KR19990036017A - 모터보조 가변기하학 터보차저 시스템 - Google Patents
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Abstract
모터보조 가변기하학 터보차저 시스템은 터보차저축에 특히 낮은 배기가스용적에서 동력을 증가시키는 모터를 갖는다. 이외에 터보차저는 압축기 공기 입구방향에 대한 제어 및/또는 두 개의 볼류우트 확장기로 배기가스제어를 갖는다. 이들은 터보차저 성능을 향상시키도록 엔진제어기로부터 직접 또는 간접으로 개별적으로 제어된다. 바람직한 실시예에서 모터는 터보확장기와 터보압축기 중간에 있는 터보차저축에 메인 하우징내에 직접 장착된 전기모터이다.
Description
발명의 분야
본 발명은 일반적으로 광범위한 속도 및 부하에 대해 작동되는 내연기관에 적용된 터보차저(turbocharger)에 사용된 가변 기하학부품에 관한 것이다.
발명의 배경
고정기하학 터보차저(fixed geometry turbocharger)들은 특정 엔진부하 및 속도에서 효과적으로 작동하도록 설계될 수 있다. 그러나 광범위한 엔진 속도 및 부하에 대해 작동될 때, 압축기 및 터보부품들은 설계지점을 벗어나서 강제로 작동되고 결과적으로 엔진성능에 해롭게 작용하는 효율손실을 받는다. 만일 터보차저가 엔진의 정격속도로 엔진과 조화되는 경우, 터보차저는 엔진이 저엔진 작동속도로 "토오크감소(torqued down)" 되는 최대효율을 상당히 벗어나서 작동될 것이다. 이와달리, 터보차저가 엔진의 저속도범위로 조화되는 경우, 터보차저는 엔진이 최대속도 및 부하에서 작동될 때, "과속"되는 경향을 가질 것이다.
낮은 엔진속도에 조화되는 터보차저의 과속을 방지하기위해, 폐기문(waste gate)은 엔진의 고속도 범위에 대해 터빈속도를 제한하는 터빈둘레에 배기가스를 바이패스(bypass) 시키도록 자주 사용된다. 그러나, 폐기 문은 터보차저 터빈에 의해 더 잘 이용될 수 있는 배기가스에 에너지의 누출이 발생되고 상당한 손실을 일으킨다.
일반적으로 이 분야에 공지된 더욱 효율적인 시스템은 터보차저 압축기, 터보차저 터빈에 또는 양자에 가변 기하학 부품들을 포함하는 것이다. 가장 흔한 형식들은 터빈 휠(turbine wheel) 앞에 가변 노즐 베인들 및/또는 압축기 부품에 가변확산 베인(diffuser vane)들이다.
터빈 휠 앞의 가변노즐베인들은 함께 연결되어서 각 노즐 통로의 목구역(throat area)이 저엔진속도에 대해 감소될 수 있고 엔진속도가 최대에 도달됨에 따라 증가될 수 있으며, 터보차저 속도는 안전운전범위내에 유지된다. 베인들의 위치조정은 엔진속도 및 부하에 의해 정밀하게 제어되어야 하고, 베인들은 공차공간(clearance spaces)을 통한 최소한 누설을 갖는 열배기 가스환경(hot exhaust gas environment)에서 자유로이 이동될 수 있어야 한다.
터보차저 터빈에 사용된 다양한 이동가능한 장치들은 복잡하고, 값비싸고, 내구성이 의심됐다. 그 결과 이동 가능한 장치들은 제한된 상업적 성공을 충족시켰다.
