KR102453823B1 - 터보차저 엔진용 재순환 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 엔진용 재순환 밸브는 엔진의 흡기라인에서 컴프레서 후단에서 컴프레서 전단으로 연결된 재순환 라인을 개폐하는 재순환 밸브에 있어서, 저면에 가스가 유입되는 유입구가 형성되고 측면 일측에 가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 유입구 및 배출구와 연결되어 가스가 유동되는 내부공간이 형성된 재순환 밸브 어댑터; 및 상기 유입구 및 배출구를 개폐하는 플러그;를 포함하고, 상기 내부공간은 내측면 타측에서 일측 방향으로 갈수록 수평방향의 폭이 증가되는 비대칭 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

터보차저 엔진용 재순환 밸브{RECIRCULATION VALVE FOR TURBO CHARGER ENGINE}
본 발명은 터보차저 엔진의 재순환 라인을 개폐하는 재순환 밸브에 관한 것으로서, 터보차저 엔진의 재순환 라인에 설치되어 가스를 재순환하는 과정에서 가스 흐름 간 충돌을 최소화하여 발생되는 서지 소음을 최소화하는 터보차저 엔진용 재순환 밸브에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 가속 성능 향상을 위해서는 부스트 압력의 빠른 증대가 필요하다.
이때, 부스트 압력의 오버슈트(overshoot)가 발생되며, 터보차저(turbo-charger)는 컴프레서 맵상에서 서지 라인(surge line)에 근접하거나 벗어나 불안정(unstable) 영역에서 작동되면서 서지 소음을 유발한다.
이러한 서지 소음은 터보차저의 컴프레서를 통해 과급된 공기가 엔진으로 충분히 공급되지 못하고 컴프레서의 출구관으로부터 역류되는 현상이 반복적으로 발생되기 때문에 생기는 현상으로 심한 경우, 차량의 출렁임을 유발하여 승차감을 처하시키는 문제점을 가지고 있었다.
도 1은 일반적인 엔진의 재순환 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래, 터빈(20)과 컴프레서(30)로 구성되는 터보차저에서 상기와 같은 서지 소음을 방지하기 위해서는 소프트웨어를 개선하여 터빈(20)과 연결된 컴프레서(30)의 운전 영역을 변경하는 소프트웨어적인 방법과 엔진의 재순환 시스템이라고 하는 재순환 유로(recirculation line, 40)와 재순환 유로(40)를 개폐하는 재순환 밸브(RCV, Recirculation valve, 50)를 설치하여 엔진(10) 쪽의 역류성 소음을 감소시키는 하드웨어적인 방법을 주로 사용하여 개선하였다.
도 2는 종래 재순환 밸브(RCV)를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 재순환 밸브(50)는 플러그(52)와 어댑터(51)로 구성되어 있는데, 어댑터(51)는 가스가 유동되는 내부공간에 재순환 유로(40)와 연결시키기 위한 돌출부(51a)가 형성되는바, 돌출부(51a)로 인한 단차에 의한 유동 흐름이 입구(51b)를 통해 유입되어 출구(51c) 방향으로 유동되는 가스 흐름과 서로 충돌하면서 소음이 발생하는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 재순환 가스 흐름 방향으로 돌출부(51a) 후방의 가스 흐름과 주변 가스 흐름이 충돌되며 소음이 발생되고, 재순환되는 유량이 작아짐에 따라 소음 지속 시간이 증가되는 문제점을 가지고 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것을 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여서는 안될 것이다.
