KR810001547B1 - 내연기관용 매니폴드장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관용 매니폴드장치

제1도는 매니폴드장치의 조립평면도.

제2도는 제1도의 2-2선에 따른 매니폴드장치의 단면도.

제3도는 제2도의 3-3선에 따른 흡기 매니폴드장치의 저면도.

제4도는 본 발명의 제2도에서 4-4선에 따른 배기 매니폴드장치의 평면도.

제5도는 배기매니폴드장치의 라이너의 상면도.

본 발명은 각 주연소실과 서로 협동하는 부연소실을 갖춘 내연기관 엔진에 사용되는 매니폴드 장치에 관한 것이며 엔진의 각 연소실에 공급되는 혼합기체의 전량의 화학양론(化學量論)적인 공기연료비(比)보다 희박하게하는 것이다. 더욱 상세히 설명하면 본 발명은 매니폴드 장치를 통과하는 배기가스의 온도를 탄화수소 및 일산화탄소와 산소가 서로 반응하는 온도이상으로 유지시킴으로써 그 열이 배기 매니폴드로부터 흡입 매니폴드로 전달되어서 혼합기체의 기화를 확실하게하는 장치에 관한 것이다. 일반적으로 각 주연소실과 협동하는 부연소실을 가지는 형식의 내연 엔진은 비교적 청정(淸淨)한 배기를 할 수 있는 것으로 알려지고 있다.

이러한 엔진은 배기중의 유효한 과잉산소를 생성케 하는 화학양론적인 공기연료비보다 희박하게 되도록 설계된다. 압축후에 각 부연소실의 점화플럭은 그 속에 공급된 혼합기체에 점화시켜서 인접하고 있는 주연소실의 희박 혼합기체를 점화시킨후 연소가스는 엔진에서 배출된다.

이 연소가스는 희박 혼합기체의 연소후에 과잉의 산소를 포함하고 있다. 이 농후 혼합기체와 희박 혼합기체를 함께 연소시키는 것은 미세화된 연료를 점화전에 완전히 증발시키기위해 공급 혼합기체의 온도를 상승시킴으로서 개선할 수 있었다. 혼합기체의 질에 대한 이러한 개선은 부연소실 및 주연소실내의 가스연소를 향상시켜주게되어 그 결과 배기를 청정하게 할 수 있다. 탄화수소의 대부분이 탄산가스와 물로 산화되도록 내연기관의 뜨거운 배기가스에 추가공기로 공급하는 것은 일반적인 것이다. 그러나 비교적 차거운 부가공기는 배기가스의 온도를 만족할만한 수준이하로 떨어트린다.

본 발명은 뜨거운 배기가스에 부가 공기를 공급하지 않도록 설계되어 있다. 그대신 필요한 미연소 탄화수소반응은 탄화수소가 과잉산소와 반응하는 온도 또는 그 이상에 배기가스의 온도를 유지시켜 줌으로서 계속하여 일어나게 되는 것이다. 더욱이 배기온도가 과잉산소의 존재하에 있어서 임계온도이상으로 유지되는 것이 길면 길수록 미연소 탄화수소는 이산화탄소와 물로 잘 변화된다.

본 발명은 배기가스의 미연소 탄화수소의 최대한의 변환과 가장 적합한 혼합비를 제공하는 상기한 협동하는 엔진의 원리를 채용한 것이다.

이렇게하여 에어펌프나 접촉반응 변환기와 그에 유사한 부가적인 장치가 불필요한 완벽한 연소를 하는 내연 엔진이 얻어진다.

본 발명의 매니폴드장치는 각 농후 및 희박의 양흡입기 혼합기체를 엔진에 안내하고 배기가스를 한곳으로 모은다. 그리하여 혼합기체는 매니폴드내의 통로를 거쳐서 엔진에 공급되며, 이 혼합기체는 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드사이의 열 전달에 의하여, 이 매니폴드장치에 의해서 예비 조절된다. 배기 매니폴드에서 흡기 매니폴드예로의 열 전달은 실질적으로 농후 혼합기와 희박 혼합기가 조화되게 가열되는 동일온도에서 흡기 매니폴드의 완전한 상승역에서 일어난다. 양혼합기체의 조화된 가열은 엔진의 작동조건의 변화에 관계없이 유지된다. 이 흡입 혼합기체의 조절방법은 엔진의 차거운 상대에서의 시동후에 신속하게 성취된다. 왜냐하면 이 장치의 열 용량을 실질적으로 감소시키는 신규인 설계의 배려 때문이다. 그 위에 작동조건의 모든 영역에 걸쳐 흡입 매니폴드와 배기매니폴드 사이의 전달되는 모든 전체열량은 실질적으로 공급 혼합기체가 방출되는 항온을 생성하는 조건에 따라 변화한다. 따라서 조절된 흡입 혼합기의 질은 엔진이 해내지 않으면 안되는 차거운 상태에서의 시동으로부터 시작하여 고속 작동까지의 계속되는 엔진의 작동조건의 모든 조건하에서 일정하게 유지된다. 배기가스의 조건은 또한 본 발명으로 개선된다. 배기가스는 산소의 존재하에 탄화수소의 연소를 계속하게끔 충분히 가열된다. 왜냐하면 혼합기체의 모든 비율은 화학양론적인 비율보다는 희박하므로 얻어지는 배기가스는 과잉 산소를 함유한다. 배기매니폴드장치는, 산소와 탄화수소의 반응에 필요한 온도 또는 그 이상의 온도로 유지하게끔 가스중의 배기열의 유지를 제공하는 것이다. 추가되는 열은 이 반응에 의하여 배기매니폴드에서 발생된다.

