KR20080099215A - 내연기관용 공기 과급 시스템 - Google Patents

내연기관용 공기 과급 시스템 Download PDF

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KR20080099215A
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Abstract

본 발명에 따른 공기 과급 장치는 공기 유입을 유도하는 관형상의 유입 안내부와, 상기 유입 안내부와 연통된 관형상의 배출 안내부, 및 상기 유입 안내부와 상기 배출 안내부 사이에 설치되며, 외주면 바깥으로 개구되어 가스를 유입시키는 흡입공과 상기 흡입공과 연결되며 상기 배출 안내부의 둘레 방향으로 이어져 형성된 분배통로와, 상기 분배통로와 상기 배출 안내부의 내부를 연결하는 유도 통로를 포함하여, 상기 흡입공으로부터 유입되는 가스가 상기 배출 안내부로 빠져나가면서 상기 유입 안내부로부터 공기를 흡입하는 증폭부를 포함한다.
내연기관, 과급, 배기가스, 수용부, 배기 가스 유입부

Description

내연기관용 공기 과급 시스템{AIR SUPERCHARGING SYSTEM FOR ENGINE}
본 발명은 공기 과급 장치 및 공기 과급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관의 효율을 향상시키기 위해서 공기의 공급량을 증가시키는 공기 과급 장치 및 공기 과급 시스템에 관한 것이다.
엔진은 피스톤의 하강 행정에서 생기는 실린더 안의 부압으로 혼합기 또는 공기를 빨아들인다. 즉, 피스톤의 하강 행정 시에 실린더 내부는 대기압 보다 낮은 압력이 되는데, 대기압 하에 있는 혼합 공기가 대기압에 의하여 실린더 안으로 밀려들어가게 된다. 이것을 내추럴 에스퍼레이션(natural aspiration) 또는 노멀 에스퍼레이션(normal aspiration)이라 한다.
이와 같이 엔진들이 흡입하는 혼합 공기는 표준 대기압 상태이고 실린더에서 연소될 수 있는 연료의 양은 대기압이 미는 공기의 양에 의하여 결정된다. 만약 더욱 많은 혼합 공기가 실린더 안으로 공급되면 동일 속도 하에서 엔진은 더 큰 동력을 발생시킬 수 있다. 이렇게 과급된 혼합 공기는 팽창 행정 동안 높은 압력을 발생시키고 출력을 향상시킨다.
그러나 밸브가 개방되는 시간이 짧기 때문에 충분한 흡기가 어려워 실린더 내로 충분한 양의 공기가 흡입되지 못하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 슈퍼 차저(supercharger) 또는 터보 차저(turbocharger) 방식이 적용되었다. 슈퍼 차저 방식이란 엔진의 크랭크 축에 벨트 풀리를 매개로 연결된 에어콤프레셔에 의해 공기를 압축하는 방식이다. 그러나 이러한 슈퍼 차저 방식은 엔진의 회전력으로 구동되기 때문에 엔진의 출력이 손실되는 문제가 있다. 또한, 슈퍼 차저 방식은 엔진의 크랭크 축으로부터 동력을 전달받기 때문에 공회전 시나 고속 회전 영역에서도 항상 동력을 소모하게 되어 연료 소비가 많은 문제가 있다. 또한 슈퍼 차저는 별도의 구동 장치에 의해 공기를 압축시키는 구조이기 때문에 일정수준 이상 출력이 증대되면 이후에는 오히려 필요한 양의 공기를 투입하기 어려워져서 출력 증대를 방해하는 문제점이 있다.
한편 터보 차저 방식이란, 엔진의 배기 가스로 터보차저장치를 회전시키고, 이 터보차저장치가 혼합 공기를 압축하여 공급하는 방식을 말한다. 그러나 이러한 터보 차저 방식은 시내와 같은 저회전 범위에서는 거의 효과가 없고, 일단 액셀러레이터를 늦추면 터보차저장치의 회전이 급속히 떨어지게 되는 문제가 있다. 또한, 공기가 압축될 때까지 일정 시간이 필요하므로 터보 래그(turbo lag) 현상이 발생하며, 이로 인해 차량의 출발 시에 발진력이 낮은 문제점이 있다.
또한, 터보 차저와 슈퍼 차저의 경우, 공기를 압축시키는 과정에서 공기의 온도가 상승하는데, 이에 따라 압축된 공기를 냉각시키는 별도의 인터 쿨러(inter cooler)가 필요로 한다. 인터 쿨러를 설치하면 제작 비용이 증가할 뿐만 아니라, 차량의 무게가 증가하여 차량의 성능을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고출력에서 부하를 발생시키지 아니할 뿐만 아니라, 출력 증가의 지연 없이 내연기관으로 공기를 과급할 수 있는 공기 과급장치 및 공기 과급 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 별도의 냉각장치를 구비하지 아니하고 충분한 양의 공기를 내연기관으로 과급할 수 있는 공기 과급장치 및 공기 과급 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 과급 장치는 공기 유입을 유도하는 관형상의 유입 안내부와, 상기 유입 안내부와 연결 설치된 관형상의 배출 안내부, 및 상기 유입 안내부와 상기 배출 안내부 사이에 설치되며, 외주면 바깥으로 개구되어 가스를 유입시키는 흡입공과 상기 흡입공과 연결되며 상기 배출 안내부의 둘레 방향으로 이어져 형성된 분배통로와, 상기 분배통로와 상기 배출 안내부의 내부를 연결하는 유도통로를 포함하여, 상기 흡입공으로부터 유입되는 가스가 상기 배출 안내부로 빠져나가면서 상기 유입 안내부로부터 공기를 흡입하는 증폭부를 포함한다.
상기 공기 과급 장치는, 상기 유입 안내부와 상기 유입 안내부에 연결된 관형상의 수용부를 포함하는 외부 몸체와, 상기 수용부에 삽입되며, 외주면에 상기 수용부의 내경보다 작은 외경을 갖도록 형성된 단차부를 포함하여 상기 분배통로를 형성하고, 상기 외부 몸체와의 사이에 축방향의 간극을 형성하며 상기 유도통로를 형성하는 관형상의 내부 몸체를 포함할 수 있다.
상기 유입 안내부는 유입되는 공기의 흐름방향을 따라 갈수록 내경이 점진적으로 감소하도록 형성되며, 이 때 상기 유입 안내부의 내주면이 축 중심을 향해 볼록하게 만곡할 수 있다.
상기 외부 몸체와 상기 내부 몸체 사이에 형성되는 축방향 간극에는 복수 개의 돌기들이 구비되어 복수 개의 유도통로를 형성할 수 있다.
상기 복수개의 유도통로는 상기 수용부의 내주를 따라 서로 이격 배치될 수 있으며, 상기 복수개의 돌기는 상기 수용부의 축 중심을 향하도록 배열되거나, 축 중심으로부터 벗어난 방향을 향하도록 배열될 수 있다.
