KR100586752B1 - 과급기를 구비하는 연소 기관 부속 장치 - Google Patents

과급기를 구비하는 연소 기관 부속 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관(1)의 부속 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 과급기(6)와, 케이싱(4)에 설치된 중간 냉각기(13)를 포함한다. 이 중간 냉각기는 과급기(6)에 의해 압축된 연소 공기를 냉각시키는 냉매가 흘러 지나가는 튜브 요소(14, 15)를 포함한다. 종래의 이러한 종류의 장치는 상당한 공간을 차지하고, 그러한 공간은 통상의 비좁은 엔진룸에서 찾아보기 어렵고, 또한 이로 인하여 엔진룸에 바람직하지 않은 가열을 초래한다.
상기 관점에 있어서, 상당한 개선이 본 발명에 의하여 달성되는데, 이는 튜브 요소(14, 15)는 길이 방향으로 연장하는 슬롯(20, 21)을 구비한 원통형 하우징(16, 17) 내에 수용되고, 이 원통형 하우징은 케이싱(4) 내에 상기 슬롯(20, 21)에 의하여 트여진 격벽을 형성하고, 이 슬롯을 통해 압축 연소 공기는 튜브 요소(14, 15)와 하우징 사이에 공간으로 들어가 그로부터 나오도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

과급기를 구비하는 연소 기관 부속 장치{MEANS FOR A COMBUSTION ENGINE HAVING A SUPER CHARGER}
본 발명은 엔진으로 공급되는 연소 공기의 압축을 위한 과급기와, 냉매가 흐르는 열교환기로 압축된 연소 공기를 냉각시키는 냉각기를 포함하는 청구항 1의 전제부에 기재된 종류의 내연 기관 부속 장치에 관한 것이다.
보통 급기(給氣)로 지칭되는 연소 공기의 압축은 연소 공기에 바람직하지 않은 가열을 초래하게 된다. 따라서, 급기가 엔진으로 가는 도중에 중간 냉각기를 통과할 수 있게 하는 것이 보통이다. 일반적으로 적절하게 채워진 엔진룸에서 중간 냉각기를 수용하기 위한 공간을 찾기는 어렵고, 더우기 냉각기는 강력한 고정구에 의해 엔진룸에 고정되어야 하며, 이는 또한 실제의 과급기 자체에도 적용된다. 또한, 과급기와 중간 냉각기를 상호 연결하는 호스 및 고정구가 요구된다. 또한, 연결부와 상기 부품들의 검사 및 보수를 가능하게 하기 위하여 충분한 공간을 활용할 수 있어야 한다는 것은 필수적인 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 극복하는 데 매우 적합한 간단한 해법을 제공하는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 목적은 청구항 1에 기재된 특징적 구성을 갖는 장치에 의해 달성된다. 엔진에 용이하게 고정시킬 수 있는 매우 컴팩트하고 효율적인 중간 냉각기는 이 냉각 수단, 즉 중간 냉각기를 엔진의 유입 포트에 직접 연결하는 배출 개구를 구비하는 케이싱에 배치하고, 냉각 수단을 개시된 방법으로 설계하여 적어도 배출 개구의 대부분과 마주하도록 배치하여, 상기 냉각 수단이 그것의 전체 길이를 따라 배출 개구를 통과해 나오는 급기와 접촉되도록 배치함으로써 설치된다.
청구항 2에서 기재된 실시예에 있어서, 분배 챔버를 형성하는 케이싱에는 케이싱으로부터 검사 및 세정의 목적으로 열교환기를 분리한 후, 쉽게 케이싱에 재설치할 수 있도록 하는 개방 가능한 커버가 견고하게 마련된다. 청구항 5에 기재된 바와 같이, 특히 케이싱과 일체화되어 상기 열교환기를 수용하는 하우징을 포함하는 경우에는, 필요하다면 케이싱을 과급기 지지 수단으로 사용할 수 있고, 또한 이러한 지지 수단으로의 사용은 다른 것과 관련해서도 적용된다. 케이싱은 이러한 목적을 위해서 충분히 강하고, 또한 고온의 급기를 중간 호스 연결부를 가열하는 일 없이 과급기의 배출 개구로부터 냉각 수단의 열교환기로, 그리고 이 열교환기로부터 실린더로 직접 안내한다.