따라서, 두 개의 개별적인 열원이 이용된다.

즉(a) 라이너내에 전달되는 배기가스의 열 및(b) 추가열은 미연소 탄화수소와 과잉산소와의 반응에 의해 라이너 내에서 만들어진다. 추가열은 경부하 조건하에 있어서 매우 중요하다. 왜냐하면 상술한 조건에서 흐름이 증가하고 중부하에서 배기가스는 더욱 가열된다. 열의 유지는, 열전달이 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드와의 사이에서 촉진되는 개소(個所)를 제외한, 모든 점에서 배기가스의 열 전달이 감소됨으로서 달성된다. 따라서, 탄화수소의 연소는 청정한 배기를 위해 충분한 시간동안 계속될 것이며 배기가스중에 함유된 열을 최대한으로 이용할 수 있다. 따라서 배기가스중의 열 에너지는(a) 과잉산소와 미연소 탄화수소와의 사이의 반응을 유지하고(b) 일산화탄소를 탄산가스로 산화시키며 그리고(c)흡기 매니폴드내의 혼합기체의 확실한 증발이 되도록 채택된다. 따라서 본 발명의 목적은 배기가스가 탄화수소를 연소함과 함께 일산화탄소를 탄산가스로의 산화를 촉진하고 다시 유입되는 혼합기체의 질을 개선하는데 필요한 최소반응 온도 이상으로 유지하도록한 내연기관용의 매니폴드장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 이들 세가지 조건이 냉각상태후에 신속하게 달성될 수 있는 내연기관용의 매니폴드장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 엔진의 부하에 관계없이 동등하게 유지되는 주매니폴드와 협동하는 라이저부재의 부분과 부매니폴드에 협동하는 상승부재의 부분과의 사이에 상대적인 온도를 가지는 내연엔진용 매니폴드장치를 제공하는데 있는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 엔진의 작동조건에 관계없이 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드와의 사이의 열라이저부재에 걸쳐 일정온도를 제공하려는 것이다.

본 발명의 보다 상세한 목적 및 이점에 대하여 이하 도면을 참조하면서 설명하겠다. 본 발명 매니폴드 장치를 그를 위하여 설계한 형식의 엔진은 각 주연소실(2)와 협동하는 부연소실(Ⅰ)을 가진 연소실 장치를 포함한다. 그와 같은 엔진의 일부는 제2도와 같다. 그 엔진헤드(3)내에는 밸브가 붙은 흡기통로(4)가 부연소실(Ⅰ)로 안내된다. 점화플럭(5)는 부연소실(1)의 제각기와 협동하고 제한된 통로 혹은 토오치노즐(6)은 각 부연소실(1)을 그것의 각 주연소실(2)에 연통한다. 주연소실(2)는 엔진블록(9)내에 형성된 원통상의 요부(8)내에 위치한 피스톤(7)에 의해 만들어진 동벽(胴壁)으로서 공지의 구조이다. 밸브가 취부된 흡기통로(10)과 밸브가 취부된 배기통로(11)은, 각 주연소실(2)에 연결되어 헤드(3)내에 위치한다.

피스톤(7)의 흡입 스트로우크사이의 농후 혼합기체는 부연소실(1)내에 흡입되며, 희박 혼합기체는 주연소실(2)내에 흡입된다. 압축후에, 부연소실(1)내의 혼합기체는 점화플럭(5)에 의해 점화된다. 이어서 연소된 혼합기체는 자체의 팽창에 의해 토오치노즐(6)을 거쳐서 주연소실(2)내에 강제로 흡입되며, 거기서 그것은 희박 혼합기를 점화한다. 파워 스트로우크에 이어서 가스는 통로(11)를 거쳐서 배기된다.

배기가스가 주연소실(2)을 떠날 때, 그것은 미연소탄화수소(HC) 및 일산화탄소(CO)의 산소와의 반응에 필요한 최저온도 이상의 온도가되며 다시 혼합기체의 전체의 공기연료비는, 그것이 주연소실(2)에서 배기될때 과잉 산소가 배기가스중에 잔존하는 것과 같다. 그 결과 미연소 탄화수소의 연소 및 산화는 배기가스가 엔진을 떠나서 배기 매니폴드에 들어가는 동안 계속된다.

또한 본 발명의 매니폴드장치와 협동하는 서로 다른 두가지 공기연료 혼합기체를 제공하는 기화장치에 대하여 고찰하면, 주기화기 조립체(12)는 엔진의 주연소실(2)내에 흡입되는 희박 혼합기체를 제공한다. 부기화기 조립체(13)은 부연소실 (1)용의 농후 혼합기체를 만들도록 채용되어 있다.

