KR940006044B1 - 과급기를 구비한 내연기관 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

과급기를 구비한 내연기관 장치
[도면의 간단한 설명]
제1도는 제 2 도의 선 Ⅰ-Ⅰ을 따른 본 발명의 제 1 실시예의 단면도.
제2도는 제 1 도의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따른 단면도.
제3도는 제 4 도의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따른 제 2 실시예의 단면도.
제4도는 제 3 도의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따른 단면도.
제5도는 제 3 도의 선 Ⅴ-Ⅴ를 따른 단면도.
제6도는 전 기관부하로 맞추어진 용량 조절기의 동일 단면도.
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 압축실내에 위치하는 나선형 로우터(암, 수 로우터)를 구비하여 전동(傳動) 장치를 통해 자동차 기관의 크랭크 샤프트에 연결되는 공기 압축기 형태의 과급기를 갖는 트로틀-제어식 내연기관 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 종래의 장치는 압축기가 부분 부하에서 작동할때 효율이 떨어지는 결점을 갖는다. 이 장치가 갖는 또다른 결점은 과급기와 연료공급 시스템 사이의 상호 공동-작용에 있어 어려움을 갖고 있다는 것이다. 더우기, 부분 부하로부터 전 부하로 이동할시, 전 부하(급기)압력에 도달하기전에 지연이 일어난다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 결점을 제거한 전술한 종류의 단순화된 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따라 특허청구의 범위에 기재된 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다.
본 발명은 스크루 압축기 형태의 과급기가 종래의 스크루 압축기(예로 스웨덴왕국 특허출원 제198,588호)에서와 같이, 압축기의 흡입구쪽에 용량조절 또는 제어장치를 구비하고 있고, 그리고 용량이 감소된다면, 압축기는 개스트로틀이 기관의 흡입구를 조절하는 것과 동일한 방법으로 익스팬더(expander) 또는 팽창기로서 작용하게 되고, 그에따라 상기 기관에 힘을 전달한다. 이것은 전동장치를 통해 직접 달성되거나, 또는 예로 충전발전기의 도움으로 팽창기를 지연시킴에 의해 간접적으로 달성될 수 있다. 팽창효과는 기관과 공기 압축기 즉, 스크루 로우터 장치 사이의 동력전달을 변화시킴에 의해 증가될 수 있으므로, 그에따라 상기 스크루 로우터 장치가 익스팬더로서 작용할때의 전달비율이 상기 장치가 압축기로서 작용할때 보다 낮은 전달비율을 갖도록 변화된다. 이것은 수 로우터 또는 암 로우터를 통해 구동을 일으킴으로써 쉽게 달성할 수 있다. 이것은 부분기관 부하로 작동할때 및 아이들링(idling)에 있을때 연료소비의 감소를 가져온다. 개스트로틀의 필요조건은 제거되고, 그리고 연료는 또한 종래의 캬브레터(carburettor)에 대한 필요를 제거하는 방식으로 기관에 용이하게 공급될 수 있다. 상기의 장치는 용량조절 슬라이드와 같은 용량조절 수단이 완전히 개방된 유입구 포오트를 향해 이동함에 의해 연속해서 노출되도록 배열되는 다수의 연료공급구를 내부에 구비한 연료공급장치를 포함할 경우, 특히 중요한 장점을 갖는다. 이것은 기관부하의 증가에 비례하는 매우 균형있는 연료공급의 증가를 가져온다. 본 발명에 의해 제공되는 또다른 특별한 장점은 부분기관 부하에서 발생하는 팽창덕택에, 연소공기가 팽창기를 통과하는 동안 종종 냉각되는 것이다. 따라서, 공기 압축기 즉 스크루 로우터 장치가 부분기관 부하에서 익스팬더로서 작동한 후, 상기 기관에 대한 부하가 갑자기 급증된다면, 아직 차가운 연소공기(상기 익스팬더의 차가운 표면 하류에 의해 냉각됨)는 이러한 증가기간 동안 연소실내에서 노킹을 중화시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 다음과 같은 첨부도면에 도시된 두 실시예를 참조로 하여 좀더 자세히 설명하겠다 :
제 1 도와 제2도에 도시된 실시예는 실린더헤드(2), 흡입매니폴드(3), 흡입덕트(4), 흡입밸브(5) 및 배기밸브(6)을 포함하는 4기통 내연기관(1)로 구성된다.