또한 상기 돌기들은 상기 외부 몸체에 형성되거나, 상기 내부 몸체의 선단면에 형성될 수 있으며, 별개의 링 형상의 이격부재의 내주면으로부터 돌출되어 형성될 수도 있다. 이 때, 상기 이격부재의 두께는 0.03mm 내지 0.15mm의 범위에 속하도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 외부 몸체의 수용부 내에서 상기 유도 통로를 사이에 두고 대면하는 상기 외부 몸체의 제1 면과 상기 내부 몸체의 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면은 상기 수용부의 중심 축에 대해 수직하게 형성되고, 상기 제2 면은 적어도 일부분이 상기 배출 안내부를 향하여 굽어진 만곡면을 형성할 수 있으며, 상기 배출 안내부는 공기의 흐름방향을 따라 갈수록 내경이 점진적으로 증가할 수 있다.
상기 외부 몸체의 가장자리에는 걸림턱이 형성될 수 있다. 또한, 상기 외부 몸체는 수용부에 대응되는 외주면의 바깥쪽으로 돌출된 볼록부가 형성될 수 있다. 그리고 상기 외부 몸체와 상기 내부 몸체는 억지 끼움으로 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 공기 과급 시스템은 내연기관과 연결되어 공기 흡입을 증폭시킬 수 있는데, 이러한 공기 과급 시스템은, 상기 내연기관으로 공기를 공급하는 공기 유입관과, 상기 공기 유입관에 연결 설치된 공기 과급 장치, 상기 내연기관에 연결되어 배기가스가 배출되는 통로를 제공하는 가스 배출관, 및 상기 배출관 및 상기 공기 과급 장치에 연결 설치되어 상기 공기 과급 장치로 배기가스를 공급하는 가스 공급관을 포함한다.
상기 가스 공급관에는 체크밸브가 설치될 수 있으며, 상기 가스 배출관에는 소음기가 설치되고, 상기 가스 공급관은 상기 소음기와 상기 내연기관 사이에 설치될 수 있다.
상기 가스 배출관과 상기 가스 공급관의 연결부분에는 분기부재가 구비될 수 있으며, 이러한 분기부재는 상기 가스 배출 방향으로 제1 관통공이 형성되고, 상기 제1 관통공의 측방으로 상기 가스 공급관 연결방향으로 제2 관통공이 형성된다.
이 때, 상기 분기부재의 제1 관통공은 출구측의 구경이 입구측의 구경보다 더 작게 형성될 수 있다. 또한, 상기 분기부재는 제1 관통공의 출구측에서 돌출된 연장관과 상기 연장관의 단부에 형성된 오리피스를 포함할 수 있다. 또한, 상기 가스 배출관과 상기 분기부재 사이에는 개스킷이 설치되고, 상기 개스킷에는 상기 제1 관통공과 연결되는 홀이 형성되며, 상기 제1 관통공의 출구와 인접하게 설치된 개스킷의 홀은 상기 제1 관통공의 직경보다 더 작은 직경을 갖도록 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 내연기관용 공기 과급 시스템은 상기 내연기관에서 배출되는 배기가스로 터빈을 회전시켜 공기의 유입을 촉진시키는 터보차저장치와, 상기 내연 기관의 출구측에 연결된 가스 공급관과 연결되어 배기가스를 공급받고 상기 터보차저장치와 연통되어 공기 유입을 증폭시켜 상기 내연기관으로 공급하는 공기 과급 장치를 포함한다.
상기 터보차저장치와 상기 공기 과급 장치 사이에는 압축된 공기를 냉각시키는 인터 쿨러가 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내연기관용 공기 과급 시스템은 내연기관으로 공기를 공급하는 공기 유입관과, 상기 공기 유입관에 연결 설치된 공기 과급 장치와 상기 공기 과급 장치에 연결 설치되어 상기 공기 과급 장치로 압축공기를 공급하는 압축공기 유도관, 및 상기 압축공기 유도관에 설치되어 내연기관으로 유입되는 공기를 압축하는 공기 압축기를 포함한다.
상기 공기 압축기는 내연기관의 축과 연결되어 구동되거나 자동차의 배터리와 전기적으로 연결되어 구동될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 공기 과급 장치 및 시스템은 고속 운전 시에도 공기저항을 발생시키지 아니하므로 높은 RPM(revolutions per minute)에서도 내연기관으로 충분한 양의 공기를 공급할 수 있으며, 이에 따라 내연 기관의 출력 을 향상시킬 수 있다.
또한, 터보 차저 장치의 경우, 터보래그 현상 시에 연료는 많이 공급되는 반면 공기의 공급은 부족하여 매연이 발생하는 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 공기 과급 장치 및 시스템은 시동과 동시에 충분한 양의 공기를 공급하므로 매연을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기 과급 장치 및 시스템은 공기를 압축하지 않고도 투입되는 배기가스의 25배 가량의 공기를 유입시키므로 인터 쿨러 등을 이용하여 공기 온도를 낮출 필요가 없으며 성분이 희석되어 내연기관의 유지성능을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 과급 장치 및 시스템은 내연기관의 시동과 동시에 공기의 공급량이 증폭되고 배기량에 연동되어 작동하므로 출력이 높아지더라도 공기량이 부족해지는 문제를 해결하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 과급 장치 및 시스템은 배기가스 중 일부를 회수하여 유입구측으로 공급하고, 이 배기가스가 혼합공기의 유입을 촉진시키므로 출력을 증가시킴과 동시에 배기가스 내의 SOx, NOx, CO 등의 유해 성분 함량을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기 과급 장치 및 시스템은 분배통로와 유입통로를 구비하여 배기가스를 고르게 공급함으로써 내연기관의 출력을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 과급 장치 및 시스템은 나선형 돌기를 구비하여 배기가스와 공기를 용이하게 혼합함으로써 내연기관의 출력을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 과급 장치는 외면에 걸림턱이 형성되어 공기 유입관과 안정적으로 결합되는 효과를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 공기 과급 장치(100)는 공기의 진행방향(도 1에서 y축 방향)으로 갈수록 내부 단면적이 감소하는 유입 안내부(112)와 유입 안내부(112)에 연결되며 가스를 유입시키는 흡입공(116)이 형성된 수용부(114)를 포함하는 외부 몸체(110)와, 수용부(114)에 삽입되며 외주면을 따라 단차부(121)가 형성된 내부 몸체(120), 및 외부 몸체(110)와 내부 몸체(120) 사이에 설치된 복수 개의 돌기들(134)을 포함한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 부분 절개 사 시도이고, 도 3은 축방향 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 외부 몸체(110)는 외부가 원통인 관 구조로 이루어지며, 앞쪽에 배치된 유입 안내부(112)와 유입 안내부(112)의 뒤에 배치된 수용부(114)를 포함하여 구성된다.
유입 안내부(112)는 선단에서 공기의 진행방향(도 2에서 y축 방향)으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하도록 형성되는데, 일례로 내주면(112a)이 축 중심을 향해 볼록하게 만곡한 면으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 유입 안내부(112)를 통과하는 공기의 속도는 빨라지고 압력은 낮아진다.
상기 유입 안내부(112)의 내주면(112a)은 지지면(112b)과 연결되는데, 지지면(112b)은 상기 내주면(112a)과 수용부(114)를 연결하며, 수용부(114)의 중심 축에 대하여 수직하게 형성된다.
