KR102103441B1 - 엔진의 공기 과급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 공기 과급장치에 관한 것으로, 배기유로로 배출되는 배기가스를 흡기유로로 이동시키는 이지알유로, 흡기유로상에 구비되는 터보차져, 이지알유로와 흡기유로의 연결지점에 구비되는 방향전환밸브, 흡기유로상에서 방향전환밸브와 터보차져 사이에 구비되는 압축기를 포함하여, 유로변경밸브와 하나의 압축기로 이지알 부스터와 슈퍼차져의 역할을 수행함으로써 장치를 간소화할 수 있고 터보차져도 원활하게 구동시킬 수 있게 된다.

Description

엔진의 공기 과급장치{ A device for suppling an engine with air }
본 발명은 엔진의 공기 과급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 출력을 높이기 위해 흡기매니폴드로 압축공기를 공급하는 엔진의 공기 과급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진의 효율을 높이기 위해 공기의 과급량을 높이는 장치로 터보차져와 슈퍼차져가 사용되고 있다.
터보차져는 배기가스가 가지고 있는 에너지를 이용하여 터빈을 회전시키고 터빈에 연결된 컴프레셔에 의해 공기를 가압하는 장치로서, 엔진의 연소실로 가압된 공기를 공급하여 엔진의 효율을 향상시킴으로써 출력을 증대할 수 있도록 한다.
슈퍼차져는 터보차져에서 발생하는 터보랙을 해소하기 위해 크랭크축으로부터 동력을 전달받아 공기를 흡입하는 장치이다.
한편, 엔진의 출력을 높이기 위한 장치 이외에도 배기가스의 대기오염물질을 줄이기 위한 장치들이 개발되고 이지알(EGR: Exhaust Gas Recirculation)장치는 배기가스의 일부를 흡기계로 재순환시켜 실린더 내의 연소온도를 낮춤으로써 질소 산화물(NOx)의 발생을 억제하기 위한 장치로, 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 냉각시키는 이지알쿨러, 이지알유로를 개폐하는 이지알밸브, 배기가스의 압력이 흡기의 압력보다 낮을 경우 배기가스가 역류하지 않도록 강제 순환시키는 이지알 부스터를 포함하여 구성된다.
최근에는 엔진의 소형화 추세에 따라 저압 이지알장치와 슈퍼 차져를 동시에 적용하여 출력이 급감하는 저속 고부하 영역에서 공기를 과급하면서 이지알율을 조절하는 장치가 개발되어 있다.
그러나, 엔진의 크기를 줄이고 효율을 높임과 동시에 배기가스를 감소시키기 위해 터보차져, 슈퍼차져 및 이지알장치 등을 적용하게 되면 구성부품이 증가하고 제어기술이 복잡해지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 엔진의 공기 과급장치가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 유로변경밸브와 하나의 압축기로 이지알 부스터와 슈퍼차져의 역할을 수행함으로써 장치를 간소화할 수 있고 터보차져도 원활하게 구동시킬 수 있는 엔진의 공기 과급장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 엔진의 공기 과급장치는, 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
배기유로에 분기되어 흡기유로에 연결되고 배기유로로 배출되는 배기를 흡기유로로 이동시키는 이지알유로, 흡기유로상에 구비되고 엔진의 흡기매니폴드로 공기를 과급하는 터보차져, 상기 이지알유로와 흡기유로의 연결지점에 구비되고 외부로부터 흡기유로로 유입되는 공기와 이지알유로의 배기가 혼합되어 흡기유로로 유입되도록 이지알유로를 개폐하는 방향전환밸브, 흡기유로상에서 상기 방향전환밸브와 터보차져 사이에 구비되고, 흡기유로의 공기를 압축하는 압축기, 및 상기 방향전환밸브 및 압축기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치에 있어서, 상기 방향전환밸브는 상기 이지알유로의 개폐면적을 조절가능하게 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치에 있어서, 상기 제어부는 이지알모드 선택시 기 설정된 이지알율에 배기가스량이 미달되고 상기 이지알유로의 압력이 흡기유로의 압력보다 낮은 경우, 이지알유로의 배기가스를 흡입하도록 상기 압축기를 작동시키는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치에 있어서, 상기 제어부는 슈퍼차징모드 선택시 이지알모드의 경우보다 상기 압축기의 회전속도를 상승시키는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치에 있어서, 흡기유로의 공기가 압축기를 우회하여 