KR20060021762A - 자동차용 터보차져 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 터보차져 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 라디에이터 내부의 가압된 냉각수의 압력을 이용하여 상기 라디에이터의 냉각수 유동 라인에 연결된 보조 터빈이 회전되며, 터보차져의 구동축에 그 터보차져의 압축기에 대하여 보조적인 작용을 수행하는 보조 압축기가 설치되어 상기 보조 터빈과 연결수단을 통해 연결되도록 하되, 특히 상기 라디에이터 및 보조 터빈 사이에 압력센서를 장착한 개폐장치를 설치하여 엔진의 저속 영역 및 냉각수의 고압 상태에서, ECU의 제어신호에 의해 상기 개폐장치를 개방하고, 이를 통해 보조 터빈이 회전되도록 하고, 고속 영역 및 냉각수의 저압 상태에서는 배기가스의 유동에너지에 의해서만 터보차져를 구동되도록 함에 따라 궁극적으로 터보차져가 안정적으로 그 성능이 발휘되도록 함으로써, 엔진의 저속 영역에서의 출력 저하를 방지하며, 고압 상태의 냉각수로 인한 라디에이터의 내구성 저하를 억제할 수 있는 자동차용 터보차져 시스템에 관한 것이다.

자동차, 터보차져, 라디에이터, 보조 터빈, 보조 압축기

Description

자동차용 터보차져 시스템{Turbo charger system for automobile}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 터보차져 시스템을 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 터보차져를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 터보차져 11 : 압축기

12 : 터빈 13 : 보조 압축기

14 : 구동축 20 : 라디에이터

21 : 냉각수 탱크 22 : 보조 터빈

23 : 냉각수 유동라인 24 : 개폐장치

24a : 압력센서 30 : 연소실

40 : ECU

본 발명은 자동차용 터보차져 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 라 디에이터 내부의 가압된 냉각수의 압력을 이용하여 상기 라디에이터의 냉각수 유동 라인에 연결된 보조 터빈이 회전되며, 터보차져의 구동축에 그 터보차져의 압축기에 대하여 보조적인 작용을 수행하는 보조 압축기가 설치되어 상기 보조 터빈과 연결수단을 통해 연결되도록 하되, 특히 상기 라디에이터 및 보조 터빈 사이에 압력센서를 장착한 개폐장치를 설치하여 엔진의 저속 영역 및 냉각수의 고압 상태에서, ECU의 제어신호에 의해 상기 개폐장치를 개방하고, 이를 통해 보조 터빈이 회전되도록 하고, 고속 영역 및 냉각수의 저압 상태에서는 배기가스의 유동에너지에 의해서만 터보차져를 구동되도록 함에 따라 궁극적으로 터보차져가 안정적으로 그 성능이 발휘되도록 함으로써, 엔진의 저속 영역에서의 출력 저하를 방지하며, 고압 상태의 냉각수로 인한 라디에이터의 내구성 저하를 억제할 수 있는 자동차용 터보차져 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 배기가스의 배출 압력을 이용하여 흡입공기를 가압한 후 연소실로 공급되도록 하는 터보차져가 구비되어 있다.

이러한 터보차져는 엔진 배기가스의 유동에너지에 의해 원심 공기 펌프를 작동하는 것으로서, 엔진에 공기 또는 혼합기의 추가분을 강제적으로 유입시키는 장치이다.

이 장치는 연소 압력과 엔진 동력을 증가시키게 되는데, 압축기와 터빈으로 불리는 두 개의 로터 또는 휠이 구동축의 끝단에 설치되어 있다.

상기 구동축과 휠은 조합체를 만들며, 엔진이 작동 중일때 배기가스는 터빈으로 흐른다.

이 배기가스가 터빈의 날개에 충돌하여 120,000rpm또는 그 이상으로 회전하게 된다.

압축기도 같은 구동축에 설치되어 있어 같은 속도로 회전하게 되며, 이로 인하여 새로운 공기를 흡입하여 압축시키고, 이때 압축된 공기는 흡기 매니폴드 내로 강제 유입된다.

