KR102008218B1 - 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치 - Google Patents

차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 냉시동 또는 초기 시동 직후 터보차저의 샤프트를 윤활하는 오일의 온도가 상승되도록 하여, 낮은 온도에 의한 터보차저의 동력 손실이 최소화되는 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치가 소개된다.

Description

차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치 {OIL TEMPERATURE CONTROL APPARATUS OF TURBO CHARGER FOR VEHICLE}
본 발명은 냉시동 상황 또는 초기 시동과 같이 오일의 온도가 낮은 상태에서, 터보차저 내의 오일의 온도를 상승시켜 터보차저의 구동이 최적화되도록 하는 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에 적용되는 터보차저는 엔진의 배기 매니 폴드 측에 장착된다. 이러한 터보차저는 엔진에서 배출되는 배기가스에 의해 회전되는 터빈 휠과, 흡기 매니 폴드와 에어 클리너 사이에 위치되어 터빈 휠의 회전에 의해 회전되는 컴프레셔 휠과, 터빈 휠과 컴프레셔 휠이 연동되도록 연결하는 회전축으로 구성된다.
상기의 터보차저는 배기가스가 배기가스 출구를 통해 배출되면, 배출되는 배기가스에 의해 터빈 휠이 회전됨에 따라 회전축이 회전된다. 이렇게, 회전축이 회전되면 컴프레셔 휠이 회전되어 외부공기가 흡입되고, 이 외부공기는 압축되면서 압축공기로서 엔진의 흡기 매니 폴드로 공급된다.
즉, 터보차저는 엔진에 의해서 배출된 배기가스가 하우징 내를 흐르면서 터빈 휠을 회전시키고, 회전축에 연결된 컴프레셔 휠이 회전하면서 에어 클리너를 통해 들어오는 공기를 압축하여 엔진의 연소실로 보내는 기능을 수행한다.
이때, 회전축은 약 100,000 ~ 250,000 rpm 정도로 회전하고, 고온의 배기가스를 이용하여 터빈 휠을 포함한 회전축을 회전시킴에 따라 터보차저는 윤활된 상태가 유지된다.
이렇게, 회전축을 윤활하는 윤활유는 온도가 낮을 경우 점도가 높아짐에 따라 마찰력이 증대되는 원인이 된다. 즉, 냉간 시동시 또는 초기 시동시, 윤활유의 온도가 낮아짐에 따라 터보차저가 정상적으로 구동되지 못하며, 그에 따른 동력 손실이 발생되는 문제가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0143018 A (2013.12.30)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 냉시동 또는 엔진시동 직후 오일의 온도를 상승시키는 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치는 센터하우징 내부에서 터빈휠의 회전력을 컴프레서 휠로 전달하는 샤프트를 감싸도록 마련되고, 샤프트측으로 윤활용오일이 유입되도록 구성된 베어링; 및 센터하우징에 마련되어 베어링에 접촉됨에 따라 베어링이 회전되지 않도록 고정하고, 선택적으로 발열 가능하게 구성되어 윤활용오일의 온도에 따라 발열 동작되어 윤활용오일의 온도를 조절하는 발열픽서;를 포함한다.
베어링은 둘레를 따라 샤프트측으로 윤활용오일이 유입되는 오일유입구가 형성되고, 오일유입구와 이격되어 발열픽서가 삽입되는 고정구가 형성된 것을 특징으로 한다.
베어링은 샤프트의 길이방향을 따라 연장되고, 양단부의 둘레를 따라 오일유입구가 형성되며, 중단부에 고정구가 형성된 것을 특징으로 한다.
발열픽서는, 센터하우징에 삽입되어 센터하우징에 체결되고, 베어링의 고정구에 삽입되되 샤프트에 접촉되지 않도록 연장 길이가 설정된 픽서부; 및 픽서부에 내장되고, 픽서부의 끝단에 노출되어 윤활용오일을 히팅하는 발열부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
픽서부의 열전도도는 센터하우징의 열전도도 보다 높은 것을 특징으로 한다.
발열부는 발열소자로 구성되고, 픽서부의 끝단에서 돌출되어 샤프트까지 연장된 것을 특징으로 한다.
발열픽서의 발열 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하고, 제어부는 윤활용오일의 온도 정보를 입력받으며, 윤활용오일의 온도가 기설정된 설정온도 이하일 경우 발열픽서가 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치는 냉시동 또는 초기 시동 직후 터보차저의 샤프트를 윤활하는 오일의 온도가 상승되도록 하여, 낮은 온도에 의한 터보차저의 동력 손실이 최소화된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치를 나타낸 도면.
도 2 내지 3은 도 1에 도시된 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치를 나타낸 도면이고, 도 2 내지 3은 도 1에 도시된 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 센터하우징(10) 내부에서 터빈휠(21)의 회전력을 컴프레서 휠(22)로 전달하는 샤프트(20)를 감싸도록 마련되고, 샤프트(20)측으로 윤활용오일이 유입되도록 구성된 베어링(30); 및 센터하우징(10)에 마련되어 베어링(30)에 접촉됨에 따라 베어링(30)이 회전되지 않도록 고정하고, 선택적으로 발열 가능하게 구성되어 윤활용오일의 온도에 따라 발열 동작되어 윤활용오일의 온도를 조절하는 발열픽서(40);를 포함한다.
본 발명은 터보차저에 대한 것으로, 센터하우징(10)의 내부에는 터빈휠(21)과 컴프레서 휠(22)이 양단부에 각기 구비된 샤프트(20)가 마련되고, 샤프트(20)는 베어링(30)을 통해 센터하우징(10) 내부에서 회전 가능하게 설치된다. 여기서, 본 발명의 베어링(30)은 세미 플로팅 링 베어링(반부동식)으로서, 베어링(30)을 감싸도록 마련되고 센터하우징(10) 내부의 샤프트(20)가 회전되도록 지지한다.
