KR20070056700A - 터보 차저의 터보랙 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보랙을 효율적으로 저감하여 터보 차저 및 엔진의 성능을 향상시키기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 하우징의 일측으로 배기가스의 압력을 받아 회전되는 터빈이 형성되고, 타측으로 상기 터빈과 회전축으로 연결되어 흡입공기를 가압하기 위한 콤프레서가 장착되는 터보 차저에 있어서, 상기 회전축이 회전중심을 유지하면서 회전되도록 전자석력을 이용하여 상기 회전축을 부상 지지하는 자기 베어링을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터보랙 저감장치를 제공한다.

터보 차저, 터보랙 저감장치, 자기 베어링

Description

터보 차저의 터보랙 저감장치{device for decreasing turbo lag}

도 1은 종래 기술에 따른 터보 차저를 개략적으로 나타낸 단면도

도 2는 본 발명에 따른 터보랙 저감장치가 적용된 터보 차저를 개략적으로 나타낸 구성도

도 3은 본 발명에 따른 터보랙 저감장치를 개략적으로 나타낸 내부 구성도

도 4는 도 3의 회전축에 구비된 전자석을 개략적으로 나타낸 사시도

도 5는 본 발명에 따른 터보랙 저감장치가 적용된 터보 차저의 제어방법을 개략적으로 나타낸 순서도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

110:하우징 120:터빈

130:회전축 140:컴프레서

151:전자석 152:전원 전달장치

153:고정부재 160:고정 브라켓

본 발명은 터보 차저에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터보랙을 효율적으 로 저감하여 터보 차저 및 엔진의 성능을 향상시킬 수 있는 터보랙 저감장치에 관한 것이다.

본 발명은 터보차저의 터보 랙 방지장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈과 콤프레서를 연결하는 회전축의 도중에 수차형 휠을 형성하여 관성회복에 기여되는 부스팅 증대로 터보 랙에 의한 문제점이 개선되도록 하기 위한 터보차저의 터보 랙 방지장치에 관한 것이다.

터보차저는 엔진의 배기계로 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기를 가압하므로서 엔진의 연소실로 유입되는 흡기의 충진효율이 높아지도록 하는 것으로, 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있는 추세에 있다.

터보차저는 도 3에 도시되는 바와 같이, 터보차저(10)의 하우징(11)양측으로 배기가스의 압력을 받아 구동되는 터빈(12)과, 상기 터빈(12)과 동일축상으로 연결되어 흡입공기에 압력을 가하기 위한 콤프레서(13)가 장착된다.

상기한 터빈(12)측에는 배기 매니폴드 측에서 배출되는 배기가스가 유도될 수 있도록 하기 위한 배기 인 렛(14)과, 상기 배기 인 렛(14)으로 유도된 배기가스가 터빈(12)을 돌린 후 다시 원래의 배기계로 향하도록 하기 위한 배기 아웃 렛(15)이 형성된다.

한편, 콤프레서(10)측은 흡기계의 도중과 연결되어 흡기가 유입되도록 하기 위한 흡기 인 렛(16)과, 상기 흡기 인 렛(16)에서 유입된 후 상기 터빈(12)과 동일축상으로 연결된 콤프레서(13)의 회전에 의해서 가압된 흡입공기를 유도하기 위한 흡기 아웃 렛(17)이 형성된다.

한편, 상기한 터보차저(10)의 하우징(11)에는 상기한 터빈(12)과 콤프레서(13)을 연결하는 회전축(18)이 수용되기 위한 축공(19)이 형성되고, 상기 축공(19)에 축결합된 회전축(18)은 베어링(20) 및 쓰러스트 베어링(21)등에 의해서 지지되어진다.

또한, 상기한 하우징(11)의 도중에는 회전축(18)의 마찰부로 오일이 공급되도록 하기 위한 오일 홀(22)이 형성된다.

그리고, 엔진의 운전영역이 저속저부하영역인 경우에는 상기한 터보차저의 터빈 측으로 배기가스가 유입되는 입구의 개방량이 확대되도록 하기 위한 웨이스트 게이트가 형성된다.

또한, 가변용량 터보차저(VGT,Variable Geometry Turbo Charger)의 경우에는 전자제어장치의 제어에 의해서 동작되는 액츄에이터에 의해서 최적의 흡입조건이 구현되도록 구성된다.