엔진의 흡기매니폴드로 공급되도록 상기 방향전환밸브에 분기되어 흡기유로와 병렬로 구비되는 바이패스유로를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방향전환밸브는 흡기유로로 유입되는 공기를 바이패스유로로 유도가능하게 구비된다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치에 있어서, 상기 제어부는 터보차징모드 선택시 흡기유로로 유입되는 공기가 바이패스유로로 유입되어 압축기를 우회하도록 상기 방향전환밸브를 작동시키고 상기 압축기를 정지시키는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치에 있어서, 상기 방향전환밸브는 상기 이지알유로의 배기가스를 바이패스유로나 흡기유로로 선택적으로 유도가능하게 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치에 있어서, 상기 이지알유로상에 배기가스를 냉각시키는 이지알쿨러가 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 공기 과급장치에 의하면, 하나의 압축기로 이지알 부스터와 슈퍼차져의 역할을 수행함으로써 장치를 간소화할 수 있고, 압축기를 우회하도록 유로를 변경함으로써 터보차져도 원활하게 동작시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치를 나타낸 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 엔진의 공기 과급장치의 부분 확대도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치를 나타낸 구성도,
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 엔진의 공기 과급장치의 작동상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
제1실시예
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치는, 배기유로(12)로 배출되는 배기가스를 흡기유로로 이동시키는 이지알유로(14), 흡기유로(11)상에 구비되는 터보차져(21), 이지알유로(14)와 흡기유로(11)의 연결지점에 구비되는 방향전환밸브(30), 흡기유로(11)상에서 방향전환밸브(30)와 터보차져(21) 사이에 구비되는 압축기(40), 및 방향전환밸브(30) 및 압축기(40)를 제어하는 제어부(50)를 포함한다.
이지알유로(14)는 배기유로(12)에 분기되어 흡기유로(11)에 연결된다. 이지알유로(14)상에 배기가스를 냉각시키는 이지알쿨러(60)가 구비되어 있다. 이지알쿨러(60)는 배기유로(12)로부터 이지알유로(14)로 유입되는 배기가스를 냉각시켜 흡기유로(11)로 재순환시킨다.
이지알유로(14)와 흡기유로(11)가 교차하는 분기점에는 방향전환밸브(30)가 구비되어 있다.
방향전환밸브(30)는 단순히 이지알유로(14)나 흡기유로(11)를 개폐하여 유로를 변경하는데 그치지 않고 유로의 개폐면적을 조절가능하게 구비된다. 즉, 방향전환밸브(30)는 개폐면적의 조절이 가능한 비례제어밸브이다. 단순 개폐형식의 개폐밸브도 본 발명의 방향전환밸브에 해당함은 물론이다.
방향전환밸브(30)는 흡기유로(11)나 이지알유로(14)를 개폐하여 외부로부터 흡기유로(11)로 유입되는 공기(외부 공기)나 이지알유로(14)의 배기가스(재순환가스)가 선택적으로 엔진(1)의 흡기매니폴드(2)로 유입되게 한다.
또한, 방향전환밸브(30)는 흡기유로(11)와 이지알유로(14)의 개폐면적을 비례제어하여 외부 공기와 재순환가스가 혼합되어 흡기매니폴드(2)로 유입되게 한다.
터보차져(21)는 흡기유로(11)상에 구비되어 흡기유로(11)로 유입되는 공기를 압축하여 엔진(1)의 흡기매니폴드(2)로 공급한다. 배기유로(12)에는 배기가스에 의해 구동하는 터빈(22)이 설치되어 터보차져(21)를 연동시킨다. 터보차져(21)는 터빈(22)으로부터 회전력을 전달받아 흡기유로(11)상의 공기를 압축하는 압축기의 일종이다.
흡기유로(11)상에는 터보차져(21)와 별개로 압축기(40)가 구비된다. 터보차져(21)와 별개로 구비되는 압축기(40)는 터보차져(21)와 방향전환밸브(30)의 사이에 구비된다. 이와 같이 압축기(40)는 흡기유로(11)상에서 터보차져(21)와 직렬로 연결되는데, 제어부(50)는 압축기(40)와 터보차져(21)를 선택적 또는 동시에 작동시킬 수 있다.
압축기(40)는 방향전환밸브(30)에 의해 유도된 흡기유로(11)상의 공기를 압축하여 터보차져(21)쪽으로 강제이송시키게 된다. 압축기(40)는 운전모드에 따라 회전속도를 가변할 수 있는 전동식이다.
