KR100373256B1 - 차량엔진의과급기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 엔진의 과급기에 관한 것으로, 종래 슈퍼차저는 엔진의 구동력을 전달받음에 있어서 풀리벨트로 전달받는바, 엔진의 고속구간에서 과급효과가 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 터보차저는 배기가스의 흐름을 이용하는바, 중저속구간에서 상기 배기가스의 흐름만으로는 터빈을 충분히 구동시키지 못하고 따라서, 동일축으로 결합된 블로어 역시 실린더에 충분한 과급을 시키지 못하는 문제점이 있었다.

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

이에 본 발명은 예시도면 도 3 및 도 4 에서와 같이 터보차저(10)를 기본으로 하고 풀리(20)를 사용하여 엔진의 구동력을 터보차저의 보조 구동력으로 사용하되, 속도감응형 클러치(14)를 풀리(20)와 터보차저(10)의 회전축(12) 사이에 설치하여 저속구간에서만 엔진의 구동력를 터보차저의 보조동력으로 사용케 한 것이다.

따라서, 본 발명은 수퍼차저와 터보차저의 장점을 서로 보완하여 엔진회전수 전영역에서 우수한 과급효과를 기대할 수 있고 구조가 간단하여 차량에 용이하게 장착할 수 있는 것이다.

Description

차량엔진의 과급기

본 발명은 차량 엔진의 과급기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보차저의 회전축을 크랭크축의 풀리와 결합시키되, 상기 풀리와 회전축은 엔진의 저회전에서 접속되도록 속도감응형 클러치로 결합된 차량엔진의 과급기에 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 증가시키먼 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.

이러한 과급은 컴프레셔를 통해 흡기포트로 공기를 송압하며, 상기 컴프레셔의 구동 수단으로서 엔진의 구동력을 이용한 것과, 고온고압의 배기가스 에너지를 이용한 것이 있으며, 통상적으로 전자를 슈퍼차저, 후자를 터보차저라 부르고 있다. 여기서, 슈퍼차저는 에어컴프레셔의 종류에 따라 후크식, 나선형식, 베인식 등 여러가지로 분류되며, 상술된 바와 같이 상기 에어컴프레셔의 구동수단으로 엔진의 구동력을 이용하기 위해, 상기 에어컴프레셔의 구동축은 엔진의 크랭크축과 풀리벨트로 결합되어 있다.

예시도면 도 1 은 상기 과급기중 터보차저를 나타낸 부분절개 사시도와 개요도로서, 그 구조는 도시된 바와 같이 터빈(2)과 컴프레셔의 블로어(3)가 회전자로서 동일한 회전축(4)의 양단에 장치되며, 각각 터빈케이스, 블로어케이스, 베어링 케이스안에 내장되어 있다.

따라서, 엔진의 배기가스는 터빈케이스로 들어가 터빈(2)을 회전시키고 터빈(2)과 회전축(4)으로 결합된 블로어(3)도 동시에 구동되어 실린더(5)로 과급되는 것이다.

이러한 터보차저(1)는 배기가스에 의존함으로 배기가스의 양이 증가하면 터빈의 회전수가 높아지고, 동시에 블로어의 회전수가 높아져 더욱 많은 공기를 실린더로 공급하게 된다.

상술된 바와 같이 과급기는 슈퍼차저와 터보차저(1)로 크게 구분될 수 있고 슈퍼차저는 엔진의 구동력을 터보차저는 배기가스의 유동을 그 구동수단으로 하고 있다.

그러나, 상기 슈퍼차저는 엔진의 구동력을 전달받음에 있어서 풀리벨트로 전달받는바, 엔진의 고속구간에서 과급효과가 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 상기 터보차저(1)는 배기가스의 흐름을 이용하는바, 중저속구간에서 상기 배기가스의 흐름만으로는 터빈(2)을 충분히 구동시키지 못하고 따라서, 동일축으로 결합된 블로어(3) 역시 실린더(5)에 충분한 과급을 시키지 못하는 문제점이 있었다.

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

물론 종래에도 이러한 터보차저와 슈퍼차저의 결점을 보완하기 위하여 여러가지 형식의 과급기가 발명되었으며, 예시도면 도 2는 그 일례를 나타내고 있다.

도시된 것은 Complex사가 개발한 프레셔 웨이브 슈퍼차저라는 배기압력파를 이용한 특수 과급기로서, 회전하는 로터(6)안의 슬리트모양을 한 공간에 배기 압력파를 도입하고 다른쪽 말단에서 흡입한 외기를 압축해서 밀어내는 구조로 되어 있어, 저속 토크, 가속응답성도 양호하여 자동차용 과급기로서 우수한 특성을 갖추고 있다.

그러나, 상기 프레셔 웨이브 슈퍼차저는 구조가 복잡하고 고도의 정밀이 요구되는 로터(6)의 제조법 등 개량하여 할 다수의 문제점을 지니고 있으며, 상당히 고가여서 대중적인 차량에 장착하기에는 무리가 있었다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 엔진 회전속도의 전 영역에 걸쳐서 우수한 과급효과를 유지할 뿐만 아니라, 구조가 간단하여 비교적 저가로 생산이 가능하면서도 우수한 과급효과를 갖는 차량 엔진의 과급기를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 터보차저를 기본으로 하고 풀리를 사용하여 엔진의 구동력을 터보차저의 보조 구동력으로 사용하되, 속도 감응형 클러치를 풀리와 터보차저의 회전축 사이에 설치하여 저속구간에서만 엔진의 구동력를 터보차저의 보조동력으로 사용케 한 것이다.

