KR20110118670A - 배기 가스 재순환을 이용하는 과급 기관 - Google Patents

배기 가스 재순환을 이용하는 과급 기관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 가스 재순환을 이용하는 과급 내연 기관에 관한 것으로서, 흡기 매니폴드(24)와, 배기 매니폴드(26)와, 신기 터보차저(28)와, 배기 슈퍼차저(46)를 포함하고, 흡기 매니폴드는 분리 벽(70)에 의해 신기 통로(72)와 배기 통로(74)로 분할되며, 통로 중 하나는 기관의 실린더의 입구 개구에 연결되고, 신기 통로(72)는 신기 터보차저(28)의 압축기(30)의 출구(38)에 연결되며, 배기 통로(24)는 배기 슈퍼차저(46)의 압축기(48)의 출구(28)에 연결되고, 분리 벽(70)에는 2개의 통로를 연결하는 오리피스(76)가 형성되어 있다.

Description

배기 가스 재순환을 이용하는 과급 기관 {A TURBOCHARGED ENGINE WITH EXHAUST GAS RECYCLING}
본 발명은 예를 들어, 대형차(heavy duty vehicle), 선박 또는 발전소에 사용되는, 그러나 이들에 한정되지는 않는, 배기 가스 재순환을 이용하는 과급 기관, 예를 들어, 디젤 내연 기관에 관한 것이다.
과급(turbo charging)은 내연 기관의 토크 및 출력을 증가시키기 위한 일반적 수단이다. 배기 가스 재순환은 배기 가스 품질을 개선시키기 위한, 즉, 배기 가스 내의 질소 산화물의 양을 감소시키기 위한 일반적 수단이다. 과급과 배기 가스 재순환(즉, 기관의 배기 매니폴드로부터의 배기 중 일부를 기관의 흡기 매니폴드로 안내)을 조합하는 경우, 흡기 매니폴드로 재순환되는 배기의 압력을 흡기 매니폴드 내의 가압된 신기(fresh air)의 압력 수준과 적어도 동일한 압력 수준으로 증가시킬 필요가 있다.
DE 196 03 591 C1은 신기 터보차저 및 배기 터보차저를 구비한 과급 내연 기관을 개시하고 있으며, 여기서, 배기 회로는 배기 터보차저의 터빈의 입구와 신기 터보차저의 터빈의 입구에 연결되고, 추가적으로, 배기 터보차저의 압축기의 입구에 연결된다. 배기 터보차저의 출구는 신기 터보차저의 압축기의 출구를 기관에 연결하는 도관에 연결된다. 배기 터보차저의 압축기의 상류에, 그리고, 신기 터보차저의 압축기의 하류에 냉각기들이 제공된다. 배기 재순환율을 제어하기 위해 기관의 배기 출구와 배기 터보차저의 터빈 및 압축기의 입구들에 제어 밸브가 연결된다.
DE 44 36 732 A1은 그 터빈의 입구가 기관의 배기 측부에 평행하게 연결되어 있는 배기 터보차저 및 신기 터보차저를 구비한 과급 내연 기관을 개시하고 있다. 기관의 배기측은 추가적으로 배기 터보차저의 압축기의 입구에 냉각기를 거쳐 연결된다. 배기 터보차저의 압축기의 출구는 내연 기관의 입구 매니폴드에 연결되며, 이 입구 매니폴드는 또한 신기 터보차저의 압축기의 출구에 냉각기를 거쳐 연결된다. 배기 재순환율의 제어 목적을 위해, 제어 밸브가 배기 터보차저의 터빈의 입구의 상류에 제공된다.
