KR101020825B1 - Turbo charging system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터보 차징 시스템에 관한 것으로, 흡입 공기가 유입되는 저압 압축기, 상기 저압 압축기와 직결되고 압축된 공기를 인터 쿨러로 배출하는 고압 압축기 및 상기 저압 압축기와 상기 고압 압축기 사이에 구비된 중간 인터 쿨러를 포함한다.The present invention relates to a turbo charging system, comprising: a low pressure compressor into which intake air is introduced, a high pressure compressor directly connected to the low pressure compressor, and a compressed air discharged to an inter cooler, and an intermediate inter cooler provided between the low pressure compressor and the high pressure compressor. It includes.
2단 터보 차져, 인터 쿨러, 2-stage turbocharger, inter cooler,
Description
본 발명은 터보 차징 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저압 압축기와 고압 압축기 사이에 중간 쿨러를 설치하여 흡입 공기의 과도한 온도 상승을 억제할 수 있는 터보 차징 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a turbo charging system, and more particularly, to a turbo charging system capable of suppressing excessive temperature rise of intake air by installing an intermediate cooler between a low pressure compressor and a high pressure compressor.
일반적으로 내연기관에서는 실린더의 하강행정에서 생기는 실린더 안의 부압(負壓)으로 혼합기 또는 공기를 빨아들인다. 이것을 내추럴 에스퍼레이션(natural aspiration) 또는 노멀 에스퍼레이션(normal aspiration)이라고 한다. 그러나 밸브가 열려 있는 짧은 시간 안에 충분한 흡기가 어려워, 펌프로 적극적으로 밀어 넣으면 실린더의 용적효과가 올라가고, 이와 함께 실효압축비, 폭발압력도 올라가서 출력이 향상된다. 이것이 슈퍼차징(supercharging:過給)이고, 이러한 슈퍼차징을 위해 차량에 장착되는 장치를 터보 과급기(turbocharger)라고 한다.In general, internal combustion engines draw in mixers or air with negative pressure in the cylinder resulting from the lower stroke of the cylinder. This is called natural aspiration or normal aspiration. However, sufficient intake is difficult within a short time that the valve is opened, and when actively pushed into the pump, the volumetric effect of the cylinder increases, and the effective compression ratio and explosion pressure also increase, thereby improving output. This is supercharging, and the vehicle-mounted device for this supercharging is called a turbocharger.
이러한 터보 과급기는 연소실에서 배출되는 배출 가스를 이용하여 흡입 공기를 압축하게 된다.The turbocharger compresses the intake air by using the exhaust gas discharged from the combustion chamber.
그러나, 이러한 터보 차져의 작동은 엔진의 회전수에 영향을 받게 되므로 엔진의 작동 상태 변화에 적합한 압축효과를 얻을 수 없는 문제가 있다.However, since the operation of the turbocharger is affected by the rotational speed of the engine, there is a problem in that a compression effect suitable for changing the operating state of the engine cannot be obtained.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 압축비를 가변 시킬 수 있는 구성을 취하거나 복수개의 터빈과 압축기를 구비하게 된다.In order to solve this problem, a configuration capable of varying the compression ratio may be provided or a plurality of turbines and compressors may be provided.
도3은 종래의 2단 터보 차져의 구성을 도시한 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of a conventional two-stage turbocharger.
종래의 2단 터보 챠져는 고압 터빈(206)과 상기 고압 터빈(206)과 연결된 고압 압축기(203), 저압 터빈(207)과 상기 저압 터빈(207)과 연결된 저압 압축기(202)로 구성된다.The conventional two stage turbocharger is composed of a
에어 클리너(201)를 통과한 공기는 상기 저압 압축기(202)와 상기 고압 압축기(203)을 통과하여 인터 쿨러(204)에서 냉각된 후 연소실(205)로 유입된다.The air passing through the
상기 연소실(205)에서 배출되는 배기 가스는 상기 고압 터빈(206)과 상기 저압 터빈(207)을 통과하여 후처리 장치(208)과 머플러(209)를 통과하여 대기로 배출된다.The exhaust gas discharged from the
여기서 차량이 출발하거나 급가속시에는 고압 터빈(206)만을 회전시켜 공기를 급속 압축하여 출발성능 및 가속성능을 향상시키며, 고속 구간에서는 상기 고압 터빈(206)과 연결된 웨이스트 게이트 밸브(WG)를 열어 상기 저압 터빈(207)을 이용하여 공기를 압축한다.Here, when the vehicle starts or rapidly accelerates, only the
상기 구성을 통해 불필요한 공기 압축을 제한하고, 연비 및 엔진 내구 조건 등을 개선하는 시스템이다.Through the above configuration, it is a system for limiting unnecessary air compression and improving fuel economy and engine durability.
