KR100528233B1 - 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법 및 그 장치 - Google Patents

하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법 및 그 장치에 관한 것이며, 그 목적은 디젤엔진에서 연소에 의해 발생된 배기가스의 에너지를 효율적으로 이용하고, 연소 및 열 부하 감소에 필요한 공기량 확보 및 역류를 방지하고, 저 연료소모율을 구현하며, 고 부하에서 정압과급의 장점인 저 연비와 저 부하에서 펄스 과급의 장점인 저 매연 및 우수한 가속 성능을 동시에 구현 할 수 있도록 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진의 과급방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 다기통 디젤엔진의 터보 배기가스 과급장치에 있어서, 터빈(11)(11a)(11b)에 일측단이 연결되는 배기분기관(10)(10a)(10b)은 실린더를 중심으로 2열로 배열되고, 터빈(11)(11a)(11b)의 최외곽에 위치한 실린더는 양측의 배기 분기관(10)(10a)(10b)과 연결되며, 그 외의 나머지 실린더는 일측만 배기 분기관(10)(10a)(10b)과 연결되어 구성됨으로써, 터빈(11)(11a)(11b)의 최외곽에 위치한 실린더(5)(7)(8)에서 나오는 압력 최고치를 두개로 분리시켜 낮추고 연속적으로 배기가스를 터빈에 공급함으로써 터빈 효율을 향상시키고 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법 및 그 장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법 및 그 장치{Hi-Pulse Turbo-Charging System for Multi-Cylinder Diesel Engine}
본 발명은 하이펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤엔진에서 연소에 의해 발생된 배기가스의 에너지를 효율적으로 이용하고, 연소 및 열 부하 감소에 필요한 공기량 확보 및 역류를 방지하고, 저 연료소모율을 구현하며, 고 부하에서 정압과급의 장점인 저 연비와 저 부하에서 펄스 과급의 장점인 저 매연 및 우수한 가속 성능을 동시에 구현 할 수 있도록 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법 및 그 장치에 관한 것이다.
일반적으로 다기통 디젤엔진의 배기가스 터보 과급장치는 배기시스템과 과급기 그리고 흡기 시스템으로 구성되어 있다. 이 중에서 배기시스템은 각 실린더의 배기통로와 과급기의 터빈을 연결시키는 배기관 및 배기 분기관으로 구성되어 있으며, 이들의 형상과 크기 그리고 배열에 따라 다양한 형태로 배기가스의 에너지를 이용할 수 있다.
종래의 다기통 디젤엔진 과급 방법에는 도 1a 및 도 1b에서 도시된 바와 같이 배기 시스템에 따라 크게 정압과급방식과 동압과급방식으로 나누어지며, 정압과급방식에는 콘스턴트 프레셔(Constant Pressure) 및 모듈러 펄스 컨버터(Modular Pulse Converter) 배기시스템이 있으며, 동압과급방식은 펄스(Pulse) 및 심플-펄스 컨버터(Simple-Pulse Converter), 멀티-펄스 컨버터(Multi-Pulse Converter) 등의 배기시스템이 있다.
그러나 상기와 같은 정압과급방식은 비교적 구조가 간단하여 제품의 생산성 및 유지/보수성이 좋으며, 높은 부하에서 운전 시 연료소모율이 낮은 장점이 있지만, 낮은 부하에서 운전 시 많은 매연이 발생할 뿐만 아니라 엔진의 가속성능이 낮아 별도의 보조 장치가 필요하다는 문제점이 있으며, 동압과급방식은 낮은 부하에서 운전 시 매연이 적고, 엔진의 가속성능이 좋아 별도의 보조 장치가 필요 없다는 장점은 있지만 배기가스가 터빈에 단속적으로 공급되어 터빈의 효율을 떨어뜨리고 구조가 복잡하여 제품의 생산성 및 유지/보수성이 나쁘다는 문제점이 있었다.
