KR20030032128A

KR20030032128A - Turbocharger with a clutch and controlling method thereof

Info

Publication number: KR20030032128A
Application number: KR1020010062388A
Authority: KR
Inventors: 진석범
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-04-26

Abstract

PURPOSE: A turbo charger with a clutch and a control method thereof are provided to reduce turbo lag by preventing the turbo charger from operating during the low speed operation or re-start operation of the vehicle. CONSTITUTION: A turbo charger comprises a turbine unit connected to an exhaust manifold; a compressor unit connected to an intake manifold; and a shaft(30) for connecting the turbine wheel rotating in the turbine unit and the compressor wheel rotating in the compressor unit. The shaft includes a power switching unit(40) for switching rotation of the compressor wheel, and the power switching unit is controlled by a controller(41) in accordance with the vehicle speed and load state.

Description

Turbocharger with a clutch and controlling method

본 발명은 클러치가 구비된 터보 챠저에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컴프레셔를 클러치로 단속하여 중저속 및 정지후 출발시 발생되는 터보 래그 현상을 현저하게 줄일 수 있는 클러치가 구비된 터보 챠저에 관한 것이다.The present invention relates to a turbocharger equipped with a clutch, and more particularly, to a turbocharger equipped with a clutch that can significantly reduce the turbo lag phenomenon generated when starting at low to medium speeds and after stopping the compressor by the clutch. .

일반적으로 차량에는 여러가지 출력 향상 장치가 구비되어 있다. 첨부도면 도 3에는 이러한 출력 향상 장치로 최근 들어 많이 사용되고 있는 터보 챠저의 일예를 보여주고 있다.Generally, a vehicle is equipped with various output improvement devices. FIG. 3 shows an example of a turbocharger that has recently been widely used as such an output improving device.

상기 터보 챠저는 엔진의 배기매니폴드측에 장착되어 배기 가스에 의해 회전되는 터빈부(10)와 흡기매니폴드측에 장착되어 터빈부와 함께 작동하는 컴프레셔부(20)로 이루어져 있다. 특히, 상기 터빈부(10)의 터빈 휠(11)과 컴프레셔부(20)의 컴프레셔 휠(21)이 하나의 샤프트(30)에 의해 연결되어 있다. 이에 따라 상기 터보 챠저는 배기가스에 의해 터빈 휠(11)이 회전함에 따라 컴프레셔 휠(21)이 같이 회전을 하게 된다. 따라서, 상기 터보 챠저는 고온 고압의 배기 가스를 이용하여 더 많은 공기를 엔진에 제공하여 엔진 출력을 높여줄 수 있게 되는 것이다.The turbocharger includes a turbine unit 10 mounted on an exhaust manifold side of the engine and rotated by exhaust gas, and a compressor unit 20 mounted on an intake manifold side and operating together with the turbine unit. In particular, the turbine wheel 11 of the turbine unit 10 and the compressor wheel 21 of the compressor unit 20 are connected by one shaft 30. Accordingly, in the turbocharger, the compressor wheel 21 rotates together as the turbine wheel 11 rotates by the exhaust gas. Therefore, the turbocharger can increase the engine output by providing more air to the engine using exhaust gas of high temperature and high pressure.

그러나, 종래의 터보 챠저는 차속이 중저속이나 정지 후 출발시 많은 공기가 실린더로 유입되기 때문에 흡입 공기에 의해 발생되는 저항에 의해 엔진 출력이 떨어지는 터보 래그 현상이 발생하게 되어 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.However, in the conventional turbocharger, the turbo lag phenomenon in which the engine output drops due to the resistance generated by the intake air is generated because a lot of air flows into the cylinder when the vehicle speed starts at a low speed or a low speed. It became.

이를 개선하기 위한 한가지 방법으로 VGT등을 이용하는 방법이 있으나 이 방법 또한 전체 속도 영역에서 터보 래크를 보상하지는 못하는 문제가 발생하게 되었다.One way to improve this problem is to use VGT, but this method also fails to compensate turbo racks in the entire speed range.