수용부(114)는 내부 몸체(120)가 끼워지는 공간을 갖는 원통형의 관구조로 이루어지고, 흡입공(116)은 수용부(114)의 앞 부분에 위치하며 외주면 바깥으로 개구되어 가스를 유입시킬 수 있다. 이 때, 흡입공(116)을 통해 유입되는 가스는 압축 가스로 대기압보다 높은 압력을 갖는다. 또한, 흡입공(116)은 가스 공급관(270, 도 4에 도시)과 연결되어 수용부(114) 내로 배기가스를 공급하는 통로로서의 역할을 할 수 있다.
내부 몸체(120)는 수용부(114)에 끼워지는 원통형 관구조로 이루어지는데, 도 1에 도시한 바와 같이 앞 부분에 단차부(121)가 형성된다. 단차부(121)는 수용부(114)의 내경보다 더 작은 외경을 가지며, 내부 몸체(120)의 외주를 따라 이어져 형성된다. 이에 따라 도 2에 도시한 바와 같이 단차부(121)와 수용부(114) 사이에는 공간이 형성되는데, 이를 분배통로(125)라 한다. 분배통로(125)는 흡입공(116)과 연결되어 흡입공(116)을 통해 유입된 가스가 내부 몸체(120)의 외주를 따라 유동할 수 있도록 한다.
도 1에 도시된 바와 같이 외부 몸체(110)와 내부 몸체(120) 사이에는 외부 몸체(110)와 내부 몸체(120)를 축방향으로 이격시키는 돌기들(134)이 설치되는데, 돌기들(134)은 링 형상의 이격부재(130)의 내주면으로부터 돌출되어 형성된다.
즉, 이격부재(130)는 지지대(132)와 돌기들(134)로 이루어지며, 돌기들(134)은 지지대(132)의 중심(C)을 향하여 돌출되며 지지대(132)의 내주면을 따라 소정 간격으로 이격되어 배열된다. 지지대(132)는 내부 몸체(120)에서 이격되어 수용부(114)의 내면에 맞닿도록 설치되며, 내부 몸체(120)의 선단은 돌기들(134)과 맞닿도록 설치된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 외부 몸체(110)와 내부 몸체(120)가 돌기들(134)에 의하여 이격되면, 서로 이웃한 돌기들(134) 사이로 가스가 유입되는 유도통로(127)가 형성된다. 이러한 유도통로(127)는 내부 몸체(120)의 선단을 따라 복수 개가 이격되어 형성되며, 유도통로(127)를 통해서 가스가 배출 안내부(123) 내로 유입된다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 복수 개의 돌기들(134)이 이격 배치되고 돌기들(134) 사이의 공간으로 가스가 공급되므로 가스를 균일하게 분할하여 공기 과급 장치(100) 내부로 유입시킬 수 있다.
한편, 이격부재(130)의 두께는 0.03mm 내지 0.15mm의 범위에 속하는 것이 바람직하다. 이격부재(130)의 두께가 0.03mm 보다 더 작은 경우에는 공기 과급 장치(100) 내부로 유입되는 배기가스의 양이 너무 적어서 분사가 제대로 이루어지지 않는 문제점이 있다. 한편, 이격부재(130)의 두께가 0.15mm 보다 더 큰 경우에는 유도통로(127)의 단면적이 커져서 분사 속도가 너무 느려지는 문제가 있다. 또한, 이격부재(130)는 더욱 바람직하게는 0.05mm 내지 0.08mm의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이와 같이 이격부재(130)의 두께를 설정함으로서 외부 몸체(110)와 내부 몸체(120)를 축방향으로 이격시켜 간극을 유지할 수 있으며, 아울러 유도통로(127)를 형성할 수 있다.
한편, 상기 외부 몸체(110)의 수용부(114) 내에서 상기 유도통로(127)를 사이에 두고 대면하는 외부 몸체(110)와 내부 몸체(120)의 면을 각각 제1 면과 제2 면이라고 할 때, 상기 제1 면은 수용부(114)의 중심 축에 대해 수직하게 형성되고 상기 제2 면은 적어도 일부분이 배출 안내부(123)를 향하여 굽어진 만곡면(126)을 형성한다. 이 때, 상기 제1 면과 제2 면은 일정한 간극을 유지하면서 중심 축을 향해 내려오다가 상기 제2 면이 먼저 굽어지게 되면서 유입된 가스의 방향을 상기 배출 안내부(123) 쪽으로 유도할 수 있게 된다.(도 2의 원내 확대도 참고)
만곡면(126)의 뒤쪽에는 관형상의 배출 안내부(123)가 형성되고, 배출 안내부(123)는 만곡면(126)으로부터 공기의 진행방향(도 2에서 y축 방향)으로 갈수록 내경이 점진적으로 증가한다. 만곡면(126)의 최소 내경은 배출 안내부(123)의 최소 내경과 동일하도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 유입 안내부(112)를 따라 유입 된 공기가 배출 안내부(123)를 따라 안정적으로 배출된다.
내부 몸체(120)로 유입되는 배기 가스는 코안다 효과(coanda effect)에 의하여 만곡면(126)을 따라 배출 안내부(123) 쪽으로 유동한다. 코안다 효과란 유체가 자기의 에너지가 가장 덜 소비되는 방향으로 진행하는 것을 말하며, 유체가 흐르는 방향의 앞쪽에 곡관이 나타나면 곡관을 따라 흐르게 된다. 이를 통해서 유체가 진행할 방향을 미리 예측할 수 있다.
이와 같이 유도통로(127)와 배출 안내부(123)가 만나는 부분에 만곡면(126)을 형성하면, 배기가스를 배출 안내부(123) 쪽으로 용이하게 유도할 수 있다.
본 실시예에 따른 공기 과급 장치(100)는 부식 저항력이 크고 고온에 견딜 수 있는 스테인리스 스틸이나 엔지니어링 플라스틱 등의 내구성이 우수한 재료로 형성된다.
한편, 외부 몸체(110)와 내부 몸체(120)는 억지끼움으로 결합되거나, 외부 몸체(110)에 내부 몸체(120)가 끼워진 상태에서 용접 등으로 고정될 수 있으며, 외부 몸체(110)의 수용부(114) 내주면에 암나사를 형성하고 내부 몸체(120)의 외주면에 나사산을 형성하여 서로 나사결합하는 것도 가능하다.
이러한 구조로 가스는 흡입공(116)과 분배통로(125), 및 유도통로(127)를 통하여 공기 과급 장치(100)의 내부로 유입될 수 있다. 또한, 높은 압력을 갖는 가스가 공기 과급 장치 내부(100)로 유입되면 유도통로(127)의 후방에는 진공 공간(V)이 형성된다. 이러한 진공 공간(V)으로 인하여 혼합공기의 유입이 증폭되며, 흡입공(116)으로 투입된 가스의 25배 가량의 공기가 공기 과급 장치(100) 내부로 유입될 수 있다.