본 발명의 매니폴드 장치를 구체적으로 설명하면 기화기 조립체(12),(13), 주, 부연소실(2),(1)에 위치한 엔진헤드(3)과 배기파이프장치(56)과 서로 협동한다. 본 발명을 설명하는 실시예는 2000cc, 4기통 엔진과 협동하는 매니폴드장치에 관한 것이지만, 여기에서 기술하는 원리는 단기통 엔진을 포함한 다른 배기량 및 실린더수를 갖는 엔진에도 적용할 수가 있다.

본 발명의 매니폴드장치는, 흡기 매니폴드(14)와 배기 매니폴드(15)의 두가지 요소로 되어있다. 흡기매니폴드(14)는 주흡기부(17)과 부흡기부(16)으로 분할되어 있다. 본 구조에서는 주흡기부(17)과 부흡기부(16)은 단일의 주조물로서된 부재로 구성되어 있다. 이러한 구조는 경비의 절감과 대량생산에 기여한다. 주흡기부 (17)은 4개의 주흡기통로(18)을 가지며, 그 제각기는 주연소실(2)에 안내되는 헤드(3)내의 밸브가 취부된 흡기통로(10)에 연결된다. 주흡기부(17)은 주흡기실 (20)을 포함하며, 거기서부터 주흡기통로(18)가 연장된다. 주흡기실(20)은, 바깥둘레쪽벽 (22)와 상부의 어댑터플렌지(24)와 라이저부재(84)의 내부에 한정되어 있다. 포오트(26)은 주흡기실(20)과 주흡기통로(18)과의 사이를 연통시키기 위해 만들어진 주흡기실(20)의 측벽(22)를 사이에두고 설치되어 있다. 어댑터 플렌지(24)는 기화기 조립체용의 취부면을 제공하며, 그리고 기화기조립체(12)와 주흡기실 (20)과의 사이의 연통을 위하여 흡기 포오트(28)을 갖는다. 주흡기실(20)의 높이는 제2도와 같이 주흡기통로(18)에 의해 필요로하는 가장 알맞는 직경에 의하여 우선적으로 지정된다. 주흡기실(20)의 높이는 주흡기실(20)을 통과하는 흡입혼합기체가 저면의 가열된 부분의 근처를 통과하도록 너무 높게 만들지 않는 것이 바람직하다. 주흡기실(20)은 기화기조립체(13)과 부흡기실(32)와의 사이를 연통하게 설치된 부흡기통로(30)에 인접해 있다. 부흡기실(32)는 부흡기부(16)의 일부를 이룬다. 부흡기통로(34)는 그 부흡기실(32)에서 밸브가 취부된 통로(4)에까지 연장된다.

부흡기실(32)는 주흡기실(20)을 통과하는 희박 공기연료 혼합기가 비교적 대량인데 비하여, 부흡기실(32)를 통과하는 농후 혼합기는 비교적 소량인 까닭에 주흡기실(20)보다 실직적으로 작다.

부흡기실(32)는 제2도에 나타낸것처럼 주흡기실(20)의 아래쪽에 위치한다. 부흡기실(32)는 주흡기실(20)(제3모 참조)의 진폭에 걸쳐 연장되어 있으며 그곳에서 또 실질적으로 온도가 조화되며, 포오트(38)은 부흡기실(32)를 통로(34)에 연결한다. 부흡기부(16)과 주흡기부(17)은 각각 흡기실(32), (20)내의 농후, 희박 혼합기체를 받도록 작용한다. 이들 흡기실에서, 통로는 엔진 헤드내에 위치한 여러개의 연소실에 직접 안내된다. 동시에 4개의 부흡기통로(34)가 설치된다. 이 4개의 부흡기통로(34)는 본 실시예에서 채택된 4기를 엔진에 있어서의 1개의 부연소실과 서로 협동한다. 이 4개의 부흡기통로(34)는 부흡기실(32)의 측벽을 거쳐서 위치된 포오트(38)에 의해 부흡기실(32)와 연통하도록 되어 있다. 통로(34)는 이어서 포오트(38)에서 헤드(3)내에 위치한 밸브가 취부된 흡기포오트(4)에까지 연장되었다.

이 흡기 매니폴드(14)는 구조적으로 엔진헤드(3)의 한쪽에서 끝나며, 거기에는 가스켓(40)이 구비되어 있다. 헤드(3)내의 포오트(4)(10)은 이어서 흡기 매니폴드(14)와 헤드(3)과의 대향면에서 여러 가지 연소실(1)과 (2)로 혼합기체를 공급한다.

배기 매니폴드(15)는 흡기 매니폴드(14)의 하부에 설치된다.

