KR20050039187A - 슈퍼차저 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슈퍼차저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전동기 케이스에 공기 흡입부를 형성함으로서, 에어클리너를 통하여 흡입되는 공기에 의하여 자연히 전동기의 냉각이 이루어지므로 장시간 구동에 따른 전동기의 과부하 현상을 방지하고 효율을 높이고, 배터리에 충전된 전력을 사용할 수 있으므로 내연기관에 영향을 전혀 주지 않고, 운전자가 간편하게 작동을 조절할 수 있으며, 구성이 간편하여 설치 공간이 많이 필요하지 않으며, 컨트롤러에서 기관의 회전속도와 스로틀밸브 제어량을 검출하여 이에 상응한 속도로 임펠러를 구동시키므로 기관의 회전속도 변화에 대한 응답성이 우수하고, 항상 풍부한 양의 공기를 제공하는 슈퍼차저에 관한 것이다.

Description

슈퍼차저{A SUPER CHARGER}
본 발명은 배터리로부터 전원을 공급받고 운전자의 조작에 의해 구동되는 내연기관의 전동기식 슈퍼차저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유입된 공기가 전동기에서 발생하는 열을 냉각시키도록 공기흡입부가 형성된 전동기 케이스, 전동기의 구동 상태를 제어하도록 스크롤 외부에 설치되는 컨트롤러를 포함하는 슈퍼차저에 관한 것이다.
'슈퍼차저'(Super Charger)는 '과급기'라고도 부르며, 내연기관의 출력을 증가시키기 위해 외부 공기를 실린더에 공급하는 압축기이다. 대부분의 내연기관에서, 실린더에서 연소될 수 있는 연료의 양은 외부 공기의 양에 의해 결정된다. 만약 보다 많은 혼합공기가 실린더 안으로 과급되면 동일한 속도에서 35∼60% 정도 더 많은 동력을 발생시킬 수 있다는 것은 이미 잘 알려져 있는 사실이다.
이와 같은 공기 과급은 슈퍼차저(Super Charger) 또는 터보차저(Turbo Chager)에 의하여 이루어진다.
슈퍼차저는 기계적으로 내연기관의 크랭크축과 풀리벨트로 연결된 흡입공기 압축용 임펠러를 회전시키므로 내연기관이 공회전할때에도 동력을 소모하므로, 연료 소비가 많고, 기구의 설치가 어려우며, 동력전달장치의 수명이 짧고, 비용이 많이 든다.
터보차저는 배기가스에 의해 흡입공기 압축용 임펠러를 회전시키는 구조로서 기관의 회전 속도가 저속(자동차 기준 2000RPM)에서는 큰 효과가 없으며, 배기가스 배출의 장애로 기관의 수명이 단축되며, 매연이 많아지고, 연료의 소모도 늘어난다. 또한 기구의 설치도 복잡하고, 제품 비용이 높다는 단점이 있다.
상기 슈퍼차저와 터보차저의 문제점을 개선하기 위하여, 전동기를 설치하여 블로워의 동력으로 구동시키는 방법이 이용되고 있다. 이와 같은 방법은 설치가 용이하다는 장점은 있으나, 전동기의 회전속도가 낮아, 기관의 회전속도 변동에 대한 응답속도가 느리고, 기관이 고속회전을 할 때에는 풍량이 부족하여 바이패스 풍로가 불가피하며, 기관의 회전속도와 블로워의 속도를 동기시키기 어려운 문제점이 있어 슈퍼차저로서의 실효성이 낮은 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 흡입된 공기의 흐름을 이용하여 전동기에서 발생하는 열을 냉각시키도록 하는 슈퍼차저를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기관의 회전속도와 스로틀 밸브 제어량에 상응한 최적의 흡입공기량을 조절함으로서 효율성을 높인 슈퍼차저를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 설치가 쉽고 비용이 저렴하며 빠른 응답성을 가지는 전동기식 슈퍼차저를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 슈퍼차저는, 배터리로부터 전원을 공급받고 운전자의 조작에 의해 구동되는 내연기관의 전동기식 슈퍼차저로서, 외부에서 유입되는 공기의 불순물을 제거하도록 스크롤과 결합설치되는 에어클리너, 외부 공기를 흡입하도록 압축용 임펠러를 회전시키며 상기 에어클리너의 내부에 고정설치되는 고속 전동기, 상기 임펠러의 작동으로 유입된 공기가 전동기에 발생하는 열을 냉각시키도록 공기흡입부가 형성된 전동기 케이스, 흡입된 공기를 기관으로 배출하도록 설치된 가속용 스크롤, 상기 전동기의 구동을 제어하도록 스크롤 외부에 설치된 컨트롤러, 및 상기 컨트롤러를 보호하기 위해 설치된 컨트롤러 박스를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼차지에 관한 것이다.
