KR200174502Y1 - 배기터보 과급기의 토크 향상장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배기터보 과급기를 적용한 엔진에 있어서, 터빈이 저속회전되더라도 압축기의 고속회전이 이루어져 터보챠져 엔진의 단점인 저속토크를 향상되도록 한 배기터보 과급기의 토크 향상장치에 관한 것이다.

본 고안의 배기터보 과급기의 토크 향상장치는, 터빈(1)과 압축기(2) 각각의 샤프트에 회전원판(3)(4)을 설치하고, 상기 양 회전원판(3)(4) 사이에 로드(5)를 포함한 롤러(6)를 개재 설치하며, 상기 롤러(6)를 상하 작동시키는 엑츄에이터(7)를 롤러의 로드(5)에 연결하며, 상기 엑츄에이터(7)는 악셀개도에 따른 R P M 을 감지하는 센서(8)의 신호에 의해 작동되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

이에 따라 터빈이 저속회전되더라도 압축기의 고속회전이 가능하게 되어 터보챠져 엔진의 단점인 저속토크를 향상시키게 되는 효과를 발휘한다.

Description

배기터보 과급기의 토크 향상장치

본 고안은 배기터보 과급기를 적용한 엔진에 있어서, 터빈이 저속회전되더라도 압축기의 고속회전이 이루어져 터보챠져 엔진의 단점인 저속토크를 향상되도록 한 배기터보 과급기의 토크 향상장치에 관한 것이다.

내연기관은 에너지의 상당부분을 배기가스를 통해서 대기중에 방출하게 된다.

대기중에 버려지는 이 배기에너지로 터빈을 구동하고, 터빈에 연결된 압축기로 흡기를 압축하여 흡기압력을 높일 수 있게 되는데, 이때 배기가스에 의해 구동되는 터빈과, 터빈에 직결되어 터빈의 회전속도로 회전하는 압축기를 합쳐서 배기터보 과급기(EXHAUST-GAS TURBO-CHARGER)라고 한다.

과급이란 압축기, 즉 과급기를 이용하여 급기밀도를 대기압 이상으로 높여 공급하는 것을 말한다.

급기밀도를 높이면 체적효율이 증가하므로 평균유효압력이 상승한다.

따라서 행정체적이나 회전속도를 증가시키지 않고서도 출력을 증대시킬 수 있다.

과급은 출력을 증가시키는 수단으로 디젤기관에는 오래 전부터 널리 이용되고 있다.

디젤기관은 공기만을 흡입,압축하므로 가스교환중 연료의 손실없이 과급으로 완전 소기시킬 수 있다는 장점을 가지고 있기 때문이다.

이러한 배기터보 과급기의 작동원리를 간략히 설명한다.

배기밸브를 통과 방출되는 배기가스는 먼저 터빈 하우징의 외측원주로부터 터빈날개에 유입되어 터빈을 회전시키고, 각각의 터빈날개 사이의 통로를 따라 축 중심부에서 배기관으로 배출된다.

터빈과 직결된 압축기가 회전하면 축 중심부 부근의 흡기는 원심력에 의해 외주방향으로 가속되어 흡기실로 들어간다.

흡기실의 디퓨저에서 각각의 공기통로의 체적이 확대되기 때문에 흡기의 속도에너지는 압력에너지로 변환된다.

즉 속도는 낮아지고 압력은 상승한다.

이와 같은 원리로 압축기 축의 중심부의 흡입구로부터 흡입된 공기는 압축기하우징의 외주측으로 연속적으로 압입된다.

이 압축공기를 흡기다기관에 연결하면 흡기밸브가 열릴 때마다 새로운 압축공기가 실린더내에 충진되게 된다.(체적효율 개선)

정속도로 운전되는 장치식기관에서는 터빈과 압축기의 특성을 조화시켜 과급효율을 높일 수 있다.

그러나 자동차기관에서는 속도변화가 심하고, 특히 저속시에 가속할 경우에는 높은 토크를 필요로 하는 등, 과급기의 설계에 어려운 점이 많다.

낮은 배기가스온도, 적은 배기가스량, 그리고 과급기의 관성 등은 가속초기에 압축기의 압력형성을 어렵게 한다.

이러한 현상을 배기터보 과급기를 사용하는 승용차기관에서는 터보홀이라고 한다.

무과급기관과 같은 특성을 가지도록 하려면 저속에서 과급기의 회전속도를 높게 설계하여야 한다.

그러나 이렇게 하면 고속에서는 과급기 회전속도가 지나치게 높아지게 된다.

과급기 회전속도가 지나치게 높아지게 되면 열부하가 증대되고, 또 배압도 상승하므로 연료소비율도 증가한다.

이와 같은 이유에서 과급압력을 제한하고 과급기를 보호하기 위해 기관회전속도와 부하에 따라 터빈으로 유입된는 배기가스량을 제한해야 한다.

과급압력 조절밸브는 설정된 최대과급압력에 도달하면 열려, 배기가스중의 일부를 바이패스시켜 바로 배기관으로 보내는 기능을 한다.

배기터보 과급방식은 배기가스가 배기터보에 유입될 때, 가스압력의 일정여부에 따라 정압과급, 동압과급, 복합과급 등과 같이 분류된다.

정압과급은 배기가스가 항상 일정한 압력으로 배기터보에 유입되는 방식으로, 배기가스는 배기터보에 유입되기 전에 모두 비교적 큰 하나의 배기관에 집합되었다가 노즐을 통해 배기터보에 분출되는 방식이다.

