KR20150009257A - 엔진 성능 보완 배기 매니폴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 배기 매니폴드에 관한 것으로서, 엔진의 배기 매니폴드에 내부 배기가스의 압력을 조절할 수 있는 보조 압력조절수단을 구비하되, 보조 압력조절수단은 상기 엔진의 각 실린더과 배기 매니폴드를 연결하는 다수의 배기관에 각각 연결되는 바이패스관과, 상기 엔진의 고부하로 인해 상기 배기 매니폴드에 소정의 과압이 발생하는 경우 이에 대응하여 상기 바이패스관으로 유입된 배기가스를 외부로 배출시키는 메인배출관, 및 상기 메인 배출관에 설치되는 개폐밸브로 구성됨으로써, 엔진 운전 조건 변화에 따른 배기가스의 급격한 부하 변동하에서 배기 매니폴드의 맥동을 최소화하고, 또한 터보차저의 과부하를 방지함과 동시에 엔진 성능을 안정화시킬 수 있는 엔진 성능 보완 배기 매니폴드에 관한 것이다.

Description

엔진 성능 보완 배기 매니폴드{Exhaust manifold for supplementing the engine performence}

본 발명은 엔진의 배기 매니폴드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배기 매니폴드 내부의 배기가스 압력을 엔진 운전 조건에 대응하여 적절하게 조절할 수 있도록 함으로써, 엔진 운전 조건 변화에 따른 배기가스의 급격한 압력 변동을 최소화하여 배기 매니폴드의 맥동을 감소시키고, 또한 터보차저를 보호함과 동시에 엔진 성능을 안정화시킬 수 있는 엔진 성능 보완 배기 매니폴드에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 선박을 추진시키기 위해 프로펠러를 구동하는 메인 엔진과 선박에 탑재된 각종 장비나 의장품 등에 전원을 공급하기 위한 다수의 발전용 엔진이 설치되어 운영되고 있다.

이러한 메인엔진 및 발전용 엔진을 가동하는 데에는 많은 연료가 소모되고, 이에 상응하여 많은 양의 배기가스가 배출된다.

상기와 같이 엔진에서 배출되는 고온 고압의 배기가스에는 많은 에너지가 포함되어 있기 때문에 이러한 에너지를 회수하여 엔진 출력 향상이나 연비 향상 등에 사용하기 위하여 터보차저(Turbo Charger)가 엔진에 설치된다.

여기서 터보차저는 엔진의 배기 매니폴드에 설치되는 것으로서, 배기가스의 에너지를 터빈(turbine)의 회전력으로 회수하여 콤프레서(compressor)를 통해 고압의 압축공기를 생성한 후, 이 압축공기를 흡기부에 공급하여 엔진의 효율이나 출력 향상은 물론 연비 등을 개선시키는 장치이다.

도 1은 종래의 배기 매니폴드의 개략적인 구성도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(100)는 내부가 비어 있는 일정 길이의 밀폐형 관체 형상을 이루게 되며, 외부에는 다수의 터보차저(200)(도2에 도시함)가 연결될 수 있는 터보차저 연결관(110)이 소정의 간격으로 설치된다.

또한 배기 매니폴드(100)는 각 실린더에 연결되는 다수의 배기관(130)(도2에 도시함)이 일정 간격으로 설치됨으로써, 각 실린더의 배기가스를 취합하여 배출시키게 되는 것이다.

따라서 각 실린더에서 배출되는 배기가스는 배기관(130)을 경유하여 배기 매니폴드(100) 내부에 모이게 되며, 배기 매니폴드(100) 내부의 배기가스는 터보차저(200)로 이동하여 터보차저(200)를 구동시킨 후 외부로 배출되는 것이다.

이때 터보차저(200)는 배기가스의 에너지로 터빈과 압축기를 순차적으로 구동시켜 압축공기를 생성한 후, 이 압축공기를 엔진의 흡기부에 공급하여 엔진 성능과 효율을 향상시키게 되는 것이다.

또한 배기 매니폴드(100)의 일측에는 내부의 배기가스를 외부로 배출시킬 수 있는 보조배출구(120)가 설치된다.

