KR20010061233A

KR20010061233A - Turbocharger engine

Info

Publication number: KR20010061233A
Application number: KR1019990063723A
Authority: KR
Inventors: 김경모
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2001-07-07

Abstract

PURPOSE: A turbocharger engine is provided to realize optimal combustion matching in all engine ranges and to improve the fuel efficiency and durability of an engine by optimally controlling a boost pressure. CONSTITUTION: A turbocharger engine includes an engine(30), a turbocharger(10) with a turbine(12) and a blower(11), an actuator(50) with a diaphragm(51) and a spring(52), and a vacuum unit consisting of a vacuum pump(61), a vacuum tank(62), a solenoid valve(63), and an ECU(Electronic Control Unit)(64). The unnecessary boost pressure in some loads of the turbocharger engine is detected via the ECU. The ECU compares the value of input with reference boost pressures according to the load and rpm of the engine and opens the solenoid valve to discharge exhaust gas via a waste gate(20) operated by the actuator. Therefore, the boost pressure is optimally controlled.

Description

Turbocharged Engine {TURBOCHARGER ENGINE}

본 발명은 터보차저 엔진(turbocharger engine)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전 엔진 영역에서 최적의 부스트 압력(boost pressure) 유지로 엔진의 성능을 향상시킨 터보차저 엔진에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger engine, and more particularly, to a turbocharger engine that improves the performance of an engine by maintaining an optimum boost pressure in the entire engine region.

대기압 보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 송입하는 것을 과급이라 하고, 이렇게 과급이 이루어지면 배기량이 같은 엔진에서도 다량으로 공기를 충전할 수 있으며 이것에 따라 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.It is called supercharging that the air is supplied to the engine at a pressure higher than atmospheric pressure. When this supercharging is made, it is possible to charge a large amount of air even in an engine having the same displacement, and accordingly, increasing the injection amount of fuel improves the engine output. Can be.

이러한 과급이 이루어지도록 하는 장치의 하나인 터보차저는 일종의 송풍기이며, 배기가스의 유동하는 에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜, 이것과 동시에 회전하는 블로어에 의해 공기를 흡입하여 이것을 가압하여 실린더로 보내도록 되어 있다.A turbocharger, which is one of the devices to make this supercharge, is a kind of blower, which rotates a turbine by using the energy of the exhaust gas, and simultaneously sucks air by a rotating blower to pressurize it and send it to a cylinder. It is.

이와 같은 터보차저의 배기가스에 의해 작동하는 터빈과 실린더에 공기를 압송하는 블로어가 하나의 샤프트에 회전자로 결합되어 이것이 터빈 케이스, 베어링 케이스, 및 블로어 케이스의 안에 설치되어 있다.A blower for pumping air into the turbine and the cylinder operated by the exhaust gas of the turbocharger is coupled to the rotor by a rotor, which is installed in the turbine case, the bearing case, and the blower case.

이러한 구성을 갖는 터보차저는 다음과 같이 작동한다. 엔진의 배기가스는 배기 매니폴드에서 터빈 케이스로 들어가 터빈을 고속 회전시키고, 이때 터빈과 같은 축에 설치되어 있는 블로어도 동시에 고속 회전하여 블로어 케이스의 공기 흡입구에서 공기를 빨아들이며, 흡입된 공기는 가압 및 가속되나 디퓨저를 지나는 사이에 속도가 떨어져 속도 에너지가 압력으로 바뀌어 블로어 케이스의 출구에서 흡기 매니폴드로 가압 공기가 되어 압송된다.A turbocharger with this configuration works as follows. The exhaust gas of the engine enters the turbine case from the exhaust manifold and rotates the turbine at high speed. At this time, the blower installed on the same shaft as the turbine rotates at high speed to suck air from the air inlet of the blower case. And the speed is lowered while passing through the diffuser, and the velocity energy is changed to pressure, which is pressurized air from the outlet of the blower case to the intake manifold.

이와 같이 작동되는 터보차저는 도 1에 도시된 바와 같이, 부스트 압력이 너무 커서 이상 연소(detonation)와 엔진의 손상을 초래할 수도 있다. 과도한 부스트 압력을 억제하기 위하여 대부분의 터보차저(10)들은 웨이스트 게이트(wastegate)(20)를 설치하고 있다. 상기 웨이스트 게이트(20)는 부스트 압력이 미리 정해진 최대값에 도달하게 되면 열려서 배기가스의 일부분이 터빈(11)을바이패스(by-pass)하여 웨이스트 게이트(20)로 흐르게 한다. 이 배기가스는 터빈(11)이 회전하는 것에 사용되지 않고 버려지게 된다. 상기 웨이스트 게이트(20)는 압축기 측에 연결되어 압축된 공기에 의해 작동된다.The turbocharger thus operated, as shown in FIG. 1, may have too high a boost pressure, resulting in abnormal detonation and engine damage. Most turbochargers 10 are equipped with a wastegate (20) to suppress excessive boost pressure. The waste gate 20 opens when the boost pressure reaches a predetermined maximum so that a portion of the exhaust gas bypasses the turbine 11 and flows to the waste gate 20. This exhaust gas is discarded without being used for the turbine 11 to rotate. The waste gate 20 is connected to the compressor side and is operated by compressed air.

