KR101534726B1 - 터보차저를 갖는 엔진시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템은, 연소실이 형성되는 실린더블록, 상기 실린더블록의 상부에 배치되고, 일측에는 흡기매니폴드와 배기매니폴드가 배치되는 실린더헤드, 상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스에 의해서 흡기를 압축하는 터보차저, 상기 터보차저에서 상기 흡기매니폴드로 형성되어 상기 터보차저에서 압축된 흡기를 상기 흡기매니폴드로 전달하는 흡기라인, 및 상기 흡기매니폴드와 인접하여 상기 흡기라인 상에 배치되어 압축된 흡기를 냉각시키는 인터쿨러를 포함하고, 상기 터보차저에서 배출되는 흡기는 상기 실린더헤드의 일측을 통과하고, 상기 실린더헤드 내부의 엔진냉각수가 상기 흡기를 냉각시킬 수 있다.

Description

터보차저를 갖는 엔진시스템{ENGINE SYSTEM HAVING TURBO CHARGER}
본 발명은 터보차저를 이용하여 저속구간에서 출력을 향상시키고 연소효율을 증가시키며 배기가스의 품질을 향상시키는 터보차저를 갖는 엔진시스템에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 가솔린엔진에 비하여 연료의 소모가 적고 효율이 좋다고 알려져 있다. 통상 40%정도의 효율을 내고 있으며, 이는 디젤엔진의 고압축비에 따른 것이다.
최근의 엔진에서는 보다 큰 출력을 얻을 수 있도록 터보차저(Turbo-charge)와 인터쿨러(Inter cooler) 등을 추가로 구비한다.
이와 같이 터보차저를 적용한 엔진은 터보차저의 압축기에 의해 배기가스나 외부공기를 흡입하여 압축시키고, 이때 발생된 과급공기(고온의 압축공기)를 엔진측으로 공급한다.
하지만, 급속히 압축된 공기는 터보차저의 열과 그 압축과정에서 발생하는 열을 흡수하여 밀도가 낮아지게 되고, 결과적으로 엔진 연소실 내의 충전효율을 떨어뜨린다.
이에, 인터쿨러를 사용함으로써 과급공기를 냉각하여 높은 밀도를 얻을 수 있으며, 그 결과 보다 많은 공기를 엔진 연소실 내로 흡입시켜 높은 출력을 얻을 수 있다.
한편, 수냉식 인터쿨러가 적용되고 있고, 그 용량도 지속적으로 증가하고 있으며, 터보차저의 응답성을 향상시키는 연구도 함께 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 터보차저에 의해서 압축된 고온의 압축공기를 안정적으로냉각시키고, 수냉식 인터쿨러의 용량을 줄이며, 동시에 터보차저의 응답성을 향상시키는 터보차저를 갖는 엔진시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템은, 연소실이 형성되는 실린더블록, 상기 실린더블록의 상부에 배치되고, 일측에는 흡기매니폴드와 배기매니폴드가 배치되는 실린더헤드, 상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스에 의해서 흡기를 압축하는 터보차저, 상기 터보차저에서 상기 흡기매니폴드로 형성되어 상기 터보차저에서 압축된 흡기를 상기 흡기매니폴드로 전달하는 흡기라인, 및 상기 흡기매니폴드와 인접하여 상기 흡기라인 상에 배치되어 압축된 흡기를 냉각시키는 인터쿨러를 포함하고, 상기 터보차저에서 배출되는 흡기는 상기 실린더헤드의 일측을 통과하고, 상기 실린더헤드 내부의 엔진냉각수가 상기 흡기를 냉각시킬 수 있다.
상기 인터쿨러는 상기 실린더헤드를 냉각시키는 엔진냉각수와 별도의 냉각수라인을 순환하는 저온냉각수에 의해서 흡기를 쿨링시킬 수 있다.
상기 실린더헤드에는 흡기가 지나는 흡기통로가 형성되고, 상기 흡기통로 주변에 엔진냉각수가 흐르는 냉각수통로가 형성될 수 있다.
상기 인터쿨러와 상기 흡기매니폴더는 결합될 수 있다.
상기 흡기통로의 단면은 원형으로 형성되고, 상기 냉각수통로는 상기 원형을 감싸는 원통형으로 형성될 수 있다.
상기 터보차저의 터빈하우징에서 상기 실린더헤드의 상기 흡기통로의 입구로 상기 흡기라인이 형성되고, 상기 흡기라인에는 상기 흡기통로의 입구와 체결되는 연결플랜지가 배치될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 터보차저의 컴프레서에 의해서 압축된 고온의 압축공기가 실린더헤드를 통과하면서 1차로 엔진냉각수에 의해서 냉각되고, 수냉식 인터쿨러를 통과하면서 2차로 냉각되어 전체적인 압축공기의 냉각효율이 향상된다.
또한, 엔진블럭을 피해서 흡기라인을 구성하지 않고, 흡기라인이 엔진블럭을 관통하여 형성됨으로써 흡기파이프의 길이를 줄일 수 있다. 아울러, 흡기라인의 길이를 단축시킴으로써 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 터보차저를 갖는 엔진시스템은 터보차저(100), 흡기라인(140), 인터쿨러(130), 흡기매니폴드(125), 엔진블럭(120), 배기매니폴드(115), 및 배기라인(110)을 포함한다.
그리고, 상기 터보차저(100)는 배기라인의 배기가스에 의해서 회전하는 터빈(104)과 상기 터빈(104)과 회전축을 통해서 연결되어 상기 흡기라인(140)의 흡기를 압축하는 컴프레서(102)를 포함한다.
상기 흡기라인(140)은 상기 터보차저(100)의 상기 컴프레서(102)에서 상기 수냉식인터쿨러(130) 측으로 형성되고, 상기 흡기라인(140)을 흐르는 압축공기(145)는 상기 엔진블럭(120)의 일측을 통과한다.
상기 엔진블럭(120)을 통하는 압축공기(145)는 상기 엔진블럭(120)을 냉각시키는 엔진냉각수(150)에 의해서 1차로 냉각되고, 상기 인터쿨러(130)에서 별도의 저온냉각수(135)에 의해서 2차로 냉각된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 엔진냉각수(150)는 제1냉각수 순환라인을 순환하고, 상기 저온냉각수(135)는 제2냉각수 순환라인을 순환한다. 상기 제1냉각수 순환라인과 상기 제2냉각수 순환라인에 대한 상세한 설명은 생략한다.
전술한 바와 같이, 상기 터보차저(100)의 상기 컴프레서(102)에 의해서 압축되는 압축공기(145)가 상기 엔진블럭(120)의 엔진냉각수에 의해서 1차로 냉각되고, 상기 인터쿨러(130)의 저온냉각수(135)에 의해서 2차로 냉각되어 보다 흡기를 안정적으로 냉각시키고 연소효율을 향상시킨다.
아울러, 상기 터보차저(100)의 상기 컴프레서(102)에서 상기 인터쿨러(130)로 형성되는 흡기라인(140)의 길이가 축소되고, 상기 인터쿨러(130)의 용량/부하를 줄일 수 있고, 상기 터보차저(100)를 엔진블럭(120)에 가까이 설치함으로써 응답성이 향상될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 엔진블럭(120)은 실린더블록(미도시)의 상부에 배치되는 실린더헤드(122)를 포함하고, 상기 실린더헤드(122)의 일측에 상기 배기매니폴드(115)가 형성되고, 타측에는 상기 흡기매니폴드(125)가 형성된다.
상기 배기매니폴드(115)에 인접하여 상기 터보차저(100)의 터빈하우징(210)이 배치되고, 상기 터빈하우징(210) 내부에 터빈(104)이 배치된다. 상기 터빈하우징(210)과 인접하여 컴프레서하우징(220)이 배치되고, 상기 컴프레서하우징(220) 내부에 컴프레서(102)가 배치된다.
상기 터빈하우징(210)과 상기 컴프레서하우징(220) 사이에 베어링하우징(도면부호 미표시)이 개재되고, 상기 터보차저(100)에는 상기 터빈(104)으로 유입되는 배기가스의 흐름을 제어하는 액추에이터(230)가 배치된다.
상기 실린더헤드(122)의 일측 내부에 형성되는 흡기통로(도 3, 300)의 입구측에는 연결플랜지(200)가 배치되고, 상기 연결플랜지(200)와 상기 컴프레서하우징(220)의 출구를 상기 흡기라인(140)이 연결한다.
상기 흡기라인(140)을 통해서 상기 실린더헤드(122)를 통과한 압축공기는 상기 인터쿨러(130)를 통해서 상기 흡기매니폴드(125)로 공급된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 실린더헤드(122) 내부에는 상기 흡기라인(140)과 대응하여 흡기통로(300)가 형성된다. 상기 흡기통로(300)는 그 단면이 원형으로 그 주위를 냉각수통로(310)가 감싸는 구조를 갖는다.
도시한 바와 같이, 상기 냉각수통로(310)는 상기 흡기통로(300) 주변에 설정된 두께를 가지고 형성되는 원통형 파이프형태를 가질 수 있다. 따라서, 상기 흡기통로(300)를 통과하는 압축공기(145)는 상기 냉각수통로(310)의 저온냉각수(135)에 의해서 1차로 냉각된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 터보차저 102: 컴프레서
104: 터빈 110: 배기라인
115: 배기매니폴드 120: 엔진블럭
125: 흡기매니폴드 130: 인터쿨러
135: 저온냉각수 140: 흡기라인
145: 압축공기 150: 엔진냉각수
300: 흡기통로 310: 냉각수통로
122: 실린더헤드 200: 연결플랜지
210: 터빈하우징 220: 컴프레서하우징
230: 액추에이터

