KR20030001001A - 엔진의 공기 흡입구조 - Google Patents

엔진의 공기 흡입구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 엔진의 운전조건이 냉시동시인 경우에는 연소실로 흡입되는 흡입공기가 터보차저에 의해 가압되지 않고 엔진의 부압에 의해 자연흡기되도록 하며, 일반조건의 운전시에는 흡입공기가 터보차저에 의해서 가압되도록 하는 엔진의 공기 흡입구조에 관한 것으로,
배기라인의 도중에 터빈 케이스가 형성되고, 흡기라인의 도중에 블로어 케이스가 형성되며, 상기한 터빈 케이스 및 블로어 케이스에는 각각 터빈과 블로어가 회전축의 양끝단에 연결된 채로 수용되어 배기가스의 압력에 의해 터빈이 회전되므로서 블로어에서 흡입공기가 가압되어 연소실로 유입되도록 하는 터보차저가 장착된 엔진에 있어서,
상기한 배기매니폴드의 후방과, 터빈 케이스 후방의 배기라인 도중이 연결되어 배기가스가 터빈을 거치지 않고 우회되도록 하는 배기바이패스라인과;
상기한 블로어 케이스 전방의 흡기라인 도중과, 엔진의 흡기매니폴드 측이 직접 연결되어 흡입공기가 블로어에서 가압되지 않고 연소실로 흡입되도록 하는 흡기바이패스라인과;
상기한 배기매니폴드 후방에서 배기바이패스라인이 분기되는 위치에 설치되어 배기가스의 흐름방향을 조절하기 위한 배기조절밸브와;
상기한 흡기라인에서 흡기바이패스라인이 분기되는 위치에 설치되어 흡입공기의 흐름방향을 조절하기 위한 흡기조절밸브와;
엔진의 운전조건에 따라서 상기한 배기조절밸브 및 흡기조절밸브를 작동시키기 위한 링키지와;
엔진의 운전조건을 판단하여 상기한 링키지를 구동시키기 위한 전자제어장치; 로 구성되어 엔진의 운전조건이 냉시동시인 것으로 판단되면 터보차저의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.

Description

엔진의 공기 흡입구조{Intake apparatus for engine}
본 발명은 엔진의 공기 흡입구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 엔진의 운전조건이 냉시동시인 경우에는 연소실로 흡입되는 흡입공기가 터보차저에 의해 가압되지 않고 엔진의 부압에 의해 자연흡기되도록 하며, 일반조건의 운전시에는 흡입공기가 터보차저에 의해서 가압되도록 하는 엔진의 공기 흡입구조에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 연소실로 대기중의 공기를 흡입하는 방식에는 연소실의 부압에 의해 대기중의 공기가 연소실로 자연흡입되는 자연흡기방식과, 배기가스의 압력을 이용하여 터보차저를 회전시키므로서 흡입공기를 강제적으로 가압하는 터보차저방식이 있다.
특히 상기한 터보차저방식은 디젤엔진의 출력향상을 위해 주로 사용되는 것으로, 터보차저(20)는 도 5와 같이 배기가스에 의해 회전되는 터빈(22)과 실린더에 공기를 압송하는 블로어(22)가 하나의 회전축(26)에 결합된다. 상기한 터빈(22)과 블로어(24) 및 회전축(26)은 각각 터빈 케이스(23), 블로어 케이스(25), 베어링 케이스(27)로 감싸여진다. 그리고 상기한 터빈(22)의 로터와 블로어(24)의 로터에는 각각 블레이드가 형성되는데, 터빈(22) 측의 터빈 블레이드는 배기가스에 의해 터빈(22)의 로터를 회전시키고, 블로어(24) 측의 블레이드는 유입되는 흡입공기를 가압하게 되는 것이다.
즉, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스가 배기 매니폴드(11)에서 상기한 터빈 케이스(23)로 유입되어 터빈(20)을 고속으로 회전시키는데, 이 때 터빈(22)과 동축으로 연결된 블로어(24)도 동시에 고속회전되어 블로어 케이스(25)의 공기 흡입구에서 에어덕트(13) 및 에어클리너(14)를 통과한 공기를 빨아 들인다. 이렇게 흡입된 공기는 블로어(24)의 회전에 의해 가압된 후 흡기매니폴드(12)를 통해 연소실 측으로 공급되므로서 공기의 체적효율이 증가되어 엔진(10)의 연비와 성능을 향상시키게 된다.
