KR20040102687A

KR20040102687A - 씨엔지 엔진의 흡기 압력 조절장치

Info

Publication number: KR20040102687A
Application number: KR1020030034244A
Authority: KR
Inventors: 유진상
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-08
Also published as: KR100535465B1

Abstract

본 발명은 터보차저가 장착되는 CNG 엔진에서 흡입공기의 가압정도를 조정하기 위한 수단으로 내마모성이 약한 웨이스트 게이트 밸브를 사용하지 않고, 흡기 라인의 도중에 흡입공기의 압력을 조정해주기 위한 별도의 압력조절 밸브가 형성된 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치에 관한 것으로,

콤프레서과 터빈이 동축으로 연결된 터보차저의 양측에 흡기 라인 및 배기 라인이 각각 연결되어, 배기 가스의 압력을 이용하여 흡기 라인을 통과하는 흡입공기를 과급하여 출력이 향상되도록 흡기계가 구성되는 CNG 엔진에 있어서,

상기한 흡기 라인을 통해 흐르는 흡입공기의 초과 압력분이 흡기 라인의 외부로 배출되도록 상기 흡기 라인의 도중에 형성되는 흡기 압력제어 밸브와;

상기한 흡기 압력제어 밸브의 중심 일측에 연결되어 밸브의 개폐작동을 담당하는 액츄에이터와;

상기 흡기 라인의 흡기압력 센서에서 측정된 값을 기초로 상기 액츄에이터의 작동여부를 제어하기 위한 전자제어장치와;

상기 전자제어장치의 제어에 따라서 상기한 액츄에이터가 구동되도록 하기 위한 액츄에이터 구동수단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

씨엔지 엔진의 흡기압력 조절장치{Intake air pressure regulating apparatus of CNG engine}

본 발명은 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터보차저가 장착되는 CNG 엔진에서 흡입공기의 가압정도를 조정하기 위한 수단으로 내마모성이 약한 웨이스트 게이트 밸브를 사용하지 않고, 흡기 라인의 도중에 흡입공기의 압력을 조정해주기 위한 별도의 압력조절 밸브가 형성된 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 CNG 엔진에 장착되는 터보차저의 구조는 도 5에 도시되는 바와 같다. CNG 엔진(100)에 공급되는 흡입공기를 과급하기 위한 터보차저(10)는 도면에서와 같이 하우징(11)의 양측으로 콤프레서(12)와 터빈(13)이 형성된다. 콤프레서(12)의 일측에는 흡기 라인(110)이 연결되고, 상기 터빈(13) 측에는 배기 라인(120)이 연결되므로서, 배기 가스의 배기 압력이 터빈(13)을 회전시키도록 하므로서 콤프레서(12)를 통과하여 흡입공기가 가압되도록 구성되는 것이다.

한편, 터빈(13)으로 배기 가스가 유입되는 입구의 일측에는 흡기 압력 센서(130)에서 측정되는 흡기압에 변화에 따라서 전자제어장치(ECU)의 제어에 의해 제어되어, 배기 가스가 상기 터빈(13)을 거치지 않고 바이패스될 수 있도록 하는 웨이스트 게이트 밸브(20)가 형성된다.

상기한 웨이스트 게이트 밸브(20)의 개폐작동을 에어 탱크(15)의 공기압으로 제어되는 액츄에이터(12)로써 이루어진다. 그리고 상기 액츄에이터(16)와 에어 탱크(15)를 연결하는 에어 라인(19)의 도중에는 상기 액츄에이터(16)의 작동을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(17)와, 상기 에어 탱크(15)에서 액츄에이터(16)로 공급되는 공기압력을 조절하기 위한 레귤레이터(18)가 형성된다.

따라서 에어 탱크(15)의 공기압은 레귤레이터(18)를 통과하면서 소정 압력으로 감압된 후에 액츄에이터(16) 측으로 제공된다. 이와 같이 CNG 엔진(100)에 장착되는 터보차저(10)에서는 콤프레서(12)의 부스트 압력이 직접 제어된다.

한편, 상기한 웨이스트 게이트 밸브(20)는 도 6과 같이 구성되는데, 상기 웨이스트 게이트 밸브(20)는 터빈(13)의 배기 가스 입구(13a)와 출구(13b)를 바로 연결하는 웨이스트 게이트(14)를 막기 위한 원판형상의 원판 밸브(21)와, 상기 원판 밸브(21)를 링크(23)와 연결하기 위한 작동축(22)으로 구성된다. 상기 링크(23)는 액츄에이터(16)와 로드(24)로써 연결되고, 상기 가동축(22)와 링크(23)가 연결되는 부분에는 일반적으로 부시(25)가 개재된다.