이를 개선하기 위한 방법으로 터보 챠저의 소형화 및 웨이스트 게이트(waste gate) 제어가 이용되고 있으나 터벼 챠저의 소형화의 경우 저속에선 개선 효과가있으나 고속에서는 소형화에 따른 터빈 회전체의 관성 질량 감소에 따른 과회전으로 인한 부작용을 야기하게 되고, 또한 웨이스트 게이트 제어의 경우 고온·고속으로 작동하는 웨이스트 게이트 밸브의 마모 및 액츄에이터 다이아프램의 파손 등의 내구성이 저하되는 문제가 발생하게 되었다.In order to improve this, the miniaturization of the turbocharger and the waste gate control are used. However, the miniaturization of the turbocharger has the effect of improving at low speed, but at high speed, overrotation due to the reduction of the inertia mass of the turbine rotor due to the miniaturization at high speed. In addition, in the case of waste gate control, durability such as wear of the waste gate valve operating at high temperature and high speed and breakage of the actuator diaphragm is deteriorated.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 샤프트에 클러치를 구비하여 엔진 부하 및 회전 속도의 변화에 따라 터빈부와 컴프레셔부의 동작을 단속할 수 있도록 구성함으로써, 터보 래그 현상을 방지할 수 있게 한 클러치가 구비된 터보 챠저 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of this point, and the clutch is provided on the shaft so that the operation of the turbine unit and the compressor unit can be controlled according to the change of the engine load and rotation speed, thereby preventing the turbo lag phenomenon. It is an object of the present invention to provide a turbocharger with a clutch and a control method thereof.

도 1은 본 발명에 따르는 동력 단속 수단의 일예를 보여주는 단면도,1 is a cross-sectional view showing an example of the power control means according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따르는 터보 챠저의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도,2 is a block diagram illustrating a control method of a turbocharger according to the present invention;

도 3은 종래의 터보 챠저의 일예를 보여 주는 사시도.3 is a perspective view showing an example of a conventional turbocharger.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

10 : 터빈부 11 : 터빈 휠10 turbine portion 11 turbine wheel

20 : 컴프레셔부 21 : 컴프레셔 휠20: compressor unit 21: compressor wheel

30 : 샤프트 40 : 동력 단속 수단30 shaft 40 power control means

41 : 제어기41: controller

이를 실현하기 위한 본 발명은 배기매니폴드에 연결되는 터빈부와; 흡기매니폴드에 연결되는 컴프레셔부; 그리고 이 터빈부 및 컴프레셔부의 내부에서 회전하는 터빈휠과 컴프레셔휠을 연결시켜 주는 샤프트를 포함하여 이루어진 터보 챠저에 있어서, 상기 샤프트에는 컴프레셔휠의 회전을 단속시켜 주는 동력 단속 수단이 설치되고, 이 동력 단속 수단은 차속과 부하 상태에 따라 제어기에 의해 제어되도록 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention for realizing this and the turbine portion connected to the exhaust manifold; A compressor unit connected to the intake manifold; In the turbocharger comprising a shaft connecting the turbine wheel and the compressor wheel rotating inside the turbine portion and the compressor portion, the shaft is provided with a power interruption means for intermittent rotation of the compressor wheel. The control means is configured to be controlled by the controller according to the vehicle speed and the load condition.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 동력 단속 장치는 클러치인 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the invention, the power control device is characterized in that the clutch.

또한, 상기 제어기는 차속이 중저속 및 정지 후 출발시 터빈부의 터빈 휠과 컴프레셔부의 컴프레셔 휠을 단속시켜 주는 것을 특징으로 한다.The controller may control the turbine wheel of the turbine unit and the compressor wheel of the compressor unit when the vehicle speed starts at low and medium speeds and stops.

또한, 본 발명에 따르는 터보 챠저의 제어 방법은, 현재 엔진의 속도를 검출하는 단계와; 이 검출값이 미리 설정된 중저속값을 비교하는 단계와; 상기 검출값이 비교값보다 크면 액츄에이터를 작동시켜 샤프트에 구성된 동력 단속 장치로 터빈휠과 컴프레셔 휠을 연동시켜 주는 단계와; 상기 검출값이 비교값보다 적으면 동력 단속 장치를 단속시켜 컴프레셔 휠이 구동되지 않게 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control method of the turbocharger according to the present invention comprises the steps of: detecting the speed of a current engine; Comparing the detected low to medium speed values; Operating the actuator to interlock the turbine wheel and the compressor wheel with a power interruption device configured in the shaft when the detected value is greater than the comparison value; When the detected value is less than the comparison value, the power control device is interrupted to control the compressor wheel from being driven.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and effect of the present invention will be described.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따르는 동력 단속 수단의 일예를 보여주는 단면도이다. 여기서, 종래의 구성과 동일 요소에 대해서는 동일 부호를 그대로 사용한다.1 is a cross-sectional view showing an example of the power interruption means according to the present invention. Here, about the same element as a conventional structure, the same code | symbol is used as it is.