그러나 상기와 같은 종래의 배기 매니폴드에 있어서는 다음과 같은 문제점들이 있었다.

첫째, 엔진의 운전 조건의 변화로 인해 엔진에 급격한 부하 변동이 발생하거나 또는 엔진에 고부하가 가해지는 경우에는 이에 대응하여 배기 매니폴드 내부의 배기가스에도 급격한 압력 변동 및 고부하가 발생하게 되고, 이로 인해 배기 매니폴드에 심한 맥동이 발생하는 문제점이 있었으며, 둘째, 보조배출구가 배기 매니폴드의 일단부에 편중되어 설치되어 있기 때문에 배기 매니폴드 내부의 배기가스가 신속하고 균일하게 배출되지 못하는 문제점이 있었으며, 셋째, 엔진 고부하의 경우 배기가스의 압력도 증가하게 되고 이로 인해 터보차저에 불필요한 과부하가 가해지게 되어 터보차저의 내구성 저하는 물론 엔진 성능이 불안정해지는 문제점이 있었다.

한국 등록특허공보 10-1982-0000870호(1982.05.19)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 배기 매니폴드에 보조 압력조절수단을 구비하되, 상기 보조 압력조절수단은 각 실린더의 배기관에 각각 연결되는 바이패스관과 상기 바이패스관에 연결되는 메인배출관을 구비하여 상기 배기 매니폴드에 소정의 과압이 발생하는 경우 배기 매니폴드 내부의 배기가스를 신속하게 외부로 배출시킬 수 있게 함으로써, 엔진 운전 조건 변화에 따른 배기 매니폴드의 급격한 압력변동이나 과부하를 차단하여 배기 매니폴드의 맥동을 최소화함과 동시에 터보차저를 보호할 수 있는 엔진 성능 보완 배기 매니폴드를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진의 배기 매니폴드에 배기가스 압력을 조절할 수 있는 보조 압력조절수단을 구비하되, 상기 보조 압력조절수단은 상기 엔진의 각 실린더와 배기 매니폴드를 연결하는 다수의 배기관으로부터 분기되도록 설치되어 상기 배기관 내의 배기가스 일부를 배출시키는 바이패스관과, 상기 바이패스관의 후단에 연통되도록 설치되며 상기 엔진의 고부하로 인해 상기 배기 매니폴드 내부의 배기가스에 소정의 과압이 발생하는 경우 이에 대응하여 상기 바이패스관으로 유입되는 배기가스를 외부로 배출시키는 메인배출관, 및 상기 메인배출관에 설치되어 배기가스의 배출을 제어하는 개폐밸브로 구성된다.

여기서 상기 메인배출관은 상기 배기 매니폴드와 평행하도록 설치되고, 상기 바이패스관은 상기 메인배출관을 따라 일정 간격으로 병렬 설치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 메인배출관은 상기 배기 매니폴드에 설치되는 터보차저의 배기가스 배출관에 연결되도록 설치되어 상기 터보차저를 통과한 배기가스와 통합되어 함께 배출되도록 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 배기 매니폴드에 설치된 보조 압력조절수단이 배기 매니폴드 내부의 배기가스의 급격한 압력 변동을 제거함과 아울러 과부하가 발생하는 것을 방지하게 됨으로써, 터보차저에 과부하가 가해지는 것을 차단하여 터보차저를 보호하여 내구성이 증대될 수 있도록 하는 효과가 있고, 또한 터보차저의 안정적인 가동으로 인해 엔진 성능의 안정화는 물론 엔진 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 배기 매니폴드의 개략적인 구성도,
도 2은 본 발명의 보조 압력조절수단이 구비된 배기 매니폴드의 구성도,
도 3은 본 발명의 보조 압력수단이 구비된 배기 매니폴드의 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 배기가스의 이동 설명도이다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2은 본 발명의 보조 압력조절수단이 구비된 배기 매니폴드의 구성도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 보조 압력수단이 구비된 배기 매니폴드의 측면도를 나타낸 것이다.

먼저 배기 매니폴드(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부가 비어 있고 소정의 길이를 가지는 밀폐형 관체를 형성하며, 외부에는 다수의 배기관(130)과 다수의 터보차저 연결관(110)이 소정의 간격으로 각각 설치된다.

