KR19990032013A

KR19990032013A - 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조

Info

Publication number: KR19990032013A
Application number: KR1019970052930A
Authority: KR
Inventors: 강용석
Original assignee: 정몽규; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-05-06

Abstract

본 발명은 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조에 관한 것으로서, 특히 컴프레서의 출구의 위치에 따른 압력차를 이용하여 부스트의 다이어프램을 작동시킴으로써 특징 엔진 회전수에서 배기 가스 버림량이 급격히 상승되는 것을 방지하여 엔진의 성능이 향상되도록 한 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조에 관한 것이다.

상기 본 발명은, 배기 가스에 의해 회전되는 터빈(51)과, 상기 터빈(51)에 동일축(53)으로 연결되어 흡기 매니폴드(62) 측에 과급 공기를 유입시키는 컴프레서(52)와, 상기 컴프레서(52)의 출구측과 흡기 매니폴드(62)에서 각각 과급 공기압이 입력되게 가압실(A)과 반압실(B)이 형성된 부스트(72)와, 상기 부스트(72)의 두 개의 실(A,B) 사이에 위치되어 양 실(A,B)의 압력차에 따라 변형되는 다이어프램(73)과, 상기 다이어프램(73)의 후측에 위치된 반압실(B)에 위치되어 상기 다이어프램(73)이 일정 이상 반압실(B) 쪽으로 이동될 때 가압실(A) 쪽으로 탄성력을 제공하는 탄발 스프링(74)과, 상기 다이어프램(73)의 변형에 따라 직선 이동되는 로드(75)와, 상기 로드(75)의 끝단에 설치되어 상기 가압실(A)과 반압실(B) 및 탄발 스프링(74)의 상대힘에 따라 상기 터빈(51) 입구측의 배기 가스 배출량을 조절하는 게이트(76)로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조

본 발명은 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조에 관한 것으로서, 특히 컴프레서의 출구의 위치에 따른 압력차를 이용하여 웨이스트 게이트의 다이어프램을 작동시킴으로써 특징 엔진 회전수에서 배기 가스 버림량이 급격히 상승되는 것을 방지하여 엔진의 성능이 향상되도록 한 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조에 관한 것이다.

본 발명은 디젤 엔진에 구비되는 터보 차저의 웨이스트 게이트에 관한 것으로서, 특히 컴프레서 하류측의 과급압이 일정 압력 이상으로 상승되면 흡기측과 배기측을 모두 개방시켜 흡배기압을 낮추는 웨이스트 밸브를 설치함으로써 고속과 저속의 모든 영역에서 터보 차저의 효율이 최적화되도록 한 터보 차저의 웨이스트 게이트에 관한 것이다.

일반적으로 대기압보다 높은 압력으로 엔진에 송입하는 것을 과급이라 하는데, 터보 차저 등을 이용하여 과급하면 배기량이 같은 엔진에서도 다량의 공기를 충전할 수 있으며, 이것에 따라 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.

상기한 터보 차저는 일종의 송풍기이며 도 1에 도시된 바와 같이 배기 가스의 압력에 의해 회전되는 터빈(11)과, 상기 터빈(11)과 저널(13)로 연결되어 상기 터빈(11)과 일체로 회전됨으로써 흡입 공기를 압축하는 컴프레서(12)와, 상기 터빈(11)과 컴프레서(12) 및 상기 저널(13)을 보호하는 터보 차저 하우징(14)으로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 터보 차저는 배기 매니폴드(21)를 통해 흐르는 배기 가스의 유동 압력에 의해 상기 터빈(11) 및 컴프레서(12)가 회전되어 흡입 공기를 압축한 후 상기 흡기 매니폴드(22)를 통해 실린더(20)에 가압 공기를 공급하도록 되어 있다.

즉, 상기 배기 매니폴드(21)를 통해 흐르는 배기 가스는 상기 터보 차저 하우징(14)으로 들어가 상기 터빈(11)을 회전시킨 후 배기 파이프(23)로 빠져나가게 된다. 상기 터빈(11)이 회전되면 상기 저널(13)로 상기 터빈(11)과 일체로 형성된 컴프레서(12)가 회전되고, 상기 컴프레서(12)가 회전되면 흡입 공기가 압축되어 상기 흡기 매니폴드(22)를 통해 실린더(20)에 전해진다.

