KR101014068B1 - Turbo Charger of Engine - Google Patents

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KR101014068B1 KR1020080068459A KR20080068459A KR101014068B1 KR 101014068 B1 KR101014068 B1 KR 101014068B1 KR 1020080068459 A KR1020080068459 A KR 1020080068459A KR 20080068459 A KR20080068459 A KR 20080068459A KR 101014068 B1 KR101014068 B1 KR 101014068B1
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도병훈
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Abstract

본 발명은 다단으로 흡입공기를 압축하여 연소실로 공급함으로써 엔진의 비출력을 향상시킬 수 있도록 하면서도 차지하는 공간이 상대적으로 크게 축소될 수 있어서, 협소한 엔진룸 조건에서도 엔진룸 내의 배치관계에 큰 자유도를 부여할 수 있도록 한다.The present invention can improve the specific power of the engine by compressing the intake air in multiple stages and supplying it to the combustion chamber, while reducing the space occupied relatively large, thus providing a great degree of freedom in the arrangement relationship in the engine room even in a narrow engine room condition. To be granted.

터빈, 다단, 압축, 터보차져, 배기가스Turbine, Multistage, Compressed, Turbocharged, Exhaust

Description

엔진의 터보차져{Turbo Charger of Engine}Turbo Charger of Engine

본 발명은 엔진의 터보차져에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡입공기를 다단으로 압축하여 연소실로 공급하는 다단 터보차져에 관한 기술이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger for an engine, and more particularly, to a multistage turbocharger for compressing intake air into multiple stages and supplying them to a combustion chamber.

엔진의 연비를 개선하기 위한 방법 중의 하나로 터보차져를 이용하여 엔진의 흡기효율을 향상시킴으로써, 엔진의 비출력을 향상시키는 방법이 있다.One of the methods for improving the fuel efficiency of the engine is to improve the intake efficiency of the engine by using a turbocharger, thereby improving the specific power of the engine.

상기와 같은 터보차져의 기술 중 2단 터보차져 등과 같이 다단으로 흡입공기를 압축하여 연소실로 공급하는 기술이 엔진의 흡기효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 방편으로 개발되고 있다.Among the technologies of the turbocharger, a technique for compressing intake air in multiple stages such as a two-stage turbocharger and supplying it to the combustion chamber has been developed as a way to further improve the intake efficiency of the engine.

도 1은 종래의 2단 터보차져가 엔진에 설치된 상태를 설명한 것으로서, 엔진에 보다 가깝게 배치되는 고압측터보차져(500)와 여기에 연결된 저압측터보차져(502)로 구성되어, 엔진의 배기매니폴드(514)에서 배출되는 배기가스가 고압측터빈(504)과 저압측터빈(506)을 차례로 구동하면서 대기중으로 배출되면, 상기 저압측터빈(506)에 연결된 저압측컴프레셔(508)가 1차로 흡입공기를 압축하고, 상기 고압측터빈(504)에 연결된 고압측컴프레셔(510)가 2차로 공기를 압축하여 엔진의 흡기매니폴드(512)로 공급하도록 되어 있다.1 illustrates a state where a conventional two-stage turbocharger is installed in an engine, and includes a high-pressure side turbocharger 500 and a low-pressure side turbocharger 502 connected to the engine, which is arranged closer to the engine. When the exhaust gas discharged from the fold 514 is discharged to the atmosphere while sequentially driving the high pressure side turbine 504 and the low pressure side turbine 506, the low pressure side compressor 508 connected to the low pressure side turbine 506 is primarily The intake air is compressed, and the high pressure side compressor 510 connected to the high pressure side turbine 504 compresses air to supply air to the intake manifold 512 of the engine.

