KR100369141B1 - 터보차저의 유출 오일 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보차저의 컴프레서 하우징에 오일이 유입되더라도 유입된 오일이 흡기 다기관을 통해 연소실에 유입되어 연소하는 것을 방지하여 오일 소모가 증가하는 것을 방지하고, 유체인 오일이 연소실에 유입되어 압축됨으로써 엔진 베어링 또는 커넥팅 로드 등 엔진 부품들이 손상되는 것을 방지하기 위하여,

엔진 내의 연소실에서 연소 후에 배출되는 배기개스의 에너지를 이용하여 회전하는 터빈과, 상기 터빈에 터보 샤프트에 의해 연결되어 터빈이 회전할 때 따라서 회전하도록 된 컴프레서와, 컴프레서를 둘러싸고 흡기관으로 연결되는 흡기구와 흡기 다기관으로 연결되는 배기구를 포함하는 컴프레서 하우징을 포함하는 터보차저에 있어서,

오일이 컴프레서 하우징 벽면을 따라 흐를 때 배출구를 지나는 오일을 모두 배출할 수 있도록 하는 오일 분리판과, 오일을 배출시킬 수 있는 오일 배출 파이프와, 배출된 오일을 저장하며 배출된 오일의 양이 일정량 이상일 경우 경고등을 점등할 수 있는 저장수단과, 엔진의 정지 또는 정상 작동에 따라서 상기 저장수단으로부터 오일을 배출할 수 있는 밸브 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 유출 오일 처리 시스템을 제공한다.

Description

터보차저의 유출 오일 처리 시스템{A FLOWING-OUT OIL CONTROLLING SYSTEM FOR TURBO-CHARGERS}

본 발명은 터보차저가 장착된 엔진에서, 터보차저의 컴프레서 하우징에 유입된 오일을 처리하는 시스템에 관한 것으로서,

더욱 상세하게는 터보차저가 작동될 때 흡기관에서 형성되는 낮은 부압에 의해 실린더 헤드로부터 터보차저로 유입된 오일이 흡기 다기관을 통해 실린더로 유입되지 않도록 하고, 윤활, 냉각 기타 목적으로 터보차저에 공급되어 누유된 오일이 엔진으로 유입되지 않도록 하며, 터보차저에 유입되거나 터보차저에서 누유된 오일의 발생을 감지하여 경고해주는 장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 터보차저(Turbo-charger)라 함은 엔진 내의 연소실에서 연소 후에 배출되는 배기개스의 에너지를 이용하여 배기 터빈을 돌리고, 이와 직결된 컴프레서로 공기를 압축하여 연소실에 공급함으로써 엔진의 출력을 향상시키는장치를 말한다.

이와 같은 터보차저는 도 4에 도시한 바와 같이, 터보차저(112) 내에 길이방향으로 형성되는 터보 샤프트(Turbo shaft)(114) 양단에 회전날개의 형상이 서로 다른 터빈(116)과 컴프레서(118)를 설치하고, 터빈측 하우징(120)은 배기 다기관(122)에 연결되고, 컴프레서측 하우징(124)은 흡기 다기관(126)에 연결되는 구조로 이루어진다. 여기서 터빈측 하우징(120)에서 배출되는 배기개스는 배기관을 통해 촉매장치로 보내어지며, 컴프레서측 하우징(124)에는 공기정화기와 흡기관으로 연결되어 공기를 받아들이도록 되어 있다.

그리고 터보 샤프트(114)는 터보차저의 베어링 하우징에 베어링을 매개로 장착되며, 상기 베어링 하우징으로는 오일을 공급하여 베어링의 윤활을 돕도록 하고 있다.

엔진의 시동이 걸렸을 때 터보차저의 작동 과정을 살펴보면, 배기개스가 엔진의 배기 행정에서 배출되면서 터보 샤프트(114)의 일측단에 부착된 터빈(116)을 회전시키면 상기 터보 샤프트(114)의 반대측에 연결된 컴프레서(118)도 따라서 회전하게 되고, 상기 컴프레서(118)가 회전하면 컴프레서(118) 부근의 공기는 원심력을 받아 외곽으로 가속되어 컴프레서 하우징(124)으로 들어가며 압축되며, 압축된 공기는 컴프레서 하우징(124)에서 흡기 다기관(126)으로 공급된다.