엔진 배기시스템에서 가변장치에 대한 더욱 실제적인 접근은 1971년 캐터필러 트랙터 컴패니(caterpillar tractor Co.)에 양도된 웹스터(Webster)의 미국 특허 제 3,557,549호에 기술됐다. 이 시스템은 분리된 매니폴드 시스템에 위치된 플래퍼 밸브(flapper valve)를 사용하여서 이 시스템은 고엔진속도 및 부하에서 중립위치에 있으나 저 엔진속도에서 모든 엔진 배기가스유동을 분리된 터빈 케이싱의 한 통로로 전환시키는 제 2위치로 이동될 수 있다. 이는 근본적으로 싱글 터빈 케이싱통로를 통하는 배기가스의 유동을 두배로 증가시키고 저 엔진 속도에서 도달될 수 있는 것보다 더 높은 레벨로 터보차저속도를 유지시킨다. 이 장치는 복잡한 가변노즐 베인 시스템을 보다 훨씬 더 단순화되고 위치조정을 위해 정밀한 제어시스템을 필요로하지 않는다.
배기가스를 전환시키는 플래퍼 밸브의 사용은 터보차저가 더 큰 엔진속도에 효율적으로 조화되게 하며, 이 경우 플래퍼 밸브는 중립위치에 있다. 엔진이 저속으로 작동될 때 터빈앞에 있는 싱글 터빈케이싱 통로로 배기유동 전부의 전환은 엔진 실린더에 더 큰 추진압력(boost pressure)을 제공하도록 터보차저 로터(rotor) 속도를 증가시켜서, 엔진이 얻을 수 있는 것보다 더 큰 동력 및 토오크를 일으키게 한다.
전환된 플래퍼 밸브에 의해 발생된 저엔진속도에서의 추진력증가는 터보차저 압축기가 서지(surge) 또는 비안정 구역에서 작동되기에 충분할 수 있다. 이와같은 경우, 압축기는 엔진작동지점들이 안정작동구역내에 있도록 서지라인을 더 낮은 공기 유동으로 이동시키게 재조화되어야 한다. 그러나, 이는 압축기 효율구역(compressor efficiency islands) 및 초우크 구역(islands and choke area)의 운동을 더 낮은 유동으로 만들고 엔진이 고속도 및 부하로 작동될 때 압축기 효율을 낮출 수 있다.
압축기의 성능지도(performance map)를 더 낮은 또는 더 높은 유동범위로 전환시킬 수 있는 가변 기하학 압축기는 저엔진속도에서 압축기를 서지밖에 유지하는 문제점의 한 해결책이고 여전히 고엔진속도에서 고효율을 유지한다. 가변확산 베인들은 사용될 수 있는 가변 기하학 압축기의 한 형태이나, 이동가능한 베인들은 터보차저 구조에서 내부적으로 상당히 기계적으로 복잡하고 다소 정교한 제어시스템으로 정밀하게 위치되어야 한다.
가변 기하학장치의 더욱 실용적인 형식은 압축기 휠의 유도장치(inducer)로 들어가는 공기에 양(positive) 및 음(negative)의 예비소용돌이(pre-whirl)를 제공하도록 압축기 휠의 전방에 이동가능한 예비 소용돌이 베인을 사용하는 것이다. 음의 예비소용돌이는 압축기 작동범위를 더 큰 유동으로 이동시키고 대개 압축기 효율을 향상시킨다. 양의 예비소용돌이는 압축기 작동 베인을 더 낮은 유동으로 이동시키고 대개 압축기 효율을 다소 낮춘다. 그러나 압축기 효율의 최대구역(minimum island)이 더 낮은 유동으로 또한 이동되기 때문에 양의 예비소용돌이의 순수한 효과는 이용가능한 효율레벨을 엔진의 작동구역으로 상승시킨 것이다.
따라서 배기흐름(exhaust stream)에서 이동가능한 플래퍼밸브를 공기흐름에서 이동가능한 예비소용돌이에 기계적인 링크를 연결시켜서 동기 이동되게 하는 것이 바람직하다. 플래퍼밸브가 중립에 있을 때, 예비소용돌이 베인들은 음의 예비소용돌이를 압축기에 제공하도록 위치되고, 최대효율이 고엔진속도범위에서 이용가능하도록 유동범위를 이동시킨다. 플래퍼 밸브가 전환된 위치에 있을 때, 예비소용돌이 베인들은 양의 예비소용돌이 위치로 이동되고, 이에의해 최대 압축기 효율이 저엔진속도범위로 이동된다. 간단한 유압실린더는 전환이 이루어지는 것이 요구되는 엔진속도를 감지함으로써 고유동이나 저유동(low flow) 위치로 기계적인 링크를 이동시키는 제어수단으로서 사용될 수 있다.
