KR20170010686A - 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템 - Google Patents

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김성수
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템은 외기를 포함하는 가스를 전달하도록 배치되는 흡입라인, 상기 가스를 설정된 압력으로 압축하도록 배치되는 터보차저, 상기 터보차저의 하류측 상기 흡기라인의 설정된 구간에 형성되어 상기 가스를 연소실로 전달하는 금속재질의 흡기덕트, 상기 흡기덕트의 외측면의 설정된 영역에 형성되고, 일측에 냉각수를 공급받는 냉각수공급구 및 타측에 냉각수를 배출하는 냉각수배출구가 형성된 냉각수자켓, 및 상기 흡기덕트의 하류측에 상기 가스를 냉각시키도록 배치되는 인터쿨러를 포함할 수 있다.

Description

흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템{INTAKE SYSTEM OF ENGINE HAVING INTAKE DUCT}
본 발명은 냉각수가 흐르는 냉각수자켓이 형성되어 냉각효율을 향상시켜 흡기효율을 향상시키고, 레이아웃을 개선하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 터보차저(Turbo Charger)는, 내연기관(Internal Combustion Engine: 이하에서는 간단히 "엔진"이라고 한다)의 성능을 향상시키기 위하여 엔진의 배기가스의 압력과 열에너지를 회수하고 이를 이용하여 엔진으로 유입되는 공기를 압축하는 장치이다.
일반적인 터보차저는 터빈 휠과 콤프레셔 휠을 포함한다. 엔진(E)의 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스가 터보차저의 터빈 휠을 회전시키고, 그 결과 이 터빈 휠에 연결축을 통하여 연결된 콤프레셔 휠이 회전된다.
상기 콤프레셔 휠은 엔진(E)의 흡기 매니폴드 또는 흡기라인 상에 설치되어 그 회전에 의해 엔진으로 유입되는 공기를 압축하게 된다. 따라서, 엔진의 동력을 직접 사용하지 않으면서도 보다 높은 밀도의 공기를 엔진의 연소실로 공급할 수 있게 된다.
터보차저에 의해 보다 높은 밀도의 공기가 연소실로 공급되기 때문에 연소실로 공급되는 공기량이 증가하고 그에 대응하여 연료분사량도 증가된다. 따라서, 증가된 연료 분사량에 해당하는 만큼의 출력 향상이 가능하다.
이와 같은 터보차저가 장착된 차량의 경우, 연료 절감, 매연 및 소음감소, 중량당 출력 증가, 엔진 냉각성능 증가, 및 고산 지대에서의 출력 증가 등의 효과가 있다.
이러한 터보차저는 신기의 온도를 대기 온도(25℃)보다 상당히 높은 온도(약 150℃ 이상, 소형 200℃ 이상)로 엔진의 연소실로 보내지는 데, 이와 같이 고온의 공기가 공급되는 것을 극복하기 위해서 콤프레셔 휠과 흡기매니폴드를 연결하는 관로에 인터쿨러가 설치된다.
한편, 인터쿨러가 설치되더라도 흡기온도가 상승하여 흡기효율이 저하될 수 있고, 흡기라인과 냉각수라인이 병렬로 지나가는 구조로 전체적인 흡기라인과 냉각라인의 구조가 복잡해질 수 있다.
본 발명의 목적은 흡기온도를 낮추어 흡기효율과 출력을 향상시키고, 흡기라인과 냉각수라인의 레이아웃을 간단하게 할 수 있는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템은 외기를 포함하는 가스를 엔진의 연소실로 전달하도록 배치되는 흡입라인, 상기 흡입라인의 설정된 구간에 형성되어 상기 가스를 연소실로 전달하는 금속재질의 흡기덕트, 및 상기 흡기덕트의 외측면의 설정된 영역에 형성되어 상기 흡기덕트를 흐르는 가스를 냉각하도록 배치되는 냉각수자켓을 포함하고, 상기 냉각수자켓의 일측에 냉각수를 공급받는 냉각수공급구 및 타측에 냉각수를 배출하는 냉각수배출구가 형성될 수 있다.
상기 흡기덕트의 상류측에는 상기 가스를 설정된 압력으로 압축하도록 배치되는 터보차저를 포함할 수 있다.
상기 흡기덕트의 외측면과 설정된 간격을 두고 형성되는 냉각수자켓커버를 포함하고, 상기 냉각수자켓커버와 상기 흡기덕트의 외측면 사이에 상기 냉각수자켓이 형성될 수 있다.
상기 냉각수자켓커버는 상기 흡기덕트와 일체로 형성될 수 있다.
