KR20020029681A - 개별 바이패스 회로를 갖춘 터보차저 시스템 - Google Patents

Abstract

터빈 측에 두개 이상의 배기가스 유입로가 형성된 터보차저 시스템에서, 각각의 유입로에 형성되는 배기가스 압력이 동일하게 되도록 상기 유입통로 각각에 바이패스 배출통로가 형성된 터보차저 시스템을 제공한다.

각각의 바이패스 배출통로는 동일한 단면적으로 형성되는 것이 바람직하며, 복수개 형성된 바이패스 배출통로는 하나의 바이패스 통로로 결합하고 상기 결합된 하나의 바이패스 통로의 종단부에는 바이패스 밸브가 부착된다.

Description

개별 바이패스 회로를 갖춘 터보차저 시스템{A TURBO-CHARGER PROVIDING MULTIPLE BYPASS ORIFICE}

본 발명은 터보차저 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 터빈 측에 두개 이상의 배기가스 유입로가 형성된 터보차저 시스템에서, 각각의 유입로에 형성되는 배기가스 압력이 동일하게 되도록 상기 유입통로 각각에 바이패스 배출통로가 형성된 터보차저 시스템에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 터보차저는, 엔진에서 연소된 배기가스가 배기 매니폴드를 통해 엔진 밖으로 배출되고, 상기 배기 매니폴드 직후에는 터보차저가 부착되어 배출되는 배기가스의 힘을 이용하여 연소실에 공기를 강제 흡입하는 장치이다.

그런데, 다기통 엔진의 경우에는 배기가스의 배출 성능을 향상시키기 위해 배기 매니폴드를 두개의 통로로 나누고 있고, 터보차저에 배기가스를 유입시키는 통로도 2개로 이루어진다. 즉, 6기통의 경우에는 1-2-3 기통과 4-5-6 기통으로 구분하여 상기 1-2-3 기통에서 나오는 배기가스 및 상기 4-5-6 기통에서 나오는 배기가스는 별개의 통로로 터보차저에 유입되는 것이다.

그런데, 터보차저의 터빈 케이스에는 바이패스 통로가 설치되고, 상기 바이패스 통로는 바이패스 밸브에 의하여 개폐 작동되어, 흡기 매니폴드의 압력이 소정 압력 이상이 되면 상기 바이패스 밸브를 작동됨으로써 배기가스가 터빈에 유입되기 전에 상기 바이패스 통로로 방출시켜 압력 역전 현상의 발생을 조절하고 있다.

압력 역전 현상이란, 터보차저가 장착된 엔진은 낮은 회전수에서는 흡기 매니폴드의 압력이 배기 매니폴드의 압력보다 낮으나 엔진 회전수가 상승하면 터보차저가 흡입공기를 강제 흡기시킴으로써 흡기 매니폴드의 압력이 배기 매니폴드의 압력보다 높아지게 되는 현상을 말하며, 압력 역전 현상이 생기는 회전수를 높이면 엔진의 배기가스 배출 효율을 높여 터보차저 엔진의 성능 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 터보차저의 단면도를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 터보차저의 터빈 케이스(110)는 배기 매니폴드(130)와 연결된다.

상기 배기 매니폴드(130)에는 2개로 구분된 제1,2배기가스 배출통로(135,140)가 형성되고, 상기 터빈 케이스(110) 내에는 제1,2배기가스 유입로(115,120)가 형성되어, 상기 제1,2배기가스 배출통로(135,140)는 상기 제1,2배기가스 유입로(115,120)와 연통되도록 연결된다.

상기 제1,2배기가스 배출통로(135,140)를 통해 상기 제1,2배기가스 유입로(115,120)로 유입된 배기가스는 터빈(150)에 공급되어 상기 터빈(150)을 회전시키고, 상기 터빈(150)에 터보 샤프트(155; turbo-shaft)에 의해 연결된 컴프레서(160)에 의해 공기가 압축되어 실린더에 공급된다.

