KR20150066357A - 터보차저를 갖는 엔진시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템은, 일측에는 흡기매니폴드와 배기매니폴드가 배치되는 실린더헤드, 상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스에 의해서 흡기를 압축하는 터보차저, 상기 터보차저에서 상기 실린더헤드를 통해서 상기 흡기매니폴드로 형성되어 상기 터보차저에서 압축된 압축고기를 전달하는 흡기라인, 상기 흡기매니폴드와 인접하여 상기 흡기라인 상에 배치되어 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러, 상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스를 상기 흡기매니폴드로 재순환시키는 이지알라인, 및 상기 흡기매니폴드와 인접하여 상기 이지알라인 상에 배치되어 이지알가스를 냉각시키는 이지알쿨러를 포함하고, 상기 실린더헤드를 통과하는 저온냉각수가 상기 압축공기를 냉각시킬 수 있다.

Description

터보차저를 갖는 엔진시스템{ENGINE SYSTEM HAVING TURBO CHARGER}
본 발명은 터보차저를 이용하여 저속구간에서 출력을 향상시키고 연소효율을 증가시키며 배기가스의 품질을 향상시키는 터보차저를 갖는 엔진시스템에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 가솔린엔진에 비하여 연료의 소모가 적고 효율이 좋다고 알려져 있다. 통상 40%정도의 효율을 내고 있으며, 이는 디젤엔진의 고압축비에 따른 것이다.
최근의 엔진에서는 보다 큰 출력을 얻을 수 있도록 터보차저(Turbo charge)와 인터쿨러(Inter cooler) 등을 추가로 구비한다.
이와 같이 터보차저를 적용한 엔진은 터보차저의 압축기에 의해 배기가스나 외부공기를 흡입하여 압축시키고, 이때 발생된 과급공기(고온의 압축공기)를 엔진측으로 공급한다.
하지만, 급속히 압축된 공기는 터보차저의 열과 그 압축과정에서 발생하는 열을 흡수하여 밀도가 낮아지게 되고, 결과적으로 엔진 연소실 내의 충전효율을 떨어뜨린다.
이에, 인터쿨러를 사용함으로써 과급공기를 냉각하여 높은 밀도를 얻을 수 있으며, 그 결과 보다 많은 공기를 엔진 연소실 내로 흡입시켜 높은 출력을 얻을 수 있다.
한편, 인터쿨러가 흡기라인 중간에 장착되고, 인터쿨러에서 흡기매니폴드로 형성되는 흡기라인이 증가하여 응답성이 저하되고, 인터쿨러의 효율이 저하될 수 있다. 아울러, 이지알쿨러와 함께 인터쿨러가 장착됨으로써 냉각부하가 증가하여 전체적인 냉각효율 및 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 터보차저에 의해서 압축된 고온의 압축공기를 안정적으로 냉각시키고, 수냉식 인터쿨러의 용량을 줄이며, 동시에 터보차저의 응답성을 향상시키고, 이지알가스를 안정적으로 냉각시킴으로써 냉각효율과 성능을 함께 향상시키는 터보차저를 갖는 엔진시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템은, 일측에는 흡기매니폴드와 배기매니폴드가 배치되는 실린더헤드, 상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스에 의해서 흡기를 압축하는 터보차저, 상기 터보차저에서 상기 실린더헤드를 통해서 상기 흡기매니폴드로 형성되어 상기 터보차저에서 압축된 압축고기를 전달하는 흡기라인, 상기 흡기매니폴드와 인접하여 상기 흡기라인 상에 배치되어 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러, 상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스를 상기 흡기매니폴드로 재순환시키는 이지알라인, 및 상기 흡기매니폴드와 인접하여 상기 이지알라인 상에 배치되어 이지알가스를 냉각시키는 이지알쿨러를 포함하고, 상기 실린더헤드를 통과하는 저온냉각수가 상기 압축공기를 냉각시킬 수 있다.
상기 인터쿨러 및 상기 이지알쿨러는 상기 실린더헤드를 냉각시키는 엔진냉각수와 별도의 저온냉각수라인을 순환하는 상기 저온냉각수가 상기 압축공기기를 쿨링시킬 수 있다.
상기 저온냉각수라인은 상기 흡기라인에서 상기 실린더헤드를 통과하는 압축공기를 냉각하도록 상기 실린더헤드를 통과하고, 그 다음 상기 인터쿨러 및 상기 이지알쿨러를 순차적으로 통과하고, 저온냉각수라디에이터 및 저온냉각수펌프를 순환할 수 있다.
상기 인터쿨러와 상기 이지알쿨러는 상기 흡기매니폴더에 결합될 수 있다.
상기 인터쿨러와 상기 이지알쿨러는 서로 결합될 수 있다.
상기 이지알쿨러에서 냉각된 이지알가스는 상기 흡기매니폴드 안에서 상기 인터쿨러를 통해서 냉각된 흡기와 혼합될 수 있다.