즉 도 6은 도 1a에서 도시된 바와 같은 종래의 펄스 과급방식에서 5실린더, 7실린더, 8실린더에서의 각각의 배기 분기관을 통해 터빈으로 공급되는 배기가스의 유동 양상을 도시한 것으로서, 도 6의 5실린더와 7실린더 및 8실린더의 각각의 배기 분기관으로부터 터빈에 공급되는 배기가스에 양상을 도시한 그래프를 살펴보면 실린더 수와 관계없이 각각의 배기 분기관을 통해 터빈으로 공급되는 배기가스가 배출되지 않는 구간이 다수 존재함으로써 배기가스가 터빈에 연속적으로 공급되지 아니하고 단속적으로 공급됨으로써 터빈의 효율을 저하시킨다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로, 터빈에 일측단이 연결되는 배기분기관은 실린더를 중심으로 실린더의 상부와 하부에 2열로 배열되고, 터빈의 최외곽에 위치한 실린더는 양측의 배기 분기관과 연결되며, 그 외의 나머지 실린더는 실린더를 중심으로 실린더의 상부에 위치한 배기 분기관과 하부에 위치한 배기 분기관 중 선택된 어느 하나의 배기 분기관에 일측만 연결함으로써 터빈의 최외곽에 위치한 실린더에서 나오는 압력 최고치를 두개로 분리시켜 낮추고, 연속적으로 배기가스를 터빈에 공급하여 터빈 효율을 향상시키며, 연소 및 열 부하 감소에 필요한 공기량 확보 및 역류를 방지하고, 저 연료소모율을 구현하며, 고 부하에서 정압과급의 장점인 저 연비와 저 부하에서 펄스 과급의 장점인 저 매연 및 우수한 가속 성능을 동시에 구현 할 수 있도록 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법 및 그 장치를 제공함을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 고안의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 다기통 디젤엔진의 과급장치를 도시한 것으로서, 그 구성은 다기통 디젤엔진의 터보 배기가스 과급장치에 있어서, 터빈(11)(11a)(11b)에 일측단이 연결되는 배기분기관(10)(10a)(10b)은 실린더를 중심으로 실린더의 상부와 하부에 2열로 배열되고, 터빈(11)(11a)(11b)의 최외곽에 위치한 실린더(5)(7)(8)는 양측이 배기 분기관과 연결되며, 그 외의 나머지 실린더는 실린더를 중심으로 실린더의 상부에 위치한 배기 분기관과 하부에 위치한 배기 분기관 중 선택된 어느 하나의 배기 분기관에 일측만 연결되어 구성된다.
즉, 다기통 디젤엔진 중 1번 실린더(1)를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더(1)-2번 실린더(2)-4번 실린더(4)-5번 실린더(5)-3번 실린더(3)인 5기통 디젤엔진은 실린더를 중심으로 실린더의 하부에 위치한 배기 분기관에 1번 실린더(1)와 4번 실린더(4)가 배기관(9)에 의해 연결되고, 2번 실린더(2)와 3번 실린더(3)는 실린더를 중심으로 실린더의 하부에 위치한 배기 분기관에 배기관(9)에 의해 연결되며, 5번 실린더(5)는 실린더의 상부에 위치한 배기 분기관과 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된다.
또한 상기 다기통 디젤엔진 중 1번 실린더(1a)를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더(1a)-2번 실린더(2a)-4번 실린더(4a)-6번 실린더(6)-7번 실린더(7)-5번 실린더(5a)-3번 실린더(3a)인 7기통 디젤엔진은 실린더를 중심으로 실린더의 하부에 위치한 배기 분기관에 1번 실린더(1a)와 6번 실린더(6) 및 3번 실린더(3a)가 배기관(9a)에 의해 연결되고, 2번 실린더(2a)와 4번 실린더(4a) 및 5번 실린더(5a)는 실린더를 중심으로 실린더의 하부에 위치한 배기 분기관에 배기관(9a)에 의해 연결되며, 7번 실린더(7)는 실린더의 상부에 위치한 배기 분기관과 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된다.
또한 상기 다기통 디젤엔진 중 1번 실린더(1b)를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더(1b)-3번 실린더(3b)-5번 실린더(5b)-7번 실린더(7a)-8번 실린더(8)-6번 실린더(6a)-4번 실린더(4b)-2번 실린더(2b)인 8기통 디젤엔진은 실린더를 중심으로 실린더의 하부에 위치한 배기 분기관에 1번 실린더(1b)와 7번 실린더(7a) 및 2번 실린더(2b)가 배기관(9b)에 의해 연결되고, 3번 실린더(3b)와 5번 실린더(5b) 및 6번 실린더(6a)와 4번 실린더(4b)는 실린더를 중심으로 실린더의 상부에 위치한 배기 분기관에 배기관(9b)에 의해 연결되며, 8번 실린더(8)는 실린더의 상부에 위치한 배기 분기관과 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된다.
