KR101637297B1 - 흡기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진에 공급되는 압축 공기를 냉각시키도록 된 인터쿨러와, 상기 인터쿨러를 통과한 공기를 제어하여 흡기 다기관에 공급할 수 있도록 된 공기 제어 밸브와, 상기 공기 제어 밸브로부터 유입된 공기를 적어도 하나 이상의 실린더에 공급하도록 된 흡기 다기관; 그리고, 상기 공기 제어 밸브에 공기를 공급하고, 공기 제어 밸브로부터 배출된 공기를 흡기 다기관에 전달하기 위한 공기관;을 포함하는 흡기 시스템에 대한 것이다.

Description

흡기 시스템{INTAKE SYSTEM}
본 발명은 흡기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기 다기관에 공급되는 공기를 공기 제어 밸브에 의하여 제어함으로써, 분리된 흡기 다기관의 경로를 따라 공기를 각 실린더에 전달할 수 있도록 된 흡기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 엔진에서는 보다 큰 출력을 얻을 수 있도록 터보차져(Turbocharger)와 인터쿨러(Intercooler) 등이 구비된다. 터보차져를 구비한 엔진은 터보차져의 압축기(Compressor)에 의하여 외부 공기를 더 흡입하게 된다.
이 때, 흡입된 외부공기는 터보차져의 압축과정에서 발생된 열에 의하여 고온으로 압축하게 되다. 이러한 고온의 압축 공기("과급 공기")는 밀도가 낮기 때문에, 엔진에 공급되게 되면 엔진 실린더 내의 충전효율을 떨어뜨리게 된다.
따라서, 상기 과급 공기를 냉각하고, 밀도를 높일 수 있게 하기 위하여 엔진에는 인터쿨러가 구비될 수 있다.
인터쿨러는 크게 공랭식 인터쿨러와 수랭식 인터쿨러로 분류된다. 공랭식 인터쿨러는 라디에이터와 비슷한 구조로 설계되어 주행 중에 유입되는 공기를 이용하여 과급 공기를 냉각시키는 장치이다. 수랭식 인터쿨러는 냉각수를 이용하여 과급 공기를 냉각시키는 장치로, 공랭식 인터쿨러에 비하여 응답성 및 냉각 효율이 높은 장점이 있다.
인터쿨러를 통과하면서 냉각된 공기는 흡기 다기관을 거쳐 엔진에 공급되게 된다.
흡기 다기관은 인터쿨러와 일체로 형성된 일체형 흡기 다기관으로 형성될 수 있다. 일체형 흡기 다기관은 인터쿨러에서 냉각된 공기를 바로 흡기 다기관을 통하여 엔진에 공급되게 할 수 있기 때문에 냉각 효율이 높게 되는 장점이 있다. 그러나, 이러한 일체형 흡기 다기관은 모든 실린더에 공기를 공급하는 구조로 되어 있기 때문에, 각 실린더에 균등하게 공기가 공급되지 않고, 흡기 간섭이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진의 점화 순서에 따라 흡기 다기관에 공급되는 공기의 유량 및 경로가 공기 제어 밸브에 의하여 제어되고, 흡기 다기관의 분리된 경로를 따라 각 실린더에 공기를 전달할 수 있도록 하는 흡기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 시스템은 엔진에 공급되는 공기를 냉각시키도록 된 인터쿨러와, 상기 인터쿨러로부터 배출된 공기를 적어도 하나 이상의 실린더에 공급하도록 되어 있으며, 제1런너와 제2런너를 구비하고 있는 흡기 다기관; 을 포함하며, 상기 제1런너와 제2런너는 각각의 유입구를 구비하고 있으며, 상기 인터쿨러로부터 배출된 공기는 상기 제1런너 또는 제2런너의 유입구로 분리되어 공급되고, 상기 제1런너에 공급된 공기와, 상기 제2런너에 공급된 공기는 별개로 각각 적어도 하나 이상의 실린더에 배출되도록 되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 인터쿨러는 냉각수와 열교환시키도록 된 수랭식 인터쿨러인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1런너와 상기 제2런너는 각각 좌우가 대칭인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 인터쿨러와 상기 흡기 다기관의 사이에 위치하며, 상기 흡기 다기관에 공급되는 공기의 유량과 경로를 제어하는 공기 제어 밸브; 그리고 상기 공기 제어 밸브에 공기를 공급하고, 공기 제어 밸브로부터 배출된 공기를 상기 흡기 다기관에 전달하기 위한 공기관;을 더 포함할 수 있다.