그러나 종래의 엔진에 장착되는 터보차저는 겨울이든 여름이든 기후에 상관없이 시동시, 주행시, 엔진정지시와 상관없이 배기가스의 압력이 터보차저의 터빈을 회전시키게 되므로서 블로어는 무조건 고속으로 회전된다. 따라서 겨울철과 같이 기온이 빙점 이하로 떨어지는 경우에는 터보차저를 윤활하기 위한 오일의 공급부족으로 인하여 터보차저의 회전축이 마모되므로서 터보차저의 수명이 단축되거나 고장이 발생되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 자동차 엔진의 운전조건이 냉시동시인 경우에는 연소실로 흡입되는 흡입공기가 터보차저에 의해 가압되지 않고 엔진의 부압에 의해 자연흡기되도록 하며, 일반조건의 운전시에는 흡입공기가 터보차저에 의해서 가압되도록 하는 엔진의 공기 흡입구조를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,
배기라인의 도중에 터빈 케이스가 형성되고, 흡기라인의 도중에 블로어 케이스가 형성되며, 상기한 터빈 케이스 및 블로어 케이스에는 각각 터빈과 블로어가회전축의 양끝단에 연결된 채로 수용되어 배기가스의 압력에 의해 터빈이 회전되므로서 블로어에서 흡입공기가 가압되어 연소실로 유입되도록 하는 터보차저가 장착된 엔진에 있어서,
상기한 배기매니폴드의 후방과, 터빈 케이스 후방의 배기라인 도중이 연결되어 배기가스가 터빈을 거치지 않고 우회되도록 하는 배기바이패스라인과;
상기한 블로어 케이스 전방의 흡기라인 도중과, 엔진의 흡기매니폴드 측이 직접 연결되어 흡입공기가 블로어에서 가압되지 않고 연소실로 흡입되도록 하는 흡기바이패스라인과;
상기한 배기매니폴드 후방에서 배기바이패스라인이 분기되는 위치에 설치되어 배기가스의 흐름방향을 조절하기 위한 배기조절밸브와;
상기한 흡기라인에서 흡기바이패스라인이 분기되는 위치에 설치되어 흡입공기의 흐름방향을 조절하기 위한 흡기조절밸브와;
엔진의 운전조건에 따라서 상기한 배기조절밸브 및 흡기조절밸브를 작동시키기 위한 링키지와;
엔진의 운전조건을 판단하여 상기한 링키지를 구동시키기 위한 전자제어장치; 로 구성되어 엔진의 운전조건이 냉시동시인 것으로 판단되면 터보차저의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 흡배기라인의 구성도.
도 2는 본 발명의 주요부를 확대도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 링키지의 작동상태도.
도 4는 본 발명에 의한 터보차저의 작동여부를 결정하기 위한 플로우차트.
도 5는 종래기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 엔진 11 : 배기매니폴드
12 : 흡기매니폴드 20 : 터보차저
22 : 터빈 24 : 블로어
30 : 배기조절밸브 32 : 배기바이패스라인
34 : 조인트 40 : 흡기조절밸브
42 : 흡기바이패스라인 44 : 조인트
50 : 링키지 52 : 제1링크
54 : 제2링키지 60 : 전자제어장치
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 흡배기라인의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 주요부를 확대도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 링키지의 작동상태도이며, 도 4는 본 발명에 의한 터보차저의 작동여부를 결정하기 위한 플로우차트이다. 도면 중에 표시되는 도면부호 30과 40은 각각 배기조절밸브 및 흡기조절밸브를 지시하는 것이며, 일부의 도면부호는 종래 기술의 설명에서 사용된 부호가 그대로 인용된다.
상기한 배기조절밸브(30)는 배기매니폴드(11)에서 배출되어 터보차저(20)의 터빈(22) 측으로 유입되는 배기가스의 경로를 결정하여 배기가스가 터빈(22) 측으로 공급되거나 우회되도록 하기 위한 것이다. 상기와 같이 배기가스가 터보차저(20)를 통과하지 않고 우회되도록 하기 위해 배기매니폴드(11)의 후방과 터빈(22)의 후방측에 배기바이패스라인(32)이 형성되고, 상기 배기바이패스라인(32)이 분기되는 위치에 상기한 배기조절밸브(30)가 형성된다. 이 배기조절밸브(30)의 힌지축에는 캠형상의 조인트(34) 결합된다.