이러한 구성의 바람직한 일실시예는 청구항 3에 기재된 특징적 구성을 구비하고, 이로써 다양한 실린더에 대한 급기의 균일한 냉각이 달성된다.
이제, 본 발명의 장치의 다양한 실시예와 관련하여 또한 첨부된 개략적인 도면을 참고로 하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하겠다.
도 1은 부분적으로 단면으로 도시된 과급기와 냉각 수단을 구비한 내연 기관의 사시도.
도 2는 과급기와 냉각 수단 케이싱을 단면으로 도시한 측면도.
도 3은 도 2의 3-3 선을 따라 취한 단면도.
도 4는 도 2의 4-4 선을 따라 취한 단면도.
도 5는 도 3의 케이싱의 배출 개구를 보여주는 도면.
도 6은 도 1에 도시된 열교환기의 일단부를 관통하는 종단면도.
도 7은 도 6에 도시된 열교환기의 단부도.
도 8은 둘레에 하우징을 구비한 도 6 및 도 7의 열교환기를 관통하는 종단면도로서, 상기 하우징의 단부를 폐쇄하는 커버 부재를 보여주는 도면이다.
도 1은 4개의 유입 포트(2)가 케이싱(4)의 개구(3)에 연결되어 있고, 상기 케이싱이 과급기(6)로부터 배출되는 압축된 연소 공기용 분배 챔버(5)를 형성하는 직렬 4기통 내연 기관의 외형을 도시한다. 과급기는, 케이싱(4)과 과급기(6)의 서로 마주보는 벽의 개구(7)를 통하여 분배 챔버(5)와 연통한다. 도시된 경우에 있어서, 과급기(6)는 2개의 로터(rotor)를 갖는 헬리컬 로터 압축기를 포함하고, 상기 2개의 로터 중 하나는, 엔진 크랭크축에 연결되어 있는 한편, 상기 로터에 연결된 풀리(10)를 치형 벨트(9)를 매개로 하여 구동하는 풀리(8)에 의하여 구동된다. 과급기는 유입 포트(12)가 공기 정화기(도시되지 않음)에 연결되고, 상기 유입 포트(12)는 조절 밸브 수단(11)을 포함한다. 비록 도시하지는 않았으나, 과급기(6)는 엔진의 일측부에 견고하게 나사로 체결되고, 케이싱(4)은 과급기의 상부측에 견고하게 나사로 체결되며, 또한 4개의 입구 포트 또는 유입 포트(2)에 연결된다.
케이싱(4)은 연소 공기의 유동 방향에서 볼 때 유입 포트(2)에 대한 개구(3)의 전방에서 상호 평행하게 연장해서 직렬로 연결된 2 개의 열교환기 튜브(14, 15)를 포함하는 냉각 수단(13)을 수용하고, 상기 열교환기 튜브는 이들 열교환기 튜브를 둘러싸는 하우징(16, 17)에 의해서 안내되는 한편 압축된 연소 공기의 사이에 미세한 외측 횡박판(external fine transversal lamellae)을 포함하고, 상기 하우징에는 축방향으로 연장하는 슬롯(20, 21)이 마련된다. 냉매는 축방향으로 튜브(15)를 통하여 한쪽 방향으로, 그리고 발생된 슬립 스트림(slip stream)에 의해서 냉각되는 별도의 냉각기(K)에 호스(도시되지 않음)에 의해서 연결되는 입구 스터브(18) 및 출구 스터브(19)를 매개로 튜브(16)를 통해서 반대 방향으로 흐른다.