이와 같이 혼합 공기가 과급된 내연기관은 팽창 행정 동안 높은 압력을 발생시켜 출력을 향상시키며 자연 흡기 내연기관보다 35% 내지 60% 더 많은 동력을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 공기 과급 장치는 압축에 따른 공기의 온도 상승이 없으므로 인터 쿨러를 설치할 필요가 없으며, 흡입공(116)으로 투입되는 가스가 대량의 공기와 혼합되므로 온도가 낮아지고 성분이 희석되므로 내연기관에 무리가 발생하지 않는다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치가 설치된 내연기관용 공기 과급 시스템을 도시한 구성도이다. 도 4에는 실린더 구조의 내연기관을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 유입구와 배출구를 통해 흡기/배기하는 모든 내연기관을 포함한다.
도 4를 참조하여 설명하면, 공기 과급 시스템(200)은 내연기관(210)으로 공기를 공급하는 공기 유입관(240)과 공기 유입관(240)에 연결 설치된 공기 과급 장치(100)와 내연기관(210)에 연결되어 외부로 배기가스를 배출하는 배출관(230)과 배출관(230)에 연결되어 공기 과급 장치(100)로 배기가스를 유도하는 가스 공급관(270)을 포함한다.
공기 과급 장치(100)는 내연기관(210)으로 보다 많은 공기를 공급할 수 있도록 내연기관(210)의 공기 유입관(240)에 연결 설치되며, 공기 과급 장치(100)의 전방에는 내연기관(210) 내로 유입되는 공기를 정화시키는 공기 필터(260)가 설치되 어 있다.
한편, 내연기관(210)과 연결되어 배기가스를 배출하는 배출관(230)에는 촉매 컨버터(251)와 중간 소음기(253), 및 최종 소음기(255)가 순차적으로 설치되어 있다. 소음기들(253, 255)은 소음을 저감시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 배기가스의 압력을 일정한 수준으로 유지시키는 역할도 한다.
촉매 컨버터(251)와 중간 소음기(253) 사이에는 배출관(230)과 가스 공급관(270)을 연결하는 분기부재(235)가 설치되어 있다. 분기부재(235)는 배기가스 중 일부를 가스 공급관(270)을 통해서 공기 과급장치(100)로 공급하고, 나머지는 배출관(230)을 통해서 배출될 수 있도록, 배기가스를 분배하는 역할을 한다.
본 실시예에서는 촉매 컨버터(251)와 중간 소음기(253) 사이에 분기부재(235)가 설치된 것을 예시하고 있지만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서 분기부재(235)는 내연기관(210)과 촉매 컨버터(251) 사이 또는 중간 소음기(253)와 최종 소음기(255) 사이 또는 최종 소음기(255)의 뒤에 설치될 수도 있다.
가스 공급관(270)에는 배기가스의 이송방향과 공급량을 조절하는 체크 밸브(280)가 설치될 수 있다.
배기가스가 항상 공기 과급 장치(100)로 공급되면 연료가 낭비될 수 있으므로 가스 공급관(270)에 체크 밸브(280)를 설치하여 배기 가스의 공급을 조절할 수 있도록 하였다. 또한, 체크 밸브(280)는 배기가스가 공기 과급장치(100)로만 이동하도록 하는 일방향 밸브로서의 기능도 한다.
내연기관(210)에 시동을 걸면 공기 필터(260)를 통해서 여과된 공기가 내연기관(210)으로 유입되고, 행정을 마친 배기가스는 배출관(230)을 통해서 빠져 나간다. 이 때 일부의 배기가스는 소음기(250)를 통해서 외부로 배출되며, 나머지는 가스 공급관(270)을 통해서 공기 과급 장치(100)로 유입된다. 배기가스가 공기 과급 장치(100)로 유입되면, 공기의 유입을 촉진하여 보다 많은 공기를 내연기관으로 공급할 수 있다.
도 5는 상기 내연기관용 공기 과급 시스템에 분기부재가 적용된 부분의 분해 사시도이다.
배출관(230)으로부터 가스 공급관(270)을 분기(分岐)시키기 위하여 도 5에 도시한 바와 같은 분기부재(235)를 적용할 수 있다. 상기 분기부재(235)는 상기 배출관(230)과 가스 공급관(270)의 연결부분에 구비되며, 가스 배출 방향으로 제1 관통공(237)이 형성되고, 상기 제1 관통공(237)의 측방으로 상기 가스 공급관(270) 연결방향으로 제2 관통공(239)이 형성된다.
배출관(230)과 상기 분기부재(235) 사이에는 개스킷(232, 234)이 개재되어 밀봉상태를 확보할 수 있으며, 이들의 결합은 볼트와 너트를 체결함으로써 가능하다.
도 6은 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 분기부재가 내연기관용 공기 과급 시스템에 적용된 부분의 분해 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 부재들이 결합된 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 분기부재(235')에서 제2 관통공(239)의 뒤쪽(배기가스의 유동방향 기준)에는 출구(237'b)와 인접하게 내측으로 돌출된 볼록턱(236)이 형성되어 제1 관통공(237')은 출구(237'b)의 구경이 입구(237'a)의 구경보다 더 작게 형성된다. 볼록턱(236)은 배기가스의 진행을 방해하여 압력을 높이는데, 이에 따라 배기가스는 더욱 큰 압력으로 제2 관통공(239)을 통해 가스 공급관(270)으로 유입될 수 있다.
도 8(a)는 제 1 실시예의 제2 변형예에 따른 분기부재가 내연기관용 공기 과급 시스템에 적용된 부분의 단면도이고, 도 8(b)는 도 8(a)의 분기부재에서의 압력선도이다.
도 8(a)에 도시된 바와 같이, 분기부재(233)는 제1 관통공(237'')의 출구측으로부터 연장되어 배출관(230)으로 삽입되는 연장관(233a)과 연장관(233a)의 끝에 형성되 는 오리피스(233b)를 포함한다. 상기 연장관(233a)의 외경은 상기 배출관(230)의 내경과 근접하게 형성되며, 상기 연장관(233a)의 내경은 상기 분기부재(233)의 제1 관통공(237'')의 구경과 동일하게 형성될 수 있다. 상기 오리피스(233b)의 구경은 상기 연장관(233a)이 내경보다 작게 형성되어 상기 배출관(230) 내부에서의 배기가스 흐름을 방해하여 배출관(230) 내부의 압력을 높이게 된다.
연장관(233a)은 유체의 유동방향으로 돌출되어 외주면이 배출관(230)에 맞닿도록 끼워져 설치되며, 오리피스(233b)가 제 2 관통공(239)에서 이격되도록 하는 역할을 한다.
도 8(b)의 압력 선도는 도 8(a)의 단면도에서 x방향으로 압력이 변화하는 분포를 나타내는 선도인데, 점선은 오리피스(233b)가 설치되지 않은 경우의 압력분포 를 나타내며, 실선은 오리피스(233b)가 설치된 경우의 압력분포를 나타낸다. 상기한 압력선도를 살펴보면 오리피스(233b)가 가스의 유동을 방해하여 배출관(230) 및 분기부재(233) 내부의 압력을 상승시키는 것을 알 수 있다. 또한, 오리피스(233b)가 설치된 부분에서는 압력이 급격하게 변하는 것을 알 수 있는데, 본 실시예와 같이 오리피스(233b)를 제2 관통공(239)에서 소정거리 이격시켜서 설치하면 제2 관통공(239) 부근의 압력을 안정화시킬 수 있다. 이에 따라 제2 관통공(239)으로 균일한 압력을 갖는 가스를 적정한 양만큼 안정적으로 공급할 수 있다.
