KR20150075421A - 터보차저를 갖는 엔진시스템 - Google Patents

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KR20150075421A
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전종만
김형현
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템은, 터보차저에서 보내진 흡기를 냉각시키는 인터쿨러, 배기매니폴드에서 보내진 이지알가스를 냉각시키는 이지알쿨러, 상기 인터쿨러와 상기 이지알쿨러에서 배출되는 흡기와 이지알가스가 혼합되고, 이를 연소실로 공급하는 흡기매니폴드, 및 상기 흡기매니폴드 내부에 장착되어, 상기 이지알쿨러에서 이지알가스를 받아 분배하는 분배유닛을 포함하고, 상기 분배유닛은, 상기 이지알가스가 공급되는 연결홀로부터 상기 이지알가스를 공급받고, 타측에 형성된 출구를 통해서 흡기의 흐름방향으로 이지알가스를 배출하는 분배파이프들을 포함할 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, 수냉식 인터쿨러가 적용되고 있고, 그 용량도 지속적으로 증가하고 있으며, 흡기매니폴드에 이지알쿨러를 적용하는 연구와 함께, 흡기매니폴드 안에서 이지알가스를 효과적으로 분배하는 연구도 지속적으로 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 인터쿨러와 이지알쿨러의 냉각효율을 향상시키고, 이들이 흡기매니폴드와 배치되는 구조를 개선하며, 흡기매니폴드 안에서 이지알가스가 분배되는 특성을 향상시키는 터보차저를 갖는 엔진시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템은, 터보차저에서 보내진 흡기를 냉각시키는 인터쿨러, 배기매니폴드에서 보내진 이지알가스를 냉각시키는 이지알쿨러, 상기 인터쿨러와 상기 이지알쿨러에서 배출되는 흡기와 이지알가스가 혼합되고, 이를 연소실로 공급하는 흡기매니폴드, 및 상기 흡기매니폴드 내부에 장착되어, 상기 이지알쿨러에서 이지알가스를 받아 분배하는 분배유닛을 포함하고, 상기 분배유닛은, 상기 이지알가스가 공급되는 연결홀로부터 상기 이지알가스를 공급받고, 타측에 형성된 출구를 통해서 흡기의 흐름방향으로 이지알가스를 배출하는 분배파이프들을 포함할 수 있다.
상기 분배파이프들은 상기 흡기매니폴드의 내측면에 고정되는 고정브라켓에 일체로 고정될 수 있다.
상기 분배파이프에서 상기 이지알가스가 흡기의 흐름방향으로 배출되도록, 상기 출구는 상기 분배파이프의 측면에 형성될 수 있다.
상기 분배파이프에서 상기 이지알가스가 흡기의 흐름방향으로 배출되도록, 상기 분배파이프는 곡선으로 형성될 수 있다.
상기 흡기매니폴드에는 상기 이지알가스를 공급받는 이지알통로가 일체로 형성되고, 상기 이지알통로의 외측에 냉각수통로가 일체로 형성될 수 있다.
상기 이지알통로의 외측에 형성되는 상기 냉각수통로를 지나는 저온냉각수가 상기 인터쿨러를 지날 수 있다.
상기 인터쿨러는 상기 흡기매니폴드에 접합되어 바로 연결될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 인터쿨러가 흡기매니폴드에 일체형으로 형성되고, 이지알쿨러가 흡기매니폴드에 일체로 형성되고, 저온냉각수를 통해서 인터쿨러와 이지알쿨러가 작동하여 전체적인 냉각효율을 향상시킨다.
또한, 흡기매니폴드 내부에서 흡기포트 측으로 이지알가스를 분사하는 분배유닛을 설치함으로써 이지알가스와 흡기의 혼합효율이 향상되고, 전체적인 엔진의 효율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 흡기매니폴드의 일부 단면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템에서 저온냉각수의 흐름을 보여주는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템에서 흡기매니폴드의 일부 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템에서 분배유닛의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템에서 흡기매니폴드의 일부 분해 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 일부 사시도이다.