이 과정에서 터보차저(112) 내의 터빈(116)은 배기개스에 직접 노출되어 터빈(116) 및 터보 샤프트(114)는 열부하를 많이 받게 되므로 터보 샤프트를 밀봉하고 있는 실(Seal)이 경화되거나 마모되기 쉽다.

한편 흡기관에는 P.C.V.(Positive Crankcase Ventilation)의 일환으로 실린더 헤드 커버에 설치된 다이어프램(diaphragm;134) 및 오일 세프레이터(Oil Separator;136)로부터 블리드 호스(Bleed Hose;138)를 통해 블로우 바이(Blow-by) 개스를 재순환시켜 연소실로 보내 연소시킴으로써 미연소 배기개스가 배출되는 것을 억제하도록 되어 있다. 다이어프램(134)은 순간적인 과다 부압에 의한 실(Seal) 류의 기능 상실을 막기 위해 사용하며, 오일 세프레이터(Oil Separator)는 블로우바이 개스에 포함된 미립의 오일 입자가 실린더 헤드로부터 빠져나가는 것을 막기 위한 것이다.

그런데 터보차저가 부착된 엔진은 터보가 공기를 강제 압송하게 되어 있으므로 터보차저에 부착된 흡기관 및 이에 호스로 연결된 실린더 헤드 커버 내에서는 터보차저가 부착되지 않은 엔진보다 압력이 낮아지게 된다.

따라서 실린더 헤드 위에 쌓인 오일은 흡기관에 매우 낮은 압력이 형성될 경우 흡기관으로 빨려 들어가게 된다.

이 때 기존의 오일 세프레이터는 실린더 헤드로부터 흡기관으로 유입되는 미립의 오일을 분리하기 위한 것이므로, 액상의 오일이 흡기관으로 유입되는 것을 방지하지 못하며, 이에 따라 실린더 헤드로부터 오일이 넘쳐 흡기관으로 흘러 들어가게 되는바, 이를 블로우 오버(Blow-over)라고 한다.

그런데 상기한 바와 같이 작동되는 터보차저에서는 베어링 하우징의 실(seal)이 경화, 마모 기타 원인으로 기능을 상실할 경우 베어링 하우징으로부터컴프레서 하우징으로 오일이 누유될 수 있고, 누유된 상기 오일은 흡기 다기관을 통해 실린더로 유입되어 연소될 수 있으므로 오일 소모가 증가하는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 실린더 헤드로부터 흡기관으로 오일이 블로우 오버될 경우 블로우 오버된 오일은 컴프레서 하우징으로 유입된 후에, 다시 흡기 다기관을 통해 실린더로 유입되어 연소하므로 오일 소모가 급격히 증가하는 문제가 있다.

또한 상기한 바와 같이 블로우 오버된 오일이 엔진 속의 연소실에 유입될 경우, 유체인 오일은 연소실의 압축 행정에서도 압축되지 않아 공기와 연료의 혼합개스의 압축비를 증가시키게 된다. 이 경우 연소실을 형성하는 부품들의 역학적 부담이 커져 엔진 베어링 또는 커넥팅 로드(connecting rod)등 엔진 부품들이 파손될 가능성이 커지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 터보차저에서 오일이 누유되거나, 흡기관을 통해 터보차저로 오일이 유입되더라도, 컴프레서 하우징으로부터 오일을 제거하도록 하여 오일이 엔진 내의 실린더로 유입되는 것을 방지하며, 누유 또는 유입된 오일의 양을 측정하여 일정량 이상이 되는 경우 엔진 경고등을 점등시켜 운전자 등에게 경보할 수 있는 터보차저의 유출 오일 처리 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 터보차저용 유출 오일 처리 시스템이 적용된 엔진의 개략도