최근 2단 터보 엔진은 동일 배기량 대비 고출력 엔진에 주로 이용되고 있으며, 그 활용이 증가되는 상황이다. Recently, two-stage turbo engines are mainly used in high-output engines with the same displacement, and their utilization is increasing.
그러나, 고출력 엔진일수록 상기 고압 압축기(203) 출구 부위는, 엔진 회전 수 및 엔진 부하가 상승하면서, 과도한 압축일로 인하여 온도가 200도 이상 상승하고, 인터쿨러(204) 및 컴프레셔 휠 등에 열 변형 등이 발생할 수 있다.However, the higher the output engine, the higher the engine pressure and the engine load, the outlet portion of the high-
따라서, 엔진 내구력에 문제가 되며, 엔진 흡기 온도 상승으로 인해 배출가스에 유해 가스 성분이 증가하는 문제가 있다.Therefore, there is a problem in engine durability, there is a problem that the harmful gas component increases in the exhaust gas due to the engine intake temperature rise.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 고압 압축기를 통과한 공기의 온도를 낮춰 엔진의 내구력을 향상시키고, 유해 배출가스의 발생을 차단할 수 있는 출 수 있는 터보 차징 시스템을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created to solve the problems as described above, an object of the present invention is to lower the temperature of the air passing through the high-pressure compressor to improve the durability of the engine, the emission that can block the generation of harmful emissions It is to provide a turbo charging system that can be.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 터보 차징 시스템은 흡입 공기가 유입되는 저압 압축기, 상기 저압 압축기와 직결되고 압축된 공기를 인터 쿨러로 배출하는 고압 압축기 및 상기 저압 압축기와 상기 고압 압축기 사이에 구비된 중간 인터 쿨러를 포함할 수 있다.The turbocharging system according to the embodiment of the present invention for achieving the above object is a low pressure compressor in which intake air is introduced, a high pressure compressor that is directly connected to the low pressure compressor and discharges compressed air to an inter cooler, and the low pressure compressor and the high pressure compressor. It may include an intermediate inter cooler provided between.
상기 중간 인터 쿨러는 상기 저압 압축기와 상기 고압 압축기 사이에 중간 밸브를 구비하여 연결될 수 있다.The intermediate inter cooler may be connected with an intermediate valve between the low pressure compressor and the high pressure compressor.
상기 중간 밸브는 공압 밸브로 할 수 있다.The intermediate valve can be a pneumatic valve.
상기 공압 밸브는 상기 고압 압축기의 압력을 이용하여 작동할 수 있다.The pneumatic valve can be operated using the pressure of the high pressure compressor.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터보 차징 시스템에 의하면, 중간 쿨러를 이용하여 압축기를 통과한 공기의 온도를 낮춰 엔진의 내구력을 향상시킬 수 있고, 유해 배출가스의 발생을 차단할 수 있다.According to the turbo charging system according to the embodiment of the present invention as described above, by using the intermediate cooler to lower the temperature of the air passing through the compressor to improve the durability of the engine, it is possible to block the generation of harmful emissions.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 터보 차징 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a turbo charging system according to an embodiment of the present invention.
이하, 도1을 참조하여 본 발명의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명의 실시예에 의한 터보 차징 시스템은 흡입 공기가 유입되는 저압 압축기(10), 상기 저압 압축기(10)와 직결되고 압축된 공기를 인터 쿨러(70)로 배출하는 고압 압축기(20) 및 상기 저압 압축기(10)와 상기 고압 압축기 사이(20)에 구비된 중간 인터 쿨러(40)를 포함한다.Turbocharge system according to an embodiment of the present invention is a
상기 고압 압축기(20) 및 상기 저압 압축기(10)는 연결 라인(30)으로 직결된다.The
상기 중간 인터 쿨러(40)는 상기 저압 압축기(10)와 상기 고압 압축기(20) 사이에 중간 밸브(60)를 구비하여 연결된다.The
상기 인터 쿨러(70)를 통과한 공기는 일반적인 터보 차징 시스템과 마찬가지 로 연소실(80)로 유입되어 연소된 후 고압 터빈(90), 저압 터빈(100)을 통과하여 후처리 장치(110) 및 머플러(120)를 통과하여 대기로 배출된다.Air passing through the
배출 가스가 상기 고압 터빈(90)을 우회하여 통과될 수 있도록 웨이스트 게이트 밸브(WG)가 구비된다.A waste gate valve (WG) is provided to allow exhaust gas to pass through the high pressure turbine (90).
