KR20010048662A

KR20010048662A - 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치

Info

Publication number: KR20010048662A
Application number: KR1019990053442A
Authority: KR
Inventors: 남정길
Original assignee: 이계안; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2001-06-15

Abstract

본 발명은 터보챠저와 인터쿨러를 갖춘 디젤 엔진에 있어서, 터보챠저를 이용함으로써 발생하는 터보래그 현상을 방지하여 저속 영역에서도 출력이 향상될 수 있도록 하기 위하여,

배기가스에 의해 구동되는 터보챠저와 이 터보챠저의 압축기를 통한 고온,고압의 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러를 갖춘 디젤 엔진에 있어서, 상기 디젤 엔진의 흡기 매니폴드에 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급부와; 상기 압축공기 공급수단과 흡기 매니폴드를 직결시키고, 에어 클리너와 흡기 매니폴드를 직결시켜 압축공기와 외부공기가 상기 인터쿨러를 거치지 않고 바로 흡기 매니폴드에 공급되도록 선택적으로 작동하는 흡기부와; 상기 디젤 엔진의 배기 매니폴드와 배기 파이프를 직결시켜 배기 매니폴드의 배기가스가 터보챠저를 통하지 않고 곧바로 배기 파이프로 배출될 수 있도록 선택적으로 작동하는 배기부와; 상기 디젤 엔진의 저속 회전수 영역에서, 상기 흡기부를 통하여 압축공기가 흡기 매니폴드로 공급되도록 작동을 제어하고, 상기 배기부를 통하여 배기가스가 배기 파이프로 곧바로 배출되도록 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치를 제공한다.

Description

디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치{AN INTAKE AND EXHAUST APPARATUS OF DIESEL ENGINES FOR INCREASING TORQUE IN LOW R.P.M AREA }

본 발명은 디젤 엔진의 흡배기 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보챠저와 인터쿨러 장치를 갖춘 디젤 엔진에 있어서 발생하는 저속 구간의 터보래그 (Turbo-lag) 현상의 발생을 방지함으로써 엔진의 저속 구간의 출력을 보다 향상시킬 수 있는 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진은 가솔린엔진에 비하여 큰 토크가 필요한 운송장치, 예컨대 대형 트럭, 버스, 선박 등에 많이 장착되고 있으며, 보다 큰 출력을 발생시키기 위하여 터보챠저(Turbo-charger)와 인터쿨러(Inter cooler)등을 추가로 장착하고 있기도 하다.

이와 같이 터보챠저와 인터쿨러를 갖춘 디젤 엔진의 일예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 실린더 헤드와 실린더 블록등으로 이루어지는 엔진 본체(102)의 상하부로는 흡기 매니폴드(104)를 포함하는 흡기계통과, 배기 매니폴드(106)를 포함하는 배기계통이 형성된다.

상기에서 배기계통은 배기 매니폴드(106)와, 이 배기 매니폴드(106)의 후방으로 설치되어 배기가스에 의하여 회전되는 터빈(108) 및 압축기(110)를 갖춘 터보챠저(112)와, 이 터보챠저(112)의 터빈(108)에서 배기 파이프(114)를 거쳐서 배출되는 배기가스의 소음 등을 감소시키는 머플러(116)등으로 이루어진다.

그리고 흡기계통은 흡기 매니폴드(104)와, 흡입되는 외부 대기의 이물질 등을 정화해서 상기 터보챠저(112)의 압축기(110)로 유입시키는 에어 클리너(118)와, 흡기 매니폴드(104)와 터보챠저(112)의 압축기(110)를 연결하는 공기 유입 파이프(120) 상에 설치되어 터보챠저(112)의 압축기(110)를 경유하면서 압축된 고온 고압의 공기를 저온 고압으로 냉각시켜 흡기 매니폴드에 공급하는 인터쿨러(122)로 이루어진다.

상기와 같이 터보챠저와 인터쿨러를 갖춘 디젤 엔진은, 터보챠저(112)를 지나는 배기가스를 이용하여 흡입 공기를 압축시켜 고온 고압의 공기로 형성하고, 이 압축된 공기를 인터쿨러(122)를 통하여 냉각시킴으로써 대기압보다 높은 압력으로 공기를 엔진으로 유입시킬 수 있다. 이와 같이 고압의 공기가 유입되면 배기량이 같은 엔진에서도 다량으로 공기를 충진할 수 있으며 이것에 따라 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 보다 향상시킬 수 있다.