또한, 상기 컨트롤러는, 홀 센서, 포토 커플러, RPM 펄스, 및 스로틀밸브 위치 감지센서로 구성되는 속도감지센서를 이용하여 기관의 회전속도와 스로틀 밸브의 제어량을 감지하고 그 결과를 신호로 변환하여 전달하는 속도감지부, 상기 속도감지부로부터 전달받은 결과에 의해 전동기의 회전속도를 자동으로 제어하도록 신호를 출력하는 자동속도 제어부, 배터리의 저전압 현상 발생시 펄스 출력을 방지하는 전압 감지부, 기관의 회전속도가 급감할 때, 전동기 회전속도를 기관 회전속도에 동기시키도록 하는 전동기 회생 제동부, 및 상기 자동속도 제어부와 상기 전동기 회생 제동부에서 출력되는 신호에 따라 전동기를 구동시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 슈퍼차저를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른, 슈퍼차저(10)를 도시한 사시도이다. 도 1에 따르면, 종래의 슈퍼차저(10)는 전동기(14)가 외부에 설치되어, 스크롤(12) 및 에어클리너(16)와 결합되도록 형성되었다. 또한, 도시하지는 않았으나, 종래의 슈퍼차저(10)는 내연기관의 크랭크축과 풀리벨트로 연결된 흡입공기 압축용 임펠러를 회전시키므로, 내연기관이 공회전을 할 때에도 동력을 소모하게 되어 연료 소비가 많고, 기구의 설치가 어려우며, 동력전달장치의 수명이 짧고, 비용이 많이 든다. 또한, 장시간 사용할 경우에는 전동기(14)에 과열 현상이 나타나게 되어, 구동 중에 문제가 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 슈퍼차저(20)를 도시한 사시도이다. 도 2에 따르면, 에어클리너(24)가 스크롤(22)에 결합설치되고, 전동기(28)는 종래와 달리 외부에 설치하지 않고 에어클리너(24) 내부에 설치되어, 외부 구조가 간단하고 공간을 적게 차지하므로 설치가 간편하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 전동기 케이스(30)를 도시한 사시도이다. 도 3에 따르면, 전동기 케이스(30)는 전동기(28)를 내부에 설치하도록 내부에 빈 공간이 형성되고, 에어클리너(24)를 통해 유입된 공기가 전동기(28)에 발생하는 열을 냉각시키도록 공기흡입부(26)가 형성된다.
도 4는 도 2의 A-A 단면을 도시한 단면도이다. 도 4에 따르면, 전동기(28)는 에어클리너(24) 내부에 설치되고, 전동기 케이스(30)가 스크롤(22)과 고정결합되어 전동기(28)가 구동 중에 유격이 발생하거나 이탈하지 않도록 방지한다.
임펠러(32)는 상기 전동기(28)와 회전축(34)으로 연결된다. 전동기(28)가 구동하면 임펠러(32)가 회전하게 되고, 에어클리너(24)를 통해 외부 공기를 유입하여 공기배출부(36)를 통해 내보낸다. 도시하지는 않았으나, 유입된 공기는 공기배출부(36)를 통해 실린더로 공급된다.
스크롤(22)은 입구에서 공기배출부(36)로 갈수록 단면적이 넓어지도록 형성함으로서 배출되는 공기의 속도가 빨라지도록 유도할 수 있다.
스크롤(22)의 외부에는 임펠러 회전축(34)이 위치를 벗어나지 않도록 고정축(33)이 설치되고, 상기 임펠러 회전축(34)이 회전가능하도록 베어링(35)이 설치된다. 또한, 전동기(28)의 구동을 제어하는 컨트롤러(38)도 스크롤(22) 외부에 설치된다.
또한, 상기 고정축(33)과 컨트롤러(38)를 보호하도록 컨트롤러 박스(39)가 설치된다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 컨트롤러(38)가 전동기(28)의 구동을 제어하는 흐름을 도시한 제어흐름도이다. 도 5에 따르면, 운전자가 On/Off 스위치를 조작함에 따라 전동기(28)가 구동하거나 멈추게 되는데, 홀 센서, 포토 커플러, RPM 펄스 및 스로틀 밸브 위치센서로 구성되는 속도감지센서가 기관의 속도를 감지하고, 그 결과를 출력하도록 속도감지부(40)가 설치된다.
시스템 작동 스위치가 켜진 상태에서 기관이 공회전하게 되면, 전동기(28)는 초기속도로 운전하게 된다. 이 초기속도는 공회전시 각 기관에 최적의 풍량을 공급하는 속도를 의미하는 것으로, 배기량과 기관의 종류에 따라 달라진다.
자동속도 제어부(42)는 기관이 공회전하고 있을 때에는 배출가스를 최소화할 수 있는 초기속도를 유지시킨다. 또한, 기관이 가속할 때에는 상기 속도감지부(40)의 신호를 받아 기관의 회전속도와 연료분사량에 맞는 최적의 풍량을 공급할 수 있도록 전동기(28)의 회전속도를 제어한다.