액츄에이터(21)의 다이어프램 스프링은 부스트 압력이 스프링의 힘을 초과할 때 압축되어 웨이스트 게이트(20)로 통과하는 바이패스 통로를 열게 된다. 이 경우 더 이상의 터빈(11) 속도는 증가는 불가능하고, 이 작용에 의하여 부스트 압력이 제한된다. 한편 도 1에서 설명되지 않은 참조부호 12는 블로어를 나타낸 것이다.The diaphragm spring of the actuator 21 is opened when the boost pressure exceeds the force of the spring to open a bypass passage through the waste gate 20. In this case, further turbine 11 speed cannot be increased, and the boost pressure is limited by this action. Meanwhile, reference numeral 12 not illustrated in FIG. 1 denotes a blower.

그런데, 엔진(30)의 저속 및 중속 rpm에서 엔진 특성에 따라 웨이스트 게이트(20)가 개폐되지 않는다. 그리고 엔진(30) 부분 부하에서 웨이스트 게이트(20)의 캘리브레이션 압력(calibration pressure) 세팅(setting)에 의해 웨이스트 게이트(20)가 항상 닫혀 있으므로 해서 불필요한 연비 악화 및 배기 배압 상승을 초래한다. 이러한 이유로 부분 부하 및 저속 중속 구간에서 이미션(emission) 매칭(matching)에 어려움이 발생한다.However, the waste gate 20 is not opened or closed at the low speed and the medium speed rpm of the engine 30 depending on the engine characteristics. And since the waste gate 20 is always closed by the calibration pressure setting of the waste gate 20 at the partial load of the engine 30, unnecessary fuel economy deterioration and exhaust back pressure rise are caused. For this reason, difficulty in emission matching occurs in the partial load and the low speed medium speed section.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전 엔진 구간에서 최적의 연소 매칭이 가능하고, 연비 향상 및 엔진 내구력이 확보될 수 있는 터보차저 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a turbocharged engine capable of optimal combustion matching in all engine sections and improving fuel economy and engine durability.

도 1은 일반적인 터보차저 엔진의 구성을 개략적으로 나타내 보인 구성도.1 is a configuration diagram schematically showing the configuration of a typical turbocharger engine.

도 2는 본 발명에 따른 터보차저 엔진의 구성을 개략적으로 나타내 보인 구성도.Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of a turbocharger engine according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10. 터보차저 20. 웨이스트 게이트10. Turbocharger 20. Waste gate

50. 액츄에이터 51. 다이어프램50. Actuator 51. Diaphragm

52. 스프링 53. 로드52.Spring 53.Rod

61. 진공펌프 62. 진공탱크61. Vacuum pump 62. Vacuum tank

63. 솔레노이드 밸브 64. ECU63. Solenoid Valve 64. ECU

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터보차저 엔진은, 엔진과; 상기 엔진의 배기가스가 그 내로 유입되어 터빈이 구동되며, 그 내에 터빈과 블로어가 구비되는 터보차저와; 상기 블로어 측과 연결되어 압력을 받아, 그 내에 구비된 다이어프램의 작동되어 상기 터빈 측에 구비된 웨이스트 게이트를 개폐하는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터의 일측에 연결 설치되어 상기 액츄에이터에 진공압을 형성하기 위한 진공수단;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.Turbocharged engine of the present invention for achieving the above object, the engine; A turbocharger in which exhaust gas of the engine is introduced into the engine to drive the turbine, and a turbine and a blower are provided therein; An actuator connected to the blower side to receive pressure, and to operate the diaphragm provided therein to open and close the waste gate provided at the turbine side; And a vacuum means connected to one side of the actuator to form a vacuum pressure on the actuator.

본 발명에 있어서, 상기 진공수단에 의해 상기 진공압이 상기 다이어프램의 전방측으로 형성된다.In the present invention, the vacuum pressure is formed toward the front side of the diaphragm by the vacuum means.

