KR20040046818A

KR20040046818A - 터보 차저 엔진

Info

Publication number: KR20040046818A
Application number: KR1020020074848A
Authority: KR
Inventors: 전승환; 이종원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-05

Abstract

인터쿨러의 냉각효율을 향상시킬 수 있는 터보 차저 엔진이 개시된다. 그러한 터보 차저 엔진은 흡기 매니폴드 및 배기 매니폴드가 구비된 엔진과,,상기 엔진으로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되도록 배기가스가 배출되는 터보차저와, 상기 터보차저에 연결되어 공기를 고온 및 고압으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급되는 압축공기가 유입되는 공기 유입구 및 유입된 압축공기가 유출되는 공기 유출구가 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되어 압축공기를 냉각시키는 냉각부재로 이루어짐으로써, 압축공기를 냉각시켜서 엔진으로 공급하는 인터쿨러와, 상기 인터쿨러에 장착되어 상기 인터쿨러로 유입되는 압축공기의 일부를 다시 순환시켜 상기 인터쿨러로 공급시키는 재순환 터보수단과, 그리고 상기 인터쿨러와 상기 흡기 매니폴드에 장착된 스로틀 바디의 사이에 장착된 보조밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

터보 차저 엔진{TURBO CHARGER ENGINE}

본 발명은 터보 차저 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인터쿨러에 재순환 터보수단을 장착하여 인터쿨러로부터 배출되는 공기를 인터쿨러로 재 공급하여 공기의 냉각효과를 향상시킬 수 있는 터보 차저 엔진에 관한 것이다.

일반적으로 터보 차저 엔진 혹은 티시아이 엔진은 엔진의 출력 향상을 위해 터보차저(Turbo Charger)와 인터쿨러(Inter cooler)를 설치한 엔진이다.

특히, 디젤 티시아이 엔진은 터보차저를 통해 과급공기를 연소실에 공급하기 때문에, 이 과급으로 인해 공급되는 공기는 고온, 고압화된다. 따라서, 이러한 공기는 단열 압축되어 공기의 압력상승에 따른 온도 상승으로 흡입공기의 밀도가 저하되어 실질적으로는 공기의 충진효율이 높지 않다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 인터쿨러가 적용되며, 상기 인터쿨러는 압축기를 통과하는 과정에서 고온, 고압화 된 압축공기의 온도를 다운시키고, 공기밀도를 상승시켜 요구하는 엔진 체적 효율을 달성하도록 되어 있다.

그러나, 종래의 인터쿨러는 고온, 고압의 압축공기가 유입되어 냉각핀을 통과함으로써 냉각시키는 방식임으로 냉각효율이 높지 않은 문제점이 있다.

더욱이, 엔진 구동시 터보차저의 출력은 정상이나, 인터쿨러로 유입된 압축공기가 효과적으로 냉각되지 못함으로써 흡기 매니폴드에 충분한 량의 공기가 유입되지 못하여, 가속페달을 밟아도 응답시간이 지연되는 터보래그(turbo lag)의 한 원인이 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인터쿨러에 재순환 터보수단을 장착함으로써 충분히 냉각된 압축공기를 엔진에 공급하여 출력을 향상시킴으로써 터보래그를 방지할 수 있는 터보 차저 엔진을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터보 차저 엔진의 구성을 도시한 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 인터쿨러를 도시하는 부분 확대 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 인터쿨러의 분해 사시도.

도 4는 도 2에 도시된 인터쿨러의 "A-A 선" 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 인터쿨러의 체크밸브의 작동과정을 도시하는 흐름도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

13: 터보차저(Turbo Charger) 15: 재순환 터보수단

30: 하우징(Housing) 32: 공기 유출구

34: 공기 유입구 38: 가압펌프 유로

40: 스테이터(Stator) 42: 재순환유로

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 흡기 매니폴드 및 배기 매니폴드가 구비된 엔진과; 상기 엔진으로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되도록 배기가스가 배출되는 터보차저와; 상기 터보차저에 연결되어 공기를 고온 및 고압으로 압축하는 압축기와; 상기 압축기로부터 공급되는 압축공기가 유입되는 공기 유입구 및 유입된 압축공기가 유출되는 공기 유출구가 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되어 압축공기를 냉각시키는 냉각부재로 이루어짐으로써, 압축공기를 냉각시켜서 엔진으로 공급하는 인터쿨러와; 상기 인터쿨러에 장착되어 상기 인터쿨러로 유입되는 압축공기의 일부를 다시 순환시켜 상기 인터쿨러로 공급시키는 재순환 터보수단과; 그리고 상기 인터쿨러와 상기 흡기 매니폴드에 장착된 스로틀 바디의 사이에 장착된 보조밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 터보차저 엔진을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터보 차저 엔진을 상세하게 설명한다.