따라서, 본 발명은 수퍼차저와 터보차저의 장점을 서로 보완하여 엔진회전수 전영역에서 우수한 과급효과를 기대할 수 있고 구조가 간단하여 차량에 용이하게 장착할 수 있는 것이다.

도 1의 (가)는 터보차저를 설명하기 위한 엔진과급의 개요도, (나)는 종래 터보차저를 설명하기 위한 부분절개사시도.

도 2는 종래 과급기의 일례를 설명하기 위한 엔진과급의 개요도.

도 3은 본 발명에 따른 과급기를 나타낸 개요도.

도 4의 (가)는 본 발명에 따른 과급기의 기계식 속도감응형 클러치를 설명하기 위한 개요도, (나)는 본 발명에 따른 과급기의 전자식 속도감응형 클러치를 설명하기 위한 개요도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 터보차저 12 : 회전축

14 : 속도감응형 클러치 16 : 출력축

18 : 입력축 20 : 풀리

22 : 클러치세그먼트 24 : 클러치드럼

26 : 압축스프링 28 : 전자클러치

30 : 컨트롤유니트 32 : 엔진회전수센서

이하 본 발명의 구성 및 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 터보차저(10)의 회전축(12)이 저회전에서 접속되는 속도 감응형 클러치(14)의 출력축(16)과 결합되고, 상기 속도 감응형 클러치(14)의 입력축(18)은 크랭크 축의 동력을 전달받는 풀리(20)와 결합된 구조인 차량 엔진의 과급기이다.

예시도면 도 3은 본 발명에 따른 과급기의 장착 및 작동개요를 나타낸 도면으로서, 본 발명은 엔진 회전수의 구간을 저속과 고속영역으로 구분하여 과급기의 동력원에 차별을 두었다.

즉, 도시된 바와같이 터보차저(10)를 기본으로 하고, 상기 터보차저(10)의 회전축(12)이 엔진 회전수가 저속구간일 때 크랭크 축으로 부터 터보차저(10)의 동력으로 전달 받을 수 있도록 한 것이다.

따라서, 저속구간일때 터보차저는 배기가스의 유동힘과 엔진의 구동력 모두를 동력원으로 하며, 상기 엔진의 구동력은 모자라는 배기가스의 유동힘을 보충하여 주는 것이다.

이를 위해 엔진 크랭크 축의 동력을 전달하는 풀리(20)가 형성되고, 상기 풀리(20)로부터의 동력을 엔진 회전수가 저속일 때 터보차저의 회전축에 전달하는 속도감응형 클러치(14)가 형성되었다.

상기 속도 감응형 클러치(14)는 기계식과 전자식 2가지로 분류할 수 있으며, 본 발명에는 어느 것을 적용하여도 무방하다.

이를 좀더 상세히 설명하기 위한 예시도면 도 4는 상기 속도 감응형 클러치를 나타낸 개요도로서, 도 4 (가)는 기계식으로, 클러치 세그먼트(22) 내면에 클러치 드럼(24)이 위치하여 입력축은 풀리로 부터 동력을 전달받고, 출력축은 클러치 드럼(24)에 결합되어 전술된 터보 차저의 회전축에 결합되어 있다.

이때, 엔진이 저속으로 회전되고 있으면, 클러치 세그먼트(22)는 압축 스프링(26)에 의해 클러치 드럼(24)과 압착되어 풀리로 부터의 동력을 터보차저의 입력측으로 전달하고, 엔진이 고속으로 회전되면 클러치 세그먼트(22)는 압축스프링(26)의 탄성력에도 불구하고 원심력에 의해 밖으로 벌어지면서 크랭크 축으로 부터의 동력을 단락시키게 되는 것이다.

따라서, 엔진 회전수에 따라 크랭크축의 동력을 단속하여 저속에서는 크랭크 축의 동력과 배기가스의 유동힘을 터보차저의 동력원으로 모두 사용하고, 고속에서는 배기가스의 힘만을 사용하는 것이다.

도 3 (나)는 전자식 속도 감응형 클러치로, 일반적인 전자 클러치(28)와 상기 전자 클러치의 단속을 제어하는 컨트롤 유니트(30)로 구성되며 상기컨트롤 유니트(30)는 엔진 회전수 센서(32)로부터 회전수를감지하고,저속과 고속을 판단하며, 이에 따라 전자 클러치(28)로의 통전을 제어하여 풀리와 회전축을 단속하게 된다.

여기서, 상기 컨트롤 유니트(30)는 엔진의 통체적인 제어를 수행하는 ECU (Electronic Control Unit)를 활용하고, 상기 엔진회전수 센서(32) 역시 상기 ECU에 연결된 기존의 것을 활용할 수 있다.

따라서, 본 발명은 터보차저(10)를 기본으로, 구조가 간단한 풀리와 속도 감응형 클러치를 응용하여 저속구간에서도 과급이 뛰어난 슈퍼차저의 장점을 부가한것이다.

상기한 바와 같이 본 발명에 의한 차량 엔진의 과급기는, 터보차저를 기본으로 하고 풀리를 사용하여 엔진의 구동력을 터보차저의 보조 구동력으로 사용함으로써, 엔진 회전속도의 전 영역에 걸쳐서 과급효과가 우수할 뿐만 아니라, 구조가 간단하여 비교적 저가로 생산이 가능하며, 결과적으로 차량의 성능 및 상품성을 향상시키는 효과를 제공한다.

Claims (1)

1. 터보차저(10)의 회전축(12)이 저회전에서 접속되는 속도 감응형 클러치(14)의 출력축(16)과 결합되고, 상기 속도 감응형 클러치(14)의 입력축(18)은 크랭크 축의 동력을 전달받는 풀리(20)와 결합된 구조인 차량 엔진의 과급기.