상기 공기 제어 밸브는 개구부와 밀폐부를 포함하며, 상기 개구부는 공기가 통과될 수 있는 형상으로 형성되고, 상기 밀폐부는 공기가 통과될 수 없는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 개구부는 상기 제1런너 또는 제2런너와 선택적으로 연결될 수 있도록 되어 있고, 상기 개구부가 상기 제1런너에 연결될 경우, 상기 밀폐부는 제2런너에 연결되며, 상기 개구부가 상기 제2런너에 연결될 경우, 상기 밀폐부는 제1런너에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 공기 제어 밸브는 회전할 수 있도록 되어 있고, 상기 공기 제어 밸브가 회전하면서, 상기 개구부와 상기 밀페부의 위치가 뒤바뀔 수 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 공기 제어 밸브의 단면은 원형 형상으로 형성되고, 상기 개구부와 상기 밀폐부는 각각 상기 공기 제어 밸브를 반으로 가른 반원 형상으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
엔진의 점화 순서에 따라 공기 제어 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 제1런너와 연결된 실린더에서 점화가 있을 경우, 상기 제어기는 상기 개구부가 상기 제1런너에 연결되도록 상기 공기 제어 밸브의 회전되는 정도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2런너와 연결된 실린더에서 점화가 있을 경우, 상기 제어기는 상기 개구부가 상기 제2런너에 연결되도록 상기 공기 제어 밸브의 회전되는 정도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 흡기 다기관에 장착된 공기 제어 밸브가 공기의 유량을 조절함으로써, 인터쿨러와 일체로 형성된 흡기 다기관을 통과하는 흡기의 유동 간섭을 최소화하고 흡입 효율을 최적화하는 효과가 있다. 또한, 흡기 다기관에 공급되는 유량이 적절하게 조절됨으로써, 인터쿨러 및 타보차져의 크기가 축소될 수 있고, 이에 따라 원가가 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제1런너에 공기를 공급하도록 된 흡기 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제2런너에 공기를 공급하도록 된 흡기 시스템의 개략도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일 또는 유사한 구성요소들을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 제1런너에 공기를 공급하도록 된 흡기 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 제2런너에 공기를 공급하도록 된 흡기 시스템의 개략도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 시스템(1)은 실린더에 공급되는 공기의 흐름을 조절하도록 되어 있다. 상기 흡기 시스템(1)은 인터쿨러(10), 공기 제어 밸브(50), 흡기 다기관(100)을 포함한다. 상기 인터쿨러(10), 공기 제어 밸브(50), 흡기 다기관(100)은 공기관(3)을 통하여 연결될 수 있다.
상기 인터쿨러(10)는 엔진으로 공급되는 압축 공기를 냉각시키고, 냉각된 공기를 공기 제어 밸브(50)로 전달하도록 되어 있다. 상기 인터쿨러(10)는 냉각수를 이용하여 공기를 냉각시키는 수랭식 인터쿨러로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
상기 공기 제어 밸브(50)는 엔진의 점화 순서에 따라, 인터쿨러(10)에서 배출된 공기의 유량 또는 경로를 제어하고, 흡기 다기관(100)에 공기를 공급하도록 되어 있다. 공기 제어 밸브(50)는 공기관(3) 내측에 회전 가능하게 장착되어 있다. 즉, 공기 제어 밸브(50)는 도면에서 좌우축 또는 상하축을 중심으로 시계 또는 반시계 방향으로 회전하도록 되어 있다. 이렇게 회전하게 됨으로써, 상기 개구부(51)와 밀폐부(52)의 위치가 변경될 수 있다.