그러나, 상기한 터보 차저는 엔진 저속 운전시의 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 즉, 엔진 저속에서도 일정량의 공기가 연소실에 공급되어야 하나 배기 가스의 배출량이 상대적으로 줄어들면서 상기 터빈(11) 및 컴프레서(12)를 충분히 회전시키지 못하게 된다.

이와 같은 문제 때문에 상기한 터보 차저의 효율을 높이기 위해 상기 터빈(11) 출구쪽의 단면적을 줄여서 저속 영역에서도 충분한 회전력이 얻어지도록 하고, 대신 고속 영역에서 터보 차저의 내구성 문제를 해결하기 위해 웨이스트 게이트(30)를 설치한다.

즉, 고속 영역에서 상기 컴프레서(12) 출구 쪽의 흡기 매니폴드(22)에 과도한 압력이 상승하면 웨이스트 게이트(30)의 부스트(32)에 압력이 가해지고 다이어프램(33) 및 로드(34)의 이동으로 터빈(11) 입구 측의 게이트(35)가 개방되어 배기 가스압력을 줄이게 된다. 따라서, 상기 터빈(11)의 속도가 저감되고 동시에 컴프레서(12)의 회전도 저감되어 공기의 공급은 일정량 이하로 줄어들게 된다.

여기서, 상기한 바와 같은 종래 터보 차저의 웨이스트 게이트를 장착한 디젤 엔진에서는 NO_X을 저감하기 위해 에미션(Emission) 측정 엔진 회전수(RPM)에서는 인젝션 타이밍이 일정 이상 지각되므로 후연소에 의해 컴프레서(12) 출구측의 압력이 급격히 높아지게 된다. 따라서, 상기 컴프레서(12) 출구측의 압력과 리턴 스프링과의 힘의 평형 관계에서 로드(34)가 이동되기 때문에 특정 엔진 회전수에서는 컴프레서(12) 출구측의 압력이 급격히 상승되므로 해서 배기 가스의 버림량도 급격히 상승되어 결국, 연비가 악화되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 컴프레서 출구측과 흡기 매니폴드내의 흡기 압력차를 이용하여 웨이스트 게이트의 부스트 압력을 조절함으로써 특정 엔진 회전수에서도 배기 가스 버림량이 일정하게 증가되도록 한 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조는, 배기 가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈에 의해 회전되면서 과급 공기를 유입시키는 컴프레서가 포함된 터보 차저에 있어서, 상기 컴프레서의 출구측에서 공기의 압력이 도입되는 반압실과, 컴프레서의 출구 쪽인 흡기 매니폴드에서 공기의 압력이 도입되는 가압실로 이루어진 통형의 부스트와; 상기 부스트의 가압실과 반압실 사이에 위치되어 양 실의 압력차에 따라 변형되는 다이어프램과; 상기 반압실에 위치되어 상기 다이어프램이 일정 이상 반압실 쪽으로 이동될 때 가압실 쪽으로 탄성력을 제공하는 탄발 스프링과; 상기 다이어프램의 변형에 따라 직선 이동되는 로드와; 상기 로드의 끝단에 설치되어 상기 가압실과 반압실 및 탄발 스프링의 상대힘에 따라 상기 터빈 입구 측의 배기 가스 배출량을 조절하는 게이트로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조가 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조가 도시된 구성도이다.