상기 기관은 실질적인 캬브레터 또는 개스트로틀 등을 갖지 않는다. 그대신, 스크루 로우터 장치(10)과 같은 공기 압축기가 흡입매니폴드(3)에 연결된다. 또한, 연료제트(11)은 벤튜리(venturi)관으로 형성된 상기 흡입덕트(4)내에 배치되고, 그리고 파이프(12)를 통해 연료-저장 플로트실(13)에 연결된다.
상기 스크루 로우터 장치 즉, 공기 압축기는 압축실(16)내에서 회전하도록 저어널된 두개의 스크루 로우터, 즉 수 로우터(14)와 암 로우터(15)를 포함하고, 한 로우터의 샤프트(17)위에 장착된 벨트풀리(18)과 풀리(18)의 둘레를 통과하는 구동벨트(19)를 포함하는 전동장치를 통해 기관의 크랭크 샤프트(비도시됨)에 연결된다.
상기 장치는 유입구 포오트(21)로 통하는 유입구(20)을 포함하는데, 상기 유입구 포오트의 유효면적은 상기 로우터(14), (15)의 축과 평행하게 미끄럼 운동하도록 상기 압축실(16)의 벽내에 장착되고 그리고 그의 일부를 형성하는 슬라이드(22)의 도움으로 조절될 수 있다. 이후로 용량조절 슬라이드로 언급될 상기 슬라이드와 같은 용량조절 수단은 연결시스템(23)을 통해 자동차의 악셀레이터페달 또는 개스페달(24)와 같은 개스조절기에 연결된다.
상기 유입구 포오트 부근에 용량조절 밸브를 구비한 상기 종류의 스크루 로우터 장치는 당 업계에 잘 알려져 있고 또 특허문헌에도 기재 및 설명되어 있다. 상기의 예로 동일한 목적을 위한 대체의 밸브장치를 설명한 스웨덴 특허 명세서 제219,243호를 참조할 수 있다.
기관이 부분기관 부하에서, 예로 상기 개스페달을 기관 아이들링 위치로 풀어준 상태로, 작동할때 스크루 로우터 장치는 원칙적으로 개스트로틀로서 작동하게 된다. 연소공기는 유입구(20)과, 용량조절 슬라이드(22)에 의해 최소 유효 면적으로 조절되는 유입구 포오트(21)을 통해 유입되어, 상기 장치(10)의 작동실과 그 내부에 형성된 로우터 그루우브 속으로 들어가고, 상기 공기는 상기 그루우브 내에서 연속해서 팽창하고 그리고 배출구(25)를 통해 상기 기관의 흡입매니폴드(3)으로 배출된다. 상기 연소공기는 상기 제트(11)로부터 흡입에 의해 연료가 편승되는 장소인 벤튜리 흡입덕트(4)를 통해 상기 기관의 실린더실로 유입된다.
트로틀제어가 개스트로틀의 도움으로 발생되는 경우와는 대조적으로 상기 경우에 있어서의 에너지는, 팽창기로 작용함으로써 그 결과 전동장치(18), (19)를 통해 상기 크랭크 샤프트의 회전에 기여하는 상기 장치(10)으로부터 얻어진다.
