KR19990051676A - 디젤엔진의 가변형 터보차저 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부우스터압을 이용하여 저속구간에서는 터빈의 회전수를 증가시켜 흡입 공기량을 증대시키고, 고속구간에서는 터빈의 회전수를 줄여 흡입 공기량을 감소시킴으로써, 저속 구간에서는 엔진의 출력을 향상시키고, 고속구간에서는 공기 유입량을 줄여 연비를 향상시키고 과다한 부우스터압을 방지할 수 있는 디젤엔진의 가변형 터보차저에 관한 것으로서, 이 가변형 터보차저는 배기관(14)으로부터 유입되는 흡입구(30a)를 지닌 하우징(30)과, 리턴 스프링(34, 36)에 의해 하우징(30)의 일측면에 장착되어 있는 판막(32)과, 진공호스(42)를 통해 부우스터로부터 보내진 엔진 부압에 따라 가압 피스톤(44)이 내벽을 따라 미끄럼 이동 가능하게 장착되는 액츄에이터(40)와, 가압 피스톤(44)에 의해 상기 판막(32)을 가압하는 작동로드(46)로 구성되어 있다.

Description

디젤엔진의 가변형 터보차저

본 발명은 디젤엔진의 가변형 터보차저에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 엔진의 흡기포트에서 전달되는 부우스터압을 이용하여 저속구간에서는 터빈의 회전수를 증가시켜 흡입 공기량을 증대시키고, 고속구간에서는 터빈의 회전수를 줄여 흡입 공기량을 감소시킴으로써, 저속 구간에서는 엔진의 출력을 향상시키고, 고속구간에서는 공기 유입량을 줄여 연비를 향상시키고 과다한 부우스터압을 방지할 수 있는 디젤엔진의 가변형 터보차저에 관한 것이다.

경유를 주원료로 사용하고 있는 디젤엔진에서는 출력 증대를 위해서 터보차저(turbocharger)를 사용하고 있다. 터보차저는 연소후에 배출되는 배기가스를 이용하여 터빈과 임펠러를 차례로 구동시켜, 흡입되는 공기의 압력을 높여 충진효율을 증대시킴으로써 엔진의 출력을 높이는 장치이다.

도 1은 종래의 디젤엔진의 구성을 보인 단면도로, 실린더 블록(2)에 형성된 실린더에는 커넥팅 로드(4)를 통해 전달되는 크랭크축(6)의 회전력에 의해 실린더의 벽면을 따라 상하로 미끄럼 이동하는 피스톤(8)이 내장되어 있다. 실린더 블록(2)의 상부에 배치되는 실린더 헤드(10)에는 흡기관(12)을 통해 흡입된 공기를 실린더 내로 공급하기 위한 흡기밸브(16)와 연소된 가스를 배기관(14)을 통해 외부로 배출하기 위한 배기밸브(18)가 장착되어 있다.

또한, 터보차저의 하우징(20)내에는 배기관(14)을 통해 배출되는 고압의 배기가스에 의해 회전되는 터빈(24)과, 구동축(22)을 개재하여 터빈(24)에 의해 회전되는 임펠러(26)가 축지지부(28)를 통해 회전 가능하게 장착되어 있다. 그리고, 회전 마찰부분의 윤활을 위해 엔진오일을 공급하기 위한 오일 유입구(30)가 형성되어 있다. 터보차저에 의해 압축되는 흡기는 압력뿐만 아니라 온도도 상승하게 되어 실린더에 충진되는 공기의 질량은 온도상승 만큼감소하게 되는데, 이를 막기 위해서 흡기를 냉각하기 위한 인터쿨러(50)가 설치되어 있다.

도 2는 종래의 터보차저의 흡입부를 보인 단면도이다. 터버차저의 하우징(20)에는 배기관(14)으로부터 배기가스가 유입되는 흡입구(20a)가 형성되어 있으며, 배기밸브(18)의 개방에 따라 흡입구(20a)를 통해 화살표 방향으로 유입된 배기가스는 하우징(20)의 외측 원주로부터 터빈(24)으로 유입되어 이를 회전시킨다. 터빈(24)의 회전으로 구동축(22)이 회전되면서 임펠러(26)를 고속으로 회전시켜 흡입되는 공기를 압축시킨다.

이러한 구성을 지닌 종래의 디젤엔진에서는 터보차저 하우징에 구비된 흡입구간 일정한 형상을 지니고 있기 때문에, 저속구간이나 고속구간에서 엔진 회전수(rpm)에 비례하여 흡입되는 공기량이 일정하므로, 저속구간에서의 출력이 저하되며, 고속구간에서는 연료의 소모량이 증가되는 문제가 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 본 발명은 부우스터압을 이용하여 터보차저 하우징에 구비된 흡입구의 단면적을 가변시킴으로써, 저속구간에서는 배기가스의 유속을 빠르게 하여 흡입공기량을 증대시키고, 고속구간에서는 배기가스의 유속을 느리게 하여 흡입공기량을 감소시킬 수 있는 디젤엔진의 가변형 터보차저를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 디젤엔진의 구성을 보인 단면도,

도 2는 종래의 터보차저의 흡입부를 보인 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 가변형 터보차저의 흡입부를 보인 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 가변형 터보차저의 작동상태를 보인 단면도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