그런데, 상기와 같이 터보챠저와 인터쿨러를 갖추는 디젤 엔진에 있어서, 엔진의 중속 및 고속 회전수 영역에서는 배기가스의 양이 많으므로 터보챠저의 터빈의 회전수도 높아져서 더욱 많은 양의 공기가 흡기 매니폴드로 공급될 수 있으나, 엔진의 저속 회전수 영역에서는 배기가스의 양이 적으므로 터보챠저의 터빈의 회전수도 낮아져서 아이들링 상태에서 급히 가속하려고 해도 즉시 터보의 효과가 나타나지 않는다.

이와 같은 터보 작동의 늦음 현상을 터보래그(Turbo-lag)라고 하며 이 터보래그 현상으로 인하여 저속 회전수 영역에 있어서는 터보챠저를 갖춘 디젤 엔진이 일반적인 디젤 엔진보다 오히려 엔진 출력이 적게 나오는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 터보챠저와 인터쿨러를 갖춘 디젤 엔진에 있어서, 저속 회전수 영역에서는 흡배기 작동을 다른 작동 기구에 의하여 이루어지도록 함으로써 터보챠저를 이용함으로써 발생하는 터보래그 현상을 방지하고 저장된 압축공기를 이용하여 저속 영역에서도 출력이 향상될 수 있도록 한 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 흡배기 장치가 적용된 터보-인터쿨러 디젤 엔진의 흡배기 계통의 개략도,

도 2는 종래기술에 의한 터보-인터쿨러 디젤 엔진의 흡배기 계통의 개략도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

12 : 엔진 본체 14 : 배기 매니폴드

16 : 터빈(Turbine) 18 : 콤프레셔

20 : 터보챠저 22 : 배기 파이프

24 : 머플러 26 : 흡기 매니폴드

28 : 에어 클리너 30 : 공기 유입 파이프

34 : 공기 압축기 36 : 압축탱크

38 : 제1방향전환밸브 40 : 제1분기 파이프

42 : 감압밸브 44 : 제2분기 파이프

46 : 제2방향전환밸브 48 : 제3분기 파이프

50 : 전자 제어 유닛

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 디젤 엔진의 흡배기 장치를 포함하는 흡배기 계통을 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 터보챠저와 인터쿨러를 갖춘 디젤 엔진은 실린더 헤드와 실린더 블록으로 이루어지는 엔진 본체(12)와, 이 엔진 본체(12)의 하부에 형성되는 배기 매니폴드(14)와, 이 배기 매니폴드(14)의 후방으로 설치되는 배기가스에 의하여 회전되는 터빈(16) 및 콤프레셔(18)를 갖춘 터보챠저(20)와, 이 터보챠저(20)로부터 배기 파이프(22)를 거쳐서 배출되는 배기가스의 소음 등을 감소시키는 머플러(24)와, 엔진 본체의 상부에 형성되는 흡기 매니폴드(26)와, 흡입되는 외부 대기의 이물질 등을 정화해서 상기 터보챠저(20)의 콤프레셔(18)로 유입시키는 에어 클리너(28)와, 흡기 매니폴드(26)와 터보챠저(20)의 콤프레셔(18)를 연결하는 공기 유입 파이프(30) 상에 설치되어 고온 고압의 공기를 저온 고압으로 냉각시키는 인터쿨러(32)로 이루어진다.

상기와 같이 이루어지는 디젤 엔진에서 본 발명에 의한 흡배기 장치는 저속 회전수 영역에서 배기가스가 터보챠저를 통하지 않도록 하여 터보래그 현상의 발생을 방지함과 동시에, 터보챠저 없이도 흡기 매니폴드로 압축공기를 유입될 수 있도록 하여 저속구간의 엔진 출력을 보다 향상시킬 수 있도록 한다.

이를 위하여, 본 발명에 의한 흡배기 장치는 터보챠저(20) 외에 별도로 압축공기를 공급할 수 있는 압축공기 공급부(34,36)를 갖추며, 이 압축공기 공급부 및 에어 클리너(28)로부터 압축공기 및 외부공기를 인터쿨러(32)를 거치지 않고 곧바로 흡기 매니폴드(26)에 공급할 수 있도록 작동하는 흡기부(38,40,42,44)와, 배기 매니폴드(14)로부터 배기가스를 터보챠저(20)를 거치지 않고 곧바로 머플러(24)로 이르는 배기 파이프(22)에 배출할 수 있도록 작동하는 배기부(46,48)를 제공하며, 이 장치류들은 제어부(50)에 의하여 작동이 제어되도록 이루어진다.