그런데 상기와 같이 CNG 엔진에 적용되는 터보차저의 액츄에이터는 엔진 운전중에 순간적으로 열리고 닫히는 작동이 계속해서 반복되므로서, 상기한 웨이스트 게이트 밸브를 구성하는 작동축, 링크, 부시 등이 접하게 되는 부분에서 발생되는 마찰에 의해서 구성품이 마모되는 문제점이 있었다. 따라서 웨이스트 게이트 밸브를 구성하는 부품의 마모에 의해서 엔진이 고출력을 요구하는 경우에도 웨이스트 게이트가 완전히 닫히지 않고 개방된 상태가 유지되므로서 엔진의 출력향상이 이루어지지 못하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 터보차저가 장착되는 CNG 엔진에서 흡입공기의 가압정도를 조정하기 위한 수단으로 내마모성이 약한 웨이스트 게이트 밸브를 사용하지 않고, 흡기 라인의 도중에 흡입공기의 압력을 조정해주기 위한 별도의 압력조절 밸브가 형성된 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

도 1은 본 발명에 의한 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 흡기 압력제어 밸브의 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 흡기 압력제어 밸브의 장착상태 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 흡기 압력제어 밸브의 작동상태도.

도 5 내지 도 6은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 보호의 설명

100 : CNG 엔진 110 : 흡기 라인

120 : 배기 라인 10 : 터보차저

30 : 흡기 압력제어 밸브 31 : 밸브 케이스

33 : 밸브 장착공 34 : 밸브 시트

35 : 통공 36 : 밸브

40 : 액츄에이터 42 : 로드

50 : 에어 탱크 51 : 에어 라인

52 : 솔레노이드 밸브 53 : 레귤레이터

60 : 전자제어장치

이하, 본 발명에 의한 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 흡기 압력제어 밸브의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 흡기 압력제어 밸브의 장착상태 단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 흡기 압력제어 밸브의 작동상태도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 흡기 압력제어 밸브를 지시하는 것이고, 일부의 도면부호는 종래기술의 설명에서 사용된 부호가 그대로 인용된다.

상기한 흡기 압력제어 밸브(30)는 CNG 엔진(100)의 흡기포트와 터보차저(10)의 콤프레서(12) 간을 연결하는 흡기 라인(110)의 도중에 장착되어, 상기한 터보차저(10)에서 가압된 흡입공기의 압력을 조절하기 위한 장치이다.

상기한 CNG 엔진(100)에는 출력향상을 위한 터보차저(10)가 장착되는데, 상기한 터보차저(10)의 터빈(13)은 배기 가스의 배출압력에 순응하여 작동되도록 구성되며, 특히 종래기술의 경우처럼 배기 가스의 통과량을 조절하기 위한 장치로 내마모성이 약한 웨이스트 게이트 밸브는 장착되지 않는다.

즉, 상기한 흡기 압력제어 밸브(30)는 종래기술의 경우에 사용되었던 웨이스트 게이트 밸브를 대용하기 위해 흡기 라인(110)의 도중에 장착되는 것이다.

흡기 압력제어 밸브(30)는 상기한 흡기 라인(110)의 도중에 장착될 수 있도록 밸브 케이스(31)의 일측에 나사결합되는 체결부(32)가 형성되고, 상기 밸브 케이스(31)의 길이방향 중앙으로는 길게 밸브 장착공(33)이 관통 형성된다. 또한, 상기한 체결부(32) 측의 밸브 장착공(33)은 소정 구간 지름이 넓게 형성되며, 그 외측에는 밸브 시트(34)가 마련된다. 그리고 상기한 체결부(32)가 흡기 라인(110)의 니플(111)에 장착된 상태에서 상기 흡기 라인(110)의 내부 도중과 밸브 케이스(31)의 외부가 연통되도록 하기 위한 통공(35)이 상기 체결부(32)의 외측에 다수 형성된다.