한편, 본 발명에서는 센터하우징(10)에 마련되어 베어링(30)에 접촉됨으로써 베어링(30)의 회전을 제한하는 발열픽서(40)가 구비된다. 특히, 발열픽서(40)는 베어링(30)의 회전을 제한함과 더불어, 발열 가능하도록 구성되어 샤프트(20)를 윤활하는 윤활용오일의 온도 조절을 수행한다. 즉, 발열픽서(40)는 베어링(30)측으로 연장되어 베어링(30)에 접촉됨에 따라 샤프트(20)에 근접하게 위치되고, 발열픽서(40)의 발열 동작시 베어링(30) 및 샤프트(20)를 통과하는 윤활용오일의 온도가 상승되도록 함으로써, 엔진의 초기시동시 또는 냉간시동시 낮은 온도의 윤활용오일의 온도가 신속히 상승하여, 낮은 온도 조건의 윤활용오일에 의한 동력 손실이 저감되고, 터보차저가 보호된다.
상술한 본 발명에 대해서 구체적으로 설명하면, 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 베어링(30)은 둘레를 따라 샤프트(20)측으로 윤활용오일이 유입되는 오일유입구(31)가 형성되고, 오일유입구(31)와 이격되어 발열픽서(40)가 삽입되는 고정구(32)가 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 베어링(30)은 세미 플로팅 링 베어링으로서, 샤프트를 감싸도록 형성되어 샤프트가 센터하우징(10)에서 회전 가능하도록 지지하고, 발열픽서(40)에 의해 위치가 고정된다. 이러한 베어링(30)에는 윤활용오일이 샤프트측으로 순환되도록 오일유입구(31)가 형성되며, 오일유입구(31)의 경우 둘레에 다수개가 형성될 수 있다. 한편, 베어링(30)에는 오일유입구(31)와 이격되어 발열픽서(40)가 삽입되는 고정구(32)가 형성된다. 이러한 고정구(32)는 발열픽서(40)가 삽입되는 부분의 폭과 동일한 폭으로 형성될 수 있으며, 발열픽서(40)가 샤프트측으로 관통되도록 개통되게 형성된다.
상세하게, 베어링(30)은 샤프트(20)의 길이방향을 따라 연장되고, 양단부의 둘레를 따라 오일유입구(31)가 형성되며, 중단부에 고정구(32)가 형성될 수 있다. 이처럼, 베어링(30)의 양단부에 오일유입구(31)가 둘레를 따라 다수개 형성됨으로써, 샤프트측으로 윤활용오일이 원활히 순환되며, 중단부에 고정구(32)가 형성됨으로써, 베어링(30)이 발열픽서(40)에 의해 균형있게 고정될 수 있다. 또한, 베어링(30)의 양단부에 형성되는 오일유입구(31)와 중단부에 형성되는 고정구(32)는 서로 이격됨에 따라 간섭이 회피된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 발열픽서(40)는, 센터하우징(10)에 삽입시 센터하우징(10)에 체결되고, 베어링(30)의 고정구(32)에 삽입되되 샤프트(20)에 접촉되지 않도록 연장 길이가 설정된 픽서부(41); 및 픽서부(41)에 내장되고, 픽서부(41)의 끝단에 노출되어 윤활용오일을 히팅하는 발열부(42);를 포함한다.
이처럼, 발열픽서(40)는 픽서부(41)와 발열부(42)로 구성되며, 픽서부(41)는 센터하우징(10)에 삽입된 후 나사 체결 또는 압입되어 센터하우징(10)에 고정될 수 있다. 이러한 픽서부(41)는 도 3에 도시된 바와 같이, 폭이 서로 다른 머리부(41a)와 몸통부(41b)로 이루어진 "T"형태로 형성될 수 있으며, 머리부(41a)에서 연장되는 몸통부(41b)가 베어링(30)의 고정구(32)에 삽입되어 샤프트(20)까지 연장되되 샤프트와 간극을 가지고 이격되도록 형성됨으로써, 샤프트(20)의 회전에 간섭되지 않도록 한다.
상술한 픽서부(41)에는 발열부(42)가 길이방향으로 삽입되어, 픽서부(41)의 끝단에서 노출되도록 구성된다. 이러한 발열부(42)는 발열소자로 구성되고, 픽서부(41)의 끝단에서 돌출되어 샤프트(20)까지 연장됨으로써, 샤프트(20)를 윤활하는 윤활용오일의 온도를 조절할 수 있다. 즉, 발열부(42)는 전류가 입력되면, 발열되는 발열소자로 구성됨에 따라, 윤활용오일의 온도를 상승시킬 수 있으며, 픽서부(41)에서 샤프트(20)측으로 노출됨에 따라 윤활용오일을 직접적 또는 간접적으로 온도를 조절할 수 있다.
한편, 픽서부(41)의 열전도도는 센터하우징(10)의 열전도도 보다 높게 구성될 수 있다. 이렇게, 픽서부(41)의 열전도도가 높게 구성됨으로써, 발열부(42)가 동작되어 발열시 픽서부(41)가 함께 온도가 상승되고, 픽서부(41)의 온도가 전체적으로 상승됨에 따라 발열면적이 증대되어 윤활용오일의 온도 상승이 효율적으로 수행될 수 있다. 이러한 픽서부(41)는 열전도도가 높은 알루미늄재질로 구성될 수 있으며, 알루미늄 외에 강성이 확보되고, 열전도도가 높은 재질로 구성될 수 있다.
한편, 발열픽서(40)의 발열 동작을 제어하는 제어부(50);를 더 포함하고, 제어부(50)는 윤활용오일의 온도 정보를 입력받으며, 윤활용오일의 온도가 기설정된 설정온도 이하일 경우 발열픽서(40)가 동작되도록 제어할 수 있다.
즉, 제어부(50)는 터보차저를 순환하는 윤활용오일의 온도 정보를 입력받아, 발열픽서(40)의 동작을 제어하는 것으로, 온도 정보의 경우 오일팬 내의 온도 또는 센터하우징(10) 내에 윤활용오일의 온도를 센서로부터 입력받아 수집할 수 있다. 이렇게, 제어부(50)는 윤활용오일의 온도를 입력받고, 윤활용오일의 온도가 기설정된 설정온도 이하일 경우 발열픽서(40)가 발열 동작되도록 한다. 여기서, 설정온도는 80~90℃ 가 될 수 있으며, 샤프트(20)의 회전시 낮은 온도 조건의 윤활용오일에 의한 마찰발생이 발생되는 온도범위이다. 이를 통해, 제어부(50)는 윤활용오일의 온도가 설정온도 이하일 경우 발열픽서(40)에 의해 윤활용오일의 온도가 상승되도록 하여, 샤프트(20)를 윤활하는 윤활용오일의 최적 온도 조건으로 조절되도록 함으로써, 터보차저의 동력 효율이 향상될 수 있다.
이와 더불어, 제어부(50)는 윤활용오일의 온도가 일정수준 이상이 되면, 발열픽서(40)가 미동작되도록 제어하여, 윤활용오일이 과열됨에 따른 윤활용오일의 점도가 필요 이상으로 낮아지지 않도록 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치는 냉시동 또는 엔진시동 직후 터보차저의 샤프트를 윤활하는 오일의 온도가 상승되도록 하여, 낮은 온도에 의한 터보차저의 동력 손실이 최소화된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10:센터하우징 20:샤프트
21:터빈휠 22:컴프레서 휠
30:베어링 31:오일유입구
32:고정구 40:발열픽서
41:픽서부 42:발열부
50:제어부

