KR20170040402A

KR20170040402A - 차량용 엔진의 배기시스템

Info

Publication number: KR20170040402A
Application number: KR1020150138885A
Authority: KR
Inventors: 이우진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-04-13
Also published as: KR102226550B1

Abstract

터보차저와 웨이스트 게이트 밸브가 마련된 차량에 있어서, 상기 터보차저에 결합되되, 입구, 저온출구 및 고온출구로 구성된 볼텍스튜브;를 포함하는 차량용 엔진의 배기시스템이 소개된다.

Description

차량용 엔진의 배기시스템 {The exhaust system of the vehicle engine}

본 발명은 터보차저가 마련된 차량에 있어서, 엔진의 배기가스에 의한 터빈하우징의 열화를 효과적으로 방지하기 위한 차량용 엔진의 배기시스템에 관한 것이다.

일반적으로 배기 장치는 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 배기소음을 감소시키고 오염물질을 저감시킨 후, 외부로 배출시켜주는 작용을 한다. 이러한 배기 장치는 배기가스를 단순히 대기로 배출시키는 작용뿐 아니라, 엔진의 출력상승을 도와 출력이 증대된 엔진의 성능구현을 원활하게 할 수 있도록 하는 작용을 하게 된다.

통상적으로, 터보차저가 장착된 차량의 경우에는 배기가스가 터빈을 구동시키고, 그에 따른 컴프레셔를 연동시켜 흡입 공기량을 증대시켜 주게 되며, 이러한 터보차저는 엔진의 고출력화를 위해 보다 많은 공기량을 엔진으로 공급하도록 성능을 강화하는 경향이다.

그러나 엔진이 고출력화되고, 배기규제가 강화되면서 엔진의 배기가스 온도는 점점 높아지고 있는 실정이며, 상기와 같은 높은 배기가스의 온도를 터빈하우징이 견딜 수 있도록 내열온도가 높은 고가재질의 터빈하우징 및 배기매니폴드를 사용하고 있는 실정이다.

따라서, 상기 터빈하우징 및 배기매니폴드의 재질 변경으로 인한 원가상승을 최소화할 수 있는 차량용 엔진의 배기시스템이 필요한 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2009-0063495

A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 터빈하우징 및 배기매니폴드의 재질 변경으로 인한 원가상승을 최소화할 수 있는 차량용 엔진의 배기시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 엔진의 배기시스템은 터보차저와 웨이스트 게이트 밸브가 마련된 차량에 있어서, 상기 터보차저에 결합되되, 입구, 저온출구 및 고온출구로 구성된 볼텍스튜브;를 포함한다.

상기 볼텍스튜브의 입구는 터빈하우징에 결합될 수 있다.

상기 볼텍스튜브의 입구는 터빈하우징에 결합되되, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 유로에 관통 결합될 수 있다.

상기 볼텍스튜브의 입구는 터빈하우징의 캡에 결합될 수 있다.

상기 볼텍스튜브의 저온출구는 터빈하우징에 결합될 수 있다.

상기 볼텍스튜브의 저온출구는 터빈하우징의 입구측에 결합되어 터빈하우징을 냉각시킬 수 있다.

상기 볼텍스튜브의 고온출구는 배기측과 연결되어, 고온의 배기가스가 배기측으로 배출될 수 있다.

상기 터보차저의 터빈하우징은 입구측과 배기측이 분리되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 웨이스트게이트 혹은 볼텍스튜브를 통해서만 배출될 수 있다.

즉, 본 발명의 차량용 엔진의 배기시스템은 터보차저와 웨이스트 게이트 밸브가 마련된 차량에 있어서, 입구, 저온출구 및 고온출구로 구성된 볼텍스튜브;를 포함하고, 상기 볼텍스튜브의 입구는 터빈하우징에 결합되되, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 유로에 관통 결합되고, 상기 볼텍스튜브의 저온출구는 터빈하우징의 입구측에 결합되어 터빈하우징을 냉각시키며, 상기 볼텍스튜브의 고온출구는 배기측과 연결되어, 고온의 배기가스가 배기측으로 배출될 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 엔진의 배기시스템에 따르면 상기한 바와 같이 볼텍스튜브를 사용하여 별도의 동력없이도, 엔진의 온도가 높은 고부하영역에서 터빈하우징의 냉각이 가능한 장점이 있다. 따라서, 종래에 사용하던 내열성능이 높은 고가의 재질 대신, 종래 대비 내열성능이 낮은 저가의 재질을 사용하더라도 배기가스의 고온에 대처할 수 있게 되므로, 원가 절감의 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진의 배기시스템을 도시한 블록도.
도 2는 도 1의 구체적인 실시예를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 터빈하우징을 도시한 도면.
도 4는 도 1의 볼텍스튜브의 단면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 엔진의 배기시스템에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 엔진의 배기시스템을 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 구체적인 실시예를 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 터빈하우징(510)을 도시한 도면이고, 도 4는 도 1의 볼텍스튜브(900)의 단면도이다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 엔진의 배기시스템은 터보차저(500)와 웨이스트 게이트 밸브(700)가 마련된 차량에 있어서, 상기 터보차저(500)에 결합되되, 입구(910), 저온출구(930) 및 고온출구(950)로 구성된 볼텍스튜브(900);를 포함한다.