Claims (6)

  1. 연소실이 형성되는 실린더블록;
    상기 실린더블록의 상부에 배치되고, 일측에는 흡기매니폴드 및 타측에는 배기매니폴드가 배치되는 실린더헤드;
    상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스에 의해서 흡기를 압축하도록 상기 배기매니폴드에 인접하여 상기 실린더헤드의 타측에 배치되는 터보차저;
    상기 터보차저에서 상기 흡기매니폴드로 형성되어 상기 터보차저에서 압축된 흡기를 상기 흡기매니폴드로 전달하는 흡기라인; 및
    상기 흡기매니폴드와 직접 체결되고, 상기 흡기라인을 통해서 공급된 압축공기를 냉각수에 의해서 냉각시키도록 배치되는 인터쿨러; 를 포함하고,
    상기 터보차저에서 상기 인터쿨러로 연결되는 상기 흡기라인은 상기 실린더헤드를 일측에서 타측으로 관통하는 흡기통로를 따라서 형성되고, 상기 실린더헤드 내부에는 상기 흡기통로 주위에 엔진냉각수가 흐르는 냉각수통로가 형성되어 상기 흡기를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 인터쿨러는 상기 실린더헤드를 냉각시키는 엔진냉각수와 별도의 냉각수라인을 순환하는 저온냉각수에 의해서 흡기를 쿨링시키는 수냉식인 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 흡기통로의 단면은 원형으로 형성되고, 상기 냉각수통로는 상기 원형을 감싸는 원통형으로 형성되는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 흡기라인에는 상기 흡기통로의 입구와 체결되는 연결플랜지가 배치되는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
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