공기 제어 밸브(50)의 단면은 원형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 이러한 공기 제어 밸브(50)는 개구부(51)와 밀폐부(52)를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공기 제어 밸브(50)의 단면이 원형으로 형성될 경우, 개구부(51)와 밀폐부(52)는 각각 상기 공기 제어 밸브(50)를 반으로 가른 반원 형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 개구부(51)는 공기가 통과될 수 있는 형상으로 형성되어 있고, 상기 밀폐부(52)는 공기가 통과될 수 없는 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 공기 제어 밸브(50)로 전달된 공기는 도면에서 상하로 개구된 개구부(51)로만 통과하도록 되어 있다.
상기 흡기 다기관(100)은 공기 제어 밸브(50)를 통과한 공기를 각 실린더(70)에 공급하도록 되어 있다. 흡기 다기관(100)은 제1런너(101), 제2런너(102)를 포함한다.
상기 제1런너(101) 또는 제2런너(102)는 각각 개구부(51) 또는 밀폐부(52)에 선택적으로 연결하도록 되어 있다. 즉, 상기 공기 제어 밸브(50)가 제어되어, 개구부(51)가 제1런너(101)와 연결될 경우, 밀폐부(52)는 제2런너(102)와 연결되도록 되어 있고, 개구부(51)가 제2런너(102)와 연결될 경우, 밀폐부(52)는 제1런너(101)에 연결되도록 되어 있다.
상기 제1런너(101) 또는 제2런너(102)를 통과한 공기는 각각 적어도 하나 이상의 실린더(70)로 배출되도록 되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1런너(101)는 제1실린더(71), 제4실린더(74)와 공기관(3)으로 연결될 수 있고, 상기 제2런너(102)는 제2실린더(72), 제3실린더(73)와 공기관(3)으로 연결될 수 있다. 한편, 상기 제1런너(101)와 제2런너(102)는 대체로 좌우가 대칭일 수 있다. 이에 따라, 제1런너(101) 또는 제2런너(102)를 통과한 공기를 균등하게 각 실린더(70)에 공급되게 할 수 있다.
상기 흡기 시스템(1)은 상기 공기 제어 밸브(50)를 제어하기 위한 제어기(200)를 더 포함한다. 상기 제어기(200)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있다.
상기 제어기(200)는 엔진의 점화 순서에 대한 정보를 기초로 공기 제어 밸브(50)의 회전되는 정도를 제어한다.
도 1은 제1런너(101)와 연결된 실린더에서 점화가 있을 경우의 흡기 시스템을 나타낸다. 이 경우, 제어기(200)는 공기 제어 밸브(50)를 시계 또는 반시계 방향으로 회전하게 하여, 개구부(51)가 제1런너(101)에 연결될 수 있도록 제어한다. 이에 따라, 공기 제어 밸브(50)의 개구부(51)를 통과한 공기는 제1실린더(71)와 제4실린더(74)에 전달될 수 있다. 또한, 밀폐부(52)에 의하여 제2런너(102)로 공급되는 공기는 차단된다.
도 2는 제2런너(102)와 연결된 실린더에서 점화가 있을 경우의 흡기 시스템을 나타낸다. 이 경우, 제어기(200)는 공기 제어 밸브(50)를 시계 또는 반시계 방향으로 회전하게 하여, 개구부(51)가 제2런너(102)에 연결될 수 있도록 제어한다. 이에 따라, 공기 제어 밸브(50)의 개구부(51)를 통과한 공기는 제2실린더(72)와 제3실린더(73)에 전달될 수 있다. 또한, 밀폐부(52)에 의하여 제1런너(101)로 공급되는 공기는 차단된다.
이와 같이, 각 실린더(70)의 점화되는 순서에 따라, 공기는 선택적으로 제1런너(101)와 제2런너(102)에 분리되게 공급됨으로써, 종래보다 상대적으로 적은 공기 유량만으로도 동일한 엔진 효율을 발생하게 할 수 있다. 다시 말해, 종래에는 제1, 2, 3, 4실린더(71,72,73,74)에 모두 공기가 공급되어야 했지만, 본 발명은 제1, 4실린더(71,74) 또는 제2, 3실린더(72,73)에만 공기를 공급하여도 되는 것이다.