일반적으로 흡기행정에서 흡기밸브를 통하여 연소실내로 유입된 공기는 압축행정에서 고온/고압으로 압축되며, 이 때에 연료가 분사되면 급속한 연소가 이루어져 연소실내의 압력 및 온도가 매우 커져서 피스톤을 밀어내는 팽창행정이 진행되고 엔진은 동력을 얻은 후, 연소된 배기가스는 배기밸브가 열리면서 배기관(9)(9a)(9b) 및 배기 분기관(10)(10a)(10b)을 통해 과급기의 터빈(11)(11a)(11b)으로 보내져 터빈(11)(11a)(11b)을 고속으로 회전시킨다. 상기와 같이 배기관(9)(9a)(9b) 및 배기 분기관(10)(10a)(10b)을 통해 과급기의 터빈(11)(11a)(11b)으로 배기가스의 배출시 본 발명에서는 상기한 배기관의 배열 및 맨 끝단의 실린더(5)(7)(8)에 연결된 배기관만 두개의 방향으로 분리시켜 2열의 배기 분기관(10)(10a)(10b)의 상, 하부에 각각 연결시킴으로써, 맨 끝단의 실린더(5)(7)(8)에서 나오는 압력 최고치를 두개로 분리시켜 낮추고, 도 7a와 도 7b 및 도 7c에서 도시된 바와 같이 연속적으로 배기가스를 터빈에 공급함으로써 터빈 효율을 향상시키며, 연소 및 열 부하 감소에 필요한 공기량 확보 및 역류 현상을 최소화 한다.
도 3은 배기 분기관에 연결되는 배기관의 사시도를 도시한 것으로서, 실린더를 중심으로 실린더의 상부에 위치한 배기 분기관에 연결되는 상부용 배기관은 도 3 의 상부에 도시된 바와 같이 양측에 연결부재(91)가 구비된 배기 다기관(Exhaust Manifold)(92)의 하부 일측 끝단에 일측으로 휘어져 나가는 배기 파이프(Exhaust Pipe)(93)의 일측 끝단이 연결되며, 상기 배기 파이프(Exhaust Pipe)(93)의 타측 끝단에는 연결부재(91)가 구비되어 구성되고, 실린더를 중심으로 실린더의 하부에 위치한 배기 분기관에 연결되는 하부용 배기관은 도 3 의 하부에 도시된 바와 같이 양측에 연결부재(91)가 구비된 배기 다기관(Exhaust Manifold)(92)의 상부 일측 끝단에 일측으로 휘어져 나가는 배기 파이프(Exhaust Pipe)(93)의 일측 끝단이 연결되고, 상기 배기 파이프(Exhaust Pipe)(93)의 타측 끝단에는 연결부재(91)가 구비되어 구성됨으로써 상,하열 각각 동일한 배기 분기관 내에서는 특정 실린더에 관계없이 배기 분기관에 연결하여 사용할 수 있다.
도 4 는 5기통 디젤엔진에서의 질량유량을 도시한 것으로서, X축은 크랭크 각도를 나타낸 것이고, Y축은 질량유량[kg/s](Mass Flux)의 값을 나타낸 것이다.
또한, 연소실을 기준으로 외부에서 연소실로 질량이 유입되면 질량유량[kg/s](Mass Flux) 값이 플러스(+)값을 나타내며, 연소실에서 외부로 질량이 배출되면 질량유량[kg/s](Mass Flux) 값이 마이너스(-)값을 나타낸다.
또한 검정색 실선은 흡입밸브를 통해 연소실로 유입되는 공기의 유동양상을 도시한 것이며, 빨간색 실선은 연소실에서 배기밸브를 통해 배출되는 배기가스의 유동양상을 도시한 것이다.