압축기(40)는 이지알 부스터의 역할도 수행할 수 있고 슈퍼차져의 역할도 수행할 수 있다. 즉, 흡기유로(11)상의 재순환가스의 혼합비인 이지알율을 높이기 위한 목적으로 압축기(40)를 가동시키는 경우(이지알모드), 흡기유로(11)와 이지알유로(14)의 압력차에 따라 재순환가스를 강제흡입하는 이지알 부스터의 역할을 하게 된다. 아울러 터보차져(21)의 작동영역이 아닐 때 외부공기를 과급하고자 하는 목적으로 압축기(40)를 가동시키는 경우(슈퍼차징모드), 외부공기를 강제흡입하여 압축하는 슈퍼차져저의 역할을 하게 된다.
제어부(50)는 방향전환밸브(30)에 개폐신호나 비례제어신호를 인가하여 흡기유로(11)와 이지알유로(14)상의 공기 흐름을 제어한다. 또한, 제어부(50)는 압축기(40)에 작동신호와 속도제어신호를 인가한다.
작동모드에 따른 제어부(50)의 동작을 설명한다.
이지알모드 선택시, 제어부(50)는 방향전환밸브(30)로 비례제어신호를 인가하여 흡기유로(11)상에 외부공기와 재순환가스가 혼합되어 유입되게 한다. 이때, 제어부(50)는 혼합가스의 이지알율을 검출하고 이지알유로(14)와 흡기유로(11)의 압력도 검출한다.
제어부(50)는 검출된 이지알율을 기 설정된 이지알율과 비교한 후 기 설정된 이지알율에 배기가스량이 미달되는 경우, 이지알유로(14)의 압력과 흡기유로(11)의 압력을 비교하고, 이지알유로(14)의 압력이 흡기유로의 압력보다 낮은 경우, 압축기(40)에 작동신호를 인가하여 이지알유로(14)의 배기가스를 흡기유로(11)로 강제흡입한다. 이와 같이 이지알모드에서 압축기(40)는 재순환가스의 역류를 방지하는 이지알 부스터의 역할을 하게 된다.
이지알유로(14)의 압력이 흡기유로의 압력보다 낮은 경우, 제어부(50)는 압축기(40)를 구동시키지 않아도 무방하나, 이지알율에 따라 압축기(40)의 회전속도를 저속으로 운전시키는 것도 가능하다.
제어부(50)는 사용자의 요구에 따라 개폐면적을 조절하는 비례제어신호를 인가한다.
슈퍼차징모드 선택시, 제어부(50)는 사용자의 요구에 따라 방향전환밸브(30)의 개폐면적을 조절하거나 이지알유로(14)를 완전히 닫는다. 슈퍼차징모드에서는 흡기유로(11)로 유입되는 외부공기를 압축하여 강제이송시켜야 하므로, 제어부(50)는 이지알모드의 경우보다 압축기(40)의 회전속도를 상승시키게 된다.
제2실시예
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진의 공기 과급장치는, 흡기유로(11)의 공기가 압축기(40)를 우회하여 엔진의 흡기매니폴드(2)로 공급되도록 방향전환밸브(30)에 분기되어 흡기유로(11)와 병렬로 구비되는 바이패스유로(15)를 더 포함하여 구성된다.
본 실시예의 방향전환밸브(30)는 흡기유로(11)로 유입되는 공기를 상기 바이패스유로(15)로 유도가능하거나 흡기유로(11)로 선택적으로 유도한다.
즉, 방향전환밸브(30)는 외부공기와 재순환가스의 혼합공기를 바이패스유로(15)로 유도함으로써 압축기(40)를 우회하여 터보차져(21)쪽으로 이송시킬 수 있다. 또한, 바이패스유로(15)의 출구를 닫아 제1실시예와 같이 혼합공기가 압축기(40)를 통과하게 할 수도 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 터보차징모드 선택시 제어부(50)는 흡기유로(11)로 유입되는 공기가 바이패스유로(15)로 유입되어 압축기(40)를 우회하도록 방향전환밸브(30)를 작동시키고 상기 압축기(40)를 정지시키는 제어신호를 인가한다. 터보차징모드에서는 압축기(40)를 정지시키고 터보차져(21)를 구동시켜 공기를 압축한다.