오리피스(233b)는 제2 관통공(239)에서 오리피스(233b) 내경의 2배 내지 5배 거리만큼 이격되어 설치된다. 오리피스(233b)가 제2 관통공(239)에서 오리피스(233b) 내경의 2배 보다 더 작게 이격되면, 제2 관통공(239)에 작용하는 압력이 불균일해지는 문제가 있으며, 오리피스(233b)가 제2 관통공(239)에서 오리피스(233b) 내경의 5배 보다 더 많이 이격되면, 분기부재의 설치가 불편해질 뿐만 아니라, 재료가 낭비되는 문제가 있다.
더욱 바람직하게는 오리피스는 제2 관통공에서 오리피스 내경의 4배만큼 이격되도록 설치된다.
도 9는 내연기관용 공기 과급 시스템에 분기부재가 적용될 때 1 실시예의 변형예에 따른 개스킷이 적용된 부분의 분해 사시도이고, 도 10은 도 9에 도시된 부재들이 결합된 상태를 잘라 본 단면도이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 분기부재(235)와 배출관(230) 사이에는 개스킷(232', 234')이 설치되는데, 분기부재(235)의 전방(배기가스의 유동 방향 기 준)에는 프런트 개스킷(232')이 설치되고, 분기부재(235)의 후방(배기가스의 유동 방향 기준)에는 리어 개스킷(234')이 설치된다. 이러한 개스킷들(232', 234')에는 배기가스가 통과할 수 있도록 홀(232'a, 234'a)이 형성되어 있는데, 리어 개스킷(234')에 형성된 홀(234'a)은 분기부재(235)의 제1 관통공(237)보다 더 작은 직경을 갖는다. 이러한 구조로 리어 개스킷(234')은 배기가스의 진행을 방해하여 압력을 높이는 역할을 하는데, 이에 따라 배기가스는 더욱 큰 압력으로 제2 관통공(239)을 통해 가스 공급관(270)으로 유입될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치에 적용된 이격부재를 도시한 평면도이고, 도 12는 이격부재의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예의 이격부재(130)는 링 형상의 지지대(132)와 그 내주면으로부터 돌출 형성된 복수 개의 돌기들(134)로 이루어지며, 상기 돌기들(134)은 지지대(132)의 중심(C)을 향하도록 배열된다. 이러한 돌기들(134)은 본 실시예에 따른 공기 과급 장치(100)의 유도 통로(127)를 형성하면서, 흡입공(116)을 통해서 유입된 가스를 수용부(114)의 중심 축을 향해 고속으로 분사하는 데 기여하게 된다.
한편, 도 12 참조하면, 이격부재(330)는 링 형상의 지지대(332)와 지지대(332)의 내주면으로부터 돌출 형성된 복수개의 돌기들(334)로 이루어진다. 본 변형예에 따른 이격부재(330)에서 돌기들(334)은 지지대(332)의 중심으로부터 벗어난 방향을 향하도록 배열된다. 즉, 상기 돌기들(334)은 상기 지지대(332)의 내주와 설정된 각도(α)를 이루며 기울어져 형성된다.
이러한 돌기들(334)에 의하여 형성되는 유도 통로를 통해 유입된 가스를 분사하는 경우, 분사된 가스는 와류를 형성하며 수용부(114)의 중심 축을 향해 유동한다. 배기 가스가 와류를 유도하면, 배기가스와 혼합 공기가 더욱 용이하게 혼합될 수 있다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 13을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 공기 과급 장치(400)는 공기의 진행방향으로 갈수록 내부 단면적이 감소하는 유입 안내부(412)와 유입 안내부(412)에 연결되며 흡입공(416)이 형성된 수용부(414)를 포함하는 외부 몸체(410)와 수용부(414)에 삽입되며 외주면을 따라 형성된 단차부(421)와 선단면에 형성된 복수 개의 돌기들(425)을 포함하는 내부 몸체(420)를 포함한다.
외부 몸체(410)는 외부가 원통인 관 구조로 이루어지고, 유입 안내부(412)는 수용부(414) 측으로 갈수록 내면이 안쪽으로 돌출되어 내경이 감소하도록 형성되며, 수용부(414)는 유입 안내부(412)와 연통된 관 구조로 이루어진다.
내부 몸체(420)는 외주에 형성된 단차부(421)와 내부에 형성된 관구조의 배출 안내부(423)를 포함하여 구성된다. 단차부(421)는 수용부(414)와 내부 몸체(420) 사이에 공간을 형성하며, 배출 안내부(423)는 공기의 진행방향으로 갈수록 내경이 증가하도록 형성된다.
한편, 내부 몸체(420)의 선단면(외부 몸체를 향하는 면)에는 복수 개의 돌기들(425)이 원주 방향을 따라 소정 간격으로 이격 형성된다. 이 돌기들(425)은 내 부 몸체(420)와 외부 몸체(410)를 이격시켜 돌기들(425) 사이로 통로를 형성하는 역할을 하는데, 이 통로를 통해서 배기가스가 배출 안내부(423)로 유입된다.
이와 같이 본 실시예에서는 돌기들(425)이 내부 몸체(420)의 선단면에 형성되어 별도의 이격부재를 설치할 필요가 없으며, 따라서 제작 공정이 단순화된다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 공기 과급 장치(500)를 도시한 분해 사시도이다.
도 14를 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 공기 과급 장치(500)는 공기의 진행방향으로 갈수록 내부 단면적이 감소하는 유입 안내부(512)와 유입 안내부(512)에 연결되며 흡입공(516)이 형성된 수용부(514)를 포함하는 외부 몸체(510)와 수용부(514)에 삽입되며 전단에 형성된 단차부(521)와 유입 안내부(512)와 연통된 배출 안내부(523)를 포함하는 내부 몸체(420)를 포함한다.
외부 몸체(510)는 외부가 원통인 관 구조로 이루어지고, 유입 안내부(512)는 수용부(514) 쪽으로 갈수록 내면이 안쪽으로 돌출되어 내부 단면적이 감소하도록 형성된다. 또한, 유입 안내부(512)는 호상의 단면을 가지며 공기를 내부로 유도하는 안내면(512a)과 안내면(512a)을 수용부(514)와 연결하며 수용부(514)에 대하여 수직으로 형성된 지지면(512b)을 포함하여 구성된다.
지지면(512b)은 내부 몸체(520)가 수용부(514)에 끼워질 때, 내부 몸체(520)의 선단과 맞닿는 면인데, 이 지지면(512b)에는 복수 개의 돌기들(515)이 형성되어 있다. 돌기들(515)은 수용부(514)의 내주를 따라 소정 간격으로 이격 형성된다.
따라서 내부 몸체(520)가 수용부(514)에 삽입되면, 내부 몸체(520)와 지지 면(512b) 사이에는 돌기(515) 사이의 이격 공간으로 인하여 통로가 형성되며, 이 통로를 통해서 배기가스가 배출 안내부(523)로 유입된다.
이와 같이 본 실시예에서는 돌기들(515)이 외부 몸체(510)의 지지면(512b)에 형성되어 별도의 이격부재를 설치할 필요가 없으며, 따라서 제작 공정이 단순화된다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 단면도이다.