도 1을 참조하면, 엔진시스템은 흡기라인(100), 인터쿨러(110), 흡기매니폴드(120), 이지알라인(140), 및 냉각수입출구(130)를 포함한다.
상기 흡기라인(100)에는 상기 인터쿨러(110)가 배치되고, 상기 인터쿨러(110)는 상기 흡기매니폴드(120)에 바로 결합된다. 상기 흡기매니폴드(120)의 일측으로 상기 이지알라인(140)이 연결되고, 상기 흡기매니폴드(120)에는 저온냉각수를 공급되고 배출되는 냉각수입출구(130)가 각각 형성된다.
터보차저(미도시)로부터 압축공기가 공급되고, 이러한 압축공기는 상기 흡기라인(100), 상기 인터쿨러(110), 및 상기 흡기매니폴드(120)를 통해서 연소실(미도시)로 전달된다.
그리고, 상기 연소실에서 연소된 배기가스는 배기매니폴드(미도시)를 통해서 외부로 배출되고, 일부 배기가스는 상기 이지알라인(140)을 통해서 상기 흡기매니폴드(120)로 재순환된다.
상기 흡기매니폴드(120)의 상기 냉각수입출구(130)를 통해서 순환하는 저온냉각수는 상기 이지알라인(140)을 통해서 흐르는 이지알가스를 냉각시키고, 냉각된 이지알가스는 상기 흡기매니폴드(120)에서 흡기와 혼합되어 흡기포트(미도시)를 통해서 실린더로 공급된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템의 흡기매니폴드의 일부 단면 사시도이다.
도 2를 참조하면, 상기 흡기매니폴드(120)에는 그 길이방향을 따라서 이지알가스가 지나는 이지알가스통로(200)가 형성되고, 상기 이지알가스통로(200)는 상기 이지알라인(140)과 연결되어 배기매니폴드(미도시)로부터 이지알가스를 전달받는다.
상기 이지알가스통로(200)의 외측에는 저온냉각수통로(210)가 형성되고, 상기 저온냉각수통로(210)로 저온냉각수가 순환한다. 전술한 바와 같이, 상기 저온냉각수통로(210)는 상기 냉각수입출구(130)와 연결되어 저온냉각수를 공급받고 배출한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 이지알가스통로(200)가 상기 흡기매니폴드(120)에 일체로 형성되고, 상기 이지알가스통로(200)를 따라서 저온냉각수통로(210)가 형성됨으로써 이지알가스의 냉각효율이 향상되고, 별도의 이지알쿨러를 대체할 수 있다.
또한, 각 실린더의 흡기포트와 대응하여 상기 이지알가스통로(200)에서 흡기매니폴드(120) 안쪽으로 이지알연결홀(220)이 형성된다. 상기 이지알연결홀(220)은 각 실린더에 대응하여 2개씩 총 8개가 형성된다.
아울러, 본 발명의 실시예에서, 압축공기를 냉각시키는 상기 인터쿨러(110)와 이지알가스를 냉각시키는 상기 저온냉각수통로(210)로 저온냉각수가 순차적으로 순환하여 전체적인 쿨링효율이 향상된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템에서 저온냉각수의 흐름을 보여주는 플로우차트이다.
도 3을 참조하면, 저온냉각수는 엔진블록을 순환하는 엔진냉각수와는 별도의 냉각수라인을 순환하는데, 보다 상세하게는 저온냉각수는 워터펌프(310), 상기 인터쿨러(110), 이지알쿨러 기능을 하는 상기 저온냉각수통로(210), 및 저온라디에이터(300)를 순환한다.
본 발명의 실시예에서 상기 워터펌프(310)는 전동식으로 엔진의 운행조건에 따라서 선택적으로 작동되어, 냉각효율을 향상시키고 엔진의 성능을 보다 효율적으로 제어한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템에서 흡기매니폴드의 일부 분해 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 흡기매니폴드(120)의 상기 이지알가스통로(200)는 상기 이지알라인(140)으로부터 이지알가스를 공급받는다.