본 발명은 예를 들어, 장착 노력들, 복잡성 및/또는 효율 같은 배기 재순환을 사용하는 종래의 과급 내연 기관의 하나 이상의 양태들을 적어도 부분적으로 개선 또는 극복하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따라서, 과급 내연 기관은 적어도 하나의 입구 개구와 적어도 하나의 배기 개구를 각각 포함하는 복수의 실린더와, 상기 입구 개구에 연결된 흡기 매니폴드와, 상기 배기 개구에 연결된 배기 매니폴드를 포함한다. 또한, 기관은 신기 터보차저를 포함하고, 신기 터보차저는 터빈과 신기 압축기를 포함하고, 터빈은 배기 매니폴드에 그 입구가 연결되고 그 출구가 대기에 연결되며, 신기 압축기는 그 입구가 대기에 연결되고 그 출구가 흡기 매니폴드에 연결되어 있다. 추가적으로, 기관은 배기 슈퍼차저를 포함할 수 있으며, 배기 슈퍼차저는 압축기를 포함하고, 이 압축기의 입구는 배기 매니폴드로부터의 배기를 공급받도록 구성되고, 그 출구는 흡기 매니폴드에 연결된다. 흡기 매니폴드는 분리 벽에 의해 신기 통로와 배기 통로로 분할될 수 있으며, 이들 통로 중 하나는 입구 개구에 연결되고, 신기 통로는 신기 압축기의 출구에 연결되고, 배기 통로는 배기 슈퍼차저의 압축기의 출구에 연결되며, 분리 벽은 두 통로를 연결하는 오리피스를 구비하도록 형성된다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 과급 내연 기관은 적어도 하나의 입구 개구와 적어도 하나의 배기 개구를 각각 구비하는 복수의 실린더를 포함할 수 있다. 흡기 매니폴드는 상기 입구 개구에 연결되고, 배기 매니폴드는 상기 배기 개구에 연결된다. 신기 터보차저는 터빈을 포함하고, 터빈의 입구는 배기 매니폴드에 연결되고, 그 출구는 대기에 연결되며, 신기 압축기를 더 포함하고, 신기 압축기의 입구는 대기에 연결되고, 그 출구는 흡기 매니폴드에 연결된다. 배기 슈퍼차저는 압축기를 포함하고, 이 압축기의 출구는 흡기 매니폴드에 연결된다. 배기 슈퍼차저의 압축기의 입구는 배기 매니폴드 또는 대기에 선택적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 과급 내연 기관의 동작을 제어하는 방법이 개시된다. 기관은 적어도 하나의 입구 개구와 하나의 배기 개구를 각각 구비하는 복수의 실린더와, 상기 입구 개구에 연결된 흡기 매니폴드와, 상기 배기 개구에 연결된 배기 매니폴드와, 터빈과 압축기를 구비하는 신기 터보차저와, 압축기를 구비하는 배기 슈퍼차저를 포함하고, 터빈의 입구는 배기 매니폴드에 연결되고 터빈의 출구는 대기에 연결되며, 신기 터보차저의 압축기의 입구는 대기에 연결되고 그 출구는 흡기 매니폴드에 연결되며, 배기 슈퍼차저의 압축기의 출구는 흡기 매니폴드에 연결된다. 이 방법은 내연 기관으로부터의 배기 및/또는 대기로부터의 신기를 배기 슈퍼차저의 압축기의 입구에 선택적으로 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
이하의 상세한 설명과 첨부 도면을 참조로 본 발명의 다른 특징 및 양태를 명백히 알 수 있을 것이다.
본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하고 있는 첨부 도면은 본 발명의 예시적 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예의 개략 상면도이다.
도 2는 도 1의 예시적 실시예의 개략 측면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 예시적 실시예의 개략 상면도이다.
도 4는 V형 기관의 예시적 실시예의 개략 상면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 평면 V-V에서의 기관의 개략 단면도이다.
도 6은 도 1의 실시예에 비해 변형된 실시예의 개략 상면도이다.
도 7은 도 2에 따른 실시예에 비해 변형된 실시예의 개략 측면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 기관의 변형례의 개략 단면도이다.
모든 도면에서 대응 요소를 위해서는 동일 참조 번호가 사용된다.
도 1 및 도 2를 참조하여 배기 재순환을 사용하는 과급 내연 기관의 예시적인 실시예를 설명한다.
내연 기관(8), 예를 들어 직렬 5-실린더 기관이 크랭크케이스(10)를 포함할 수 있는데, 이 크랭크 케이스의 내부에는 크랭크샤프트(12)가 지지되어 있다. 크랭크샤프트(12)는 이중 점선으로 지시되어 있다. 크랭크샤프트(12)는 피스톤(도시되어 있지 않음)에 연결되어 있고, 이 피스톤은 각각의 실린더(14a-14e) 내에서 이동가능하다.