상기 제2유입로(120)에는 바이패스 통로(170)가 형성되고, 상기 바이패스 통로(170)에는 바이패스 밸브(175)가 부착되어 상기 바이패스 통로(170)를 개폐 작동한다.

그런데, 종래의 터보차저 터빈 케이스(150)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 두개의 제1,2배기가스 유입로(115,120) 중 제2유입로(120)에만 배기가스의 바이패스 통로(170)가 설치됨으로 인하여 상기 두개로 구분된 제1,2배기가스 유입로(115,120)에는 압력차가 형성되고, 따라서 배기가스 배출 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. 또한, 상기 제1,2배기가스 유입로(115,120) 사이에 형성된 압력차로 인해 압력 역전 현상이 생겨 엔진 실린더의 기통간의 연소 조건이 불균일해지는 문제점이 있었다.

실험에 의하면, 상기 제1배기가스 유입로(115)와 제2배기가스 유입로(120)와의 배기가스 압력차는 소정의 조건에서 각각 500mmHg 및 100mmHg로 큰 차이로 나타났다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의목적은 두개 이상의 배기가스 유입로가 형성된 터보차저 시스템에서 각각의 유입로에 형성되는 배기가스 압력이 동일한 터보차저 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 터보차저의 단면도를 나타낸 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 터보차저의 측면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 터보차저의 정면도이다.

도 4는 도 2에서 A-A선에 따른 단면도이다.

도 5는 도4에서 B-B 선에 따른 단면도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 터보차저 시스템은, 터빈 측에 두개 이상의 배기가스 유입통로가 형성된 터보차저에 있어서, 상기 유입통로 각각에 바이패스 배출통로가 형성된 터보차저 시스템을 제공한다.

상기 각각의 바이패스 배출통로는 동일한 단면적으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 복수개 형성된 바이패스 배출통로는 하나의 바이패스 통로로 결합하고 상기 결합된 하나의 바이패스 통로의 종단부에는 바이패스 밸브가 부착된다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부된 도면의 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 터보차저의 측면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 터보차저는 내부에 터빈이 장착되는 터빈 케이스(200)를 포함하고, 상기 터빈 케이스(200)에는 배기가스가 유입되는 유입구(210), 상기 터빈 케이스(200)로부터 배기가스가 배출되는 배출구(220)가 형성된다.

상기 터빈 케이스(200)의 일측에는 바이패스 밸브가 장착되는 밸브 케이스(230)가 형성되고, 상기 밸브 케이스(230)에 장착된 바이패스 밸브와 결합하여 상기 바이패스 밸브를 작동시키는 액츄에이터(240; actuator)가 연결되며, 상기 액츄에이터(240)는 상기 액츄에이터(240)를 동작시킴으로써 상기 바이패스 밸브를작동시키기 위한 다이어프램(250; diaphragm)에 연결된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 터보차저의 정면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 터빈 케이스(200)는 베어링 하우징(310)을 통하여 컴프레서 케이스(320)에 연결되고, 상기 컴프레서 케이스(320)는 흡기공기가 유입되는 유입구(330) 및 압축된 공기를 엔진으로 공급하는 배출구(340)가 형성된다.

상기 배출구(340)측 컴프레서 케이스(320)는 상기 다이어프램(240)과 호스(350)로 연결되어 상기 컴프레서 내에서의 흡기 압력에 의해 상기 다이어프램(240)이 작동된다.

도 4는 도 2에서 A-A선에 따른 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 터보차저의 터빈 케이스(410)는 배기 매니폴드(430)와 연결된다.

상기 배기 매니폴드(430)에는 2개로 구분된 제1,2배기가스 통로(435,440)가 형성되고, 상기 터빈 케이스(410) 내에는 제1,2배기가스 유입로(415,420)가 형성되어, 상기 제1,2배기가스 통로(435,440)는 상기 제1,2배기가스 유입로(415,420)와 연통되도록 연결된다.

상기 제1,2배기가스 통로(435,440)를 통해 상기 제1,2배기가스 유입로(415,420)로 유입된 배기가스는 터빈(450)에 공급되어 상기 터빈(450)을 회전시키고, 상기 터빈(450)에 터보 샤프트(455; turbo-shaft)에 의해 연결된 컴프레서(460)에 의해 공기가 압축되어 실린더에 공급된다.