그리고, 상기 이지알가스통로(200)를 통해서 유입된 이지알가스는 상기 연결홀(220)을지나고, 상기 연결홀(220)을 지난 이지알가스는 상기 흡기매니폴드(120)의 내측에 부착된 이지알가스 분배유닛(400)에서 흡기포트 측으로 분사된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템에서 분배유닛의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 상기 분배유닛(400)은 상기 흡기매니폴드(120)의 일측 내측면에 고정되는 고정브라켓(500), 및 상기 고정브라켓(500)에서 연결되고, 상기 연결홀(220)로부터 이지알가스를 각각 공급받아 분사하는 분배파이프(510)를 포함한다.
상기 고정브라켓(500)과 상기 분배파이프(510)는 일체로 형성되고, 상기 분배파이프(510)의 단부 측면에는 이지알가스가 분사되는 출구(520)가 형성된다. 상기 출구(520)를 통해서 배출되는 이지알가스는 흡기포트 측으로 분사된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터보차저를 갖는 엔진시스템에서 흡기매니폴드의 일부 분해 사시도이다.
도 6을 참조하면, 상기 이지알가스통로(200)를 통해서 유입된 이지알가스는 상기 연결홀(220)을 지나고, 상기 연결홀(220)을 지난 이지알가스는 상기 흡기매니폴드(120)의 내측에 부착된 이지알가스 분배유닛(400)에서 흡기포트 측으로 분사된다.
상기 분배유닛(400)은 상기 흡기매니폴드(120)의 일측 내측면에 고정되는 고정브라켓(500), 및 상기 고정브라켓(500)에서 연결되고, 상기 연결홀(220)로부터 이지알가스를 각각 공급받는 분배파이프(510)를 포함한다.
상기 고정브라켓(500)과 상기 분배파이프(510)는 일체로 형성되고, 상기 분배파이프(510)의 단부에는 출구(520)가 형성되는데, 상기 출구(520)가 흡기포트 측으로 향하도록 상기 분배파이프(510)는 곡선 형으로 형성된다.
따라서, 상기 분배파이프(510)의 단부에 형성된 상기 출구(520)를 통해서 배출되는 이지알가스는 흡기포트 측으로 분사된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 흡기라인 110: 인터쿨러
120: 흡기매니폴드 130: 냉각수입출구
140: 이지알라인 200: 이지알가스통로
210: 저온냉각수통로 220: 연결홀
400: 분배유닛 500: 고정브라켓
510: 분배파이프 520: 출구

Claims (7)

  1. 터보차저에서 보내진 흡기를 냉각시키는 인터쿨러;
    배기매니폴드에서 보내진 이지알가스를 냉각시키는 이지알쿨러;
    상기 인터쿨러와 상기 이지알쿨러에서 배출되는 흡기와 이지알가스가 혼합되고, 이를 연소실로 공급하는 흡기매니폴드; 및
    상기 흡기매니폴드 내부에 장착되어, 상기 이지알쿨러에서 이지알가스를 받아 분배하는 분배유닛; 을 포함하고,
    상기 분배유닛은,
    상기 이지알가스가 공급되는 연결홀로부터 상기 이지알가스를 공급받고, 타측에 형성된 출구를 통해서 흡기의 흐름방향으로 이지알가스를 배출하는 분배파이프들; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 분배파이프들은 상기 흡기매니폴드의 내측면에 고정되는 고정브라켓에 일체로 고정되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 분배파이프에서 상기 이지알가스가 흡기의 흐름방향으로 배출되도록, 상기 출구는 상기 분배파이프의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 분배파이프에서 상기 이지알가스가 흡기의 흐름방향으로 배출되도록, 상기 분배파이프는 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 흡기매니폴드에는 상기 이지알가스를 공급받는 이지알통로가 일체로 형성되고, 상기 이지알통로의 외측에 냉각수통로가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 이지알통로의 외측에 형성되는 상기 냉각수통로를 지나는 저온냉각수가 상기 인터쿨러를 지나는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
  7. 제5항에서,
    상기 인터쿨러는 상기 흡기매니폴드에 접합되어 바로 연결되는 것을 특징으로 하는 터보차저를 갖는 엔진시스템.
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