상기한 바와 같은 2단 터보차져는 다단이 아닌 단일 터보차져에 비하여 엔진의 비출력을 향상시켜 연비향상에 큰 도움이 되지만, 상기한 바와 같이 고압측터빈(504)과 고압측컴프레셔(510), 저압측터빈(506)과 저압측컴프레셔(508)를 모두 갖추어야 하므로 제한된 엔진룸 공간에서 상대적으로 많은 공간을 차지하여 엔진의 배치 설계에 큰 제약요인으로 작용하는 문제가 있다.As described above, the two-stage turbocharger improves the specific power of the engine as compared to the single turbocharger rather than the multistage, thereby greatly improving fuel economy, but as described above, the high pressure side turbine 504 and the high pressure side compressor 510, Since both the low pressure side turbine 506 and the low pressure side compressor 508 should be provided, it takes a relatively large amount of space in the limited engine room space, which acts as a big constraint in the layout design of the engine.

더구나, 상기 터보차져는 기본적으로 배기가스의 유동에너지에 의해 구동되므로 인접한 다른 부품들에 대한 열해를 고려해야 하므로, 엔진룸 내의 공간상의 제약은 매우 극심한 실정이다.Moreover, since the turbocharger is basically driven by the flow energy of the exhaust gas, the thermal damage to other adjacent parts must be taken into consideration, so the space limitation in the engine room is very severe.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다단으로 흡입공기를 압축하여 연소실로 공급함으로써 엔진의 비출력을 향상시킬 수 있도록 하면서도 차지하는 공간이 상대적으로 크게 축소될 수 있어서, 협소한 엔진룸 조건에서도 엔진룸 내의 배치관계에 큰 자유도를 부여할 수 있도록 한 엔진의 터보차져를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the problems described above, it is possible to improve the specific power of the engine by compressing the intake air in multiple stages to supply to the combustion chamber, while the space occupied can be significantly reduced, narrow It is an object of the present invention to provide a turbocharger for an engine capable of giving a great degree of freedom to an arrangement relationship in an engine room even under engine room conditions.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 엔진의 터보차져는The turbocharger of the engine of the present invention devised to achieve the object as described above is

엔진의 배기관에 연결되어 배기가스에 의해 회전되는 베이스터빈과;A base turbine connected to an exhaust pipe of the engine and rotated by exhaust gas;

상기 베이스터빈에 축으로 연결되어 회전됨에 의해 흡입공기를 압축하여 엔진의 흡기관에 공급할 수 있도록 된 베이스컴프레셔와;A base compressor connected to the base turbine by a shaft to be compressed to supply intake air to the intake pipe of the engine by rotating the intake air;

상기 베이스컴프레셔의 회전력을 전달받아 회전됨에 의해 상기 베이스컴프레셔에서 압축된 공기를 다시 압축하여 상기 엔진의 흡기관에 공급할 수 있도록 설치된 추가컴프레셔와;An additional compressor installed to supply the intake pipe of the engine by compressing the air compressed by the base compressor by being rotated by the rotational force of the base compressor;

상기 베이스컴프레셔의 회전력을 상기 추가컴프레셔로 공급하는 상태를 가변하도록 설치된 클러치와;A clutch provided to vary a state in which the rotational force of the base compressor is supplied to the additional compressor;

상기 베이스컴프레셔로부터의 회전력을 변속하여 상기 추가컴프레셔로 공급할 수 있도록 하는 변속수단;Shifting means for shifting the rotational force from the base compressor to supply the additional compressor;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.And a control unit.

상기 베이스컴프레셔의 배출측에는 상기 베이스컴프레셔로부터의 공기를 상기 추가컴프레셔의 입구측과 상기 엔진의 흡기관으로 선택적으로 공급하도록 하는 밸브수단이 구비되도록 하는 것이 바람직하다.Preferably, the discharge means of the base compressor has a valve means for selectively supplying air from the base compressor to the inlet side of the additional compressor and the intake pipe of the engine.