그런데, 종래의 터보차져는 배기가스의 유동에너지에 의해서만 구동되기 때문에 배기가스의 배출량이 적은 저속영역에서는 배기가스의 원활한 배출을 막아 엔진의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 라디에이터 내부의 가압된 냉각수의 압력을 이용하여 상기 라디에이터의 냉각수 유동 라인에 연결된 보조 터빈이 회전되며, 터보차져의 구동축에 그 터보차져의 압축기에 대하여 보조적인 작용을 수행하는 보조 압축기가 설치되어 상기 보조 터빈과 연결수단을 통해 연결되도록 하되, 특히 상기 라디에이터 및 보조 터빈 사이에 압력센서를 장착한 개폐장치를 설치하여 엔진의 저속 영역 및 냉각수의 고압 상태에서, ECU의 제어신호에 의해 상기 개폐장치를 개방하고, 이를 통해 보조 터빈이 회전되도록 하고, 고속 영역 및 냉각수의 저압 상태에서는 배기가스의 유동에너지에 의해서만 터보차져를 구동되도록 함에 따라 궁극적으로 터보차져가 안정적으로 그 성능이 발휘되도록 함으로써, 엔진의 저속 영역에서의 출력 저하를 방지하며, 고압 상태의 냉각수로 인한 라디에이터의 내구성 저하를 억제할 수 있는 자동차용 터보차져 시스템을 제공하는데 그 발명의 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 터보차져 시스템은, 라디에이터(20)의 냉각수 유동 라인(23)에 냉각수에 의해 회전하는 보조 터빈(22)이 설치되는 동시에, 상기 보조 터빈(22)과 연동하는 터보차져(10)의 구동축(14)에 그 터보차져(10)의 압축기(11)에 대하여 보조적인 작용을 수행하는 보조 압축기(13)가 설치된 것을 특징으로 한다.

특히, 엔진의 저속 영역 및 냉각수의 고압 상태에서, 상기 엔진의 rpm 및 냉각수의 압력을 판단한 ECU(40)의 제어신호에 의해 보조 터빈(22)으로 흐르는 냉각수 유동라인(23)을 개방하는 개폐장치(24)가 장착된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 터보차져 시스템을 나타내는 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 터보차져를 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차 디젤엔진의 흡입공기를 공급함에 있어서, 엔진으로부터 공급되는 흡입공기는 배기가스의 유동에너지에 의해 회전되는 터보차 져(10)에 의해 가압되고, 그 가압된 흡입공기는 인터쿨러(미도시)에서 냉각된 후, 스로틀 밸브의 개도량에 따라 스로틀바디에서 스월을 일으키며 연소실(30)로 유입되도록 구성된다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 터보차져(10)에는 상기 압축기(11)와 터빈(12)으로 이루어진 두 개의 로터 또는 휠이 구동축(14)의 끝단에 설치되어 있는 바, 본 발명의 바람직한 구현예는 상기 터보차져(10)의 성능을 향상시킬 수 있도록 상기 구동축(14) 축선상의 중간위치에 보조 압축기(13)가 설치되어 있다.

이러한 보조 압축기(13)는 터보차져(10)에 장착되어 있는 압축기(11)와 동일한 작동을 수행하게 된다.

이때, 상기 보조 압축기(13)를 구동시키는 구동원은 배기가스의 배출 압력이 아닌 라디에이터(20)의 냉각수의 가압력인 바, 이를 통해 터보차져(10)의 성능을 더욱 향상시키게 된다.

여기서, 상기 라디에이터(20)의 냉각수는 엔진을 순환하며 가열된 상태에서, 라디에이터(20)의 상부탱크에서 하부탱크로 코어를 통해 흐르며, 이 과정에서 라디에이터(20) 후방에 형성되는 냉각팬(미도시)이 작동되어 냉각되는 것이다.