공기는 또한 팽창함에 따라 냉각된다. 이와함께 얻어지는 효과는 상기 크랭크 샤프트의 구동에 대한 상기의 기여에서도 그렇듯이 매우 적당하지만 상기 효과는 기관 회전수가 높은 엔진속도에서와 같이, 압력상태가 증가함에 따라 증대된다. 기관에 대한 부하가(개스페달을 감압시킴에 의해) 급격히 높아질때 찬 연소공기는 순간적으로 상기 기관에 전달되어, 그에따라 가속동안 상기 기관의 노킹-경향을 중화시킨다. 그외에, 즉시 상기 개스페달은 감압되고 그에따라 상기 포오트(21)의 유효면적은 상기 슬라이드(22)가 제 1 도의 우측으로 이동됨에 의해 넓어져, 상기 기관에 전급기압력이 적용되는 또다른 장점을 얻을수 있다. 통상적으로, 종래의 방식으로 기관을 과급시킬때, 과급기는 가스페달이 감압될 경우, 연결 또는 활성화되고, 급기압력이 확립되기전에 2차의 지연이 발생한다. 제 1 도와 제 2 도에 도시된 실시예에 있어서, 연료는 상기 스크루 로우터 장치(10)의 하류에서 공급되는데, 이는 상기 연료제트(11)이 상기 흡입밸브(5)에 인접하여 위치되게 해주는 장점을 갖는다. 제 3 도 내지 제 6 도에 도시된 실시예는 연료가 스크루 로우터 장치(10)의 상류에서 공급되기 때문에 이점에 있어서 제 1 실시예와 다르다. 이것은 상기 스크루 로우터 장치(10)이 습한 공기에 의해 작동됨을 의미하며 상기 장치(10)이 비동기성 로우터(14), (15)를 구비한 경우, 즉 상기 하나의 로우터가 나머지 로우터를 구동시키도록 배치된 경우 특히 바람직하다. 이러한 종류의 장치는 동기성 로우터를 갖는 장치보다 훨씬 더 간단하고 더 적은 공간을 요구한다. 상기 습한 조건은 또한 상기 장치의 냉각 및 어떤 경우에 있어서는, 상기 로우터의 상호 접촉하는 표면의 윤활을 증진시킨다. 상기 연료는 또한 상기 장치를 통과할 동안 연소공기와 완전히 혼합된다.
앞으로 설명하겠지만, 연료의 공급은 기관에 대한 부하에 따라, 기관 아이들링 속도에 따라, 손쉽게 간단히 조절될 수 있는 부가적인 장점이 있다.
제 3 도와 제4 도에 도시된 실시예에 있어서, 용량조절 슬라이드(22)가 위치되며 상기 용량조절 슬라이드의 단부표면을 포함하는 유입구(20)의 일부는 연소공기가 통과하는 방향에서 볼때 벤튜리 노즐(30)의 형상을 갖는다. 플로우트실(13)과 연결되는 연료공급기관(32)와 통하는 연료공급 파이프(31)은 상기 노즐(30)의 가장 좁은 부분 또는 목내에서, 상기 용량조절 슬라이드의 길이방향으로 연장된다. 상기 파이프(31)은 이에 대해 약간의 여유를 갖는 보어(33)내로 연장되고, 그리고 일련의 연료제트(34), (35), (36)을 구비하거나 또는 그를 따라 분포된 다수의 연료배출구를 갖는다. 상기 용량조절 슬라이드(22)가 그의 기관 아이들링 위치를 점유할때(제 5 도), 상기 노즐(30)은 그의 최소유효 면적으로 조절되고 그리고 상기 제트(35), (36)는 상기 보어(33)의 벽에 의해 덮여진다. 단위시간당 유입되는 연소공기의 양이 최소임에도 불구하고, 상기 노즐(30)내에서의 공기 흐름속도는 상기 벤튜리 노즐 장치내에서 적소에 위치되는 상기 제트(34)로부터의 연료를 흡입에 의해 효과적으로 편승시킬 정도로 충분히 높다. 기관부하가 증가될때, 용량조절 슬라이드(22)는 제 5 도는 약간 우측으로 즉, 선상에서 다음의 제트(35) 또한 노출되는 위치로 이동되고 스크루 로우터 장치의 내부로 이어지는 포오트는, 상기 장치가 전동장치인 벨트(19)와 벨트풀리(18)을 통해 기관의 크랭크 샤프트에 의해 구동되는 압축기로서 작동하기 시작하게끔 충분히 넓어지는데, 이러한 상기 포오트의 확장효과는 상기 용량조절 슬라이드(22)가 상기 포오트가 최대로 열려지고 그리고 셋 모두의 제트(34-36)가 노출되는 위치를 차지할때 도달되는 전 기관부하에서 더 잘 적용된다.