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 터보차저(13)에 연결되어 공기를 고온 및 고압으로 압축하는 압축기(14)와, 상기 압축기(14)와 연결되어 압축된 공기를 냉각시켜서 엔진으로 공급하는 인터쿨러(16)와, 상기 인터쿨러(16)에 장착되어 압축공기의 일부를 다시 순환시켜 상기인터쿨러(16)로 공급시키는 재순환 터보수단(15)과, 상기 인터쿨러(16)와 상기 흡기 매니폴드(10)에 장착된 스로틀 바디(18)의 사이에 장착된 보조밸브(20)를 제어하는 제어부(24)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 터보 차저 엔진은, 엔진(12)의 배기 매니폴드(11)로부터 배출되는 배기가스의 에너지를 이용해서 터보 차저(13)의 배기 터빈(도시안됨)을 회전시키고, 이 배기터빈(도시안됨)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.

따라서, 상기와 같은 터보차저 엔진에 있어서는 상기 인터쿨러(16)의 공기 냉각효율이 출력에 있어서 매우 중요한 요소이다.

이러한 인터쿨러(16)의 냉각효율을 향상시키기 위하여 재순환 터보수단(15)이 장착된 인터쿨러(16)가 도 2 내지 도 4에 도시된다. 도시된 바와 같이, 상기 인터쿨러(16)는 공기 유입구(34) 및 유출구(32)가 형성되는 하우징(30)과, 상기 하우징(30)의 내부에 장착되어 압축공기를 냉각시키는 냉각부재(도시안됨)로 이루어진다.

그리고, 상기 재순환 터보수단(15)은 상기 하우징(30)의 공기 유출구(32)에 형성되는 가압펌프 유로(38)와, 상기 공기 유출구(32)에 장착되어 압축공기를 상기 가압펌프 유로(38)로 공급하는 스테이터(40)와, 상기 가압펌프 유로(38)에 제공되어 압축공기를 재순환시키는 공기 재순환 유로(42)와, 상기 공기 재순환 유로(42)에 장착되어 압축공기의 흐름을 제어하는 체크밸브(44)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 인터쿨러(16)에 있어서, 상기 하우징(30)의 일측에 장착되어 압축공기가 유입되는 공기 유입구(34)는 하우징(30)의 내부와 연통됨으로써 압축공기를 하우징(30)의 내부로 유입시킨다. 그리고, 상기 하우징(30)의 내부로 유입된 압축공기는 하우징(30)의 내부에 장착된 냉각부재(도시안됨)를 통과하게 된다.

이와 같이 냉각부재(도시안됨)를 통과한 압축공기는 하우징(30)의 일측에 장착된 공기 유출구(32)를 통하여 배출되어 엔진(12;도1)으로 공급된다.

이때, 상기 공기 유출구(32)의 내측에는 스테이터(40)가 장착됨으로써 배출되는 압축공기의 일부를 상기 가압펌프 유로(38) 및 재순환 유로(42)를 통하여 하우징(30)의 내부로 재순환시킨다.

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.

따라서, 상기 공기 유출구(32)를 통하여 배출되는 압축공기의 일부가 상기 스테이터(40)의 블레이드(46)에 접촉하여 방향이 전환됨으로써 상기 가압펌프 유로(38)에 공급된다.

이와 같이, 상기 스테이터(40)는 배출되는 압축공기의 방향을 전환함으로써 가압펌프 유로(38) 및 재순환 유로(42)를 통하여 하우징(30)의 내부로 재 공급시키는 역할을 한다.

상기 가압펌프 유로(38)는 공기 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.

따라서, 상기 스테이터(40)를 통과한 압축공기가 상기 가압펌프 유로(38)로 유입되어 원형의 유로를 따라 흐르게 되며, 이 과정에서 일정 속도로 가속되어 재순환 유로(42)로 유입된다.

상기 재순환 유로(42)는 상기 하우징(30)에 장착되어 상기 가압펌프 유로(38)를 통과한 압축공기를 하우징(30)의 내부로 다시 공급하는 기능을 하게 된다.

즉, 상기 재순환 유로(42)의 일단은 상기 가압펌프 유로(38)에 연통되며, 타단은 상기 하우징(30)의 내부에 연통된다.

따라서, 상기 스테이터(40)에 의하여 가압펌프 유로(38)로 공급된 압축공기는 상기 재순환 유로(42)를 통하여 하우징(30)의 내부로 공급된다.

이때, 상기 재순환 유로(42)의 타단부, 즉 하우징(30)의 내부에 연통되는 부분은 상기 공기 유입구(34)를 통하여 유입되는 압축공기가 상기 재순환 유로(42)의 타단부로 유입되는 것을 방지하는 구조로 형성하여야 한다.