도 15를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 공기 과급 장치(600)는 공기의 진행방향으로 갈수록 내부 단면적이 감소하는 유입 안내부(612)와 유입 안내부(612)에 연결되며 흡입공(616)이 형성된 수용부(614)를 포함하는 외부 몸체(610)와 수용부(614)에 삽입되며 외주면에 단차부(621)가 형성된 내부 몸체(620) 및 외부 몸체(610)와 내부 몸체(620)를 이격시키는 이격부재(630)를 포함한다.
내부 몸체(620)는 외부 몸체(610)에 끼워지는데, 내부 몸체(620)의 일부분은 외부 몸체(610)에 끼워지지 않고 외부 몸체(610)의 뒤쪽으로 노출되어 있다.
외부 몸체(610)는 수용부(614)에 대응되는 외주면의 바깥쪽으로 돌출된 볼록부(613)가 형성되어 있다. 이 볼록부(613)는 공기 과급 장치(600)가 공기 유입관(640)에 끼워져 설치될 때, 공기 유입관(640)의 외측으로 돌출된다. 외부 몸체(610)와 내부 몸체(620)가 결합함에 따라 공기 과급 장치(600)의 내경은 좁아지게 되는데, 볼록부(613)는 공기 과급 장치(600)의 내경이 지나치게 좁아지는 것을 방지하는 역할을 한다.
즉, 외부 몸체(610)는 공기 유입관(640)에 끼워져 설치되므로 공기 유입 관(640)의 내경보다 작은 외경을 가져야 하며, 구조적인 안정성을 갖기 위해서는 충분한 두께를 가져야 한다. 또한 외부 몸체(610)의 내측에는 유입 안내부(612) 등이 형성되어 외부 몸체(610)의 내경은 좁아지게 된다. 이와 같이 외부 몸체(610)의 내경이 지나치게 좁아지면, 내연기관으로 유입시킬 수 있는 공기의 량이 제한되는 문제가 발생한다.
그러나 본 실시예와 같이 외부 몸체(610)에 볼록부(613)를 형성하면, 외부 몸체(610)의 두께를 감소시키더라도 볼록부(613)가 외부 몸체(610)를 지지하여 구조적인 안정성을 확보할 수 있다. 이에 따라 공기 과급 장치(600)의 내경이 지나치게 작아지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 외부 몸체(610)의 일측 가장자리에는 외측으로 돌출된 걸림턱(615)이 형성되며, 내부 몸체(620)의 일측 가장자리에도 동일하게 외측으로 돌출된 걸림턱(625)이 형성된다.
외부 몸체(610)는 공기가 유입되는 선단부분이 공기 유입관(640)에 끼워지며, 내부 몸체(620)는 공기가 배출되는 후단부분이 공기 유입관(640)에 끼워지는데, 외부 몸체(610)의 걸림턱(615)은 공기 유입관(640)을 지지할 수 있도록 외부 몸체(610)의 선단 부분에 형성되며, 내부 몸체(620)의 걸림턱(625)은 내부 몸체의 후단 부분에 형성된다.
이 걸림턱들(615, 625)은 리브형태로 이어져 형성되거나, 복수 개의 돌기들이 이격되어 형성될 수 있다.
공기 과급 장치(600)는 공기 유입관(640)에 끼워진 상태에서 타이 밴드 등의 고정 부재(650)로 고정되는데, 걸림턱들(615, 625)은 상기한 고정 부재(650)가 공기 과급 장치(600)의 외측으로 벗어나는 것을 방지하는 역할을 한다.
이와 같이 본 실시예에 따르면 외부 몸체(610) 및 내부 몸체(620)에 걸림턱들(615, 625)을 형성하여 공기 과급 장치(600)가 공기 유입관(640)에 보다 안정적으로 고정될 수 있다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 단면도이다. 도 16을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 공기 과급 장치(700)는 공기의 진행방향으로 갈수록 내경이 감소하는 유입 안내부(712)와, 유입 안내부(712)의 후단에 설치되며 배기 가스를 유입시키는 흡입공(732)과 흡입공(732)과 연결되며 배기 가스를 둘레 방향으로 유통시키는 분배통로(734)와 분배통로(734)를 내부와 연결하는 유도통로(736)를 포함하는 증폭부(730), 및 배기가스 유도통로(736)의 후단에 설치된 관구조의 배출 안내부(723)를 포함한다.
본 실시예에 따른 공기 과급 장치(700)는 전체가 한 몸으로 형성되며, 내부에 공간이 형성된 관구조로 이루어진다.
유입 안내부(712)는 공기 과급 장치(700)의 내측으로 돌출된 구조로 이루어지며, 배출 안내부(723)는 유입 안내부(712)와 거의 동일한 내경에서 공기의 유동방향(도 9에서 y축 방향)으로 갈수록 내경이 점진적으로 증가한다.
즉, 공기 과급 장치(700)의 내경은 유입 안내부(712)에서 점진적으로 감소하다가 배출 안내부(723)에서는 점진적으로 증가한다.
한편, 분배통로(734)는 공기 과급 장치(700)의 내부에서 둘레방향을 따라 환 형으로 이어져 형성되며, 흡입공(732)과 연결되어 있다. 따라서 흡입공(732)으로 유입된 배기가스는 분배통로(734)를 통해서 공기 과급 장치(700)의 둘레 방향으로 유동할 수 있다. 한편, 분배통로(734)는 유도통로(736)를 통해서 공기 과급 장치(700)의 내부와 연결되는데, 이러한 유도통로(736)는 상기 유입 안내부(712)와 배출 안내부(723)의 사이에 축방향으로 이격된 간극을 형성함으로써 공기 과급 장치(700)의 내면을 따라 이어져 형성되어 있다.
유도통로(736)와 배출 안내부(723)가 만나는 부분은 볼록하게 만곡된 구조로 이루어진다.
이에 따라 흡입공(732)으로 유입된 배기가스는 분배통로(734)를 따라서 공기 과급 장치(700)의 둘레방향으로 유동하며, 유동하는 과정에서 유도통로(736)를 통해 공기 과급 장치(700)의 내부로 유입된다. 유도통로(736)는 공기 과급 장치(700)의 내면을 따라 이어져 형성되는데, 이에 따라 배기가스는 공기 과급 장치(700)의 내부로 균일하게 공급된다.
강한 압력으로 유입된 가스는 만곡면을 타고 배출 안내부(723)로 유동하는데, 강한 압력과 빠른 속도로 유동하는 가스는 공기의 유입을 촉진하여 보다 많은 공기를 내연기관으로 유입시키게 된다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 내연기관용 공기 과급 시스템을 도시한 구성도이다.
도 17을 참조하여 설명하면, 공기 과급 시스템(800)은 내연기관(810)의 배출구측에 연결 설치되어 배기가스를 이용하여 공기의 유입을 촉진시키는 터보차저장 치(850)과, 터보차저장치(850)와 연결되어 공기가 유입되며, 내연기관(810)의 출구측에 연결된 가스 공급관(861)으로부터 배기가스를 공급받아 공기의 유입을 촉진하는 공기 과급 장치(860)를 포함한다.
