KR100373262B1 - 엔진냉각수의흐름을이용한차량엔진의과급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 냉각수의 흐름을 이용한 차량엔진의 과급장치에 관한 것으로, 실린더헤드(10)의 냉각수 토출구(12)와 일단부가 연통된 냉각수 인입관(42)과; 상기 냉각수 인입관(42)의 타단부와 터빈케이스(14)의 흡수구(16)와 연통된 터빈(24)과; 일단부는 상기 터빈케이스(14)의 배수구(18)와 연통되어 있으며, 타단부는 라디에터(20)의 흡수구(22)와 연통된 냉각수 토출관(44)과; 터빈(24)의 회전자와 기계적으로 연결되어 연동되며 밀폐구조를 갖는 블로어(2)와; 일단부는 상기 블로우(2)의 흡기구(2a)와 연통되어 있으며, 타단부는 흡기관(50)의 에어크리너(30) 인접부와 연통된 흡기 바이패스관(46)과; 일단부는 상기 블로우(2)의 배기구(2b)와 연통되어 있으며, 타단부는 에어프로우미터(32)와 상기 흡기 바이패스관(46) 사이의 흡기관(50)과 연통된 배기 바이패스관(48)을 포함하여 구성되어, 터빈을 냉각수의 흐름으로 회전시켜 실린더에 과급시킴으로써 터보차저가 장착된 차량엔진의 중저속 구간에서도 우월한 과급성능을 발휘할 수 있어 터보차저의 중저속 구간에서 야기되던 과급성능 저하를 개선할 수 있는 특징이 있다.

Description

엔진 냉각수 흐름을 이용한 차량엔진의 과급장치{A Turbocharging Apparatus for A Vehicle Engine Used Engine Cooling Water Flow}

본 발명은 엔진 냉각수 흐름을 이용한 차량엔진의 과급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 라디에터로부터 엔진의 워터재킷으로 순환되는 엔진 냉각수의 흐름을 이용하여 별도의 터빈을 구동시켜 터보차저가 장착된 차량의 중저속 주행시 과급을 구현하여 중저속시 과급성능을 개선하기 위한 엔진 냉각수 흐름을 이용한 차량엔진의 과급장치에 관한 것이다.

통상 대기압보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 송압하는 것을 과급이라 하며, 이로 인해 배기량이 같은 엔진에서도 다량으로 공기를 충전할 수 있으며, 이것에 따라 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.

이러한 과급은 컴프레셔를 통해 흡기포트로 공기를 송압하며, 사기 컴프레셔의 구동 수단으로서 엔진의 구동력을 이용한것과 고온고압의 배기가스 에너지를 이용한 것이 있으며, 통상적으로 전자를 슈퍼차저, 후자를 터보차저라 부르고 있다.

여기서, 슈퍼차저는 에어컴프레셔의 종류에 따라 후크식, 나선형식, 베인식등 여러 가지로 분류되며, 상술된 바와 같이상기 에어컴프레셔의 구동수단으로 엔진의 구동력을 이용하기 위해, 상기 에어컴프레셔의 구동축은 엔진의 크랭크축과 폴리벨트로 결합되어 있다.

예시도면 제1도는 상기 과급기중 터보차저를 나타낸 부분절개 사시도로서,그 구조는 도시된 바와 같이 터빈(1)과 컴프레셔의 블로어(2)가 회전자로서 동일한 회전축(3)의 양단에 장치되며, 각각 터빈케이스(4), 블로어케어스(5), 베어링케이스 (6)안에 내장되어 있다.

따라서, 엔진의 배기가스는 터빈케이스(4)로 들어가 터빈(1)을 회전시키고 터빈(1)과 회전축(3)으로 결합된 블로어(2)도동시에 구동되어 실린더로 과급되는 깃이다.

이러한 터보차처는 배기가스에 의존함으로 배기가스의 양이 증가하면 터빈의 회전수가 높아지고, 동시에 블로어의 회전수가 높아져 더욱 많은 공기를 실린더로 공급하게 된다.

상술된 바와 같이 과급기는 슈퍼차저와 터보차저로 크게 구분될 수 있고 슈퍼차저는 엔진의 구동력을 터보차저는 배기가스의 유동을 그 구동수단으로 하고 있다.

그러나, 상기 슈퍼차저는 엔진의 구동력을 전달받음에 있어서 풀리벨트로 전달받는바, 엔진의 고회전, 즉 고속구간에서는 상기 풀리벨트와 슈퍼차저의 구동풀리는 서로 마찰이 발생하고, 상기 마찰로 인하여 어느 일정한계 이상은 과급을 시키지 못하는 문제점이 발생되었다.