상기 흡기덕트의 내측면 일측에서 타측으로 연장되어 형성된 격벽을 포함하고, 상기 격벽은 상기 흡기덕트와 일체로 형성될 수 있다.
상기 격벽은 상기 냉각수자켓이 형성된 부분과 대응하는 상기 흡기덕트의 내측면에서 연장되고, 그 반대측 내측면까지 연장될 수 있다.
상기 흡기덕트의 하류측에 상기 가스를 냉각시키도록 배치되는 인터쿨러를 포함할 수 있다.
상기 냉각수자켓커버는 상기 흡기덕트의 외주면을 따라서 형성되고, 상기 냉각수자켓커버의 내주면과 상기 흡기덕트의 외주면 사이에 상기 냉각수자켓이 형성될 수 있다.
상기 냉각수공급구는 엔진의 냉각요소 중 하나로부터 냉각수를 공급받을 수 있다.
상기 냉각요소는 히터와 라디에이터를 포함할 수 있다.
상기 냉각수공급구는 엔진의 실린더헤드 또는 실린더블록으로부터 냉각수를 공급받을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템은 외기를 포함하는 가스를 전달하도록 배치되는 흡입라인, 상기 가스를 설정된 압력으로 압축하도록 배치되는 터보차저, 상기 터보차저의 하류측 상기 흡기라인의 설정된 구간에 형성되어 상기 가스를 연소실로 전달하는 금속재질의 흡기덕트, 상기 흡기덕트의 외측면의 설정된 영역에 형성되고, 일측에 냉각수를 공급받는 냉각수공급구 및 타측에 냉각수를 배출하는 냉각수배출구가 형성된 냉각수자켓, 및 상기 흡기덕트의 하류측에 상기 가스를 냉각시키도록 배치되는 인터쿨러를 포함할 수 있다.
상기 흡기덕트는 장착브라켓을 통해서 흡기매니폴드, 실린더블록, 또는 실린더헤드에 고정될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 흡기덕트의 외측면에 형성된 냉각수자켓을 흐르는 냉각수는 상기 흡기덕트를 흐르는 고온고압의 가스를 1차로 냉각하여, 전체적인 압축공기 냉각효율과 흡기효율이 향상된다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 상기 흡기덕트에 냉각수라인이 결합되어 레이아웃을 단순하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트의 일측 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡기덕트의 일측 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 다른 효과를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템은 흡기라인(110), 흡기덕트(112), 냉각수자켓커버(160), 인터쿨러(130), 장착브라켓(114), 흡기매니폴드(115), 엔진(100), 배기매니폴드(125), 배기라인(120), 촉매유닛(122), 및 터빈(142)과 컴프레서(144)를 포함하는 터보차저(140)를 포함한다.
외기는 상기 흡기라인(110), 상기 터보차저(140)의 상기 컴프레서(144), 상기 흡기덕트(112), 상기 인터쿨러(130), 상기 흡기매니폴드(115), 상기 엔진(100)의 연소실로 공급되고, 상기 연소실에서 연소된 배기가스는 상기 배기매니폴드(125), 상기 터빈(142), 상기 배기라인(120), 및 상기 촉매유닛(122)을 지난다.
상기 터보차저(140)의 상기 터빈(142)은 배출가스에 의해서 작동되어 상기 컴프레서(144)를 고속으로 회전시키고, 상기 컴프레서(144)는 가스를 고온고압으로 압축하여 상기 엔진(100)의 연소실로 공급한다.
상기 흡기라인(110)에서 상기 컴프레서(144)와 상기 인터쿨러(130) 사이에 설정된 구간은 흡기덕트(112)로 구성되고, 상기 흡기덕트(112)의 외측면 일측에는 냉각수자켓커버(160)가 형성된다.
그리고, 상기 냉각수자켓커버(160)와 상기 흡기덕트(112)의 외측면 사이에는 냉각수자켓(310, 도 3)이 형성되고, 상기 냉각수자켓커버(160)에는 냉각수를 공급하는 공급구(210, CI)와 배출하는 배출구(220, CO)가 설정된 간격을 두고 형성된다.
상기 흡기덕트(112)의 냉각수자켓(310)을 흐르는 냉각수는 상기 흡기덕트(112)의 내부를 흐르는 고온고압의 가스를 1차로 냉각하고, 상기 인터쿨러(130)는 상기 흡기라인(110)을 흐르는 고온고압의 가스를 2차로 냉각한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 흡기덕트(112)는 상기 장착브라켓(114)을 통해서 상기 엔진(100)(실린더블럭 또는 실린더헤드) 또는 상기 흡기매니폴드(115)에 고정되는 구조를 가지고 있으며, 상기 흡기덕트(112)의 구조에 대해서는 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트의 측면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 흡기덕트(112)의 압축가스 입구측에는 플랙시블커넥터(260)가 배치되고, 상기 플랙시블커넥터(260)는 상기 터보차저(140)의 상기 컴프레서(144)로부터 압축공기를 전달받는다.