본 실시예에서는, 이 배기 매니폴드(15)는 아우터 기광(器筐)혹은 커버(42)를 포함하며, 그것은 라이너(44)를 피포(被包)한다. 아우터커버(42)는 실제상 주철이나 혹은 다른 유사한 물질의 금속 주조물이라도 된다. 아우터커버(42)를 형성하기 위하여 라이너(44)가 제일먼저 조립된다. 모래와 같은 주형물질이 이어서 주조커버 (42)의 안쪽의 모양을 만들도록 라이너(44)의 둘레에 놓여진다. 커버(42)는 이어서 통상의 방법으로 주조된다. 모래 제거구멍(43)이 주조커버(42)와 라이너(44)와의 사이에서 모래 혹은 다른 주형 물질을 제거하게끔 알맞는 위치의 주조품내에 놓여진다. 플럭(45)가 이어서 커버(42)를 밀봉하게끔 제거구멍(43)내에 용접될 수 있다.

아우터커버(42)는 배기 매니폴드를 위한 주로 주조하는데 필요한 지지를 하고, 다시 배기가스의 열을 보류시키는 작용을 한다. 아우터커버(42)는 엔진 헤드에서 연장되며, 그것은 통상의 체구(締具)로서 고착된다. 여러 가지의 밸브가 취부된 배기통로(11)에서 이 커버(42)의 아암(41)이 중심실(46)에까지 연장된다. 중심실(46)은 주흡기실(20) 및 부흡기실(32)의 바로밑에 위치한다.

커다란 개구(48)가 아우터 커버(42)위의 플랜지(50)내에 설치되어 중심실(46)과 주흡기실(20)의 아래쪽 및 부흡기실(32)의 아래쪽과의 사이의 방해되지 않는 연통을 허용한다.

합치된 연장부(52)가 어댑터플렌지(50)과 동심적으로 흡기 매니폴드(14)에서부터 아래쪽으로 연장되고, 체구(53)에 의하여 고정된다. 강성(剛性)이 큰 열시일드(54)가 어댑터플랜지(50)와 합치되는 연장부(52)와의 사이에 위치된다. 이열시일드(54)는 배기 매니폴드커버(42)에서 합치된 연장부(52)를 사이에두고 흡기 매니폴드(14)에의 전도에 의한 열 전달을 방지한다. 다시 이 열 시일드는 배기 매니폴드와, 그 바로위에 위치한 기화기조립체(12)(13)과의 사이의 직접적인 복사 및 대류를 방지한다.

배기 매니폴드(15)는 다른 부분에서는 흡기 매니폴드(14)에서 분리되어서 상당량의 열이 그 사이에서 전달되지 않도록 한다. 흡기 매니폴드(14)에 전달되는 다량의 열은 기화기 조립체의 과열과 배기 매니폴드(15)의 열유지 특성의 감소를 생기게 한다. 아우터커버(42)는 전체로서(56)에서 나타낸 배기파이프계통과 합치되도록 아래쪽에 중심실(46)에서 연장된다. 커버(42)는 통상 상태로 배기파이프계통(56)에 취부된다. 시일(58)이 커버(42)와 배기파이프계통(56)과의 사이에 있어서 배기파이프플랜지(61)내에 갖추어진 요구(60)내에 위치되어서 배기가스가 이 계통에서 이탈되지 않도록 한다.

커버(42)내에 수용된 라이너(44)는 스테인레스강과 같은 두께가 얇은 내열물질로서 이뤄진다. 라이너(44)는 낮은 열용량을 제공하게끔 바람직하기는 2mm 혹은 그 이하의 두께이다.

그러나 만약 라이너가 지나치게 얇으면, 그것은 너무나 빨리 손상될 것이다.

본 실시예에서는 1.2mm의 라이너두께가 채용된다. 라이너(44)는 엔진헤드 (3)에서 배기파이프계(56)으로 연장되며, 그리고 배기실(62)을 제공한다. 안쪽라이너는 제일 편리하기는 플랜지 시일(64)에 의하여 연결된 고온저항 스테인레스강의 2매로서 형성된다. 제3의 원통상부재(66)가 배기파이프계통(56)과 합치하게끔 배기실(62)로부터 아래쪽으로 연장된다. 시일플랜지는 제조 및 조립의 편의를 위하여 엔진헤드(3)에 인접한 라이너(44)에의 개구단입구(65)근처에서 제거된다.

두께가 얇은 라이너(44)는, 그 바깥면의 대부분에 걸쳐서 두께가 두꺼운 아우터커버(42)에서 격리된다. 그 결과, 라이너(44)와 커버(42)와의 사이에는 절연공극이 마련된다. 그 결과, 얇은 벽 구조로하여 생긴 라이너(44)의 작은 열용량은 배기가스의 영향하에 있어서 아우터커버(42)에의 실질적인 손실없이 라이너에 신속하게 온도상승을 일으킨다. 라이너(44)는 어댑터플랜지(50)에 있어서 커버(42)와의 접촉을 유지한다. 어댑터플랜지(50)는 라이너(44)와, 그것에 용접된 취부판(68)을 받도록 커버(42)의 안쪽면상에 제2의 합치면을 갖는다.