상기 클러치는 전자석의 자기력에 의해 동력전달 상태가 가변되는 전자식클러치로 구성되고;The clutch is composed of an electromagnetic clutch whose power transmission state is changed by the magnetic force of the electromagnet;

상기 변속수단은 회전축이 상기 베이스컴프레셔와 연결되는 구동기어와, 상기 구동기어보다 작은 기어잇수를 가지고 상기 구동기어에 치합되며 회전축이 상기 추가컴프레셔에 연결되는 피동기어를 포함하여 구성할 수 있다.The shifting means may include a drive gear having a rotating shaft connected to the base compressor, a driven gear having a smaller number of gear teeth than the driving gear, meshing with the driving gear, and having a rotating shaft connected to the additional compressor.

본 발명은 다단으로 흡입공기를 압축하여 연소실로 공급함으로써 엔진의 비출력을 향상시킬 수 있도록 하면서도 차지하는 공간이 상대적으로 크게 축소될 수 있어서, 협소한 엔진룸 조건에서도 엔진룸 내의 배치관계에 큰 자유도를 부여할 수 있도록 한다.The present invention can improve the specific power of the engine by compressing the intake air in multiple stages and supplying it to the combustion chamber, while reducing the space occupied relatively large, thus providing a great degree of freedom in the arrangement relationship in the engine room even in a narrow engine room condition. To be granted.

도 2를 참조하면, 본 발명 실시예는 엔진의 배기관(1)에 연결되어 배기가스에 의해 회전되는 베이스터빈(3)과; 상기 베이스터빈(3)에 축으로 연결되어 회전됨에 의해 흡입공기를 압축하여 엔진의 흡기관(5)에 공급할 수 있도록 된 베이스컴프 레셔(7)와; 상기 베이스컴프레셔(7)의 회전력을 전달받아 회전됨에 의해 상기 베이스컴프레셔(7)에서 압축된 공기를 다시 압축하여 상기 엔진의 흡기관(5)에 공급할 수 있도록 설치된 추가컴프레셔(9)와; 상기 베이스컴프레셔(7)의 회전력을 상기 추가컴프레셔(9)로 공급하는 상태를 가변하도록 설치된 클러치(11)와; 상기 베이스컴프레셔(7)로부터의 회전력을 변속하여 상기 추가컴프레셔(9)로 공급할 수 있도록 하는 변속수단(13)을 포함하여 구성된다.2, an embodiment of the present invention includes: a base turbine 3 connected to an exhaust pipe 1 of an engine and rotated by exhaust gas; A base compressor (7) which is connected to the base turbine (3) by rotation and compresses the intake air to be supplied to the intake pipe (5) of the engine by being rotated; An additional compressor (9) installed so as to receive the rotational force of the base compressor (7) and to recompress the air compressed by the base compressor (7) to be supplied to the intake pipe (5) of the engine; A clutch (11) installed to vary a state in which the rotational force of the base compressor (7) is supplied to the additional compressor (9); And a transmission means 13 for shifting the rotational force from the base compressor 7 to supply the additional compressor 9.

상기 베이스컴프레셔(7)의 배출측에는 상기 베이스컴프레셔(7)로부터의 공기를 상기 추가컴프레셔(9)의 입구측과 상기 엔진의 흡기관(5)으로 선택적으로 공급하도록 하는 밸브수단(15)이 구비된다.On the discharge side of the base compressor 7, a valve means 15 is provided to selectively supply air from the base compressor 7 to the inlet side of the additional compressor 9 and the intake pipe 5 of the engine. do.

상기 밸브수단(15)으로는 전자식으로 제어되는 플랩컨트롤밸브 등이 사용될 수 있을 것이다.As the valve means 15, an electronically controlled flap control valve may be used.