도시되어 있는 바와 같은 기관(8)은 크랭크샤프트(12)의 길이방향으로 대향하는 단부 측부들(16, 18)과, 크랭크샤프트(12)의 길이방향에 수직하는 방향으로 대향하는 측부들(20, 22)을 구비하고 있다.
흡기 매니폴드(24)가 기관의 측부(20)를 따라서 연장되고, 각각의 실린더(14a-14e)에 연결되어 있다. 각각의 실린더(14a-14e)에는 적어도 하나의 입구 밸브가 마련되어 있고, 이 입구 밸브는 각각의 실린더의 작동실과 흡기 매니폴드(24) 사이의 연결을 개방 또는 폐쇄하도록 구성되어 있다. 다른 측부(22)에는 배기 매니폴드(26)가 제공되어, 각각의 실린더(14a-14e)에 연결될 수 있다. 각각의 실린더(14a-14e)에는 배기 매니폴드와 각각의 실린더(14a-14e) 내의 작동실 사이의 연결을 개방 및 폐쇄하도록 구성된 적어도 하나의 배기 밸브가 마련되어 있을 수 있다.
단부 측부(16, 18) 중 하나에, 도시되어 있는 실시예에 있어서는 측부(18)에, 샤프트(34)를 통해 연결되는 터빈(32)과 압축기(30)를 포함하는 신기 터보차저(28)가 배치되어 있을 수 있다.
압축기(30)의 입구(36)가 외부 대기에 연결되어 있을 수 있다. 압축기(30)의 출구(38)는 흡기 매니폴드(24)에 연결되어 있을 수 있는데, 여기서 출구(38)와 흡기 매니폴드(24) 사이에 냉각기(40)가 제공될 수 있다.
터빈(32)의 입구(42)는 배기 매니폴드(26)에 연결되어 있을 수 있다. 터빈(32)의 출구(44)는 기관의 배기 시스템에 연결되어 있을 수 있고, 이 배기 시스템은 배기 정화 및 소음 감쇠를 위한 수단을 포함하고 있다.
기관(8)의 측부(16)에는, 샤프트(52)를 통해 회전가능하게 연결되는 터빈(50)과 압축기(48)를 포함하는 배기 터보차저(46)가 배치되어 있다.
터빈(50)의 입구(54)는 배기 매니폴드(26)에 연결되어 있는데, 여기서 터빈(50)과 배기 매니폴드(26) 사이에는 제1 제어 밸브(56)가 제공될 수 있다. 터빈(50)의 출구(58)는 터빈(32)의 출구(44)와 유사하게 기관의 배기 시스템에 연결되어 있다.
배기 터보차저(46)의 압축기(48)의 입구(60)는 도관(62)을 통해 제2 제어 밸브(64)를 구비하는 배기 매니폴드에 연결되어 있고, 도관(62) 내에는 냉각기(66)가 제공되어 있을 수 있다. 압축기(48)의 출구(68)는 흡기 매니폴드(24)에 연결되어 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 크랭크케이스(10)와 일체로 성형될 수 있는 흡기 매니폴드(24)는 분리 벽(70)에 의해 그 길이방향으로 신기 통로(72)와 배기 통로(74)로 분할되어 있다. 신기 통로(70)는 기관의 측부(16)에 인접한 그 단부에서 폐쇄되어 있고, 기관의 측부(18)에 인접한 그 단부에서 압축기(30)의 출구(38)에 연결되어 있다. 배기 통로(74)는 기관의 측부(18)에 인접한 그 단부에서 폐쇄되어 있고, 기관의 측부(16)에 인접한 그 단부에서 배기 터보차저(46)의 압축기(48)에 연결되어 있다. 바람직하게는, 신기 통로(72)가 배기 통로(74) 위에 배치되어 있다. 신기 통로(72)는 실린더(14a-14e)에 직접 연결되어 있는 반면, 배기 통로(74)는 분리 벽(70)에 형성되는 오리피스(76)를 통해 신기 통로(72)와 연통하고 있다. 바람직하게는, 오리피스(76) 중 적어도 하나가 각각의 실린더(14a-14e)에 대응하는 위치에 배치되어 있다.