도 1에 도시한 것처럼, 본 발명은 통상적인 차량용 엔진의 배기시스템 중에서도 터보차저(500)와 웨이스트 게이트 밸브(700)가 마련된 차량에 대해 적용한 것을 예를 들어 설명하도록 한다.

보다 상세하게는 도 2 내지 도 4에 도시한 것처럼, 본 발명은 상기 터보차저(500)에 상기 터보차저(500)에 상기 입구(910), 저온출구(930) 및 고온출구(950)로 구성된 상기 볼텍스튜브(900)가 결합된다.

상기 볼텍스튜브(900)는 다른 동력장치 없이 상기 입구(910)를 통해 유입된 압축공기를 회전시켜 냉기와 온기로 구분하여 각각 저온출구(930)와 고온출구(950)로 배출할 수 있는 장치로서, 강력한 압축공기가 챔버(970, 제너레이터 챔버, Generator Chamber)를 통과하면서 100만 RPM 이상의 고속회전으로 와류를 발생시키면, 고속으로 가열된 공기의 일부는 일측의 고온출구(950)로 배출되게 된다. 그리고 나머지 공기의 흐름은 속도가 느려져 고온의 고속흐름의 중앙부위를 통과해 반대편으로 역회전하면서 2차 와류를 발생시킨다. 이때 저속으로 흐르는 공기의 흐름은 외측의 고온의 공기측으로 에너지를 빼앗기게 되어 더욱 강하게 회전된다. 이렇게 냉각된 공기는 챔버(970)의 중앙부위를 통과하면서 타측의 저온출구(930)로 배출되게 되고, 이때 공기는 극도로 냉각되게 된다. 상기한 원리를 이용한 볼텍스튜브(900)를 상기 터보차저(500)에 결합하는 것이다.

상기 볼텍스튜브(900)의 입구(910)는 터빈하우징(510)에 결합되되, 엔진(100)으로부터 배출되는 배기가스 유로(300)에 관통 결합된다. 특히, 상기 볼텍스튜브(900)의 입구(910)는 터빈하우징(510)의 캡(511)에 결합될 수 있다. 통상적으로 상기 터빈하우징(510)을 금형을 통해 일물로 성형되는데, 상기 터빈하우징(510)에는 과급압이 높아지는 경우 불필요한 배기가스를 배출시키도록 웨이스트 게이트 밸브(700)가 형성되게 된다. 상기 웨이스트 게이트 밸브(700)를 상기 터빈하우징(510)에 장착하기 위하여 장착홀이 형성되게 되고, 웨이스트 게이트 밸브(700)의 장착이 끝난 후에는 기밀을 위해 장착홀을 밀봉하게 된다. 이때 상기 장착홀에는 밀봉하기 위하여 캡(511)이 마련될 수 있으며, 상기 볼텍스튜브(900)의 상기 입구(910)는 상기한 캡(511)에 결합될 수도 있다. 물론, 이러한 구성은 상기 터빈하우징(510)의 형상이나 구성에 따라 얼마든지 변경 가능하며, 그 구성과 위치를 상기 캡(511)에 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 볼텍스튜브(900)의 저온출구(930)는 터빈하우징(510)에 결합되되, 상기 터빈하우징(510)의 입구측(530)에 결합되어 터빈하우징(510)을 냉각시킨다. 즉, 상기 볼텍스튜브(900) 내에서 형성된 냉기가 상기 볼텍스튜브(900)의 저온출구(930)로 배출되면서 상기 터빈하우징(510)을 냉각시키게 되는 것이다. 따라서, 종래와는 달리높은 배기온도 때문에 터빈하우징(510)을 상위 재질을 사용하는 것을 방지하여 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.

마찬가지로, 상기 볼텍스튜브(900)의 고온출구(950)는 상기 터보차저(500)의 배기측(550)과 연결되어, 고온의 배기가스가 배기측(550)으로 바로 배출되도록 하여 고온의 배기가스가 상기 터빈하우징(510)과의 접촉을 최소화하여 상기 터빈하우징(510)의 온도가 높아지는 것을 방지하여 내구성을 증대시키는 효과가 있다.