도 2 내지 도 8은 예시된 실시예가 5개의 실린더를 구비하는 내연 기관에 냉각된 급기를 공급하는 데에 적합하기는 하지만, 전술한 과급기와 냉각 수단, 즉 중간 냉각기와 대체로 동일한 것을 도시한다. 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 케이싱(4)과 그 케이싱에 부착된 과급기(6)는, 케이싱(4)의 개구(3)를 엔진(도시 생략)의 유입 포트(2) 위에 밀어 넣고, 이어서 고정용 플랜지(22)와 나사 고정구(23)를 사용하여 엔진에 과급기(6)를 조이고, 각 풀리(8, 10)에 치형 벨트(9)를 장착함으로써, 엔진에 단일 유닛으로서 설치된다.
도 2로부터 명백한 바와 같이, 과급기(6)로부터 배출되는 급기는 개구(7)를 통과하고 분배 챔버(5)를 거쳐 엔진의 유입 포트(2)로 강제된다. 급기는 이와 함께 도 1에 도시한 냉각 수단(13)과, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 축방향의 슬롯(20, 21)이 마련된 하우징(16, 17)을 지나야 하며, 이 하우징 내에는 외부 냉각핀이 마련된 열교환기 튜브(14, 15)(도 6, 도 7 및 도 8에 상세히 도시됨)가 삽입될 수 있다. 하우징(16, 17)은 한쪽에서는 파이프 스터브(18, 19)가 마련된 2개의 커버 부재(24, 25)에 의하여 폐쇄되고 다른 쪽에서는 커버 부재(26)에 의하여 폐쇄되어 있어, 파이프 스터브(18)를 지나 튜브(14)의 벽에서의 축방향으로 연장하는 미세한 통로(27)를 통과하며, 이어서 반대로 튜브(15)의 벽에서의 축방향으로 연장하는 미세한 통로(28)를 통과하여 이 통로로부터 파이프 스터브(19)를 지나 밖으로 안내되는 액체 냉매용의 오버플로우 통로를 형성한다. 전술한 바와 같이, 튜브(14, 15)에는 외부에 미세한 외주 냉각핀(cooling fins)(29)이 마련된다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 최외측의 냉각핀(29)과 각 커버 부재(24, 25, 26) 사이의 튜브(14, 15)의 각 단부에 0링이 끼워져 있어, 냉매가 통로(27, 28)로 안내되는 한편 냉각핀(29)과 접촉하는 것은 방지된다.
실제의 냉각 수단(13)은 도 1과 도 6 내지 도 8에 도시된 열교환기 튜브(14, 15)로 구성되고, 이에 따라 급기는 상기 튜브의 횡방향으로 박판(29) 사이로 흐르고, 상기 튜브는, 통로(27, 28), 냉각기(K), 그리고 이 냉각기와 파이프 스터드(18, 19) 사이에 연결된 호스 연결부(도시되지 않음)에 의하여 형성되는 폐회로에서 흐르는 액체 냉매에 의하여 냉각된다. 공간적인 이유로 필요한 것으로 판단되면, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 급기는 튜브 하우징(16, 17)을 통과하여 박판(29)에 긴밀하게 접촉하도록 안내되고, 상기 튜브 하우징은 슬롯(20, 21)을 통해 급기의 흐름을 직접적으로는 대부분의 배출 개구(3)로, 간접적으로는 2개의 가장 최외측 개구(3)로 안내한다. 그럼에도 불구하고, 공기는 모든 배출 개구(3)에 일정하게 분배된다. 직렬로 연결된 2개의 열교환기 튜브(14, 15)를 사용함으로써, 냉각된 급기의 온도 분포도 또한 모든 배출 개구(3)에 대해서 균일하다.