도 3에는 과급 내연 기관의 제2 실시예가 도시되어 있고, 여기서 배기 터보차저(46)의 배관이 도 1의 실시예와 비교하여 수정되었다. 이하에서는, 도 1의 실시예와 비교하여 수정된 도 3의 실시예의 부분만을 설명한다.
배기 터보차저(46)의 터빈(50)의 입구(54)와 배기 매니폴드(26) 사이의 연결부에는 어떠한 제어 밸브도 없다. 또한, 터빈(50)의 출구(58)는 도관(78)에 연결되며, 이 도관은 일단부(80)에서 기관의 배기 시스템에 연결되고, 타단부에서 제어 밸브(82)에 연결되는데, 이에 의해 도관(78)은 배기 터보차저(46) 압축기(48)의 입구(60) 또는 외부 대기에 연결될 수 있다. 터빈(50)에 대한 도관(78)의 연결부와 밸브(82) 사이에는 냉각기(66)가 제공된다.
도 4에는 도 1의 실린더 뱅크에 대응하고, 크랭크샤프트(12)를 포함하는 기관의 수직 중앙 평면에 대해서 대칭되는 2개의 실린더 뱅크(A, B)를 포함하는 V형 기관이 도시되어 있다.
도 4에 도시된 평면 V-V를 따른 기관의 단면도인 도 5에서 잘 보여지는 바와 같이, 흡기 매니폴드(24)는 실린더 뱅크(A)와 실린더 뱅크(B) 사이에 위치된다. 신기 통로(72)는 2개의 모든 신기 터보차저(28, 28')의 압축기(30, 30')에 연결되는 반면, 2개의 모든 배기 가스 터보차저의 출구(68, 68')는 배기 통로(74)에 연결된다.
도 6은 도 1의 실시예에 대비해 변형된 본원의 기재의 실시예를 도시한다. 하기에는 도 1에 대비해 변형된 부분만이 기재될 것이다.
도 1에 따르면, 배기 터보차저(46)의 터빈(50)에 의해 구동되는 배기 슈퍼차저를 구성하는 압축기(48)는 전자 제어 유닛(미도시)에 의해 제어되는 전기 모터(84)에 의해 회전 구동되고, 이에 따라, 내연 기관(8)의 작동 상태에 따라, 즉 기관의 부하 및 속력에 대응하여, 슈퍼차저를 구성하는 압축기(48)는 흡기 매니폴드(24)의 배기 통로(74)에 소정 속도 및 압력의 배기를 공급한다. 전기 모터(84)는 기관의 작동 상태에 따라 직접적으로 제어될 수 있기 때문에, 제2 제어 밸브(64)는 생략될 수 있다.
물론, 도 6의 실시예는 도 4의 실시예에도 적용될 수 있으며, 도 4의 실시예의 2개의 모든 압축기(48, 48')는 각각의 전기 모터 또는 공통 전기 모터에 의해 회전 구동될 수 있다.
도 7은 도 2의 실시예에 대비해 변형된 본원의 기재의 실시예를 도시한다. 하기에는 변형된 부분만이 기재될 것이다.
도 2의 실시예에서와는 달리, 도 7의 실시예에서는 배기 통로(74)의 내부를 신기 통로(72)의 내부에 연결하는 오리피스(76)가 분리 벽(70)의 단순한 구멍으로 형성된다. 이러한 오리피스(76)는 분리 벽(70)으로부터 상향으로 연장하는 튜브(86)의 내부 통로에 의해 형성된다. 바람직하게, 튜브(86)는 그 자유 단부들(배기 통로로부터 거리에 있는 단부들)이, 실린더(14a-14e)를 신기 통로(72)에 연결하는 도관에 직접 개방될 수 있도록 형성되어, 배기 통로(74)로부터의 배기가 신기 통로(72)로부터의 신기의 유동 내에서 각각의 실린더 내로 유동하게 한다. 튜브(86)에 의해서, 배기의 온도 감소에 의해 배기로부터 응축될 수 있는 배기 내의 임의의 액적은, 신기 통로(72)의 임의의 내부 표면에서의 응축 없이 실린더 내로 직접 운송되게 보장된다.
