KR20040046817A - Turbo charger engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터보 차저 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보 차저에 재순환 터보수단을 장착하여 터보 차저로부터 배출되는 배기가스를 재순환시켜 저속시 토크를 증가시킴으로써 터보 래그를 방지할 수 있는 터보 차저 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a turbocharger engine, and more particularly, to a turbocharger engine capable of preventing turbo lag by installing a recirculating turbo means in a turbocharger to recycle exhaust gas discharged from the turbocharger to increase torque at low speeds. It is about.
일반적으로 터보 차저 엔진 혹은 티시아이 엔진은 엔진의 출력 향상을 위해 터보 차저(Turbo Charger)와 인터쿨러(Inter cooler)를 설치한 엔진이다.In general, a turbocharger engine or a tssiai engine is a turbo charger and an inter cooler installed to improve engine power.
특히, 디젤 티시아이 엔진은 터보 차저를 통해 과급공기를 연소실에 공급하기 때문에, 이 과급으로 인해 공급되는 공기는 고온, 고압화된다. 따라서 인터쿨러를 통해 공기온도를 다운시키고, 공기밀도를 상승시켜 요구하는 엔진 체적 효율을 달성하도록 되어 있다.In particular, since the diesel Tishii engine supplies the charge air to the combustion chamber through the turbocharger, the air supplied due to this charge becomes high temperature and high pressure. Therefore, the intercooler is used to lower the air temperature and increase the air density to achieve the required engine volumetric efficiency.
이러한 터보 차저 엔진은 배기가스의 에너지로 터빈을 돌려 그것에 직결되어 있는 압축기로 공기를 압축하여 높은 출력을 낸다. 따라서 감속한 상태로부터 가속 페달을 밟아도 압축기가 즉시 고속 회전으로는 되지 않는다. 상기 가속페달을 밟음으로써 출력이 향상된 엔진으로부터 힘이 좋은 배기가스가 나와서 터빈을 돌리고 이것이 압축기에 전달되어야 터보의 효과가 나오기 때문이다.Such a turbocharger engine rotates a turbine with energy of exhaust gas and compresses air with a compressor directly connected to it to produce a high output. Therefore, even if the accelerator pedal is depressed from the decelerated state, the compressor does not immediately rotate at high speed. This is because when the accelerator pedal is pressed, a powerful exhaust gas comes from the engine with improved output, and the turbine is turned and delivered to the compressor before the effect of the turbo occurs.
이와 같이 가속페달을 밟아도 즉시 강력한 응답이 보이지 않고 약간의 시간적인 지연이 일어나는데 이것을 터보래그(turbo lag)라 한다.Like this, when the accelerator pedal is pressed, a strong response is not immediately seen, and a slight time delay occurs. This is called a turbo lag.
즉, 터보 차저 엔진은 중속 및 고속 영역에서는 출력을 향상시킬 수 있으나, 저속 영역에서는 터보 차저가 장착된 엔진의 단점인 터보래그 현상으로 자연 흡기 엔진 또는 엔에이 엔진(NA ;Naturally Aspirated)이라 불리는 일반 엔진에 비해 오히려 출력이 감소되는 형상이 발생한다.That is, the turbocharged engine can improve the output in the medium speed and the high speed range, but in the low speed range, a turbo lag phenomenon, which is a disadvantage of an engine equipped with a turbocharger, is a general intake engine or NA (Naturally Aspirated) engine. Rather, the output is reduced compared to the engine.
이와 같이 터보래그는 터보 차저 엔진에서 흔히 나타나는 문제점이고, 또한스로틀을 급히 당길 때 차징된 공기의 역류 및 스로틀 밸브측의 누출(leakage)에 의해 노이즈가 발생되며, 이는 운전성에 상당한 역기능으로 작용한다.As such, turbolag is a common problem in turbocharged engines, and noise is generated by backflow of charged air and leakage on the throttle valve side when the throttle is urgently pulled, which acts as a significant adverse function to operability.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기가스를 터보 차저의 내부로 재순환시켜 터빈휠의 토크를 증대시킴으로써 터보래그를 방지할 수 있는 터보 차저 엔진을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention was created to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a turbocharger engine capable of preventing a turbo lag by recycling exhaust gas into the turbocharger to increase the torque of the turbine wheel. To provide.
