KR101191321B1 - 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보래그 현상이나 엔진의 출력 손실이 발생되지 않으며 용이하게 제작가능한 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치는 중공의 형상으로 형성되어 엔진 실린더의 내부와 연통되며, 외부로부터 공기가 유입되는 흡기관과, 엔진 실린더의 내부와 흡기관을 개방 및 차단하는 흡기밸브와, 중공의 형상으로 형성되어 흡기관과 연통되는 바이패스관과, 흡기밸브의 개방시점에 대응하여 흡기관과 바이패스관을 차단하는 바이패스 밸브와, 흡기밸브쪽으로 공기를 유동시키는 송풍기를 포함한다.

바이패스, 과급, 엔진, 흡기밸브, 바이패스 밸브

Description

바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치{Engine boosting device having by-pass valve}

본 발명은 엔진 실린더의 내부로 많은 양의 공기를 유입시키기 위한 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치에 관한 것이다.

엔진에는 흡기매니폴드의 압력을 대기압 보다 높게함으로써 엔진에 흡입되는 공기의 양을 늘려주기 위한 과급장치가 마련되어 있다. 종래의 과급장치의 형태로는 터보차저 방식과, 슈퍼차저 방식이 있다.

터보차져 방식은 배기에너지를 이용하여 커플링 되어 있는 터빈과 컴프레셔를 구동시켜 공기를 압축하는 방식이다. 하지만, 이 방식의 경우 배기에너지를 이용하기 때문에 응답지연 즉, 터보래그 현상이 발생하게 된다. 또한, 저 배기량에서는 배기가스의 유량이 충분치 않으므로 적용에 한계가 있을 뿐 아니라, 배기가스의 높은 온도를 견딜 수 있는 터빈 블레이드의 제작이 어려운 단점이 있다.

슈퍼차저 방식은 엔진의 크랭크 축의 동력을 이용하여 컴프레셔를 구동시켜 공기를 압축하는 방식이다. 하지만, 이 방식의 경우 엔진의 동력을 사용하므로 엔진에서 출력 손실이 발생하게 되며, 크랭크 샤프트에 축을 연결하기 어려운 단점이 있다.

한편, 모터로 구동되는 과급장치는 모터의 구동에 필요한 고출력의 전기를 생산하기가 어렵고 전력 소모량이 많으며, 충분한 회전력을 얻기 위해서는 고성능의 모터가 요구된다는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 터보래그 현상이나 엔진의 출력 손실이 발생되지 않으며, 용이하게 제작가능한 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치는 중공의 형상으로 형성되어 엔진 실린더의 내부와 연통되며, 외부로부터 공기가 유입되는 흡기관과, 상기 엔진 실린더의 내부와 상기 흡기관을 개방 및 차단하는 흡기밸브와, 중공의 형상으로 형성되어 상기 흡기관과 연통되는 바이패스관과, 상기 흡기밸브의 개방시점에 대응하여 상기 흡기관과 상기 바이패스관을 차단하는 바이패스밸브와, 상기 흡기밸브쪽으로 공기를 유동시키는 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 터보래그 현상이나 엔진의 출력 손실이 발생되지 않는다. 또한, 엔진과급장치를 용이하게 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치의 구성도이며, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치의 작동과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 바이패스 밸브를 이용한 엔진의 과급장치는 흡기관(10)과, 흡기밸브(20)와, 바이패스관(30)과, 바이패스밸브(40)와, 송풍기(50)와, 제어기(70)를 포함한다.

흡기관(10)은 중공의 형상으로 형성되며, 엔진 실린더(60)의 내부와 연통되게 결합되된다. 흡기관(10)의 내부로는 외부로부터 공기가 유입되며, 이 공기는 흡기관(10)을 따라 엔진 실리더(60) 쪽으로 유동된다. 그리고, 흡기관(10)에는 유입되는 공기의 유량을 측정하기 위한 유량센서(11) 및 흡기포트쪽의 압력을 측정하는 압력센서(12)가 설치되어 있다.