도 4는 이지알모드 선택시의 공기흐름을 나타낸 것으로, 제어부(50)는 바이패스유로(15)를 닫는 신호를 방향전환밸브(30)에 인가하고 압축기(40)로는 제1실시예에서 이미 설명한 바와 같이 이지알모드에 따른 제어신호를 인가한다.
도 5는 슈퍼차징모드 선택시의 공기흐름을 나타낸 것으로, 제어부(50)는 이지알모드 선택시와 마찬가지로 바이패스유로(15)를 닫는 신호를 방향전환밸브(30)에 인가하고 압축기(40)로는 제1실시예에서 이미 설명한 바와 같이 슈퍼차징모드에 따른 제어신호를 인가한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
11 : 흡기유로
12 : 배기유로
14 : 이지알유로
15 : 바이패스유로
21 : 터보차져
22 : 터빈
30 : 방향전환밸브
40 : 압축기
50 : 제어부
60 : 이지알쿨러

Claims (9)

  1. 배기유로(12)에 분기되어 흡기유로(11)에 연결되고, 배기유로(12)로 배출되는 배기가스를 흡기유로로 이동시키는 이지알유로(14);
    흡기유로(11)상에 구비되고, 엔진의 흡기매니폴드(2)로 공기를 과급하는 터보차져(21);
    상기 이지알유로(14)와 흡기유로(11)의 연결지점에 구비되고, 외부로부터 흡기유로(11)로 유입되는 공기와 이지알유로(14)의 배기가스가 혼합되어 흡기유로(11)로 유입되도록 이지알유로(14)를 개폐하는 방향전환밸브(30);
    흡기유로(11)상에서 상기 방향전환밸브(30)와 터보차져(21) 사이에 구비되고, 흡기유로(11)의 공기를 압축하는 압축기(40);
    상기 방향전환밸브(30) 및 압축기(40)를 제어하는 제어부; 및
    흡기유로(11)의 공기가 압축기(40)를 우회하여 엔진의 흡기매니폴드(2)로 공급되도록 상기 방향전환밸브(30)에 분기되어 흡기유로(11)와 병렬로 구비되는 바이패스유로(15);를 포함하고,
    상기 방향전환밸브(30)는,
    흡기유로(11)로 유입되는 공기를 상기 바이패스유로(15)로 유도가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 과급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방향전환밸브(30)는,
    상기 이지알유로(14)의 개폐면적을 조절가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 과급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    이지알모드 선택시 기 설정된 이지알율에 배기가스량이 미달되고 상기 이지알유로(14)의 압력이 흡기유로의 압력보다 낮은 경우, 이지알유로(14)의 배기가스를 흡입하도록 상기 압축기(40)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 과급장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    슈퍼차징모드 선택시 이지알모드의 경우보다 상기 압축기(40)의 회전속도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 과급장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    터보차징모드 선택시 흡기유로(11)로 유입되는 공기가 상기 바이패스유로(15)로 유입되어 상기 압축기(40)를 우회하도록 상기 방향전환밸브(30)를 작동시키고 상기 압축기(40)를 정지시키는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 과급장치.
  8. 배기유로(12)에 분기되어 흡기유로(11)에 연결되고, 배기유로(12)로 배출되는 배기가스를 흡기유로로 이동시키는 이지알유로(14);
    흡기유로(11)상에 구비되고, 엔진의 흡기매니폴드(2)로 공기를 과급하는 터보차져(21);
    상기 이지알유로(14)와 흡기유로(11)의 연결지점에 구비되고, 외부로부터 흡기유로(11)로 유입되는 공기와 이지알유로(14)의 배기가스가 혼합되어 흡기유로(11)로 유입되도록 이지알유로(14)를 개폐하는 방향전환밸브(30);
    흡기유로(11)상에서 상기 방향전환밸브(30)와 터보차져(21) 사이에 구비되고, 흡기유로(11)의 공기를 압축하는 압축기(40);
    상기 방향전환밸브(30) 및 압축기(40)를 제어하는 제어부; 및
    흡기유로(11)의 공기가 압축기(40)를 우회하여 엔진의 흡기매니폴드(2)로 공급되도록 상기 방향전환밸브(30)에 분기되어 흡기유로(11)와 병렬로 구비되는 바이패스유로(15);를 포함하고,
    상기 방향전환밸브(30)는,
    상기 이지알유로(14)의 배기가스를 바이패스유로(15)나 흡기유로(11)로 선택적으로 유도가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 과급장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이지알유로(14)상에 배기가스를 냉각시키는 이지알쿨러(60)가 구비되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기 과급장치.
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