KR20030026584A - 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 엔진의 저중속·저부하시에는 터보차저에서 과급되는 공기를 인터쿨러를 통하여 냉각한 후 공급하며, 엔진의 고속·고부하시에는 인터쿨러를 통과한 과급공기의 일부를 터보차저로 바이패스시켜 엔진의 과열에 의한 내구성 저하를 방지하고 연료소비를 절감하여 연비를 개선하며 배기가스 배출량을 감소시킬 수 있는 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템을 제공하는데 있다.

이를위해 본 발명은 배기가스의 유동에너지를 이용하여 공기를 과급하고 과급공기를 냉각하여 공급하는 터보차저 인터쿨러 엔진에 있어서,

상기 인터쿨러 출구라인의 공기압을 측정하는 압력센서와;

상기 인터쿨러 출구라인으로부터 분기되어 터보차저 입구라인에 접속하는 바이패스 라인과;

상기 분기지점에 설치되어 상기 바이패스 라인과 흡기포트 입구라인을 선택적으로 개폐하도록 회동작동하는 바이패스 밸브와;

상기 압력센서에서 검출된 과급공기압이 규정치 이상일 때 상기 바이패스 라인을 개방하도록 상기 바이패스 밸브를 회동작동시키는 액츄에이터; 를 포함하여 구성되어 있다.

Description

터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템{Zntercooler by-pass system}

본 발명은 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템에 관한 것이다.

디젤엔진의 경우 엔진출력을 증대시키기 위해 배기가스의 유동에너지를 이용하여 공기를 압축하여 과급하는 터보차저가 사용되고 있다.

이 터보차저로 공기를 압축하여 과급하면 압축공기의 온도가 상승하여 밀도가 저하되므로써 체적효율이 저하되기 때문에 고온의 압축공기를 인터쿨러를 통해 방열냉각한 후 밀도를 높여 연소실에 공급하고 있다.

그런데 이 인터쿨러는 특별한 작동장치가 없는 방열기로서 터보차저를 통해 단순히 압축되어 고온으로 형성된 과급공기를 차량주행풍을 이용하여 냉각시켜 흡입공기량을 최대한 많게하여 엔진성능을 향상시킬 수는 있으나 엔진의 고속운전시에는 과급공기량도 크게 증가하고 이에따라 연료공급량이 동반해서 많아지기 때문에 과출력 및 과토오크에 의한 엔진 내구성 저하를 가져오고 또 배기가스 배출량 증대 및 연비 악화등의 문제를 초래한다.

이에따라 엔진의 고속운전시 과급공기량을 일정하게 제한하는 장치가 요구되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은

엔진의 저중속·저부하시에는 터보차저에서 과급되는 공기를 인터쿨러를 통하여 냉각한 후 공급하며, 엔진의 고속·고부하시에는 인터쿨러를 통과한 과급공기의 일부를 터보차저로 바이패스시켜 엔진의 과열에 의한 내구성 저하를 방지하고 연료소비를 절감하여 연비를 개선하며 배기가스 배출량을 감소시킬 수 있는 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

배기가스의 유동에너지를 이용하여 공기를 과급하고 과급공기를 냉각하여 공급하는 터보차저 인터쿨러 엔진에 있어서,

상기 인터쿨러 출구라인의 공기압을 측정하는 압력센서와;

상기 인터쿨러 출구라인으로부터 분기되어 터보차저 입구라인에 접속하는 바이패스 라인과;

상기 분기지점에 설치되어 상기 바이패스 라인과 흡기포트 입구라인을 선택적으로 개폐하도록 회동작동하는 바이패스 밸브와;

상기 압력센서에서 검출된 과급공기압이 규정치 이상일 때 상기 바이패스 라인을 개방하도록 상기 바이패스 밸브를 회동작동시키는 액츄에이터; 를 포함하여구성되어 있다.