여기서, 상기 플랙시블커넥터(260)는 탄성재질로 만들어져서 진동과 소음을 줄일 수 있고, 상기 흡기덕트(112)는 알루미늄과 같은 금속성 재질로 만들어져서 내구성을 향상시키고 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
상기 흡기덕트(112)의 외측면에는 길이방향으로 설정된 구간에 상기 냉각수자켓커버(160)가 배치되고, 상기 냉각수자켓커버(160)의 일단부에는 냉각수공급구(210)가 배치되고, 타단부에는 냉각수배출구(220)가 형성된다.
상기 냉각수공급구(210)는 차량의 히터(230)와 연결되어 상기 히터로부터 냉각수를 공급받고, 상기 냉각수배출구(220)는 냉각수펌프(250)의 흡입측과 연결될 수 있다. 아울러, 상기 냉각수공급구는 엔진 즉, 실린더헤드 또는 실린더블록으로부터 냉각수를 공급받을 수 있고, 냉각수제어밸브(또는 써모스탯)로부터 냉각수를 공급받을 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 흡기덕트(112)의 입구측은 상기 터보차저(140)의 상기 컴프레서(144)와 연결되고, 상기 흡기덕트(112)의 출구측은 상기 인터쿨러(130)와 연결되며, 상기 흡기덕트(112)는 상기 냉각수자켓커버(160) 안쪽을 흐르는 냉각수를 이용하여 고온고압의 압축가스를 1차로 냉각하고, 상기 인터쿨러(130)는 고온고압의 압축가스를 2차로 냉각하여, 전체적인 냉각효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 히터(230)에서 상기 냉각수펌프(250)로 냉각수라인이 형성되는데, 종래에는 상기 흡기덕트(112)와 냉각수라인이 간격을 두고 나란하게 배치되어 전체적인 레이아웃이 복잡하다.
그러나, 본 발명의 실시예에서는 상기 흡기덕트(112)에 냉각수라인이 결합되어 레이아웃을 단순하게 하고, 상기 흡기덕트(112)를 지나는 고온의 압축가스를 냉각시켜 전체적인 흡기효율을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡기덕트의 일측 단면도이다.
도 3을 참조하면, 상기 흡기덕트(112)의 외측면과 설정된 간격을 두고 상기 냉각수자켓커버(160)가 형성되고, 상기 냉각수자켓커버(160)와 상기 흡기덕트(112)의 외측면 사이에 냉각수자켓(310)이 형성된다.
도시한 바와 같이, 상기 냉각수자켓커버(160)는 상기 흡기덕트(112)와 일체로 형성되고, 상기 냉각수자켓(310)은 상기 흡기덕트(112)의 외측면에서 설정된 영역에만 형성될 수 있다. 아울러, 상기 흡기덕트(112)의 내측에는 압축가스의 유로를 분리하는 격벽(300)이 형성되고, 상기 격벽(300)의 양측으로 압축가스(320)가 흐른다.
상기 격벽(300)의 일단은 상기 냉각수자켓(310)과 대응하는 상기 흡기덕트(112)의 내주면 일측에 연결되고, 상기 격벽(300)의 타단은 상기 흡기덕트(112)의 내주면 타측으로 연결된다. 아울러, 상기 격벽(300)은 상기 흡기덕트(112)와 일체로 형성될 수 있고, 상기 격벽(300)은 압축가스가 흐르는 방향으로 상기 흡기덕트(112)의 내부에 설정거리 연장되어 형성될 수 있다.
상기 격벽(300)은 상기 냉각수자켓(310)를 흐르는 냉각수가 상기 흡기덕트(112)를 흐르는 압축공기의 열을 용이하게 흡수할 수 있도록 하고, 상기 흡기덕트(112)의 강성을 보강할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡기덕트의 일측 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 흡기덕트(112)의 외주면에는 설정된 간격을 두고 상기 냉각수자켓커버(160)가 배치되고, 상기 흡기덕트(112)의 외주면과 상기 냉각수자켓(310) 사이에는 냉각수자켓(310)이 형성된다.