여기서 압축공기 공급부는 흡기 매니폴드(26)에 압축공기를 공급할 수 있도록 외부공기를 고압으로 압축하는 공기 압축기(34)와, 이 공기 압축기(34)에서 압축된 고압의 공기를 일정량만큼 저장하는 압축탱크(36)로 이루어진다.

상기 공기 압축기(34)는 차체에 설치되어 본 발명에 의한 디젤 엔진에 의하여 구동되며, 이 공기 압축기(34)에 의하여 압축되어 압축탱크(36)에 저장되는 압축공기는 대략 5kg/㎠ 정도의 압력치를 갖는다.

상기 흡기부는 외부대기를 흡기 매니폴드(26)에 유입시키는 외기 흡입부(38,40)와 상기 압축공기 공급부(34,36)로부터 압축공기를 흡기 매니폴드(26)에 유입시키는 압축공기 흡입부(42,44)로 나누어지며, 상기 외기 흡입부는 에어 클리너(28) 후방의 공기 유입 파이프(30)의 일측에 설치되는 제1방향전환밸브(38)와, 이 제1방향전환밸브(38)로부터 분기되어 흡기 매니폴드(26)로 직결되는 제1분기 파이프(40)로 이루어지고, 상기 압축공기 흡입부는 상기 압축탱크(36)의 일측에 설치되는 감압밸브(42)와, 이 감압밸브(42)로부터 분기되어 흡기 매니폴드(26)로 직결되는 제2분기 파이프(44)로 이루어진다.

상기 제1방향전환밸브(38)와 감압밸브(42)는 전자적으로 작동하는 밸브로서, 각각 온(on)이 되면, 상기 제1방향전환밸브(38)는 공기의 흐름방향을 에어 클리너(28)로부터 상기 제1분기 파이프(40)로 향하도록 전환하며, 상기 감압밸브(42)는 압축탱크(42)의 압축공기를 일정한 압력치, 예컨대 약 1.5kg/㎠ 정도로 감압시켜서 제2분기 파이프(44)로 흐르게 한다.

이에 따라, 흡기 매니폴드(26)에는 상기 제1분기 파이프(40)를 통한 외부공기와 제2분기 파이프(44)를 통한 압축공기가 혼합되어 유입되게 되므로 일반적인 디젤 엔진의 흡입 공기보다 많은 양의 공기가 유입될 수 있게 된다.

상기 배기부(46,48)는 배기가스를 터보챠저(20)를 통하지 않고 곧바로 배기 파이프(22)로 유입시키는 역할을 하며, 이를 위하여 배기 매니폴드(14)의 후방에 설치되는 제2방향전환밸브(46)와, 이 제2방향전환밸브(46)로부터 분기되어 배기 파이프(22)로 직결되는 제3분기 파이프(48)로 이루어진다.

상기 제2방향전환밸브(46)는 상기 제1방향전환밸브(38)와 동일하게 전자적으로 작동하는 밸브로서, 온(on)이 되면, 배기가스의 흐름방향을 배기 매니폴드(14)로부터 제3분기 파이프(48)로 향하도록 전환하여, 배기가스가 터보챠저(20)를 통하지 아니하고 배기 파이프(22)로 배출되도록 하여 터보래그를 방지한다.

한편, 상기와 같이 이루어지는 흡기부와 배기부의 작동은 제어부(50)에 의하여 제어된다.

상기 제어부(50)는 엔진의 R.P.M, 수온, 스로틀 밸브의 개도등을 입력받아서 차량의 각종 전장품을 제어하는 전자제어유닛(E.C.U; 50)을 이용할 수 있으며, 이 제어부(50)에 의한 제어 작동과 함께 본 발명에 의한 흡배기 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 디젤 엔진의 고속 회전수 영역, 예컨대 엔진의 회전수가 1,500rpm이상인 경우부터 살펴보면, 제어부(50)는 제1,2방향전환밸브(38,46) 및 감압밸브(42)가 오프(off)되도록 제어하게 되며, 이에 따른 흡입공기 및 배기가스의 흐름 경로를 살펴보면, 흡입공기는 에어 클리너(28)→공기유입 파이프(30)→터보챠저내의 콤프레셔(18)→인터쿨러(32)→흡기 매니폴드(26)로 이어지는 경로를 따라 엔진 본체(12)로 유입되며, 배기가스는 배기 매니폴드(14)→터보챠저내의 터빈(16)→배기 파이프(22) →머플러(24)로 이어지는 경로를 따라 외부로 배출되게 된다.