여기서 배기관(130)은 엔진의 각 실린더(cylinder)(도시하지 않음)와 연결되어 실린더 내에서 발생하는 배기가스(Exhaust Gas)를 배기 매니폴드(100)로 이동시키는 역할을 하는 것으로서, 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(100)의 외주면 일측부를 따라 일정 간격으로 다수개가 설치되는 것이다.

한편 배기 매니폴드(300)는 프로펠러(propeller)를 회전시켜 선박을 추진시키는 메인 엔진이나 선박에 필요한 전력을 생산하기 위한 발전용 엔진 등에 적용될 수 있다.

따라서 도 2에 도시된 배기 매니폴드(300)는 10개의 배기관(130)이 일정 간격으로 설치된 10기통 엔진의 예를 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 엔진의 크기와 특성에 따라 다양한 개수의 실린더가 연결될 수 있을 것이다.

한편 터보차저 연결관(110)은 배기 매니폴드(300)의 하측부에 설치되는 것으로서, 다수의 터보차저(200)에 연결되어 배기가스를 터보차저(200)에 공급하게 되는 것이다.

따라서 배기 매니폴드(300) 내부에 진입한 배기가스는 터보차저 연결관(110)을 통해 터보차저(200)에 공급되어 터보차저(200)를 구동시키게 되는 것이다.

여기서 터보차저(200)는 각 실린더에서 배출되는 배기가스 에너지를 이용하여 터빈(Turbine)을 구동하고, 이 터빈은 콤프레서(Compressor)를 가동시켜 고압의 압축공기를 에어쿨러(Air Cooler)를 통해 엔진의 흡기부로 공급하는 역할을 하는 것이다.

한편 각 터보차저(200)를 구동시킨 배기가스는 별도의 배출관(도시하지 않음)으로 취합된 후 외부로 배출된다.

이때 터보차저(200)도 엔진의 크기와 특성에 대응하여 다수개가 배치될 수 있다.

한편 본 발명의 배기 매니폴드(300)에는 내부의 배기가스 압력을 조절할 수 있는 보조 압력조절수단(50)이 구비된다.

보조 압력조절수단(30)은 배기 매니폴드(300) 내부의 배기가스 압력을 신속하고 균일하게 조절하기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 바이패스관(By-Pass Line)(10)과 메인배출관(20) 및 개폐밸브(30)로 구성된다.

바이패스관(10)은 각 실린더와 배기 매니폴드(300)를 연결하는 배기관(130)에 연통되도록 설치되는 것으로서, 배기관(130)으로부터 배기 매니폴드(300)로 유입되는 배기가스의 일부를 바이패스(by-pass)시켜 메인배출관(30)으로 이송되도록 하는 것이다.

여기서 바이패스관(10)은 도시된 바와 같이, 일단이 배기관(130)의 외주면 일측부에 수직 방향으로 연결되어 배기관(130) 내부와 연통되도록 설치되며, 타단은 메인배출관(20)에 연통되도록 설치된다.

이때 바이패스관(10)은 절곡되도록 형성될 수 있으며, 메인배출관(20)을 따라 각 실린더의 배치 간격에 대응하여 일정 간격으로 병렬 설치되는 것이다.

한편 메인배출관(20)은 배기 매니폴드(300)와 평행하게 설치되어 다수의 바이패스관(10)이 서로 연통되도록 설치되며, 일측에는 개폐밸브(30)가 설치된다.

여기서 개폐밸브(30)는 메인배출관(20)의 유로를 개폐시켜 배기가스의 배출을 조절하는 역할을 하는 것으로서, 도시하지는 않았지만 엔진의 메인 콘트롤러(Main Controller)와 연결되어 엔진의 운전 조건에 따라 개폐작동을 하게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 엔진의 고부하로 인해 각 실린더에서 배출되는 배기가스의 양이 급격히 증가하여 배기 매니폴드(300)에 소정의 과압이 발생하는 경우 이에 대응하여 배기 매니폴드(300) 내부의 배기가스 일부를 바이패스관(10)을 통해 외부로 배출시킴으로써, 배기 매니폴드(300)의 내압이 필요 이상으로 증가하는 것을 차단하게 되는 것이다.