이러한 VGT는 엔진의 운전영역변화에 따라 배기가스유로의 면적을 변화시키는 것으로,엔진이 고속영역일 경우에는 배기유로의 확대에 의해 배기유량을 최대화하여 10~15%의 최고출력 향상효과를 가져오고, 엔진의 저속영역에서는 배기유로의 축소에 의해 속도에너지를 최대화하여 5~15%의 최대 토오크의 향상을 가져올 수 있도록 구성되는 것이다.

그런데,상기한 바와 같이 형성된 웨이스트 게이트 터보차저와 가변용량 터보차저(VGT)의 경우에는 엔진이 저속운전영역에서 발진될 때에 터보 랙(Turbo Lag)현 상이 발생되는데, 운전자가 정지상태에서 엑셀 페달을 급격히 밟았을 때 과급되지 않은 상태에서 과급상태까지 도달하는데 약간의 시간이 걸리게 되는데 이러한 현상을 터보 랙 현상이라고 한다.

보통 터보 랙은 2~3초 정도 지연되는데 이때 운전자는 차량이 무겁다고 판단되며, 특히 언덕에서 차량을 출발할 때에 터보 랙으로 밀림현상이 있게 된다.

즉, 터보차저가 장착된 차량에서는 흡기측의 콤프레서에 의해서 공기의 흡입이 방해를 받게되어, 차량이 정지상태에서 급출발하게 되거나 등판주행시에 공기가 가압된 후 연소실에 도달되기까지 시간이 자연흡기식 엔진(Natural aspirated engine)의 경우보다 불리하게 되는 것이다.

그러므로, 차량 발진성이 떨어지며, 언덕에서의 차량밀림 현상 등이 발생되는 것이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 터보랙을 효율적으로 저감하여 터보 차저 및 엔진의 성능을 향상시킬 수 있는 터보랙 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하우징의 일측으로 배기가스의 압력을 받아 회전되는 터빈이 형성되고, 타측으로 상기 터빈과 회전축으로 연결되어 흡입공기를 가압하기 위한 콤프레서가 장착되는 터보 차저에 있어서, 상기 회전축이 회전중심을 유지하면서 회전되도록 전자석력을 이용하여 상기 회전축을 부상 지지하는 자기 베어링을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터보랙 저감장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 터보랙 저감장치가 적용된 터보 차저를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 터보랙 저감장치를 개략적으로 나타낸 내부 구성도이며, 도 4는 도 3의 회전축에 구비된 전자석을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 터보랙 저감장치가 적용된 터보 차저의 제어방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터보랙 저감장치는 하우징(110)의 일측으로 배기가스의 압력을 받아 회전되는 터빈(120)이 형성되고, 타측으로 상기 터빈(120)과 회전축(130)으로 연결되어 흡입공기를 가압하기 위한 콤프레서(140)가 장착되는 터보 차저에 있어서, 상기 회전축(130)이 회전중심을 유지하면서 회전되도록 전자석력을 이용하여 상기 회전축(130)을 부상 지지하는 자기 베어링을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 자기 베어링은 상기 회전축(130)을 부상 지지하는 전자석(151)과, 상기 전자석(151)이 자기력을 발생하도록 상기 전자석(151)에 전류를 공급하는 전원 전달장치(152)와, 상기 전자석(151)을 상기 하우징(110) 내에 고정시키는 고정 부재(153)와, 상기 회전축(130)의 진동을 감지함에 따라 상기 회전축(130)의 회전중심 위치를 감지하는 진동센서(미도시)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 전원 전달장치(152)와 상기 고정 부재(153)는 상기 하우징(110) 내에 고정된 고정 브라켓(160)에 의하여 고정 설치되며, 상기 전자석(151)은 상기 회전축(130)의 상하좌우측에 배치된다.

한편, 상기 진동센서는 상기 회전축(130)의 일측에 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성된 터보랙 저감장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되어 차량이 급출발하거나, 급가속될 경우 터보랙 현상이 발생되는데, 이때 본 발명에 의한 터보랙 저감장치는 회전축(130)의 마찰력을 줄여주고 회전축(130)이 회전중심을 항상 유지하면서 회전되도록 하여 고속회전이 가능하도록 한다.

따라서, 터보랙 현상을 방지하여 터보 차저의 반응속도를 개선함에 따라 엔진의 신뢰성 및 성능을 향상시킬 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 운전자가 급가속을 하게 되면 터보랙 현상이 발생될 수 있는데, 이때 진동센서에 의하여 상기 회전축(130)의 진동을 감지함에 따라 상기 회전축의 회전중심 위치를 감지한다.