본 실시예에서 상기 클러치(11)는 전자석의 자기력에 의해 동력전달 상태가 가변되는 전자식클러치로 구성하였는바, 상기 베이스컴프레셔(7)에 연결된 축에는 구동스틸원판(17)이 스플라인으로 결합되어 있고, 상기 구동스틸원판(17)의 내측에는 전기를 공급받아 자기력을 발생시키는 코일(19)이 구비되어 있어서, 상기 코일(19)에 전기가 공급되면 상기 구동스틸원판(17)이 자기력을 띠도록 되어 있으며, 상기 구동스틸원판(17)의 맞은편에는 종동스틸원판(21)이 구비되어 있어서, 상기 구동스틸원판(17)이 자화되어 자기력을 가지면, 상기 구동스틸원판(17)이 직선이동하여 상기 종동스틸원판(21)과 접촉하여 상기 베이스컴프레셔(7)로부터의 동력을 상기 추가컴프레셔(9)로 전달할 수 있도록 구성되었다.In the present embodiment, the clutch 11 is composed of an electromagnetic clutch whose power transmission state is varied by the magnetic force of the electromagnet, and the driving steel disc 17 is coupled to the shaft connected to the base compressor 7. The inner side of the driving steel disc 17 is provided with a coil 19 for generating a magnetic force by receiving electricity, so that the driving steel disc 17 has a magnetic force when electricity is supplied to the coil 19. A driven steel disc 21 is provided opposite the drive steel disc 17. When the drive steel disc 17 is magnetized to have a magnetic force, the drive steel disc 17 moves linearly. It is configured to be in contact with the driven steel disc 21 to transfer the power from the base compressor (7) to the additional compressor (9).

상기 변속수단(13)은 회전축이 상기 베이스컴프레셔(7)와 연결되는 구동기어(23)와, 상기 구동기어(23)보다 작은 기어잇수를 가지고 상기 구동기어(23)에 치합되며 회전축이 상기 추가컴프레셔(9)에 연결되는 피동기어(25)를 포함하여 구성된다.The shifting means (13) has a drive gear (23) having a rotational shaft connected to the base compressor (7) and a gear tooth number smaller than that of the drive gear (23), and is engaged with the drive gear (23), and a rotational shaft is added to the above. It comprises a driven gear 25 connected to the compressor (9).

즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 종동스틸원판(21)의 회전축에 상기 구동기어(23)가 일체로 장착되고, 상기 피동기어(25)는 상기 추가컴프레셔(9)에 축으로 연결되어 상기 구동기어(23)에 치합된 구조인 것이다.That is, as shown in FIG. 2, the drive gear 23 is integrally mounted to the rotating shaft of the driven steel disc 21, and the driven gear 25 is connected to the additional compressor 9 by the shaft. It is a structure engaged with the drive gear (23).

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 도 3과 도 4를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.Looking at the operation of the present invention configured as described above with reference to Figures 3 and 4 as follows.

도 3은 엔진의 중속 이후 고속 영역에서의 작동상태를 설명한 것으로서, 배기매니폴드(27)로부터의 배기가스는 상기 배기관(1)을 통해 상기 베이스터빈(3)을 구동하면서 통과하여 대기중으로 배출된다.3 illustrates an operating state in a high speed region after the engine medium speed. Exhaust gas from the exhaust manifold 27 passes through the exhaust pipe 1 while driving the base turbine 3 and is discharged to the atmosphere. .

상기 베이스터빈(3)의 회전력으로 상기 베이스컴프레셔(7)가 구동되면서, 흡입공기를 압축하여 상기 엔진의 흡기관(5)으로 공급하며, 상기 엔진의 흡기관(5)에는 인터쿨러(29)가 장착되어 압축된 공기를 냉각시킨 후 흡기매니폴드(31)를 거쳐 각 연소실로 압축되고 냉각된 공기가 공급되도록 한다.As the base compressor 7 is driven by the rotational force of the base turbine 3, the intake air is compressed and supplied to the intake pipe 5 of the engine, and the intercooler 29 is provided in the intake pipe 5 of the engine. After mounting and cooling the compressed air, the compressed and cooled air is supplied to each combustion chamber through the intake manifold 31.

