 헤드(110)는 플랜지(230)의 결합 홀에 대응하는 체결 홀이 형성될 수 있다. 플랜지(230)에 형성되는 결합 홀과 실린더 헤드(110)에 형성되는 체결 홀이 볼트에 의해 체결됨으로써, 실린더 헤드(110)와 흡기 매니폴드(200)가 결합될 수 있다.
이때, 결합면과 실린더 헤드(110) 사이에는 흡기가 누설되는 것을 방지하기 위한 가스켓(120)이 설치될 수 있다.
플랜지(230)의 결합면에는 흡기관(220)과 일체로 형성되어 연장되는 삽입부(240)가 형성될 수 있다. 삽입부(240)의 출구의 단면적은 흡기관(220)의 입구의 단면적과 동일하게 형성될 수 있다.
이와 같이, 삽입부(240)의 출구의 단면적은 흡기관(220)의 입구의 단면적과 동일하게 형성되기 때문에, 흡기 매니폴드(200)의 삽입부(240)에서 유출되는 흡기가 흡기관(220)의 입구로 유입될 때, 흡기의 유동 저항이 최소화되고 흡기의 압력 강하가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
흡기 매니폴드(200)를 구성하는 바디 쉘(210)의 재질은 실린더 헤드(110)보다 열 전도도가 낮은 재질로 형성될 수 있다. 실린더 헤드(110)는 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있고, 흡기 매니폴드(200)는 플라스틱과 같은 합성 수지 재질로 형성될 수 있다.
흡기 매니폴드(200)의 삽입부(240)가 플라스틱과 같은 합성 수지 재질로 형성되고, 삽입부(240)가 흡기 포트(111)의 내부로 일정 구간 삽입되어 결합되기 때문에, 고온의 실린더 블록에서 발생한 열이 흡기 포트(111) 내부를 흐르는 흡기로 전달되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 연소실 내부로 유입되는 흡기의 온도가 높아지는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드의 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드가 장착된 엔진의 경우, 흡기 매니폴드의 흡기관으로부터 실린더 헤드의 흡기 포트를 통해 연소실 내부로 유입되는 흡기의 온도를 낮출 수 있기 때문에, 노킹 발생을 최소화할 수 있고 흡기의 체적 효율이 증가한다. 따라서, 저중속 영역에서 종래 기술에 비해 엔진 토크가 증가하는 것을 알 수 있다.
그리고 고속 영역에서는 흡기 포트를 통해 유입되는 흡기 온도의 저하로 인해 흡기의 체적 효율이 상승하고, 이로 인해 종래 기술에 비해 엔진 토크가 증가하는 것을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 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.
100: 엔진
110: 실린더 헤드
111: 흡기 포트
120: 가스켓
200: 흡기 매니폴드
210: 바디 쉘
211: 서지 탱크
220: 흡기관
230: 플랜지
240: 삽입부

Claims (10)

  1. 내부에 서지 탱크가 형성되는 바디 쉘;
    상기 바디 쉘의 내부에 형성되고 상기 서지 탱크와 연통하는 적어도 하나의 흡기관;
    상기 흡기관의 단부에 형성되는 플랜지; 및
    상기 플랜지의 결합면에서 연장되는 삽입부;
    를 포함하는 흡기 매니폴드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삽입부는 상기 흡기관과 일체로 형성되는 흡기 매니폴드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 삽입부의 입구 단면적과 상기 흡기관의 출구 단면적은 동일하게 형성되는 흡기 매니폴드.
  4. 제1항에 있어서,
    바디 쉘은 합성 수지 재질로 형성되는 흡기 매니폴드.
  5. 내부에 적어도 하나의 연소실로 유입되는 흡기가 흐르는 흡기 포트가 형성되는 실린더 헤드; 및
    상기 흡기 포트에 삽입되어 결합하는 흡기 매니폴드;
    를 포함하고,
    상기 흡기 매니폴드는
    내부에 서지 탱크가 형성되는 바디 쉘;
    상기 바디 쉘의 내부에 형성되고 상기 서지 탱크와 연통하는 적어도 하나의 흡기관;
    상기 흡기관의 단부에 형성되는 플랜지; 및
    상기 플랜지의 결합면에서 연장되고 상기 흡기 포트에 삽입되는 삽입부;
    를 포함하는 엔진.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 삽입부는 상기 흡기관과 일체로 형성되는 엔진.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 삽입부의 입구 단면적과 상기 흡기관의 출구 단면적은 동일하게 형성되는 엔진.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는 상기 실린더 헤드보다 열 전도도가 낮은 재질로 형성되는 엔진.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는 합성 수지 재질로 형성되는 엔진.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지의 결합면과 상기 실린더 헤드 사이에는 가스켓이 구비되는 엔진.
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