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KR101470167B1 - 엔진의 흡기계 - Google Patents

엔진의 흡기계 Download PDF

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KR101470167B1
KR101470167B1 KR20130067695A KR20130067695A KR101470167B1 KR 101470167 B1 KR101470167 B1 KR 101470167B1 KR 20130067695 A KR20130067695 A KR 20130067695A KR 20130067695 A KR20130067695 A KR 20130067695A KR 101470167 B1 KR101470167 B1 KR 101470167B1
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KR
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cylinder
differential
intake system
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Inventor
김우태
이춘우
서인기
임준원
황일중
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 스로틀바디(1)와; 상기 스로틀바디(1)로부터 분지되는 적어도 2개 이상의 제1차분지관로(3)와; 상기 제1차분지관로(3)로부터 하나의 엔진을 구성하는 다수의 실린더(5) 중 적어도 2개 이상의 실린더(5)로 분지되는 복수의 제2차분지관로(7); 를 포함하되, 상기 스로틀바디(1)의 스로틀밸브(9)와 상기 제1차분지관로(3) 사이에는 소정의 체적으로 공기를 수용하는 제1챔버(11)가 구비되고, 상기 제1차분지관로(3)는 전체 체적이 적어도 각 실린더(5)의 행정체적보다 큰 체적을 가지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

엔진의 흡기계{INTAKE SYSTEM FOR ENGINE}
본 발명은 엔진의 흡기계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 실린더를 구비한 엔진의 각 실린더로 공기를 공급하도록 하는 흡기계의 구조에 관한 기술이다.
종래 다수의 실린더를 구비한 다실린더 엔진의 흡기계는 통상 흡기매니폴드를 사용하여 각 실린더에 공기를 공급할 수 있는 구성을 취하고 있다.
흡기매니폴드는 대기로부터 흡입되는 입구는 하나이지만 이를 다수의 각 실린더로 분지시켜서 공급할 수 있도록, 대기와 연결되는 하나의 관로에서 다수의 관로로 분지되어 각 실린더로 연결되는 구성을 가지고 있다.
한편, 엔진의 실린더에는 가급적 최대의 공기량을 흡입하여 체적효율을 극대화 할 수 있어야, 제한된 체적 내에서 더 많은 연료의 연소가 가능하여 엔진의 비출력을 향상시킬 수 있다.
따라서, 엔진의 각 실린더로 공기를 공급하게 되는 흡기매니폴드를 포함하는 엔진의 흡기계 전체의 구성은 엔진의 성능에 매우 큰 영향을 미치는 요인이 된다.
상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1020060002213 A
본 발명은 다수의 실린더를 구비한 다실린더 엔진에서 각 실린더의 체적효율을 극대화할 수 있도록 공기를 공급하는 구성을 취함으로써, 궁극적으로 엔진의 출력 성능을 극대화시킬 수 있도록 한 엔진의 흡기계를 제공함에 그 목적이 있다
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 흡기계는
스로틀바디(1)와; 상기 스로틀바디(1)로부터 분지되는 적어도 2개 이상의 제1차분지관로(3)와; 상기 제1차분지관로(3)로부터 하나의 엔진을 구성하는 다수의 실린더(5) 중 적어도 2개 이상의 실린더(5)로 분지되는 복수의 제2차분지관로(7); 를 포함하되, 상기 스로틀바디(1)의 스로틀밸브(9)와 상기 제1차분지관로(3) 사이에는 소정의 체적으로 공기를 수용하는 제1챔버(11)가 구비되고, 상기 제1차분지관로(3)는 전체 체적이 적어도 각 실린더(5)의 행정체적보다 큰 체적을 가지도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 제1차분지관로(3)의 전체 체적을 형성하기 위하여, 상기 제1차분지관로(3)에는 관로 상에 공기를 수용하는 별도의 제2챔버(13)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 제2챔버(13)는 상기 제1차분지관로(3)의 관로 상에 관로의 단면이 확장되었다가 수축하는 공간의 형태로 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 제2챔버(13)는 상기 제1차분지관로(3)의 관로 중간에 별도의 연결목(19)을 통하여 연결되는 공간의 형태로 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 제1챔버(11)의 체적과 상기 제1차분지관로(3)의 전체 체적은 각각 각 실린더(5) 행정체적의 적어도 2배 이상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
