KR20120110981A

KR20120110981A - 다단 터보차져 냉각장치

Info

Publication number: KR20120110981A
Application number: KR1020110029199A
Authority: KR
Inventors: 현충헌
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-10-10

Abstract

본 발명은 간단하고 컴팩트한 구성으로 배치가 유리하고 비교적 저렴하게 구현할 수 있으면서도, 다단으로 압축되는 공기를 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 엔진의 비출력 향상과 연비 개선 및 배기유해가스의 저감이 가능하도록 한 다단 터보차져 냉각장치를 제공한다.

Description

다단 터보차져 냉각장치{Cooling Apparatus for multi stage Turbo Charger}

본 발명은 엔진의 터보차져 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진으로 흡입되는 공기를 다단에 걸쳐 압축하여 공급하도록 하는 터보차져의 냉각장치에 관한 기술이다.

동일한 크기의 연소실을 가지고 있는 엔진의 경우, 보다 많은 공기를 흡입시킬수록 더 많은 연료를 연소시킬 수 있다. 따라서, 엔진의 비출력을 향상시키기 위해서 엔진으로 흡입되는 공기를 압축시키는 터보차져 및 터보차져에서 압축된 공기를 냉각시켜서 연소실로 공급하는 인터쿨러가 사용된다.

나아가, 보다 많은 공기를 압축시키기 위하여 다단으로 터보차져를 직렬 연결하여, 엔진으로 흡입되는 공기를 다단 압축시킴으로써, 더 많은 공기를 엔진의 연소실로 공급하려는 노력이 이루어지고 있다.

상기와 같이 다단으로 공기를 압축시키는 다단 터보차져의 경우 최종단의 인터쿨러 이외에 각 단의 터보차져 사이에서도 압축된 공기를 냉각시킬 필요가 있다. 즉, 압축공기의 온도가 190℃이상 상승하게 되면, 터보차져를 이루는 컴프레셔휠의 내구성이 저하되고 오일의 탄화에 의한 파울링이 발생하므로, 다단 터보차져의 각 단 사이에서도 압축된 공기를 적절히 냉각시켜줄 수 있는 냉각장치가 필요하다.

상기한 바와 같이 각 단의 터보차져 사이에 장착되는 중간 냉각장치는 차량의 엔진룸 내에 설치될 공간적 제약 등을 고려하여, 가급적 차지하는 부피가 작고 컴팩트한 구성을 갖출 필요가 있으며, 상대적으로 저렴하고 간단한 구성을 가질수록 바람직한 것도 물론이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 상황을 고려하여 안출된 것으로서, 간단하고 컴팩트한 구성으로 배치가 유리하고 비교적 저렴하게 구현할 수 있으면서도, 다단으로 압축되는 공기를 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 엔진의 비출력 향상과 연비 개선 및 배기유해가스의 저감이 가능하도록 한 다단 터보차져 냉각장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 다단 터보차져 냉각장치는

다단으로 직렬 연결된 다수의 터보차져들을 통과한 후 엔진으로 공급되는 공기를 냉각시키도록 구비된 인터쿨러와;

상기 인터쿨러와 일체로 구비되면서, 상기 각 단을 이루는 터보차져들 사이를 유동하는 공기를 냉각시키도록 구비된 중간냉각부;

를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 간단하고 컴팩트한 구성으로 배치가 유리하고 비교적 저렴하게 구현할 수 있으면서도, 다단으로 압축되는 공기를 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 함으로써, 엔진의 비출력 향상과 연비 개선 및 배기유해가스의 저감이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다단 터보차져 냉각장치를 설명한 도면,
도 2는 도 1의 인터쿨러와 중간냉각부의 형상을 예시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 다단으로 직렬 연결된 다수의 터보차져들을 통과한 후 엔진으로 공급되는 공기를 냉각시키도록 구비된 인터쿨러(1)와; 상기 인터쿨러(1)와 일체로 구비되면서, 상기 각 단을 이루는 터보차져들 사이를 유동하는 공기를 냉각시키도록 구비된 중간냉각부(3)를 구비한 구성이다.

상기 인터쿨러(1)는 다수의 핀이 배열된 공냉식 인터쿨러이고, 상기 중간냉각부(3)는 상기 인터쿨러(1)와 내부는 격리되고 외부는 일체로 이루어지며, 다수의 핀이 구비된 구성을 가진다.

본 실시예에서는 상기 다단으로 직렬 연결된 터보차져들은 저압터보차져(LTC)와 고압터보차져(HTC)의 2개로 이루어지며, 상기 인터쿨러(1)는 상기 고압터보차져(HTC)에서 압축된 공기를 냉각시켜서 상기 엔진으로 공급하도록 설치되고, 상기 중간냉각부(3)는 상기 저압터보차져(LTC)에서 압축된 공기를 냉각시켜서 상기 고압터보차져(HTC)로 공급하도록 설치된 구성이다.

물론, 본 발명은 2단 이상의 터보차져의 직렬 연결에도 적용이 가능한 바, 나머지 각 단의 터보차져들 사이를 통과하는 공기들을 각각 냉각시킬 수 있는 다수의 중간냉각부를 구비하되, 이들을 모두 상기 인터쿨러(1)와 단일 몸체로 구성하도록 하는 것이 가능할 것이다.