취부판(68)은 어댑퍼플랜지(50)에 체구(70)에 의하여 취부된다. 커버너트 (72)가 체구(70)를 받도록, 그리고 체구(70)를 부식, 침식등으로부터 시일드하도록 나착된다. 체구(70)는 커버(42)가 라이너(44)의 둘레에 주조되기전에 커버너트 (72)내에 위치된다. 그결과, 체구(70)는 라이너(44)를 유지하게끔 커버너트(42)내에 영구적으로 고정된다. 라이너(44) 및 취부판(68)내의 커다란 개구(74)가 어댑터플랜지(50)내의 개구(48)과 합치한다. 이리하여 상당한 면적의 연통로가 배기실(62)와 주, 부흡기실(20)(32)의 아래쪽과의 사이에 마련된다. 라이너(44)는 구조적으로 우선 체구(70)에 의하여 지지되며, 이 체구(70)는 그것을 아우터커버 (42)에 연결한다. 어떤 가로방향에의 억제가 라이너(44)의 입구(65) 및 출구(66)에 설치된다. 라이너(44)는 배기통로(76)를 거쳐서 배기포오트(11)의 제각기에 연장된다. 이들 통로(76)의 단부에 있어서, 아우터커버(42)는 안쪽라이너(44)를 받도록 협착된다. 그러나 작은 틈 사이가 라이너(44)와 커버와의 사이에 마련된다. 이것은 라이너(44)가 온도변화를 위하여 커버(42)에 대해 자유롭게 신축하는 것을 허용한다. 라이너(44)를 중심위치에서 고정하는 것에 의하여 협동하는 커버(42)에 대한 온도팽창에 의한 최대변위는 최소화된다. 라이너입구(65)는 다시 제2도에 잘 나타낸 바와 같이 약간 헤드(3)내에 연장된다. 이 헤드(3)내에서 짧은 연장은 헤드(3)와 배기 매니폴드(15)와의 사이의 시일을 개량하고 다시 엔진헤드(3)에서 배기 매니폴드(15)에의 배기가스의 흐름의 난맥상을 최소화하게끔 라이너(44)의 심(芯)이 돌출하는 것을 확보한다.

대략 동일하게 배기파이프계통(56)으로 연장되는 연통상부재(66)는 커버 (42) 혹은 배기파이프계통(56)에 견고하게 고정되어 있지 않다. 커버(42)는 원통상부재(66)의 둘레에서 협착된다. 라이너(44)와 커버(42)와의 사이의 공간의 내외로의 배기가스의 흐름을 방지하게끔 커버(42)와 원통상부재(66)와의 사이에 링 시일(78)이 위치된다. 링시일(78)은 커버내의 요부(77)의 안벽에 적합됨과 함께 원통상부재(66)에서 격리되도록 위치된다. 이들 시일(77)의 사이에 링시일(78)이 존재하며, 그것은 원통상부재(66)의 바깥벽에 적합되지만, 커버(42)로 연장되지 않는다. 이리하여 실질적인 톱 사이가 원통상부재(66)의 커버(42)에 대한 위치결정이 있어서 허용된다. 이는 제조상의 공차(公差)를 허용함과 함께 온도팽창을 허용한다. 스냅링(79)이 링시일(77)(78)을 유지하게끔 사용될 수 있다.

원통상부재(66)는 다시 배기 매니폴드(15)와 배기파이프계통(56)과의 사이의 시일을 보증하게끔 배기파이프계통(56)내로 연장된다. 다시 이 연장부는 원통상부재(66)를 배기파이프계통(56)에 대하여 심을 돌출시킨다. 조절판(80)이 운동하는 배기가스를 포오트(74)(48)를 거쳐서 위쪽으로 지향하여 주흡기실(20) 및 부흡기실(32)의 아래쪽과 조우하도록 주배기실(62)내에 갖추어 진다.

조절판(80)은 배기실(62)의 지면에서만, 거기에 있어서 그것은 플랜지(82)에 있어서 배기실(62)의 위테두리에 가까운 위치에 취부된다. 조절판(80)은 또한 강성(剛性)이기 때문에 탱브(83)에 의하여 라이너(44)의 측면에 취부된다. 배기가스가 위쪽으로 움직이면, 그것이 개구(74)의 중심으로 지향되도록 조절판(80)은 굴곡된다. 조절판(80)은 엔진의 모든 부하조건 및 속도에 있어서 배기가스가 흡기실의 아래쪽을 향해서 위쪽으로 통과하는 것을 확실하게 한다. 조절판(80)의 존재는, 배기가스의 어떤 유속에 있어서 일어날지도 모르는 채널효과를 피한다.

그와 같은 채널작동은 주흡기실(20) 및 부흡기실(32)의 아래쪽에서 조우하게될 열가스의 위쪽으로의 통로를 저지할 것이다.

주흡기실(20) 및 부흡기실(32)의 아래쪽에 대한 조절판(32)의 높이는, 주어진 장치를 위하여 가장 좋은 결과를 가져오도록 알맞게 결정되어야할 것이다.

조절판(80)이 지나치게 낮으면, 배기가스는 주흡기실(20) 부흡기실(32)의 아래쪽에서 조우하게끔 적당하게 위쪽으로 흐르지 못한다.