도 1은 본 발명에 따른 터보 차저 엔진의 구성을 도시한 구성도.1 is a block diagram showing the configuration of a turbocharger engine according to the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 터보 차저(T/C)를 도시하는 부분 확대 사시도.FIG. 2 is a partially enlarged perspective view showing the turbocharger T / C shown in FIG. 1. FIG.
도 3은 도 2에 도시된 터보 차저의 분해 사시도.3 is an exploded perspective view of the turbocharger shown in FIG. 2;
도 4는 도 2에 도시된 터보 차저의 "A-A 선" 단면도.4 is a sectional view along the "A-A" line of the turbocharger shown in FIG.
도 5는 본 발명에 따른 터보 차저의 체크밸브의 작동과정을 도시하는 흐름도.5 is a flow chart showing the operation of the check valve of the turbocharger according to the present invention.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
13: 터보 차저(Turbo Charger) 15: 재순환 터보수단13: Turbo Charger 15: Recirculating turbocharger
30: 하우징(Housing) 32: 배기가스 유출구30: housing 32: exhaust gas outlet
34: 배기가스 유입구 38: 가압펌프 유로34: exhaust gas inlet 38: pressurized pump flow path
40: 스테이터(Stator) 42: 재순환유로40: stator 42: recirculation flow path
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 흡기 매니폴드 및 배기 매니폴드가 구비된 엔진과; 상기 엔진의 배기 매니폴드에 연결되어 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구 및 유입된 배기가스가 유출되는 배기가스 유출구가 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되어 배기가스에 의하여 회전하는 터빈휠로 이루어짐으로써, 상기 엔진으로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되도록 배기가스가 배출되는 터보 차저와; 상기 터보 차저에 장착되어 상기 터보 차저로 유입되는 배기가스의 일부를 다시 순환시켜 상기 터보 차저로 공급시키는 재순환 터보수단과; 상기 터보 차저에 연결되어 공기를 고온 및 고압으로 압축하는 압축기와; 상기 압축기와 연결되어 압축된 공기를 냉각시켜서 엔진으로 공급하는 인터쿨러와; 그리고 상기 인터쿨러와 상기 흡기 매니폴드에 장착된 스로틀 바디의 사이에 장착된 보조밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 터보 차저 엔진을 제공한다.The present invention for achieving the above object is an engine provided with an intake manifold and exhaust manifold; A turbine wheel connected to an exhaust manifold of the engine and having an exhaust gas inlet through which exhaust gas flows in and an exhaust gas outlet through which the inflow exhaust gas flows out; and a turbine wheel mounted inside the housing and rotating by the exhaust gas. A turbocharger configured to exhaust the exhaust gas so as to be driven by the exhaust gas discharged from the engine; Recirculating turbo means mounted to the turbocharger and configured to recirculate a portion of the exhaust gas flowing into the turbocharger to be supplied to the turbocharger; A compressor connected to the turbocharger for compressing air at high temperature and high pressure; An intercooler connected to the compressor and cooling the compressed air to an engine; And it provides a turbocharger engine including a control unit for controlling the auxiliary valve mounted between the intercooler and the throttle body mounted to the intake manifold.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터보 차저 엔진을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a turbocharger engine according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 터보 차저 엔진은 흡기 매니폴드(10) 및 배기 매니폴드(11)가 구비된 엔진(12)과, 상기 엔진(12)으로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되도록 배기가스가 배출되는 터보 차저(13)와, 상기 터보 차저(13)에 장착되어 상기 터보 차저(13)로 유입되는 배기가스의 일부를 다시 순환시켜 상기 터보 차저(13)로 공급시키는 재순환 터보수단(15)과, 상기 터보 차저(13)에 연결되어 공기를 고온 및 고압으로 압축하는 압축기(14)와, 상기 압축기(14)와 연결되어 압축된 공기를 냉각시켜서 엔진으로 공급하는 인터쿨러(16)와, 그리고 상기 인터쿨러(16)와 상기 흡기 매니폴드(10)에 장착된 스로틀 바디(18)의 사이에 장착된 보조밸브(20)를 제어하는 제어부(24)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the turbocharged engine proposed by the present invention includes an engine 12 including an intake manifold 10 and an exhaust manifold 11 and exhaust gas discharged from the engine 12. A turbocharger 13 through which exhaust gas is discharged so as to be driven by the exhaust gas, and a portion of the exhaust gas introduced to the turbocharger 13 and circulated again to be supplied to the turbocharger 13. A compressor 14 connected to the recirculation turbo means 15 and the turbocharger 13 to compress air at high temperature and high pressure, and an intercooler connected to the compressor 14 to cool the compressed air and supply it to the engine. And a control unit 24 for controlling the auxiliary valve 20 mounted between the intercooler 16 and the throttle body 18 mounted to the intake manifold 10.
