WO2020242136A1 - 엔진출력 증폭기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 흡기관에 구비되어 공기 기류의 난류강도를 강화하되 역류 발생을 억제하는 한편 최적화 설계가 용이한 엔진출력 증폭기에 관한 것으로서, 직관 형태를 갖고 흡기관에 삽입 고정되는 메인관; 및 상기 메인관의 길이방향 일단에 형성되는 작용관;으로 이루어지며, 상기 작용관은 초입구측에 외경사면이 형성되고 말단구측에 내경사면이 형성되며, 상기 작용관의 중심부에는 센터홀이 형성되고, 상기 센터홀을 중심으로 방사 구조로 배치되는 복수의 사이드홀이 형성되되 상기 사이드홀은 일단은 외경사면에 관통 형성되고 타단은 내경사면에 관통 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진출력 증폭기

본 발명은 엔진출력 증폭기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤 엔진의 흡기관에 구비되어 공기 기류의 난류강도를 강화하되 역류 발생을 억제하는 한편 최적화 설계가 용이한 엔진출력 증폭기에 관한 것이다.

최근에 기존 차량의 흡기관이나 배기관에 장착되어 관로를 통과하는 기류를 조작, 이를 통해 엔진 출력향상이나 연비향상(이하 ‘성능향상’이라 한다)을 꾀하는 엔진출력 증폭기가 일부 소개되고 있다.

일례로, 국내등록특허 제10-1882834호(등록일자: 2018.07.23.)에 소개된 종래기술은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 원통관(1)과 내경관(2) 사이에 구비되는 와류 날개(5)를 통해 난류강도를 강화하여 성능향상을 기하고 있다.

다만, 원통관(1)과 내경관(2) 사이를 통과하는 공기층과 중공(3)을 통과하는 공기층 간의 속도차가 커져 양 공기층 간의 층돌 격화로 역류 발생 빈도나 크기가 증가함으로써, 특정 운전 영역에서는 공기 기류의 실린더 유입을 방해하여 오히려 성능이 저하되는 문제가 있다.

또한, 블레이드의 특성상 사양(배기량, 흡기관 내경, 터보차저 유무 등)을 달리하는 차종별 최적설계가 어려운 한계가 있다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는, 디젤 엔진의 흡기관에 구비되어 난류강도를 높이되 역류발생을 억제하여 성능향상을 기할 수 있고 각 차종의 사양에 맞는 최적화 설계가 용이한 엔진출력 증폭기를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 엔진출력 증폭기는, 직관 형태를 갖고 흡기관에 삽입 고정되는 메인관; 및 상기 메인관의 길이방향 일단에 형성되는 작용관;으로 이루어지며, 상기 작용관은 초입구측에 외경사면이 형성되고 말단구측에 내경사면이 형성되며, 상기 작용관의 중심부에는 센터홀이 형성되고, 상기 센터홀을 중심으로 방사 구조로 배치되는 복수의 사이드홀이 형성되되 상기 사이드홀은 일단은 외경사면에 관통 형성되고 타단은 내경사면에 관통 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 엔진출력 증폭기는, 상기 외경사면과 내경사면 사이에 천이면이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 엔진출력 증폭기는, 상기 사이드홀이 상기 작용관의 길이방향에 대해 사선각을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 엔진출력 증폭기는, 상기 메인관 내경에 대한 센터홀 직경의 상대내경비가 0.23 ~ 0.76인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 엔진출력 증폭기는, 상기 외경사면의 연직방향에 대한 경사각이 4 ~ 39°이고, 상기 내경사면의 연직방향에 대한 경사각이 38 ~ 77°이거나 상기 내경사면(23)의 단면상 곡선의 곡률(k)이 0.02 ~ 0.07인 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 엔진출력 증폭기는, 상기 사선각이 11 ~ 43°인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 엔진출력 증폭기에 의하면, 외경사면과 내경사면 및 센터홀과 사이드홀을 갖는 작용관을 통해 난류강도가 증가하되 역류발생이 억제되므로 증폭기의 작동 신뢰도가 향상된다.

또한, 본 발명의 엔진출력 증폭기에 의하면, 주요 설계변수인 상대내경비, 경사각 및 사선각 변경을 통해 최적설계가 용이하게 이루어짐으로써 증폭기의 시장 경쟁력이 향상된다.

도 1은 종래기술에 따른 엔진출력 증폭기를 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 엔진출력 증폭기를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 엔진출력 증폭기를 도시한 종단면도이다.

