엔진 연소속도 향상장치

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)
(51)Int. Cl.6
F02B 31/00
(11) 공개번호 특1998-072678
(43) 공개일자 1998년11월05일
(21) 출원번호 특1997-007594
(22) 출원일자 1997년03월07일
(71) 출원인 기아자동차 주식회사 김영귀
서울특별시 금천구 시흥동 992-28
(72) 발명자 백종기
경기도 안산시 사동 1344번지 욱일아파트 507-903
김명환
서울특별시 관악구 봉천1동 649-67
(74) 대리인 최종왕
심사청구 : 있음
(54) 엔진 연소속도 향상장치
요약
본 발명은 엔진 연소속도 향상장치에 관한 것으로, 종래의 연비의 저감과 배기가스의 저감을 위하여 1실
린더내의 2개의 흡기포트를 연소가스의 유량을 확보하고 유입저항을 감소시키는 스트레이트포트 내지 연
소가스에 맴돌이를 발생시키는 탄젠셜포트로 구성하였으며, 흡기매니폴드내에 엔진의 저속시와 고속시에
알맞은 연료가스를 제어할 수 있는 스왈 컨트롤 밸브를 적용하는데, 이 시스템의 추가에도 연비의 저감과
배기가스의 저감시키는 효과는 적었다.
이에, 본 발명은 예시도면 도 2 내지 도 4 에서와 같이 하나의 실린더에 2개의 흡기포트(10)가 있는 엔진
에서 하나의 흡기포트는 스트레이트포트(12)를 다른 하나의 흡기포트는 탄젠셜포트(14)를 설치하되, 상기
흡기포트(10)와 연결한 흡기매니폴드(16)의 내부에 스왈 컨트롤 밸브(18)가 설치되며, 연소실쪽으로 인젝
터(20)를 접근시키기 위하여 인젝터 취부용 인서트(22)를 설치한 것으로, 엔진의 출력요구에 따라 이에
상응하는 외기와 연료의 혼합가스를 연소실내로 공급하여 연비의 향상시키고 정상연소에 따른 배기가스의
청정화를 유도하여 긍국적으로 엔진의 출력을 향상시키는 효과가 있다.
대표도
도4
명세서
도면의 간단한 설명
도 1 은 종래 엔진의 흡입포트를 나타낸 도면으로, (가)는 탄젠셜포트를 나타낸 도면이고, (나)는 스트레
이트포트를 나타낸 도면이고, (다)는 흡기매니폴드내의 스왈 컨트롤 밸브(SCV)를 나타낸 도면,
도 2 는 본 발명에 따른 인젝터를 도시한 도면,
도 3 은 4기통 실린더의 흡기포트를 나타낸 도면,
도 4 는 본 발명에 따른 엔진의 흡입포트를 나타낸 도면으로, (가)는 보통주행시 탄젠셜포트를 사용할 때
를 나타낸 도면이고, (나)는 고속주행시 스트레이트포트와 탄젠셜포트를 사용할 때를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 ; 흡기포트, 12 : 스트레이트포트,
14 : 탄젠셜포트, 16 : 흡기매니폴드,
18 : 스왈 컨트로 밸브, 20 : 인젝터,
22 : 인서트, 24 : 인젝션.
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술
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본 발명은 엔진 연소속도 향상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 출력을 향상시키고 연비의 향
상과 배기가스의 청정화를 위한 흡기포트의 구조를 변경한 엔진 연소속도 향상장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진은 차량의 동력을 발생시키는 중요한 부분으로, 연소실에서 발생한 열에너지를 기계적 일
로 바꾸는 기관이며 피스톤의 직선운동을 회전운동으로 바꾸기 위하여 피스톤과 크랭크축을 커넥팅로드로
연결한 기구로 이루어졌으며, 혼합기를 흡입하고 압축한 다음 점화 연소시켜 연소가스를 배출하는 흡입,
압축, 폭발, 배기의 4단계를 반복하여 동력을 발생시킨다.
이러한 엔진은 상기한 기관본체와 기관의 작동을 원활하게 하고 그 수명을 오래 유지하기 위해 운동마찰
부분에 윤활유를 공급하여 주는 윤활장치, 기관을 냉각하여 과열을 방지하기 위한 냉각장치, 기관이 필요
로 하는 알맞은 혼합기를 공급하여 기관의 성능과 출력을 좌우하는 연료장치, 배기가스의 대책으로 폭넓
은 운전조건하에서 정밀한 연료제어를 해 주는 연료분사장치, 실린더 안으로 혼합기를 흡입하고 연소가스
를 외부로 배출하는 흡·배기장치로 이루어져 있다.