한편, 상기 재순환 유로(42)에는 체크밸브(44)가 장착되어 재순환 유로(42)를 통과하는 압축공기의 흐름을 제어한다.

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.

이러한 체크밸브(44)의 작동과정을 도 1 및 도 5를 이용하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

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).

800rpm 이상이면, 중고속 상태임으로 체크밸브(44)를 닫음으로써 정상적인 인터쿨러(16)의 작동이 이루어지도록 한다(S300).

800rpm 이하이면, 제어부(24)로부터 TPS 센서의 변동값을 접수한다(S400). 그리고, TPS 센서의 변동값이 2V/S²이상 혹은 이하인지를 판단한다(S500).

TPS 값이 2V/S²이상이면 체크밸브(44)를 개방한다(S600). 따라서, 압축공기가 재순환 유로(42)를 통하여 하우징(30)의 내부로 재순환됨으로서 출력이 향상된다.

TPS 값이 2V/S²이하이면 체크밸브(44)를 닫는다(S300). 따라서, 압축공기가 재순환 되지 않고 배기가스 유출구(32)를 통하여 배출된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터보차저 엔진은 인터쿨러에 재순환 터보수단을 장착함으로서 배출되는 압축공기의 일부를 다시 인터쿨러로 순환시킴으로써 압축공기의 냉각효율을 향상시킬 수 있고, 동시에 터보래그 현상을 방지하여 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 터보차저 엔진은 압축공기를 재 사용함으로 추가적인 동력소모 없이 출력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

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.

Claims

흡기 매니폴드 및 배기 매니폴드가 구비된 엔진과;

상기 엔진으로부터 배출된 배기가스에 의해 구동되도록 배기가스가 배출되는 터보차저와;

상기 터보차저에 연결되어 공기를 고온 및 고압으로 압축하는 압축기와;

상기 압축기로부터 공급되는 압축공기가 유입되는 공기 유입구 및 유입된 압축공기가 유출되는 공기 유출구가 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되어 압축공기를 냉각시키는 냉각부재로 이루어짐으로써, 압축공기를 냉각시켜서 엔진으로 공급하는 인터쿨러와;

상기 인터쿨러에 장착되어 상기 인터쿨러로 유입되는 압축공기의 일부를 다시 순환시켜 상기 인터쿨러로 공급시키는 재순환 터보수단과; 그리고

상기 인터쿨러와 상기 흡기 매니폴드에 장착된 스로틀 바디의 사이에 장착된 보조밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 터보 차저 엔진.
제1 항에 있어서, 상기 재순환 터보수단은 상기 하우징의 공기 유출구 내측면에 형성되는 가압펌프 유로와, 상기 가압펌프 유로 상에 장착되어 상기 공기 유출구를 통하여 배출되는 압축공기의 방향을 전환하여 상기 가압펌프 유로로 공급하는 스테이터와, 일단은 상기 가압펌프 유로에 연통되고 타단은 상기 하우징의 내부에 연통됨으로써 상기 가압펌프 유로를 통과한 압축공기를 재순환시키는 공기 재순환 유로와, 상기 공기 재순환 유로에 장착되어 상기 공기 재순환 유로를 개폐하는 체크밸브를 포함하는 터보 차저 엔진.
제2 항에 있어서, 상기 가압펌프 유로는 상기 하우징의 공기 유출구 내벽면에 원주방향을 따라 형성되며, 일단은 폐쇄되고, 타단은 상기 공기 재순환 유로에 연통되는 터보 차저 엔진.
제3 항에 있어서, 상기 스테이터는 원통형 케이스 형상이며, 측면에는 원주방향을 따라 다수의 블레이드가 장착되고, 상기 다수의 블레이드의 사이에는 통풍구가 형성되며, 상기 스테이터가 상기 가압펌프 유로의 내부에 장착됨으로써, 상기 다수의 블레이드 사이로 유입된 압축공기가 상기 통풍구를 통하여 상기 가압펌프 유로로 공급되는 터보 차저 엔진.
제2 항에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 제어부와 연결되어 RPM 센서 및 TPS 센서로부터 출력되는 신호를 접수하여, RPM 수 및 TPS 값에 의하여 상기 압축공기 재순환 유로를 개폐하는 터보 차저 엔진.
제5 항에 있어서, 상기 체크밸브는 RPM 수가 800RPM 이상인 경우 폐쇄되며, 800 RPM 이하인 경우 TPS 값이 2V/S²이상 혹은 이하인지를 판단하여, 2V/S²이상이면 개방되며, 2V/S²이하인 경우 폐쇄되는 터보 차저 엔진.