도 1은 본 발명에 의한 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템으로서 저속·저부하 운전시의 작동상태를 나타내는 도면

도 2는 고속·고부하 운전시 본 발명장치의 작동상태를 나타내는 도면

도 3은 본 발명의 액츄에이터의 일실시예를 나타내는 도면

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 터보차저 2 : 터빈

3 : 블로어 4 : 엔진

5 : 터보차저 출구라인 6 : 인터쿨러

7 : 인터쿨러 출구라인 7a : 흡기포트 입구라인

8 : 바이패스라인 9 : 터보차저 입구라인

10 : 배기관로 11 : 에어클리너

12 : 밸브실 13 : 회전축

14 : 바이패스 밸브 15 : 액츄에이터

16 : 에어탱크 17 : 에어라인

17a: 에어탱크 출구라인 18 : 에어실린더

19 : 피스톤 20 : 리턴스프링

21 : 작동로드 22 : 래크기어

23 : 피니언기어 24 : 압력센서

25 : 전자제어장치 26 : 솔레노이드 밸브

27 : 대기압관로

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템으로서 저속·저부하 운전상태를 나타내는 도면이며, 도 2는 엔진의 고속·고부하 운전시의 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템의 작동상태를 나타내는 도면이다.

도면중 부호 1은 터빈(2)과 블로어(3)로 구성된 터보차저이며, 엔진(4)에서 배기관로(10)를 통해 배기가스가 배출되면 터보차저(1)의 터빈(2)이 회전하고, 이에 연동하여 블로어(3)가 공기를 흡입하고 가압하여 터보차저 출구라인(5)을 통해 인터쿨러(6)로 급송한다.

인터쿨러(6)는 인터쿨러 출구라인(7)을 통해 엔진(4)의 흡기포트에 접속하고 있으며, 인터쿨러 출구라인(7)의 도중에는 바이패스 라인(8)이 분기 접속되고, 바이패스라인(8)의 타단은 터보차저 입구라인(9)에 접속하고 있으며, 터보차저 입구라인(9)의 선단에는 공기속의 이물질을 여과하는 에어클리너(11)가 장착되어 있다.

상기 인터쿨러 출구라인(7)과 바이패스 라인(8)의 분기 접속지점에는 밸브실(12)이 형성되고, 그 밸브실(12)내에는 회전축(13)을 중심하여 회동작동하는 바이패스 밸브(14)가 설치되어 있다.

그리고 부호 7a는 밸브실(12)과 엔진(4)을 연결하는 관로로서 별도로 흡기포트 입구라인으로 지칭하였으나 이는 인터쿨러 출구라인(7)의 일부이다.

이에따라 인터쿨러 출구라인(7)과 바이패스 라인(8) 및 흡기포트 입구라인(7a)은 밸브실(12)을 중심하여 세갈래 길을 형성하게 되며, 바이패스 밸브(14)는 바이패스 라인(8)을 완전히 폐쇄하거나 또는 바이패스 라인(8)의 일부를 개방하고, 흡기포트 입구라인(7a)의 일부를 차단하여 과급공기의 통과 단면적을 축소시키도록 작동한다.

상기 바이패스 밸브(14)는 버터플라이 밸브나 삼방향 밸브가 사용되며, 액츄에이터(15)에 의해 작동된다.

액츄에이터(15)는 에어탱크(16)로부터 에어라인(17)을 통해 압축공기가 유입되어 작동하는 에어실린더(18)와 피스톤(19), 피스톤(19)을 공기압에 대항하는 방향으로 탄발지지하는 리턴스프링(20), 피스톤(19)에 연결된 작동로드(21), 작동로드(21) 선단에 형성된 래크기어(22) 및 상기 바이패스 밸브(14)의 회전축(13)의 일단에 형성되어 상기 래크기어(22)와 맞물려 회전하는 피니언기어(23)로 구성된다.(도 3 참조)

이와같이 상기 액츄에이터(15)는 공기압 작동방식을 채택하고 있으나 전기적으로 온·오프되는 솔레노이드 기구를 사용할 수도 있다.

그리고 도면중 부호 24는 과급공기압을 검출하기 위하여 인터쿨러 출구라인(7)에 설치된 압력센서이며, 압력센서(24)의 검출정보는 전자제어장치(25)에 입력되어 솔레노이드 밸브(26)의 개폐정보로 이용된다.

이하에 본 발명의 작동에 대하여 상술한다.

