KR100336376B1 - 엔진에 도입되는 흡기의 적온예열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 냉각수열을 이용하여 찬공기를 예열시켜 혼합기의 무화를 촉진함에 있어 엔진의 운전조건에 맞추어 노킹을 유발하지 않도록 흡기를 적정 온도로 유지할 수 있는 흡기의 적온예열장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 서지탱크의 외주를 감싸고 있는 워터 재킷과;

상기 워터 재킷으로 냉각수를 유입하는 냉각수 도입통로와;

상기 워터 재킷과 라디에이터측을 연결하는 냉각수 유출통로와;

상기 냉각수 도입통로의 도중에 마련되는 밸브실과;

라디에이터를 통해 냉각된 찬 냉각수를 상기 밸브실에 공급하도록 접속되는 찬 냉각수 공급통로와;

엔진을 순환하면서 더워진 냉각수를 상기 밸브실에 공급하도록 상기 찬 냉각수 공급통로와 나란히 형성되는 더운 냉각수 공급통로와;

상기 밸브실내에 상기 통로들과는 직각 방향으로 이동이 허용되도록 수용되며, 그 이동 위치에 따라 상기 냉각수 유입통로와 상기 찬 냉각수 또는 더운 냉각수통로와 선택적으로 연통시키게 되는 연통공을 구비하는 플런저 밸브와;

상기 밸브의 이동방향으로 유압을 작용하는 오일압 작용통로와;

상기 오일압에 대항하는 방향으로 상기 플런저 밸브를 탄발지지토록 상기 밸브실내에 수용된 탄발스프링;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진에 도입되는 흡기의 적온예열장치{Pre-heating device of engine air}

본 발명은 엔진에 도입되는 공기의 적온예열장치에 관한 것이다.

연소효율을 높이기 위해서는 연료의 무화가 잘되고 공기와 고르게 혼합되는것이 필요하다.

혼합기의 무화가 촉진되기 위해서는 연료의 기화가 잘 일어나야 하며, 연료 및 공기의 온도가 높아지면 비례하여 기화가 촉진되게 된다.

그러나 통상 외부로부터 도입되는 공기는 연료의 기화를 촉진하기에는 그 온도가 낮기 때문에(공기의 온도가 높은 여름철의 경우라도 최고온도는 대략 35℃에 불과) 통상 도입되는 공기를 예열시켜 연소실에 공급하고 있다.

찬 공기를 예열시키는 방법으로는 전기적 가열 방식이나 또는 배기가스열을 이용하는 방법등 다양한 방법이 있으나 최근에는 냉각수의 열을 이용하여 가열하는 방법이 많이 사용되고 있다.

그런데 냉각수를 이용한 방식의 경우 연료의 기화측면에서는 도입되는 공기의 온도가 높을수록 즉, 열교환에 이용되는 냉각수온이 높을수록 좋으나, 혼합기의 온도가 정도 이상 높아지면 공기 밀도가 저하되어 엔진 출력 향상에 방해가 될뿐 아니라 연소실내가 고온이 되는 엔진의 고속 운전시에는 냉각수 온도 높아져 흡기의 예열 온도가 더욱 높아지게되나 높은 온도의 혼합기가 조기 점화를 일으켜 오히려 노킹을 유발하게 되는 문제점이 있는 것이었다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 냉각수열을 이용하여 찬공기를 예열시켜 혼합기의 무화를 촉진함에 있어 엔진의 운전조건에 맞추어 노킹을 유발하지 않도록 흡기를 적정 온도로 유지할 수 있는 흡기의 적온예열장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 흡기의 적온예열장치는 서지탱크의 외주를 감싸고 있는 워터 재킷과;

상기 워터 재킷으로 냉각수를 유입하는 냉각수 도입통로와;

상기 워터 재킷과 라디에이터측을 연결하는 냉각수 유출통로와;

상기 냉각수 도입통로의 도중에 마련되는 밸브실과;

라디에이터를 통해 냉각된 찬 냉각수를 상기 밸브실에 공급하도록 접속되는 찬 냉각수 공급통로와;

엔진을 순환하면서 더워진 냉각수를 상기 밸브실에 공급하도록 상기 찬 냉각수 공급통로와 나란히 형성되는 더운 냉각수 공급통로와;

상기 밸브실내에 상기 통로들과는 직각 방향으로 이동이 허용되도록 수용되며, 그 이동 위치에 따라 상기 냉각수 유입통로와 상기 찬 냉각수 또는 더운 냉각수통로와 선택적으로 연통시키게 되는 연통공을 구비하는 플런저 밸브와;

상기 밸브의 이동방향으로 유압을 작용하는 오일압 작용통로와;