물론, 상기와 같이 고온의 배기가스를 바로 상기 볼텍스튜브(900)로 유입시킨 후 저온과 고온으로 나누어 배출하기 위하여는 종래의 터빈하우징과는 달리 상기 터보차저(500)의 터빈하우징(510)은 입구측(530)과 배기측(550)이 분리되도록 형성된다. 즉, 배기가스를 상기 웨이스트 게이트 밸브(700)를 열어 배기측(550)으로 보내도록 제작된 부분을 막아서 상기 웨이스트 게이트 밸브(700)로 버려지는 배기가스 모두 상기 볼텍스튜브(900)의 입구(910)를 통해 공급되는 것이다. 그러므로 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 배기가스는 웨이스트게이트 혹은 볼텍스튜브(900)를 통해서만 배출되게 된다.

따라서, 고부하영역에서 상기 터보차저(500)는 터빈휠(미도시)의 보호를 위해 배기가스의 일부를 웨이스트 게이트 밸브(700)를 열어 배기측(550)으로 바로 배출한다. 그러나 이때 웨이스트 게이트 밸브(700)를 통해 버려지는 배기가스는 모두 상기 볼텍스튜브(900)의 입구(910)로 공급되므로, 상기 볼텍스튜브(900)의 챔버(970) 내에서 형성된 고온공기는 바로 배기측(550)으로 배출하고, 저온공기는 상기 터빈하우징(510)을 냉각하게 되는 것이다.

종합하면, 본 발명의 차량용 엔진의 배기시스템은 터보차저(500)와 웨이스트 게이트 밸브(700)가 마련된 차량에 있어서, 입구(910), 저온출구(930) 및 고온출구(950)로 구성된 볼텍스튜브(900);를 포함하고, 상기 볼텍스튜브(900)의 입구(910)는 터빈하우징(510)에 결합되되, 엔진(100)으로부터 배출되는 배기가스 유로(300)에 관통 결합되고, 상기 볼텍스튜브(900)의 저온출구(930)는 터빈하우징(510)의 입구측(530)에 결합되어 터빈하우징(510)을 냉각시키며, 상기 볼텍스튜브(900)의 고온출구(950)는 배기측(550)과 연결되어, 고온의 배기가스가 배기측(550)으로 배출되는 것이다.

따라서, 상기와 같은 차량용 엔진의 배기시스템에 의하면, 상기한 바와 같이 볼텍스튜브를 사용하여 별도의 동력없이도, 엔진의 온도가 높은 고부하영역에서 터빈하우징의 냉각이 가능한 장점이 있다. 따라서, 종래에 사용하던 내열성능이 높은 고가의 재질 대신, 종래 대비 내열성능이 낮은 저가의 재질을 사용하더라도 배기가스의 고온에 대처할 수 있게 되므로, 원가 절감의 효과가 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 엔진
300 : 배기가스 유로
500 : 터보차저
510 : 터빈하우징
511 : 캡
530 : 입구측
550 : 배기측
700 : 웨이스트 게이트 밸브
900 : 볼텍스튜브
910 : 입구
930 : 저온출구
950 : 고온출구
970 : 챔버

Claims

터보차저와 웨이스트 게이트 밸브가 마련된 차량에 있어서,
상기 터보차저에 결합되되, 입구, 저온출구 및 고온출구로 구성된 볼텍스튜브;를 포함하는 차량용 엔진의 배기시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 볼텍스튜브의 입구는 터빈하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 배기시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 볼텍스튜브의 입구는 터빈하우징에 결합되되, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 유로에 관통 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 배기시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 볼텍스튜브의 입구는 터빈하우징의 캡에 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 배기시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 볼텍스튜브의 저온출구는 터빈하우징에 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 배기시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 볼텍스튜브의 저온출구는 터빈하우징의 입구측에 결합되어 터빈하우징을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 배기시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 볼텍스튜브의 고온출구는 배기측과 연결되어, 고온의 배기가스가 배기측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 배기시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 터보차저의 터빈하우징은 입구측과 배기측이 분리되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 웨이스트게이트 혹은 볼텍스튜브를 통해서만 배출되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 배기시스템.
터보차저와 웨이스트 게이트 밸브가 마련된 차량에 있어서,
입구, 저온출구 및 고온출구로 구성된 볼텍스튜브;를 포함하고, 상기 볼텍스튜브의 입구는 터빈하우징에 결합되되, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 유로에 관통 결합되고, 상기 볼텍스튜브의 저온출구는 터빈하우징의 입구측에 결합되어 터빈하우징을 냉각시키며, 상기 볼텍스튜브의 고온출구는 배기측과 연결되어, 고온의 배기가스가 배기측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 차량용 엔진의 배기시스템.