하나의 제1차분지관로(3)로부터 분지되는 복수의 제2차분지관로(7)는, 일련의 점화시기 중, 다른 실린더(5)의 점화시기에 의해 점화시기가 서로 이격되는 복수의 실린더(5)에 각각 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진은 차례로 1 내지 4번 실린더(5)가 일렬로 배치된 인라인 4기통 엔진이고; 상기 제1차분지관로(3)는 스로틀바디(1)로부터 2개로 분지되며; 상기 제2차분지관로(7)는 상기 각 제1차분지관로(3)로부터 2개씩 분지되고; 상기 2개의 제1차분지관로(3) 중 하나로부터 분지된 2개의 제2차분지관로(7)는 각각 2번실린더(5)와 3번실린더(5)로 연결되며; 나머지 하나의 제1차분지관로(3)로부터 분지된 2개의 제2차분지관로(7)는 각각 1번실린더(5)와 4번실린더(5)로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 제1차분지관로(3)는 상기 스로틀바디(1) 후단으로부터 나선형으로 꼬이면서, 상기 나선형의 중앙에 공기를 수용하는 별도의 복수의 제2챔버(13)가 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 제2챔버(13)는 상기 복수의 제1차분지관로(3)에 의해 형성되는 나선형의 중심축을 따라 일정한 단면 형상이 길게 연장되어 이루어지는 용기 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 제2챔버(13)는 상기 복수의 제1차분지관로(3)에 의해 형성되는 나선형의 중심축을 따라 각각 반원형의 일정한 단면 형상이 길게 연장되어 하나의 원통형 외관을 이루는 용기들로 형성된 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 다수의 실린더를 구비한 다실린더 엔진에서 각 실린더의 체적효율을 극대화할 수 있도록 공기를 공급하는 구성을 취함으로써, 궁극적으로 엔진의 출력 성능을 극대화시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진의 흡기계의 제1실시예를 설명한 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 엔진의 흡기계의 제2실시예를 설명한 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 엔진의 흡기계를 예시한 사시도,
도 4는 도 3의 좌측 관측도,
도 5는 본 발명의 효과를 종래와 비교한 엔진속도에 따른 토크의 그래프이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명 실시예들은 스로틀바디(1)와; 상기 스로틀바디(1)로부터 분지되는 적어도 2개 이상의 제1차분지관로(3)와; 상기 제1차분지관로(3)로부터 하나의 엔진을 구성하는 다수의 실린더(5) 중 적어도 2개 이상의 실린더(5)로 분지되는 복수의 제2차분지관로(7)를 포함하여 구성된다.
즉, 스로틀바디(1)는 대기측으로부터 적어도 하나의 관로를 통해 공기를 유입 받고, 스로틀밸브(9)를 통해 엔진으로 흡입되는 전체적인 공기의 양을 제어하며, 상기 스로틀바디(1) 후단으로부터는 상기 제1차분지관로(3)와 제2차분지관로(7)의 순차적인 분지 구조에 의해 각 실린더(5)로 공기가 공급될 수 있도록 구성된 것이다.
상기 스로틀바디(1)의 스로틀밸브(9)와 상기 제1차분지관로(3) 사이에는 소정의 체적으로 공기를 수용하는 제1챔버(11)가 구비되고, 상기 제1차분지관로(3)는 전체 체적이 적어도 각 실린더(5)의 행정체적보다 큰 체적을 가지도록 형성된다.
도 1 및 도 2의 실시예들에서, 상기 제1차분지관로(3)의 전체 체적을 형성하기 위하여, 상기 제1차분지관로(3)에는 관로 상에 공기를 수용하는 별도의 제2챔버(13)가 더 구비된 구조이다.
물론, 상기 제1차분지관로(3)는 상기 제2챔버(13)를 별도로 구비하지 않고, 자체만의 전체 체적이 상기 각 실린더의 행정체적보다 크게 구성하도록 할 수도 있을 것이다.