도 3은 본 발명의 요부 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

51 : 터빈 52 : 컴프레서

61 : 배기 매니폴드 62 : 흡기 매니폴드

63 : 배기 파이프 72 : 부스트

73 : 다이어프램 74 : 탄발 스프링

75 : 로드 76 : 게이트

A : 가압실 B : 반압실

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 배기 매니폴드(61)와 배기 파이프(63) 사이에 위치되어 배기 가스에 의해 회전되는 터빈(51)과, 상기 터빈(51)에 동일축(53)으로 연결되어 회전되면서 흡기 매니폴드(62) 측에 과급 공기를 유입시키는 컴프레서(52)와, 상기 컴프레서(52)의 최초 출구측과 흡기 매니폴드(62)에서 각각 과급 공기압이 입력되게 가압실(A)과 반압실(B)이 형성된 부스트(72)와, 상기 부스트(72)의 두 개의 실(A,B) 사이에 위치되어 양 실(A,B)의 압력차에 따라 변형되는 다이어프램(73)과, 상기 다이어프램(73)의 후측에 위치된 반압실(B)에 위치되어 상기 다이어프램(73)이 일정 이상 반압실(B) 쪽으로 이동될 때 가압실(A) 쪽으로 탄성력을 제공하는 탄발 스프링(74)과, 상기 다이어프램(73)의 변형에 따라 직선 이동되는 로드(75)와, 상기 로드(75)의 끝단에 설치되어 상기 가압실(A)과 반압실(B) 및 탄발 스프링(74)의 상대힘에 따라 상기 터빈(51) 입구 측의 배기 가스 배출량을 조절하는 게이트(76)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 부스트(72)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 컴프레서(52)의 최초 출구측에서 공기의 압력이 도입되는 반압실(B)과, 상기 컴프레서(52)의 출구 쪽인 흡기 매니폴드(62)에서 공기의 압력이 도입되는 가압실(A)로 이루어져 양실(A,B)의 압력차에 의해 다이어프램(73)이 전후 이동하게 되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.

터보 차저 작동시 컴프레서(52)내의 압력은 위치에 따라 어느 정도 차이가 발생하게 되는 데, 컴프레서(52)의 출구측에서 흡기 매니폴드(62)로 갈수록 과급압은 점차 높아지게 된다.

따라서, 컴프레서(52) 출구 쪽의 압력(P₁)을 부스트(72)내의 반압실(B)에 도입하고 흡기 매니폴드(62)측의 압력(P₂)을 부스트(72)내의 가압실(A)로 도입하여 이 두 압력차(P₁,P₂)에 의해 배기 가스가 배출되는 게이트(76)의 열림량을 조절하게 된다.

또한, 상기 가압실(A)의 압력(P₂)이 일정 이상으로 커져 다이어프램(73)의 변화량이 일정 이상이 되면 반압실(B)의 압력(P₁)과 더불어 탄발 스프링과의 힘의 평형 관계에서 다이어프램(73) 및 로드(75)의 이동량이 결정되면서 배기 가스 버림량을 결정된다.

특히, 디젤 엔진에서 NO_X을 저감하기 위해 인젝션 타이밍이 일정 이상 지각되는 특정 엔진 회전수(RPM) 영역에서는 흡기 매니폴드(62) 측의 압력이 급격히 상승하게 되므로 부스트(72) 내의 가압실(A)의 압력(P₂)도 반압실(B)의 압력(P₁)보다 상대적으로 급격히 높아지면서 다이어프램(73)의 이동량도 커지게 된다.

따라서, 상기 가압실(A)의 압력에 대하여 반압실(B)의 압력과 더불어 탄발 스프링(74)의 힘이 대응하기 때문에 게이트(76)의 열림량이 급격히 상승되지 않고 일정하게 상승되어 배기 가스의 배출량도 일정하게 상승되면서 터빈(51) 및 컴프레서(52)가 작동되게 된다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조는 컴프레서 출구 쪽의 압력이 급격히 상승되더라도 위치에 따른 과급 공기의 상대 압력차 및 탄발 스프링을 이용하여 게이트의 열림량을 조절하기 때문에 엔진 회전수에 따라 배기 가스 버림량이 적절하게 조절되어 연비가 악화되는 것을 방지함은 물론 엔진을 성능을 향상시키는 이점이 있다.

Claims

배기 가스에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈에 의해 회전되면서 과급 공기를 유입시키는 컴프레서가 포함된 터보 차저에 있어서,

상기 컴프레서의 출구측에서 공기의 압력이 도입되는 반압실과, 컴프레서의 출구 쪽인 흡기 매니폴드에서 공기의 압력이 도입되는 가압실로 이루어진 통형의 부스트와; 상기 부스트의 가압실과 반압실 사이에 위치되어 양 실의 압력차에 따라 변형되는 다이어프램과; 상기 반압실에 위치되어 상기 다이어프램이 일정 이상 반압실 쪽으로 이동될 때 가압실 쪽으로 탄성력을 제공하는 탄발 스프링과; 상기 다이어프램의 변형에 따라 직선 이동되는 로드와; 상기 로드의 끝단에 설치되어 상기 가압실과 반압실 및 탄발 스프링의 상대힘에 따라 상기 터빈 입구 측의 배기 가스 배출량을 조절하는 게이트로 구성된 것을 특징으로 하는 터보 차저 엔진의 웨이스트 게이트 구조.