또한, 상기 터보차저는 배기가스의 흐름을 이용하는바, 중저속구간에서 상기 배기가스의 흐름만으로는 터빈(1)을 충분히 구동시키지 못하고 따라서, 동일축으로 결합된 블로어(2) 역시 실린더에 충분한 과급을시키지 못하는 문제점이 있었다.

즉, 상기 터보차저는 고속에서는 효율이 우수하지만 중저속에서는 슈퍼차저에 미치지는 못한 것이다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 창출된 것으로, 터보차저가 장착된 차량엔진의 중저속시 야기되던 과급성능 저하를 해소하여 저속에서 고속의 전반적인 주행구간에서 우수한 과급성능을 구현하기 위한 과급장치를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 차량 배기가스가 배기 터빈을 회전시키는 터보차저가 장착된 차량엔진에 있어서, 실린더헤드의 냉각수 토출구와 일단부가 연통된 냉각수 인입관과; 상기 냉각수 인입관의 타단부와 터빈케이스의 흡수구와 연통된 터빈과; 일단부는 상기 터빈케이스의 배수구와 연통되어 있으며, 타단부는 라디에터의 흡수구와 연통된 냉각수 토출관과; 터빈의 회전자와 기계적으로 연결되어 연동되며 밀폐구조를 갖는 블로어와; 일단부는 상기 블로우의 흡기구와 연통되어 있으며, 타단부는 흡기관의 에어크리너 인접부와 연통된 흡기 바이패스관과; 일단부는 상기 블로우의 배기구와 연통되어 있으며, 타단부는 에어프로우미터와 상기 흡기 바이패스관 사이의 흡기관과 연통된 배기 바이패스관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 흐름을 이용한 차량엔진의 과급장치에 의해 달성될 수 있다.

도1은 종래 과급방법중 배기가스를 이용한 터보차저의 일부절개 사시도.

도2는 본 발명을 설명하기 위한 엔진냉각수 이동경로를 나타낸 개요도.

도3은 본 발명에 의한 엔진 냉각수 흐름을 이용한 차량엔진의 과급장치를 나타낸 개요도.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

2 : 블로어 2a : 흡기구

2b : 배기구

10 : 실린더헤드 12 : 냉각수토출구

14 : 터빈케이스 16 : 흡수구

18 : 배수구 20 : 라디에터

22 : 흡수구 24 : 터빈

26 : 워터펌프 28 : 워터재킷

30 : 에어클리너 32 : 에어프로우미터

42 : 냉각수 인입관 44 : 냉각수 토출관

46 : 흡기 바이패스관 48 : 배기 바이패스관

50 : 흡기관

이하 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 엔진냉각수 이동경로를 나타낸 개요도이고,도 3은 본 발명에 의한 엔진 냉각수 흐름을 이용한 차량엔진의 과급장치를 나타낸 개요도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 통상적인 엔진 냉각시스템 예컨데, 워터펌프(26)로부터 엔진의 워터재킷(28)으로 순환되는 냉각수에 의해 자연적으로 회전되도록 실린더헤드(10)의 상측부에 형성된 냉각수토출구(12)와 라디에터(20)의 흡수구(22)에 각기 대응되어 연통되도록 터빈(24)을 제공하고, 그 터빈(24)의 회전자에 기계적으로 연동되도록 블로우(2)를 설치하되 그 블로우(2)의 각 단부를 에어프로우미터(32)와 에어크리너(30)를 연통하는 흡기관(50)에 각기 대응 연통시켜 구성하여, 블로어(2)에 형성된 저압에 의해 에어크리너(30)로부터 공기를 바이패스시켜 에어프로우미터(32)로 공급함으로써 터보차저가 장착된 차량엔진의 중저속 주행시 야기되던 과급성능 저하를 개선하고 있다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 통상 차량에서 쓰이는 수냉식엔진은 강제순환식으로 이는 냉각수를 워터펌프(26)에 의해 순환시키기 때문이다.

이러한 워터펌프(26)는 엔진의 측부에 설치되어, 크랭크축으로부터 그 구동력을 전달받으며, 중앙에 설치된 임펠러의 회전에 따라 냉각수를 원심력으로 밀어내는 작용을 하고 있다.

따라서, 냉각수는 연소실을 둘러싸는 워터재킷(28)으로 압송되고, 강제 순환되어 가열된 냉각수는 실린더헤드(10)의 토출구(12)를 통해 라디에터(20)의 상부로 송압되며, 상기 라디에터(20)에서 방열되어 식은 냉각수는 다시 실리더블록 하부로 송압되는 것이다.

이상에서 설명된 일반적인 수냉식 차량엔진에 워터펌프(26)에 의해 강제순환되는 냉각수의 힘을 이용하여 터빈(24)이 구동된다.

