KR100588559B1

KR100588559B1 - 터보 차져 시스템

Info

Publication number: KR100588559B1
Application number: KR1020030070584A
Authority: KR
Inventors: 이상윤
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2006-06-13
Also published as: KR20050034868A

Abstract

엔진이 설정속도 이하의 저속영역에서 배기압이 일정압 이하로 낮은 경우, 터보 차져의 터빈측으로 배기압을 공급하는 배기관로의 단면적을 가변하여 터빈측으로 공급되는 배기가스의 유속을 높여 터빈의 회전속도를 임의로 상승시킬 수 있도록; 터보 차져의 터빈이 배기 매니폴드로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 연결되고, 터보 차져의 블로어는 에어 클러너로부터 신기를 흡입하여 인터쿨러를 거쳐 엔진에 신기를 공급하도록 흡기 매니폴드와 연결되며, 상기 터빈측으로 공급되는 배기가스를 배출하기 위한 배기관로와, 상기 신기를 흡입하기 위하여 에어 클리너와 연결되는 흡기관로를 구성하며, 상기 배기관로의 입구측에는 여분의 배기가스를 배출하기 위한 바이패스 포트를 구성하여 이 바이패스 포트를 개폐시킬 수 있도록 웨스트 게이트 밸브를 구비하며, 상기 인터쿨러의 일측과 흡기관로의 일측 연결하는 바이패스 관로 상에는 에어 바이패스 밸브를 구비하여 엔진에 과급압을 공급하는 터보 차져 시스템에서, 상기 배기관로와 상기 터보 차쳐의 터빈 입구측에는 ECU의 제어신호에 따라 링크 작동하여 배기통로의 내부 단면적을 가변하여 터빈 입구측으로 공급되는 배기가스의 유속을 증감시키는 유속가변수단을 포함하여 이루어지는 터보 차져 시스템을 제공한다.

터보 차져, 터빈, 플런저, 유속

Description

터보 차져 시스템{TURBO-CHARGER SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 구성도이다.

도 2와 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 작동 전 상태도이다.

도 3은 도 2의 A 부분의 확대도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터보 차져 시스템의 작동 후 상태도이다.

도 5는 종래 기술에 따른 터보 차져 시스템의 구성도이다.

본 발명은 터보 차져 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진이 설정속도 이하의 저속영역에서 배기압이 일정압 이하로 낮은 경우, 터보 차져의 터빈측으로 배기압을 공급하는 배기관로의 단면적을 가변하여 터빈의 회전속도를 임의로 상승시킬 수 있도록 하는 터보 차져 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진에는 흡입되는 공기의 충진 효율을 증대시키기 위하여 배기가스에 의하여 작동되어 흡기를 과급시키도록, 엔진의 배기 매니폴드 측에 설치되는 터빈과, 엔진의 흡기 매니폴드 측에 설치되는 블로어를 회전축으로 연결하고, 이 회전축을 저널 베어링으로 지지하는 구조의 터보 차져를 이용하여 터보 차 져 시스템을 적용하고 있다.

도 5는 종래 기술에 따른 터보 차져 시스템의 구성도로서, 종래 터보 차져 시스템은, 터빈(101)과 블로어(103)로 구성되는 터보 차져(105)는 상기 터빈(101)이 엔진(107)의 배기 매니폴드(109)로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 연결되고, 상기 블로어(103)는 에어 클러너(111)로부터 신기를 흡입하여 인터쿨러(113)를 통하여 엔진(107)에 신기를 공급하기 위하여 흡기 매니폴드(115)와 연결된다.

그리고 상기 터빈(101)측으로 공급되는 배기가스를 배출하기 위한 배기관로(117)와, 상기 신기를 흡입하기 위하여 에어 클리너(111)와 연결되는 흡기관로(119)가 구성된다.

따라서 엔진(107)의 배기가스 배출압에 의해 상기 터보 차져(105)의 터빈(101)이 회전하면, 이와 회전축(121)을 통하여 연결된 블로어(103)가 회전하면서 에어 클리너(111)로부터 신기를 공급받아 인터쿨러를 거치도록 하여 흡기 매니폴드(115)로 압축 냉각 공기를 과급하도록 이루어진다.

