KR20060069655A

KR20060069655A - 차량의 터보 차저

Info

Publication number: KR20060069655A
Application number: KR1020040107512A
Authority: KR
Inventors: 서동관
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-06-22

Abstract

본 발명에 따른 차량의 터보 차저는 배기 가스의 압력에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 흡기를 디젤 엔진을 향해 가압시키는 컴프레서와, 상기 터빈의 내부에 개폐 가능토록 구비된 가변 베인과, 상기 가변 베인과 링크를 통해 연결되어 부스트 압력에 따라 상기 가변 베인을 개폐시키는 부스트 액추에이터와, 상기 링크와 연결되어 냉시동시 상기 가변 베인이 닫히도록 상기 링크를 제어하는 전자식 액추에이터를 포함하여 구성됨으로써, 냉시동시 상기 전자식 액추에이터의 동작에 의해 상기 가변 베인이 닫히도록 제어할 수 있기 때문에 상기 디젤 엔진의 시동시간을 줄일 수 있다.

디젤 엔진, 터보 차저, VGT, 냉시동

Description

차량의 터보 차저{Turbo Charger of Automobile}

도 1은 종래 기술에 따른 차량의 터보 차저 사시도,

도 2a는 종래 기술에 따른 차량의 터보 차저의 저속영역시 작용을 나타낸 도면,

도 2b는 종래 기술에 따른 차량의 터보 차저의 고속영역시 작용을 나타낸 도면,

도 3은 일반적인 차량의 터보 차저의 가변 베인 닫힘정도에 따른 속도 및 흡기량을 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명에 따른 차량의 터보 차저의 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 차량의 터보 차저의 요부 구성의 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 차량의 터보 차저의 블록도,

도 7은 본 발명에 따른 찰야의 터보 차저의 냉시동시 작용을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

50 : 터빈 52 : 컴프레서

60 : 가변 베인 70 : 링크

80 : 부스트 액추에이터 90 : 전자식 액추에이터

본 발명은 차량의 터보 차저에 관한 것으로서, 특히 냉시동시 베인을 닫을 수 있는 차량의 터보 차저에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 터보 차저는, 디젤 엔진의 출력 증가를 위하여 상기 디젤 엔진에 공기가 과급될 수 있도록, 배기 가스의 압력에 의해 구동되어 디젤엔진으로 흡입되는 흡기를 고압으로 압축시키는 장치이다.

이와 같은 터보 차저는 WGT(Waste Gate Turbo Charger)와 VGT(Variable Geometric Turbo Charger)가 있다.

도 1은 여러 터보 차저 중 VGT 타입의 터보 차저를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 VGT타입의 터보 차저는, 터빈 하우징(2)의 내부에 회전 가능토록 구비되어 배기 가스의 압력에 의해 회전되는 터빈(4)과, 상기 터빈(4)과 회전축(6)을 통해 연결되어 상기 터빈(4)의 회전력에 의해 구동되어 흡기를 압축한 후 엔진으로 압송하는 컴프레서(8)와, 상기 터빈(4)의 내부에 개폐 가능토록 구비된 가변 베인(10)과, 상기 가변 베인(10)과 링크(12)를 통해 연결되어 상기 디젤 엔진에 흡입되는 공기의 압력, 즉 부스트 압력에 따라 상기 터빈(4)의 베인(4a)을 개폐시키는 부스트 액추에이터(14)로 이루어진다.

이와 같이 구성된 VGT타입의 터보 차저의 작용을 도 1 및 도 2a, 도 2b를 참고하여 살펴보면, 다음과 같다.

저속 영역에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 터빈(4)으로 흡입되는 배기 가스의 양이 상대적으로 적으므로, 즉 상기 터빈(4)으로 흡입된 배기 가스의 압력이 상대적으로 낮기 때문에 상기 가변 베인(10)을 닫아서 상기 터빈(4)에서 배기 가스가 유동될 수 있는 면적을 좁게 함으로써 상기 터빈(4)을 상대적으로 빠르게 회전시켜서 상기 컴프레서(8)가 일정 수준의 흡기압을 형성시킬 수 있도록 한다.

그리고, 고속 영역에서는 도 1 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 터빈(4)으로 흡입된 배기 가스의 압력이 상대적으로 높기 때문에 상기 가변 베인(10)을 열어서 상기 터빈(4)의 토크를 증가시킴과 아울러, 상기 컴프레서(8)가 일정 수준의 흡기압을 형성시킬 수 있도록 한다.

한편, 도 3은 시동시 상기 가변 베인(10)이 25%, 65%, 80% 씩 닫혀 있을 때, 그에 따른 상기 디젤엔진의 속도와 흡기량을 실험하여 나타낸 그래프이다.

도 3을 살펴보면, 상기 가변 베인(10)이 80% 닫혀있을 때 가장 먼저 상기 디젤엔진이 정상 속도에 도달했음을 알 수 있고, 또한 흡기량도 정상수준에 도달했음을 알 수 있다.