상기 오일압에 대항하는 방향으로 상기 플런저 밸브를 탄발지지토록 상기 밸브실내에 수용된 탄발스프링;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 2 기재에 의하면 상기 탄발스프링의 스프링 상수는 엔진의 저ㆍ중속 운전시의 오일압보다는 크고, 고속 운전시의 오일압보다는 작게 설정되는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 청구항 3 기재에 의하면 엔진의 중ㆍ저속 운전시에는 상기 플런저 밸브의 연통공이 상기 냉각수 유입통로와 더운냉각수 공급통로를 연통시키게 되며, 엔진의 고속운전시에는 오일압에 의해 탄발스프링을 압축하면서 이동하여 상기 연통공이 상기 냉각수 유입통로와 찬냉각수 공급통로를 연통시키게 되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명의 청구항 4 기재에 의하면 상기 탄발스프링의 상수를 결정하는 운전 조건은 2500rpm 내지 2800rpm시의 오일압력을 기준하여 설정되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 엔진에 도입되는 흡기의 적온예열장치의 저ㆍ중속 엔진 구동시 작동 상태를 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 의한 엔진에 도입되는 흡기의 적온예열장치의 고속 엔진 구동시 작동 상태를 나타내는 도면

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 서지탱크 5 : 워터 재킷

6 : 냉각수 유입통로 7 : 냉각수 유출통로

8 : 밸브실 9 : 찬 냉각수 공급통로

10 : 더운 냉각수 공급통로 11 : 플런저 밸브

12 : 연통공 13 : 오일압 작용통로

16 : 탄발스프링

이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 흡기 적온예열장치로서 엔진의 저ㆍ중속 운전시 작동상태를 나타내는 도면이며, 도 2는 엔진의 고속 운전시 본 발명의 작동 상태를 나타내는 도면이다.

도면중 부호 1은 서지탱크이며, 부호 2는 흡기매니폴드, 그리고 부호 3은 실린더헤드이고 부호 4는 흡기포트이다.

이 서지탱크(1) 외주에는 워터 재킷(5)이 감싸고 있으며, 워터 재킷(5)에는 냉각수 유입통로(6)를 통하여 냉각수가 유입되며, 워터 재킷(5)을 통과하면서 서지탱크(11)내의 차가운 공기와 열교환한 냉각수는 냉각수 유출통로(7)를 통하여 라디에이터측으로 순환한다.

상기 냉각수 유입통로(6)의 도중에는 밸브실(8)이 형성되어 있고, 이 밸브실(8)의 타측에는 나란히 두개의 통로, 즉 찬 냉각수 공급통로(9)와 더운냉각수 공급통로(10)가 접속되어 있다.

찬 냉각수 공급통로(9)는 라디에이터를 통하여 방열 냉각된 차가운 냉각수를 상기 워터 재킷(5)에 공급하기 위한 통로이며, 더운 냉각수 공급통로(10)는 엔진(실린더블록과 헤드)을 순환하면서 더워진 냉각수를 워터 재킷(5)에 공급하기 위한 통로이다.

이 밸브실(8)내에는 플런저 밸브(11)가 수용되며, 플런저 밸브(11)는 상기 통로들(9)(10)과는 직각방향으로 이동이 허용되도록 수용되어 있다.

그리고 플런저 밸브(11)에는 상기 냉각수 유입통로(6)와는 항상 연통 상태를 유지하는 반면 이동 위치에 따라 상기 찬 냉각수 공급통로(9)와 더운 냉각수 공급 통로(10)와는 선택적으로 연통되는 연통공(12)이 형성되어 있다.

이 연통공(12)은 상기 3개의 통로(6)(9)(10)들이 나란한 방향일 때는 일자형 구멍으로, 직각을 이룰때에는 직각의 구멍으로 형성된다.

또 이 플런저 밸브(11)의 이동방향으로 오일압이 작용토록 상기 밸브실(8)에 오일압 작용통로(13)가 형성되어 있으며, 이 오일압 작용통로(13)를 통하여 오일펌프로부터 엔진의 각부를 윤활 및 냉각하기 위해 급송되는 엔진오일이 공급되며, 이 오일압에 의해 플런저 밸브(11)가 항시 밀어올려지는 힘을 받게 된다.

도면중 부호 14는 오일압 공급통로(13)에 끼워져 있는 축부분이고, 부호 15는 오일이 밸브실(8)로 유출되어 냉각수에 혼입되는 것을 차단하는 시일부재이다.

상기 오일압이 작용하는 측과 반대측에는 플런저 밸브(11)를 탄발하는 탄발스프링(16)이 구비되어 있으며, 이 탄발스프링(16)은 오일압에 대항하여 반발하도록 플런저 밸브(11)를 탄발지지하는 압축스프링으로 구성된다.

상기 탄발스프링(16)의 스프링 상수는 엔진의 운전조건에 의해 결정되는데 엔진의 고속 운전, 예를 들면 2500∼2800rpm을 기준하여 발생하는 오일압과 평형을 이루도록 설계된다.