본 실시예에서, 상기 인터쿨러(1)는 도 2에 예시된 바와 같이 다수의 핀이 구비된 평판형상으로 이루어지고, 상기 중간냉각부(3)는 상기 인터쿨러(1)가 형성하는 평판형상의 일부를 이루어, 상기 인터쿨러(1)와 상기 중간냉각부(3)가 하나의 단일 평판 형상을 형성하도록 구성되어 있다.

상기와 같은 구성은, 종래에 사용하던 인터쿨러(1)의 기존 크기를 유지하면서 그 일부를 상기 중간냉각부(3)로 할당하여, 인터쿨러(1)로 그대로 사용되는 부분과 중간냉각부(3)로 사용되는 부분 사이의 면적비를 적절히 선정하도록 함으로써, 최적의 과급 온도 상태를 확보할 수 있도록 하면서도, 컴팩트하고 간단한 구성으로 엔진룸 내부에 설치 공간상의 자유도를 증대시키고, 보다 저렴한 비용으로 구성이 가능하도록 한다.

또한, 상기 인터쿨러(1)와 중간냉각부(3)를 향하여 강제로 냉각풍을 송풍하도록 냉각팬(5)이 설치되어 있어서, 상기 냉각팬(5)의 조절에 의해 상기 인터쿨러(1)와 중간냉각부(3)의 적절한 냉각성능이 안정되게 확보될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 다단 터보차져 냉각장치는 엔진의 작동에 따라 배출되는 배기가스에 의해 상기 저압터보차져(LTC)의 터빈이 회전하면서, 대기중의 새로운 공기를 상기 저압터보차져(LTC)의 컴프레셔가 압축하여 상기 중간냉각부(3)로 공급하고, 상기 중간냉각부(3)에서는 상기 1차적으로 압축된 공기의 온도를 상기 냉각팬(5)으로부터 송풍되는 냉각풍에 의해 냉각시킨 후 상기 고압터보차져(HTC)의 컴프레셔로 공급한다.

물론, 상기 고압터보차져(HTC)의 컴프레셔는 상기와 같이 상기 중간냉각부(3)로부터 공급된 공기를 2차적으로 더 압축하여 상기 인터쿨러(1)로 공급하고, 상기 인터쿨러(1)에서 냉각된 공기는 엔진의 연소실로 공급되게 된다.

이때, 상기 냉각팬(5)에서 강제적으로 송풍되는 공기는 상기 인터쿨러(1)와 중간냉각부(3)를 한꺼번에 냉각시켜서, 상기 저압터보차져(LTC)의 컴프레셔에 의해 상승된 압축공기의 온도를 상기 중간냉각부(3)에서 냉각시킴으로써, 상기 고압터보차져(HTC)의 컴프레셔에 과도한 열부하가 작용하지 않도록 하고, 상기 고압터보차져(HTC)의 컴프레셔에서 재차 압축된 공기의 온도를 상기 인터쿨러(1)로 낮추어 연소실의 흡기효율을 극대화에 의한 엔진출력 향상을 달성한다.

1; 인터쿨러
3; 중간냉각부
5; 냉각팬
LTC; 저압터보차져
HTC; 고압터보차져

Claims

다단으로 직렬 연결된 다수의 터보차져들을 통과한 후 엔진으로 공급되는 공기를 냉각시키도록 구비된 인터쿨러와;
상기 인터쿨러와 일체로 구비되면서, 상기 각 단을 이루는 터보차져들 사이를 유동하는 공기를 냉각시키도록 구비된 중간냉각부;
를 구비한 것을 특징으로 하는 다단 터보차져 냉각장치.
청구항 1에 있어서,
상기 인터쿨러는 다수의 핀이 배열된 공냉식 인터쿨러이고;
상기 중간냉각부는 상기 인터쿨러와 내부는 격리되고 외부는 일체로 이루어지며, 다수의 핀이 구비된 구성을 가진 것
을 특징으로 하는 다단 터보차져 냉각장치.
청구항 2에 있어서,
상기 다단으로 직렬 연결된 터보차져들은 저압터보차져와 고압터보차져의 2개로 이루어지며;
상기 인터쿨러는 상기 고압터보차져에서 압축된 공기를 냉각시켜서 상기 엔진으로 공급하도록 설치되고;
상기 중간냉각부는 상기 저압터보차져에서 압축된 공기를 냉각시켜서 상기 고압터보차져로 공급하도록 설치된 것
을 특징으로 하는 다단 터보차져 냉각장치.
청구항 3에 있어서,
상기 인터쿨러는 다수의 핀이 구비된 평판형상으로 이루어지고;
상기 중간냉각부는 상기 인터쿨러가 형성하는 평판형상의 일부를 이루어, 상기 인터쿨러와 상기 중간냉각부가 하나의 단일 평판 형상을 형성하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 다단 터보차져 냉각장치.
청구항 4에 있어서,
상기 인터쿨러와 중간냉각부를 향하여 강제로 냉각풍을 송풍하도록 설치된 냉각팬을 더 구비한 것을 특징으로 하는 다단 터보차져 냉각장치.