이때, 상기 밸브수단(15)은 상기 베이스컴프레셔(7)의 배출측을 상기 엔진의 흡기관(5)으로 연결한 상태로서, 상기 추가컴프레셔(9)의 입구측으로는 공기가 유동하지 않는다.At this time, the valve means 15 is a state in which the discharge side of the base compressor 7 is connected to the intake pipe 5 of the engine, and air does not flow to the inlet side of the additional compressor 9.

물론, 상기 전자식클러치(11)도 동력을 차단하고 있는 상태로서, 상기 코일(19)에 전기를 공급하지 않고 있어서, 상기 구동스틸원판(17)은 상기 종동스틸원판(21)에 밀착하지 않아 동력을 종동스틸원판(21)으로 전달하지 않는 상태이다.Of course, the electronic clutch 11 is also in a state of shutting off power, and does not supply electricity to the coil 19, so that the driving steel disc 17 does not come into close contact with the driven steel disc 21, It is a state that does not transfer to the driven steel disc (21).

도 4는 엔진의 저속 및 중속 영역에서의 작동상태를 설명한 것으로서, 상기 코일(19)에 전기가 공급되어, 상기 구동스틸원판(17)이 상기 종동스틸원판(21)에 자기력에 의해 밀착되면서 동력을 전달하여 상기 구동기어(23)가 상기 피동기어(25)를 구동하는 상태가 된다.4 illustrates an operating state in a low speed and a medium speed region of an engine, wherein electricity is supplied to the coil 19 so that the driving steel disc 17 is in close contact with the driven steel disc 21 by magnetic force. The drive gear 23 is in a state of driving the driven gear 25 by transmitting.

따라서, 상기 피동기어(25)에 연결된 추가컴프레셔(9)는 상기 베이스컴프레셔(7)에 비하여 상대적으로 고속으로 회전하면서 공기를 압축하게 된다.Accordingly, the additional compressor 9 connected to the driven gear 25 compresses air while rotating at a relatively high speed relative to the base compressor 7.

이때, 상기 밸브수단(15)은 상기 베이스컴프레셔(7)의 배출측을 상기 추가컴프레셔(9)의 입구측으로 연결하여, 상기 베이스컴프레셔(7)에서 압축된 공기가 상기 추가컴프레셔(9)로 공급되어 재차 압축된 후 상기 엔진의 흡기관(5)을 통해 엔진의 연소실로 공급되도록 한다.At this time, the valve means 15 connects the discharge side of the base compressor (7) to the inlet side of the additional compressor (9), the air compressed in the base compressor (7) is supplied to the additional compressor (9) After being compressed again, it is supplied to the combustion chamber of the engine through the intake pipe 5 of the engine.

물론, 상기 추가컴프레셔(9)에서 배출된 압축공기도 상기 인터쿨러(29)에서 냉각된 후 엔진의 연소실로 공급되어 엔진의 흡기효율을 향상시키게 된다.Of course, the compressed air discharged from the additional compressor 9 is cooled in the intercooler 29 and then supplied to the combustion chamber of the engine to improve the intake efficiency of the engine.

이상과 같이 본 발명에 의한 엔진의 터보차져는 종래의 2단 터보차져와 비교할 때, 고압측터빈에 해당하는 구성을 배제할 수 있으면서도 종래의 2단 터보차져와 동등한 수준의 과급작용이 가능하여, 엔진룸의 배치 설계에 큰 자유도를 부여하며 터빈의 제거로 인한 중량 저감의 효과를 아울러 거둘 수 있다.As described above, the turbocharger of the engine according to the present invention is capable of eliminating a configuration corresponding to a high-pressure side turbine, but capable of a supercharge equivalent to that of a conventional two-stage turbocharger, compared to a conventional two-stage turbocharger. This gives a great degree of freedom in the layout of the engine room and the weight savings due to the removal of the turbine.

