KR19990039771A - 차량용 터보 차저 - Google Patents

Abstract

차저 타임래그를 보다 확실하게 저감시키므로서, 흡기효율의 향상 및 엔진의 출력을 증대시킬 수 있고, 차저 타임래그의 저감작용이 보다 정확하게 이루질 수 있도록 제어할 수 있는 차량용 터보 차저를 제공하기 위하여,

배기 매니폴드상에 장착되어 배기가스의 압력에 의해 회전하는 터빈과; 상기 터빈과 연결되고, 흡기 매니폴드상에 장착되어 흡기를 압축시키는 임펠러와; 상기 터빈과 임펠러 사이에 설치되어 터보 타임래그를 저감시키는 타임래그 저감수단을 포함하는 차량용 터보 차저를 제공한다.

Description

차량용 터보 차저

본 발명은 터보 차저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기압력을 증가시켜 엔진의 출력을 높이는 기능을 하는 것으로 타임래그를 저감시킬 수 있는 터보 차저에 관한 것이다.

일반적으로 터보 차저는 배기가스로 터빈을 돌리고, 그 터빈이 공기압축기를 구동시켜 규정된 양 이상의 공기를 엔진에 공급하고, 그것에 따라 다량의 연료를 연소시켜 엔진의 출력을 높이는 기능을 하는 장치이다.

이러한 터보 차저는 배기 매니폴드에 터빈을 장착하고, 흡기 매니폴드에 압축기를 장착하여, 이 양측을 연결하는 구조로서, 배기가스의 압력에 의해 터빈이 회전하면 이와 연결된 압축기가 회전하면서 흡기를 압축하여 출력을 높인다.

그러나 상기한 터보 차저는 엔진의 가속 초기인 아이들 상태에서 가속페달을 밟아도 압축기가 즉시 고회전이 되지 않는다. 즉 가속페달을 밟으므로서 힘이 좋아진 엔진으로부터 고압의 배기가스가 배출되어 터빈을 돌리고, 이것이 압축기에 전달되어야만 터보 차저의 효과가 발생되지만, 엔진의 초기상태나 아이들 상태인 경우 도리어 흡입되는 공기의 속도에 비해 압축기의 회전이 늦어지는 현상이 발생한다.

이와 같이 가속페달을 밟아도 즉시 강력한 응답을 보이지 않고, 약간의 시간적인 지연이 일어나는 타임래그(time lag)가 발생한다.

상기한 바와 같은 타임래그를 감소시키기 위하여 터빈의 무게를 될 수 있는 한 줄이는 방식과, 감속시에 발생하는 흡기측의 압력상승을 억제하여 이것을 터빈측에 리사이클시켜서 회전저하를 억제하는 방식과, 작은 터빈을 다수개 사용하는 방식 등이 사용되고 있다.

그러나 상기한 바와 같이 이루어진 터보 차저의 타임래그를 감소시키는 방식은 다소의 타임래그를 저감시키는 효과는 있으나 근본적인 해결방안은 되지 못하므로 흡기효율저하 및 엔진출력의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차저 타임래그를 보다 확실하게 저감시키므로서, 흡기효율의 향상 및 엔진의 출력을 증대시킬 수 있는 차량용 터보 차저를 제공하는데 있다.

다른 목적으로 차저 타임래그의 저감작용이 보다 정확하게 이루질 수 있도록 제어할 수 있는 차량용 터보 차저를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 배기 매니폴드상에 장착되어 배기가스의 압력에 의해 회전하는 터빈과; 상기 터빈과 연결되고, 흡기 매니폴드상에 장착되어 흡기를 압축시키는 임펠러와; 상기 터빈과 임펠러 사이에 설치되어 터보 타임래그를 저감시키는 타임래그 저감수단을 포함하는 차량용 터보 차저를 제공한다.

상기한 타임래그 저감수단은 상기 터빈과 연결되어 같이 회전하는 입력축과, 임펠러와 연결되는 출력축 사이에 장착되어 터빈의 회전력을 임펠러측에 전달하거나 차단하는 작동수단과; 상기 작동수단을 작동시키는 조작기구와; 상기 조작기구를 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 이루어진 터보 차저는 차량의 속도가 일정차속 이상이 되면 터빈과 임펠러를 서로 연결시켜 터빈의 회전력을 임펠러에 전달하고, 차량의 속도가 일정 차속 이하로 되면 터빈과 임펠러 사이를 차단하여 타임래그를 저감시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 터보 차저의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 터보 차저 작동수단의 작동상태를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 터보 차저 제어수단의 구성도.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 터보 차저의 구성도로서, 배기 매니폴드(2)상에 장착된 터빈(4)과, 흡기 매니폴드(6)상에 장착된 임펠러(8)와, 그 사이에 장착되어 타임래그를 저감시키는 타임래그 저감수단을 포함한다.