이런 경우, 주흡기실(20) 부흡기실(32)을 거쳐서 흐르는 공기연료 혼합기체는 충분히 가열되지 못한다. 조절판(80)이 지나치게 높을 때, 배기가스는 주흡기실 (20) 부흡기실(32), 그리고 그 내부의 혼합기체를 지나치게 가열한다.

다시 조절판(80)은 배기실(62)을 거친 배기가스의 통로를 제한한다. 조절판 (80)이 지나치게 크면 배기실(62)이 과도하게 제한되며, 그리고 유해한 배압(背壓)이 본 장치내에 발생한다.

본 실시예에서는 조절판(80)의 꼭지부는 주흡기실(20)의 아래쪽의 약 2.5cm밑이다.

조절판(80)에 의하여 편기된 위쪽으로 움직이는 배기가스를 받도록 라이저부재(84)가 갖추어진다.

부 및 주흡기실의 아래쪽은 라이저부재(84)에 형성되며, 그것은 주 및 부흡기실(20)(32)의 양자의 아래쪽에 걸쳐서 연속되는 형태로, 그리고 차단없이 뻗는 라이저부재(84)는 주, 부흡기실(20)(32)를 배기실(62)로부터 분리하도록 작동하고, 그 사이의 온도연통을 가능토록 한다. 그것은 이렇게하여 흡기계통과 배기계통에 공통의 벽을 제공한다. 라이저부재(84)는 흡기 매니폴드(14)의 나머지부분과 일체로 주조되며, 따라서 같은 물질이다. 주조알루미늄이 이 실시예에서 채용된다. 라이저부재 (84)의 아래쪽은 흡기실(20)(32)의 아래쪽에서 가로 및 세로방향으로 연장되는 두개의 서로가 직각인 들조(86)의 배열을 포함한다.

이들 돌조(86)는 본 장치의 작동중 조우하는 온도응력하의 라이저부재(84)의 좌굴(座屈)을 방지한다. 돌조(86)의 사이의 라이저부재의 균일한 최소 두께는 본 실시예에서는 4mm로 선택되었다. 이 두께는 최소의 가온시간과 동시에 긴 수명을 위한 충분한 강도를 제공한다.

라이저부재(84)는, 이들 주, 부흡기실(20)(32)의 제각기에 의하여 조우되는 조건이 함께 변화하도록 주흡기실(20)과 부흡기실(32)과의 아래쪽의 양자에 걸쳐서 같은 물질을 사용하는 단일의 구조이다. 그 결과, 엔진으로부터의 배기가 비교적 차가울 때 주흡기실(20) 및 부흡기실(32)의 양자는 라이저(84)를 거쳐서 전달되는 열의 유사한 비교적 낮은 레벨량을 받게된다. 다른 한편, 배기가 비교적 뜨겁고 그리고 배기 매니폴드를 재빠르게 통과할때, 2개의 주, 부흡기실은 유사한 열전달이 높은 레벨을 받게 된다. 이 관계의 결과로서 공기연료의 비율과 같은 가변 파라미터는 작동조건의 범위에 적합하게끔 변화되는 것을 필요로 하지 않는다. 주흡기계통은 모든 작동조건하에서 부흡기계통에 관하여 동조하는데 그칠 것이다. 라이저부재(84)의 단일 구조는 본 장치의 수명을 개선하는데도 작용한다. 단일부재의 사용을 통하여 반복되는 온도응력은 현저하게 감소되며, 그것은 라이저부재(84)에 대하여 커다란 피로를 갖게한다. 그 이상의 고려로서는 2개의 주,부흡기실(20)(32)에 각각 전달되는 열의 합계상대량은 바람직하기는 같아서는 아니될 것이다.

부흡기계통은 주흡기계통에서 취급되는 흡입 혼합기체의 양을 취급치 않는다. 그 결과 부흡기계통에 관하여 주흡기계통에 요구되는 보다 작은 열이 같은 결과를 얻도록 요구된다. 부흡기실(32)과 직접 협동하는 라이저부재(84)의 가로방향의 면적의 주흡기실(20)과 직접 협동하는 라이저부재(84)의 가로방향의 면적과의 비율은 열의 요구에 대한 차에 적합하도록 선택된다.

가로방향면적은 라이저부재(84)의 수평부분에 의해 한정되며, 그리고 라이저부재(84)의 끝테두리 혹은 부흡기실(32)의 측면에 따르는 수직부분은 포함되지 않는다.