그 이유는, 시동시에 상기 가변 베인(10)이 많이 닫혀 있을수록, 상기 터빈(4)과 컴프레서(8)가 고속으로 회전 구동되어 흡기가 신속히 압축됨으로써 상기 디젤 엔진의 연소실 온도가 빠르게 상승되어 상기 디젤 엔진이 신속히 시동될 수 있기 때문이다.

그런데, 상기한 종래 기술에 따른 차량의 터보 차저는, 상기 부스트 액추에이터(14)가 부스트 압력에 의해서만 작동될 수 있는데, 상기 디젤 엔진이 크랭킹된 후 어느 정도의 배기 가스의 흐름이 있어야만 부스트 압력이 형성되기 때문에, 시동시 상기 부스트 액추에이터(14)가 상기 가변 베인(10)이 닫히도록 제어할 수 없어서 상기 디젤 엔진의 시동 시간이 길어지게 하는 문제점이 있다.

특히, 냉시동시 상기 디젤 엔진의 시동 시간이 너무 길어서 불만을 터뜨리는 사례가 많다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉시동시 가변 베인이 닫히도록 제어할 수 있는 차량의 터보차저를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량의 터보차저는, 배기 가스의 압력에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈과 연결되어 상기 터빈의 회전력에 의 해 구동되면서 흡기를 디젤 엔진을 향해 가압시키는 컴프레서와, 상기 터빈의 내부에 개폐 가능토록 구비된 가변 베인과, 상기 가변 베인과 링크를 통해 연결되어 부스트 압력에 따라 상기 가변 베인을 개폐시키는 부스트 액추에이터와, 상기 링크와 연결되어 냉시동시 상기 가변 베인이 닫히도록 상기 링크를 제어하는 전자식 액추에이터를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 차량의 터보 차저의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 차량의 터보 차저의 요부 구성의 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 차량의 터보 차저의 블록도이고, 도 7은 본 발명에 따른 찰야의 터보 차저의 냉시동시 작용을 나타낸 순서도이다.

본 발명에 따른 차량의 터보차저는, 배기 가스에 의해 회전되는 터빈(50)과, 상기 터빈(50)과 연결되어 상기 터빈(50)의 회전력에 의해 구동되면서 흡기를 압축시키는 컴프레서(52)와, 상기 터빈(50)의 내부에 개폐 가능토록 구비된 다수개의 가변 베인(60)과, 상기 다수개의 가변 베인(60)과 링크(70)를 통해 연결되어 부스트 압력에 따라 상기 가변 베인(60)을 개폐시키는 부스트 액추에이터(80)와, 상기 링크(70)와 연결되어 냉시동시 상기 가변 베인(60)이 닫히도록 상기 링크(70)를 제어하는 전자식 액추에이터(90)를 포함하여 구성된다.

상기 링크(70)는, 상기 각각의 가변 베인(60)의 축(60a)이 회전 가능토록 끼워진 백 플레이트(72)와, 상기 백 플레이트(72)를 중심으로 상기 가변 베인(60)과 대향되어 상기 각각의 가변 베인(60)의 축(60a)에 수직하게 결합된 다수개의 가변 베인 레버(74)와, 상기 다수개의 가변 베인 레버(74)를 일체로 연결하는 링 플레이트(76)와, 상기 다수개의 가변 베인 레버(74) 중 어느 하나(74')를 상기 부스트 액추에이터(80) 및 전자식 액추에이터와 연결시키는 액추에이터 레버(78)로 이루어진다.

상기 전자식 액추에이터(90)는 통상적인 솔레노이드 방식으로 구비될 수 있고, 상기 디젤 엔진의 운전 정보를 갖고 있는 차량의 전자제어유닛인 ECU(100)에 의해 제어되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 전자식 액추에이터(90)는 냉시동시에만 온 동작될 수 있도록, 이그니션 스위치(102)와 냉각수온센서(104)의 감지결과에 따라 제어되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전자식 액추에이터(90)는 냉시동시 상기 디젤 엔진이 충분히 예열되어 크랭킹된 후 정상 구동되면 오프 동작될 수 있도록, 상기 디젤 엔진의 크랭크 각 센서(106)와 예열 램프(108)의 감지결과에 따라 제어되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량의 터보 차저의 작용을 살펴보면, 다음과 같다.

상기 이그니션 스위치(102)가 온 동작되면(도 6의 S2), 상기 냉각수온센서(104)를 통해 냉각수온 정보를 획득하여 냉시동여부를 판단한다.