상기 터빈(4)은 배기 매니폴드(2)의 일측에 장착되고, 외주연으로 일정한 각도로 비틀려 있는 다수개의 터빈 블레이드가 설치되어 배기가스의 압력에 의해 회전한다.

상기 임펠러(8)는 흡기 매니폴드(6)상에 장착되고, 그 외주연으로 일정각 각도로 비틀려진 임펠러 브레이드가 다수개 설치되어 상기 터빈(2)의 회전력을 전달받아 흡입공기에 가압하여 엔진 출력효율을 증대시킨다.

상기 타임래그 저감수단은 상기 터빈(2)과 연결되어 같이 회전하는 입력축(10)과, 임펠러(8)와 연결되는 출력축(12) 사이에 장착되어 터빈(4)측의 회전력을 임펠러(8)측으로 전달하거나 차단하는 작동수단과, 이 작동수단을 작동시키는 조작수단과, 상기 조작수단을 제어하는 제어수단을 포함한다.

상기한 작동수단은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 입력축(10)과 연결되어 같이 회전하는 구동기어(14)와, 상기 출력축(12)과 연결되어 같이 회전하는 피동기어(16)와, 상기 구동기어(14)의 외주연에 형성된 기어부(26)에 축방향으로 슬라이드 가능하게 장착되는 싱크로나이저 슬리브(18)와, 상기 피동기어(16)와 구동기어(14) 사이에 장착되어 싱크로나이저 슬리브(18)의 이동시 클러치 작용을 하는 싱크로나이저링(20)을 포함한다.

상기 구동기어(14)는 외주연으로 기어부(26)가 형성되고, 내주연이 상기 입력축(10)상에 스플라인 결합되어 같이 회전하고, 그 측면에 일정 크기의 홈이 형성되어 상기 출력축(12)의 끝단과 슬립 가능하게 연결된다.

상기 피동기어(16)는 외주연으로 기어부가 형성되고, 내주연으로 출력축(12)상에 스플라인 결합되어 같이 회전한다.

상기 출력축의 일측 외주연에 일정한 테이퍼부(30)가 형성되고, 이 터이퍼부(30)의 외주연으로 싱크로나이저링이 슬립 가능하게 설치되고, 그 끝단측이 상기 구동기어(14)의 홈에 삽입되고, 그 사이에 베어링(32)이 개재된다.

상기한 싱크로나이저 슬리브(18)는 내주연이 구동기어(14)의 기어부(26)에 축방향으로 이동 가능하게 섭동하고, 상기 조작수단에 의해 축방향으로 이동하여 구동기어(14)와 피동기어(16)를 서로 연결시켜 회전력을 전달이 이루어지도록 한다.

상기한 싱크로나이저링(20)은 상기 싱크로나이저 슬리브(18)가 축방향으로 이동하여 구동기어(14)와 피동기어(16)를 서로 치합시킬 때 상기 피동축(12)의 테이퍼부(30)와 마찰을 일으켜 천천히 피동기어(16)측에 회전력을 전달하면서 치합이 이루어지므로 연결충격을 줄여준다.

이러한 작동수단은 싱크로나이저 슬리브(18)가 도면에서 보아 조작수단에 의해 좌측으로 밀리게 되면 먼저 싱크로나이저링(20)을 가압하여 그 내주연이 피동기어(12)의 테이퍼부(20)에 마찰되면서 동력의 전달이 천천히 이루어지다가 싱크로나이저 슬리브(18)가 완전히 밀리게 되면 싱크로나이저 슬리브(18)의 일측은 피동기어(16)의 외주연에 섭동하고, 타측은 구동기어(14)의 외주연에 섭동하여 구동기어(14)의 회전력이 피동기어(16)에 전달된다.

상기한 조작수단은 상기 싱크로나이저 슬리브(14)의 외주연에 형성된 가이드홈(22)에 슬립 가능하게 삽입되는 시프트 포크(24)와, 상기 시프트 포크(24)를 직선왕복 이동시키는 제어수단과 시프트 포크 사이를 연결하는 작동로드(34)를 포함한다.

상기한 시프트 포크(24)의 일측과 작동수단의 외측에 설치되는 하우징(36)의 내측 사이에 탄성부재(38)가 개재되어 시프트 포트(24)의 작동후 원위치로 복귀시킨다.