부흡기실(32)과 협동하는 라이저부재(84)의 가로방향 면적은 양 흡기실 (20)(32)과 협동하는 라이저부재의 전면적의 0.2내지 0.4이어야 한다는 것을 알게 되었다. 이렇게하여 라이저부재온도는 부흡기실(32)의 아래쪽과 주흡기실(20)의 아래쪽과의 양자에 걸쳐 일정하게 유지된다. 라이저부재(84)를 이 범위로 유지하는 것에 따라 라이저부재(84)의 비율을 상기한 범위로 유지하는 것에 의해 주, 부흡기실사이의 라이저부재(84)의 상대온도 조건은 냉간 시동으로부터 전출력까지 대개 일정하게 유지한다. 다시 이 라이저면적의 비율화는 본 장치의 작동조건에 있어서의 변화에 관한 기화기 설정기타의 변화의 필요성을 생략한다. 부흡기실(32)의 주흡기실(20)의 아래쪽의 위치는 양실에 대하여 전달되는 열의 상대량에 영향을 준다. 부흡기실 (32)와 협동하는 라이저면은 주흡기실(20)과 협동하는 라이저면의 아래쪽 약 1.5cm에 위치된다. 다시 라이저부재(84)의 아래쪽의 조절판(80)의 꼭지부의 위치는 부흡기실(20)(32)의 각각에 전달되는 열량에 영향을 준다.

본 실시예에서는 라이저부재(84)의 2개의 가로방향면 사이의 수직면은 조절판(80)의 꼭지면 중심에서 가로 방향으로 약 3.75 내지 4.0cm 편위한다.

조절판(80), 라이저부재(84)의 방위(方位) 및 형태 및 주, 부흡기실 (20)(32)의 상대배치는 따라서 배기가스온도 및 유속의 변화에 관계없이 주, 부흡기실(20)(32)사이의 대략 일정한 열조건을 확립하도록 협동한다. 이들의 형태는 다시 라이저부재(84)에 있어서의 안정상태 온도조건을 만드는데도 협동한다. 본 매니폴드장치가 냉간시동후 일단 가열되면, 라이저부재(84)는 약 200℃의 일정온도에 달한다. 주흡기실(20) 및 부흡기실(32)에 대한 라이저부재(84)의 온도를 160℃와 260℃와의 사이의 온도로 유지하는 것이 바람직하다는 것이 판명되었다. 이 온도범위에 있어서, 공기연료 혼합기체중의 연료는 연소실내에서 점화될때까지 증발된다는 것이 확실하다. 다시 라이저부재의 온도가 지나치게 높으면 부흡기통로내의 연료는 조기에 탄화된다. 다시 기화기는 과열된 흡기 매니폴드와의 협동에 의하여 과열되며, 그 결과 베이퍼로크(vaporlock)와 곤란한 호트스타아트(hart hot start)를 일으킨다. 엔진의 작동중 라이저부재를 작은 온도범위로 유지하는 것은 라이저부재를 긴 수명이 되도록 돕는다. 이 범위내의 온도는, 엔진이 냉간시동조건에서 일단 가온되었을 때 넓은 범위의 작동조건에 걸쳐서 안정상태의 조건으로서 유지된다. 배기가스가 비교적 뜨겁고, 흐름의 양이 많을때보다 많은 열이 라이저부재(84)에 전달된다. 그러나, 동시에 주흡기실(20) 및 부흡기실(32)의 양쪽을 통과하는 차가운 공기 연료 혼합기체의 양이 증대한다. 그 결과, 배기가스에 의하여 라이저부재에 공급되는 열이 많으면 많을수록, 그만큼의 열이 라이저부재(84)의 윗면에서 공기연료 혼합기체에 의해 제거된다. 현재의 형태는 라이저부재(84)에 공급되는 열과 라이저부재(84)에서 제거되는 열과의 사이의 밸런스를 이루도록 개발되며 그리고 이 라이저부재(84)의 소망으로 온도의 범위가 넓은 범위의 작동조건에 걸쳐서 유지될 수 있다.

배기실(62)은 다시 배기가스의 온도 조절의 제어로서의 제2의 기능을 제공한다. 주연소실에서 배기되는 배기가스는 배기가스중에 아직도 잔존하는 바람직하지 못한 성분 HC의 연소 및 CO의 산화를 계속하는데 필요한 온도 이상의 온도에 머문다. 다시 조합된 농후 공기연료 혼합기체 및 희박 공기 연료 혼합기체는 화학양론적 혼합비율보다 더 희박한 합계 혼합기체를 만들며 그 결과로서 배기가스중에 충분한 양의 과잉 산소를 발생케 한다. 그 결과, HC 및 CO 성분의 연소 및 산화가 유지되는 온도 이상의 온도에 있어서의 이들 HC 및 CO와 협동하는 과잉산소는, 그 결과로서 바람직하지 못한 성분의 H₂O 및 CO₂에의 변환의 계속을 가져온다.