여기서, 상기 터보 차져 시스템의 안전장치로, 상기 터빈(101)을 회전시킨 후, 배기관로(117)를 통하여 배기가스를 배출하는 상기 배기관로(117)의 입구측에는 여분의 배기가스를 배출하기 위한 바이패스 포트(123)를 구성하여 상기 블로어(103) 출구측에 걸리는 과급압이 설정압 이상일 경우, 상기 바이패스 포트(123)를 개방시켜 터빈(101)의 출력을 조정할 수 있도록 웨스트 게이트 밸브(125)를 구성한다.

또한, 상기 인터쿨러(113)의 일측과, 상기 흡기관로(119)의 일측을 연결하는 바이패스 관로(127)를 구성하고, 상기 바이패스 관로(127) 상에는 상기 블로어(103) 출구측에 걸리는 과급압이 설정압 이상일 경우, 인터쿨러(113)로 공급되는 신기를 상기 흡기관로(119)로 리턴시켜 상기 과급압을 조정하기 위한 에어 바이패스 밸브(129)를 구성한다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 터보 차져 시스템에 의하면, 엔진의 회전수가 설정속도 이하의 저속영역 일 때에는 배기압이 낮아 터보 차져에서 효과적인 압축공기의 생성을 이루지 못하며, 이러한 상태로 원하는 압축공기의 생성을 위해서는 엔진 회전수의 증가로 배기가스의 압력이 설정압 이상으로 형성되어야만 하는 등, 엔진의 설정속도 이하의 저속영역에는 고출력을 실현하기 어렵다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진이 설정속도 이하의 저속영역에서 배기압이 일정압 이하로 낮은 경우, 터보 차져의 터빈측으로 배기압을 공급하는 배기관로의 단면적을 가변하여 터빈측으로 공급되는 배기가스의 유속을 높여 터빈의 회전속도를 임의로 상승시킬 수 있도록 함으로써, 엔진의 가속력을 증대하고, 그 효율을 높일 수 있도록 하는 터보 차져 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 터보 차져 시스템은, 터보 차져의 터빈이 배기 매니폴드로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 연결 되고, 터보 차져의 블로어는 에어 클러너로부터 신기를 흡입하여 인터쿨러를 거쳐 엔진에 신기를 공급하도록 흡기 매니폴드와 연결되며, 상기 터빈측으로 공급되는 배기가스를 배출하기 위한 배기관로와, 상기 신기를 흡입하기 위하여 에어 클리너와 연결되는 흡기관로를 구성하며, 상기 배기관로의 입구측에는 여분의 배기가스를 배출하기 위한 바이패스 포트를 구성하여 이 바이패스 포트를 개폐시킬 수 있도록 웨스트 게이트 밸브를 구비하며, 상기 인터쿨러의 일측과 흡기관로의 일측 연결하는 바이패스 관로 상에는 에어 바이패스 밸브를 구비하여 엔진에 과급압을 공급하는 터보 차져 시스템에서, 상기 배기관로와 상기 터보 차쳐의 터빈 입구측에는 ECU의 제어신호에 따라 링크 작동하여 배기통로의 내부 단면적을 가변하여 터빈 입구측으로 공급되는 배기가스의 유속을 증감시키는 유속가변수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며,

상기 유속가변수단은 상기 배기관로와 상기 터보 차져의 터빈 입구측 사이에 구성되어 상기 터빈 입구측으로 직경이 좁아지도록 배기통로를 형성하는 테이퍼형 배기 하우징; 상기 테이퍼형 배기 하우징의 내부 중심에 배치되어 일단이 연결 플랜지를 통하여 상기 테이퍼형 배기 하우징과 상기 배기관로 사이에 체결되는 스테이 샤프트; 상기 테이퍼형 배기 하우징의 내부에서, 상기 스테이 샤프트 상에 슬라이드 가능하게 끼워져 테이퍼형 배기 하우징과의 사이에 배기통로를 형성하는 플런저; 상기 테이퍼형 배기 하우징의 일측에 일측이 힌지부로 체결되고, 일단은 상기 테이퍼형 배기 하우징의 내부에서 상기 플런저와 가변 연결부를 통하여 연결되는 링크바아; 및 상기 테이퍼형 배기 하우징의 외부 고정체에 후단이 힌지로 체결되 고, 그 작동로드의 선단은 상기 링크바아의 타단과 힌지로 연결되어 상기 ECU의 제어신호에 따라 상기 링크바아를 그 힌지부를 중심으로 회전 작동시키는 전후진 엑츄에이터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 터보 차져 시스템의 구성도로서, 본 발명에 따른 터보 차져 시스템의 구성은 터빈(1)과 블로어(3)로 구성되는 터보 차져(5)는 상기 터빈(1)이 엔진(7)의 배기 매니폴드(9)로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 연결되고, 상기 블로어(3)는 에어 클러너(11)로부터 신기를 흡입하여 인터쿨러(13)를 통하여 엔진(7)에 신기를 공급하기 위하여 흡기 매니폴드(15)와 연결된다.