상기 저온냉각수라인은 상기 인터쿨러 및 상기 이지알쿨러를 통과하고, 그 다음 상기 흡기라인에서 상기 실린더헤드를 통과하는 압축공기를 냉각하도록 상기 실린더헤드를 통과하고, 저온냉각수펌프와 저온냉각수라디에이터를 순환할 수 있다.
상기 실린더헤드를 통과하는 압축공기통로는 상기 흡기라인과 대응하여 원통형으로 형성되고, 상기 압축공기통로 주변에 상기 저온냉각수가 지나는 저온냉각수통로가 형성될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 흡기라인이 실린더헤드를 피해서 형성되지 않고, 상기 실린더헤드를 관통하기 때문에 흡기라인의 길이가 줄고, 상기 실린더헤드를 지나는 저온냉각수에 의해서 압축공기가 1차로 냉각되어 상기 인터쿨러의 부하와 용량이 줄 수 있다.
또한, 이지알쿨러, 인터쿨러, 및 흡기매니폴드가 결합되어 이들을 순환하는 저온냉각수라인의 길이가 줄고, 전체적인 냉각효율이 증가하며, 부품의 개수가 줄고, 생산성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 A-A라인에 따른 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 터보차저를 갖는 엔진시스템은 터빈(102)과 컴프레서(104)를 포함하는 터보차저(100), 배기라인(110), 배기매니폴드(115), 실린더헤드(120), 흡기매니폴드(125), 이지알라인(130), 이지알쿨러(135), 인터쿨러(140), 저온냉각수라디에이터(160), 저온냉각수라인(150), 저온냉각수펌프(155), 및 흡기라인(145)을 포함한다.
흡기는 상기 터보차저(100)의 상기 컴프레서(104)에 의해서 압축되어 상기 흡기라인(145), 상기 인터쿨러(140), 및 상기 흡기매니폴드(125)를 통해서 상기 실린더헤드(120)의 연소실(미도시)로 공급된다.
그리고, 상기 연소실에서 연소된 연소가스는 상기 배기매니폴드(115), 상기 터보차저(100)의 터빈(102), 및 상기 배기라인(110)을 통해서 외부로 배출된다.
상기 흡기라인(145)은 상기 실린더헤드(120)의 일측 가장자리를 관통한다. 따라서, 상기 컴프레서(104)에 의해서 압축된 압축가스는 상기 실린더헤드(120)를 관통하면서 저온냉각수에 의해서 1차로 냉각되고, 상기 인터쿨러에서 2차로 냉각된다.
상기 저온냉각수는 상기 실린더헤드(120)를 순환하는 엔진냉각수와는 별도의 저온냉각수라인(150)을 순환하고, 상기 엔진냉각수는 상기 저온냉각수라인(150)과 별도로 엔진냉각수라인(미도시)을 순환한다.
상기 이지알쿨러(135)는 상기 인터쿨러(140)에 결합되고, 상기 배기매니폴드(115)에서 상기 이지알쿨러(135)로 이지알라인(130)이 형성된다.
상기 이지알라인(130)을 통해서 재순환되는 배기가스는 상기 이지알쿨러(135)에서 냉각되고 상기 흡기매니폴드(125)에서 흡기와 혼합된다. 아울러, 상기 이지알쿨러(135)와 상기 인터쿨러(140)는 모두 상기 흡기매니폴드(125)와 결합된다.
상기 저온냉각수라인은 상기 저온냉각수펌프, 상기 실린더헤드, 상기 인터쿨러, 상기 이지알쿨러, 및 상기 저온냉각수라디에이터를 따라서 형성된다.
상기 저온냉각수는 상기 실린더헤드(120)를 지나는 압축가스를 1차로 냉각하고, 상기 인터쿨러(140)에서 상기 압축가스를 2차로 냉각하고, 상기 이지알쿨러(135)에서 이지알가스를 3차로 냉각한다.
상기 저온냉각수라디에이터(160)는 가열된 저온냉각수를 냉각시키고, 상기 저온냉각수펌프(155)는 전동식으로 운행상태에 따라서 저온냉각수를 순환시킨다. 여기서, 상기 저온냉각수펌프(155)는 그 회전속도 및 펌핑 부하가 조절될 수 있고, 엔진이 동작하는 동안에도 제어부(미도시)에 의해서 오프될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 흡기라인(145)이 상기 실린더헤드(120)를 피해서 형성되지 않고, 상기 실린더헤드(120)를 관통하기 때문에 흡기라인(145)의 길이가 줄고, 상기 실린더헤드(120)를 지나는 저온냉각수에 의해서 압축공기가 1차로 냉각되어 상기 인터쿨러(140)의 부하와 용량이 줄 수 있다.
또한, 상기 이지알쿨러(135), 상기 인터쿨러(140), 및 상기 흡기매니폴드(125)가 결합되어 이들을 순환하는 저온냉각수라인(150)의 길이가 줄고, 냉각효율이 증가하며. 부품의 개수가 줄고, 생산성이 향상된다.
도 2는 도 1의 A-A라인에 따른 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 실린더헤드(120)의 가장자리 내부에는 상기 흡기라인(145)과 대응하여 압축공기가 지나는 압축공기통로(210)가 형성된다.