이러한 구조를 갖는 터보 차저 엔진은 엔진(12)의 배기 매니폴드(11)로부터 배출되는 배기가스의 에너지를 이용해서 터보 차저(13)의 배기 터빈(36;도2)을 회전시키고, 이 배기 터빈(36)과 직결된 압축기(14)에 의하여 공기를 고온, 고압상태로 압축시켜서 인터쿨러(16)를 통하여 냉각시켜 흡기 매니폴드(10)로 보냄으로써 많은 양의 공기를 엔진(12)의 연소실로 보낼 수 있음으로 이와 비례하여 연료량을 분사시켜 줄 수 있어 출력을 향상시킬 수 있다.The turbocharger engine having this structure rotates the exhaust turbine 36 (Fig. 2) of the turbocharger 13 by using the energy of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 11 of the engine 12, and this exhaust turbine Compressor 14 directly connected to 36 compresses air to a high temperature and high pressure state, cools it through intercooler 16 and sends it to intake manifold 10 to send a large amount of air to the combustion chamber of engine 12. It can send the fuel amount in proportion to it, thereby improving the output.
따라서, 상기와 같은 터보 차저 엔진에 있어서는 상기 터보 차저(13)의 터보효율이 출력에 있어서 매우 중요한 요소이다.Therefore, in the turbocharged engine as described above, the turbo efficiency of the turbocharger 13 is a very important factor in the output.
이러한 터보 차저(13)의 터보효율을 향상시키기 위하여 재순환 터보수단(15)이 장착된 터보 차저(13)가 도 2 내지 도 4에 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 터보 차저(13)는 배기가스 유입구(34) 및 유출구(32)가 형성되는 하우징(30)과, 상기 하우징(30)의 내부에 장착되어 배기가스에 의하여 회전하는 터빈휠(36)로 이루어진다.In order to improve the turbo efficiency of the turbocharger 13, a turbocharger 13 equipped with a recycle turbo means 15 is shown in FIGS. 2 to 4. As shown, the turbocharger 13 has a housing 30 in which an exhaust gas inlet 34 and an outlet 32 are formed, and a turbine wheel mounted inside the housing 30 to rotate by exhaust gas. It consists of 36.
그리고, 상기 재순환 터보수단(15)은 상기 하우징(30)의 배기가스 유출구(32)에 형성되는 가압펌프 유로(38)와, 상기 배기가스 유출구(32)에 장착되어 배기가스를 상기 가압펌프 유로(38)로 공급하는 스테이터(40)와, 상기 가압펌프 유로(38)에 제공되어 배기가스를 재순환 시키는 배기가스 재순환 유로(42)와, 상기 배기가스 재순환 유로(42)에 장착되어 배기가스를 제어하는 체크밸브(44)를 포함한다.In addition, the recirculation turbo means 15 is a pressurized pump flow path 38 formed in the exhaust gas outlet 32 of the housing 30, and the exhaust gas outlet 32 is mounted to the exhaust gas to the pressurized pump flow path A stator 40 to be supplied to the 38, an exhaust gas recirculation passage 42 provided in the pressurized pump flow passage 38 to recycle the exhaust gas, and a exhaust gas recirculation passage 42 mounted to the exhaust gas recirculation passage 42. And a check valve 44 for controlling.
이러한 구조를 갖는 터보 차저(13)에 있어서, 상기 하우징(30)의 일측에 장착되어 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(34)는 하우징(30)의 내부와 연통됨으로써 배기가스를 하우징(30)의 내부로 유입시킨다. 그리고, 상기 하우징(30)의 내부로 유입된 배기가스는 하우징(30)의 내부에 장착된 터빈휠(36)을 회전시키게 된다.In the turbocharger 13 having such a structure, the exhaust gas inlet 34 mounted on one side of the housing 30 and into which the exhaust gas flows is in communication with the inside of the housing 30, thereby exhausting the exhaust gas into the housing 30. Flow into the interior. In addition, the exhaust gas introduced into the housing 30 rotates the turbine wheel 36 mounted in the housing 30.