플래퍼밸브와 예비소용돌이 베인들 양자는 터보차저 구조물 외부에 있고, 이는 터보차저의 내부구조물로 제조되어야 하는 다른 장치들 보다 전체 비용이 훨씬 더 낮다.
양의 그리고 음의 예비소용돌이를 사용에 의한 압축기 유동범위의 이동은 월라스(Wallace), 휘트필드(whitfield) 및 애트키(Atkey)의 "입구 예비소용돌이를 갖는 반경류 터보차저 압축기의 실험 및 이론적 성능(Experimental and Theoretical Performance of a Radial Flow Turbocharger Compressor with Inlet Pre-Whirl)"라는 명칭으로 프로시딩즈 오브 디 인스티튜트 오브 미케니컬 엔지니어스, 권 18943/75(Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, Vol. 18943/75)에 발표된 논문에 더욱 상세히 기술됐다. 또한, 1991년 6월 울렌웨버(Woollenweber)에게 허여된 미국 특허 제 5,025,629호에 기술됐다.
매우 낮은 엔진속도에서, 예컨대 낮은 공회전(low idle)시에 상당한 추진레벨을 충분히 발생시키도록 터보차저를 신속히 구동시키는 배기가스 에너지가 불충분하다. 그결과 엔진 스로틀 개방과 예컨대 가속시와 매연을 제거하도록 충분한 추진력을 발생시키도록 터보차저가 신속히 가동될 때 사이에 상당한 지연시간(lag time)이 존재한다. 연료제어장치들, 예컨대 랙 제한기(rack limiters) 또는 아네로이드 제어기(aneroid controls)들은 터보차저가 매연없는 연소를 하도록 충분한 공기를 공급할 수 있을 때까지 엔진실린더에 공급된 연료량을 제한하도록 사용된다. 이들 연료제한장치들은 스로틀 개방에 더 늦은 응답과 엔진 및 차량의 느린 응답을 초래한다.
발명의 요약
본 발명의 이해를 돕기위해 본 발명은 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템에 관한 것임이 기본적으로 요약형태로 기술될 수 있다. 가변 기하학은 가변기하학 터보차저 시스템의 성능을 향상시키도록 터빈과 압축기 양자에 대한 모터구동을 함께 갖춘 배기가스터빈으로의 배기가스유동구조물 및/또는 공기압축기로의 공기입구유동에 의해 제공된다.
따라서, 본 발명의 목적 및 장점은 배기가스로부터의 추출물에 의해 달성될 수 있고, 특히 낮은 배기가스유동율에서 성능을 향상시키도록 2 인볼류우트 터보 확장기(two-volute turbo expander)를 더욱 갖춘 터보차저 시스템에 동력을 공급하도록 터보확장기 축용 모터 구동을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 낮은 배기가스유동율에서도 적당한 예비소용돌이를 제공하는데 필요한 동력을 제공하여 이와같은 시스템의 성능을 향상시키도록 압축기 휠의 유도기(inducer)로 공기가 들어갈 때 공기의 회전을 제어하는 예비소용돌이 베인들을 압축기 휠 상부에 장착될때도 터보차저의 성능을 향상시키기 위해 터보압축기의 공기흡입조절을 또한 포함하는 터보차저에 동력을 추가하는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 배기가스팽창과 동일방향으로 축을 회전시키는 것을 돕는 토오크를 공급하는 모터와, 차량성능을 향상시키도록 터보 압축기로의 공기유동제어를 함께 갖춘 그와같은 터보차저 모터를 포함하여 배기가스팽창으로 구동되는 터보차저에 동력을 공급하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 엔진성능을 향상시키도록 터보 압축기 축에 연결된 모터를 제공하고 터빈으로의 배기가스유동 및/또는 터보 압축기로의 공기유동을 제어하는 것 이외에 모터를 제어하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 터보 확장기와 터보 압축기 중간의 터보 차저 축에 직접 장착된 전기모터를 제공하는 것이고, 그래서 상기 목적 및 장점들은 차량제조자에게 최소공간 사용으로 그리고 정품장치조합으로 달성될 수 있다.