가솔린 엔진에서는 외기와 연료를 혼합하여 실린더에 공급하기 때문에 실린더헤드에 설치되어 있는 흡기
포트는 그 형상에 따라 도 1 에 도시된 바와 같이 스트레이트 포트(2)로 이루어진 엔진(1)과 탄젠셜
(Tangential) 포트(3)로 이루어진 엔진(1)으로 대별된다.
상기 흡기포트는 실린더내 연료가스의 연소에 큰 영향을 주게 되고 이것이 주목되면서 저공해 엔진(1)이
개발되었으며, 근본적인 해결을 위하여 연소가스의 연소효율 자체를 개선할 필요가 있었다.
이와 관련하여 흡기포트는 1실린더 4밸브로 흡배기 밸브의 복수화에 의해 흡기포트 자체는 본래의 고출력
엔진과 마찬가지로 스트레이트한 형상으로 유량을 확보하고 유입저항의 감소를 목적으로 한 스트레인트포
트(2)가 있다.
또한, 흡입포트를 약간 비틀어 설계하여 연소가스에 강한 맴돌이를 발생시키는데, 이 결과 연소가스는 실
린더내에 잔유하고 있는 배출가스와 혼합되어 실린더내의 연소가스 농도를 균일화 시켜주어 적은 연료로
엔진의 출력을 향상시키는 탄젠셜포트(3)가 있다.
그리고, 상기한 흡기포트와 관련하여 흡기매니폴드는 기화기와 흡기포트를 연결하는 파이프이며 흡기포트
와 마찬가지로 연료가스를 실린더로 보내기 위한 부품이다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
그러나, 상술된 바와 같이 연비의 저감과 배기가스의 저감을 위하여 1실린더내의 2개의 흡기포트를 연소
가스의 유량을 확보하고 유입저항을 감소시키는 스트레이트포트(2) 내지 연소가스에 맴돌이를 발생시키는
탄젠셜포트(3)로 구성하였으며, 흡기매니폴드내에 엔진(1)의 저속시와 고속시에 알맞은 연료가스를 제어
할 수 있는 SCV(Swirl Control Valve)를 적용하는데, 이 시스템의 추가에도 연비의 저감과 배기가스의 저
감시키는 효과는 적었다.
이에 본 발명은 상기한 종래 기술이 지닌 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로, 엔진의 출력을 향
상시키고 연비의 향상시키며 배기가스의 청정화를 위한 흡기포트의 구조를 변경하여 엔진 연소속도 향상
장치를 제공하는데 발명의 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 하나의 실린더에 2개의 흡기포트가 있는 엔진에서 하나의
흡기포트는 스트레이트포트를 다른 하나의 흡기포트는 탄젠셜포트를 설치시키고, 상기 흡기포트와 연결한
흡기매니폴드의 내부에 스왈 컨트롤 밸브를 설치시키며, 연소실쪽으로 인젝터를 접근시키기 위하여 인젝
터 취부용 인서트를 설치한 것이다.
따라서, 본 발명은 엔진의 출력요구에 따라 이에 상응하는 외기와 연료의 혼합가스를 연소실내로 공급하
여 연비의 향상시키고 정상연소에 따른 배기가스의 청정화를 유도하여 엔진의 출력을 향상시키는 것이다.
발명의 구성 및 작용
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 하나의 실린더에 2개의 흡기포트(10)가 있는 엔진에서 하나의 흡기포트는 스트레이트포트(12)
를 다른 하나의 흡기포트는 탄젠셜포트(14)를 설치하되, 상기 흡기포트(10)와 연결한 흡기매니폴드(16)의
내부에 스왈 컨트롤 밸브(SCV,18)가 설치되며, 연소실쪽으로 인젝터(20)를 접근시키기 위하여 인젝터 취
부용 인서트(22)를 설치한 엔진 연소속도 향상장치이다.
이를 위하여 본 발명의 인젝터(20)는 예시도면 도 2 에 도시된 바와 같이 인서트(22)가 설치된 구조이다.
이는 종래의 인젝터에 반하여 연료를 분사하여 주는 분사장치인 인젝터(20)와 실제로 연료가 분사되는 노
즐인 인젝션(24)의 중간에 연결된 매개체이며, 이 인서트(22)는 전체적으로 인젝터(20)의 설치위치를 연
소실쪽으로 근접시키는 역할을 하는 것이다.
본 발명은 하나의 실린더에 2개의 흡기포트(밸브)와 2개의 배기포트(밸브)가 설치된 엔진으로 흡기포트
(10)의 하나는 외기의 유입저항이 감소되고 유량확보가 유리한 스트레이트포트(12)가 설치되고, 흡기포트
(10)의 다른 하나는 흡기포트를 약간 비틀어 설계하여 맴돌이를 발생시키는 탄젠셜포트(14)를 설치한 것
이다.