KR 10-2016-0146242 A (2015. 06. 12.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 재순환 유로를 개폐하여 가스를 재순환 하는 과정에서 가스 흐름의 충돌을 최소화하여 서지 소음을 개선할 수 있는 재순환 밸브(RCV)를 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 엔진용 재순환 밸브는 엔진의 흡기라인에서 컴프레서 후단에서 컴프레서 전단으로 연결된 재순환 라인을 개폐하는 재순환 밸브에 있어서, 저면에 가스가 유입되는 유입구가 형성되고 측면 일측에 가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 유입구 및 배출구와 연결되어 가스가 유동되는 내부공간이 형성된 재순환 밸브 어댑터; 및 상기 유입구 및 배출구를 개폐하는 플러그;를 포함하고, 상기 내부공간은 내측면 타측에서 일측 방향으로 갈수록 수평방향의 폭이 증가되는 비대칭 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 플러그는, 상기 내부공간의 수직 방향으로 승강 가능하게 설치되되, 승강 높이는 내부공간의 수직방향 높이와 동일한 것이 바람직하다.
상기 재순환 라인은 상기 유입구와 연통되도록 상기 재순환 밸브 어댑터의 저면에 연결되고, 상기 내부공간은 상기 유입구에서 상방으로 갈수록 그 단면적이 증가되는 것을 특징으로 할 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 엔진용 재순환 밸브는 상기 배출구에서 배출되는 가스의 흐름을 가이드하여 상기 재순환 라인으로 공급하도록 복수의 가이드 홀이 형성되어 양단이 각각 상기 재순환 어댑터 및 상기 재순환 라인에 연결된 재순환 니플;을 더 포함할 수 있다.
상기 재순환 니플은, 일측이 상기 배출구과 연결되고 타측이 상기 재순환 라인과 연결된 파이프 형상의 니플 바디; 및 복수의 상기 가이드 홀이 형성되어 상기 니플 바디의 일측에 설치된 스크린;을 포함할 수 있다.
상기 재순환 니플은, 플라스틱 재질의 상기 니플 바디 및 스크린이 일체로 성형된 것이 바람직하다.
상기 니플 바디는, 상기 배출구와 연결되는 일단은 상기 배출구 형상에 대응되도록 그 단면이 사각 형상으로 형성되고, 타단은 상기 재순환 라인에 연결되도록 그 단면이 원형 형상으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 니플 바디는, 가스가 유동되는 내부 가스 유로 전체 영역에서 상기 배출구의 단면과 동일한 단면적을 갖도록 형성된 것이 바람직하다.
상기 배출구는 그 단면이 사각 형상으로 형성되고, 상기 재순환 라인은 그 단면이 원형 형상으로 형성되되, 상기 배출구와 상기 재순환 라인은 동일한 단면적을 갖도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 재순환 밸브 어댑터의 내부공간이 유입구에서 배출구 방향으로 갈수록 점차 단면적이 증가하도록 형성하여 가스 역류를 방지하여 가스의 유동손실을 개선하여 서지 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 재순환 밸브 배출구에서 니플까지 가스 유로가 동일한 단면을 갖도록 형성함으로써, 가스 유동시 압력변화를 최소화하여 서지 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 재순환 밸브 어댑터의 유입구부에 단차를 삭제함으로써, 가스의 유동손실을 개선하여 서지 소음을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 재순환된 가스를 배출시키는 니플에 층류 스크린을 구비하여 가스 흐름을 난류에서 층류로 변화시켜 서지 소음을 최소화하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 엔진의 재순환 시스템을 보여주는 개략도이고,
도 2는 종래 재순환 밸브(RCV)를 설명하기 위한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 엔진용 재순환 밸브를 보여주는 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그의 승강 높이를 설명하기 위한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 밸브 어댑터를 보여주는 평면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 밸브 어댑터를 보여주는 부분 절개 사시도이며,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 니플을 설명하기 위한 사시도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
본 발명은 터보차저의 컴프레서 양측 배기라인에 연결되는 재순환 라인을 개폐하여 가스를 재순환시키는 재순환 밸브에 관한 것으로, 가스가 유동되는 내부에 단턱 등이 형성되지 않도록 하면서, 가스가 원활히 유동할 수 있도록 구조를 개선하여 가스를 재순환 하는 과정에서 가스 흐름 간 충돌을 최소화하여 서지 소음을 최소화하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 엔진용 재순환 밸브를 보여주는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플러그의 승강 높이를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 엔진용 재순환 밸브는 터보차저 컴프레서의 양측 배기라인과 연통되는 재순환 라인을 개폐하는 것으로, 가스가 유입되는 유입구(110)과 가스가 배출되는 배출구(120) 및 가스가 유동되는 내부공간(130)이 형성된 재순환 밸브 어댑터(100)와 내부공간(130) 방향으로 승강되면서 유입구(110) 및 배출구(120)를 개폐하여 재순환 라인을 연통 또는 차단하는 플러그(200)를 포함한다.