즉, 상기 냉각수온센서(104)를 통해 획득한 냉각수온을 냉시동여부를 판단할 수 있도록 기 설정된 냉시동 기준 온도와 비교하여, 상기 냉각수온센서(104)를 통해 획득한 냉각수온이 상기 기 설정된 냉시동 기준 온도 크면 정상 시동 상황으로 판단하고, 상기 냉각수온센서(104)를 통해 획득한 냉각수온이 상기 기 설정된 냉시동 기준 온도 이하이면 냉시동 상황으로 판단한다. 이 때, 차량의 냉시동 여부를 판단하기 위한 상기 기 설정된 냉시동 기준 온도는 영하 10 ± 2도가 바람직하다(도 6의 S4).

상기에서, 상기 냉각수온센서(10)를 통해 획득한 냉각수온 정보로부터 냉시동 상황이라고 판단되면, 상기 전자식 액추에이터(90)가 온 동작되어 상기 링크(70)를 제어함으로써 상기 가변 베인(60)이 닫히도록 한다(도 6의 S6).

상기 링크(70)의 작용을 구체적으로 설명하면, 상기 전자식 액추에이터(90)가 온 동작되면 상기 액추에이터 레버(78)가 상기 액추에이터 레버(78)와 연결된 가변 베인 레버(74')를 상기 가변 베인(60)의 축(60a)을 중심으로 회전시킨다. 그러면, 상기 액추에이터 레버(78)와 연결된 가변 베인 레버(74')이 회전됨에 따라 상기 가변 베인(60)의 축(60a)과 가변 베인(60)도 함께 회전되면서 닫혀진다.

이 때, 상기 액추에이터 레버(78)와 연결된 가변 베인 레버(74')와 상기 액추에이터 레버(78)와 연결된 가변 베인 레버(74')를 제외한 나머지 가변 베인 레버(74'')들이 상기 링 플레이트(76)를 통해 일체로 연결되어 있기 때문에 상기 다수개의 가변 베인 레버(74)들이 일체로 상기 가변 베인(60)의 축(60a)을 중심으로 회전되고, 다수개의 가변 베인(60)들도 일체로 회전되어 닫혀진다.

이와 같이 전자식 액추에이터(90)에 의해 상기 다수개의 가변 베인(60)들이 닫혀진 후, 상기 예열 램프(108)가 켜지고(도 6의 S8), 상기 크랭크 각 센서(106)를 통해 획득한 크랭크 각 속도가 상기 디젤 엔진의 정상 구동조건인 기 설정된 정상 속도보다 커지면(도 6의 S10), 상기 디젤 엔진이 정상 구동되었다고 판단되어 상기 전자식 액추에이터(90)가 오프 동작된다(도 6의 S12).

한편, 상기 전자식 액추에이터(90)가 오프 동작된 후에는 상기 다수개의 가변 베인(60)들은 상기 부스트 액추에이터(80)에 의해 개폐된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량의 터보 차저는 배기 가스의 압력에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈의 회전력에 의해 흡기를 디젤 엔진을 향해 가압시키는 컴프레서와, 상기 터빈의 내부에 개폐 가능토록 구비된 가변 베인과, 상기 가변 베인과 링크를 통해 연결되어 부스트 압력에 따라 상기 가변 베인을 개폐시키는 부스트 액추에이터와, 상기 링크와 연결되어 냉시동시 상기 가변 베인이 닫히도록 상기 링크를 제어하는 전자식 액추에이터를 포함하여 구성됨으로써, 냉시동시 상기 전자식 액추에이터의 동작에 의해 상기 가변 베인이 닫히도록 제어할 수 있기 때문에 상기 디젤 엔진의 시동시간을 줄일 수 있는 이점이 있다.

Claims

배기 가스의 압력에 의해 회전되는 터빈과, 상기 터빈과 연결되어 상기 터빈의 회전력에 의해 구동되면서 흡기를 디젤 엔진을 향해 가압시키는 컴프레서와, 상기 터빈의 내부에 개폐 가능토록 구비된 가변 베인과, 상기 가변 베인과 링크를 통해 연결되어 부스트 압력에 따라 상기 가변 베인을 개폐시키는 부스트 액추에이터와, 상기 링크와 연결되어 냉시동시 상기 가변 베인이 닫히도록 상기 링크를 제어하는 전자식 액추에이터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 터보 차저.
제 1 항에 있어서,

상기 전자식 액추에이터는 이그니션 스위치와 냉각수온센서의 감지결과에 따라 선택적으로 온 동작되는 것을 특징으로 하는 차량의 터보 차저.
제 2 항에 있어서,

상기 냉시동여부를 판단하기 위한 냉각수온의 냉시동 기준 온도는 영하 10 ± 2도인 것을 특징으로 하는 차량의 터보 차저.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전자식 액추에이터는 상기 디젤 엔진의 크랭크 각 센서의 감지결과에 따라 오프 동작되는 것을 특징으로 하는 차량의 터보 차저.
제 4 항에 있어서,

상기 전자식 액추에이터는, 디젤엔진의 예열 램프의 감지결과에 따라 오프 동작되는 것을 특징으로 하는 차량의 터보 차저.