그리고 상기 터빈(1)측으로 공급되는 배기가스를 배출하기 위한 배출관로(17)와, 상기 신기를 흡입하기 위하여 에어 클리너(11)와 연결되는 흡입관로(19)가 구성된다.

따라서 엔진(7)의 배기가스 배출압에 의해 상기 터보 차져(5)의 터빈(1)이 회전하면, 이와 회전축(21)을 통하여 연결된 블로어(3)가 회전하면서 에어 클리너(11)로부터 신기를 공급받아 인터쿨러(13)를 거치도록 하여 흡기 매니폴드(15)로 압축 냉각 공기를 과급하도록 이루어진다.

이러한 터보 차져 시스템의 안전장치로, 상기 터빈(1)을 회전시킨 후, 배기관로(17)를 통하여 배기가스를 배출하는 상기 배기관로(17)의 입구측에는 여분의 배기가스를 배출하기 위한 바이패스 포트(23)를 구성하여 상기 블로어(3) 출구측에 걸리는 과급압이 설정압 이상일 경우, 상기 바이패스 포트(23)를 개방시켜 터빈(1)의 출력을 조정할 수 있도록 웨스트 게이트 밸브(25)를 구성한다.

또한, 상기 인터쿨러(13)의 일측과, 상기 흡기관로(19)의 일측을 연결하는 바이패스 관로(27)를 구성하고, 상기 바이패스 관로(27) 상에는 상기 블로어(3) 출구측에 걸리는 과급압이 설정압 이상일 경우, 인터쿨러(13)로 공급되는 신기를 상기 흡기관로(19)로 리턴시켜 상기 과급압을 조정하기 위한 에어 바이패스 밸브(29)를 구성한다.

이러한 터보 차져 시스템에서, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명은 엔진(7)의 운전조건에 따른 엔진제어유닛(30;ECU)의 제어신호를 수신하는 별도의 듀티 제어부를 두고, 이 듀티 제어부에 의해 상기 웨스트 게이트 밸브(25)와 에어 바이패스 밸브(29)를 듀티 제어하게 된다.

이러한 구성의 터보 차져 시스템에서, 상기 배기관로(17)와 상기 터보 차쳐(5)의 터빈(1) 입구측에는 상기 엔진제어유닛(30;ECU)의 제어신호에 따라 링크 작동하여 배기통로의 내부 단면적을 가변하여 터빈(1) 입구측으로 공급되는 배기가스의 유속을 증감시키는 유속가변수단을 구성하는데, 상기 유속가변수단의 구성은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 배기관로(17)와 상기 터보 차져(5)의 터빈(1) 입구측 사이에 테이퍼형 배기 하우징(31)이 구성되는데, 이 테이퍼형 배기 하우징(31)은 상기 터빈(1) 입구측으로 직경이 좁아지도록 배기통로를 형성하여 이루어진다.

상기 테이퍼형 배기 하우징(31)의 내부 중심에는 스테이 샤프트(33)가 배치 되어 그 일단이 연결 플랜지(35)를 통하여 상기 테이퍼형 배기 하우징(31)과 상기 배기관로(17) 사이에 체결된다.

상기 테이퍼형 배기 하우징(31)의 내부에서, 상기 스테이 샤프트(33) 상에는 플런저(37)가 슬라이드 가능하게 끼워져 테이퍼형 배기 하우징(31)과의 사이에 배기통로를 형성한다.

여기서, 상기 스테이 샤프트(33)의 선단에는 스톱퍼(45)가 일체로 형성되어 이루어지며, 상기 플런저(37)는 상기 테이퍼형 배기 하우징(31)의 테이퍼 각과 동일한 각도로 테이퍼지게 형성되어 이루어진다.