이때, 플러그(200)는 내부공간(130)의 수직 방향으로 승강되면서 재순환 라인을 개폐하는데, 그 승강 높이는 내부공간(130)의 수직방향 높이와 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 유입구(110)를 통해 유입되는 가스가 내부공간(130)의 내주면을 따라 자연스럽게 배출구(120) 방향으로 안내되도록 함으로써, 단턱 등으로 인한 유동 가스의 와류 또는 역류 현상을 방지할 수 있어 서지 소음을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 밸브 어댑터를 보여주는 평면도이며, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 밸브 어댑터를 보여주는 부분 절개 사시도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 밸브 어댑터는 그 내부공간(130)이 수평방향 즉, 배출구(120) 방향으로 갈수록 그 폭이 증가되는 비대칭 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 유입구(110)를 통해 유입된 가스가 배출구(120) 방향으로 유동되는 과정에서 유입구(110)의 중심을 기준으로 배출구가 위치한 내부공간(130)의 일측에 비하여 타측의 폭을 넓게 형성함으로써, 터보차저 엔진용 재순환 밸브를 개방하여 재순환 유로 연통시 내부공간(130)의 후방 즉 타측에서 가스의 역류가 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
이에, 가스의 유동 손실을 개선하고, 역류된 가스 흐름과 유입구(110)로 유입되어 배출구(120) 방향으로 이동하는 주 가스 흐름이 충돌하면서 발생되는 서지 소음을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 밸브 어댑터(100)는 재순환 라인과 유입구(110) 연결시 재순환 라인이 재순환 밸브 어댑터(100)의 저면에 연결되어 내부공간(130)에 돌기 등 요철이 형성되지 않도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에, 재순환 라인과 유입구(110)를 연결하기 위해 형성된 요철부에 의한 난류 가스 흐름의 발생을 최소화하여, 난류 가스 흐름과 주 가스 흐름과 충돌하면서 발생되는 서지 소음을 개선할 수 있으며, 재순환되는 가스의 유량을 증가시켜 소음 발생 시간을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 재순환 밸브 어댑터(100)의 내부공간(130)은 유입구(110)에서 상방으로 갈수록 그 단면적이 증가되도록 형성하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 배출구(120) 방향으로 재순환되는 가스의 유량을 보다 증가시킴으로써, 소음발생 시간을 최소화할 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 엔진용 재순환 밸브는 배출구(120)에서 배출되는 가스의 흐름을 가이드하여 재순환 라인으로 공급하도록 복수의 가이드 홀(321)이 형성된 재순환 니플(300)을 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 니플을 설명하기 위한 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 니플(300)은 양단이 각각 재순환 라인 및 배출구(120)에 연결된 파이프 형상의 니플 바디(310)와 복수의 가이드 홀(321)이 형성되어 니플 바디(310)의 일측에 설치된 스크린(320)으로 구성될 수 있다.
이때, 가이드 홀(321)은 배출구(120)를 통과한 가스의 흐름을 가이드 할 수 있도록 가스 흐름 방향으로 일정길이를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 재순환 밸브 어댑터(100)를 통과하면서 발생된 난류를 포함하는 주 가스 흐름이 스크린에 형성된 복수의 가이드 홀(321)을 통과하면서 그 흐름 방향이 가이드 됨으로써, 주 가스 흐름 내 난류를 최소화하여 서지 소음 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 재순환 밸브 어댑터(100)는 니플 바디(310)와 스크린(320)이 플라스틱 재질로 일체로 성형되어 마련되는 것을 특징으로 할 수 있다.