스크루 로우터 장치는 1과 동일한 고정 압력비로 작동하며 이는 스크루 로우터 장치가 압축기로 최적으로 작동하지 않는 것을 의미한다. 그러나, 이것은 자동차 기관이, 예로 기껏해야 약 5% 이상의 시간동안, 과급으로, 전력으로 작동되지 않기때문에 크게 중요하지 않다. 상기 기관이 더욱 오랜시간에 걸쳐 전 부하에서 작동되리라고 기대될 수 있다면, 상기 기관은 바람직하게는 종래의 방법에 있어, 제 3 도와 제 4 도에 도시된 바와같이, 적당한 압력비를 설정하도록 제어슬라이드(40)을 구비할 수 있다.
가속중에 추가의 연료가 필요하다면, 이는 상기 압축기 형식에서 스크루에 낮은 압력으로 추가의 연료를 공급해줌에 의해 종래의 캬브레터 시스템에 있어 가속펌프로 달성되던 효과와 유사한 효과로 달성될 수 있다. 전술한 장점 외에도, 본 발명에 따른 장치는 또한 부분기관 부하로 자동차를 구동시키거나 또는 기관을 무부하로 해줄때, 연료를 절약할 수 있는데, 이는 오염문제의 견지에서도 바람직한 일이다. 캬브레터 기능이 본 발명의 장치에 어느정도 포함되어 있는데, 이는 특히 제 1 도와 제 2 도에 따른 실시예를 각각의 실린더를 위해 개개의 캬프레터를 준비해야 하는 경우와 비교할때, 상당한 절약을 가져온다.
본 발명은 또한 2-행정 및 4 행정 엔진을 갖는 연료분사기관 또는 디이젤 기관에 적용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 압축실(16)내에 배치되는 나선형 로우터(14, 15)를 구비하는 공기 압축기(10)형의 과급기를 갖는 트로틀 제어식 내연기관(1, 2)의 장치에 있어서, 상기 공기 압축기(10)은 그의 유입구측(20)에 상기 기관(1, 2)의 출력을 조절하는 개스조절기(24)에 연결되는 용량조절 수단을 구비하고, 상기 개스조절기(24)는 부분기관 부하에 상응하는 위치에서 상기 용량조절 수단을 상기 공기 압축기(10)의 기능이 상기 기관의 흡입매니폴드측(3)에 대해 변화하는 트로틀링 효과를 갖는 익스팬더 형식으로 전환되는 상응위치로 조절함으로써 개스트로틀을 대신하고, 상기 익스팬더 형식의 공기 압축기(10)은 상기 기관(1, 2)에 힘을 전달하는 것을 특징으로 하는 과급기를 구비한 트로틀 제어식 내연기관 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 용량조절 수단은 로우터(14, 15)에 대해 축방향으로 이동하도록 배치되는 용량조절 슬라이드(22)를 포함하고, 상기 압축실(16)의 이동가능한 벽부분 및 연료공급수단(31)과 통하는 변화 가능한 면적의 노즐수단(30) 형태인 방사형 공기 압축기 유입구 포오트(21)의 이동가능한 벽부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 과급기를 구비한 트로틀 제어식 내연기관 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 연료공급수단(31)은 상기 용량조절 슬라이드(22)가 유입구 포오트를 완전히 개방시키는 위치로 이동하는 동안 그에 의해 연속적으로 노출되도록 배출되는 다수의 연료공급구(34, 35, 36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 과급기를 구비한 트로틀 제어식 내연기관 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 압축기(10)은 그의 출구측(25)에 내부압력비를 설정하기 위한 종래의 제어슬라이드(40)을 구비하는 것을 특징으로 하는 과급기를 구비한 트로틀 제어식 내연기관 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 압축기(10)의 전동수단(18, 19)는 상기 공기 압축기가 압축기 형식으로 작동할때는 수 로우터에 의해 구동되고, 익스팬더 형식으로 작동할때는 암 로우터에 의해 구동되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 과급기를 구비한 트로틀 제어식 내연기관 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 공기 압축기(10)의 전동수단(18, 19)는 상기 공기 압축기가 압축기 형식으로 작동할때는 수 로우터에 의해 구동되고, 익스팬더 형식으로 작동할때는 암 로우터에 의해 구동되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 과급기를 구비한 트로틀 제어식 내연기관 장치.
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