상기 제1,2 배기가스 유입로(415,420)에는 각각 제1,2 바이패스배출구(470,475)가 형성된다. 상기 제1,2바이패스 배출구(470,475)가 형성될 때에는 상기 제1배기가스 유입로(415) 및 상기 제2 배기가스 유입로(420)에 동일한 단면적으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 5는 도4에서 B-B 선에 따른 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1,2 배기가스 유입로(415,420)에 형성된 제1,2바이패스 배출구(470,475)는, 터빈 케이스(200) 내의 배기가스 배출구(220)로 바이패스 통로(480)에 의하여 연결됨에 있어서, 하나의 바이패스 통로(480)로 연결되어 상기 배기가스 배출구(220)로 연결된다.

상기 바이패스 통로(480)의 배기가스 배출구(220)측 종단부에는 바이패스 밸브(510)가 부착되어 상기 바이패스 통로(480)를 개폐 작동한다.

상기 바이패스 밸브(510)는 터빈 케이스(200)를 관통하여 외부로 연결되는 연결로드(520)와 상기 연결로드(520)에 힌지 결합된 액츄에이터(240)에 의해 구동되며, 상기 액츄에이터(240)는 상기 다이어프램(250)에 연결된다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 터보차저의 바이패스 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.

엔진 연소실에서 연소된 배기가스는 배기 매니폴드(430)에 형성된 제1,2 배기가스 통로(435,440)를 통해, 터빈 케이스(410)에 공급되고, 이때 상기 터빈 케이스(410)에 형성된 제1,2배기가스 유입로(415,420)를 통해 터빈(450)으로 공급된다.

상기 터빈(450)은 배기가스의 압력으로 회전하게 되고, 상기 터빈(450)의 회전력에 의해 컴프레서(460)가 작동하여 흡입공기를 압축하여 엔진으로 공급하게 된다. 그런데 상기 컴프레서(460)내에 압축된 흡입공기의 압력이 소정 압력 이상이 되는 경우에는 상기 압력은 컴프레서 케이스(320)에 연결된 호스(350)를 통해 상기 다이어프램(250)에 전달되고, 상기 압력은 상기 다이어프램(250)을 작동시키고, 이에 의하여 상기 액츄에이터(240)가 작동됨으로써 상기 바이패스 밸브(510)가 열리게 된다.

상기 바이패스 밸브(510)가 열리면 터빈 케이스(410)에 유입된 배기가스의 일부가 상기 바이패스 통로(480)를 통하여 터빈을 거치지 않고 상기 배기가스 배출구(220)로 빠져나가게 된다.

이 때 상기 바이패스 밸브(510)가 열리면 상기 제1,2 배기가스 유입로(415,420)에 각각 형성된 바이패스 통로(470,475)를 통하여 상기 제1,2 배기가스 유입로(415,420)로부터 동일한 양의 배기가스가 배출되게 되는 것이다.

이상으로 본 발명의 개별 바이패스 회로를 갖춘 터보차저 시스템에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 배기가스의 배출 효율을 각 기통간에 균등하도록 하여 각 기통간의 출력 성능 불균형을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 흡배기 매니폴드간에 생기는 압력 역전 현상을 고회전으로 용이하게 이동시킬 수 있으며, 저회전에서의 흡입 충진 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 터빈 측에 두개 이상의 배기가스 유입통로가 형성된 터보차저에 있어서,

   상기 유입통로 각각에 바이패스 배출통로가 형성된 터보차저 시스템.
2. 제1항에서,

   상기 각각의 바이패스 배출통로는 동일한 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저 시스템.
3. 제2항에서,

   상기 복수개 형성된 바이패스 배출통로는 하나의 바이패스 통로로 결합하고 상기 결합된 하나의 바이패스 통로의 종단부에는 바이패스 밸브가 부착되는 것을 특징으로 하는 터보차저 시스템.