도 8은 도 5와 유사한 도면이며, 전술된 튜브(86)가 2개의 실린더 빙(bing)(A 및 B)을 갖는 V형 기관에 어떻게 배치되는지를 도시한다.
산업상 적용가능성
예를 들어 도 1에 따르면, 대형 트럭에서 구동 기관으로서 사용될 수 있는 기관의 기능은 하기와 같다.
기관이 작동할 때, 신기 압축기(28)의 터빈(32) 및 배기 압축기(46)의 터빈(50)은 배기 매니폴드(26)의 양단부에서 배출되는 배기에 의해 구동된다. 터빈(32)이 압축기(30)를 구동시킴으로써, 냉각기(40)에서 냉각된 압축된 신기가 흡기 매니폴드(24)로 유동하게 된다.
배기 터보차저(46)의 터빈(50)이 압축기(48)를 구동시킴으로써, 배기 매니폴드(26)로부터 배출되고 냉각기(66)에서 냉각된 배기는 신기 통로(72) 내의 압축된 신기의 압력과 유사하거나 약간 높은 압력으로 압축기(48)에 의해 압축되고, 이로써, 압축된 배기는 오리피스(76)를 통해 압축된 신기와 혼합되는 신기 통로(72)로 유동된다. 압축된 신기와 압축된 배기의 혼합물은 실린더의 작동 챔버 내로 유동한다.
배기 통로(74)로 재순환되는 배기의 속도는 제어 밸브(56 및 64)에 의해 제어될 수 있는데, 제어 밸브(56)는 터빈(50)의 구동력을 제어하고, 제어 밸브(64)는 도관(62)의 유효 단면을 제어한다.
제어 밸브(64 및 56)은 기관의 작동 파라미터, 예를 들어 부하, 속도, 온도에 따라 기관의 제어 수단에 의해 제어된다.
기관의 대향 단부들에 터보차저를 장착함으로써 장착이 단순화되고, 공간이 효율적으로 사용된다. 또한, 조밀한 배치에 의해 임의의 유동 손실이 최소화된다.
분리 벽(70)에 의해 신기 통로(72) 및 배기 통로(74)로 분리되는 흡기 매니폴드(24)의 설계로, 조밀하고 효과적인 설계가 획득된다. 신기 통로(72)와 배기 통로(74)를 연결하는 오리피스(76)에 의해서, 재순환된 배기와 신기 사이의 효과적인 혼합이 성취된다.
기관으로부터의 냉각수에 의해 가스로부터의 열이 제거되는, 열 교환기일 수 있는 냉각기(40 및 66)는 전체적인 효율을 증가시킨다.
2개의 제어 밸브(56 및 64)를 갖춤으로써, 배기 재순환 속도의 효율적인 제어가 가능해진다.
배기 가스 터보차저(46) 및 신기 터보차저(28)의 설계 파라미터는 기관의 작동 파라미터에 따라 배기 재순환 속도에 관한 기관의 기능적 요구를 만족시키도록 설정된다.
설명된 기관의 기초 설계는 여러 면에서 수정될 수 있다. 이 설계는 오토(Otto) 기관 및 디젤(Diesel) 기관, 액체 또는 기체 연료를 연소시키는 기관, 및 상이한 수의 실린더를 가진 기관을 위해 사용될 수 있다. 또한, 흡기 매니폴드(24)는 크랭크 케이스(10)와 통합된 부재로 한정되지 않으며, 기관 본체에 장착되는 별도의 부재일 수 있다. 냉각기(40 또는 66) 중 임의의 것이 생략될 수도 있다. 제어 밸브의 위치가 달라질 수도 있다. 도관(62)이 터빈(50)의 출구(58)에 연결될 수도 있다.
배기 통로(64)는 신기 통로(72)의 아래에 위치하는 것으로 한정되지 않는다.