도 2는 본 발명에 의한 터보차저용 유출 오일 처리 시스템의 단면도

도 3은 본 발명에 의한 터보차저용 유출 오일 처리 시스템에 사용되는 오일 저장 수단의 실시예를 나타내는 단면도

도 4는 종래 기술에 의한 터보차저가 부착된 엔진의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 터보차저 14 : 터보 샤프트

16 : 터빈 18 : 컴프레서

20 : 터빈 하우징 22 : 배기 다기관

24 : 컴프레서 하우징 26 : 흡기 다기관

28 : 베어링 어셈블리 30 : 오일 공급관

32 : 오일 배출관 34 : 다이어프램(diaphragm)

36 : 오일 세프레이터(Oil Separator) 38 : 블리드 호스 (Bleed Hose)

40 : 오일 분리판 42 : 오일 저장용기

44,46 : 오일 유입구, 오일 배출구 48 : 실린더

50 : 스프링 52 : 관통홀

54 : 피스톤 56 : 호스

58 : 분리판 60 : 도체뜨게

62 : 도체 금속 접점 64,66 : 전선

70 : 도체 금속 접점 72 : 도체뜨게

74,76 : 전선

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 터보차저의 컴프레서 하우징 하단에 오일 파이프를 설치하여, 컴프레서 하우징 하부로 유출되는 오일을 배출하도록 하고, 파이프는 오일팬으로 연결되어 배출된 오일이 오일팬으로 회수되도록 하며, 파이프 중간에 뜨게가 포함된 오일 저장 수단을 설치하여, 과다 오일이 배출될 경우 상기 뜨게가 상기 오일 저장 수단 내에 저장된 유면에 따라 움직여 오일 저장 수단 상면에 접촉할 경우 ECU에 전기적 신호를 보낼 수 있도록 되어 있는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저용 유출 오일 처리 시스템을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 도시한 것으로서, 도 1의 부호 12는 터보차저 전체를 지칭한다.

상기 터보차저(12)는 상술한 바와 같이, 엔진 내의 연소실에서 연소 후에 배출되는 배기개스의 에너지를 이용하여 배기 터빈을 돌리고, 이와 직결된 컴프레서로 공기를 압축한 뒤에 연소실에 압축 공기를 공급함으로써 엔진의 출력을 향상시키는 장치를 말한다.

이와 같은 터보차저는 도 1에 도시한 바와 같이, 터보 샤프트(14) 양단에 회전날개의 형상이 서로 다른 터빈(16)과 컴프레서(18)를 설치하여 터빈측 하우징(20)은 배기 다기관(22)에 연결하고, 컴프레서측 하우징(24)은 흡기 다기관(26)에 연결한다. 터빈측 하우징(20)에서 배출되는 배기개스는 배기관을 통해 촉매장치로 보내어지며, 컴프레서쪽 하우징(24)에는 공기정화기와 흡기관으로 연결되어 공기를 받아들이도록 되어있다.

상기와 같이 이루어지는 터보차저(12)에 있어서, 본 발명은 컴프레서 하우징(24)의 아래측으로 오일을 배출할 수 있는 배출수단(A)을 추가하여 컴프레서 하우징(24)에 오일이 유입되더라도 오일이 흡기 다기관(26)으로 배출되지 않고 컴프레서(18)에 의한 공기의 회전력에 의해 배출수단(A)으로 배출될 수 있도록 한다.

상기 배출수단(A)은 오일이 컴프레서 하우징(24) 벽면을 따라 흐를 때 배출구를 지나는 오일을 모두 배출하도록 하는 오일 분리판(B)과, 오일을 배출시킬 수 있는 관 형상의 오일 배출 파이프(C)와, 배출된 오일을 일정량만큼 저장할 수 있는 오일 저장수단(D)과, 엔진의 정지 또는 정상 작동에 따라서 상기 저장수단(D)으로부터 오일을 배출할 수 있는 밸브 기구(E)로 이루어진다.

상기 오일 분리판(B)는 오일이 컴프레서 하우징 벽면을 따라 흐를 때 배출구를 지나쳐 흡기 다기관으로 흘러가는 오일이 없도록 하는 기능을 할 수 있는 구조로 이루어지며, 도 2에 도시한 바와 같이, 컴프레서 하우징(24)의 내부로 돌출되어 형성된 판(40)으로 구성된다.