도 1의 제1실시예에서, 상기 제2챔버(13)는 상기 제1차분지관로(3)의 관로 상에 관로의 단면이 확장되었다가 수축하는 공간의 형태로 구비되며, 도 2의 제2실시예에서, 상기 제2챔버(13)는 상기 제1차분지관로(3)의 관로 중간에 별도의 연결목(19)을 통하여 연결되는 공간의 형태로 구비된 구성이다.
여기서, 상기 제1챔버(11)의 체적과 상기 제1차분지관로(3)의 전체 체적은 각각 각 실린더(5) 행정체적의 적어도 2배 이상으로 형성되어야 한다.
즉, 각 실린더(5)에서 요구되는 공기량을 항상 원활하게 충족시켜 줄 수 있도록 하기 위해서는, 상기 제1챔버(11)의 체적 및 상기 제1차분지관로(3)의 전체 체적이 각각 각 실린더(5) 행정체적의 적어도 2배 이상이 되는 체적을 가지고 있어야 각 실린더(5)에서 충분한 체적효율 확보로 엔진의 출력 향상이 이루어지는 것이다.
도 5는 상기한 바와 같은 제1챔버(11)의 체적 및 제1차분지관로(3) 전체 체적의 제한 사항이 적용된 본 발명의 경우에, 종래 본 발명을 사용하지 않은 통상의 엔진 및 배기계에만 4-2-1형식의 배기매니폴드를 사용한 엔진의 출력 특성에 비하여, 본 발명이 적용된 엔진이 보다 향상된 출력특성을 발휘하고 있는 실험 데이터를 나타내고 있으며, 특히 본 발명은 종래에 비하여 엔진의 저속 및 중속 영역에서 현저한 출력의 향상을 나타내고 있음을 알 수 있다.
한편, 하나의 제1차분지관로(3)로부터 분지되는 제2차분지관로(7)들은, 일련의 점화시기 중, 다른 실린더(5)의 점화시기에 의해 점화시기가 서로 이격되는 실린더(5)들에 각각 연결되도록 하여, 각 실린더(5) 사이의 흡기간섭이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
즉, 도 1 또는 도 2와 같이 상기 엔진이 차례로 1 내지 4번 실린더(5)가 일렬로 배치된 인라인 4기통 엔진인 경우에, 상기 제1차분지관로(3)는 스로틀바디(1)로부터 2개로 분지되며, 상기 제2차분지관로(7)는 상기 각 제1차분지관로(3)로부터 2개씩 분지되고, 상기 2개의 제1차분지관로(3) 중 하나로부터 분지된 2개의 제2차분지관로(7)는 각각 2번실린더(5)와 3번실린더(5)로 연결되며, 나머지 하나의 제1차분지관로(3)로부터 분지된 2개의 제2차분지관로(7)는 각각 1번실린더(5)와 4번실린더(5)로 연결되는 것이다.
물론, 이때, 상기 엔진의 점화순서는 1-3-4-2번 실린더(5) 순서 등으로 점화가 이루어지므로, 상기와 같이 제2차분지관로(7)에 연결된 각 실린더(5)는 상기 제2차분지관로(7) 및 제1차분지관로(3)에 의해 인접한 점화시기의 실린더(5)로부터 서로 격리에 가까운 상태로 상기 스로틀바디(1)로부터 거의 독립적으로 공기를 공급받는 상태가 되어, 흡기간섭에 의한 체적효율의 저하가 방지되는 것이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예를 입체적으로 예시한 것으로서, 상기 제1차분지관로(3)들은 상기 스로틀바디(1) 후단으로부터 나선형으로 꼬이면서, 상기 나선형의 중앙에 상기 제2챔버(13)들이 위치하도록 형성되고, 상기 제2차분지관로(7)들은 실린더(5)로 연결되는 단부가 일직선상으로 개구된 상태로 배치되는 구조이다.
여기서, 상기 제2챔버(13)들은 상기 제1차분지관로(3)들이 형성하는 나선형의 중심축을 따라 일정한 단면 형상이 길게 연장되어 이루어지는 용기 형상으로 이루어질 수 있다.