즉, 흡입시는 공기가 흡입밸브를 통해 연소실내부로 흡입되어야 함으로써 항상 플러스(+)값을 가져야 하며, 배기시는 배기가스가 연소실내부에서 배기밸브를 통해 배출되어야 함으로써 항상(-)값을 가져야 역류 현상이 없는 것으로서 이를 달성하기 위하여 상기 다기통 디젤엔진 중 5기통 디젤엔진은 밸브 래쉬가 0.8mm인 지점에서 배기밸브 열림각은 100[degCA] 내지 140[degCA]되는 것이 바람직하며, 배기밸브 닫힘각은 410[degCA] 내지 450[degCA]가 되는 것이 바람직하고, 흡기밸브 열림각은 316[degCA] 내지 356[degCA]가 되는 것이 바람직하며, 흡기밸브 닫힘각은 530[degCA] 내지 570[degCA]가 되는 것이 바람직하다.
흡기밸브의 열림각이 316[degCA] 이하일 경우에는 질량유량 값이 마이너스(-)값이 됨으로써 역류 현상이 발생하게 된다.
도 5 는 7실린더 및 8실린더 디젤엔진에서의 질량유량을 도시한 것으로서, 상기 도 4와 마찬가지로 X축은 크랭크 각도를 나타낸 것이고, Y축은 질량유량[kg/s](Mass Flux)을 나타낸 것이다.
또한, 상술한 도 4와 마찬가지로 연소실을 기준으로 외부에서 연소실로 질량이 유입되면 질량유량[kg/s](Mass Flux) 값이 플러스(+)값을 나타내며, 연소실에서 외부로 질량이 배출되면 질량유량[kg/s](Mass Flux)이 마이너스(-)값을 나타낸다.
또한 검정색 실선은 흡입밸브를 통해 연소실로 유입되는 공기의 유동양상을 도시한 것이며, 빨간색 실선은 연소실에서 배기밸브를 통해 배출되는 배기가스의 유동양상을 도시한 것이다.
즉, 흡입 시의 질량은 흡입밸브에서 연소실내부로 흡입되어야 함으로써 항상 플러스(+)값을 가져야 하며, 배기 시의 질량은 연소실내부에서 배기밸브를 통해 배출되어야 함으로써 항상(-)값을 가져야 역류 현상이 없는 것으로서 이를 달성하기 위하여 상기 7기통과 8기통 디젤엔진은 밸브 래쉬가 0.8mm인 지점에서 배기밸브 열림각은 100[degCA] 내지 140[degCA]가 되는 것이 바람직하며, 배기밸브 닫힘각은 410[degCA] 내지 450[degCA]가 되는 것이 바람직하고, 흡기밸브 열림각이 304[degCA] 내지 344[degCA]가 되는 것이 바람직하며, 흡기밸브 닫힘각이 520[degCA] 내지 560[degCA]가 되는 것이 바람직하다.
흡기밸브의 열림각이 304[degCA] 이하가 될 경우에는 질량유량 값이 마이어스(-)가 됨으로써 역류현상이 발생하게 된다.
상기에서 사용된 단위 [degCA]는 크랭크 각도를 의미하며, 0[degCA]을 팽창행정의 TDC로 정의한다.
도 7a와 도 7b 및 도 7c는 각각 하이 펄스 과급방식에서 5실린더, 7실린더, 8실린더에서의 터빈으로 공급되는 배기가스의 유동 양상을 도시한 것으로서, 배기가스가 연속적으로 터빈에 공급됨으로서 터빈의 효율을 증가시키는 것을 도식적으로 보여주며, 상부에 위치한 그래프는 상부 배기 분기관의 배기가스의 유동양상을 도시한 것이고, 하부에 위치한 그래프는 하부 배기 분기관의 배기가스의 유동양상을 도시한 것이다.
도 7a에서 도시된 바와 같이 1번 실린더(1)를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더(1)-2번 실린더(2)-4번 실린더(4)-5번 실린더(5)-3번 실린더(3)인 5실린더 디젤엔진은 밸브 래쉬가 0.8mm인 지점에서 배기밸브 열림각이 100[degCA] 내지 140[degCA]이고, 배기밸브 닫힘각이 410[degCA] 내지 450[degCA]이며, 각 실린더의 배기 밸브가 열리는 간격은 144도(1사이클이 720도이고 5실린더 디젤엔진임으로)임으로써 1번 실린더(1)의 배기가스가 배출되는 구간과 4번 실린더(4)의 배기가스가 배출되는 구간 및 5번 실린더(5)의 배기가스가 배출되는 구간이 겹치며, 2번 실린더(2)의 배기가스가 배출되는 구간과 3번 실린더(3)의 배기가스가 배출되는 구간 및 5번 실린더(5)의 배기가스가 배출되는 구간이 겹쳐짐으로써 터빈(11)에 배기가스가 단속적으로 공급되지 않고 연속적으로 공급되어 터빈(11)의 효율을 증가시킨다.
