KR101123415B1

KR101123415B1 - 과급 피스톤 내연기관용 물 공급장치

Info

Publication number: KR101123415B1
Application number: KR1020040066342A
Authority: KR
Inventors: 헤스스테판; 임캄프헤리베르트; 라우어페테르
Original assignee: 만 디젤 앤 터보 에스이
Priority date: 2003-08-23
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2012-03-26
Also published as: FI20041031A; DE10338749A1; FI124256B; DE10338749B4; ITRM20040361A1; FI20041031A0; KR20050021254A

Abstract

터보 과급기와 그 다음에 접속된 급기 냉각기 사이에 물이 분사되는 방식의, NO_x 감소를 위한 과급 내연기관용 물 공급장치에 있어서, 물의 최적 증발을 위해, 분사 노즐 또는 분사 노즐들이 압축기의 출구에 제공된, 확대되는 급기 유동 횡단면에 제공된다.

Description

과급 피스톤 내연기관용 물 공급장치{WATER SUPPLY DEVICE FOR A SUPERCHARGED PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도 1은 압축기 유출 스파이럴부 및 그 다음에 접속된, 열 교환기로 연장된 부품의 단면도.

도 2는 다중 노즐 장치의 측면도.

도 3은 도 2의 정면도.

도 4는 물 공급의 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 압축기 임펠러

2: 압축기 유출 스파이럴부

3: 디퓨져

4: 급기 냉각기(charge cooler)

5: 하우징

6: 커버

7: 공급관

8: 홀더

9: 스트립

10, 11, 13: 분사 노즐

14: 압력 펌프

본 발명은 터보 과급기와 그 다음에 접속된 급기 냉각기 사이에 물이 분사되는 방식의, NO_x 감소를 위한 과급 내연기관용 물 공급장치에 관한 것이다.

본 발명의 과제는 물의 최적 증발을 제공하는 물 공급장치를 형성하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 분사 노즐 또는 분사 노즐들이 압축기의 출구에 제공된, 확대되는 급기 유동 횡단면에 설치됨으로써 달성된다. 본 발명에 따라 이러한 확대되는 유동 횡단면은 압축기 유출 스파이럴부의 출구 또는 압축기 유출 스파이럴부 다음에 배치된 디퓨져이다. 이로 인해, 고정 내장 부품에 이르기까지 분무된 물방울의 증발을 위한 가급적 긴 거리가 얻어진다.

본 발명의 실시예에 따라 물의 분사 방향은 압축기에 의해 공급되는 급기의 유동 방향과는 반대로 향한다. 따라서, 분사된 물방울의 증발에 이용될 수 있는 거리가 더욱 커진다. 동시에, 물방울과 급기의 매우 양호한 혼합이 이루어진다.

바람직하게는 상기 분사 노즐 또는 분사 노즐들이 급기의 유동 방향과는 반대로 연장된, 창 모양 공급관의 단부에 설치된다. 상기 조치에 의해, 급기의 유동이 가급적 적게 방해받기 때문에, 물방울이 벽부분에 달라붙게 하는 소용돌이가 생기지 않을 수 있다.

바람직하게는 공급관의 후방 단부가 하우징 커버에 고정된다. 이로 인해, 부품들의 용이한 교환 가능성이 보장된다.

창 모양 공급관의 진동을 피하기 위해, 공급관이 디퓨져의 홀더에 지지되는 것이 바람직하다.

300 ㎛ 미만의, 바람직하게는 5 내지 200 ㎛의 평균 물방울 직경을 공급하는 분사 노즐을 사용하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 분사될 물의 가열 장치가 제공된다. 이로 인해, 증발될 물의 양이 증가될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 이러한 가열 장치는 내연기관의 윤활유가 제공되는 열 교환기 또는 내연기관의 냉각수가 제공되는 열 교환기 또는 내연기관의 배기가스가 제공되는 열 교환기일 수 있다. 바람직하게는 상기 분사될 물의 가열 장치 전에 압력 펌프가 접속된다. 물이 내연기관의 배기가스가 제공되는 열 교환기를 통과하면, 물은 초과 압력으로 분사될 수 있다. 그 경우, 100℃를 초과하는 물 온도가 얻어지며, 이는 증발 가능한 물의 양을 더욱 증가시킨다.