도 4는 도 2의 AA' 부위를 절개하여 도시한 평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 엔진출력 증폭기에서의 기류 상태를 설명하기 위한 개요도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 엔진출력 증폭기를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 엔진출력 증폭기를 도시한 종단면도이며, 도 4는 도 2의 AA' 부위를 절개하여 도시한 평면도이다.

도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명은 원통형의 메인관(10)과 상기 메인관(10)의 길이방향(x) 일단에 형성되는 작용관(20)으로 이루어지며, 디젤 엔진에 구비되는 터보차저의 유입측 흡기관 및/또는 터보차저와 인터쿨러 사이의 흡기관에 설치된다.

한편, 본 발명의 증폭기는 설치 대상 차종(사양)에 따라 메인관(10)을 유입측으로 하거나 작용관(20)을 유입측으로 하여 흡기관에 설치되는데, 본 설명에서는 작용관(20)을 유입측으로 상정하여 기술하고자 한다.

상기 메인관(10)은 직관 형태로 제작되며, 외경은 흡기관 내경과 대응되는 크기로 제작되고, 주로 억지 끼움방식으로 흡기관에 삽입 고정된다.

이에 더하여 본 발명의 엔진출력 증폭기를 흡기관에 보다 견고히 고정하기 위해 메인관(10) 또는 작용관(20)의 외주면에는 고정용 홈(30)이 형성되고, 증폭기가 흡기관에 삽입된 후 흡기관의 외주면에서 고정용 홈(30)에 대응되는 부분에 스냅링 등의 고정 부재를 위치시켜 결속 고정한다.

작용관(20)은 난류강도를 강화하는 동시에 역류 발생을 억제하는 구성으로서, 외경은 메인관(10)과 동일한 직경을 갖는다.

반면, 작용관(20)의 내경은 길이방향(x)으로 점진적으로 작아지는 부분과 다시 증가하는 부분을 갖되 길이방향(x) 말단구(메인관과의 경계면)의 내경은 메인관(10)의 내경과 동일한 직경을 갖는 구조로 제작된다.

보다 구체적으로는, 작용관(20)의 초입구측에는 외경사면(21)이, 말단구측에는 내경사면(23)이 형성되고, 외경사면(21)과 내경사면(23) 사이에 천이면(25)이 형성된다.

상기 외경사면(21)과 내경사면(23)은 도 3에 도시된 바와 같이 단면상 연직방향(y)에 대하여 소정 각도를 갖는 직선 또는 소정 곡률을 갖는 곡선을 360°회전시킨 것과 같은 입체적인 형상으로 제작되고, 천이면(25)은 외경사면(21)과 내경사면(23)을 연결할 수 있는 입체적인 형상을 갖되 단면상 모양이 직선, 곡선 또는 직선 또는 곡선의 혼합 형태 등 다양한 형상으로 제작될 수 있다.

또한, 작용관(20)의 중심부에는 소정 직경의 센터홀(27)이 형성되며, 복수의 사이드홀(29)이 센터홀(27)을 중심으로 상호 등간격을 이루는 방사 구조로 배치된다.

상기 사이드홀(29)은 일단은 외경사면(21)에 관통 형성되고 타단은 내경사면(23)에 관통 형성되게 형성되되, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 작용관(20)의 길이방향(x)에 대해 사선각(θ)을 갖는 구조로 형성된다.

이하, 작용관(20)을 통해 난류강도가 강화되고 역류 발생이 억제되는 과정을 설명하면 먼저, 출력향상을 위해 터보차저를 이용, 외부 공기를 실린더로 강제적으로 송급하는 특성상 흡기관을 통과하는 공기 기류는 난류거동을 하게 된다.

이로 인해 공기 기류의 속도구배는 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 속도편차가 작은 본류(m)와 관로 내벽과의 마찰로 속도편차가 큰 제1외곽류(k)를 이루며 메인관(10)으로 유입된다.

이후, 상기 본류(m)는 센터홀(27)을 통과하며 기존 속도를 유지하나 제1외곽류(k) 중 일부는 사이드홀(29)을 통과하여 제2외곽류(k')를 형성하고 나머지는 내경사면(23)의 제약에 의해 센터홀(27)로 유입된 후 경계류(n)를 형성한다.

상기 제2외곽류(k')중 사이드홀(29) 내벽에 인접하여 통과하는 기류는 사이드홀(29)의 내벽길이(l, l')가 상이한 관계로 다양한 크기의 마찰 저항을 받게 되어 난류강도는 증가되고 속도는 저하되는 반면, 경계류(n)는 내경사면(23)에 의한 내경 축소로 인해 제1외곽류(k)에 비해 속도가 증가하게 된다.