도 3의 실시예는 터빈(50)의 출구(58)와 배기 터보차저의 압축기(48)의 입구(60)의 연결에 있어서 도 1의 실시예와 상이하다. 도관(78)이 압축기(48)의 입구(60)에 연결되어 있는 밸브(82)의 상태에서는, 배기 가스가 압축기(48)에서 압축되고 배기 매니폴드(26)에 공급된다(도 2). 도관(78)은 도 1의 실시예에서와 같이 배기 매니폴드(26)에 직접 연결될 수 있다는 것이 언급되어야 한다.
도관(78)이 입구(60)로부터 분리되고 입구(60)가 외부 대기에 연결되는 상태로 밸브(82)가 스위칭되면, 배기 터보차저(46)는 신기 터보차저(28)와 유사하게 추가적인 신기 터보차저로서 기능한다. 이 단계에서는, 배기 가스 재순환이 존재하지 않으며, 기관의 충분한 과급이 존재한다. 밸브(82)는 최대[입구(60)가 도관(78)에만 연결됨]와 최소[입구(60)가 도관(78)으로부터 완전히 분리됨] 사이에서 배기 가스 재순환 속도의 제어를 허용하는 비례 밸브일 수 있다. 기관을 배기 가스 재순환에 의해 또는 배기 가스 재순환 없이 작동시키는 것이 유리할 수 있는 많은 응용예들이 존재한다. 터빈(50)의 입구(54)의 폐쇄는 배기 매니폴드(26)에서 증가된 배기 압력을 발생시키고, 이것은 신기 터보차저(28)의 과부하를 발생시킨다. 배기 터보차저(46)를 배기 압축으로부터 신기 압축으로 스위칭하는 것은 이러한 문제를 극복한다.
도 4의 실시예는 도 1의 실시예에 대응하지만, 이 기술을 V6 기관에 적용한 것이다. 실린더 뱅크(A, B)에 대해 하나의 공동 흡기 매니폴드(24)를 사용하는 것은 짧은 도관 및 낮은 유동 손실을 갖는 컴팩트한 설계를 허용한다. 물론, 도 3에 따른 배기 터보차저의 구성이 또한 도 4에 적용될 수 있다. 또한, 배기 가스 압축기(46, 46')의 터빈(48, 48')은 2개의 터빈(50, 50')에 의해 구동되는 하나의 압축기로 조합될 수 있다. 2개의 터빈(50, 50')을 대신하여, 하나의 터빈만이 제공될 수 있고, 이때 이 터빈의 입구는 배기 매니폴드(26, 26')에 연결될 수 있다. 또한, 압축기(30, 30')를 대신하여 하나의 압축기만이 사용될 수 있고, 2개의 터빈(32, 32')을 대신하여 하나의 터빈만이 사용될 수 있다. 배기 재순환으로부터 신기 압축으로 스위칭되는 배기 가스 터보차저의 작동을 허용하는 도 3에 따른 배기 가스 터보차저(46)의 구성은 또한 흡기 매니폴드가 제공되지 않고 분리 벽에 의해 2개의 통로로 분리된 기관에서 사용될 수 있다. 압축기(48)에 의해 압축된 배기 또는 압축기(48)에 의해 압축된 신기는 기관의 흡기 매니폴드에 직접 공급되거나 또는 흡기 매니폴드에 연결된 도관에 공급될 수 있다.
이상에서는, 기관의 상이한 실시예들의 기능이 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명되었다. 배기 터보차저(46)의 터빈(50)을 도 6에 따른 전기 모터(84)로 대체하는 것은 전기 모터(84)의 속도를 제어함으로써 도 3의 실시예에서 배기 통로(74)에 전달된 배기 및/또는 배기 통로(74)에 전달된 신기를 압축 또는 과급하는 것을 허용한다. 또한, 터빈(50)을 대신하여 전기 모터(84)를 사용하는 것은 압축기(30)에 의해 기관의 과급을 증가시키는 것을 허용하는데, 이는 전체 배기가 신기 터보차저(28)의 터빈(32)을 구동하는데 사용될 수 있기 때문이다. 도 7 또는 도 8에 따른 튜브(86)의 사용은 재순환된 배기 가스의 온도를 낮추는 것에 의해 응축된 액적이 신기 통로(72)의 내부 표면에 축적될 위험을 방지한다.
