KR101766070B1

KR101766070B1 - 터보차저의 냉각 시스템

Info

Publication number: KR101766070B1
Application number: KR1020150170196A
Authority: KR
Inventors: 추동호; 박종일; 한동희
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-08-08
Also published as: KR20170064638A

Abstract

엔진과 워터펌프를 통과하여 냉각수가 순환되는 엔진냉각라인; 및 상기 워터펌프에서 토출된 냉각수가 터보차저로 유입되는 유입라인과 상기 터보차저로부터 토출된 냉각수가 상기 워터펌프로 유입되는 배출라인이 형성되어 냉각수가 워터펌프와 터보차저를 통과하여 순환되는 터보차저 냉각라인;을 포함하는 터보차저의 냉각 시스템이 소개된다.

Description

터보차저의 냉각 시스템 {COOLING SYSTEM OF TURBO-CHARGER}

본 발명은 터보차저가 장착된 엔진에 있어서, 터보차저의 냉각을 보다 효율적으로 수행할 수 있는 터보차저의 냉각 시스템에 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.

상기와 같이 터보차저를 적용한 엔진은 터보차저의 압축기에 의해 배기가스나 외부공기를 흡입하여 압축시키고, 이때 발생된 과급공기(고온의 압축공기)를 엔진측으로 공급한다. 그러나, 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, 터보차저를 구비한 엔진에서 엔진회전수가 중저속구간에서 연료소모를 줄이는 동시에 출력토크를 증가시키기 위한 연구가 진행되고 있으며, 터빈하우징을 알루미늄으로 적용하고 이를 냉각시키는 연구도 함께 진행되고 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

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본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 터보차저와 엔진의 냉각을 보다 효율적으로 수행함으로써, 냉시동성 개선, 연비 및 에미션 개선이 가능한 터보차저의 냉각 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터보차저의 냉각 시스템은 엔진과 워터펌프를 통과하여 냉각수가 순환되는 엔진냉각라인; 및 상기 워터펌프에서 토출된 냉각수가 터보차저로 유입되는 유입라인과 상기 터보차저로부터 토출된 냉각수가 상기 워터펌프로 유입되는 배출라인이 형성되어 냉각수가 워터펌프와 터보차저를 통과하여 순환되는 터보차저 냉각라인;을 포함한다.

상기 배출라인은 상기 엔진냉각라인에 연결되되, 상기 워터펌프의 입구측에 연결될 수 있다.

상기 엔진냉각라인에는 냉각수의 온도를 검출하는 검출수단이 마련될 수 있다.

상기 배출라인과 상기 워터펌프의 입구 사이에는 검출수단이 마련되어, 상기 워터펌프로 유입되는 냉각수의 온도를 검출할 수 있다.

상기 엔진냉각라인에는 라디에이터로부터 냉각된 냉각수가 유입 또는 차단되도록 하는 유량밸브가 더 포함될 수 있다.

상기 유량밸브는 냉시동시에는 상기 터보차저를 냉각하여 온도가 상승된 냉각수가 엔진으로 공급되도록 제어할 수 있다.