상기와 같이 냉각된 냉각수의 가압력은, 라디에이터(20)의 냉각수가 냉각수 탱크(21)로 흘러 들어감에 있어서, 이때의 냉각수 유동라인(23)에 설치된 보조 터빈(22)의 회전력에 의한 것이다.

따라서, 본 발명은 기존의 흡입공기를 공급시키는 시스템과 냉각수를 공급시키는 시스템을 서로 연계시켜 이 과정에서 형성되는 여분의 동력을, 터보차져(10) 의 보조 동력으로 사용할 수 있도록 함으로써, 터보차져(10)의 성능을 개선시키게 되는데, 이때 상기 보조 터빈(22)과 보조 압축기(13)를 연결하는 연결수단은 벨트 또는 체인 등과 같은 수단을 이용하여 연결하게 된다.

그런데, 이때 상기 냉각수 공급 시스템과 흡입공기 공급 시스템이 서로 연동하여 작동하는 조건은 엔진의 rpm이 저속 영역일 경우, 즉 배기가스의 배출량이 적어 엔진의 성능이 저하되는 경우에만 상기 냉각수 공급 시스템의 보조 터빈(22)이 구동되도록 하여 이와 연결된 보조 압축기(13)가 연동되도록 함으로써, 터보차져(10)의 성능을 향상시키게 되는 바, 라디에이터(20)와 보조 터빈(22) 사이에 ECU(40)에 의해 개폐작동을 하는 개폐장치(24)가 설치되어 상기 ECU(40)에서, 엔진의 rpm이 저속 영역일 경우에 상기 개폐장치(24)에 제어신호를 전달하여 개방되도록 되어 있다.

그런데, 상기와 같이 ECU(40)에 의해 작동하는 개폐장치(24)가 설치될 경우, 상기 라디에이터(20)의 냉각수가 고압 상태에 놓여지게 될 경우, 상기 라디에이터(20)의 내구성에 문제가 발생할 소지가 생기게 된다.

따라서, 상기 ECU(40)에서 냉각수의 압력을 압력센서(24a)를 통해 판단하여 상기 라디에이터(20)의 냉각수가 고압 상태일 경우, 개폐장치(24)를 개방할 수 있도록 되어 있다.

이에 본 발명은, 엔진의 저속 영역 및 냉각수의 고압 상태에서, ECU(40)의 제어신호에 의해 상기 개폐장치(24)를 개방하고, 이를 통해 보조 터빈(22)이 회전되도록 하고, 고속 영역 및 냉각수의 저압 상태에서는 배기가스의 유동에너지에 의 해서만 터보차져(10)를 구동되도록 함에 따라 궁극적으로 터보차져(10)가 안정적으로 그 성능이 발휘되도록 하는 새로운 자동차용 터보차져 시스템인 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 터보차져 시스템에 의하면, 엔진의 저속영역에서, 라디에이터 내부의 가압된 냉각수의 압력을 이용하여 보조 터빈에 연결된 보조 압축기를 회전시켜 터보차져를 더욱 효율적으로 만들 수 있으며, 이를 통해 엔진의 출력 저하도 차단할 수 있음에 따라 터보차져의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 엔진의 성능도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 라디에이터(20)의 냉각수 유동 라인(23)에 냉각수에 의해 회전하는 보조 터빈(22)이 설치되는 동시에, 상기 보조 터빈(22)과 연동하는 터보차져(10)의 구동축(14)에 그 터보차져(10)의 압축기(11)에 대하여 보조적인 작용을 수행하는 보조 압축기(13)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차용 터보차져 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   엔진의 저속 영역 및 냉각수의 고압 상태에서, 상기 엔진의 rpm 및 냉각수의 압력을 판단한 ECU(40)의 제어신호에 의해 보조 터빈(22)으로 흐르는 냉각수 유동라인(23)을 개방하는 개폐장치(24)가 장착된 것을 특징으로 하는 자동차용 터보차져 시스템.

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