상기 고압 터빈(90), 상기 저압 터빈(100), 및 상기 웨이스트 게이트 밸브(WG)의 작동은 일반적인 터보 차징 시스템과 동일하여 자세한 설명은 생략한다.Operation of the
상기 중간 인터 쿨러(40)와 연결된 상기 중간 밸브(50)는 공압 밸브(50)로 할 수 있고, 상기 공압 밸브(50)는 상기 고압 압축기(20)의 압력을 이용하여 작동할 수 있다.The
즉, 상기 고압 압축기(20)의 압력이 설정된 압력 이상이 되면 상기 공압 밸브(50)가 열려 상기 중간 인터 쿨러(40)에서 공기의 냉각이 이루어 지게 된다.That is, when the pressure of the
이하, 본 발명의 실시예에 의한 터보 차징 시스템의 작동에 대하여 설명한다.Hereinafter, the operation of the turbo charging system according to the embodiment of the present invention will be described.
시동, 출발 및 급 가속시에는 상기 저압 압축기(10) 및 상기 고압 압축기(20)를 직결하여 데드 볼륨을 축소하고, 차량 동력 성능 및 연비를 향상시킨다.At the start, start and rapid acceleration, the
고 회전 고 부하 영역에서는 상기 고압 압축기(20)에서 나오는 압력을 이용하여 상기 공압 밸브(50)를 열어 상기 저압 압축기(10)에서 나오는 압축 공기를 중간 인터 쿨러(60)로 냉각시킨 후 상기 고압측 압축기(20)로 흡입되도록 한다.In the high rotational high load region, the
도2는 본 발명의 실시예에 의한 터보 차징 시스템의 성능을 비교한 데이터이다.2 is data comparing performance of a turbo charging system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 터보 차징 시스템은 중간인터 쿨러가 없는 일반적인 터보 차징 시스템에 비하여 압축기 출구의 공기 온도와 압력이 낮은 것을 알 수 있으며, 이는 공기를 압축하는 데 필요한 압축일이 작게 소요되는 것을 나타낸다.As shown in Figure 2, the turbo charging system according to the embodiment of the present invention can be seen that the air temperature and pressure at the compressor outlet is lower than the general turbo charging system without the intermediate inter cooler, which is necessary to compress the air Indicates that the compression work takes less time.
특히, 이러한 효과는 엔진 회전수가 높을수록 두드러지며, 압축 공기 온도가낮음에 따라 압축기 축이나 인터 쿨러 등의 온도에 의한 열변형 가능성을 낮출 수 있다.In particular, such an effect is more pronounced as the engine speed increases, and as the compressed air temperature is lowered, the possibility of thermal deformation due to the temperature of the compressor shaft or the intercooler can be reduced.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and easily changed and equalized by those skilled in the art from the embodiments of the present invention. It includes all changes to the extent deemed acceptable.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 터보 차징 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of a turbo charging system according to an embodiment of the present invention.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 터보 차징 시스템의 성능을 비교한 데이터이다.2 is data comparing performance of a turbo charging system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도3은 종래의 2단 터보 차저 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing the configuration of a conventional two-stage turbocharger system.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 저압 압축기 20: 고압 압축기 10: low pressure compressor 20: high pressure compressor
30: 연결 라인 40: 중간 쿨러 30: connecting line 40: medium cooler
50: 공압 밸브 60: 공압 밸브 라인 50: pneumatic valve 60: pneumatic valve line
70: 인터 쿨러 80: 연소실 70: inter cooler 80: combustion chamber
90: 고압 터빈 100: 저압 터빈 90: high pressure turbine 100: low pressure turbine
110: 후처리 장치 120: 머플러110: post-processing device 120: muffler
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