상기 압축공기통로(210)의 단면은 원형으로 형성되고, 그 둘레를 따라서 상기 저온냉각수가 지나는 저온냉각수통로(200)가 형성된다. 상기 저온냉각수통로(200)는 상기 압축공기통로(210)를 감싸는 원형 파이프 구조를 가진다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 평면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 인터쿨러(140)와 상기 이지알쿨러(135)는 격벽(300)을 통해서 서로 접합되고, 상기 흡기매니폴드(125)와 바로 연결된다.
따라서, 상기 인터쿨러(140)에서 배출되는 흡기는 상기 흡기매니폴드(125)로 바로 공급되고, 상기 이지알쿨러(135)에서 배출되는 흡기는 상기 흡기매니폴드(125)로 바로 공급된다. 그리고, 상기 흡기매니폴드(125)에서 흡기와 이지알가스가 혼합되어 연소실로 공급된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 개략적인 구성도이고, 도 1과 비교하여 구별되는 부분에 대해서 설명하고, 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 터보차저를 갖는 엔진시스템은 터빈(102)과 컴프레서(104)를 포함하는 터보차저(100), 배기라인(110), 배기매니폴드(115), 실린더헤드(120), 흡기매니폴드(125), 이지알라인(130), 이지알쿨러(135), 인터쿨러(140), 저온냉각수라디에이터(160), 저온냉각수라인(150), 저온냉각수펌프(155), 및 흡기라인(145)을 포함한다.
저온냉각수는 상기 저온냉각수펌프(155), 상기 저온냉각수라디에이터(160), 상기 인터쿨러(140), 상기 이지알쿨러(135), 및 상기 실린더헤드(120)를 순환한다. 도 1과 비교하여 상기 저온냉각수의 순환방향이 반대이고, 상기 이지알쿨러(135)와 상기 인터쿨러(140)의 위치가 서로 교체되었다.
따라서, 상기 저온냉각수라디에이터(160)를 통과한 저온냉각수는 상기 인터쿨러(140)에서 흡기를 1차로 냉각시키고, 상기 이지알쿨러(135)에서 이지알가스를 2차로 냉각시키고, 상기 실린더헤드(120)에서 압축공기를 3차로 냉각시킨다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 터보차저 102: 터빈
104: 컴프레서 110: 배기라인
115: 배기매니폴드 120: 실린더헤드
125: 흡기매니폴드 130: 이지알라인
135: 이지알쿨러 140: 인터쿨러
145: 흡기라인 150: 저온냉각수라인
155: 저온냉각수펌프 160: 저온냉각수라디에이터
200: 저온냉각수통로 210: 압축공기통로
300: 격벽

Claims (8)

  1. 일측에는 흡기매니폴드와 배기매니폴드가 배치되는 실린더헤드;
    상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스에 의해서 흡기를 압축하는 터보차저;
    상기 터보차저에서 상기 실린더헤드를 통해서 상기 흡기매니폴드로 형성되어 상기 터보차저에서 압축된 압축고기를 전달하는 흡기라인;
    상기 흡기매니폴드와 인접하여 상기 흡기라인 상에 배치되어 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러;
    상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스를 상기 흡기매니폴드로 재순환시키는 이지알라인; 및
    상기 흡기매니폴드와 인접하여 상기 이지알라인 상에 배치되어 이지알가스를 냉각시키는 이지알쿨러; 를 포함하고,
    상기 실린더헤드를 통과하는 저온냉각수가 상기 압축공기를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 인터쿨러 및 상기 이지알쿨러는 상기 실린더헤드를 냉각시키는 엔진냉각수와 별도의 저온냉각수라인을 순환하는 상기 저온냉각수가 상기 압축공기기를 쿨링시키는 수냉식인 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 저온냉각수라인은 상기 흡기라인에서 상기 실린더헤드를 통과하는 압축공기를 냉각하도록 상기 실린더헤드를 통과하고,
    그 다음 상기 인터쿨러 및 상기 이지알쿨러를 순차적으로 통과하고, 저온냉각수라디에이터 및 저온냉각수펌프를 순환하는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 인터쿨러와 상기 이지알쿨러는 상기 흡기매니폴더에 결합된 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 인터쿨러와 상기 이지알쿨러는 서로 결합된 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  6. 제4항에서,
    상기 이지알쿨러에서 냉각된 이지알가스는 상기 흡기매니폴드 안에서 상기 인터쿨러를 통해서 냉각된 흡기와 혼합되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  7. 제2항에서,
    상기 저온냉각수라인은 상기 인터쿨러 및 상기 이지알쿨러를 통과하고,
    그 다음 상기 흡기라인에서 상기 실린더헤드를 통과하는 압축공기를 냉각하도록 상기 실린더헤드를 통과하고, 저온냉각수펌프와 저온냉각수라디에이터를 순환하는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  8. 제2항에서,
    상기 실린더헤드를 통과하는 압축공기통로는 상기 흡기라인과 대응하여 원통형으로 형성되고, 상기 압축공기통로 주변에 상기 저온냉각수가 지나는 저온냉각수통로가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
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