도 1은 종래 기술에 의한 엔진의 터보차져를 설명한 도면,1 is a view for explaining the turbocharger of the engine according to the prior art,

도 2은 본 발명에 따른 엔진의 터보차져를 설명한 도면,2 is a view for explaining the turbocharger of the engine according to the present invention;

도 3은 본 발명 실시예의 작동을 설명한 것으로서 중속이후 고속시의 작동을 설명한 도면,3 is a view illustrating the operation of the high speed after the medium speed as described the operation of the embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명 실시예의 작동을 설명한 것으로서 저속 및 중속영역에서의 작동을 설명한 도면이다.4 is a view for explaining the operation of the embodiment of the present invention, the operation in the low speed and medium speed region.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

1; 배기관 3; 베이스터빈One; Exhaust pipe 3; Base turbine

5; 흡기관 7; 베이스컴프레셔5; Intake pipe 7; Base Compressor

9; 추가컴프레셔 11; 클러치9; Additional compressor 11; clutch

13; 변속수단 15; 밸브수단13; Transmission means 15; Valve means

17; 구동스틸원판 19; 코일17; Driving steel disc 19; coil

21; 종동스틸원판 23; 구동기어21; Driven steel disc 23; Drive gear

25; 피동기어 27; 배기매니폴드25; Driven gear 27; Exhaust manifold

29; 인터쿨러 31; 흡기매니폴드29; Intercooler 31; Intake Manifold

Claims (3)

엔진의 배기관에 연결되어 배기가스에 의해 회전되는 베이스터빈과;A base turbine connected to an exhaust pipe of the engine and rotated by exhaust gas; 상기 베이스터빈에 축으로 연결되어 회전됨에 의해 흡입공기를 압축하여 엔진의 흡기관에 공급할 수 있도록 된 베이스컴프레셔와;A base compressor connected to the base turbine by a shaft to be compressed to supply intake air to the intake pipe of the engine by rotating the intake air; 상기 베이스컴프레셔의 회전력을 전달받아 회전됨에 의해 상기 베이스컴프레셔에서 압축된 공기를 다시 압축하여 상기 엔진의 흡기관에 공급할 수 있도록 설치된 추가컴프레셔와;An additional compressor installed to supply the intake pipe of the engine by compressing the air compressed by the base compressor by being rotated by the rotational force of the base compressor; 상기 베이스컴프레셔의 회전력을 상기 추가컴프레셔로 공급하는 상태를 가변하도록 설치된 클러치와;A clutch provided to vary a state in which the rotational force of the base compressor is supplied to the additional compressor; 상기 베이스컴프레셔로부터의 회전력을 변속하여 상기 추가컴프레셔로 공급할 수 있도록 하는 변속수단을 포함하여 구성되면서;A shifting means for shifting the rotational force from the base compressor to supply the additional compressor; 상기 클러치는 전자석의 자기력에 의해 동력전달 상태가 가변되는 전자식클러치로 구성되고;The clutch is composed of an electromagnetic clutch whose power transmission state is changed by the magnetic force of the electromagnet; 상기 변속수단은 회전축이 상기 베이스컴프레셔와 연결되는 구동기어와, 상기 구동기어보다 작은 기어잇수를 가지고 상기 구동기어에 치합되며 회전축이 상기 추가컴프레셔에 연결되는 피동기어를 포함하여 구성된 것The shifting means includes a drive gear having a rotational shaft connected to the base compressor, a driven gear having a smaller number of gear teeth than the drive gear, being engaged with the drive gear, and having a rotational shaft connected to the additional compressor. 특징으로 하는 엔진의 터보차져.The turbocharger of the engine characterized by. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 베이스컴프레셔의 배출측에는 상기 베이스컴프레셔로부터의 공기를 상기 추가컴프레셔의 입구측과 상기 엔진의 흡기관으로 선택적으로 공급하도록 하는 밸브수단이 구비된 것The outlet side of the base compressor is provided with a valve means for selectively supplying air from the base compressor to the inlet side of the additional compressor and the intake pipe of the engine 을 특징으로 하는 엔진의 터보차져.Turbocharger of the engine, characterized in that. 삭제delete
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