본 발명은 엔진에서 발생된 배기 가스에 의해 엔진의 출력을 향상시켜 주는 터보 챠저에 관한 것으로, 특히 상기 터보 챠저가 중저속 및 정지 후 출발시 터보 챠저의 작동을 정지시켜 과급 공기에 의해 발생되는 터보 래그 현상을 억제할 수 있도록 한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger that improves the output of an engine by exhaust gas generated from an engine. In particular, the turbocharger generates turbocharged air by stopping the operation of the turbocharger when the turbocharger starts at low speed and stops. The lag phenomenon can be suppressed.

이를 좀 더 상세하게 설명하면, 상기 터보 챠저는 배기매니폴드에 연결되는 터빈부(10)와, 흡기 매니폴드에 연결되는 컴프레셔부(20)로 이루어져 있으며, 특히 이들은 각 내부에 장착되는 터빈 휠(11)과 컴프레셔 휠(21)이 하나의 샤프트(30)에의해 연결되어 함께 회전하도록 설치되어 있다.In more detail, the turbocharger includes a turbine unit 10 connected to an exhaust manifold, and a compressor unit 20 connected to an intake manifold. 11) and the compressor wheel 21 are connected by one shaft 30 and installed to rotate together.

또한, 상기 샤프트(30)에는 동력 단속 수단(40)이 첨부도면 도 3에서 화살표로 표시한 부분에 구비되어 있으며, 이 동력 단속 수단(40)은 제어기(41)의 제어를 받는 액츄에이터에 의해 컴프레셔 휠(21)을 선택적으로 단속하게 된다. 특히, 상기 제어기(41)는 차량이 중저속시나 정지후 출발시와 같이 과급 공기가 많이 필요로 하지 않는 경우 동력 단속 수단(40)을 작동시켜 터빈 휠(11)과 컴프레셔 휠(21)을 분리시켜 과급 공기의 흡기 저항에 의해 발생되는 터보 챠저의 래드 현상을 없앨 수 있게 한. 물론, 차속이 고속인 경우 상기 제어기(41)는 액츄에이터에 신호를 보내 동력 단속 수단(40)이 컴프레셔 휠(21)를 잡아 동력 전달이 이루어지게 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 동력 단속 수단(40)은 통상적으로 엔진과 밋션 등에서 동력을 전달하고 차단하는데 사용되는 클러치 구조를 이용하는 것이 바람직하다.In addition, the shaft 30 is provided with a power interruption means 40 in the portion indicated by the arrow in FIG. 3, which is controlled by an actuator under the control of the controller 41. The wheel 21 is selectively interrupted. In particular, the controller 41 separates the turbine wheel 11 and the compressor wheel 21 by operating the power control means 40 when the vehicle does not need a lot of supercharged air, such as when the vehicle is at a low speed or when starting after stopping. To eliminate the radization of the turbocharger caused by the intake resistance of the charge air. Of course, when the vehicle speed is high, the controller 41 preferably sends a signal to the actuator so that the power control means 40 catches the compressor wheel 21 so that power is transmitted. In a preferred embodiment of the present invention, the power control means 40 typically utilizes a clutch structure that is used to transmit and block power in engines and missions and the like.

따라서, 상기 클러치(40)는 제어기(41)의 제어를 받아 터빈부(10)와 컴프레셔부(20)의 연동을 선택적으로 단속시켜 줄 수 있게 되며, 특히 엔진 부하와 회전 속도의 변화에 따라 실린더에 공급되는 공기량에 따라 샤프트(30)를 단속할 수 있게 된다.Therefore, the clutch 40 can selectively interlock the turbine unit 10 and the compressor unit 20 under the control of the controller 41, and in particular, the cylinder according to the change of the engine load and the rotational speed. The shaft 30 can be interrupted according to the amount of air supplied to the shaft 30.

이하, 첨부도면 도 2를 참조하여 본 발명에 따르는 터보 챠저의 제어 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a control method of a turbocharger according to the present invention will be described with reference to FIG. 2.

먼저, 현재 엔진의 속도를 검출하는 단계를 거치게 된다. 이 단계는 통상적으로 차량에 장착된 차속 센서로부터 현재 차량의 주행 속도를 입력받는 단계로이때의 차속값은 제어기에 입력되게 된다.Firstly, the current engine speed is detected. In this step, the vehicle speed sensor is typically inputted from the vehicle speed sensor mounted on the vehicle, and the vehicle speed value is input to the controller.