따라서, 작용관(20)을 통과한 본류(m), 경계류(n), 제2외곽류(k')는 속도편차가 작아 경계 부위에서의 역류 발생이 억제됨으로써 실리더로의 유입이 원활하게 이루어지며, 난류강도가 증가된 제2외곽류(k')는 이후 혼합되는 연료의 미립화를 촉진시키게 된다.

한편, 기류의 난류거동은 시간이 경과할수록 확산되는데, 관로내 확산은 관벽의 제약에 의해 층두께(t)가 증가하는 형태로 이루어지며, 층두께(t)의 증가 과정에서 유속 분포가 상이한 이웃 기류층과의 층돌로 역류 발생이 촉진되는 양상을 띄게 된다.

이에 본 발명에서는 사선각(θ)을 갖는 사이드홀(29)에 의해 제2외곽류(k')가 나선형 형태의 와류거동을 하도록 유도하여, 이러한 와류거동이 확산을 지연시킴으로써 역류 발생이 억제되도록 한다.

한편, 성능향상을 위한 본 발명의 주요 설계변수로는 메인관 내경에 대한 센터홀 직경의 상대내경비(d/D), 외경사면(21)과 연직방향(y)에 대한 경사각(α), 내경사면(23)의 연직방향(y)에 대한 경사각(α'), 내경사면(23)의 단면상 곡선의 곡률(k), 사이드홀(29)의 길이방향(x)에 대한 사선각(θ)이 있는데, 자체 실험결과 상기 설계변수들은 특정 범위에서 엔진 출력이나 연비가 선형적으로 변하는 특성을 보였다.

구체적으로, 메인관 내경에 대한 센터홀 직경의 상대내경비(d/D)는 0.23 ~ 0.76, 외경사면(21)의 연직방향(y)에 대한 경사각(α)은 4 ~ 39°, 내경사면(23)의 연직방향(y)에 대한 경사각(α')은 38 ~ 77°, 내경사면(23)의 단면상 곡선의 곡률(k)은 0.02 ~ 0.07, 사이드홀(29)의 길이방향(x)에 대한 사선각(θ)은 11 ~ 43°이다.

기존의 증폭기는 블레이드 구조의 특성상 블레이드의 크기나 곡률의 작은 변화에도 성능이 비선형적으로 변함으로써 증폭기의 최적 설계가 곤란한 반면, 본 발명의 증폭기는 위와 같이 주요 설계변수에 따라 성능이 선형적으로 변함으로써 최적 설계가 용이하며, 이를 통해 각 차종에 맞는 신뢰도 높은 증폭기를 제공할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.

Claims (6)

1. 직관 형태를 갖고 흡기관에 삽입 고정되는 메인관(10); 및

   상기 메인관(10)의 길이방향(x) 일단에 형성되는 작용관(20);

   으로 이루어지며,

   상기 작용관(20)은 초입구측에 외경사면(21)이 형성되고 말단구측에 내경사면(23)이 형성되며,

   상기 작용관(20)의 중심부에는 센터홀(27)이 형성되며, 상기 센터홀(27)을 중심으로 방사 구조로 배치되는 복수의 사이드홀(29)이 형성되되 상기 사이드홀(29)은 일단은 외경사면(21)에 관통 형성되고 타단은 내경사면(23)에 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진출력 증폭기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 외경사면(21)과 내경사면(23) 사이에 천이면(25)이 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진출력 증폭기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 사이드홀(29)은 상기 작용관(20)의 길이방향(x)에 대해 사선각(θ)을 갖는 것을 특징으로 하는 엔진출력 증폭기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 메인관(10) 내경에 대한 센터홀(25) 직경의 상대내경비(d/D)는 0.23 ~ 0.76인 것을 특징으로 하는 엔진출력 증폭기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 외경사면(21)의 연직방향(y)에 대한 경사각(α)은 4 ~ 39°이고,

   상기 내경사면(23)의 연직방향(y)에 대한 경사각(α')은 38 ~ 77°이거나 상기 내경사면(23)의 단면상 곡선의 곡률(k)은 0.02 ~ 0.07인 것을 특징으로 하는 엔진출력 증폭기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 사선각(θ)은 11 ~ 43°인 것을 특징으로 하는 엔진출력 증폭기.

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