이와 같이 터빈휠(36)을 회전시킨 배기가스는 하우징(30)의 일측에 장착된 배기가스 유출구(32)를 통하여 배출되어 머플러(23;도1)로 공급된다.In this way, the exhaust gas rotated turbine wheel 36 is discharged through the exhaust gas outlet 32 mounted on one side of the housing 30 is supplied to the muffler 23 (Fig. 1).
이때, 상기 배기가스 유출구(32)의 내측에는 스테이터(40)가 장착됨으로써 배출되는 배기가스의 일부를 상기 가압펌프 유로(38) 및 재순환 유로(42)를 통하여 하우징(30)의 내부로 재순환시킨다.At this time, a part of the exhaust gas discharged by mounting the stator 40 inside the exhaust gas outlet 32 is recirculated into the housing 30 through the pressure pump flow passage 38 and the recirculation passage 42. .
이러한 스테이터(40)는 원통형 케이스 형상을 갖으며, 원주방향을 따라 다수의 블레이드(46)가 일체로 형성된다. 그리고, 다수의 블레이드(46)는 일정 각도 경사진 형상을 갖으며 다수의 블레이드(46)의 사이에는 통풍구(48)가 형성된다.The stator 40 has a cylindrical case shape, and a plurality of blades 46 are integrally formed along the circumferential direction. In addition, the plurality of blades 46 may have an inclined shape at an angle, and a vent hole 48 may be formed between the plurality of blades 46.
따라서, 상기 배기가스 유출구(32)를 통하여 배출되는 배기가스의 일부가 상기 스테이터(40)의 블레이드(46)에 접촉하여 방향이 전환됨으로써 상기 가압펌프 유로(38)에 공급된다.Therefore, a part of the exhaust gas discharged through the exhaust gas outlet 32 contacts the blade 46 of the stator 40 and is turned to be supplied to the pressure pump flow path 38.
이와 같이, 상기 스테이터(40)는 배출되는 배기가스의 방향을 전환함으로써 가압펌프 유로(38) 및 재순환 유로(42)를 통하여 하우징(30)의 내부로 재 공급시키는 역할을 한다.As such, the stator 40 serves to re-supply the inside of the housing 30 through the pressure pump flow passage 38 and the recirculation flow passage 42 by changing the direction of the exhaust gas discharged.
상기 가압펌프 유로(38)는 배기가스 유출구(32)의 내측면, 바람직하게는 상기 스테이터(40)의 외측에 대응되는 위치에 일정 깊이로 형성된다. 상기 가압펌프 유로(38)의 일측(50)은 폐쇄된 상태이고, 타측(52)은 상기 재순환 유로(42)에 연통된다.The pressure pump flow path 38 is formed at a predetermined depth at a position corresponding to the inner side of the exhaust gas outlet 32, preferably the outer side of the stator 40. One side 50 of the pressure pump flow path 38 is in a closed state, and the other side 52 is in communication with the recirculation flow path 42.
따라서, 상기 스테이터(40)를 통과한 배기가스가 상기 가압펌프 유로(38)로 유입되어 원형의 유로를 따라 흐르게 되며, 이 과정에서 일정 속도로 가속되어 재순환 유로(42)로 유입된다.Therefore, the exhaust gas passing through the stator 40 flows into the pressurized pump flow path 38 and flows along the circular flow path. In this process, the exhaust gas is accelerated at a constant speed and flows into the recycle flow path 42.
상기 재순환 유로(42)는 상기 하우징(30)에 장착되어 상기 가압펌프 유로(38)를 통과한 배기가스를 하우징(30)의 내부로 다시 공급하는 기능을 하게 된다.The recirculation channel 42 is mounted on the housing 30 to supply the exhaust gas passing through the pressure pump channel 38 back into the housing 30.
즉, 상기 재순환 유로(42)의 일단은 상기 가압펌프 유로(38)에 연통되며, 타단은 상기 하우징(30)의 내부에 연통된다.That is, one end of the recirculation passage 42 communicates with the pressure pump flow passage 38, and the other end communicates with the inside of the housing 30.
따라서, 상기 스테이터(40)에 의하여 가압펌프 유로(38)로 공급된 배기가스는 상기 재순환 유로(42)를 통하여 하우징(30)의 내부로 공급된다.Therefore, the exhaust gas supplied to the pressure pump flow path 38 by the stator 40 is supplied into the housing 30 through the recirculation flow path 42.