다음으로, 디젤 엔진의 저속 회전수 영역, 예컨대 엔진의 회전수가 1,500rpm이하인 경우에는, 제어부(50)는 제1,2방향전환밸브(38,46) 및 감압밸브(42)가 온(On)되도록 제어하게 되며, 이에 따른 흡입공기 및 배기가스의 흐름 경로를 살펴보면, 흡입공기는 압축탱크(36)→제2분기 파이프(44)→흡기 매니폴드(26)의 경로 및 에어 클리너(28)→공기유입 파이프(30)→제1분기 파이프(40)→흡기 매니폴드(26)의 경로를 따라 엔진 본체(12)로 유입되며, 배기가스는 배기 매니폴드(14)→제3분기 파이프(48)→배기 파이프(22)→머플러(24)의 경로를 따라 외부로 배출되게 된다.

상기와 같이 본 발명에 의한 흡배기 장치는 고속 회전수 영역과 저속 회전수 영역을 구분하여 흡,배기의 흐름방향을 전환시켜 줌으로써 엔진의 전체 회전수 영역에서 고른 출력의 향상을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 의한 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치는 터보챠저와 인터쿨러를 갖춘 디젤 엔진에서 저속 회전수 구간에서는 터보챠저와 인터쿨러를 통하지 않고 흡기와 배기가 흐르도록 함으로써 저속영역에서의 터보래그 현상의 발생을 방지할 수 있으며, 강제적으로 압축공기를 흡기 매니폴드로 유입시킴으로써 엔진 출력을 보다 향상시킬 수 있어 전체 회전수 영역에 걸쳐서 고른 출력의 향상을 도모할 수 있다.

Claims

배기가스에 의해 구동되는 터보챠저와 이 터보챠저의 압축기를 통한 고온,고압의 압축공기를 냉각시키는 인터쿨러를 갖춘 디젤 엔진에 있어서,

상기 디젤 엔진의 흡기 매니폴드에 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 공급부와;

상기 압축공기 공급부와 흡기 매니폴드를 직결시키고, 에어 클리너와 흡기 매니폴드를 직결시켜 압축공기와 외부공기가 상기 인터쿨러를 거치지 않고 바로 흡기 매니폴드에 공급되도록 선택적으로 작동하는 흡기부와;

상기 디젤 엔진의 배기 매니폴드와 배기 파이프를 직결시켜 배기 매니폴드의 배기가스가 터보챠저를 통하지 않고 곧바로 배기 파이프로 배출될 수 있도록 선택적으로 작동하는 배기부와;

상기 디젤 엔진의 저속 회전수 영역에서, 상기 흡기부를 통하여 압축공기가 흡기 매니폴드로 공급되도록 제어하고, 상기 배기부를 통하여 배기가스가 배기 파이프로 곧바로 배출되도록 제어하는 제어부;를 포함하는 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 압축공기 공급부는

외부공기를 고압으로 압축하는 공기 압축기(34)와;

상기 공기 압축기에서 압축된 고압의 공기를 일정량만큼 저장하는 압축탱크(36);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 흡기부는

에어 클리너 후방의 공기유입 파이프의 일측에 설치되어 상기 공기의 흐름방향을 조정하는 제1방향전환밸브(38)와, 상기 공기가 상기 흡기 매니폴드로 공급될 수 있도록 상기 제1방향전환밸브 측으로부터 분기되어 상기 흡기 매니폴드로 직결되는 제1분기 파이프(40)로 이루어지는 외기 흡입부와;

상기 압축공기 공급부의 일측에 설치되어 압축공기를 감압시키는 감압밸브(42)와, 이 감압된 압축공기가 상기 흡기 매니폴드로 공급될 수 있도록 상기 감압밸브 측으로부터 분기되어 상기 흡기 매니폴드로 직결되는 제2분기 파이프(44)로 이루어지는 압축공기 흡입부;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 배기부는

상기 배기 매니폴드의 후방에 설치되어 배기가스의 흐름을 조정하는 제2방향전환밸브(46)와, 이 배기가스가 배기 파이프로 곧바로 공급될 수 있도록 상기 제2방향전환밸브 측으로부터 분기되어 상기 배기 파이프로 직결되는 제3분기 파이프(48)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 저속 구간 출력 향상용 흡배기 장치.