본 발명에 있어서, 상기 진공수단은, 상기 액츄에이터와 연결 설치되어 진공을 생성시키는 진공펌프와; 상기 진공펌프와 연결 설치된 진공탱크와; 상기 액츄에이터와 연결 설치되어 상기 진공의 형성을 단속하는 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 ECU;를 포함하여 된다.In the present invention, the vacuum means, the vacuum pump is connected to the actuator is installed to generate a vacuum; A vacuum tank connected to the vacuum pump; A solenoid valve connected to the actuator and intermittently forming the vacuum; ECU connected to the solenoid valve to control the solenoid valve.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2에는 본 발명에 따른 터보차저 엔진의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다. 도 2에서 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸 것이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of a turbocharger engine according to the present invention. In FIG. 2, the same reference numerals as used in FIG. 1 denote the same members.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 터보차저 엔진은 진공을 이용하여 전 영역에서 최적의 부스트 압력 유지로 성능을 향상시킨 것으로 그 구성을 상술하기로 한다. 여기에서는 일반적인 터보차저의 설명은 생략하고, 본 발명에 따른 특징부에 대해서만 설명하기로 한다.Referring to the drawings, the turbocharged engine according to the present invention improves the performance by maintaining the optimum boost pressure in the entire region by using the vacuum will be described in detail the configuration. The description of the general turbocharger is omitted here, and only the features according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 터보차저 엔진은, 흡기가 유입되는 것은 물론 배기가스가 배출되어 작동되는 엔진(30)과, 상기 엔진(30)의 배기가스가 그 내로 유입되어 배기가스에 의해 터빈(12)이 구동되며, 그 내에 터빈(12)과 블로어(11)가 구비되는 터보차저(10)와, 상기 블로어(12) 측과 연결되어 압축된 공기의 작용 즉, 공기의 압력을 받아, 그 내에 구비된 다이어프램(51) 및 스프링(52)이 작동되고, 상기 터빈(11) 측의 일측에 구비되어 터빈(11)을 바이패스 하여 배기가스가 흐르도록 하는 웨이스트 게이트(20)를 개폐하는 액츄에이터(50)와, 상기 액츄에이터(50)의 일측에 연결 설치되어 상기 액츄에이터(50)에 진공압을 형성하기 위한 진공수단을 포함하여 구성된다.In the turbocharged engine according to the present invention, the intake air is introduced, the exhaust gas is discharged and operated, and the exhaust gas of the engine 30 is introduced into the turbine 12 by the exhaust gas. A turbocharger 10 having a turbine 12 and a blower 11 therein and connected to the blower 12 side to receive the action of compressed air, that is, a pressure of air, An actuator 50 for operating a diaphragm 51 and a spring 52 and provided at one side of the turbine 11 side to bypass the turbine 11 to open and close the waste gate 20 through which exhaust gas flows. And a vacuum means connected to one side of the actuator 50 to form a vacuum pressure on the actuator 50.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진공수단에 의해 진공압이 상기 다이어프램(51)의 전방측으로 형성되도록 상기한 진공수단이 설치된다.As shown in Fig. 2, the vacuum means is provided so that the vacuum pressure is formed toward the front side of the diaphragm 51 by the vacuum means.

상기 진공수단은, 상기 액츄에이터(50)와 연결 설치되어 진공을 생성시키는 진공펌프(61)와, 상기 진공펌프(61)와 연결 설치된 진공탱크(62)와, 상기 액츄에이터(50)와 연결 설치되어 진공의 형성을 단속하는 솔레노이드 밸브(63)와, 상기 솔레노이드 밸브(63)에 연결되어 이 솔레노이드 밸브(63)를 제어하는 ECU(64)로 이루어진다.The vacuum means is connected to the actuator 50 to generate a vacuum to generate a vacuum, a vacuum tank 62 connected to the vacuum pump 61, and is connected to the actuator 50 is installed The solenoid valve 63 which interrupts the formation of a vacuum, and the ECU 64 connected to the solenoid valve 63 and controlling this solenoid valve 63 are comprised.

상기 진공펌프(62)는 진공을 생성시키는 것으로, 이는 디젤엔진에서 기어의 구동으로 기존에 사용되는 것이고 마찬가지로, 상기 진공탱크(62)도 브레이크 부스트 등에 이용하기 위해 이미 사용되는 것이다. 따라서 본 발명에 따른 특징부들은 별도의 구성을 추가해서 엔진의 구조를 복잡하게 한 것이 아님을 알 수 있다.The vacuum pump 62 generates a vacuum, which is conventionally used for driving a gear in a diesel engine, and likewise, the vacuum tank 62 is already used for a brake boost or the like. Therefore, it can be seen that the features according to the present invention do not complicate the structure of the engine by adding a separate configuration.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 터보차저 엔진의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 터보차저 엔진의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.Referring to the operation of the turbocharger engine according to the present invention having the configuration as described above are as follows. Here, the description of the operation of the general turbocharger engine will be omitted, and only the operation according to the features of the present invention will be described.