그리고, 이와 같이 감지된 회전축(130)의 상태에 따라 상기 전원 전달장치(152)를 통해 상기 전자석(151)에 전류를 공급하고, 이때 발생되는 전자석력에 의하여 상기 회전축(130)은 항상 회전중심을 유지하면서 회전하게 된다.

따라서, 상기 회전축(130)은 마찰력이 최소화된 상태에서 항상 회전중심을 유지하면서 회전을 하게 됨에 따라 순간적으로 회전축(130)의 회전속도를 높일 수 있어 터보랙 현상을 방지할 수 있다.

이후, 상기와 같은 상태에서 터보 차저가 원화는 출력을 내게 되면, 상기 전원 전달장치(152)를 통해 상기 전자석(151)에 공급되는 전류를 차단하여 상기 회전축(130)의 회전속도가 과도하게 상승하는 것을 방지한다.

즉, 상기 전자석(151)으로 공급되는 전류를 제어하여 상기 회전축(130)에 가해지는 전자석력을 변화시킴으로써 상기 회전축(130)의 회전 안정성과 진동 제어를 가능하게 하여 터보 차저의 터보랙 현상을 방지하면서도 터보 차저의 성능을 개선할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터보랙 저감장치는 다음과 같이 터보 차저의 제어 방법에 적용될 수 있다.

먼저, 운전자가 엑셀을 가속할 경우, 터보 차저의 RPM을 리딩한다.

그리고, 운전자가 급가속을 할 경우, 상기 터보랙 저감장치를 작동시켜 터보 차저의 터보랙 현상을 방지한다.

이후, 상기 터보 차저의 RPM에 해당하는 출력이 나올 경우 상기 터보랙 저감장치의 작동을 중지하여 터보 차저의 회전속도가 과도하게 상승하는 것을 방지한다.

따라서, 본 발명에서는 상기 터보랙 저감장치를 이용함에 따라 이로 구성된 터보 차저가 RPM에 해당하는 출력을 보다 신속하게 얻을 수 있도록 하여 터보 차저 및 엔진의 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예들로 한정되지 않으며, 본 발명의 기술 사상의 범주를 벗어나지 않는 한 여러 가지 다양한 형태로의 변경 및 수정이 가능함은 물론이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 효과는 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 의한 터보랙 저감장치는 기존 베어링과 달리 자기 베어링을 이용함에 따라 윤활제가 필요없으며 고온이나 진공에서도 동작이 가능하여 마찰로 인한 손실이 적어 터보 차저의 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

둘째, 터보 차저의 터보랙 현상을 방지할 수 있어 터보 차저의 안정성과 성능을 향상시킬 수 있으며, 결국 이로 구성된 엔진의 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 하우징의 일측으로 배기가스의 압력을 받아 회전되는 터빈이 형성되고, 타측으로 상기 터빈과 회전축으로 연결되어 흡입공기를 가압하기 위한 콤프레서가 장착되는 터보 차저에 있어서,

   상기 회전축이 회전중심을 유지하면서 회전되도록 전자석력을 이용하여 상기 회전축을 부상 지지하는 자기 베어링을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터보랙 저감장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자기 베어링은,

   상기 회전축을 부상 지지하는 전자석과;

   상기 전자석이 자기력을 발생하도록 상기 전자석에 전류를 공급하는 전원 전달장치와;

   상기 전자석을 상기 하우징 내에 고정시키는 고정 부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터보랙 저감장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전원 전달장치와 상기 고정 부재는 상기 하우징 내에 고정된 고정 브라켓에 의하여 고정 설치됨을 특징으로 하는 터보랙 저감장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 전자석은 상기 회전축의 상하좌우측에 배치됨을 특징으로 하는 터보랙 저감장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 회전축의 진동을 감지함에 따라 상기 회전축의 회전중심 위치를 감지하는 진동센서를 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터보랙 저감장치.
6. 하우징의 일측으로 배기가스의 압력을 받아 회전되도록 구비된 터빈과, 상기 하우징의 타측으로 상기 터빈과 회전축으로 연결되어 흡입공기를 가압하기 위해 구비된 콤프레서와, 상기 회전축이 회전중심을 유지하면서 회전되도록 전자석력을 이용하여 상기 회전축을 부상 지지하는 자기 베어링을 포함하여 이루어진 터보랙 저감장치를 포함하여 구성된 터보 차저에 있어서,

   운전자의 급가속 여부를 판단하는 단계와;

   운전자가 원하는 출력값을 취득하도록 상기 터보랙 저감장치를 구동하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 터보 차저의 제어방법.

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