신규성이 있다고 생각되는 본 발명의 특징들은 첨부된 특허청구의 범위에 상세히 기술됐다. 본 발명은 구조 및 작동방법 양자에 대해, 다른 목적 및 장점과 함께 첨부도면과 관련된 다음의 설명을 참고하여 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 축에 동력을 추가하는 모터를 갖고, 2-볼류우트 터보 확장기로의 배기가스제어를 가지며, 모터와 배기가스 양자가 엔진제어기에 의해 제어되는 터보차저시스템의 개략도이다.
도 2는 터보차저가 축에 동력을 주는 것을 돕는 모터를 갖고 압축기로의 공기제어를 가지며 양자의 제어가 엔진제어기에 의해 달성되는 터보차저 시스템의 개략도이다.
도 3은 터보 압축기의 공기 회전제어를 갖추고, 3개 모두가 엔진제어기에 의해 제어되는 도 1과 비슷한 개략도이다.
도 4는 도 3과 비슷한 개략도이나 터보 확장기로의 배기가스유압이 제어되고 터보 압축기로의 공기 유입이 제어된다.
도 5는 도 3과 비슷하나 배기가스제어 및 공기유입제어가 함께 제어되고 모터제어기가 분리된다.
바람직한 실시예의 설명
스로틀 밸브의 개방에 대한 엔진 및 차량 응답을 향상시키기 위해, 외부 동력원은 급가속에 대하여 엔진흡기시스템에 증가된 추진레벨을 제공하도록 엔진공회전시에 더 높은 속도로 터보차저(turbocharger)를 작동시키는 것이 필요하다. 이 외부동력원은 전기모터, 유압모터, 공압모터등과 같은 그리고 특히 동력출력이 제어될 수 있는 모터와 같은 편리한 회전동력원일 수 있다. 외부 동력원의 바람직한 실시예인 하기 실시예는 엔진 공회전시에 터보차저 로터와 결합되어 회전 조립체의 공회전 회전속도를 증가시키는 전기모터이다.
터보차저가 배기가스에너지로부터 제공할 수 있는 추진압력(boost pressure )보다 더 큰 엔진공회전시에 이용가능한 추진압력을 갖는 것은 가속중에 엔진실린더로 연료가 더 빨리 분사되게 하고 과도기간(transient period)중에 매연 및 방출물을 감소시킨다. 이 엔진은 과도기간중에 더 큰 출력토오크를 발생시키는 것이 가능하고, 가속중에 더 큰 추진압력은 이미 언급된 아네로이드 제어기와 같은 연료 제한장치에 대한 필요성을 당연히 제거한다.
터보차저에 연결된 전기모터는 엔진이 시동되기전에 전압이 가해질 수 있다. 그다음 엔진시동중에 양의 차동압력(positive differential pressure)이 흡기매니폴드에서 배기매니폴드로 엔진을 가로질러 존재할 것이다. 2 사이클 엔진의 경우, 양의 차동압력은 시동중에 실린더를 배기시키기 위해 필요하다. 그러므로 2사이클엔진이 전기모터의 도움으로 과급(turbocharge)되는 경우 시동에 필요한 배기차동압력을 제공하는 제어구동 송풍기의 필요성이 제거된다.