그리고 상기한 흡기조절밸브(40)는 에어덕트(13) 및 에어클리너(14)를 통과하여 터보차저(20)의 블로어(24) 측으로 유입되는 공기의 경로를 결정하여 블로어(24) 측으로 유도하거나, 블로어(24)를 거치지 않고 곧바로 흡기매니폴드(12) 측으로 유도하기 위한 것이다. 상기와 같이 흡입공기의 흐름방향이 유도되도록 하기 위해서 블로어 케이스(25) 전방의 흡기라인 도중과 흡기매니폴드(12)를 직접 연결하는 흡기바이패스라인(42)이 형성된다. 상기 흡기바이패스라인(42)이 분기되는 위치에 상기 흡기조절밸브(40)가 형성되는데, 이 흡기조절밸브(40)의 힌지축에는 캠형상의 조인트(44)가 결합된다.
상기와 같이 서로 다른 위치에 형성되는 배기조절밸브(30)와 흡기조절밸브(40)가 전자제어장치(60)의 제어에 따라 동시에 작동될 수 있도록 하기 위한 링키지(50)가 형성되는데, 이 링키지(50)는 엔진의 레이아웃에 따라서 그 설치위치와 길이 및 각도 등이 다르게 형성될 수 있다.
상기한 링키지(50)는 상기 배기조절밸브(40)를 작동시키기 위한 제1링크(52)와, 흡기조절밸브(40)를 작동시키기 위한 제2링크(54)로 형성되는데, 상기한 제1링크(52) 및 제2링크(54)는 힌지결합되는 2절로 형성된다.
상기 제1링크(52)의 일측은 구동모터(56)의 회전판(57)에 결합되고, 다른 일측은 상기한 배기조절밸브(30)의 조인트(34)에 힌지결합된다. 이 때 상기한 제1링크(52)를 구성하는 두 링크는 내측으로 소정의 각도만큼 굴절된 상태이다. 또한, 상기 제2링크(54)의 일측은 구동모터(56)의 회전판(57)에 결합되고, 다른 일측은 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)에 힌지결합된다. 이 때 상기한 제2링크(54)를 구성하는 두 링크 또한 내측으로 소정의 각도만큼 굴절된 상태이다.
특히, 상기한 제1링크(52) 및 제2링크(54)는 구동모터(56)가 시계반대방향으로 회전될 경우에는 배기조절밸브(30)의 조인트(34)를 밀어 터빈(22)의 입구측이 닫혀지고 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)를 당겨 블로어(24)의 입구측이 닫혀지도록 구성되며, 상기 구동모터(56)가 시계방향으로 회전될 경우에는 배기조절밸브(30)의 조인트(34)를 당겨 터빈(22)의 입구측이 개방되고 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)를 밀어 블로어(24)의 입구측이 개방되되도록 구성된다.
그리고 상기한 전자제어장치(60)는 시동키의 온/오프 여부, 냉각수온 및 엔진회전수를 기준값과 비교한 결과, 엑셀페달의 작동치 등을 입력받아 터보차저(20)의 작동여부를 판단하여 상기 구동모터(56)를 작동시키도록 형성된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.
엔진이 시동되면 상기한 전자제어장치(60)에는 엔진회전수 및 냉각수온 등 엔진의 운전조건이 입력된다. 이렇게 입력된 값으로 판단된 결과가 엔진이 냉시동시인 것으로 판단되면 상기한 구동모터(56)를 시계방향으로 회전시키게 된다. 상기 구동모터(56)가 시계방향으로 회전됨에 회전판(67)에 연결된 상기 링키지(50)가 연동된다. 따라서 상기 제1링크(52)는 배기조절밸브(30)의 조인트(34)를 당겨 배기조절밸브(30)가 터빈(22)의 입구측을 막는 상태가 되고, 상기 제2링크(54)는 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)를 밀어 흡기조절밸브(40)가 블로어(24)의 입구측을 막게 된다.
그리고 전자제어장치(60)로 입력되는 값에 의해서 엔진이 온간시동시인 것으로 판단되면, 상기 전자제어장치(60)는 구동모터(56)가 시계반대방향으로 회전되도록 제어하게 된다. 상기 구동모터(56)가 시계반대방향으로 회전됨에 따라 회전판(57)에 연결된 상기 링키지(50)가 연동된다. 따라서 상기 제1링크(52)는 배기조절밸브(30)의 조인트(34)를 밀어 배기조절밸브(40)에 의해 막혀 있던 터빈(24)의 입구가 개방되고, 상기 제2링크(54)는 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)를 당겨 흡기조절밸브(30)에 의해 닫혀 있던 블로어(24)의 입구를 개방하게 된다. 그러면 상기한 터빈(20)의 입구로 배기가스가 입력되어 배기가스의 배출압력에 의해서 상기 터빈(22)의 블레이드가 고속으로 회전된다. 상기와 같이 터빈(22)이 회전되면상기 터빈(22)과 회전축(26)으로 연결된 블로어(24)가 회전되어 블로어(24)의 입구측으로 유입되는 흡입공기를 가압하게 된다. 이렇게 가압된 공기는 흡기라인(16)의 도중에 형성된 인터쿨러(17)에서 냉각된 후 흡기매니폴드(12)를 거쳐 연소실로 입력된다.