2:실린더 블록 8:피스톤

10:실린더 헤드 16, 18:흡기 배기밸브

22:구동축 24:터빈

26:임펠러 30:하우징

30a:흡입구 32:판막

34, 36:리턴 스프링 40:액츄에이터

42:진공호스 44:가압피스톤

46:작동로드 48:가압 스프링

50, 54:용접부 52, 56:고정부

상술한 본 발명의 목적은 배기관을 통해 실린더로부터 배출되는 배기가스를 이용하여 흡입공기의 충진효율을 높이는 디젤엔진의 터보차저에 있어서,배기관으로부터 유입되는 흡입구를 지닌 하우징과, 리턴 스프링에 의해 상기 하우징의 일측면에 장착되어 있는 판막과, 진공호스를 통해 부우스터로부터 보내진 엔진 부압에 따라 가압 피스톤이 미끄럼 이동 가능하게 장착되는 액츄에이터와, 가압 피스톤에 의해 판막을 가압하는 작동로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 가변형 터보차저에 의해 달성된다.

이하, 첨부한 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 디젤엔진의 가변형 터보차저에 대하여 설명하기로 한다.(도 1에서 설명한 종래의 구조와 동일한 부품은 동일 부호로 표시한다.)

도 3은 본 발명에 따른 가변형 터보차저의 흡입부를 보인 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 가변형 터보차저의 작동상태를 보인 단면도이다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 엔진의 회전수에 따라 터보차저 하우징(30)에 구비된 흡입구(30a)의 단면적을 가변시키기 위해서 엔진의 흡기포트로부터 공급되는 부압을 이용하였다. 이를 위해서, 하우징(30)의 외측에는 진공호스(42)를 통해 엔진 부압이 유입되는 액츄에이터(40)를 부착하였으며,

또한, 흡입구(30a)내벽에는 리턴 스프링(34, 36)을 이용하여 금속재질의 판막(32)을 탄성적으로 장착하였다. 액츄에이터(40)내에는 부압의 크기에 따라 내벽을 따라 미끄럼 이동하는 가압 피스톤(44)을 설치한 다음, 이 가압 피스톤(44)에 작동로드(46)를 연결하여 판막(32)을 선택적으로 가압하도록 구성하였다. 작동로드(46)의 선단에 형성된 가압볼은 용접에 의해 판막(32)과 부착되어 있다.

액츄에이터(40)내에는 가압 피스톤(44)에 복원력을 주기 위해 가압 스프링(48)을 추가로 설치하였다. 리턴 스프링(34, 36)은 각각, 일단이 용접부(50, 54)에 의해 작동로드(46)에 연결되어 있으며, 타단은 고정부(52, 56)에 고정되어 있다.

다음에는 도 4를 참고로, 본 발명의 가변형 터보차저의 작동상태를 설명한다.

엔진의 저속구간에서는 진공호스(42)를 통해 작용하는 부우스터압이 작기 때문에 가압 스프링(48)의 탄성력에 의해 작동로드(46)가 돌출되면서 판막(32)을 실선으로 도시된 바와 같이 가압하게 된다. 따라서, 흡입구(30a)의 단면형상이 벤츄리모양으로 되면서 화살표로 유입되는 배기가스의 유속이 증대되어 터빈(24)의 회전수가 증가됨으로써, 임펠러(26)에 의해 보다 많은 양의 공기가 압축되어 실린더 내로 공급된다.

반대로, 엔진의 고속구간에서는 진공호스(42)를 통해 작용하는 부우스터압이 증가되기 때문에 가압 스프링(48)의 힘을 이기고 가압 피스톤(44)을 밀게 되며, 판막(32)은 작동로드(46)가 후퇴함에 따라 리턴 스프링(34, 36)의 탄성 복원력에 의해 가상선으로 도시된 바와 같이 변형된다. 그러므로, 유속이 느려지게 되어 터빈(24)의 회전수가 낮아지게 되며, 구동축(22)을 통한 임펠러(26)의 회전수가 줄어들어 흡입 공기의 충진율이 낮아진다. 따라서, 흡입되는 공기의 양은 종래의 균일 단면적을 지닌 터보차저에 비해 감소된다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 저속구간에서는 부우스터압에 의해 단면적이 줄어들어 벤츄리 모양이 되므로, 배기가스의 유속이 빨라지게 되어 터빈의 회전속도가 증가 됨으로써, 흡입공기량이 증대되어 엔진의 출력이 향상되는 한편, 고속구간에서는 배기가스의 유속이 느려지게 되어 흡입공기량이 감소됨으로써, 연료소모량을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 배기관(14)을 통해 실린더로부터 배출되는 배기가스를 이용하여 흡입공기의 충진효율을 높이는 디젤엔진의 터보차저에 있어서,

   배기관(14)으로부터 유입되는 흡입구(30a)를 지닌 하우징(30)과,

   리턴 스프링(34, 36)에 의해 상기 하우징(30)의 일측면에 장착되어 있는 판막(32)과,

   진공호스(42)를 통해 부우스터로부터 보내진 엔진 부압에 따라 가압 피스톤(44)이 내벽을 따라 미끄럼 이동 가능하게 장착되는 액츄에이터(40)와,

   상기 가압 피스톤(44)에 의해 상기 판막(32)을 가압하는 작동로드(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 가변형 터보차저.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 액츄에이터(40)내에는 가압 피스톤(44)을 밀고 있는 가압 스프링(48)이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 가변형 터보차저.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 리턴 스프링(34, 36)은 각각, 일단이 용접부(50, 54)에 의해 상기 판막(32)에 부착되고 타단은 고정부(52, 56)에 고정된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 가변형 터보차저.