터보차저장치(850)는 배기가스를 이용하여 터빈을 회전시키고, 이 터빈이 공기 유입관(813)으로 유입되는 공기를 압축시키는 통상적인 터보차저장치가 적용될 수 있다. 터보차저장치(850)에 의하여 압축된 공기는 온도가 상승하는 바, 터보차저장치(850)와 공기 과급 장치(860) 사이에는 압축된 공기의 냉각을 위한 인터 쿨러(852)가 설치된다. 내연기관(810)의 출구 측에는 분기부재(840)가 설치되는데, 이 분기부재(840)는 배출관(851) 및 가스 공급관(861)과 연결되어 일부의 배기가스는 가스 공급관(861)을 통해서 공기 과급 장치(860)로 보내고 나머지 배기가스는 배출관(851)을 통해서 터보차저장치(850)로 보내는 역할을 한다.
터보차저장치(850)로 공기가 유입되는 터보차저장치(850)의 앞쪽에는 공기 필터(820)가 설치되며, 터보차저장치(850)를 통과한 배기가스가 배출되는 터보차저장치(850)의 뒤쪽에는 소음기(830)가 설치되어 있다.
본 실시예의 공기 과급 장치(860)로는 상기한 실시예들 중 어느 하나의 공기 과급 장치가 적용될 수 있다.
이러한 구조로 내연기관(810)으로 공급되는 공기는 터보차저장치(850)와 공기 과급 장치(860)에 의하여 동시에 과급될 수 있다. 따라서 터보차저장치(850)만을 이용하여 공기를 과급하는 종래의 터보 차저 시스템에 비하여 공기의 과급량을 증가시킬 수 있으므로 내연기관(810)의 출력이 향상된다.
특히, 터보차저장치(850)만을 이용한 의한 공기의 과급은 시동 시에 터보 래그 현상이 발생하는데, 본 실시예에 따른 공기 과급 시스템(800)은 시동 시에도 공기 과급 장치(860)가 내연기관(810)으로 공기를 과급할 수 있으므로 터보 래그 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 내연기관용 공기 과급 시스템을 도시한 구성도이다.
도 18을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 공기 과급 시스템(900)은 내연기관(910)의 공기 유입관(940)에 연결 설치된 공기 과급 장치(960)와 공기 과급 장치(910)로 압축된 공기를 공급하는 압축공기 유도관(970)과 압축공기 유도관(970)에 연결 설치되어 공기를 압축하는 공기 압축기(950)를 포함한다.
공기 과급 장치(960)에는 공기 유입관(940)과 압축공기 유도관(970)이 연결 설치되는데, 공기 유입관(940)으로는 통상적인 혼합공기를 공급받고, 압축공기 유도관(970)으로는 압축된 공기를 공급받는다. 따라서 공기 과급 장치(960)는 압축된 공기를 이용하여 혼합공기의 유입을 촉진시킬 수 있으며, 본 실시예의 공기 과급 장치(960)로는 상기한 실시예들 중 어느 하나의 공기 과급 장치가 적용될 수 있다.
압축공기 유도관(970)으로는 공급되는 공기는 외부의 공기 또는 공기 유입관(940)에서 우회하여 공급되는 공기일 수 있으며, 내연기관(910)에서 배출된 후 우회하여 공급되는 일부의 배기가스 일 수도 있다.
압축공기 유도관(970)에는 공기 압축기(950)가 설치되는데, 공기 압축 기(950)는 통상적으로 공기를 압축하는 다양한 구조의 압축장치들이 적용될 수 있다. 공기 압축기(950)는 차량에 설치된 배터리로 구동되는 터빈일 수 있으며, 내연기관의 축동력으로 구동되는 터빈일 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 공기 압축기(950)에 의하여 압축된 공기를 안정적으로 공기 과급 장치(960)에 공급할 수 있으며, 이에 따라 내연기관(910)의 출력이 안정적으로 향상될 수 있다.
또한, 종래의 슈퍼 차저 시스템은 공기 유입관으로 유입되는 모든 공기를 압축하여 부하의 원인이 되었으나, 본 실시예에 따른 공기 과급 시스템(900)은 공기 과급 장치(960)로 유입되는 일부의 공기만을 압축하므로 종래에 비하여 부하를 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 소량의 공기만을 압축하므로 차량에 설치된 배터리 등을 이용하여 공기를 압축할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및, 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한, 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 부분 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 축방향 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치가 설치된 내연기관용 공기 과급 시스템을 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치가 설치된 내연기관용 공기 과급 시스템에 분기부재가 적용된 부분의 분해 사시도이다.
도 6은 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 분기부재가 내연기관용 공기 과급 시스템에 적용된 부분의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 부재들이 결합된 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 8(a)는 제 1 실시예의 제2 변형예에 따른 분기부재가 내연기관용 공기 과급 시스템에 적용된 부분의 단면도이고, 도 8(b)는 도 8(a)에 도시된 관의 내부 압력을 나타내는 압력선도이다.
도 9는 내연기관용 공기 과급 시스템에 분기부재가 적용될 때 제 1 실시예의 변형예에 따른 개스킷이 적용된 부분의 분해 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 부재들이 결합된 상태에서 잘라 본 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 공기 과급 장치에 적용된 이격부재를 도시한 평면도이다.
도 12는 제1 실시예에 따른 이격부재의 변형예를 도시한 평면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 따른 공기 과급 장치를 도시한 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시예에 따른 내연기관용 공기 과급 시스템을 도시한 구성도이다.