본 발명의 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템은 도 1에 일반적으로 도면부호 10으로 표시됐다. 디젤엔진(12)은 2개의 배기매니폴드(14,16)를 갖고 이 배기 매니폴드들은 배기가스터빈(22)의 2 볼류우트(two volute)(18,20)에 각각 관으로 연결된다 밸브(24)는 배기가스가 한 볼류우트에 또는 양 볼류우트에 제공되든지간에 제어한다. 배기가스용적이 작을 때 한 볼류우트로의 공급은 더 큰 배기가스압을 제공하고, 이는 배기가스 터빈로터(26)에 더 많은 동력을 공급한다. 밸브(24)는 밸브제어기(valve controller)(28)에 의해 제어되고, 이 밸브제어기는 엔진제어기(30)로부터의 신호에 응답한다. 요구 및 엔진작동상태와 같은 다양한 신호들이 엔진제어기로 공급되고, 그래서 밸브(24)는 적절히 설정될 수 있다.
배기가스터빈로터(26)는 터보차저 축(32)에 장착되고 이 축은 차례로 터보 압축기(34)를 구동시킨다. 터보 압축기는 그 속에 압축기 로터(36)를 가져서 회전될 때 공기가 입구(38)로 유입되고 출구(40)로 엔진 흡기시스템으로 공급된다.
이 구조는 일반적으로 울렌웨버의 미국 특허 제 5,025,629호에서 보여지고, 이 전체구조는 참고로 여기에 결합됐으며, 그것에 관하여 도 9를 참조하시오. 이 특허에 기술된 가변 기하학이외에 상기에 기술된 이유들에 대하여 특히 낮은 배기가스율에서 엔진(12)에 충분한 연소공기를 공급하는데 문제점이 있다. 이와같은 이유 때문에 모터(42)는 터보차저 축(32)을 과급방향으로 회전시키도록 부착된다. 모터(42)는 제어될 수 있는 경우 전기모터, 공압모터, 유압모터 또는 기타형식의 모터일 수 있다. 그러나 모터(42)는 전기모터가 바람직하며, 터보 축(32)에 로터가 장착되고 터보차저 하우징 내부에 스테이터(stator)가 장착되며, 전기선이 적당한 모터제어신호들을 공급한다. 모터제어기(44)는 엔진제어기(36)에 의해 제어되도록 연결된다. 엔진제어기(30)는 엔진요구 및 현재의 엔진작동상태에 따라 엔진이 최적연소공기량을 공급하도록 시스템의 최적작동을 위해 밸브제어기 및 모터제어기를 제어하고 차량엔진제어 시스템의 주요부분인 것이 바람직하다. 엔진이 낮은 속도로 작동되고 더 많은 동력 및 더 큰 속도에 대한 엔진이 요구될 때 밸브(24)는 싱글 볼류우트위치(single volute position)에 있고 모터(42)는 터보차저에 동력을 추가하도록 전압이 가해진다. 배기가스량이 증가됨에 따라 밸브는 더블 볼류우트위치(double volute psition)로 전환될 수 있고, 배기가스가 터보 압축기의 전체동력수요를 공급하기에 완전히 적절할 때 모터(42)에 동력이 공급될 필요가 없다. 모터(42)가 축(42)의 최고 속도와 같이 빨리 회전될 수 없도록 형성되는 경우, 모터(42)는 제어라인(control line)(45)에 의해 해제될 수 있다. 따라서 동력은 모터(42)에 공급되고 밸브(24)는 엔진속도 및 수요조건하에서 최적 터보차저 작동상태를 위해 적절히 제어된다.