이하 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 보조 압력수단에 의한 배기가스의 이동 경로를 상세히 설명한다.

여기서 도 4는 본 발명에 따른 배기가스의 이동 설명도를 나타낸 것이다.

먼저 각 실린더에서 배출되는 배기가스는 화살표(1)와 같이 각 배기관(130)을 통해 배기 매니폴드(300)로 진입하게 되고, 이때 배기 매니폴드(300) 내의 배기가스는 터보차저 연결관(110)을 통해 터보차저(200)로 이동하여 터보차저(200)를 구동시키게 되는 것이다.

이때 엔진의 급격한 부하 변동이나 고부하로 인하여 배기관(130)을 통해 배기 매니폴드(300)에 진입하는 배기가스량이 급격히 증가하여 배기 매니폴드(300) 내에 과압이 발생하는 경우에는 엔진 메인 콘트롤러는 배기 매니폴드(300) 내의 압력 변화에 대응하여 메인배출관(20)의 개폐밸브(30)를 개방시키게 된다.

메인배출관(20)의 개폐밸브(30)가 개방되면 배기관(130)을 경유하는 배기가스 중 일부가 화살표(5)와 같이 바이패스관(10)을 통해 배기관(130) 외부로 유출되어 메인배출관(20)으로 이동한 후 외부로 배출되는 것이다.

이때 엔진 콘트롤러는 배기 매니폴드(300) 내의 압력이 정상화되면 개폐밸브(30)를 폐쇄하여 메인배출관(20)을 차단시키게 되는 것이다.

한편 터보차저(200)를 구동시킨 배기가스는 도시하지는 않았지만 별도의 터보차저 배출관을 통해 외부로 배출되는 데, 이때 메인배출관(20)을 상기 터보차저 배출관에 연결시킴으로써 터보차저(200)를 구동시킨 배기가스와 함께 통합되어 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명은 배기 매니폴드(300)에 적정 이상의 과압이 발생하는 경우 이에 대응하여 각 실린더의 배기관(130)에 각각 연결되는 바이패스관(10)이 배기 매니폴드(300) 내부로 진입하는 배기가스 일부를 바이패스시켜 외부로 배출시키게 됨으로써, 엔진 운전 조건 변화에 따른 배기 매니폴드(300)의 급격한 압력변동이나 과부하를 제거할 수 있게 되고, 이로 인해 배기 매니폴드(300)의 맥동을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 터보차저(200)를 보호하여 내구성을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 바이패스관 20 : 메인배출관
30 : 개폐밸브 50 : 보조 압력조절수단
100,300 : 배기 매니폴드
110 : 터보차저 연결관 120 : 보조배출관
130 : 배기관 200 : 터보차저

Claims (3)

1. 엔진의 배기 매니폴드에 배기가스 압력을 조절할 수 있는 보조 압력조절수단을 구비하되,
   상기 보조 압력조절수단은,
   상기 엔진의 각 실린더와 배기 매니폴드를 연결하는 다수의 배기관으로부터 분기되도록 설치되어 상기 배기관 내의 배기가스 일부를 배출시키는 바이패스관;
   상기 바이패스관의 후단에 연통되도록 설치되며, 상기 엔진의 고부하로 인해 상기 배기 매니폴드 내부의 배기가스에 소정의 과압이 발생하는 경우 이에 대응하여 상기 바이패스관으로 유입되는 배기가스를 외부로 배출시키는 메인배출관; 및
   상기 메인배출관에 설치되어 배기가스의 배출을 제어하는 개폐밸브;
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 엔진 성능 보완 배기 매니폴드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인배출관은 상기 배기 매니폴드와 평행하도록 설치되고, 상기 바이패스관은 상기 메인배출관을 따라 일정 간격으로 병렬 설치되는 것을 특징으로 하는 엔진 성능 보완 배기 매니폴드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 메인배출관은 상기 배기 매니폴드에 설치되는 터보차저의 배기가스 배출관에 연결되도록 설치되어 상기 터보차저를 통과한 배기가스와 통합되어 함께 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 엔진 성능 보완 배기 매니폴드.
   
   

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