또 다른 특징 및 장점은 부가의 종속 청구항 및 도면을 참고로 하는 본 발명의 실시예 설명에 제시된다.

도 1에는 압축기 임펠러(1)가 개략적으로 도시되어 있으며, 상기 압축기 임펠러에 의해 급기가 압축기 유출 스파이럴부(2)로 안내된다. 상기 압축기 유출 스파이럴부(2)에는 디퓨져(3)가 연결된다. 압축기 유출 스파이럴부(2)와 디퓨져(3)는 함께 일정하게 확대되는 유출 급기 유동 횡단면을 형성한다. 디퓨져(3)는 급기를 급기 냉각기(4)로 안내하는 하우징(5)에 고정된다. 하우징(5)은 디퓨져(3)의 출구에 마주 놓인 커버(6)를 갖는다. 상기 커버(6)에는 분사될 물의 창 모양 공급관(7)이 고정된다. 상기 공급관(7)은 화살표 a로 표시된 급기 유동 방향과는 반대로 연장된다. 공급관(7)은 디퓨져(3)의 중심을 관통하며, 여기서는 압축기 유출 스파이럴부(2)의 단부까지 돌출한다. 공급관(7)의 진동을 피하기 위해, 상기 공급관(7)이 하우징(5)에 고정된 디퓨져(3)용 홀더(8)에 부가로 좁은 스트립(9)에 의해 지지된다.

커버(6)에 마주 놓인 공급관(7)의 단부에서 압축기 유출 스파이럴부의 단부 내에 분사 노즐(10)이 장착된다. 상기 분사 노즐(10)은 바람직하게는 회전 또는 충격 노즐로서 설계된다. 분사 노즐(10)은 최대 300 ㎛의 평균 물방울 직경, 바람직하게는 5 내지 200 ㎛의 평균 물방울 직경을 가진 물이 특히 급기의 유동 방향과는 반대로 분사되도록 설계된다. 상기 분사 노즐(10)의 분무 콘(spraying cone)은 물방울이 고정 하우징 벽에 이르지 않도록 선택된다. 상기 구성으로 인해, 급기가 커버(6)에 의해 방향 전환되기 전에, 분사된 물방울의 증발을 위한 비교적 긴 거리가 주어짐으로써, 여기서 물이 완전히 증발되고, 따라서 물방울이 더 이상 커버(6) 또는 하우징(5)의 다른 부분에 달라붙지 않을 수 있다. 상기 부품들을 달리 설계하면, 분사 노즐(10)이 디퓨져(3) 내부에 배치될 수도 있다.

개별 분사 노즐(10) 대신에, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 분사 노즐(11)이 제공될 수 있다. 여기서는 공급관(7)의 단부 상에 분배기 크로스(12)가 장착되고, 상기 분배기 크로스(12)에 의해 물이 분배기 크로스(12)의 암 단부에 배치된 분사 노즐(11)로 안내된다. 부가적으로 중앙 분사 노즐(13)이 공급관(7)의 연장부 내에 제공된다. 분사 노즐(11 및 13)은 그들의 분무 콘이 가급적 교차되지 않도록 설계된다. 다수의 분사 노즐 사용시 이들은 다른 구성으로도 배치될 수 있다.

도 4는 분사 노즐(12, 13)에 대한 물의 공급을 도시한다. 물론, 동일한 배치가 분사 노즐(10)에 대한 물의 공급에도 사용될 수 있다. 분사될 물은 물 처리 장치로부터 화살표 b의 방향으로 나온다. 물은 먼저 압력 펌프(14)를 관류한 다음 열 교환기(15)를 관류한다. 상기 열 교환기에는 내연기관의 윤활유, 내연기관의 냉각수 또는 내연기관의 배기가스가 제공될 수 있다. 물은 2개 또는 3개의 열 교환기에 의해 단계적으로 가열될 수 있다. 예컨대 제 1 열 교환기에서는 윤활유의 폐열로, 제 2 열교환기에서는 냉각수의 폐열로 그리고 제 3 열 교환기에서는 배기가스의 폐열로 가열될 수 있다. 물이 배기가스로 가열되면, 물은 압력 펌프(14)에 의해 발생된 압력 하에서 100℃를 초과하는 온도로 분사될 수 있으며, 이는 증발될 물의 양을 더욱 증가시킨다.

