KR20060058338A

KR20060058338A - 씨엔지이 엔진의 흡기과급장치

Info

Publication number: KR20060058338A
Application number: KR1020040097328A
Authority: KR
Inventors: 김주연
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-05-30

Abstract

본 발명은 종래의 CNG 엔진에서 터보차저의 출력제어를 위해 장착되었던 웨이스트 게이트 밸브를 대체하여 터보차저의 콤프레서 전후방을 연결하는 재순환 흡기라인의 도중에 공압에 의해 제어되는 과급공기 제어 밸브가 장착된 CNG 엔진의 흡기과급장치에 관한 것으로,

배기가스의 압력을 이용하여 흡입공기를 압축공급하기 위한 터보차저가 형성되는 CNG 엔진에 있어서,

상기한 터보차저의 콤프레서 전방의 흡기덕트와 콤프레서 후방의 흡기라인에 각각 양단이 접속되는 재순환 흡기라인과; 상기한 재순환 흡기라인의 도중에 장착되어 통과되는 과급공기량을 제어하기 위한 과급공기 제어 밸브와; 공압 라인을 통해 상기 과급공기 제어 밸브에 작동압을 제공하기 위한 에어 탱크와; 상기한 과급공기 제어 밸브와 에어 탱크 사이의 공압 라인의 도중에 장착되어 소정 수준의 공압을 유지시켜주기 위한 에어 레귤레이터와; 상기한 과급공기 제어 밸브와 에어 레귤레이터 사이의 공압 라인의 도중에 장착되어, 엔진 ECU의 제어에 의해서 상기 과급공기 제어 밸브의 작동을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

CNG 엔진, 터보차저, 과급공기 제어 밸브

Description

씨엔지이 엔진의 흡기과급장치{Intake air charging apparatus for the CNG engine}

도 1은 본 발명에 의한 CNG 엔진의 흡기과급장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 흡기과급장치가 적용된 CNG 엔진의 요부를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 흡기과급장치의 다른 실시예를 보인 도면.

도 4 내지 도 5는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 재순환 라인 31 : 입력단

32 : 가압공기 제어 밸브 33 : 공압 라인

34 : 에어 탱크 35 : 에어 레귤레이터

40 : 터보차저 41 : 콤프레서

42 : 터빈 50 : 흡기덕트

52 : 흡기라인 54 : 인터쿨러

60 : CNG 엔진 70 : 엔진 ECU

본 발명은 CNG 엔진의 흡기과급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종래의 CNG 엔진에서 터보차저의 출력제어를 위해 장착되었던 웨이스트 게이트 밸브를 대체하여 터보차저의 콤프레서 전후방을 연결하는 재순환 흡기라인의 도중에 공압에 의해 제어되는 과급공기 제어 밸브가 장착된 CNG 엔진의 흡기과급장치에 관한 것이다.

일반적으로 CNG 엔진에 장착되는 터보차저의 구조는 도 4에 도시되는 바와 같다. CNG 엔진의 터보차저(10)는 도면에서와 같이 하우징(11)의 양측으로 콤프레서(12)와, 터빈(13)이 형성된다. 즉, CNG 엔진의 터보차저(10)를 구성하는 하우징(11)의 구조는 디젤 엔진에 장착되는 일반적인 터보차저와 비슷하다.

상기한 콤프레서(12)의 일측은 흡기라인이 연결되고, 상기 터빈(13) 측에는 배기라인과 연결되므로서, 배기가스의 배기압력을 이용하여 터빈(13)을 회전시켜 콤프레서(12)를 통과하는 흡입공기가 가압되도록 구성되는 것이다.

한편, 터빈(13)으로 배기가스가 유입되는 입구의 일측에는 운전상황에 따라서 배기가스가 상기 터빈(13)을 거치지 않고 바이패스될 수 있도록 하는 웨이스트 게이트 밸브(20)가 형성된다.

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

따라서 에어 콤프레서(15)의 공기압은 레귤레이터(18)를 통과하면서 약 2bar의 압력으로 감압된 후에 액츄에이터(16) 측으로 제공된다. 이와 같이 CNG 엔진의 터보차저(10)에서는 콤프레서(12)의 부스트 압력이 일반적인 디젤 엔진의 터보차저와는 다르게 직접 제어될 수 있도록 구성된다.

한편, 상기한 웨이스트 게이트 밸브(20)는 도 5와 같이 구성되는데, 상기 웨이스트 게이트 밸브(20)는 터빈(13)의 배기가스 입구(13a)와 출구(13b)를 바로 연결하는 관통공(14)을 막기 위한 원판형상의 밸브(21)와, 상기 밸브(21)를 링크(23)와 연결하기 위한 회전축(22)으로 구성된다. 상기 링크(23)는 액츄에이터(16)와 로드(24)로써 연결되고, 상기 회전축(22)와 링크(23)는 부시(25)를 매개로 하여 결합되는 것이다.