이에, 그 중량을 감소시켜 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 엔진용 재순환 밸브가 적용된 차량을 경량화시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배출구(120)는 앞에서 설명한 바와 같이, 주 가스 흐름을 따라 점차 그 폭이 증가되도록 형성된 내부공간(130)의 단면 형에 대응하여 폭 방향으로 길이가 긴 사각 형상으로 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 니플 바디(310)는 배출구(120)와 연결되는 일단은 배출구(120) 형상에 대응되는 사각 형상으로 형성되며 재순환 라인에 연결되는 타단은 원형 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 주 가스 흐름 방향으로 니플 바디(310)의 단면적은 전체 영역에서 배출구(120)의 단면적과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 니플 바디(310)를 따라 유동되는 가스가 유로의 확장 또는 축소로 인하여 압력 손실이 발생되는 것을 최소화하면서 동시에 가스의 속도 및 압력 변화로 인한 난류 발생을 최소화하여 발생되는 서지 소음을 최소화할 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 재순환 밸브 어댑터 110: 유입구
120: 배출구 130: 내부공간
200: 플러그 300: 재순환 니플
310: 니플 바디 320: 스크린
321: 가이드 홀

Claims (9)

  1. 엔진의 흡기라인에서 컴프레서 후단에서 컴프레서 전단으로 연결된 재순환 라인을 개폐하는 재순환 밸브에 있어서,
    저면에 가스가 유입되는 유입구가 형성되고 측면 일측에 가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 유입구 및 배출구와 연결되어 가스가 유동되는 내부공간이 형성된 재순환 밸브 어댑터; 및
    상기 유입구 및 배출구를 개폐하는 플러그;를 포함하고,
    상기 배출구에서 배출되는 가스의 흐름을 가이드하여 상기 재순환 라인으로 공급하도록 복수의 가이드 홀이 형성되어 양단이 각각 상기 재순환 어댑터 및 상기 재순환 라인에 연결된 재순환 니플;
    상기 내부공간은 내측면 타측에서 일측 방향으로 갈수록 수평방향의 폭이 증가되는 비대칭 형상으로 형성되고,
    상기 니플은 상기 배출구와 연결되는 일단은 상기 배출구 형상에 대응되도록 그 단면이 사각 형상으로 형성되고, 타단은 상기 재순환 라인에 연결되도록 그 단면이 원형 형상으로 형성되며,
    상기 배출구와 상기 재순환 라인은 동일한 단면적을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진용 재순환 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    청구항 1에 있어서,
    상기 플러그는,
    상기 내부공간의 수직 방향으로 승강 가능하게 설치되되, 승강 높이는 내부공간의 수직방향 높이와 동일한 것을 특징으로 하는, 터보차저 엔진용 재순환 밸브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 재순환 라인은 상기 유입구와 연통되도록 상기 재순환 밸브 어댑터의 저면에 연결되고, 상기 내부공간은 상기 유입구에서 상방으로 갈수록 그 단면적이 증가되는 것을 특징으로 하는, 터보차저 엔진용 재순환 밸브.
  4. 삭제
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 재순환 니플은,
    일측이 상기 배출구과 연결되고 타측이 상기 재순환 라인과 연결된 파이프 형상의 니플 바디; 및
    복수의 상기 가이드 홀이 형성되어 상기 니플 바디의 일측에 설치된 스크린;을 포함하는, 터보차저 엔진용 재순환 밸브.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 재순환 니플은,
    플라스틱 재질의 상기 니플 바디 및 스크린이 일체로 성형된 것을 특징으로 하는, 터보차저 엔진용 재순환 밸브.
  7. 삭제
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 니플 바디는,
    가스가 유동되는 내부 가스 유로 전체 영역에서 상기 배출구의 단면과 동일한 단면적을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는, 터보차저 엔진용 재순환 밸브.
  9. 삭제
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