이러한 조작수단은 제어수단의 작동에 의해 작동로드(34)가 축방향으로 이동하면 시프트 포크(24)가 싱크로나이저 슬리브(18)를 축방향으로 이동시키고, 제어수단의 작동이 멈추면 탄성부재(38)의 탄성력에 의해 시프트 포크(24)가 원위치로 복귀된다.

상기한 제어수단은 도3 및 도4에 도시된 바와 같이 상기 작동로드(34)를 수직왕복 이동시키는 구동수단과, 이 구동수단을 단속하는 단속수단을 포함한다.

상기한 구동수단은 상기 작동로드(34)와 연결되는 실린더(50)와, 고압의 작동유체가 채움되어 있는 고압탱크(52)를 포함한다.

상기한 실린더(50)는 실린더 하우징(54)의 내측에 작동유체가 채움되는 챔버가 형성되고, 이 실린더 하우징(54)의 내주연에 직선왕복 이동 가능하게 피스톤(56)이 장착되고, 이 피스톤(56)의 일단이 작동로드(34)와 연결되고, 이 피스톤 일측면과 실린더 하우징(54) 내벽과의 사이에 탄성부재(58)가 개재된다.

이러한 실린더(50)는 유압라인(60)에 의해 고압탱크(52)와 연결된다.

상기한 고압탱크(52)는 고압의 작동유체가 충진되어 있고, 항상 일정한 고압을 유지하기 위해 일측에 압력유지수단이 설치된다.

상기한 압력유지수단은 고압탱크(52)내의 압력이 일정압 이하로 저하되면 작동하는 압력스위치(64)와, 이 압력스위치(64)의 작동에 의해 고압탱크(52)내에 작동유체를 충진시키는 압축기(74)와 이 압축기(74)와 고압탱크(52)를 연결하는 라인(76)상에 장착되어 고압탱크(52)내의 작동유체가 역류되는 것을 방지하는 체크밸브(78)를 포함한다.

상기 압력스위치(64)는 고압탱크와 연결되는 하우징(66)의 내측에 고정되고, 압축기와 연결되는 고정접점(72)과, 이 고정접점(72)의 상측으로 탄성부재(70)가 개재된 이동접점(68)으로 이루어져 고압탱크(52)내의 압력에 의해 탄성부재(70)가 압축되어 고정접점(72)과 이동접점(68)이 떨어져 압축기(74)로의 전원의 공급이 차단되고, 고압탱크(52)내의 압력이 일정압 이하로 내려가면 탄성부재(70)의 탄성력에 의해 고정접점(68)과 이동접점(68)이 접지되어 압축기(74)를 작동시켜 고압탱크(52)를 충진시킨다.

상기한 단속수단은 고압탱크(52)와 실린더(50)를 연결하는 유압라인(60)의 일측에 장착되어 유압라인의 개폐작용을 하는 솔레노이드밸브(62)와, 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 RPM센서(80)와, 이 엔진 RPM센서(80)의 신호에 의해 상기 솔레노이드 밸브(62)를 작동시키는 전자제어유닛(ECU)(82)을 포함한다.

이러한 제어수단은 엔진의 회전수가 설정치 이상이 되면 엔진 RPM센서(80)가 그 신호를 전자제어유닛(ECU)(82)에 전달하고, 이 전자제어유닛(ECU)(82)은 솔레노이드 밸브(62)를 작동시켜 유압라인(60)을 개방하면, 고압탱크(52)의 작동유체가 실린더(50)측으로 압송되면서 실린더의 피스톤(56)을 밀어준다.

이때 상기 피스톤(56)과 연결된 작동로드(34)가 길이방향으로 이동하면서 시프트 포크(24)를 이동시키고, 이 시프트 포크에 의해 싱크로나이저 슬리브(18)가 축방향으로 이동한다.

그러면 싱크로나이저 슬리브(18)는 구동기어(14)와 피동기어(16)를 서로 연결시켜 구동기어(14)의 회전력이 피동기어(16)측으로 전달되도록 하여 터빈(4)의 회전력을 임펠러(8)에 전달한다.

즉 엔진의 회전수가 설정치 이하일 경우에는 임펠러(6)와 터빈(4)을 서로 분리시켜 흡기 매니폴드(6)로 유입되는 흡입공기의 흐름을 보다 원활하게 하여 타임래그를 저감시키고, 반대로 엔진의 회전수가 설정치 이상일 경우 터빈(4)과 임펠러(8)를 서로 연결시켜 배기가스의 압력에 의한 터빈(4)의 회전력을 임펠러(8)에 전달하여 흡입공기를 가압시켜 엔진의 출력을 증대시킨다.