전압 감지부(44)는 전동기(28) 초기 가동시 45A 전후의 전류(12V 배터리 기준)를 소모하게 되는데, 배터리의 저전압 현상이 발생하면 다른 전장 시스템에 영향을 주지 않도록 펄스 출력을 방지하고, 배터리 전압을 체크하여 일정 전압 이하일 경우 슈퍼차저(10)의 구동을 정지시킨다.
전동기 회생 제동부(46)는 기관의 회전에 상응하게 임펠러(32)가 구동하도록 관성회전을 최대한 줄이는 역할을 한다. 즉, 출력을 급격히 감소시켜도 전동기(28)는 관성에 의하여 일정 정도 고속회전을 지속하므로, 필요 이상의 과다한 양의 공기가 유입되어, 관성회전을 하면 기관의 회전에 상응하는 풍량 조절이 어렵게 된다. 따라서, 회생 제동을 이용하여 관성회전을 최소화함으로서, 임펠러(32)가 기관의 회전에 상응하도록 한다.
또한, 컨트롤러(38)에 내장된 속도제어장치를 조절함으로서, 기관의 배기량에 따른 최대 풍량을 조절할 수 있다.
상기 일련의 과정을 거쳐 최적의 상태로 제어된 결과를 신호로 받아 전동기(28)를 구동하도록 구동부(48)가 설치된다.
전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.
또한, 본 발명에서 개시된 발명 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 사용되어질 수 있을 것이다. 또한, 당해 기술분야의 숙련된 사람에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.
이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 슈퍼차저(20)는, 전동기 케이스(30)에 공기흡입부(26)를 형성함으로서, 에어클리너(24)를 통하여 흡입되는 공기에 의하여 자연히 전동기(28)의 냉각이 이루어지므로 장시간 구동에 따른 전동기(28)의 과열 현상을 방지하고 효율을 높일 수 있다.
또한 배터리에 충전된 전력을 사용할 수 있으므로 내연기관에 영향을 전혀 주지 않고, 운전자가 간편하게 작동을 조절할 수 있으며, 구성이 간편하여 설치 공간이 많이 필요하지 않다.
또한 컨트롤러(38)에서 기관의 회전속도와 스로틀밸브 제어량을 검출하여 이에 상응한 속도로 임펠러(32)를 구동시키므로 기관의 회전속도 변화에 대한 응답성이 우수하고, 항상 풍부한 양의 공기를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른, 슈퍼차저를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 슈퍼차저를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 전동기 케이스를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2의 A-A 단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 컨트롤러가 전동기의 구동을 제어하는 흐름을 도시한 제어흐름도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10: 종래 기술에 따른 슈퍼차저
12: 스크롤 14: 전동기
16: 에어클리너 18: 공기배출부
20: 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 슈퍼차저
22: 스크롤 24: 에어클리너
26: 공기흡입부 28: 전동기
30: 전동기 케이스 32: 임펠러
33: 고정축 34: 임펠러 회전축
35: 베어링 36: 공기배출부
38: 컨트롤러 39: 컨트롤러 박스
40: 속도감지부 42: 자동속도 제어부
44: 전압감지부 46: 전동기 회생 제동부
48: 구동부

Claims (2)

  1. 배터리로부터 전원을 공급받고 운전자의 조작에 의해 구동되는 내연기관의 전동기식 슈퍼차저(20)에 있어서,
    외부에서 유입되는 공기의 불순물을 제거하도록 스크롤(22)과 결합설치되는 에어클리너(24),
    외부 공기를 흡입하도록 압축용 임펠러(32)를 회전시키며, 에어클리너(24) 내부에 고정설치되는 고속 전동기(28),
    상기 에어클리너(24)를 통해 유입된 공기가 상기 전동기(28)에 발생하는 열을 냉각시키도록, 다수 개의 공기흡입부(26)가 형성된 전동기 케이스(30),
    임펠러(32)의 작동으로 유입된 공기를 기관으로 배출하도록 설치된 가속용 스크롤(22),
    상기 전동기(28)의 구동을 제어하도록 스크롤(22) 외부에 설치된 컨트롤러(38), 및
    상기 컨트롤러(38)를 보호하기 위해 설치된 컨트롤러 박스(39)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼차저(20).
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는(38),
    속도감지센서가 기관의 회전속도와 스로틀 밸브의 제어량을 감지하고, 그 결과를 신호로 변환하여 전달하도록 설치되는 속도감지부(40),
    상기 속도감지부(40)로부터 전달받은 결과에 의해 전동기(28)의 회전속도를 자동으로 제어하도록 신호를 출력하는 자동속도 제어부(42),
    배터리의 저전압 현상 발생시 펄스 출력을 방지하는 전압 감지부(44),
    기관의 회전속도가 급감할 때, 전동기 회전속도를 기관 회전속도에 동기시키도록 하는 전동기 회생 제동부(46), 및
    상기 자동속도 제어부(42) 및 상기 전동기 회생 제동부(46)에서 출력되는 신호에 따라 전동기(28)를 구동시키는 구동부(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼차저(20).
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