상기 유량밸브는 상기 엔진의 냉각수가 제어부에 기입력된 소정의 기준값 이상이면, 상기 라디에이터로부터 냉각된 냉각수가 상기 엔진으로 공급되도록 제어하여 상기 엔진의 과열을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 터보차저의 냉각 시스템에 따르면 워터펌프로부터 터보차저로 바로 냉각수를 공급함으로써, 터보차저의 냉각효율을 높여 터보차저의 내구성을 증대시키는 장점이 있다. 또한, 상기 터보차저를 냉각하여 온도가 상승된 냉각수를 직접 엔진에 공급함으로써, 냉시동시 엔진의 빠른 온도 상승을 통하여 부품간의 마찰력을 제거하여 냉시동성 개선, 연비 개선 및 에미션의 개선이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저의 냉각 시스템의 사시도.
도 2는 도 1의 블록도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터보차저의 냉각 시스템에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저의 냉각 시스템의 사시도이고, 도 2는 도 1의 블록도이다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터보차저의 냉각 시스템은 엔진(100)과 워터펌프(300)를 통과하여 냉각수가 순환되는 엔진냉각라인(400); 및 상기 워터펌프(300)에서 토출된 냉각수가 터보차저(200)로 유입되는 유입라인(210)과 상기 터보차저(200)로부터 토출된 냉각수가 상기 워터펌프(300)로 유입되는 배출라인(230)이 형성되어 냉각수가 워터펌프(300)와 터보차저(200)를 통과하여 순환되는 터보차저 냉각라인(210,230);을 포함한다. 특히, 상기 터보차저 냉각라인(210,230)의 배출라인(230)은 상기 엔진냉각라인(400)에 연결되되, 상기 워터펌프(300)의 입구측에 연결되어 상기 터보차저(200)를 냉각한 냉각수가 다시 상기 워터펌프(300)로 곧바로 유입되게 된다.

상기 터보차저(200)의 터빈하우징은 보다 높은 효율의 냉각을 위하여 알루미늄 재질로 성형되는 것이 바람직할 것이다. 따라서, 상기 터보차저 냉각라인(210,230)에 의해 상기 워터펌프(300)에서 공급되는 냉각수가 상기 터보차저(200)에 공급되어 종래 대비 온도가 낮은 냉각수가 상기 터빈하우징을 냉각함으로써, 상기 터빈하우징 내부의 쿨링강화를 통해 내구성을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 워터펌프(300)의 냉각수를 바로 상기 터보차저(200)로 공급함으로써, 종래 대비 상기 워터펌프(300)의 펌핑손실을 줄이면서도 냉각효율을 높이는 효과가 있게 된다.

또한, 상기 엔진냉각라인(400)에는 냉각수의 온도를 검출하는 검출수단(700)이 마련되되, 특히, 상기 검출수단(700)은 상기 배출라인(230)과 상기 워터펌프(300)의 입구 사이에 마련될 수 있다. 따라서, 상기 검출수단(700)이 상기 워터펌프(300)로 유입되는 냉각수의 온도를 검출함으로서, 상기 터보차저(200)로부터 배출된 온도가 높아진 냉각수에 의해 상기 엔진(100)이 과열되는 현상을 방지한다. 여기서 상기 검출수단(700)은 온도센서인 것이 바람직할 것이다.

상기 검출수단(700)의 역할에 대해 좀 더 상세하게 살펴보도록 한다. 상기 검출수단(700)은 상기 엔진냉각라인(400)에 마련되는 유량밸브(600)와 함께 상호작용하여 상기 엔진(100)에 공급되는 냉각수의 온도를 제어하게 된다. 상기 유량밸브(600)는 라디에이터(500)로부터 냉각된 냉각수가 유입 또는 차단되는 것을 제어한다. 종래에는 터보차저, 엔진 및 라디에이터를 모두 하나의 밸브에 연결하에 제어하였으므로, 사방밸브(4-Way Valve)를 사용하였으나, 본 발명에서는 상기 터보차저(200)로 냉각수가 유입되는 상기 유입라인(210) 및 상기 터보차저(200)에서 냉각수가 배출되는 상기 배출라인(230)이 상기 엔진냉각라인(400)에 구성되어, 상기 유량밸브(600)를 거치지 않아도되므로, 구성이 간단한 밸브를 적용할 수 있어 밸브의 내구성이 증대되고, 고장이 줄어드는 장점이 있다.

따라서, 상기 유량밸브(600)는 상기 엔진(100)의 냉시동시에는 상기 터보차저(200)를 냉각하여 온도가 상승된 냉각수가 상기 엔진(100)으로 바로 공급되도록 제어함으로써, 상기 엔진(100)의 구동초기에 발생할 수 있는 부품간의 마찰력을 제거하여 냉시동성 개선, 연비 개선 및 에미션(Emission)의 감소의 장점이 있다.