상기 저장수단(D)은 오일을 일정량만큼 저장할 수 있는 저장용기(42)와, 터보차저로부터 배출된 오일이 유입될 수 있는 유입구(44)와, 상기 저장용기에 저장된 오일을 배출할 수 있는 배출구(46)로 이루어진다.

상기 밸브기구(E)는 엔진의 정상 작동시에 밸브가 닫혀 상기 저장수단으로부터 오일이 유출되지 않도록 하며, 엔진의 정지시에는 밸브가 열려 상기 저장수단에 저장된 오일을 오일팬으로 회수할 수 있는 구조로 이루어진다.

상기 밸브기구(E)는, 도 2에 도시한 바와 같이 오일 배출 파이프의 중간에설치되는 관 형상의 실린더(48)와, 상기 실린더의 일측 내벽에 설치된 스프링(50)과, 상기 스프링에 연결되며 관통홀(52)이 있어 실린더 내의 위치에 따라 밸브 전후 파이프를 개폐할 수 있는 피스톤(54)과, 메인 갤러리에 연결되어 엔진이 정상 작동될 때 오일 유압을 전달받을 수 있는 호스(56)로 구성되는 밸브기구를 제공한다.

상기 저장수단(D)은 일정량 이상 오일이 쌓일 경우 ECU에 신호를 보내고 엔진 경고등을 점등시킬 수 있는 오일 유출 경고 수단(F)을 부가하여 사용될 수 있다.

상기 경고 수단(F)의 일예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 저장용기(42) 내에, 저장용기를 2분하며 2분된 저장용기 사이에 오일 소통이 가능하도록 구멍이 뚫린 분리판(58)과, 상기 분리판에 의해 구분된 1구분 내에서 오일의 유면에 따라서 움직이며 용기에 접촉하도록 된 속이 빈 도체뜨게(60)와, 저장용기의 윗면에 절연되어 부착되는 도체 금속 접점(62)과, 도체 금속 접점으로부터 ECU에 연결되는 전선(64)과, 저장용기로부터 ECU에 연결되는 전선(66)으로 구성되는 저장수단을 제공한다.

상기 경고 수단(F)의 또다른 예는 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 저장용기(42) 내에, 저장용기의 벽에 절연되어 부착되는 도체 금속 접점(70)과, 도체 금속 접점에 도체 막대로 연결된 속이 빈 도체뜨게(72)와, 도체 금속 접점과 ECU를 연결하는 전선(74)과, 저장용기와 ECU를 연결하는 전선(76)으로 구성되는 저장수단을 제공한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 터보차저의 유출 오일 처리 시스템의 작동 과정을 도 2를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

시동이 걸리지 않은 경우에는 메인 갤러리에 오일 압력이 형성되지 않아 오일 저장 수단(D) 아래의 밸브 장치(E)는 스프링(50)이 이완되어 열려있는 상태가 된다.

시동이 걸리면 메인 갤러리에 오일 압력이 형성되어 오일 저장 수단(D) 아래의 밸브 장치(E)가 닫히게 된다.

컴프레서측 하우징(24)에 유입되는 오일은 컴프레서(18)의 회전으로 공기가 원심력을 받아 하우징(24) 바깥면으로 밀려 회전할 때, 유입된 오일도 따라서 하우징 벽면을 따라 흐르게 된다.

흐르던 오일은 오일 배출 파이프(C)를 통해 배출되며, 배출된 오일은 밸브 장치(E)에 의해 닫혀있는 오일 저장 수단(D)에 모이게 된다.

상기 오일 저장 수단(D)에 유입되는 오일이 소량인 경우 주행을 마치고 시동을 껐을 때 오일 저장 수단(D) 아래의 밸브 장치(E)가 열려 오일은 오일팬으로 회수된다.

상기 오일 저장 수단(D)에 유입되는 오일이 다량인 경우 상기 오일 저장 수단(D)에 쌓이는 오일의 유면에 따라서 뜨게(60)의 위치가 높아지며, 일정량 이상 오일이 쌓이게 되면 뜨게의 윗면이 저장용기(42)에 접촉하여 접점이 온(ON)된다.