도 2는 디젤엔진용의 비슷한 터보차저 시스템(46)을 도시한다. 터보차저시스템(48)은 터보차저 축(52)에 장착된 배기가스 터보 확장기로터(50)를 갖는다. 압축기로터(54)는 터보차저 축(52)에 의해 구동되고 압축기 하우징(56)에 장착된다. 공기는 출구(58)로부터 엔진의 공기입구로 공급된다. 모터(42)에 대해 기술된 바와같이 전기모터(60)는 라인(63)을 경유하여 모터 제어기(62)에 의해 제어되고, 이 모터 제어기는 차례로 엔진제어기(64)에 의해 제어된다. 엔진제어기는 현재 엔진 작동상태신호들 뿐만아니라 엔진수요신호들을 수신한다. 이들 신호로부터 모터제어기(62)는 압축기 회전방향으로 축(52)을 구동시키는 전기모터(60)에 동력을 공급하는 적당한 신호들을 수신한다. 이외에 터보차저의 입구(66)는 그곳에 도면부호 67과 같은 곳에 조정가능한 베인들을 갖고 이 베인들은 입구흐름에 예비소용돌이(pre-whirl)를 제공한다. 상기에 참고로 기술한 바와같이, 이와같은 예비소용돌이는 압축기 성능을 향상시킨다. 예비소용돌이는 이 베인들의 적당한 조절에 의해 조절될 수 있고 이 베인들은 예비소용돌이가 압축성능을 조절하게 한다. 따라서 베인조절기(68)는 터보 압축기에 가변 기하학을 제공한다. 베인조절기(68)와 모터 제어기(62) 양자는 엔진 제어기(64)로부터 제어된다. 각 제어기는 특정 엔진작동 변수(paramenter)와 성능요구하에서 최적 과급성능을 제공하도록 독립적으로 제어된다. 입력 예비소용돌이의 제어에 의한 터보압축기 상태의 조절은 상기 참고된 공보에 기술됐다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 시스템과 비슷한 터보차저시스템(70)을 도시한다. 터보차저시스템(70)은 전환밸브(diverter valve)(71)를 갖춘 이중 볼류우트(dual volute) 배기가스 확장기를 갖고, 이 전환밸브는 이미 기술된 바와같이 낮은 배기가스 유동율에서 더 큰 성능을 위해 분할된 엔진 매니폴드로부터 한 볼류우트로 모든 배기가스유동을 변환시킨다. 더욱이, 압축기(72)는 압축기(72)의 입구에 예비소용돌이 제어기(74)를 갖는다. 이외에, 모터(76)는 축을 압축기방향으로 구동시키도록 터보차저 시스템 주축(77)에 직접 연결된다. 예비소용돌이 베인제어기(78)와 모터제어기(80)는 각각 예비소용돌이 베인들과 모터(80)를 제어하나, 도 3에 도시된 바와같이 이들은 현존상태하에서 협력적인 터보차저 공기출구를 최적화시키도록 통합된다. 이와같은 통합은 또한 도 1의 모터제어기(44)에 대한 밸브제어기(28)에 주어지고 또한 도 2의 베인제어기(68)와 모터제어기(62)에 대해 주어진다. 도 3의 베인제어기(78)와 모터제어기(80)들은 엔진제어기(82)로부터의 신호에 의해 양자가 전압이 가해지고, 이 엔진제어기는 작동변수 뿐만아니라 필요사항(요구사항)을 포함한다. 이와 대조적으로 밸브제어기(78)는 엔진제어기(82)에서 이용가능한 신호로부터 직접 작동된다. 따라서 모터와 예비소용돌이 제어기들은 동시에 작동되고 통합되는 반면에 전환밸브(71)는 밸브제어기(83)로부터 독립적으로 제어된다.
도 4는 도 3의 시스템과 구조적으로 아주 유사한 시스템(84)을 도시한다. 터보차저 시스템(84)의 제어에서 엔진(86)은 라인(89)을 경유하여 모터(90)를 제어하는 모터제어기(88)에 신호를 공급한다. 그와함께 통합된 그리고 그와함께 협력되는 제어기(92)는 라인(93)을 통해 예비소용돌이를 제어하는 베인(94)들을 제어하고 라인(96)을 통해 전환밸브(97)를 제어한다. 예비소용돌이 제어기는 또한 전환밸브를 제어하기 때문에 두 기능들이 통합된다. 모터제어기는 밸브제어기(92)와 관련되기 때문에 모든 기능들이 협력되고 엔진제어기(86)로부터 수신된 신호들에 따라 조절된다.