그리고 상기한 통공(35)으로 흡기 라인(110)을 통과하는 흡입공기의 배출을 막기 위한 밸브(36)가 밸브 케이스(31)의 밸브 장착공(33)에 수용된다. 상기 밸브(36)는 밸브 장착공(33)의 길이방향을 따라 길게 형성되는 스템(36b)의 외측 끝단에 액츄에이터(40)의 로드(42)가 연결되고, 상기 밸브 시트(34) 측에 위치되는 스템(36b)의 내측 끝단에는 헤드(36a)가 상기 밸브 시트(34)와 면접되도록 원반형상으로 형성된다.

즉, 상기한 밸브(36)는 액츄에이터(40)의 작동방향에 따라서 흡기 라인(110)의 내측으로 밀려 상기 통공(35)이 개방된 상태가 되도록 하거나, 흡기 라인(110)의 외측으로 당겨져 상기 통공(35)이 폐쇄된 상태가 되도록 구성되는 것이다.

한편, 상기한 흡기 압력제어 밸브(30)의 밸브 스템(36)과 액츄에이터(40) 간을 연결하는 로드(42)의 외측에는 상기한 밸브 케이스(31)와 액츄에이터(40)의 몸체 사이가 고정된 상태가 유지되도록 하기 위한 브라켓(44)이 장착된다. 이 브라켓(44)은 대략 'ㄱ'자 형상으로 형성되어 그 일단은 상기 밸브 케이스(31)의 외주연에 고정되고, 다른 일단은 액츄에이터(40)의 일측면에 고정결합되는 것이다.

상기한 액츄에이터(40)의 본 발명의 구성을 설명하기 위한 실시예에서는 공압을 그 구동수단으로 하고 있으나, 그 구동수단은 전동모터와 같은 주지의 타작동수단이 이용될 수 있다.

도면에서와 같이 상기 액츄에이터(40)의 작동을 위해서 액츄에이터(40)와 에어 탱크(50)를 연결하는 에어 라인(51)이 형성되고, 상기 에어 라인(51)의 도중에 전자제어장치(60)의 제어에 의해서 작동되는 솔레노이드 밸브(52)가 형성된다. 또한, 상기한 에어 라인(51)의 도중에는 공기압을 조정하기 위한 레귤레이터(53)가 형성된다. 상기한 전자제어장치(60)에서는 흡기 라인(110)의 도중에 형성된 흡기압력 센서(130)에서 측정되는 흡기압력에 따라서 상기한 흡기라인(110)을 통과하는 흡기압을 제어하게 되는 것이다.

즉, 상기한 터보차저(10)는 배기 라인(120)을 따라 배출되는 배기 가스의 압력에 의해서 작동되어 흡입공기를 가압하게 되는데, 이렇게 가압된 흡입공기는 흡기 라인(110)을 따라 흐르게 되고, 이 과정에서 상기 흡기압력 센서(130)에서 측정되는 흡기압력이 엔진의 운전영역에 필요한 흡기압보다 초과되는 경우에 상기한 흡기 압력제어 밸브(30)를 통해서 일부의 흡기가 외부로 배출되도록 구성되는 것이다.

한편, 상기한 흡기 압력제어 밸브(30)가 형성되는 흡기 라인(110)의 도중에는 도면상에는 도시되지 않았지만 인터쿨러가 형성될 수 있는 것이다.

이상과 같이 터보차저가 장착된 CNG 엔진의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이 터보차저(10)가 장착된 CNG 엔진이 운전되면, 배기 가스의 압력에 의해 회전되는 터빈(13)이 회전되고, 상기 터빈(13)과 동축으로 연결된 콤프레서(12)가 회전되어 흡입공기가 가압되어진다. 이렇게 가압된 흡입공기는 흡기 라인(110)을 따라서 엔진의 연소실로 공급된다.

엔진이 운전되는 중에는 상기한 전자제어장치(60)에는 흡기압력 센서(130)에서 측정되는 흡기압을 계속해서 입력되는데, 전자제어장치(60)에서는 이렇게 입력되는 흡기압이 엔진의 운전영역에 적당한가를 판단하게 된다.

그리고 엔진의 운전영역에 비해서 높은 흡기압이 연소실로 입력되는 경우에는 상기한 액츄에이터(40)가 작동되도록 솔레노이드 밸브(52)에 신호를 보내게 된다. 제어 신호를 받은 솔레노이드 밸브(52)는 액츄에이터(40) 측으로 에어 라인(51)을 따라서 공압이 전달될 수 있도록 작동되고, 공압을 받은 액츄에이터(40)는 로드(42)가 전진되는 방향으로 작동하게 된다.