상술한 바를 더욱 상세하게 설명하면, 배기가스 배출구간을 1번 실린더(1)를 기준으로 한 폭발 순서별로 살펴보면 1번 실린더(1)의 배기가스 배출 구간은 평균 120[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 430[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 2번 실린더(2)는 평균 264[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 -146[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추고, 4번 실린더(4)는 평균 408[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 -2[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 5번 실린더(5)는 평균 -168[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 142[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추고, 3번 실린더(3)는 평균-24[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 286[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈춘다.
즉, 상부에 위치한 배기 분기관에 연결된 2번 실린더(2)와 3번 실린더(3) 및 상, 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된 5번 실린더(5)의 배기가스 유동양상을 살펴보면 2번 실린더(2)는 평균 264[degCA] 내지 -146[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 3번 실린더(3)는 평균 -24[degCA] 내지 286[degCA]에서 배기가스가 배출되고, 5번 실린더(5)는 평균 -168[degCA] 내지 142[degCA]에서 배기가스가 배출됨으로써 도 7a의 상부에 위치한 그래프와 같이 2번 실린더(2)와 3번 실린더(3) 및 5번 실린더(5)의 배기가스 배기 구간이 겹쳐지며, 하부에 위치한 배기 분기관과 연결된 1번 실린더(1)와 4번 실린더(4) 및 상, 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된 5번 실린더(5)의 배기가스 유동 양상을 살펴보면 1번 실린더(1)는 평균 120[degCA] 내지 430[degCA]에서 배기가스가 배출되고, 4번 실린더(4)는 평균 408[degCA] 내지 -2[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 5번 실린더(5)는 평균 -168[degCA] 내지 142[degCA]에서 배기가스가 배출됨으로써 도 7a의 하부에 위치한 그래프와 같이 1번 실린더(1)와 4번 실린더(4) 및 5번 실린더(5)의 배기가스 배기 구간이 겹쳐짐으로써 배기가스가 연속적으로 터빈(11)에 공급되어 터빈(11)의 효율을 증가시킨다.
또한, 도 7b에서 1번 실린더(1a)를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더(1a)-2번 실린더(2a)-4번 실린더(4a)-6번 실린더(6)-7번 실린더(7)-5번 실린더(5a)-3번 실린더(3a)인 7실린더 디젤엔진도 상술한 5실린더 디젤엔진과 마찬가지로 밸브 래쉬가 0.8mm인 지점에서 배기밸브 열림각이 100[degCA] 내지 140[degCA]이고, 배기밸브 닫힘각이 410[degCA] 내지 450[degCA]이며, 각 실린더의 배기 밸브가 열리는 간격은 102.86도(1사이클이 720도이고 7실린더 디젤엔진임으로)임으로써 1번 실린더(1a)의 배기가스가 배출되는 구간과 3번 실린더(3a)의 배기가스가 배출되는 구간 및 6번 실린더(6)와 7번 실린더(7)의 배기가스가 배출되는 구간이 겹치며, 2번 실린더(2a)의 배기가스가 배출되는 구간과 4번 실린더(4a)의 배기가스가 배출되는 구간 및 5번 실린더(5a)와 7번 실린더(7)의 배기가스가 배출되는 구간이 겹쳐짐으로써 터빈(11a)에 배기가스가 단속적으로 공급되지 않고 연속적으로 공급되어 터빈(11a)의 효율을 증가시킨다.