이어, 상기 차속에 대한 검출값과 미리 설정된 중저속값을 비교하는 단계를 거치게 된다. 제 2단계에서는 상기 제어기에 미리 중저속값, 즉 차량이 정지하였다가 출발하거나 저속으로 주행하는 경우의 차속, 예를 들어 0 ∼50km/h 정도로 설정된 중저속값과 검출값을 비교하게 된다. 이때, 상기 검출값이 비교값인 중저속값보다 크게 되면 제어기에 의해 제 3단계를 실행하게 되고 반대로 적으면 제 4단계를 실행하게 된다.Subsequently, a step of comparing the detected value for the vehicle speed with a predetermined medium low speed value is performed. In the second step, the controller compares the low and medium speed value, that is, the vehicle speed when the vehicle is stopped and starts or travels at low speed, for example, the low and low speed value set at about 0 to 50 km / h. At this time, if the detected value is larger than the low to medium speed value, which is a comparison value, the controller executes the third step.

상기 제 3단계는 검출값이 비교값보다 큰 경우로, 상기 제어기의 제어를 통해 액츄에이터를 작동시키게 된다. 이에 따라 상기 동력 단속 수단이 작동을 하여 터빈휠과 컴프레셔 휠을 연동시켜 주게 된다. 이에 따라 본 발명에 따르는 상기 터보 챠저는 고온 고압 상태인 고속에서는 배기량에 비례하여 컴프레셔 휠이 회전을 하면서 많은 과급 공기를 실린더에 공급해 주게 된다.In the third step, when the detection value is larger than the comparison value, the actuator is operated through the control of the controller. Accordingly, the power interrupting means operates to interlock the turbine wheel and the compressor wheel. Accordingly, the turbocharger according to the present invention supplies a large amount of charge air to the cylinder while the compressor wheel rotates in proportion to the displacement at a high speed at a high temperature and high pressure.

마지막으로, 상기 제 4단계는 검출값이 비교값보다 적은 경우로, 이때에는 상기 제어기는 액츄에이터에 동력을 차단하게 된다. 이에 따라 상기 동력 단속 수단의 동작이 멈추게 되어 컴프레셔 휠이 샤프트로부터 분리되어 동력이 단속되게 된다. 따라서, 중저속 상태에서는 상기 터빈 휠은 회전하더라도 컴프레셔 휠이 회전하지 않게 되는 것이다.Finally, the fourth step is a case where the detected value is less than the comparison value, in which case the controller cuts power to the actuator. As a result, the operation of the power interrupting means is stopped so that the compressor wheel is separated from the shaft to interrupt the power. Therefore, the compressor wheel does not rotate even when the turbine wheel rotates in the medium and low speed state.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 터빈부와 컴프레셔부를 연결시켜 주는 샤프트에 클러치를 구성하고, 이 클러치가 제어기의 제어에 의해 선택적으로 터빈 휠과 컴프레셔 휠을 단속시켜 줄 수 있게 함으로써, 차량의 중저속시 또는 정지 후 출발시 과급 공기가 없어도 되는 경우 터보 챠저가 작동되는 것을 막아 이 구간에서 발생되는 터보 챠저의 래그 현상을 막을 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention constitutes a clutch on a shaft connecting the turbine unit and the compressor unit, and the clutch enables the turbine wheel and the compressor wheel to be selectively controlled by the control of the controller, thereby making the vehicle low to medium speed. If there is no need for supercharged air when starting after start or stop, the turbocharger is prevented from operating, thereby preventing the lag phenomenon of the turbocharger generated in this section.

Claims

A turbine portion connected to the exhaust manifold; A compressor unit connected to the intake manifold; In the turbocharger comprising a shaft connecting the turbine wheel and the compressor wheel that rotates in the turbine portion and the compressor portion,

The shaft is provided with a power control means for intermittent rotation of the compressor wheel, the power control means is configured to be controlled by the controller in accordance with the vehicle speed and load conditions, the turbocharger with a clutch.

The turbocharger with clutch according to claim 1, wherein the power control device is a clutch.

The turbocharger of claim 1, wherein the controller is configured to control the turbine wheel of the turbine unit and the compressor wheel of the compressor unit when the vehicle speed starts at low and medium speeds and stops.

Detecting a speed of a current engine;

Comparing the detected low to medium speed values;

Operating the actuator to interlock the turbine wheel and the compressor wheel with a power interruption device configured in the shaft when the detected value is greater than the comparison value;

If the detected value is less than the comparison value, controlling the compressor wheel by driving the power control device so that the compressor wheel is not driven.

Turbocharger control method provided with a clutch, characterized in that consisting of.