도 2를 다시 참조하면, 터보차저 엔진의 부분 부하에서 필요 없는 부스트 압력을 상기 ECU(64)가 감지하게 된다. 이 엔진의 ECU(64)에는 엔진(30)의 로드(load)별, RPM별 부스트 압력을 저장하고 있으며, 이 저장된 값과 입력값을 비교하여 상기 솔레노이드 밸브(63)를 오픈시켜 웨이스트 게이트(20)를 통하여 배기가스를 배출토록 하는 것이다.Referring back to FIG. 2, the ECU 64 detects an unnecessary boost pressure at the partial load of the turbocharger engine. The ECU 64 of this engine stores the boost pressure for each load and RPM for the engine 30. The solenoid valve 63 is opened by comparing the stored value with the input value to the waste gate 20. To exhaust the exhaust gas.

다시 말해, 로드별 RPM별 세팅 압력 Pα와, 입력된 압력 Pβ의 값을 ECU(64)가 판단하여, 만약 Pβ가 큰 경우, 솔레노이드 밸브(63)를 작동시켜 이를 오픈(open)시키고, Pβ가 작은 경우 솔레노이드 밸브(63)를 클로즈(close)시킨다.In other words, the ECU 64 determines the set pressure Pα for each RPM and the value of the input pressure Pβ. If Pβ is large, the solenoid valve 63 is operated to open it, and Pβ If small, close solenoid valve 63.

전술한 바와 같이, 상기 Pβ가 큰 경우, 진공에 의해 상기 액츄에이터(50) 내의 다이어프램(51)의 전방에 형성된 힘 Fv가 스프링(52)에 작용하여 솔레노이드 밸브(63)가 작동하고, 이에 따라 액츄에이터(50)의 선단에 설치된 로드(53)의 슬라이딩 운동에 의해 웨이스트 게이트(20)가 오픈된다.As described above, when the Pβ is large, the force Fv formed in front of the diaphragm 51 in the actuator 50 by the vacuum acts on the spring 52 so that the solenoid valve 63 is actuated, thereby actuating the actuator. The waste gate 20 is opened by the sliding motion of the rod 53 provided at the tip of the end 50.

그리고 진공펌프(61)의 작동에 의해 지속적인 진공을 형성시켜 상기 액츄에이터(50) 내의 다이어프램(51)의 전방에 형성된 힘 Fv가 필요 없는 경우, 정상적인 진공탱크(62)로의 진공 형성이 이루어진다.When a continuous vacuum is formed by the operation of the vacuum pump 61 and the force Fv formed in front of the diaphragm 51 in the actuator 50 is not necessary, the vacuum is formed into the normal vacuum tank 62.

따라서 부분 부하에서는 도 2에 도시된 바와 같이, Fc＋Fv가 작용하여 웨이스트 게이트(20)를 오픈시켜 터빈(11)을 바이패스시켜 배기가스를 웨이스트(waste)시키며, 부스트 압력이 필요한 구간에서는 일반적인 블로어(12) 측 압력만이 작용하는 힘 Fc만이 작동하게 된다.Therefore, at partial load, as shown in FIG. 2, Fc + Fv acts to open the waste gate 20 to bypass the turbine 11 to waste the exhaust gas, and in a section requiring boost pressure, a general blower ( 12) Only the force Fc acting on the side pressure will work.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터보차저 엔진은 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the turbocharger engine according to the present invention has the following effects.

부스트 압력의 최적의 조절로 전 엔진 구간에서 최적의 연소 매칭이 가능하고, 부분 부하 운행시 필요 이상의 부스트 압력을 방지하므로 연비 향상 및 엔진 내구력이 확보된다.Optimal adjustment of boost pressure enables optimum combustion matching in all engine sections and prevents excessive boost pressure during partial load operation, improving fuel economy and engine durability.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.

Claims

An engine;

A turbocharger in which exhaust gas of the engine is introduced into the engine to drive the turbine, and a turbine and a blower are provided therein;

An actuator connected to the blower side to receive pressure, and to operate the diaphragm provided therein to open and close the waste gate provided at the turbine side;

And a vacuum means connected to one side of the actuator to form a vacuum pressure on the actuator.

The turbocharger engine according to claim 1, wherein the vacuum pressure is formed toward the front side of the diaphragm by the vacuum means.

The method of claim 1, wherein the vacuum means,

A vacuum pump connected to the actuator to generate a vacuum;

A vacuum tank connected to the vacuum pump;

A solenoid valve connected to the actuator and intermittently forming the vacuum;

And a ECU connected to the solenoid valve to control the solenoid valve.