상기 테이퍼형 배기 하우징(31)의 일측에는 링크바아(41)가 일측을 통하여 힌지부(39)로 체결되고, 그 일단은 상기 테이퍼형 배기 하우징(31)의 내부에서 상기 플런저(37)와 가변 연결부(43)를 통하여 연결된다.

여기서, 상기 링크바아(41)의 일측이 상기 테이퍼형 배기 하우징(31)의 일측에 체결되는 힌지부(43)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 링크바아(41)의 일측에 원형의 회전링(47)이 일체로 형성되고, 상기 회전링(47)이 테이퍼형 배기 하우징(31)의 일측에 형성되는 장착부(49) 내에 일부분이 접촉한 상태로 힌지핀(51)으로 체결되어 기밀을 유지하도록 구성된다.

또한, 상기 링크바아(41)의 일단과 상기 플런저(37)를 연결되는 가변 연결부(43)는 상기 플런저(37)의 일측에 공간부(53)를 형성하고, 상기 공간부(53) 내에는 슬롯(55)이 형성된 상기 링크바아(41)의 일단부가 배치되어 상기 슬롯(55)을 통하여 힌지핀(57)으로 플런저(37)에 체결되어 상기 링크바아(41)의 회전에 따 른 변위를 흡수할 수 있도록 이루어진다.

그리고 상기 테이퍼형 배기 하우징(31)의 외부에 구성되는 고정체(59) 상에는 전후진 엑츄에이터(61)가 그 후단이 힌지로 체결되고, 그 작동로드(63)의 선단은 상기 링크바아(41)의 타단과 힌지(65)로 연결되어 상기 엔진제어유닛(30;ECU)의 제어신호에 따라 상기 링크바아(41)를 그 힌지부(39)를 중심으로 회전 작동시키도록 구성된다.

즉, 상기 엔진제어유닛(30;ECU)는 엔진 회전수 센서(67)와 엔진 토크 센서(69)로부터 검출되는 검출신호에 따라 엔진 회전수와 엔진의 부하를 설정값과 비교 판단하여 상기 전후진 엑츄에이터(61)를 전후진 구동하도록 제어신호를 출력하도록 제어로직을 맵화하여 설정된다.

따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 터보 차져 시스템의 작동은, 상기 전후진 엑츄에이터(61)가, 도 2에서 도시한 바와 같이, 전진 구동한 상태로 상기 플런저(37)를 테이퍼형 배기 하우징(31)의 후방으로 밀어둔 상태에서, 엔진(7)의 배기가스 배출압에 의해 상기 터보 차져(5)의 터빈(1)이 회전하면, 이와 회전축(21)을 통하여 연결된 블로어(3)가 회전하면서 에어 클리너(11)로부터 신기를 공급받아 인터쿨러(13)를 거치도록 하여 흡기 매니폴드(15)로 압축 냉각 공기를 과급하도록 이루어진다.

이 때, 상기 엔진제어유닛(30)은 엔진 회전수 센서(67) 혹은 엔진 토크 센서(69)로부터 검출된 검출신호에 따라 엔진의 회전수가 설정속도(약 1500rpm) 이하의 저속영역이거나, 엔진(7)의 부하가 임의의 설정값보다 큰 것으로 판단하면, 엔진제어유닛(30)은 상기 전후진 엑츄에이터(61)를 제어하여, 도 4에서 도시한 바와 같이, 후진 구동시키게 되며, 이에 상기 플런저(37)를 테이퍼형 배기 하우징(31)의 전방으로 스테이 샤프트(33)를 따라 슬라이드 이동된다.

그러면, 상기 플런저(37)는 테이퍼형 배기 하우징(31)의 내부에서, 테이퍼형 배기 하우징과(31)의 사이에 형성되는 배기통로의 내부 단면적을 작게하여 터빈(1) 입구측으로 공급되는 배기가스의 유속을 증가시키게 된다.

