KR100774336B1

KR100774336B1 - 디젤 엔진의 터보 차저 시스템

Info

Publication number: KR100774336B1
Application number: KR1020060091916A
Authority: KR
Inventors: 전재희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2007-11-08

Abstract

엔진 정지 후 관성에 의하여 터보 차저의 샤프트가 고속으로 공회전하는 것을 방지하여 터보 차저를 보호할 목적으로;

배기가스의 에너지로 배기 터빈을 돌리면 이에 직결되어 있는 컴프레셔가 회전하면서 흡입공기를 압축 공급하여 엔진의 출력을 향상시키는 디젤 엔진의 터보 차저에 있어서,

상기 터빈과 컴프레셔를 연결하는 샤프트와 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하여 주는 터보 차저 케이스 사이에 공압에 의하여 샤프트의 회전을 제어하는 브레이크와;

에어탱크와 상기 브레이크를 연결하는 공압 관로상에 배치되어 전자제어유닛의 제어에 따라 상기 공압 관로를 개폐하는 솔레노이드 밸브를 포함하여 이루어지는 디젤 엔진의 터보 차저 시스템을 제공한다.

브레이크, 아우터 링, 인너 링

Description

디젤 엔진의 터보 차저 시스템{TURBO CHARGER SYSTEM FOR DIESEL ENGINE}

도 1은 본 발명의 적용 상태를 보이기 위한 일반적인 터보 차저 장착 차량의 흡배기 계통도.

도 2는 본 발명의 의한 터보 차저 샤프트 어셈블리의 구성도.

도 3은 본 발명에 의한 터보 차저 샤프트 어셈블리의 분해 사시도.

도 4는 본 발명에 적용되는 브레이크의 오프 제어시 단면도.

도 5는 본 발명에 적용되는 브레이크의 온 제어시 단면도.

도 6은 본 발명에 적용되는 브레이크에 공압을 공급하기 위한 공압 계통도.

도 7은 본 발명에 의한 터보 차저 시스템을 제어하기 위한 제어 로직도이다.

본 발명은 디젤 엔진에 적용되는 터보 차저 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 정지 후 관성에 의하여 터보 차저의 샤프트가 고속으로 공회전하는 것을 방지하여 터보 차저를 보호할 수 있도록 한 디젤 엔진의 터보 차저 시스템에 관한 것이다.

예컨대, 자동차에 있어서의 터보 차저는 배기가스의 에너지로 배기 터빈을 돌리면 이것에 직결되어 있는 컴프레셔로 흡입공기를 압축 공급하여 엔진의 출력을 향상시키는 장치이다.

이와같은 터빈 차저가 장착된 차량의 흡배기 계통의 구성을 살펴보면 도 1에서와 같이, 외부의 공기는 에어 클리너(2)를 통과하면서 여과되어 터보차저(4)측으로 공급되면 배기가스에 의하여 회전하는 컴프레셔(6)의 작동으로 압축되어 스로틀 바디(8)측으로 공급된다.

그러면 스로틀 바디(8)내의 스로틀 밸브(10)에 의하여 공기 유입량이 결정되어 서어지 탱크(12)로 유입되면 이의 서어지 탱크(12)에서 일시 저장되었다가 엔진의 연소실(14)로 공급되는 구성을 갖는다.

그리고 상기 연소실(14)에 공급될 때에는 연료 인젝터(16)로부터 공급되는 연료와 혼합되어 연소실(14)로 공급되며, 이의 연소실(14)에서 연소된 배기가스는 배기 매니폴드(18)를 통해 터보 차져(4)로 공급되어 이의 터빈(20)를 회전시킨 후에 촉매(22)를 통과하면서 정화되고, 머풀러(24)를 통해 외부로 배출되는 구성을 갖는다.

이에 따라 엔진이 시동된 상태에서 배기가스가 배출되면, 터보 차저는 이의 배기가스 압력에 의하여 터빈(20)이 회전하고, 이의 터빈 회전에 의하여 컴프레셔(6)가 회전하면서 흡입공기를 압축 공급하게 되는 것이다.

그러나 디젤 엔진의 경우, 고속 주행 후 엔진을 급 정지시키는 경우 윤활 시 스템 또한 작동이 정지되어 엔진 내부로의 윤활유 공급은 정지된다.

그럼에도 불구하고 상기와 같은 터보 차저의 경우에는 고 RPM에서의 관성에 의하여 계속 고속으로 회전하게 되는 바, 윤활과 냉각 부족으로 샤프트의 소착 또는 파단이 발생되어 위험한 결과를 초래한다는 문제점을 내포하고 있다.