도 5는 모두 3개의 터보차저시스템 변수들을 갖기 때문에 도 4의 시스템(84)과 비슷한 시스템(98)을 도시한다. 예비소용돌이 베인(100)들과 전환밸브(102) 양자는 제어기(104)에 의해 제어되고, 이 제어기는 엔진제어기(106)로부터 신호를 수신한다. 이들 두 변수들은 이들의 신호가 동일 제어기(104)로부터 발생되기 때문에 협력적이고 통합된다. 그러나, 이와같은 경우 모터(108)는 모터제어기(110)에 의해 제어되고, 이 모터제어기는 엔진제어기(106)로부터 직접 신호를 수신한다. 따라서, 예비소용돌이 베인들과 배기 전환밸브는 통합되고 협력적으로 조절된다. 모터(108)는 엔진제어신호로부터 독립적으로 제어된다.
모터는 터보차저시스템의 넓은 작동범위에 대한 토오크에 기여할 수 있도록 치수가 만들어진다. 엔진이 공회전될 때 모터는 터보차저출력의 증가에 맨 먼저 가장 크게 기여한다. 모터는 엔진이 너무 많이 운전되는 것을 방지하도록 터보 압축기 입구제어기와 조합으로 배기가스가 적당한 공기를 제공할 수 있을때까지 여전히 토오크에 기여한다. 그러나, 너무 과도한 추진을 방지하도록, 추진압력이 상승됨에 따라 모터는 압축기 입구가 추진증가를 감소시키거나 제한하도록 제어되기 전에 전원이 꺼진다.
본 발명은 현재 고단된 최상의 형태로 기술됐고, 발명능력의 실행없이 이 분야에 숙련된 사람들의 능력범위내에서 다양한 변경, 형태 및 실시예로 가능함이 명백하다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 특허청구의 범위에 의해 한정된다.
Claims (16)
- 함께 회전하도록 함께 연결된 배기가스구동 터보확장기와 터보 압축기 ;모터가 작동될 때 상기 터보압축기를 압축방향으로 회전시키도록 상기 터보압축기에 연결된 추가적인 모터 ;상기 배기가스 터보확장기를 제어하기 위해 상기 배기가스 터보확장기의 입구에 연결된 배기가스제어기 ; 및모터 제어기와 밸브제어기가 통합되고, 상기 모터를 제어하도록 연결된 모터제어기 및 상기 배기가스밸브에 연결된 밸브제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 배기가스 터보확장기는 이중 볼류우트 확장기이고 상기 밸브는 상기 볼류우트 중 하나 또는 양자에 배기가스유동을 제어하는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 2항에 있어서, 엔진제어기를 더욱 포함하고, 상기 엔진제어기는 엔진상태 및 엔진요구조건에 응답되고, 상기 모터제어기 및 상기 밸브제어기는 상기 엔진제어기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 터보압축기의 예비소용돌이 입구제어기 베인들 및 상기 베인들을 제어하도록 연결된 베인제어기를 더욱 포함하고, 상기 베인제어기는 상기 모터와 상기 베인제어기로의 신호들을 통합방식으로 변화시키도록 상기 모터제어기와 통합되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 4항에 있어서, 상기 밸브제어기는 상기 모터제어기와 상기 베인제어기와의 통합에 실질적으로 독립적으로 상기 엔진제어기에 의해 신호가 보내지도록 연결되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 4항에 있어서, 상기 모터 제어기, 상기 베인제어기 및 상기 밸브제어기 각각은 통합되고 상기 엔진제어기에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 4항에 있어서, 상기 밸브제어기 및 상기 베인제어기들은 함께 작용하도록 통합되고 상기 모터제어기는 상기 밸브제어기 및 상기 베인제어기와 실질적으로 독립적으로 엔진제어기에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 4항에 있어서, 터보차저 축을 포함하고, 상기 터보확장기 및 상기 터보압축기는 상기 축에 장착되고, 상기 