이에 따라, 상기 터보 차져(5)의 터빈(1)은 그 회전수가 증가되며, 블로어(3)에서는 압축공기의 생성 및 공급을 원활하게 이루어 엔진(7)의 가속력을 증대시키게 됨으로, 엔진의 설정속도 이하의 저속영역에서도 고출력을 실현할 수 있는 등, 상기 터빈(1)의 출력을 정밀하게 조정할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터보 차져 시스템에 의하면, 엔진이 설정속도 이하의 저속영역, 높은 부하로 배기압이 일정압 이하로 낮은 경우, 터보 차져의 터빈측으로 배기압을 공급하는 배기관로의 단면적을 플런저를 통하여 가변하여 터빈측으로 공급되는 배기가스의 유속을 높여 터빈의 회전속도를 임의로 상승시킬 수 있도록 함으로써, 엔진의 가속력을 증대하고, 그 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims

삭제
터보 차져의 터빈이 배기 매니폴드로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 연결되고, 터보 차져의 블로어는 에어 클러너로부터 신기를 흡입하여 인터쿨러를 거쳐 엔진에 신기를 공급하도록 흡기 매니폴드와 연결되며, 상기 터빈측으로 공급되는 배기가스를 배출하기 위한 배기관로와, 상기 신기를 흡입하기 위하여 에어 클리너와 연결되는 흡기관로를 구성하며, 상기 배기관로의 입구측에는 여분의 배기가스를 배출하기 위한 바이패스 포트를 구성하여 이 바이패스 포트를 개폐시킬 수 있도록 웨스트 게이트 밸브를 구비하며, 상기 인터쿨러의 일측과 흡기관로의 일측 연결하는 바이패스 관로 상에는 에어 바이패스 밸브를 구비하며, 상기 배기관로와 상기 터보 차쳐의 터빈 입구측에는 엔진제어유닛(ECU)의 제어신호에 따라 링크 작동하여 배기통로의 내부 단면적을 가변하여 터빈 입구측으로 공급되는 배기가스의 유속을 증감시키는 유속가변수단을 포함하는 터보 차져 시스템에 있어서,

상기 유속가변수단은

상기 배기관로와 상기 터보 차져의 터빈 입구측 사이에 구성되어 상기 터빈 입구측으로 직경이 좁아지도록 배기통로를 형성하는 테이퍼형 배기 하우징;

상기 테이퍼형 배기 하우징의 내부 중심에 배치되어 일단이 연결 플랜지를 통하여 상기 테이퍼형 배기 하우징과 상기 배기관로 사이에 체결되는 스테이 샤프트;

상기 테이퍼형 배기 하우징의 내부에서, 상기 스테이 샤프트 상에 슬라이드 가능하게 끼워져 테이퍼형 배기 하우징과의 사이에 배기통로를 형성하는 플런저;

상기 테이퍼형 배기 하우징의 일측에 일측이 힌지부로 체결되고, 일단은 상기 테이퍼형 배기 하우징의 내부에서 상기 플런저와 가변 연결부를 통하여 연결되는 링크바아; 및

상기 테이퍼형 배기 하우징의 외부 고정체에 후단이 힌지로 체결되고, 그 작동로드의 선단은 상기 링크바아의 타단과 힌지로 연결되어 상기 엔진제어유닛(ECU)의 제어신호에 따라 상기 링크바아를 그 힌지부를 중심으로 회전 작동시키는 전후진 엑츄에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보 차져 시스템.
삭제
청구항 2에 있어서, 상기 엔진제어유닛(ECU)은

엔진 회전수 센서와 엔진 토크 센서로부터 검출되는 검출신호에 따라 엔진 회전수와 엔진의 부하가 설정값과 비교 판단하여 상기 전후진 엑츄에이터를 전후진 구동하도록 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 터보 차져 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 스테이 샤프트의 선단에는

스톱퍼가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 차져 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 플런저는

상기 테이퍼형 배기 하우징의 테이퍼 각과 동일한 각도로 테이퍼지게 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 차져 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 링크바아의 일측이 상기 테이퍼형 배기 하우징의 일측에 체결되는 힌지부는,

상기 링크바아의 일측에 원형의 회전링이 일체로 형성되고, 상기 회전링이 테이퍼형 배기 하우징의 일측에 형성되는 장착부 내에 일부분이 접촉한 상태로 힌지핀으로 체결되어 기밀을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼형 배기 하우징.
청구항 2에 있어서, 상기 링크바아의 일단과 상기 플런저를 연결되는 가변 연결부는,

상기 플런저의 일측에 공간부를 형성하고, 상기 공간부 내에는 슬롯이 형성 된 상기 링크바아의 일단부가 배치되어 상기 슬롯을 통하여 힌지핀으로 플런저에 체결되는 것을 특징으로 하는 터보 차져 시스템.