이에 따라 종래에는 경고 문구를 통해 목적지 도착 후 잠시 시동을 끄지 말아 달라고 홍보를 하고 있으나, 대개의 운전자들이 이를 제대로 인지하지 못하여 터보 차저의 파손을 방지할 수 있는 근본적인 대책이 요구되어 왔다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진 정지 후 관성에 의하여 터보 차저의 샤프트가 고속으로 공회전하는 것을 방지하여 터보 차저를 보호할 수 있도록 한 디젤 엔진의 터보 차저 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 배기가스의 에너지로 배기 터빈을 돌리면 이에 직결되어 있는 컴프레셔가 회전하면서 흡입공기를 압축 공급하여 엔진의 출력을 향상시키는 디젤 엔진의 터보 차저에 있어서,

상기 터빈과 컴프레셔를 연결하는 샤프트와 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하여 주는 터보 차저 케이스 사이에 공압에 의하여 샤프트의 회전을 제어하는 브레이크와; 에어탱크와 상기 브레이크를 연결하는 공압 관로상에 배치되어 전자제어유닛의 제어에 따라 상기 공압 관로를 개폐하는 솔레노이드 밸브를 포함하여 이루어지는 디젤 엔진의 터보 차저 시스템을 제공한다.
상기 브레이크는 터빈측 샤프트와 컴프레셔측 샤프트의 연결부 외주측에 배치되어 터보차저 케이스에 고정되어 고정체로 작용하면서 커버와 함께 내부에 밀폐 공간부를 형성하는 하우징과; 상기 하우징 내부의 밀폐 공간부에 배치되어 상기 하우징과 컴프레셔측 샤프트를 가변적으로 연결하는 다수매의 아우터 링 및 인너 링과; 상기 커버에 관통 장착되어 밀폐 공간부와 공압라인을 연결하는 주는 리플을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

삭제

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명이 적용되는 터보차저의 적용 상태를 보이기 위한 터보차저 장착 차량의 흡배기 계통도로서, 그 구성 설명은 상기와 동일하므로 구체적인 언급은 회피하며, 동일 부품에 대하여는 동일 부호를 부여함을 전제한다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 적용되는 터보 차저 샤프트 어셈블리의 정면도 및 분해 사시도로서, 샤프트(2)와, 상기 샤프트(2)의 양단에 장착되는 터빈(4) 및 컴프레셔(6)와, 상기 샤프트(2)의 회전을 제어할 수 있는 브레이크(8)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 샤프트(2)는 터빈측 샤프트(10)와 컴프레셔측 샤프트(12) 2개로 이 루어지며, 그의 양단에는 상기의 터빈(4) 및 컴프레셔(6)가 각각 고정볼트(14)(16)에 의해 체결 고정되며, 이들은 상기 터빈측 샤프트(10)를 관통하는 상기 고정 볼트(14)에 의하여 체결되어 상호 연결된다.

그리고 상기 브레이크(8)는 상기 양 샤프트(10)(12)의 연결부 외주측에 배치되며, 이는 하우징(18), 아웃터 링(20), 인너 링(22), 커버(24), 공압 공급용 리플(26)을 포함하여 이루어진다.

상기 하우징(18)은 중앙에 상기 터빈측 샤프트(10)가 관통 삽입될 수 있는 홀(28)이 형성되고, 그 일측면으로 원형 요입 공간부(30)가 형성되어 그의 외측부분이 터보차저의 케이스(C)에 고정되고, 그의 내경부에는 방사선 등간격으로 다수의 슬라이드 홈(32)이 축방향으로 형성된다.

그리고 상기 하우징(18)의 원형 요입 공간부(30)에는 다수매의 상기 아우터 링(20)과 인너 링(22)이 교번적으로 배치되는데, 상기 아우터 링(20)은 외경부에 형성된 돌기(34)가 상기 슬라이드 홈(32)에 삽입되어 좌우 슬라이드가 가능하며, 상기 인너 링(22)은 내경부에 방사선 등간격으로 형성된 돌기(36)가 상기 컴프레셔측 샤프트(12)의 외주연에 형성된 슬라이드 홈(38)에 좌우 슬라이드 가능하게 삽입되어 배치된다.

또한, 상기 원형 요입 공간부(30)는 원판형의 커버(24)에 의하여 밀폐 공간부를 형성하게 되며, 이의 커버(24)에는 공압을 공급하기 위한 리플(26)이 장착된다.

이에 따라 상기 리플(26)을 통해 공압 공급되지 않는 경우에는 도 4에서와 같이 상기 아우터 링(20)과 인너 링(22)이 상호 일정간격을 두고 이격되어 샤프트(2)의 회전에는 아무런 간섭을 하지 않게 되는 바, 기존과 같이 자유스러운 회전이 이루어지게 된다.

물론 이때에는 상기 하우징(18)과 아우터 링(20)은 상호 결합되어 있는 바, 고정체로서 작동하게 된다.

그러나 상기 리플(26)을 통해 공압이 공급되면 도 5에서와 같이 아우터 링(20)과 인너 링(22)이 공압에 의하여 상호 접촉되면서 마찰작용으로 브레이크 작동이 이루어지면서 샤프트(2)의 회전을 억제하게 되는 것이다.