상기와 같이 본 발명은 엔진의 운전환경에 맞게 터보차저의 작동여부가 결정된다. 특히 겨울철 냉시동시의 경우에는 터보차저로 공급되는 오일이 부족하게 되는데, 본 발명에 의한 엔진에서는 터보차저가 작동되지 않게 되므로서 오일공급부죽으로 인해 터보차저가 마모되는 현상이 방지된다.
따라서 본 발명에 의한 엔진은 전자제어장치로 입력되는 운전조건에 따라 냉시동시 및 온시동시를 구분하여 냉시동시인 경우에는 터보차저의 작동을 중지시켜 대기 중의 흡입공기가 그대로 흡기매니폴드로 입력되도록 하고, 엔진이 온시동시인 경우에는 터보차저를 작동시켜 흡입공기를 가압하여 연소실로 공급하게 되므로서, 겨울철과 같이 엔진이 냉시동시인 경우에 터보차저가 마모되는 것을 방지하여 터보차저의 수명을 연장시키는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 배기라인의 도중에 터빈 케이스가 형성되고, 흡기라인의 도중에 블로어 케이스가 형성되며, 상기한 터빈 케이스 및 블로어 케이스에는 각각 터빈과 블로어가 회전축의 양끝단에 연결된 채로 수용되어 배기가스의 압력에 의해 터빈이 회전되므로서 블로어에서 흡입공기가 가압되어 연소실로 유입되도록 하는 터보차저가 장착된 엔진에 있어서,
    상기한 배기매니폴드(11)의 후방과, 터빈 케이스(23) 후방의 배기라인(15) 도중이 연결되어 배기가스가 터빈(22)을 거치지 않고 우회되도록 하는 배기바이패스라인(32)과;
    상기한 블로어 케이스(25) 전방의 흡기라인(17) 도중과, 엔진의 흡기매니폴드(12) 측이 직접 연결되어 흡입공기가 블로어(24)에서 가압되지 않고 연소실로 흡입되도록 하는 흡기바이패스라인(42)과;
    상기한 배기매니폴드(11) 후방에서 배기바이패스라인(32)이 분기되는 위치에 설치되어 배기가스의 흐름방향을 조절하기 위한 배기조절밸브(30)와;
    상기한 흡기라인(16)에서 흡기바이패스라인(42)이 분기되는 위치에 설치되어 흡입공기의 흐름방향을 조절하기 위한 흡기조절밸브(40)와;
    엔진(10)의 운전조건에 따라서 상기한 배기조절밸브(30) 및 흡기조절밸브(40)를 작동시키기 위한 링키지(50)와;
    엔진(10)의 운전조건을 판단하여 상기한 링키지(50)를 구동시키기 위한 전자제어장치(60); 로 구성되어 엔진(10)의 운전조건이 냉시동시인 것으로 판단되면 터보차저(20)의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기흡입구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 링키지(50)를 작동하기 위한 구동모터(56)의 회전판(57) 일측에는 배기조절밸브(30)의 조인트(34)와 연결되는 제1링크(52)가 2절 형성되고, 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)와 연결되는 제2링크(54)가 상기 제1링크(52)와 소정의 각도를 유지한 채로 2절 형성되어, 구동모터(56)가 시계반대방향으로 회전될 경우에는 배기조절밸브(30)의 조인트(34)를 밀어 터빈(22)의 입구측이 닫혀지고 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)를 당겨 블로어(24)의 입구측이 닫혀지며, 상기 구동모터(56)가 시계방향으로 회전될 경우에는 배기조절밸브(30)의 조인트(34)를 당겨 터빈(22)의 입구측이 개방되고 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)를 밀어 블로어(24)의 입구측이 개방되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기흡입구조.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기한 배기조절밸브(30)의 조인트(34) 및 흡기조절밸브(40)의 조인트(44)는 캠형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진의 공기흡입구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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