특히, 본 실시예에서, 상기 제2챔버(13)들은 상기 제1차분지관로(3)들이 형성하는 나선형의 중심축을 따라 각각 반원형의 일정한 단면 형상이 길게 연장되어 하나의 원통형 외관을 이루는 용기들로 형성된 구성으로 컴팩트한 흡기계를 구성하면서도 각 실린더(5)의 체적효율 확보를 위한 충분한 제2챔버(13)의 체적 확보가 가능한 구조인 것이다.
물론, 상기 제2챔버(13)들은 도시된 바와 같이 서로 분리된 두 반원형 단면의 용기를 서로 인접하게 배치하여 원통형 외관을 갖도록 할 수도 있지만, 상기 두 용기를 일체로 구성하고 중앙에 이들을 격리하는 격벽을 가진 일체의 원통형으로 구성하는 것도 가능할 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; 스로틀바디
3; 제1차분지관로
5; 실린더
7; 제2차분지관로
9; 스로틀밸브
11; 제1챔버
13; 제2챔버
19; 연결목

Claims (11)

  1. 스로틀바디(1)와;
    상기 스로틀바디(1)로부터 분지되는 적어도 2개 이상의 제1차분지관로(3)와;
    상기 제1차분지관로(3)로부터 하나의 엔진을 구성하는 다수의 실린더(5) 중 적어도 2개 이상의 실린더(5)로 분지되는 복수의 제2차분지관로(7); 를 포함하되,
    상기 스로틀바디(1)의 스로틀밸브(9)와 상기 제1차분지관로(3) 사이에는 소정의 체적으로 공기를 수용하는 제1챔버(11)가 구비되고, 상기 제1차분지관로(3)는 전체 체적이 적어도 각 실린더(5)의 행정체적보다 큰 체적을 가지도록 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1차분지관로(3)의 전체 체적을 형성하기 위하여, 상기 제1차분지관로(3)에는 관로 상에 공기를 수용하는 별도의 제2챔버(13)가 더 구비된 것
    을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2챔버(13)는 상기 제1차분지관로(3)의 관로 상에 관로의 단면이 확장되었다가 수축하는 공간의 형태로 구비된 것
    을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2챔버(13)는 상기 제1차분지관로(3)의 관로 중간에 별도의 연결목(19)을 통하여 연결되는 공간의 형태로 구비된 것
    을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  6. 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1챔버(11)의 체적과 상기 제1차분지관로(3)의 전체 체적은 각각 각 실린더(5) 행정체적의 적어도 2배 이상으로 형성된 것
    을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  7. 청구항 6에 있어서,
    하나의 제1차분지관로(3)로부터 분지되는 복수의 제2차분지관로(7)는, 일련의 점화시기 중, 다른 실린더(5)의 점화시기에 의해 점화시기가 서로 이격되는 복수의 실린더(5)에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 엔진은 차례로 1 내지 4번 실린더(5)가 일렬로 배치된 인라인 4기통 엔진이고;
    상기 제1차분지관로(3)는 스로틀바디(1)로부터 2개로 분지되며;
    상기 제2차분지관로(7)는 상기 각 제1차분지관로(3)로부터 2개씩 분지되고;
    상기 2개의 제1차분지관로(3) 중 하나로부터 분지된 2개의 제2차분지관로(7)는 각각 2번실린더(5)와 3번실린더(5)로 연결되며;
    나머지 하나의 제1차분지관로(3)로부터 분지된 2개의 제2차분지관로(7)는 각각 1번실린더(5)와 4번실린더(5)로 연결된 것
    을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 제1차분지관로(3)는 상기 스로틀바디(1) 후단으로부터 나선형으로 꼬이면서, 상기 나선형의 중앙에 공기를 수용하는 별도의 복수의 제2챔버(13)가 위치하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 제2챔버(13)는 상기 복수의 제1차분지관로(3)에 의해 형성되는 나선형의 중심축을 따라 일정한 단면 형상이 길게 연장되어 이루어지는 용기 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 제2챔버(13)는 상기 복수의 제1차분지관로(3)에 의해 형성되는 나선형의 중심축을 따라 각각 반원형의 일정한 단면 형상이 길게 연장되어 하나의 원통형 외관을 이루는 용기들로 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계
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