또한, 본 발명은 V형 내연 기관과 조합하여 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이며, 이 경우에는 중간 냉각기를 구비한 과급기는 배출 개구(3)들이 대향하고 있는 상태로 실린더 열들 사이에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명은 도시되고 설명된 본 발명의 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구 범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 변형례를 만들 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 다른 형태의 긴 열교환기도 사용될 수 있다. 게다가, 본 명세서에서서 예시한 해결책보다 덜 유익한 해결책일 수는 있지만, 다른 형태의 과급기, 예를 들면 엔진 배기 가스에 의해 구동되는 과급기도 고려할 수 있다.
사용되는 냉매는 선택적으로 글리콜(glycol)을 첨가한 물이라는 것을 생각할 수 있다. 어떤 작동 조건에, 예를 들면, 주위 온도가 높은 경우, 중간 냉각 설비로는 충분하지 않을 수 있다. 흡기 공기의 온도가 단지 몇 도만 올라가도 엔진의 운전과 관련하여 심각하고 예기치 못한 문제점을 갖게 되는 것으로 판명되었다. 이러한 관점에서, 냉각 능력을 증대시키는 것이 매우 중요할 수 있고, 이를 위해 냉각 설비에서 통상 사용되는 냉매, 바람직하게는 공기 조화 설비에서 사용되는 냉매를 사용하는 것이 적절할 수 있다.

Claims (5)

  1. 내연 기관(1)으로 공급되는 연소 공기 압축용 과급기(6)와, 튜브 요소(14, 15)를 구비한 열교환기에 의해 압축된 연소 공기를 냉각시키는 냉각 수단(13)을 포함하는 내연 기관 부속 장치로서, 상기 튜브 요소는 이 튜브 요소를 통해 냉매가 유동하는 한편 외부에서는 압축 연소 공기와 접촉하며, 엔진 실린더의 유입 포트(2)가 각 유입 포트에 할당되는 배출 개구(3)에 직접 연결되고, 상기 배출 개구(3)는 과급기(6)와 연통하고 압축 연소 공기용 분배 챔버를 형성하는 케이싱(4)에 형성되며, 상기 열교환기의 튜브 요소(14, 15)는 압축 연소 공기가 가로질러 상기 배출 개구(3)로 유동하도록 적어도 배출 개구(3) 대부분의 전방에 장착되어 있는 것인 내연 기관 부속 장치에 있어서,
    상기 열교환기의 튜브 요소(14, 15)는 길이 방향으로 연장하는 슬롯(20, 21)을 갖는 원통형 하우징(16, 17)에 수용되고, 이 원통형 하우징은 슬롯(20, 21)에 의해서만 트여진 격벽을 상기 케이싱과 일체로 형성하며, 상기 슬롯을 통해 상기 압축 연소 공기가 상기 튜브 요소(14, 15)와 하우징 사이의 공간으로 유입되어 상기 케이싱의 배출 개구(3)를 향한 방향으로 상기 공간을 지나 유출되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관 부속 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 케이싱(4)에는 적어도 냉각 수단(13)의 일단부에 상기 케이싱(4)의 벽을 관통하는 개구가 마련되고, 이 개구는 상기 튜브 요소(14, 15)를 하우징(16, 17)에 삽입할 수 있도록 되어 있는 한편, 냉매 유입구(18)와 냉매 유출구(19)를 갖는 커버 부재(24, 25, 26)로 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관 부속 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환기는 액체 냉매가 흘러 지나가는 서로 평행하고 직렬로 연결된 2개의 튜브(14, 15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 부속 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환기의 튜브 요소(14, 15)는 이를 둘러싸는 하우징(16, 17)을 향해 반경 방향 외측으로 연장하는 외부 횡박판(29)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 부속 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분배 챔버(5)를 형성하는 케이싱(4)은 압축 연소 공기용 유입 개구(7)를 포함하는 벽을 구비하고, 이 벽에는 상기 케이싱의 유입 개구(7)와 일치하는 압축 연소 공기 배출 개구(7)를 갖는 과급기 하우징이 맞대어져 배치되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 부속 장치.
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