접점이 온(ON)되는 경우 경고등이 점등되며, ECU에서는 엔진 이상을 감지하여 엔진 회전수를 낮추게 된다.

접점이 온(ON)된 경우라도 오일이 흡기 다기관으로 유입되어 실린더 내에서 연소되어도 주행은 가능하며, 시동을 끈 경우에는 밸브기구가 열려 저장수단에 저장된 오일은 오일팬으로 회수된다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 의한 터보차저용 유출 오일 처리 시스템은 터보차저의 컴프레서 하우징으로 유입되는 오일이 흡기 다기관을 통해 실린더 내로 들어가 연소하는 것을 방지하여 줌으로써 오일의 과다 소모를 방지하며, 오일이 연소실에 유입된 채로 압축되어 연소됨으로써 피스톤 및 커넥팅 로드가 손상되는 것을 방지한다.

또한 컴프레서 하우징으로 유입되는 오일의 양이 일정량 이상이 되는 경우 엔진 경고등을 점등시켜 운전자에게 경고하여줌으로써 조기에 이상을 정비하여 엔진의 손상을 방지할 수 있으며, 엔진의 수명을 증대시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 엔진 내의 연소실에서 연소 후에 배출되는 배기개스의 에너지를 이용하여 회전하는 터빈과, 상기 터빈에 터보 샤프트에 의해 연결되어 터빈의 회전에 연동하여 회전하도록 된 컴프레서와, 상기 컴프레서를 둘러싸며 그 일측으로는 흡기관이 연결되고 다른 일측으로는 흡기 다기관이 연결되는 컴프레서 하우징을 포함하는 터보차저에 있어서,

   오일이 컴프레서 하우징 벽면을 따라 흐를 때 배출구를 지나는 오일을 배출하는 오일 분리판과;

   상기 컴프레서 하우징의 하면에 형성된 오일 배출구와;

   상기 오일 배출구를 통해 배출되는 오일을 저장하는 저장수단과;

   엔진의 정지 또는 정상 작동에 따라서 선택적으로 상기 저장수단으로부터 오일을 배출하는 밸브 장치;

   를 포함하여 이루어지는 터보차저의 유출 오일 처리 시스템
2. 제1항에 있어서,

   상기 오일 저장수단은,

   오일을 일정량만큼 저장할 수 있는 저장용기와;

   터보차저로부터 배출된 오일이 유입되는 유입구와;

   상기 저장용기에 저장된 오일을 배출하는 배출구;

   를 포함하여 이루어지는 터보차저의 유출 오일 처리 시스템
3. 제1항에 있어서,

   상기 밸브 장치는

   오일 저장수단의 하단에 설치되는 관 형상의 실린더와;

   실린더의 내벽에 설치되는 스프링과;

   실린더 내의 위치에 따라 밸브 전후 파이프를 개폐하는 피스톤;

   을 포함하여 이루어지는 터보차저용 유출 오일 처리 시스템
4. 제2항에 있어서

   상기 오일 저장용기는

   저장용기에 연결되며 저장된 오일의 유면에 다라 상하로 움직이는 도체뜨게와;

   상기 도체뜨게 상단의 저장용기에 설치되어 도체뜨게와 접촉할 때 온(ON)되는 접점 단자와;

   접점 단자와 ECU를 연결하는 전선상에 설치되어 상기 접점 단자가 온(ON)될 때 점등되는 경고등;

   을 포함하여 이루어지는 터보차저의 유출 오일 처리 시스템
5. 제2항에 있어서

   상기 오일 저장용기는

   저장용기의 일벽에 절연되어 설치되는 도체 금속 접점과;

   상기 도체 금속 접점에 연결되며 저당된 오일의 유면에 따라 상하로 움직이는 뜨게와;

   저장용기와 ECU를 연결하는 전산 상에 설치되어 뜨게가 저장용기에 접촉할 때 점등되는 경고등;

   을 포함하여 이루어지는 터보차저의 유출 오일 처리 시스템