(1) 엔진의 저속·저부하 운전시

이때는 과급공기압이 규정치보다 낮게 검출되므로 압력센서(24)로터 과급공기압 정보를 인가받은 전자제어장치(25)는 솔레노이드 밸브(26)를 작동제어하여 에어탱크 출구라인(17a, 에어라인(17)의 일부로서 구분의 필요가 있을 때 지칭한다)을 폐쇄하고, 대기압라인(27)을 개방하게 된다. 이때 에어실린더(18)는 대기에 연통하게 되며, 리턴스프링(20)의 탄발력에 의해 피스톤(19)과 작동로드(21)가 후퇴하게 되며, 바이패스 밸브(14)는 래크와 피니언(22)(23)에 의해 회전하는 회전축(13)에 의하여 회동하여 바이패스 라인(8)을 차단하게 되며, 흡기포트 입구라인(7a)은 완전 개방상태에 있게 된다.

이에따라 인터쿨러(6)를 통해 냉각된 과급공기는 전량 엔진(4)에 공급되는 것이다.

(2) 엔진의 고속·고부하 운전시

인터쿨러(6)를 통과한 과급공기압이 규정치보다 높게 검출되면 전자제어장치(25)는 솔레노이드 밸브(26)를 작동제어하여 대기압라인(27)을 폐쇄하고 에어라인(17)(17a)은 개방하도록 제어한다.

이에따라 에어탱크(16)의 압축공기가 에어실린더(18)로 유입되어 피스톤(19)이 리턴스프링(20)을 압축하면서 이동된다. 이에따라 바이패스 밸브(14)가 시계방향으로 회동(도시상태 기준)하여 바이패스 라인(8)을 개방하는 대신 흡기포트 입구라인(7a)은 일부를 가려 통과단면적을 축소시키게 된다.

이에따라 과급공기의 일부는 바이패스 라인(8)을 통해 블로어(3)측으로 바이패스되고, 일부만이 엔진(4)에 유입되므로 엔진 출력은 감소되고 또 엔진출력 감소에 따라 터보차저(1)의 회전수가 감소되어 과급공기압이 낮아지게 되는 것이다. 여기서 본 발명의 장점은 바이패스 라인(8)의 개방시 흡기포트 입구라인(7a)을 일부 차단하므로써 엔진에 공급되는 과급공기량을 효과적으로 제어할 수 있다는 점이며, 이는 바이패스 밸브(14)로부터 기인하는 특성이다.

이와같이 하여 과급공기압이 규정치 이하로 내려가면 액츄에이터(15) 작동에 의해 바이패스 밸브(14)는 바이패스 라인(8)을 완전 차단하고 흡기포트 입구라인(7a)은 풀 개방하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 엔진이 과열되는 고속·고부하 운전시 인터쿨러를 통과한 과급공기의 일부를 터보차저측으로 바이패스시켜 엔진에 공급되는 과급공기량을 감소시키므로써 지나친 과급에 의한 엔진 및 터보차저의 내구성 저하를 방지하고 연료의 과소비를 방지하여 연비를 향상하며, 배기가스 배출량을 감소시키게 되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 배기가스의 유동에너지를 이용하여 공기를 과급하고 과급공기를 냉각하여 공급하는 터보차저 인터쿨러 엔진에 있어서,

   상기 인터쿨러 출구라인의 공기압을 측정하는 압력센서와;

   상기 인터쿨러 출구라인으로부터 분기되어 터보차저 입구라인에 접속하는 바이패스 라인과;

   상기 분기지점에 설치되어 상기 바이패스 라인과 흡기포트 입구라인을 선택적으로 개폐하도록 회동작동하는 바이패스 밸브와;

   상기 압력센서에서 검출된 과급공기압이 규정치 이상일 때 상기 바이패스 라인을 개방하도록 상기 바이패스 밸브를 회동작동시키는 액츄에이터; 를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 액츄에이터는 공기압 작동방식인 것을 특징으로 하는 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 액츄에이터는 에어실린더와 피스톤, 그 피스톤을 탄발지지하는 리턴스프링, 피스톤으로부터 연장된 작동로드, 작동로드에 형성된 래크기어, 바이패스 밸브의 회전축에 고정되어 상기 래크기어와 맞물려 회전하는 피니언 기어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   엔진의 고속·고부하 운전으로 상기 압력센서에 의해 규정치 이상의 압력이 검출될 때 전자제어장치에 의해 상기 액츄에이터가 상기 바이패스 밸브를 회동작동시켜 상기 바이패스 라인을 개방함과 동시에 상기 바이패스 밸브가 흡기포트 입구라인의 일부를 차단하게 되는 것을 특징으로 하는 터보차저 인터쿨러의 과급공기 바이패스 시스템.