배기 통로(74)로부터 오리피스(76) 또는 튜브(86)를 통해 실린더(14a-14e)까지 유동하는 배기 및 신기 통로(72)로부터 실린더(14a-14e)까지 유동하는 신기를 위한 유효 유동 관통 단면은 매니폴드(24)의 길이를 따라서 일정하지 않을 수 있다. 이것은 예를 들어 모든 실린더들이 통일된 신기 대 배기의 비율을 갖는 신기와 배기의 혼합물을 동일한 양만큼 공급받는 것을 보장하기 위해 상이한 실린더에 대응하는 오리피스(76)의 수 및/또는 오리피스(76) 또는 튜브(86)의 단면에 의해 수정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 설명되었지만, 다음의 청구범위로부터 벗어나지 않고 개선 또는 수정이 포함될 수 있다.

Claims (17)

  1. 배기 재순환을 사용하는 과급 내연 기관이며,
    적어도 하나의 입구 개구와 적어도 하나의 배기 가스 개구를 각각 구비하는 복수의 실린더(14a-14e)를 포함하는 내연 기관(8)과,
    상기 입구 개구에 연결된 흡기 매니폴드(24)와,
    상기 배기 가스 개구에 연결된 배기 매니폴드(26)와,
    제1 터빈(32)과 신기 압축기(30)를 포함하는 신기 터보차저(28)로서, 상기 제1 터빈(32)의 입구(42)는 배기 매니폴드(26)에 연결되고, 상기 제1 터빈(32)의 출구(44)는 대기에 연결되며, 상기 신기 압축기의 입구(36)는 대기에 연결되고, 상기 신기 압축기의 출구(38)는 흡기 매니폴드(24)에 연결되는, 신기 터보차저(28)와,
    압축기(48)를 포함하는 배기 슈퍼차저(46; 48, 84)로서, 배기 슈퍼차저의 압축기의 입구는 배기 매니폴드로부터 배기를 공급받도록 구성되고, 배기 슈퍼차저의 압축기의 출구는 흡기 매니폴드(24)에 연결되는, 배기 슈퍼차저(46; 48, 84)를 포함하고,
    흡기 매니폴드(24)는 분리 벽(70)에 의해 신기 통로(72)와 배기 통로(74)로 분할되고, 신기 통로(72)와 배기 통로(74) 중 하나는 실린더(14a-14e)의 입구 개구에 연결되고,
    신기 통로(72)는 신기 터보차저(28)의 압축기(30)의 출구(38)에 연결되고,
    배기 통로(24)는 슈퍼차저(46; 48, 84)의 압축기(48)의 출구(68)에 연결되고, 분리 벽(70)은 두 통로들(72, 74)을 연결하는 오리피스(76)를 구비하도록 형성되는 과급 내연 기관.
  2. 제1항에 있어서, 배기 슈퍼차저(48, 84)의 압축기(48)는 전기 모터(84)에 의해 구동되는 과급 내연 기관.
  3. 제1항에 있어서, 배기 슈퍼차저(46)의 압축기(48)는 제2 터빈(50)에 의해 구동되고, 상기 제2 터빈(50)의 입구(54)는 배기 매니폴드(26)에 연결되고, 상기 제2 터빈(50)의 출구(58)는 대기에 연결되는 과급 내연 기관.
  4. 제3항에 있어서, 제2 터빈(50)의 출구(58)는 배기 슈퍼차저(46)의 압축기(48)의 입구(60)에도 연결되는 과급 내연 기관.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 슈퍼차저(46)의 압축기(48)의 입구(60)는 배기 매니폴드(26)에 연결되는 과급 내연 기관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 슈퍼차저(46)의 압축기(48)의 입구(60)의 상류에 밸브(80)가 제공되고, 상기 밸브에 의해 배기 터보차저의 압축기(48)의 입구가 배기 가스를 공급받는 도관(62, 58)이나 대기에 선택적으로 연결될 수 있는 과급 내연 기관.
  7. 제3항에 있어서, 배기 매니폴드(26)와 배기 터보차저(46)의 압축기(50)의 입구(54) 사이에 제어 밸브(56)가 제공되는 과급 내연 기관.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 흡기 매니폴드(24)는 기관(8)의 크랭크케이스(10)와 일체로 형성되는 과급 내연 기관.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 신기 통로(72)는 배기 통로(74)의 위에 위치되고, 실린더(14a-14e)의 입구 개구에 직접적으로 연결되는 과급 내연 기관.