전술한 바에 따르면, 분사 노즐 또는 분사 노즐들이 압축기의 출구에 확대되는 급기 유동 횡단면에 설치되며, 이러한 확대되는 유동 횡단면은 압축기 유출 스파이럴부의 출구 또는 압축기 유출 스파이럴부 다음에 배치된 디퓨져이다. 이로 인해, 고정 내장 부품에 이르기까지 분무된 물방울의 증발을 위한 가급적 긴 거리가 얻어진다.

또한, 물의 분사 방향은 압축기에 의해 공급되는 급기의 유동 방향과는 반대로 향하므로, 분사된 물방울의 증발에 이용될 수 있는 거리가 더욱 커진다. 동시에, 물방울과 급기의 매우 양호한 혼합이 이루어진다.

분사 노즐(단수 또는 복수)이 급기의 유동 방향과는 반대로 연장된, 창 모양 공급관의 단부에 설치된다. 이에 의하면, 급기의 유동이 가급적 적게 방해받기 때문에, 물방울이 벽부분에 달라붙게 하는 소용돌이가 생기지 않을 수 있다.

게다가, 공급관의 후방 단부가 하우징 커버에 고정되어, 부품들의 용이한 교환 가능성이 보장된다.

Claims

터보 과급기와 그 다음에 접속된 급기 냉각기 사이에 물이 분사되는 방식의 NO_x의 감소를 위한 과급 내연기관용 물 공급장치에 있어서,

분사 노즐(10) 또는 분사 노즐들(11, 13)이 압축기의 출구에 제공된, 확대되는 급기 유동 횡단면에 설치되며,

물의 분사 방향은 압축기에 의해 공급되는 급기의 유동 방향(a)과는 반대로 향하고,

상기 분사 노즐(10) 또는 상기 분사 노즐들(11, 13)이 급기의 유동 방향과는 반대로 연장된 창 모양 공급관(7)의 단부에 설치되며, 상기 창 모양 공급관은 디퓨져(3)의 중심을 관통하는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제1항에 있어서, 상기 확대되는 유동 횡단면은 압축기 유출 스파이럴부(2)의 출구인 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제1항에 있어서, 상기 확대되는 유동 횡단면은 압축기 유출 스파이럴부(2) 다음에 접속된 디퓨져(3)인 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 노즐이 사용되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 충격 노즐이 사용되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 노즐(10) 또는 상기 분사 노즐들(11, 13)이 급기의 유동 방향과는 반대로 연장된, 창 모양 공급관(7)의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제7항에 있어서, 상기 공급관(7)은 급기를 급기 냉각기(4)로 안내하는 하우징(5)의 하우징 커버(6)에 설치되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제7항에 있어서, 상기 공급관(7)은 디퓨져(3)의 홀더에 지지되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 300 ㎛ 보다 작은 평균 물방울 직경(average droplet diameter)을 제공하는 분사 노즐들(10, 11, 13)이 사용되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 급기를 관통하여 주위의 벽 부분까지는 이르지 않는 분무 콘(spraying cone)을 제공하는 분사 노즐들(10, 11, 13)이 사용되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 물이 분사 노즐(10) 또는 분사 노즐들(11, 13)로부터 분사되기 전에 물을 가열하는 가열 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제12항에 있어서, 상기 가열 장치는 내연기관의 윤활유가 제공되는 열 교환기(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제12항에 있어서, 상기 가열 장치는 내연기관의 냉각수가 제공되는 열 교환기(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제12항에 있어서, 상기 가열 장치는 내연기관의 배기가스가 제공되는 열 교환기(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.
제12항에 있어서, 상기 분사될 물의 가열 장치 전에 압력 펌프(14)가 접속되는 것을 특징으로 하는 물 공급장치.