상기와 같은 브레이크(8)에 공급되는 공압은 도 6에서와 같이 기존의 공압 계동으로부터 공급되는데, 기존 공압 계통은 에어 컴프레셔(40)로부터 생성된 공압이 에어 드라이어(42)에서 수분 및 오일등과 같은 불순물이 제거된 후에 에어 탱크(44)에 저장되었다가 공압을 필요로 하는 부품에 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

이러한 공압 계통에 있어서, 본 발명은 상기 에어 탱크(44)와 본 발명의 브레이크(8)에 형성된 리플(26)을 공압 관로(46)로 연결하되, 이의 공압 관로(46)상에는 전자제어유닛(ECU)에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브(48)를 배치하여 상기 솔레노이드 밸브(48)의 개폐 제어에 따라 공압의 공급 및 차단이 이루어지도록 하였다.

상기와 같이 구성 동작되는 본 발명에 의한 터보 차저 시스템의 작동을 살펴보면, 도 7에서와 같이 먼저 전자제어유닛(ECU)에서는 엔진이 정지되었는가를 판단 하게 된다(S100).

상기 S100 단계에서 엔진이 정지되었다고 판단되면, 전자제어유닛(ECU)에서는 지금 현재 터보 차저의 RPM을 검출하고(S110), 검출된 터보 차저의 RPM이 고속영역(대략 3,000RPM 이상)인가를 판단하게 된다(S120).

상기 S120 단계에서 터보 차저 RPM이 고속 영역이라고 판단되면 전자제어유닛(ECU)에서는 솔레노이드 밸브(48)을 온 제어하여 브레이크(8)에 공압이 공급되도록 함으로써, 터보 차저 브레이크(8)를 온 제어한다(S130).

그러면 브레이크(8)에서는 공압의 공급으로 도 5에서와 같이 브레이크 작동을 실시하여 샤프트(2)의 회전을 억제하게 된다.

그리고 상기 S130 단계를 실시한 후에는 다시 터보 차저 RPM이 1,000RPM 이하인가를 판단하여(S140) 조건을 만족하면 전자제어유닛(ECU)에서는 솔레노이드 밸브(48)을 오프 제어하여 브레이크(8)에 공압이 공급되는 것을 차단함으로써, 터보 차저 브레이크(8)를 오프 제어한 후(S150)에 종료한다.

그러나 상기 S140 단계에서 조건을 만족하지 않은 경우에는 S130 단계로 리턴하여 터보 차저 브레이크(8)를 온 제어하면서 S140 단계의 조건을 만족할 때 까지 반복적으로 실시하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 차량의 고속 주행 후 엔진 시동을 끈 상태에서 터보 차저가 고속으로 공회전하는 경우 에어탱크에 저장되어 있던 공압으로 터보 차저 브레이크를 작동시켜 터보 차저의 공전을 방지하게 되는 것이다.

이에 따라 엔진 시동 정지에 따른 윤활 및 냉각 부족에 의한 터보 차저의 손상을 방지할 수 있는 것이다.

Claims

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배기가스의 에너지로 배기 터빈을 돌리면 이에 직결되어 있는 컴프레셔가 회전하면서 흡입공기를 압축 공급하여 엔진의 출력을 향상시키도록 상기 터빈과 컴프레셔를 연결하는 샤프트와 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하여 주는 터보 차저 케이스 사이에 공압에 의하여 샤프트의 회전을 제어하는 브레이크와, 에어탱크와 상기 브레이크를 연결하는 공압 관로상에 배치되어 전자제어유닛의 제어에 따라 상기 공압 관로를 개폐하는 솔레노이드 밸브를 포함하는 디젤 엔진의 터보 차저 시스템에 있어서,

상기 브레이크는 터빈측 샤프트와 컴프레셔측 샤프트의 연결부 외주측에 배치되어 터보차저 케이스에 고정되어 고정체로 작용하면서 커버와 함께 내부에 밀폐 공간부를 형성하는 하우징과;

상기 하우징 내부의 밀폐 공간부에 배치되어 상기 하우징과 컴프레셔측 샤프트를 가변적으로 연결하는 다수매의 아우터 링 및 인너 링과;

상기 커버에 관통 장착되어 밀폐 공간부와 공압라인을 연결하는 주는 리플을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 디젤 엔진의 터보 차저 시스템.
제2항에 있어서, 아우터 링과 인너 링은 상호 교번적으로 배치하되 상기 아우터 링은 외경부가 상기 하우징에 결합되고, 인너 링은 내경부가 컴프레셔측 샤프트에 결합됨을 특징으로 하는 디젤 엔진의 터보 차저 시스템.
제3항에 있어서, 아우터 링은 외경부에 외경부에 등간격으로 다수의 돌기를 형성하여 이의 돌기에 대응하도록 하우징의 밀폐 공간부의 내경부에 축방향으로 형성된 슬라이드 홈에 결합하고, 인너 링은 내경부에 등간격으로 다수의 돌기를 형성하여 이의 돌기에 대응하도록 컴프레셔측 샤프트에 형성된 슬라이드 홈에 결합함을 특징으로 하는 디젤 엔진의 터보 차저 시스템.
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