이와같이 엔진 rpm 2500∼2800을 기준으로 하는 이유는 통상 3000rpm 이상에서는 오일펌프와 오일필터 사이의 오일압이 규정치 이상 상승되어 릴리프 밸브를 통하여 오일이 바이패스되어 거의 일정 압력을 유지(설계에 따라 달라짐)하기 때문에 최대 오일 압력보다 조금 낮은 압력을 플런저 밸브의 이동 기준점으로 삼아야 플런저 밸브(11)를 작동시킬 수 있기 때문이다.

이와같은 본 발명은 엔진의 중ㆍ저속 운전, 예를 들면 2500rpm이하의 운전 조건에서는 오일압이 탄발스프링(16)의 탄발력보다 작기 때문에 플런저 밸브(11)는 오일압 작용통로(13)측으로 이동하여 연통공(12)이 더운냉각수 공급통로(10)와 연통되기 때문에 워터 재킷(5)에는 엔진을 냉각한 더운냉각수가 공급되는 것이다.

이에따라 서지탱크(1)로 유입된 찬공기가 예열되어 연소실로 공급되므로 연료의 기화가 촉진되고 연료와 공기의 고른 혼합이 유도되는 것이다.

그러나 엔진이 고속 운전, 즉 2500rpm 이상으로 운전되면 이때의 오일압이 탄발스프링(16)의 탄발력보다 높아지게 되면서 플런저 밸브(11)가 탄발스프링(16)을 압축하면서 이동하게 되어 연통공(12)이 찬 냉각수 공급통로(19)와 연통된다.

이에따라 라디에이터에서 방열 냉각된 찬 냉각수가 워터 재킷(5)내로 유입되어 외부로부터 도입되는 흡기를 예열시키게 되는데 앞서의 경우보다 흡기의 예열온다가 낮게 된다.

그런데 찬 냉각수가 유입되어도 흡기가 예열되는 이유는 냉각수가 라디에이터에서 방열 냉각되었다고 하여도 여전히 외부공기(가장 더울때를 기준하여 35℃정도)보다는 온도가 높기 때문이다.

이와같이 앞선 경우보다 흡기의 예열 온도가 낮으므로 고속운전으로 연소실의 온도가 크게 상승하더라도 조기 점화를 유발할 정도로 흡기온도가 높지는 아니하여 노킹발생이 방지되는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면 연소실의 온도가 높아져 조기 점화를 일으킬 우려가 높은 엔진의 고속운전시에는 찬 냉각수를 이용하여 노킹을 일으키지 않는 범위내에서 흡기를 예열하여 연료의 기화를 촉진하며, 연소실의 온도가 낮아 조기 점화의 우려가 적은 엔진의 저ㆍ중속 운전시에는 더운 냉각수를 이용하여 예열 온도를 높이므로써 연료의 기화를 최대한 촉진하게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 서지탱크의 외주를 감싸고 있는 워터 재킷과;

   상기 워터 재킷으로 냉각수를 유입하는 냉각수 도입통로와;

   상기 워터 재킷과 라디에이터측을 연결하는 냉각수 유출통로와; 상기 냉각수 도입 통로의 도중에 마련되는 밸브실과;

   라디에이터를 통해 냉각된 찬 냉각수를 상기 밸브실에 공급하도록 상기 찬 냉각수 공급통로와 나란히 형성되는 더운 냉각수 공급통로와;

   상기 밸브실내에 상기 통로들과는 직각 방향으로 이동이 허용되도록 수용되며, 그 이동 위치에 따라 상기 냉각수 유입통로와 상기 찬 냉각수 또는 더운 냉각수통로와 선택적으로 연통시키게 되는 연통공을 구비하는 플런저 밸브와;

   상기 밸브의 이동방향으로 유압을 작용하는 오일압 작용통로와;

   상기 오일압에 대항하는 방향으로 상기 플런저 밸브를 탄발지지토록 상기 밸브실내에 수용된 탄발스프링;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진에 도입되는 흡기의 적온예열장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄발스프링의 스프링 상수는 엔진의 저ㆍ중속 운전시의 오일압보다는 크고, 고속 운전시의 오일압보다는 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진에 도입되는 흡기의 적온예열장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   엔진의 중ㆍ저속 운전시에는 상기 플런저 밸브의 연통공이 상기 냉각수 유입 통로와 더운 냉각수 공급통로를 연통시키게 되며, 엔진의 고속운전시에는 오일압에 의해 탄발스프링을 압축하면서 이동하여 상기 연통공이 상기 냉각수 유입통로와 찬냉각수 공급통로를 연통시키게 되는 것을 특징으로 하는 엔진에 도입되는 흡기의 적온예열장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 탄발스프링의 상수를 결정하는 운전 조건은 2500rpm시의 오일압력을 기준하여 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진에 도입되는 흡기의 적온예열장치.