그런데 상기한 CNG 엔진의 터보차저의 액츄에이터는 엔진 운전 중에 항상 순간적으로 에어 압력이 0~2bar까지 반복적으로 작동되므로서, 웨이스트 게이트 밸브의 회전축에 끼워지는 부시가 쉽게 마모될 뿐만 아니라, 이는 곧 차량의 출력저하로 이어지게 되는 문제점이 있었다. 따라서 기존의 차량은 출고된 후 주행거리가 10만Km 이내인 시점에서 상기한 웨이스트 게이트 밸브를 교환해야만 하는 실정이었다. 이와 같은 주마모의 원인은 액츄에이터의 압력이 0으로 급격히 감소할 때 웨이스트 밸브의 관성에 의하여 급격하게 닫히게 되는 데 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 종래의 CNG 엔진에서 터보차저의 출력제어를 위해 장착되었던 웨이스트 게이트 밸브를 대체하여 터보차저의 콤프레서 전후방을 연결하는 재순환 흡기라인의 도중에 공압에 의해 제어되는 과급공기 제어 밸브가 장착된 CNG 엔진의 흡기과급장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적의 달성을 위한 수단으로서,

상기한 터보차저의 콤프레서 전방의 흡기덕트와 콤프레서 후방의 흡기라인에 각각 양단이 접속되는 재순환 흡기라인과;

상기한 재순환 흡기라인의 도중에 장착되어 통과되는 과급공기량을 제어하기 위한 과급공기 제어 밸브와;

공압 라인을 통해 상기 과급공기 제어 밸브에 작동압을 제공하기 위한 에어 탱크와;

상기한 과급공기 제어 밸브와 에어 탱크 사이의 공압 라인의 도중에 장착되어 소정 수준의 공압을 유지시켜주기 위한 에어 레귤레이터와;

상기한 과급공기 제어 밸브와 에어 레귤레이터 사이의 공압 라인의 도중에 장착되어, 엔진 ECU의 제어에 의해서 상기 과급공기 제어 밸브의 작동을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의해 구성된 CNG 엔진의 흡기과급장치의 구성 및 작동에 따 른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 CNG 엔진의 흡기과급장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 흡기과급장치가 적용된 CNG 엔진의 요부를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 흡기과급장치의 다른 실시예를 보인 도면이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의해서 형성된 재순환 흡기라인을 지시하는 것이고, 도면부호 40은 본 발명이 적용된 터보차저를 지시하는 것이다.

상기한 재순환 흡기라인(30)은 터보차저(40)의 콤프레서(41) 전방에 위치되는 흡기 덕트(50)의 도중과, 콤프레서(41) 후방에 위치되는 흡기라인(52)을 도중을 연결하여 터보차저(40)의 콤프레서(41)를 지나면서 가압된 흡입공기의 일부가 다시 터보차저(40)의 콤프레서(41) 전방에 위치된 흡기 덕트(50)로 유도될 수 있도록 형성된 것이다.

이와 같이 터보차저(40)에서 가압된 흡입공기를 터보차저(40)의 전방으로 유도하는 이유는 본 발명이 적용되는 CNG 엔진(60)에서 종래의 웨이스트 게이트를 대신하여 터보차저에서 가압된 후 엔진의 흡기 매니폴드로 입력되는 가압공기량이 제어될 수 있도록 하기 위한 것이다.

즉, 종래기술에서는 웨이스트 게이트 밸브로써 터보차저의 터빈을 구동시키는 배기가스량을 조절하므로서 콤프레서의 회전수가 조절되어 흡입공기의 가압정도가 조절되도록 구성되었으나, 본 발명에 의한 기술에서는 터보차저(40)가 CNG 엔진(60)에서 배출되는 배기가스압에 연동하여 구동되면서 가압된 공기가 흡기 매니폴 드로 유도되는 양이 제어되도록 구성된 것이다.

특히, 콤프레서(41) 후방에서 유출되는 가압공기를 외부로 배출시키지 않고 콤프레서(41)의 전방으로 유도하는 이유는, 콤프레서(41)에서 엔진의 운전상황에 필요한 량의 가압공기를 제외한 잉여 가압공기를 외부로 배출시키게 될 경우에 고압의 공기 배출로 인한 소음이 발생하게 되고, 고압의 가압공기와 함께 블로바이가스가 배출될 수 있는 점을 고려하여 소음감쇄 측면 및 배출가스규제 측면에 효과가 있도록 하기 위한 것이다.

그리고 배기가스 압력에 의한 터빈(42)의 회전에 의해 콤프레서(41)에서 가압된 가압공기를 다시 터보차저(40) 전방으로 유도할 경우에 가압된 공기의 고온에 의해서 폐회로를 순환하는 공기의 온도가 상당한 수준으로 상승되는 점을 감안하여 재순환 흡기라인(30)의 유출단(31)은 인터쿨러(54)의 후방측에 접속될 수도 있는 것이다.