모터는 상기 압축기와 상기 확장기 사이의 위치에서 상기 축에 장착된 모터를 갖는 전기모터인 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 엔진 배기가스에 의해 구동되는 터보확장기 ;입구에 공기를 흡입하고 압력하의 공기를 엔진으로 공급하기 위한 터보 압축기, 함께 회전하도록 함께 연결되는 상기 터보 압축과 터보 확장기 ;압축기 입구 예비소용돌이를 제공하는 상기 압축기 공기입구에 있고 예비소용돌이 량을 제어하도록 가변되는 공기흡입제어기 베인들 ;상기 베인들을 제어하는 베인제어기 ;상기 압축기를 낮은 배출가스유동으로 구동시키도록 상기 압축기에 동력을 공급하기 위해 상기 압축기와 함께 회전하도록 연결된 모터 ;상기 모터가 상기 베인들과 통합되게 제어되도록 상기 베인제어기에 연결되고 상기 모터를 제어하는 모터 제어기 ; 및상기 모터와 상기 베인들을 통합제어하도록 상기 모터제어기 및 상기 베인제어기에 연결되고 엔진상태에 응답하는 엔진제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 9항에 있어서, 밸브는 상기 배기가스터빈에 연결되고, 상기 배기가스입구 밸브는 상기 베인제어기가 통합제어되도록 그리고 상기 모터제어기와 통합제어되도록 연결되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 9항에 있어서, 상기 배기가스터빈에 배기가스입구밸브를 더욱 포함하고, 상기 배기가스 입구밸브를 제어하는 밸브제어기는 상기 엔진제어기에 의해 제어되며 상기 모터제어기와 상기 베인제어기와 독립되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 9항에 있어서, 터보차저 축을 포함하고, 상기 터보확장기와 상기 터보압축기는 상기 축에 장착되며, 상기 모터는 상기 압축기와 상기 확장기 사이의 위치에서 상기 축에 장착된 로터를 갖는 전기모터인 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 배기가스터빈은 내연기관으로부터 배기가스를 수용하도록 연결용 입구를 갖고, 상기 배기가스 터빈은 그곳에 함께 회전하도록 축에 장착되는 회전터빈 휠, 상기 배기가스터빈의 상기 배가가스입구에 있는 밸브 및 상기 밸브를 제어하는 밸브제어기를 가지며 ;터보 압축기, 상기 축은 상기 터보압축기로 연장되고, 상기 터보압축기는 입구를 갖고 상기 입구로 들어가는 공기를 압축하도록 상기 축과 함께 회전되게 그곳에 장착된 휠, 상기 압축기 입구에 이동가능한 예비소용돌이 베인들, 상기 밸브제어기와 통합되도록 연결된 베인제어기, 엔진제어기를 갖고, 상기 베인 및 밸브제어기는 상기 엔진제어기로 제어되도록 연결되며 ;모터, 상기 모터는 상기 축에 연결되고, 상기 모터는 상기 축을 공기 압축 방향으로 회전시키도록 전압이 가해지며, 모터제어기는 상기 모터에 연결되고 상기 밸브제어기 및 상기 밸브제어기와 독립된 상기 모터의 제어를 위해 상기 엔진제어기에 연결되는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 13항에 있어서, 상기 배기가스터빈은 이중 볼류우트 터빈이고, 상기 밸브는 작동될 때 터빈성능을 향상시키도록 상기 볼류우트 중 하나로 모든 배기가스를 유도하는 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 14항에 있어서, 상기 모터는 상기 압축기와 상기 터빈 휠 사이의 위치에서 상기 축에 장착된 로터를 갖는 전기모터인 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
- 제 13항에 있어서, 상기 모터는 상기 압축기와 상기 터빈휠 사이의 위치에서 상기 축에 장착된 로터를 갖는 전기모터인 것을 특징으로 하는 모터보조 가변 기하학 터보차저 시스템.
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