이때, 상기 재순환 유로(42)의 타단부, 즉 하우징(30)의 내부에 연통되는 부분은 상기 배기가스 유입구(34)를 통하여 유입되는 배기가스가 상기 재순환 유로(42)의 타단부로 유입되는 것을 방지하는 구조로 형성하여야 한다.At this time, the other end of the recirculation flow path 42, that is, the portion communicating with the inside of the housing 30, the exhaust gas flowing through the exhaust gas inlet 34 is introduced into the other end of the recirculation flow path 42. It should be formed in a structure to prevent it.
한편, 상기 재순환 유로(42)에는 체크밸브(44)가 장착되어 재순환 유로(42)를 통과하는 배기가스의 흐름을 제어한다.On the other hand, the recirculation passage 42 is equipped with a check valve 44 to control the flow of exhaust gas passing through the recirculation passage 42.
즉, 상기 체크밸브(44)는 제어부(ECU;24)와 연결되어 트로틀 위치 센서(TPS; Throttle Position Sensor)로부터 제어신호를 접수하여, 공회전시 체크밸브(44)를 개방하고, 중고속시에는 폐쇄한다.That is, the check valve 44 is connected to the control unit ECU 24 to receive a control signal from a throttle position sensor (TPS) to open the check valve 44 at idle, and at high speed. To close.
이러한 체크밸브(44)의 작동과정을 도 1 및 도 5를 이용하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.The operation of the check valve 44 will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 5 as follows.
먼저, 엔진(1)이 구동되면 체크밸브(44)는 제어부(24)로부터 출력되는 rpm 신호를 접수한다(S100). 그리고, 이 rpm 신호에 의하여 rpm이 기준수, 바람직하게는 800rpm 이상 혹은 이하인가를 판단한다(S200).First, when the engine 1 is driven, the check valve 44 receives the rpm signal output from the controller 24 (S100). Then, the rpm signal determines whether the rpm is a reference number, preferably 800 rpm or more or less (S200).
800rpm 이상이면, 중고속 상태임으로 체크밸브(44)를 닫음으로써 정상적인 터보 차저(13)의 작동이 이루어지도록 한다(S300).If more than 800rpm, the normal turbocharger 13 is made to operate by closing the check valve 44 in a high speed state (S300).
800rpm 이하이면, 제어부로부터 TPS 센서의 변동값을 접수한다(S400). 그리고, TPS 센서의 변동값이 2V/S²이상 혹은 이하인지를 판단한다(S500).If it is 800 rpm or less, the control unit receives the change value of the TPS sensor (S400). Then, it is determined whether the variation value of the TPS sensor is 2 V / S² or more or less (S500).
TPS 값이 2V/S²이상이면 체크밸브(44)를 개방한다(S600). 따라서, 배기가스가 재순환 유로(42)를 통하여 하우징(30)의 내부로 재순환됨으로서 출력이 향상된다.If the TPS value is 2V / S² or more, the check valve 44 is opened (S600). Accordingly, the output is improved by the exhaust gas being recycled to the interior of the housing 30 through the recirculation passage 42.
TPS 값이 2V/S²이하이면 체크밸브(44)를 닫는다(S300). 따라서, 배기가스가 재순환 되지 않고 배기가스 유출구(32)를 통하여 배출된다.If the TPS value is 2V / S² or less, close the check valve 44 (S300). Therefore, the exhaust gas is discharged through the exhaust gas outlet 32 without being recycled.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터보 차저 엔진은 터보 차저에 재순환터보수단을 장착함으로서 배출되는 배기가스의 일부를 다시 터보 차저로 순환시킴으로써 토크를 증대시켜 저속구간에서 발생하는 터보래그 현상을 방지하여 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the turbocharged engine according to the present invention increases the torque by circulating a part of the exhaust gas discharged back to the turbocharger by installing a recirculating turbo means on the turbocharger to prevent the turbolag phenomenon occurring in the low speed section by increasing the torque. There is an advantage to improve the output.
또한, 본 발명에 따른 터보 차저 엔진은 배기가스를 재 사용함으로 추가적인 동력소모 없이 출력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the turbocharger engine according to the present invention has the advantage of improving the output without additional power consumption by reusing the exhaust gas.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the present invention.
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