또한, 상기 터보차저(200)를 통과한 냉각수가 상기 워터펌프(300)로 유입시에는 냉각수의 온도가 통상 5 ~ 12℃ 정도 상승된 상태이므로, 상기 유량밸브(600)는 상기 엔진(100)의 냉각수가 제어부(800)에 기입력된 소정의 기준값 이상이면, 상기 라디에이터(500)로부터 냉각된 냉각수가 상기 엔진(100)으로 공급되도록 제어하여 냉각수 온도 상승으로 인한 상기 엔진(100)의 과열을 방지한다. 따라서, 상기 검출수단(700)이 상기 터보차저 냉각라인(210,230)의 배출라인(230)과 상기 워터펌프(300)의 사이에 위치하게 되는 것이다.

따라서, 상기와 같은 터보차저의 냉각 시스템에 의하면, 워터펌프로부터 터보차저로 바로 냉각수를 공급함으로써, 터보차저의 냉각효율을 높여 터보차저의 내구성을 증대시키는 장점이 있다. 또한, 상기 터보차저를 냉각하여 온도가 상승된 냉각수를 직접 엔진에 공급함으로써, 냉시동시 엔진의 빠른 온도 상승을 통하여 부품간의 마찰력을 제거하여 냉시동성 개선, 연비 개선 및 에미션의 개선이 가능한 효과가 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 엔진
200 : 터보차저
210 : 유입라인
230 : 배출라인
300 : 워터펌프
400 : 엔진냉각라인
500 : 라디에이터
600 : 유량밸브
700 : 검출수단
800 : 제어부

Claims

엔진과 워터펌프를 통과하여 냉각수가 순환되는 엔진냉각라인;
상기 워터펌프에서 분기되며, 상기 워터펌프에서 토출된 냉각수가 터보차저로 유입되도록 하는 유입라인과 상기 터보차저로부터 토출된 냉각수가 상기 워터펌프로 유입되도록 하되 상기 엔진냉각라인에 합류되는 배출라인이 형성되어, 냉각수가 워터펌프와 터보차저를 통과하여 순환되도록 하는 터보차저 냉각라인;
상기 엔진으로부터 승온된 냉각수가 유입되어 냉각된 후 배출되는 라디에이터; 및
상기 엔진냉각라인에 구비되어 상기 라디에이터에서 냉각된 냉각수가 상기 엔진냉각라인으로 유입되는 것을 허용 또는 차단되도록 하는 유량밸브;를 포함하고,
상기 엔진의 냉간 시 상기 유량밸브가 폐쇄되어 상기 터보차저를 통과하여 승온된 냉각수가 상기 엔진냉각라인을 통해 엔진으로 공급되어 엔진의 웜업시간을 단축시키며,
상기 엔진의 고온 시 상기 유량밸브가 개방되어 상기 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수가 상기 엔진으로 공급되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배출라인은 상기 엔진냉각라인에 연결되되, 상기 워터펌프의 입구측에 연결되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진냉각라인에는 냉각수의 온도를 검출하는 검출수단이 마련된 것을 특징으로 하는 터보차저의 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 배출라인과 상기 워터펌프의 입구 사이에는 검출수단이 마련되어, 상기 워터펌프로 유입되는 냉각수의 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 냉각 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 유량밸브는 냉시동시에는 상기 터보차저를 냉각하여 온도가 상승된 냉각수가 엔진으로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 냉각 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 유량밸브는 상기 엔진의 냉각수가 제어부에 기입력된 소정의 기준값 이상이면, 상기 라디에이터로부터 냉각된 냉각수가 상기 엔진으로 공급되도록 제어하여 상기 엔진의 과열을 방지하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 냉각 시스템.