이를 위해 터빈케이스(14)의 흡수구(16)는 실린더헤드(10)의 냉각수토출구(12)와 냉각수인입관(42)에 의해 각기 연통되고, 터빈케이스(14)의 배수구(18)는 라디에터(20)의 흡수구(22)와 냉각수 토출관(44)에 의해 각기 연통된다.

즉, 본 발명의 과급장치의 터빈(24)는 냉각수 이동경로중 엔진본체에서 라디에터로의 이동경로에 제공된 것으로, 상기 터빈(24)이 라디에터(20)에서 엔진본체로의 이동경로, 다시말하면 라디에터(20) 하단에서 엔진하부의 실린더블록으로의 이동경로에 설치되어도 본 발명에 따른 과급장치의 구성은 구현될 수 있다.

상기 터빈(24)이 냉각수에 의해 회전되면 상기 터빈(24)과 동일축으로 결합된 컴프레셔의 블로어(2)가 회전되며, 상기 블로어(2)는 에어클리너(30)에서 공기를 바이패스하여 에어플로어미터(32) 전단계로 공기를 송압한다.

여기서, 상기 에어클리너(30)에서 공기를 바이패스하는 것은 청정된 공기를 실린더로 공급시키기 위함이며, 상기 에어플로우미터(32) 전단계로 과급기가 공기를 공급하는 것은 전자제어 연료분사장치에 있어 연료분사는 실린더로 유입되는 흡기와 엔진의 RPM에 따라 그 분사량을 제어하고 있기 때문이다.

즉, 전자제어 연료분사장치의 제어부는 에어플로우미터(32)로부터 그 흡기량을 감지하므로, 상기 과급기로부터의 공기는에어플로우미터(32) 전단계로 송압되는 것이며, 미설명되었지만 이는 종래 터보차저 역시 마찬가지이다.

보다 상세하게는 블로어(2)는 밀폐구조로써 터빈(24)의 구동에 의해 저압이 형성되는 흡기구(2a)가 흡기 바이패스관(46)에 의해 에어크리너(30)와 인접된 흡기관(50)에 연통되어 있으며, 블로어(2)의 배기구(2b)는 에어프로우미터(32)와 인접된 흡기관(50)에 각기 연통되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 과급방법을 수행하기 위한 과급기는 터빈(24)과 블로어(2) 등을 고려할 때, 종래 터보차저와 그구조가 매우 흡사하다 할 것이다.

상술된 바와 같이 본 발명은 냉각수의 유동을 이용하고 있고, 이러한 냉각수는 워터펌프(26)의 강제순환으로 인하며, 상기 워터펌프(26)는 그 구동력을 크랭크축으로부터 전달받는바, 상기 크랭크축이 빠르게 회전 즉 엔진이 고속으로 회전되면 상기 냉각수 역시 빠르게 유동되고 이로 인해 터빈(24) 및 블로어(2) 역시 빠르게 회전되므로 중저속 주행시 터보차저의 단점을 극복하여 전 주행구간에서 우수한 과급성능을 구현할 수 있다.

또한, 중저속 주행에 있어 상기 냉각수는 종래 배기가스를 이용한 터보차저와는 달리 비압축성 유체이므로, 냉각수가 고속주행에 비해 천천히 유동되더라도 상기 터빈(24)을 구동시키키에는 충분한 것이다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 터빈을 냉각수의 흐름으로 회전시켜 실린더에 과급시킴으로써 터보차저가 장착된 차량엔진의 중저속 구간에서도 우월한 과급성능을 발휘할 수 있어 터보차저의 중저속 구간에서 야기되던 과급성능 저하를 개선할 수 있는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 차량 배기가스가 배기 터빈을 회전시키는 터보차저가 장착된 차량엔진에 있어서,

   실린더헤드(10)의 냉각수 토출구(12)와 일단부가 연통된 냉각수 인입관(42)과;

   상기 냉각수 인입관(42)의 타단부와 터빈케이스(14)의 흡수구(16)와 연통된 터빈(24)과;

   일단부는 상기 터빈케이스(14)의 배수구(18)와 연통되어 있으며, 타단부는 라디에터(20)의 흡수구(22)와 연통된 냉각수 토출관(44)과;

   터빈(24)의 회전자와 기계적으로 연결되어 연동되며 밀폐구조를 갖는 블로어(2)와;

   일단부는 상기 블로우(2)의 흡기구(2a)와 연통되어 있으며, 타단부는 흡기관(50)의 에어크리너(30) 인접부와 연통된 흡기 바이패스관(46)과;

   일단부는 상기 블로우(2)의 배기구(2b)와 연통되어 있으며, 타단부는 에어프로우미터(32)와 상기 흡기 바이패스관(46) 사이의 흡기관(50)과 연통된 배기 바이패스관(48)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 냉각수 흐름을 이용한 차량엔진의 과급장치.