그러면, 상기한 로드(42)와 연결된 밸브(36)가 흡기 라인(110)의 내측으로 밀리게 되므로서, 상기한 흡기 라인(110)의 내부 도중과 밸브 케이스(31)의 외부가 상기한 통공(35)을 통해서 연통되어진다. 따라서 상기한 통공(35)을 통해서 흡기 라인(110)을 통과하는 흡입공기의 초과 압력분은 외부로 배출되므로서 엔진의 연소실에는 적당한 흡기압이 입력되어진다.

이상과 같이 터보차저(10)에서 가압되어 CNG 엔진(100)으로 공급되는 흡입공기의 압력을 조절하기 위한 수단으로 상기한 흡기 압력제어 밸브(30)가 흡기 라인(110)의 도중에 형성되므로서, 종래기술의 경우에 흡기압력을 제어하기 위해서 장착되었던 내마모성이 약한 웨이스트 게이트 밸브를 구성하지 않아도 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 CNG 엔진의 터보차저에 의해서 가압된 흡입공기의 압력을 제어하기 위한 수단으로서 내마모성이 약한 기존의 웨이스트 게이트 밸브 대신에 비교적 구조가 단순한 흡기 압력제어 밸브가 흡기 라인의 도중에 장착되므로서, 흡기압을 조절하기 위한 부품의 고장이 줄게 될 뿐만이 아니라, 그에 따른 부품의 원가 및 수리비용이 절감되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims

콤프레서와 터빈이 동축으로 연결된 터보차저의 양측에 흡기 라인 및 배기 라인이 각각 연결되어, 배기 가스의 압력을 이용하여 흡기 라인을 통과하는 흡입공기를 과급하여 출력이 향상되도록 흡기계가 구성되는 CNG 엔진에 있어서,

터보차저(10)에 의해 가압된 후 상기한 흡기 라인(110)을 통해 흐르는 흡입공기의 초과 압력분이 상기 흡기 라인(110)의 외부로 배출되도록 상기 흡기 라인(110)의 도중에 형성되는 흡기 압력제어 밸브(30)와;

상기한 흡기 압력제어 밸브(30)의 중심 일측에 연결되어 밸브(36)의 개폐작동을 담당하는 액츄에이터(40)와;

상기 흡기 라인(110)의 도중에 마련된 흡기압력 센서(130)에서 측정된 값을 기초로 상기 액츄에이터(40)의 작동여부를 제어하기 위한 전자제어장치(60)와;

상기 전자제어장치(60)의 제어에 따라서 상기한 액츄에이터(40)가 구동되도록 하기 위한 액츄에이터 구동수단; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 흡기 압력제어 밸브(30)는,

길이방향으로 길게 관통형성되는 밸브 장착공(33)의 일측으로 밸브 시트(34)가 형성되고, 상기 밸브 시트(34)의 내측으로 일정구간 넓게 확관된 그 외주연에는상기 흡기 라인(110)의 도중에 접속되기 위한 체결부(32)가 형성된 밸브 케이스(31)와;

상기한 밸브 장착공(33)에 수용되도록 길게 형성되는 스템(36b)의 외측 끝단은 상기 액츄에이터(40)의 로드(42)와 연결되며, 상기 스템(36b)의 내측 끝단은 상기 밸브 시트(34)와 접하도록 헤드(36a)가 원반형상으로 형성된 밸브(36)와;

상기 밸브(36)가 밸브 시트(34)에서 떨어졌을 경우에 흡기 라인(110)의 내부와 상기 밸브 케이스(31)의 외부가 연통되도록 하기 위해 상기 체결부 외측에 다수 형성되는 통공(35); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치.
제 2 항에 있어서,

상기한 밸브 케이스(31)의 외부측과 상기 액츄에이터(40)의 몸체 간에는 두 부재를 고정시키기 위한 브라켓(44)이 장착되는 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치.
제 2 항에 있어서,

상기한 밸브 케이스(31)의 체결부(32)에는 나사면이 형성된 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 액츄에이터 구동수단은 에어 탱크(50)와, 상기 액츄에이터와 에어 탱크(50) 간을 연결하는 에어 라인(51)과, 상기 에어 라인(51)의 도중에 형성되어 전자제어장치(60)의 제어에 의해 개폐작동되는 솔레노이드 밸브(52)인 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 흡기압력 조절장치.