이렇게, 실린더(70)에 필요한 공기 유량이 적어지게 됨에 따라, 인터쿨러(10)의 용량은 기존보다 작아지더라도 냉각성능은 그대로 유지될 수 있고, 터보차져(도시하지 않음)도 소형화되는 효과가 있다. 따라서, 인터쿨러(10) 또는 터보차져의 원가를 절감할 수 있다.
나아가, 각 실린더에 공급되는 흡기 다기관(100)은 제1런너(101)와 제2런너(102)에 의하여 두 갈래로 분기되고, 그 중 한 갈래에만 공기가 공급됨으로써, 모든 흡기 다기관(100)에 공기를 공급해야 될 때보다 흡기 간섭을 억제할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (10)

  1. 엔진에 공급되는 공기를 냉각시키도록 된 인터쿨러와,
    상기 인터쿨러와 일체로 형성되며, 상기 인터쿨러로부터 배출된 공기를 적어도 하나 이상의 실린더에 공급하도록 되어 있으며, 제1런너와 제2런너를 구비하고 있는 흡기 다기관;
    상기 인터쿨러와 상기 흡기 다기관의 사이에서 상기 제1런너와 상기 제2런너의 합류지점에 위치하고, 상기 흡기 다기관에 공급되는 공기가 점화되는 실린더에 공급되도록 그 유량과 경로를 제어하는 공기 제어 밸브; 그리고
    상기 공기 제어 밸브에 공기를 공급하고, 공기 제어 밸브로부터 배출된 공기를 상기 흡기 다기관에 전달하기 위한 공기관;
    을 포함하고,
    상기 공기 제어 밸브는
    공기가 통과되도록 형성된 개구부; 및
    공기가 차단되도록 형성된 밀폐부;
    를 포함하며,
    상기 개구부와 상기 밀폐부는 각각 그 단면이 반원 형상으로 형성되고, 상기 반원의 개구부와 살기 밀폐부는 서로 마주보도록 배치되어 원형의 상기 공기 제어 밸브를 구성하는 것을 특징으로 하며,
    상기 원형의 공기 제어 밸브는 회전하면서 상기 개구부와 상기 밀폐부의 위치를 변경하도록 되어 있고,
    상기 제1런너와 상기 제2런너는 상기 공기관에 공급되는 공기 흐름을 기준으로 각각 좌우가 대칭이며, 상기 인터쿨러로부터 배출된 공기는 상기 공기 제어 밸브를 거쳐 상기 제1런너와 제2런너 중 어느 하나에 공급되고,
    상기 인터쿨러부터 배출된 공기가 상기 제1런너 또는 제2런너 중 어느 하나에 공급되도록 상기 개구부는 상기 제1런너 또는 제2런너와 선택적으로 연결되고,
    상기 개구부가 상기 제1런너에 연결될 경우, 상기 밀폐부는 상기 제2런너와 연결되며,
    상기 개구부가 상기 제2런너에 연결될 경우, 상기 밀폐부는 상기 제1런너와 연결되고,
    상기 제1런너에 공급된 공기가 배출되는 실린더와, 상기 제2런너에 공급된 공기가 배출되는 실린더는 서로 다른 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인터쿨러는
    냉각수와의 열교환을 통하여 공기를 냉각시키도록 된 수랭식 인터쿨러인 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제2항에 있어서,
    엔진의 점화 순서에 따라 공기 제어 밸브를 제어하는 제어기를 더 포함하는 흡기 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1런너와 연결된 실린더에서 점화가 있을 경우, 상기 제어기는
    상기 개구부가 상기 제1런너에 연결되도록
    상기 공기 제어 밸브의 회전되는 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2런너와 연결된 실린더에서 점화가 있을 경우, 상기 제어기는
    상기 개구부가 상기 제2런너에 연결되도록
    상기 공기 제어 밸브의 회전되는 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.

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