이 형식은 배기가스가 배기밸브를 통과하여 배기관으로 방출될 때의 속도에너지가, 배기관에서 일단 압력에너지로 변환되었다가, 노즐에 의해 다시 속도에너지로 변환되어 배기터보에 회전력을 발생시키는 과정을 거친다.

동압과급은 터빈에 유입될 때의 배기가스 압력이 일정하지 않은 방식으로, 배기밸브가 열린 다음, 배기가스 압력은 처음에는 아주 높으나, 이어서 급격히 낮아진다.

복합과급은 상기 정압과급과 동압과급의 장점을 결합시킨 방식으로, 디젤기관은 저속영역에서 다량의 과급공기를 확보하여 회전토크를 증대시킬 뿐만 아니라, 발진시 매연이 거의 발생되지 않으며, 또 연료소비율면에서도 이득이 있다.

그러나 상술한 바와 같이 자동차기관에서는 속도변화가 심하고, 특히 저속시에 가속할 경우에는 높은 토크를 필요로 하는 등, 과급기의 설계에 어려운 점이 많다.

낮은 배기가스온도, 적은 배기가스량, 그리고 과급기의 관성 등은 가속초기에 압축기의 압력형성을 어렵게 한다.

즉 저속구간에서는 부족한 공기량에 의해 엔진의 출력이 떨아지고, 배기 에미션이 증대되는 등의 문제점을 안게 된다.

또한 무과급기관과 같은 특성을 가지도록 하려면 저속에서 과급기의 회전속도를 높게 설계하여야 하는데, 이렇게 하면 고속에서는 과급기 회전속도가 지나치게 높아지게 되고, 과급기 회전속도가 지나치게 높아지게 되면 열부하가 증대되고, 또 배압도 상승하므로 연료소비율도 증가하게 되는 등의 문제점을 안게 된다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 터빈이 저속회전되더라도 압축기의 고속회전이 이루어져 터보챠져 엔진의 단점인 저속토크를 향상되도록 한 배기터보 과급기의 토크 향상장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 배기터보 과급기의 토크 향상장치는, 터빈과 압축기 각각의 축에 회전원판을 설치하고, 상기 양 회전원판 사이에 엑츄에이터로 상하 작동되는 롤러를 개재 설치하며, 상기 엑츄에이터는 악셀개도에 따른 R P M 을 감지하는 센서의 신호에 의해 작동되도록 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 토크 향상장치의 전체적인 구성도이다.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1: 터빈 2: 압축기

3,4: 회전원판 5: 로드

6: 롤러 7: 엑츄에이터

8: 센서

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 고안의 실시예를 상술하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 토크 향상장치의 전체적인 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 고안의 배기터보 과급기의 토크 향상장치는, 터빈(1)과 압축기(2) 각각의 샤프트에 회전원판(3)(4)을 설치하고, 상기 양 회전원판(3)(4) 사이에 로드(5)를 포함한 롤러(6)를 개재 설치하며, 상기 롤러(6)를 상하 작동시키는 엑츄에이터(7)를 롤러의 로드(5)에 연결하며, 상기 엑츄에이터(7)는 악셀개도에 따른 R P M 을 감지하는 센서(8)의 신호에 의해 작동되도록 구성한다.

이러한 구성으로 배기가스에 의해 터빈(1)이 회전하게 되면 그 회전력은 압축기(2)에 전달되어 지는데, 이때 센서(8)가 악셀의 개도에 따른 RPM을 감지하여 그 신호를 엑츄에이터(7)에 보내게 된다.

엑츄에이터(7)는 센서(8)의 신호를 판단하여 로드(5)를 통해 롤러(6)를 상하 작동시키게 된다.

따라서 터빈(1)의 회전력은 양 회전판(3)(4)사이에서 상하 이동하는 롤러(6)의 위치에 따라 그 회전력을 가변시켜 압축기(2)에 전달하게 된다.

이에 따라 상기 터빈(1)의 저속회전으로도 압축기의 고속회전이 가능하게 되어 결국 터보챠져 엔진의 단점인 저속토크를 향상시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안의 배기터보 과급기의 토크 향상장치는, 터빈과 압축기 각각의 축에 회전원판을 설치하고, 상기 양 회전원판 사이에 엑츄에이터로 상하 작동되는 롤러를 개재 설치하며, 상기 엑츄에이터는 악셀개도에 따른 R P M 을 감지하는 센서의 신호에 의해 작동되도록 한 구성에 의해, 터빈이 저속회전되더라도 압축기의 고속회전이 가능하게 되어 터보챠져 엔진의 단점인 저속토크를 향상시키게 되는 효과를 발휘한다.

본 고안은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 고안의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 고안이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 실용신안등록 청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (1)

1. 터빈(1)과 압축기(2) 각각의 샤프트에 회전원판(3)(4)을 설치하고, 상기 양 회전원판(3)(4) 사이에 로드(5)를 포함한 롤러(6)를 개재 설치하며, 상기 롤러(6)를 상하 작동시키는 엑츄에이터(7)를 롤러의 로드(5)에 연결하며, 상기 엑츄에이터(7)는 악셀개도에 따른 R P M 을 감지하는 센서(8)의 신호에 의해 작동되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 배기터보 과급기의 토크 향상장치.