흡기밸브(20)는 흡기관(10)에 설치되며, 흡기관(10)과 엔진 실린더(60)의 내부를 상호 개방 및 차단한다. 상기 흡기밸브(20)는 크랭크 샤프트에 연동되는 캠(미도시)에 의해, 피스톤의 위치에 따라 작동된다. 즉, 흡기시에는 엔진 실린더의 내부로 공기가 유입되도록 흡기밸브(20)가 개방되고, 흡기 이외의 공정(예를 들어, 압축이나 폭발 공정)시에는 흡기밸브(20)가 닫힌다.

바이패스관(30)은 중공의 형상으로 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 바이패스관(30)의 양측 단부는 흡기관(10)에 결합되며, 바이패스관(10)과 흡기관(30)은 서로 연통된다.

바이패스밸브(40)는 바이패스관(30)에 설치되는데, 이때 도 1에 도시된 바와 같이 바이패스관(30)과 흡기관(10)이 서로 연결된 지점 중 엔진 실린더(60)쪽에 가까운 쪽에 설치된다. 본 실시예의 경우, 후술하는 바와 같이 바이패스밸브(40)는 제어기(70)에 의해 전기제어방식으로 그 구동이 제어된다.

송풍기(50)는 흡기관(10)에 설치되는데, 이때 바이패스관(30)과 흡기관(10)이 서로 연결된 지점 사이에 설치된다. 송풍기(50)는 공기를 흡기밸브쪽으로 유동시키는데, 이때 많은 양의 공기가 유동되도록 저압 고풍량의 송풍기가 사용되는 것이 바람직하다.

제어기(70)는 바이패스밸브(40)의 동작을 제어하기 위한 것이다. 제어기(70)는 크랭크 샤프트에 설치된 포지션 센서(61)로부터 흡기밸브의 동작상태를 입력받으며, 흡기밸브(20)의 동작에 대응하여 바이패스밸브(40)의 동작을 제어한다. 즉, 흡기밸브(20)가 개방되기 시작하는 시점(또는 그 직전)에서는 바이패스밸브(40)를 닫고, 흡기 공정이 완료되는 시점(또는 그 직전)에서 바이패스밸브(40)를 개방한다. 또한, 제어기(70)는 유량센서(11) 및 압력센서(12)로부터 입력되는 공기의 유량 및 흡기포트의 압력을 기초로하여, 엔진의 회전속도에 따라 공기의 흡입속도가 최적화되록 송풍기를 제어하며, 이에 따라 운전영역(엔진의 회전속도) 전체에서 엔진의 출력이 향상되게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 바이패스밸브를 이용한 엔진과급장치(100)에 있어서, 흡기 이외의 공정시에는 도 2에 도시된 바와 같이 흡기밸브(20)는 닫히고 바이패스밸브(40)가 개방되며, 이에 따라 송풍기(50)에 의해 흡기밸브(20)쪽으로 유동되던 공기는 바이패스관(30)으로 유입된 후 다시 흡기관(10)으로 유동하게 된다.

그리고, 도 3에 도시된 바와 같이 흡기 공정이 시작되는 시점(또는 그 직전)에서는 흡기밸브(20)가 닫혀있는 상태에서 바이패스밸브(40)가 닫히게 된다. 그리고, 이와 같이 바이패스밸브(40)가 닫히면 공기가 흡기밸브(20)쪽으로 유동하다가 흡기밸브(20)에 막혀 정지하게 되며, 이에 따라 공기의 운동에너지가 압력에너지로 전환되어 흡기밸브(20)쪽(즉, 흡기포트)의 압력이 상승하게 되며, 이 상태에서 도 3에 가상선으로 도시된 바와 같이 흡기밸브(20)를 개방하면 엔진 실린더(60)의 내부로 많은 양의 공기가 유입되게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치를 이용하면 흡기밸브가 개방되는 시점에 흡기포트의 압력이 순간적으로 상승되며, 이에 따라 엔진 실린더의 내부로 많은 양의 공기가 유입되게 되며, 그 결과 엔진의 출력이 향상되게 된다. 그리고, 본 실시예에 따른 엔진과급장치는 종래의 터보차저 방식이나 슈퍼차저 방식에서 발생하던 문제점, 즉 터보래그 현상이나 엔진의 출력이 감소되는 현상이 발생되지 않는다. 또한, 흡기관에 바이패스관 및 송풍기를 더 설치하는 것만으로도 구현이 가능하므로, 기존의 엔진에도 적용가능하다.