상기한 바와 같이 이루어진 터보 차저는 차량의 저속 및 아이들시 등의 경우 터빈과 임펠러를 서로 분리시켜 타임래그를 보다 확실하게 저감시킴으로서, 흡기효율을 향상시킬 수 있고, 엔진의 출력을 증대시킬 수 있다.

또한 차저 타임래그의 저감작용이 보다 정확하게 이루질 수 있도록 제어할 수 있다.

Claims (10)

1. 배기 매니폴드상에 장착되어 배기가스의 압력에 의해 회전하는 터빈과;

   상기 터빈과 연결되고, 흡기 매니폴드상에 장착되어 흡기를 압축시키는 임펠러와;

   상기 터빈과 임펠러 사이에 설치되어 터보 타임래그를 저감시키는 타임래그 저감수단을 포함하는 차량용 터보 차저.
2. 청구항 1에 있어서, 타임래그 저감수단은 상기 터빈과 연결되어 같이 회전하는 입력축과, 임펠러와 연결되는 출력축 사이에 장착되어 터빈의 회전력을 임펠러측에 전달하거나 차단하는 작동수단과;

   상기 작동수단을 작동시키는 조작수단과;

   상기 조작기구를 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.
3. 청구항 2에 있어서, 작동수단은 상기 입력축과 연결되어 같이 회전하는 구동기어와;

   상기 출력축과 연결되어 같이 회전하는 피동기어와;

   상기 구동기어의 외주연에 형성된 기어부에 축방향으로 슬라이드 이동하도록 장착되고, 상기 피동기어의 외주연에 형성된 기어부와, 구동기어의 기어부를 서로 연결시키는 싱크로나이저 슬리브와;

   상기 피동기어와 구동기어 사이에 장착되어 싱크로나이저 슬리브의 이동시 클러치 작용을 하는 싱크로나이저링을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.
4. 청구항 2에 있어서, 조작수단은 상기 싱크로나이저 슬리브의 외주연에 형성된 가이드홈에 슬립되도록 장착되는 시프트 포크와;

   상기 시프트 포크와 상기 제어수단 사이에 연결되어 제어수단의 작동에 의해 시프트 포크를 축방향으로 이동시키는 작동로드를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 시프트 포크의 작동 후 원위치로 복귀시키기 위해 시프트 포크와 작동수단의 외주연에 장착된 하우징의 내측과의 사이에 탄성부재가 개재되어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.
6. 청구항 2에 있어서, 제어수단은 상기 작동로드를 수직왕복 이동시키는 실린더와;

   상기 실린더와 유압라인에 의해 연결되어 작동유체를 공급하는 고압탱크와;

   상기 유압라인의 일측에 장착되어 유압라인의 개폐작용을 하는 솔레노이드밸브와;

   엔진의 회전수를 검출하여 설정치 이상되면 그 신호를 전자제어유닛(ECU)에 전달하는 엔진 RPM센서를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.
7. 청구항 6에 있어서, 실린더는 내측으로 유압챔버가 형성되는 실린더하우징과;

   상기 실린더 하우징의 내주연에 직선왕복 이동 가능하게 장착되고, 일측면이 상기 작동로드와 연결되는 피스톤과;

   상기 피스톤과 실린더 하우징의 내벽 사이에 개재된 탄성부재를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.
8. 청구항 6에 있어서, 고압탱크의 일측으로 상기 고압탱크내에 압력이 일정압 이하로 저하되면 작동유체를 충진시키는 압력유지수단이 장착되어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.
9. 청구항 8에 있어서, 압력유지수단은 고압탱크의 일측에 장착되어 고압탱크내의 압력이 일정압 이하로 떨어지면 스위칭되는 압력스위치와;

   상기 압력스위치의 전원 연결에 의해 작동하여 상기 고압탱크에 작동유체를 충진시키는 압축기와;

   상기 압축기와 고압탱크를 연결하는 라인상에 장착되어 고압탱크에서 압축기로의 역류를 방지하는 체크밸브를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.
10. 청구항 9에 있어서, 압력스위치는 스위치 하우징의 양측에 고정된 고정접점과;

    상기 고정접점의 상측으로 스위치 하우징 내벽과의 사이에 탄성부재가 개재된 이동접점을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 차량용 터보 차저.