한편, 상기한 재순환 흡기라인(30)의 도중에는 상기 재순환 흡기라인(30)으로 바이패스되는 과급공기량을 제어하기 위한 과급공기 제어 밸브(32)가 장착된다. 이 과급공기 제어 밸브(32)는 엔진의 운전상황을 각종 센서에서 인식하여 엔진의 연소실로 흡입되는 공기량을 제어하기 위한 엔진 ECU(70)의 제어에 의해 공압 라인(33) 중에 마련된 솔레노이드 밸브(36)의 단속에 의해서 구동되도록 구성된다.

이를 위해, 상기한 과급공기 제어 밸브(32)에는 에어 탱크(34)로부터 공압 라인(33)이 배관되고, 상기한 공압 라인(33)의 도중에 솔레노이드 밸브(36) 및 솔레노이드 밸브에 일정한 공기압이 제공될 수 있도록 하기 위한 에어 레귤레이터 (35)가 형성된다.

이상과 같이 CNG 엔진(60)에 적용된 흡기과급장치의 작동상태를 이하에 설명한다.

CNG 엔진(60)은 디젤 엔진과 달리 엔진의 각종 센서들로부터 입력되는 정보를 기초로 하여 연소실로 공급되는 공기량을 직접 제어하므로서, 엔진의 운전상황에 따라서 수시로 공기량이 제어되어야만 한다.

한편, 본 발명이 적용된 CNG 엔진(60)에는 터보차저(40)는 장착되지만 터보차저의 출력을 제어하기 위한 종래의 웨이스트 게이트 밸브가 삭제된 상태이므로서, 결국 터보차저(40)를 지나 연소실로 입력되는 과급공기량의 제어가 실시되어야만 한다.

즉, 본 발명이 적용된 CNG 엔진(60)의 각종 센서에서 제공되는 운전조건을 기초로 상기한 엔진 ECU(70)에서는 재순환 흡기라인(30)의 도중에 마련된 과급공기 제어 밸브(32)를 개방량을 제어하여 터보차저(40)에서 과급된 후 CNG 엔진(60)의 연소실로 유입되는 공기량을 제어하게 된다.

재순환 흡기라인(30)의 입력단(31) 위치가 인터쿨러(54)의 전방 또는 후방에 위치되는 것에 따라서 재순환 흡기라인(30)을 통해 콤프레서(41)의 전방측으로 유도된 과급공기의 온도는 달라질 수 있으나, 이는 인터쿨러(54)의 효율과 직접적인 관련이 있는 것이지 CNG 엔진(60)의 연소실로 입력되는 공기량의 제어와는 큰 관련이 없게 된다.

특히, 본 발명은 종래기술에 의한 터보차저의 경우에는 웨이스트 게이트 밸브의 반복적인 작동으로 인해 웨이스트 게이트 밸브의 마모가 조기에 심화되므로서 버스 차량 등의 운전자들로부터 야기되는 고객불만의 해소측면에서 큰 효과가 있게 된다.

또한, 터보차저에서 가압된 가압공기를 외부로 배출시키지 않게 되므로서 외부로 배출되는 고압의 가압공기에 의한 소음측면이 해결될 뿐만 아니라, 점차 강화되는 자동차 배출가스규제와 관련해서도 유리해질 수 있게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 터보차저에 마련된 웨이스트 게이트 밸브의 마모로 인하여 종래의 CNG 엔진이 탑재된 특히 버스차량의 운전자들로부터 야기된 고객불만이 해결될 수 있도록 웨이스트 게이트 밸브의 삭제가 가능할 뿐만 아니라, 터보차저의 콤프레서 후방에서 CNG 엔진의 흡입공기량 제어가 이루어지지만 터보차저 후방에서의 가압공기 배출로 인한 소음 및 배출가스규제와 관련한 문제에서 보다 유리해질 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims

배기가스의 압력을 이용하여 흡입공기를 압축공급하기 위한 터보차저가 형성되는 CNG 엔진에 있어서,

상기한 터보차저(40)의 콤프레서(41) 전방의 흡기덕트(50)와 콤프레서(41) 후방의 흡기라인(52)에 각각 양단이 접속되는 재순환 흡기라인(30)과;

상기한 재순환 흡기라인(30)의 도중에 장착되어 통과되는 과급공기량을 제어하기 위한 과급공기 제어 밸브(32)와;

공압 라인(33)을 통해 상기 과급공기 제어 밸브(32)에 작동압을 제공하기 위한 에어 탱크(34)와;

상기한 과급공기 제어 밸브(32)와 에어 탱크(34) 사이의 공압 라인(33)의 도중에 장착되어 소정 수준의 공압을 유지시켜주기 위한 에어 레귤레이터(35)와;

상기한 과급공기 제어 밸브(32)와 에어 레귤레이터(35) 사이의 공압 라인(33)의 도중에 장착되어, 엔진 ECU(70)의 제어에 의해서 상기 과급공기 제어 밸브(32)의 작동량을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(36); 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 흡기과급장치.
제 1항에 있어서,

상기한 재순환 흡기라인(30)의 가압공기 입력단(31)은 인터쿨러(54)의 후방 또는 전방의 구간에서 선택되는 것을 특징으로 하는 CNG 엔진의 흡기과급장치.