도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 내연기관용 공기 과급 시스템을 도시한 구성도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
100 : 공기 과급 장치 110 : 외부 몸체
112 : 유입 안내부 114 : 수용부
116 : 흡입공 120 : 내부 몸체
121 : 단차부 123 : 배출 안내부
125 : 분배통로 126 : 만곡면
127 : 유도통로 130 : 이격부재
134 : 돌기 200: 공기 과급 시스템
230 : 배출관 240 : 공기 유입관
270 : 가스 공급관 280 : 제어 밸브

Claims (21)

  1. 내연기관과 연결되어 공기 흡입을 증폭시키는 내연기관용 공기 과급 시스템에 있어서,
    상기 내연기관으로 공기를 공급하는 공기 유입관;
    상기 공기 유입관에 연결 설치된 공기 과급 장치;
    상기 내연기관에 연결되어 배기가스가 배출되는 통로를 제공하는 가스 배출관; 및
    상기 가스 배출관 및 상기 공기 과급 장치에 연결 설치되어 상기 공기 과급 장치로 배기가스를 공급하는 가스 공급관을 포함하며,
    상기 공기 과급 장치는,
    공기 유입을 유도하는 관형상의 유입 안내부;
    상기 유입 안내부와 연통된 관형상의 배출 안내부; 및
    상기 유입 안내부와 상기 배출 안내부 사이에 설치되며, 외주면 바깥으로 개구되어 가스를 유입시키는 흡입공과 상기 흡입공과 연결되며 상기 배출 안내부의 둘레 방향으로 이어져 형성된 분배통로와, 상기 분배통로와 상기 배출 안내부의 내부를 연결하는 유도통로를 포함하여, 상기 흡입공으로부터 유입되는 배기가스가 상기 배출 안내부로 빠져나가면서 상기 유입 안내부로부터 공기를 흡입하는 증폭부;
    를 포함하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,상기 공기 과급 장치는,
    상기 유입 안내부와 상기 유입 안내부에 연결된 관형상의 수용부를 포함하는 외부 몸체;
    상기 수용부에 삽입되며, 외주면에 상기 수용부의 내경보다 작은 외경을 갖도록 형성된 단차부를 포함하여 상기 분배통로를 형성하고, 상기 외부 몸체와의 사이에 축방향의 간극을 형성하며 상기 유도통로를 형성하는 관형상의 내부 몸체;
    를 포함하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서
    상기 외부 몸체와 상기 내부 몸체 사이에 형성되는 축방향 간극에는 복수 개의 돌기들이 구비되어 복수개의 유도통로를 형성하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수개의 돌기는 상기 수용부의 축 중심으로부터 벗어난 방향을 향하도록 배열된 내연기관용 공기 과급 시스템.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유입 안내부는 내경이 유입되는 공기의 흐름방향을 따라 갈수록 점진적으로 감소하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 몸체의 수용부 내에서 상기 유도 통로를 사이에 두고 대면하는 상기 외부 몸체의 제1 면과 상기 내부 몸체의 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 수용부의 중심 축에 대해 수직하게 형성되고, 상기 제2 면은 적어도 일부분이 상기 배출 안내부를 향하여 굽어진 만곡면을 형성하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배출 안내부는 공기의 흐름방향을 따라 갈수록 내경이 점진적으로 증가하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 공급관에는 체크밸브가 설치된 내연기관용 공기 과급 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 배출관에는 소음기가 연결되고,
    상기 가스 공급관은 상기 소음기와 상기 내연기관 사이에 설치된 내연기관용 공기 과급 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 배출관과 상기 가스 공급관의 연결부분에 구비되며, 상기 가스 배출 방향으로 제1 관통공이 형성되고, 상기 제1 관통공의 측방으로 상기 가스 공급관 연결방향으로 제2 관통공이 형성되는 분기부재를 포함하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 분기부재의 제1 관통공은 출구측의 구경이 입구측의 구경보다 더 작게 형성되는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 분기부재는 제1 관통공의 출구측에서 돌출된 연장관과 상기 연장관의 단부에 형성된 오리피스를 포함하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스 배출관과 상기 분기부재 사이에는 개스킷이 설치되고,
    상기 개스킷에는 상기 제1 관통공과 연결되는 홀이 형성되며,
    상기 제1 관통공의 출구와 인접하게 설치된 개스킷의 홀은 상기 제1 관통공의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  14. 내연기관과 연결되어 공기 흡입을 증폭시키는 내연기관용 공기 과급 시스템에 있어서,
    상기 내연기관에서 배출되는 배기가스로 터빈을 회전시켜 공기의 유입을 촉진시키는 터보차저장치;
    상기 내연 기관의 출구측에 연결된 가스 공급관과 연결되어 배기가스를 공급받고, 상기 터보차저장치와 연통되어 공기 유입을 증폭시켜 상기 내연기관으로 공급하는 공기 과급 장치;
    를 포함하며,
    상기 공기 과급 장치는,
    공기 유입을 유도하는 관형상의 유입 안내부;
    상기 유입 안내부와 연통된 관형상의 배출 안내부; 및
    상기 유입 안내부와 상기 배출 안내부 사이에 설치되며, 외주면 바깥으로 개구되어 배기가스를 유입시키는 흡입공과 상기 흡입공과 연결되며 상기 배출 안내부의 둘레 방향으로 이어져 형성된 분배통로와, 상기 분배통로와 상기 배출 안내부의 내부를 연결하는 유도통로를 포함하여, 상기 흡입공으로부터 유입되는 배기가스가 상기 배출 안내부로 빠져나가면서 상기 유입 안내부로부터 공기를 흡입하는 증폭부;
    를 포함하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 공기 과급 장치는,
    상기 유입 안내부와 상기 유입 안내부에 연결된 관형상의 수용부를 포함하는 외부 몸체;
    상기 수용부에 삽입되며, 외주면에 상기 수용부의 내경보다 작은 외경을 갖도록 형성된 단차부를 포함하여 상기 분배통로를 형성하고, 상기 외부 몸체와의 사이에 축방향의 간극을 형성하며 상기 유도통로를 형성하는 관형상의 내부 몸체;
    를 포함하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 외부 몸체의 수용부 내에서 상기 유도 통로를 사이에 두고 대면하는 상기 외부 몸체의 제1 면과 상기 내부 몸체의 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 수용부의 중심 축에 대해 수직하게 형성되고, 상기 제2 면은 적어도 일부분이 상기 배출 안내부를 향하여 굽어진 만곡면을 형성하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  17. 내연기관과 연결되어 공기 흡입을 증폭시키는 내연기관용 공기 과급 시스템에 있어서,
    상기 내연기관으로 공기를 공급하는 공기 유입관;
    상기 공기 유입관에 연결 설치된 공기 과급 장치;
    상기 공기 과급 장치에 연결 설치되어 상기 공기 과급 장치로 압축공기를 공 급하는 압축공기 유도관; 및
    상기 압축공기 유도관에 설치되어 내연기관으로 유입되는 공기를 압축하는 공기 압축기;
    를 포함하며,
    상기 공기 과급 장치는,
    공기 유입을 유도하는 관형상의 유입 안내부;
    상기 유입 안내부와 연통된 관형상의 배출 안내부; 및
    상기 유입 안내부와 상기 배출 안내부 사이에 설치되며, 외주면 바깥으로 개구되어 압축공기를 유입시키는 흡입공과 상기 흡입공과 연결되며 상기 배출 안내부의 둘레 방향으로 이어져 형성된 분배통로와, 상기 분배통로와 상기 배출 안내부의 내부를 연결하는 유도통로를 포함하여, 상기 흡입공으로부터 유입되는 압축공기가 상기 배출 안내부로 빠져나가면서 상기 유입 안내부로부터 공기를 흡입하는 증폭부;
    를 포함하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공기 과급 장치는,
    상기 유입 안내부와 상기 유입 안내부에 연결된 관형상의 수용부를 포함하는 외부 몸체;
    상기 수용부에 삽입되며, 외주면에 상기 수용부의 내경보다 작은 외경을 갖 도록 형성된 단차부를 포함하여 상기 분배통로를 형성하고, 상기 외부 몸체와의 사이에 축방향의 간극을 형성하며 상기 유도통로를 형성하는 관형상의 내부 몸체;
    를 포함하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 외부 몸체의 수용부 내에서 상기 유도 통로를 사이에 두고 대면하는 상기 외부 몸체의 제1 면과 상기 내부 몸체의 제2 면을 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 수용부의 중심 축에 대해 수직하게 형성되고, 상기 제2 면은 적어도 일부분이 상기 배출 안내부를 향하여 굽어진 만곡면을 형성하는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 공기 압축기는 내연기관의 구동축과 연결되어 구동되는 내연기관용 공기 과급 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 공기 압축기는 배터리와 전기적으로 연결되어 구동되는 내연기관용 공기 과급 시스템.
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