상술한 바를 더욱 상세하게 설명하면, 배기가스 배출구간을 1번 실린더(1a)를 기준으로 한 폭발 순서별로 살펴보면 1번 실린더(1a)의 배기가스 배출 구간은 평균 120[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 430[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 2번 실린더(2a)는 평균 222.86[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 532.86[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추고, 4번 실린더(4a)는 평균 325.72[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 -84.28[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 6번 실린더(6)는 평균 428.58[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 18.58[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추고, 7번 실린더(7)는 평균 531.44[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 121.44[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 5번 실린더(5a)는 평균 -85.75[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 224.30[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추고, 3번 실린더(3a)는 평균 17.16[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 327.16[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈춘다.
즉, 상부에 위치한 배기 분기관에 연결된 2번 실린더(2a)와 4번 실린더(4a) 및 5번 실린더(5a)와 상, 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된 7번 실린더(7)의 배기가스 유동양상을 살펴보면 2번 실린더(2a)는 평균 222.86[degCA] 내지 532.86[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 4번 실린더(4a)는 평균 325.72[degCA] 내지 -84.28[degCA]에서 배기가스가 배출되고, 5번 실린더(5a)는 평균 -85.70[degCA] 내지 224.30[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 7번 실린더(7)는 평균 531.44[degCA] 내지 121.44[degCA]에서 배기가스가 배출됨으로써 도 7b의 상부에 위치한 그래프와 같이 2번 실린더(2a)와 4번 실린더(4a), 5번 실린더(5a) 및 7번 실린더(7)의 배기가스 배기 구간이 겹쳐지며, 하부에 위치한 배기 분기관과 연결된 1번 실린더(1a)와 3번 실린더(3a) 및 6번 실린더(6)와 상, 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된 7번 실린더(7)의 배기가스 유동 양상을 살펴보면 1번 실린더(1a)는 평균 120[degCA] 내지 430[degCA]에서 배기가스가 배출되고, 3번 실린더(3a)는 평균 17.16[degCA] 내지 327.16[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 6번 실린더(6)는 평균 428.58[degCA] 내지 18.58[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 7번 실린더(7)는 평균 531.44[degCA] 내지 121.44[degCA]에서 배기가스가 배출됨으로써 도 7b의 하부에 위치한 그래프와 같이 1번 실린더(1a)와 3번 실린더(3a), 6번 실린더(6) 및 7번 실린더(7)의 배기가스 배기 구간이 겹쳐짐으로써 배기가스가 연속적으로 터빈(11a)에 공급되어 터빈(11a)의 효율을 증가시킨다.
또한, 도 7c에서 1번 실린더(1b)를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더(1b)-3번 실린더(3b)-5번 실린더(5b)-7번 실린더(7a)-8번 실린더(8)-6번 실린더(6a)-4번 실린더(4b)-2번 실린더(2b)인 8 실린더 디젤엔진도 상술한 5실린더 디젤엔진 및 7 실린더 디젤엔진과 마찬가지로 밸브 래쉬가 0.8mm인 지점에서 배기밸브 열림각이 100[degCA] 내지 140[degCA]이고, 배기밸브 닫힘각이 410[degCA] 내지 450[degCA]이며, 각 실린더의 배기 밸브가 열리는 간격은 90도(1사이클이 720도이고 8실린더 디젤엔진임으로)임으로써 1번 실린더(1b)의 배기가스가 배출되는 구간과 2번 실린더(2b)의 배기가스가 배출되는 구간과 7번 실린더(7a)의 배기가스가 배출되는 구간 및 8번 실린더(8)의 배기가스가 배출되는 구간이 겹쳐지고, 3번 실린더(3b)의 배기가스가 배출되는 구간과 4번 실린더(4b)의 배기가스가 배출되는 구간과 5번 실린더(5b)의 배기가스가 배출되는 구간과 6번 실린더(6a)의 배기가스가 배출되는 구간 및 8번 실린더(8)의 배기가스가 배출되는 구간이 겹쳐짐으로써 터빈(11b)에 배기가스가 단속적으로 공급되지 않고 연속적으로 공급되어 터빈(11b)의 효율을 증가시킨다.