Claims (7)

  1. 센터하우징 내부에서 터빈휠의 회전력을 컴프레서 휠로 전달하는 샤프트를 감싸도록 마련되고, 샤프트측으로 오일이 유입되도록 구성된 베어링; 및
    센터하우징에 마련되어 베어링에 접촉됨에 따라 베어링이 회전되지 않도록 고정하고, 선택적으로 발열 가능하게 구성되어 오일의 온도에 따라 발열 동작되어 오일의 온도를 조절하는 발열픽서;를 포함하며,
    베어링은 샤프트의 길이방향을 따라 연장되고, 양단부의 둘레를 따라 샤프트측으로 오일이 유입되는 오일유입구가 형성되고, 중단부에 오일유입구와 이격되어 발열픽서가 삽입되는 고정구가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    발열픽서는,
    센터하우징에 삽입시 센터하우징에 체결되고, 베어링의 고정구에 삽입되되 샤프트에 접촉되지 않도록 연장 길이가 설정된 픽서부; 및
    픽서부에 내장되고, 픽서부의 끝단에 노출되어 윤활용오일을 히팅하는 발열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    픽서부의 열전도도는 센터하우징의 열전도도 보다 높은 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    발열부는 발열소자로 구성되고, 픽서부의 끝단에서 돌출되어 샤프트까지 연장된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    발열픽서의 발열 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
    제어부는 윤활용오일의 온도 정보를 입력받으며, 윤활용오일의 온도가 기설정된 설정온도 이하일 경우 발열픽서가 동작되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 오일 온도 조절 장치.
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