  10. 제9항에 있어서, 두 통로들(72, 74)을 연결하는 오리피스(76)는 분리 벽(70)으로부터 상방으로 연장하는 튜브(86)에 의해 형성되는 과급 내연 기관.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 기관(8)은 실린더(14a-14e) 내에 배열된 피스톤과 협력동작하는 크랭크샤프트(12)를 포함하고, 상기 신기 터보차저(28)는 크랭크샤프트(12)의 일 단부 부근의 기관의 측부(18)에 위치되고, 상기 배기 슈퍼차저(46)는 크랭크샤프트(12)의 다른 단부 부근의 기관의 측부(16)에 위치되는 과급 내연 기관.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 슈퍼차저(46)의 압축기(48)의 입구(60)의 상류에 배기 냉각기(66)가 제공되는 과급 내연 기관.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 흡기 매니폴드(24)의 신기 통로(72)와 신기 압축기(30) 사이에 신기 냉각기(40)가 제공되는 과급 내연 기관.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 터보차저(46)의 압축기(48)의 상류에 제어 밸브(64)가 제공되며, 이 제어 밸브(64)는 배기 압축기로의 배기 가스 유동을 제어하도록 구성되는 과급 내연 기관.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관은 기관(8)의 두 개의 실린더 뱅크(A, B) 사이에 흡기 매니폴드(24)가 위치되어 있는 V-형 기관인 과급 내연 기관.
  16. 배기 가스 재순환을 사용하는 과급 내연 기관이며,
    적어도 하나의 입구 개구와 하나의 배기 가스 개구를 각각 구비하는 복수의 실린더(14a-14e)를 갖는 내연 기관(8)과,
    상기 입구 개구에 연결된 흡기 매니폴드(24)와,
    상기 배기 가스 개구에 연결된 배기 매니폴드(26)와,
    터빈(32)과 압축기(30)를 구비하는 신기 터보차저(28)로서, 터빈(32)의 입구(42)는 배기 매니폴드에 연결되고, 터빈(32)의 출구(44)는 대기에 연결되며, 신기 터보차저(28)의 압축기(30)의 입구(36)는 대기에 연결되고, 신기 터보차저(28)의 압축기(30)의 출구(38)는 흡기 매니폴드에 연결되는, 신기 터보차저(28)와,
    흡기 매니폴드에 출구(68)가 연결되어 있는 압축기(48)를 구비하는 배기 슈퍼차저(46)를 포함하고,
    배기 슈퍼차저(46)의 압축기(48)의 입구는 배기 매니폴드 또는 대기에 선택적으로 연결될 수 있는 과급 내연 기관.
  17. 과급 내연 기관의 동작을 제어하는 방법이며,
    과급 내연 기관은 적어도 하나의 입구 개구와 하나의 배기 가스 개구를 각각 구비하는 복수의 실린더(14a-14b)와, 상기 입구 개구에 연결된 흡기 매니폴드(24)와, 상기 배기 가스 개구에 연결된 배기 매니폴드(26)와, 신기 터보차저(28)와, 배기 슈퍼차저(46)를 포함하고, 상기 신기 터보차저(28)는 터빈(32)과 압축기(30)를 포함하고, 신기 터보차저(28)의 터빈(32)의 입구(42)는 배기 매니폴드에 연결되고, 이 터빈(32)의 출구(44)는 대기에 연결되며, 신기 터보차저(28)의 압축기(30)의 입구(36)는 대기에 연결되고 이 압축기(30)의 출구(38)는 흡기 매니폴드에 연결되고, 상기 배기 슈퍼차저(46)는 흡기 매니폴드에 출구(68)가 연결되어 있는 압축기(48)를 구비하고,
    상기 방법은 배기 슈퍼차저(46)의 압축기(48)의 입구에 내연 기관으로부터의 배기 가스 및/또는 대기로부터의 신기를 선택적으로 공급하는 단계를 포함하는 과급 내연 기관의 동작을 제어하는 방법.
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