상술한 바를 더욱 상세하게 설명하면, 배기가스 배출구간을 1번 실린더(1b)를 기준으로 한 폭발 순서별로 살펴보면 1번 실린더(1b)의 배기가스 배출 구간은 평균 120[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 430[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 3번 실린더(3b)는 평균 210[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 520[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추고, 5번 실린더(5b)는 평균 300[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 -110[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 7번 실린더(7a)는 평균 390[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 -20[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추고, 8번 실린더(8)는 평균 480[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 70[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 6번 실린더(6a)는 평균 -150[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 160[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추고, 4번 실린더(4b)는 평균 -60[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 250[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈추며, 2번 실린더(2b)는 평균 30[degCA]에서 배기밸브가 열려 배기가 시작되고 340[degCA]에서 배기밸브가 닫혀 배기가스의 배기가 멈춘다.
즉, 상부에 위치한 배기 분기관에 연결된 3번 실린더(3b)와 4번 실린더(4b) 및 5번 실린더(5b)와 6번 실린더(6a) 그리고 상, 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된 8번 실린더(8)의 배기가스 유동양상을 살펴보면 3번 실린더(3b)는 평균 210[degCA] 내지 520[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 4번 실린더(4b)는 평균 -60[degCA] 내지 250[degCA]에서 배기가스가 배출되고, 5번 실린더(5b)는 평균 300[degCA] 내지 -110[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 6번 실린더(6a)는 평균 -150[degCA] 내지 160[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 8번 실린더(8)는 평균 480[degCA] 내지 70[degCA]에서 배기가스가 배출됨으로써 도 7c의 상부에 위치한 그래프와 같이 3번 실린더(3b)와 4번 실린더(4b), 5번 실린더(5b)와 6번 실린더(6a) 및 8번 실린더(8)의 배기가스 배기 구간이 겹쳐지며, 하부에 위치한 배기 분기관과 연결된 1번 실린더(1b)와 2번 실린더(2b) 및 7번 실린더(7a)와 상, 하부에 위치한 배기 분기관에 모두 연결된 8번 실린더(8)의 배기가스 유동 양상을 살펴보면 1번 실린더(1b)는 평균 120[degCA] 내지 430[degCA]에서 배기가스가 배출되고, 2번 실린더(2b)는 평균 30[degCA] 내지 340[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 7번 실린더(7a)는 평균 390[degCA] 내지 -20[degCA]에서 배기가스가 배출되며, 8번 실린더(8)는 평균 480[degCA] 내지 70[degCA]에서 배기가스가 배출됨으로써 도 7c의 하부에 위치한 그래프와 같이 1번 실린더(1b)와 2번 실린더(2b), 7번 실린더(7a) 및 8번 실린더(8)의 배기가스 배기 구간이 겹쳐짐으로써 배기가스가 연속적으로 터빈(11b)에 공급되어 터빈(11b)의 효율을 증가시킨다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
본 발명은 터빈의 최외곽에 위치한 실린더에서 나오는 압력 최고치를 두개로 분리시켜 낮추고, 연속적으로 배기가스를 터빈에 공급함으로써 터빈 효율을 향상시키고, 연소 및 열 부하 감소에 필요한 공기량 확보 및 역류를 방지하며, 저 연료소모율을 구현하며, 고 부하에서 정압과급의 장점인 저 연비와 저 부하에서 펄스 과급의 장점인 저 매연 및 우수한 가속 성능을 동시에 구현 할 수 있도록 함으로써 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 종래의 다기통 디젤엔진 과급장치를 도시한 것이며,
도 2 는 본 발명에 따른 다기통 디젤엔진 과급장치를 도시한 것이고,