또한, 상기한 흡기포트(10)는 도 3 에 도시된 바와 같이 제 1 실린더와 제 3 실린더의 우측은 스트레이트
포트(12)를 설치하고 좌측은 탄젠셜포트(14)를 설치한 것이고, 제 2 실린더와 제 4 실린더의 좌측은 스트
레이트포트(12)를 설치하고 우측은 탄젠셜포트(14)를 설치한 것이며, 상기 스트레이트포트(12)에 외기의
유동을 개폐시키는 스왈 컨트롤 밸브(18)를 설치한 것이다.
따라서, 본 발명의 엔진 연소속도 향상장치는 예시도면 도 4 에 표현된 바와 같으며, 그 작용과 기대효과
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는 후술되는 바와 같다.
차량의 운행에 따라 엔진의 속도는 저속에서 고속으로 상이하게 변화하며, 도 4 의 (가)는 차량의 보통주
행시 흡기포트(10)의 상태를 나타낸 것으로, 엔진의 보통주생시란 엔진의 RPM이 2500∼3000을 유지하는
구간을 말하며, 이는 실질적으로 가장 많이 사용되는 상태이다.
따라서, 이러한 상태에서 스트레이트포트(12)는 스왈 컨트롤 밸브(18)의 닫힘으로 외기의 유입이 금지되
고 탄젠셜포트(14)만 사용하게 되는 것이며, 이로써 보통주행시 엔진은 하나의 포트만를 사용하여 정밀한
연비를 연소실내로 공급하여 주는 것이다.
이와 관련하여 엔진의 흡기포트로 유입되는 외기는 탄젠셜포트(14)에서만 공급되어 외기가 유입되지 않는
스트레이트포트(12)측의 연소실에서는 부압이 발생하게 되며, 이로인한 인젝터(20)에서 분사되는 연료와
혼합된 혼합가스가 연소실내로 고루게 분포할 수 없는 문제점이 있었으며, 이는 상기한 인서트(22)의 설
치로 인젝터(20)를 연소실쪽으로 근접시킴으로써 외기가 흡기포트에서 연소실로 공급되는 시점에서 홉합
가스의 무화가 이루어지도록 한 것이다.
또한, 도 4 의 (나)는 차량의 고부하 고속주행시 흡기포트(10)의 상태를 나타낸 것으로, 이러한 상태에서
는 엔젝터(20)에서 많은 양의 연료가 분사됨과 동시에 흡기포트(10)에서도 많은양의 외기를 필요로 하게
되다.
이를 위하여 스트레이트포트(12)의 스왈 컨트롤 밸브(18)는 오픈되고 외기의 유입이 연소실쪽으로 진행되
며, 또한 탄젠셜포트(14)도 외기를 흡입하여 결과적으로 양 포트를 모두 사용하게 되는 것이다.
따라서, 본 발명은 엔진의 최적화를 위하여 ECU에 의해서 제어되는 연료의 양과 분사시기에 맞추어 외기
를 연소실내로 공급하여 엔진의 출력을 향상시키고 연비의 향상시키며 배기가스의 청정화를 이룰 수
있다.
발명의 효과
상술된 바와 같이 본 발명은 인젝터의 연소실근접을 위하여 인서트를 설치하고 흡기포트를 유동확보를 위
한 탄젠셜포트와 유량확보를 위한 스트레이트포트를 설치하며 상기 스트레이트포트에 스왈 컨트롤 밸브를
설치한 것으로, 엔진의 출력요구에 따라 이에 상응하는 외기와 연료의 혼합가스를 연소실내로 공급하여
연비의 향상시키고 정상연소에 따른 배기가스의 청정화를 유도하여 긍국적으로 엔진의 출력을 향상시키는
효과가 있다.
(57) 청구의 범위
청구항 1
하나의 실린더에 2개의 흡기포트(10)가 있는 엔진에서 하나의 흡기포트는 스트레이트포트(12)를 다른 하
나의 흡기포트는 탄젠셜포트(14)를 설치하되, 상기 흡기포트(10)와 연결한 흡기매니폴드(16)의 내부에 스
왈 컨트롤 밸브(SCV,18)가 설치되며, 연소실쪽으로 인젝터(20)를 접근시키기 위하여 인젝터 취부용 인서
트(22)를 설치한 것을 특징으로 하는 엔진 연소속도 향상장치.
청구항 2
제 1 항에 있어서, 흡기포트(10)는 4기통 실린더에서 제 1 실린더와 제 3 실린더의 우측 흡기포트를 스트
레이트포트(12)로 설치하고, 제 2 실린더와 제 4 실린더의 좌측 흡기포트를 스트레이포트(12)로 하며, 이
포트에 스왈 컨트롤 밸브(18)가 설치된 것을 특징으로 하는 엔진 연소속도 향상장치.
도면
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도면1
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도면2
도면3
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도면4
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