한편, 상술한 바이패스 과급방식의 엔진과급장치를 적용하였을때 실제로 흡기밸브로 많은 양의 공기가 유입되는지를 확인하기 위한 시뮬레이션을 실시하였다. 도 4는 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 바이패스 과급방식을 적용한 경우에 흡기밸브로 더 많은 양의 공기가 유입됨을 확인할 수 있다. 특히, 바이패스 과급방식을 적용한 경우 흡기밸브가 개방되기 시작하는 시점(크랭크 앵글이 400인 시점 근처)에서 많은 양의 공기가 한번에 유입되는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 흡기밸브가 개방되는 시점에서 흡기포트의 압력이 상승되는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장 치(200)의 구성도이다. 도 5를 참조하면, 앞서 설명한 실시예와 달리 송풍기(250)는 바이패스관(230)에 설치된다. 바이패스밸브(240)가 열린 상태에서 송풍기(250)가 구동하면, 흡기관(210)을 따라 공기가 흡기밸브(220)쪽으로 유동하게 되며, 이 상태에서 바이패스밸브(240)를 닫으면 공기가 흡기밸브(220)에 막혀 정지되므로 흡기밸브(220)쪽의 압력이 상승된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

예를 들어, 앞서 설명한 실시예에서는 바이패스밸브의 동작이 제어기에 의해 전자제어방식으로 제어되었으나, 바이패스밸브가 기계적인 방식, 예를 들어 크랭크 샤프트의 위치(즉, 흡기밸브의 동작)에 연동되어 움직이는 캠에 의해 구동되도록 발명을 구성할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진과급장치의 구성도이다.

도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 엔진과급장치의 작동과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 시뮬레이션의 결과를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진과급장치의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...엔진과급장치 10...흡기관

20..흡기밸브 30...바이패스관

40...바이패스밸브 50...송풍기

60...엔진 실린더 70...제어기

Claims (3)

1. 중공의 형상으로 형성되어 엔진 실린더의 내부와 연통되며, 외부로부터 공기가 유입되는 흡기관;

   상기 엔진 실린더의 내부와 상기 흡기관을 개방 및 차단하는 흡기밸브;

   중공의 형상으로 형성되어 상기 흡기관과 연통되는 바이패스관;

   상기 흡기관과 상기 바이패스관을 개방 및 차단하는 바이패스 밸브;

   상기 흡기밸브쪽으로 공기를 유동시키는 송풍기; 및

   상기 흡기밸브 및 상기 바이패스 밸브를 제어하는 제어기;를 포함하며,

   상기 제어기는,

   흡기 이외의 공정에서는 외부로부터 유입되는 공기가 상기 흡기관 및 상기 바이패스관을 따라 순환되도록 상기 바이패스 밸브는 개방하고 상기 흡기밸브는 차단하며,

   흡기 공정시에는 상기 순환되던 공기가 상기 흡기밸브쪽으로 유동되도록 상기 바이패스 밸브는 차단하고 상기 흡기밸브는 개방하는 것을 특징으로 하는 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 바이패스관의 내부로 유입된 공기가 상기 흡기관으로 유동되도록 상기 바이패스관의 양측 단부는 상기 흡기관에 연결되는 것을 특징으로 하는 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 송풍기는 상기 바이패스관에 설치되는 것을 특징으로 하는 바이패스 밸브를 이용한 엔진과급장치.

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