최대량의 HC 및 CO가 물 및 2산화탄소로 변화될 수 있게하기 위해서는 배기가스가 배기매니폴드를 통과할때, 이 높은 온도로 유지되는 것이 유익하다. 배기 매니폴드커버(42)와 라이너(44)와의 사이의 공간은 이런 조건을 촉진케 한다. 즉, 거기에 있어서 배기가스의 온도는 유지될 수 있을 뿐만 아니고, 이 성분의 계속되는 발열반응에 의하여 상승이 계속된다. 이 방법이 오염물 HC 및 CO의 CO₂및 물에의 최대의 변환을 주게끔 가장 적합하게 하자면 배기실(62)의 엔진 배기량에 대한 상대용적을 제어하는 것이 유익하다는 것을 알게 되었다. 배기실(62)의 용적이 지나치게 클 때 라이너(44)내 및 라이저부재(84)에 있어서의 온도의 제어가 곤란하다. 다시 배기매니폴드(15)를 가온하자면 대단히 장기간을 필요로 한다. 배기실(62)의 치수가 지나치게 작으면 배기가스는 HC 및 CO가 충분히 연소 및 산화되기전에 배기실(62)을 거쳐서 배기파이프계통(56)내를 통과한다. 배기실(62)의 치수는 라이너(44)의 철내면(凸內面)(88)에 접속을 이루는 수직면(87)에서 원통상부재(66)의 입구에 있는 개구(89)까지의 라이너(44)의 내부용적으로서 한정된다. 배기실용적은 다시 취부판(68)의 하면과 합치되는 면에서 끝나는 것으로서 한정된다.

다시 주배기실용적의 엔진 배기량에 대한 비율은 0.5내지 0.9의 범위내인 것이 바람직하다는 것을 알게되었다. 이 범위내에 있어서 배기매니폴드내의 조건은 제어될 수 있으며, 그리고 배기는 HO 및 CO 오염이 없을 것이다.

배기가 안정상태인 엔진 조건이 얻어진후 오염성분이 있어서 비교적 적을 뿐만 아니라, 그와 같은 안정 상태의 조건이 비교적 신속하게 도달되는 것이 바람직하다. 본 실시예의 엔진 시험에 의하면, 허용 에미션 레벨이 냉간 시동후, 1분이내에 달성된다는 것을 나타내었다.

이토록 재빠른 엔진가열시간은 본 매니폴드장치의 안정상태하의 작동을 유지하게끔 작용하는 몇가지의 특성을 조합에 의하여 가능하다. 특히 배기매니폴드(15)는 침입하는 배기가스에 대해 최소 열용량을 제시하도록 설계되었으므로, 따라서 이 매니폴드는 HC의 계속적인 연소 및 CO의 산화물의 산화를 위한 적당한 조건을 제공하게끔 재빠르게 가열된다.

라이너(44)의 얇은 벽두께 및 작은 치수로 인하여, 이들의 조건은 신속하게 적합해질 수 있다. 다시 배기가스는 뜨거운 배기가스의 라이저부재(84)의 아래쪽으로의 적정한 접촉을 확보하도록 조절판(80)에 의해 위쪽으로 저항된다.

배기 매니폴드내로 연장되는 부흡기실(32)의 상대위치는, 그곳을 통과하는 농후 공기연료 혼합기체의 용이한 가온을 촉진한다. 그러나, 유지된 작동중의 라이저부재 전체에 걸쳐서 일정온도로 유지해야할 본 장치의 능력은 그것에 의해서 영향받지 않는다.

라이저(84)는 그것을 거쳐서의 재빠른 열전달을 촉진하게끔 알루미늄이며, 그리고 최소 벽두께인 것이다. 그 결과, 매니폴드 장치는 냉간시동에 있어서 흡입 혼합기체에의 전달을 위하여 배기라이너(44) 내 및 라이저(84)에 적정한 온도조건을 재빠르게 제공토록 협동한다.

이리하여 각 주연소실과 협동하는 부연소실 및, 그와 협동하는 기화기장치를 갖는 형의 엔진과 협동하여 자동차 엔진에 의해서 대기중에 방산되는 오염물의 양을 감소하게끔 기능하는 매니폴드장치가 제공된다.

본 매니폴드 장치는 흡입 혼합기체의 유리한 예비 조절을 제공함과 함께 배기가스중의 HC의 계속적인 연소 및 CO의 산화를 위해 적정한 조건을 유지하도록 재빠르게 이에 호응한다.

Claims (1)

1. 각 주연소실과 각각이 주연소실에 토오치노즐에 의해 연결된 부연소실을 가진 형식의 내연엔진용 매니폴드 장치에서, 주흡기 실에서 엔진까지 연장하여 있고 주연소실에 희박공기-연료혼합기를 공급하는 주흡기통로를 포함하는 흡기매니폴드로 구성되고 흡기 매니폴드가 또한 부흡기실에서 엔진까지 연장하여 있고 부연소실에 농후 혼합기를 공급하는 부흡기통로를 포함하며, 두꺼운 벽의 금속외측 커버에 피포(被包)됨과 동시에 그로부터 격리되어 있는 얇은 벽의 스테인리스강 라이너로 된 배기 매니폴드로 구성되고, 상기 라이너는 엔진으로부터 배기가스를 모으기 위한 배기통로 및 각 배기통로에 연결된 배기실을 가지고 있으며 배기 매니폴드 실은 개구를 가지고 있고, 또 상기 흡기 매니폴드의 일부를 형성함과 동시에 주흡기실 및 부흡기실에 흡입 혼합기의 증발을 확실히하기 위해 그에 배기가스의 열을 전달하도록 상기 협동하는 라이저(riser)부재를 가지고 있는 것에 있어서, 라이너벽이 약 2mm 두께이하인, 내연엔진용 매니폴드장치.

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