도 3 은 본 발명에 따른 배기관의 사시도를 도시한 것이며,
도 4 는 5기통 디젤엔진에서의 질량유량의 변화를 나타낸 그래프를 도시한 것이고,
도 5 는 7기통 및 8기통 디젤엔진에서의 질량유량의 변화를 나타낸 그래프를 도시한 것이며,
도 6 는 5기통 및 7기통 그리고 8기통 디젤엔진에서 종래의 펄스형 과급 방법에서 터빈으로 공급되는 배기가스의 양상을 도시한 것이고,
도 7a 는 본 발명에 따른 5기통 디젤엔진에서 하이 펄스형 과급 방법에서 터빈으로 공급되는 배기가스의 양상을 도시한 것이며,
도 7b 는 본 발명에 따른 7기통 디젤엔진에서 하이 펄스형 과급 방법에서 터빈으로 공급되는 배기가스의 양상을 도시한 것이고,
도 7c 는 본 발명에 따른 8기통 디젤엔진에서 하이 펄스형 과급 방법에서 터빈으로 공급되는 배기가스의 양상을 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1)(1a)(1b) : 제 1 실린더 (2)(2a)(2b) : 제 2 실린더
(3)(3a)(3b) : 제 3 실린더 (4)(4a)(4b) : 제 4 실린더
(5)(5a)(5b) : 제 2 실린더 (6)(6a) : 제 6 실린더
(7)(7a) : 제 7 실린더 (8) ; 제 8 실린더
(9)(9a)(9b) : 배기관 (10)(10a)(10b) : 배기 분기관
(11)(11a)(11b) : 터빈 (91) : 연결부재
(92) : 배기 다기관 (93) : 배기 파이프

Claims (8)

  1. 다기통 디젤엔진의 터보 배기가스 과급장치에 있어서,
    터빈에 일측단이 연결되는 배기분기관은 실린더를 중심으로 2열로 배열되고, 터빈에서부터 최외곽에 위치한 실린더는 양측이 배기 분기관과 연결되며, 그 외의 나머지 실린더는 일측만 배기 분기관과 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 분기관은 실린더를 중심으로 실린더의 상부와 하부에 각각 배열되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다기통 디젤엔진 중 1번 실린더를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더-2번 실린더-4번 실린더-5번 실린더-3번 실린더인 5기통 디젤엔진은 일측 배기 분기관에 1번 실린더와 4번 실린더가 배기관에 의해 연결되고, 타측 배기 분기관에 2번 실린더와 3번 실린더가 배기관에 의해 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다기통 디젤엔진 중 1번 실린더를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더-2번 실린더-4번 실린더-6번 실린더-7번 실린더-5번 실린더-3번 실린더인 7기통 디젤엔진은 일측 배기 분기관에 1번 실린더와 6번 실린더 및 3번 실린더가 배기관에 의해 연결되고, 타측 배기 분기관에 2번 실린더와 4번 실린더 및 5번 실린더가 배기관에 의해 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다기통 디젤엔진 중 1번 실린더를 기준으로 폭발순서가 1번 실린더-3번 실린더-5번 실린더-7번 실린더-8번 실린더-6번 실린더-4번 실린더-2번 실린더인 8기통 디젤엔진은 일측 배기 분기관에 1번 실린더와 7번 실린더 및 2번 실린더가 배기관에 의해 연결되고, 타측 배기 분기관에 3번 실린더와 5번 실린더 및 6번 실린더와 4번 실린더가 배기관에 의해 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급장치.
  6. 다기통 디젤엔진의 터보 배기가스 과급방법에 있어서,
    터빈에 일측단이 연결되는 배기분기관은 실린더를 중심으로 2열로 배열되고, 터빈으로부터 최외곽에 위치한 실린더는 양측이 배기 분기관과 연결되며, 그 외의 나머지 실린더는 일측만 배기 분기관과 연결하여 터빈으로부터 최외곽에 위치한 실린더에서 나오는 압력 최고치를 양방향으로 분리시켜 낮추고, 연속적으로 배기가스를 터빈에 공급함으로써 터빈 효율을 향상시키고, 연소 및 열 부하 감소에 필요한 공기량 확보 및 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다기통 디젤엔진 중 5기통 디젤엔진은 밸브 래쉬가 0.8mm인 지점에서 배기밸브 열림각이 100[degCA] 내지 140[degCA]이고, 배기밸브 닫힘각이 410[degCA] 내지 450[degCA]이며, 흡기밸브 열림각이 316[degCA] 내지 356[degCA]이고, 흡기밸브 닫힘각이 530[degCA] 내지 570[degCA]인 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다기통 디젤엔진 중 7기통과 8기통 디젤엔진은 밸브 래쉬가 0.8mm인 지점에서 배기밸브 열림각이 100[degCA] 내지 140[degCA]이고, 배기밸브 닫힘각이 410[degCA] 내지 450[degCA]이며, 흡기밸브 열림각이 304[degCA] 내지 344[degCA]이고, 흡기밸브 닫힘각이 520[degCA] 내지 560[degCA]인 것을 특징으로 하는 하이 펄스형 다기통 디젤엔진 과급방법.
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