도시한 바와 같이, 상기 냉각수자켓(310)은 상기 흡기덕트(112)의 외주면을 따라서 형성되어, 냉각수가 상기 흡기덕트(112)를 감싸는 구조를 가지며, 상기 냉각수자켓커버(160)의 일측에 냉각수가 공급되는 공급구(210)가 형성되고, 상기 냉각수자켓커버(160)의 타측에 냉각수가 배출되는 배출구(220)가 형성된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 다른 효과를 보여주는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 2000 및 4000은 엔진의 회전속도를 나타내고, 세로축은 온도차이를 나타낸다.
dT_Gas는 상기 흡기덕트(112)의 입구와 출구 사이의 온도변화를 나타내는 것으로 회전속도 2000에서는 약 12.9도만큼 냉각되고, 회전속도 4000에서는 약 8.8도만큼 냉각되는 효과가 있다.
아울러, dT_Cool은 냉각수공급구(210)와 냉각수배출구(220) 사이의 냉각수 온도변화를 나타내는 것으로 회전속도 2000에서는 약 0.8도가 상승하고, 회전속도 4000에서는 약 0.5도가 상승한다.
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: 엔진 110: 흡기라인
112: 흡기덕트 114: 장착브라켓
115: 흡기매니폴드 120: 배기라인
122: 촉매유닛 125: 배기매니폴드
130: 인터쿨러 140: 터보차저
142: 터빈 144: 컴프레서
160: 냉각수자켓커버 210: 공급구
220: 배출구 230: 히터
250: 냉각수펌프 260: 플렉시블커넥터
300: 격벽 310: 냉각수자켓
320: 압축가스

Claims (13)

  1. 외기를 포함하는 가스를 엔진의 연소실로 전달하도록 배치되는 흡입라인;
    상기 흡입라인의 설정된 구간에 형성되어 상기 가스를 연소실로 전달하는 금속재질의 흡기덕트; 및
    상기 흡기덕트의 외측면의 설정된 영역에 형성되어 상기 흡기덕트를 흐르는 가스를 냉각하도록 배치되는 냉각수자켓; 을 포함하고,
    상기 냉각수자켓의 일측에 냉각수를 공급받는 냉각수공급구 및 타측에 냉각수를 배출하는 냉각수배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 흡기덕트의 상류측에는 상기 가스를 설정된 압력으로 압축하도록 배치되는 터보차저; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 흡기덕트의 외측면과 설정된 간격을 두고 형성되는 냉각수자켓커버; 를 포함하고,
    상기 냉각수자켓커버와 상기 흡기덕트의 외측면 사이에 상기 냉각수자켓이 형성된 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 냉각수자켓커버는 상기 흡기덕트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 흡기덕트의 내측면 일측에서 타측으로 연장되어 형성된 격벽을 포함하고, 상기 격벽은 상기 흡기덕트와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 격벽은 상기 냉각수자켓이 형성된 부분과 대응하는 상기 흡기덕트의 내측면에서 연장되고, 그 반대측 내측면까지 연장된 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 흡기덕트의 하류측에 상기 가스를 냉각시키도록 배치되는 인터쿨러; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  8. 제3항에서,
    상기 냉각수자켓커버는 상기 흡기덕트의 외주면을 따라서 형성되고, 상기 냉각수자켓커버의 내주면과 상기 흡기덕트의 외주면 사이에 상기 냉각수자켓이 형성된 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  9. 제3항에서,
    상기 냉각수공급구는 엔진의 냉각요소 중 하나로부터 냉각수를 공급받는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  10. 제9항에서,
    상기 냉각요소는 히터와 라디에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  11. 제3항에서,
    상기 냉각수공급구는 엔진의 실린더헤드 또는 실린더블록으로부터 냉각수를 공급받는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  12. 외기를 포함하는 가스를 전달하도록 배치되는 흡입라인;
    상기 가스를 설정된 압력으로 압축하도록 배치되는 터보차저;
    상기 터보차저의 하류측 상기 흡기라인의 설정된 구간에 형성되어 상기 가스를 연소실로 전달하는 금속재질의 흡기덕트;
    상기 흡기덕트의 외측면의 설정된 영역에 형성되고, 일측에 냉각수를 공급받는 냉각수공급구 및 타측에 냉각수를 배출하는 냉각수배출구가 형성된 냉각수자켓; 및
    상기 흡기덕트의 하류측에 상기 가스를 냉각시키도록 배치되는 인터쿨러; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
  13. 제12항에서,
    상기 흡기덕트는 장착브라켓을 통해서 흡기매니폴드, 실린더블록, 또는 실린더헤드에 고정되는 것을 특징으로 하는 흡기덕트를 갖는 엔진의 흡기시스템.
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