KR20070103924A

KR20070103924A - 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치

Info

Publication number: KR20070103924A
Application number: KR1020060035848A
Authority: KR
Inventors: 김영권
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-10-25
Also published as: KR101220342B1

Abstract

커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치가 개시된다. 개시된 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치는, 커먼레일 디젤엔진과; 연료를 고압으로 압축하여 고압의 연료를 커먼레일로 공급하는 고압연료펌프와; 상기 고압연료펌프의 회전수를 각각 감속 및 가속시키는 가속기어부와, 감속기어부와; 상기 가속기어부의 작동을 단속하는 1차 클러치와; 상기 감속기어부의 작동을 단속하는 2차 클러치와; 상기 1,2차 클러치와 연결 설치되어 차량의 터보차저와 상기 고압연료펌프를 연결하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기존의 커먼레일 디젤엔진에서 분리되어 있던 터보차저와 고압연료펌프의 요소들을 유성기어를 이용하여 통합하므로서, 통상 주행시에는 배기가스의 에너지가 터빈을 통해 고압연료펌프의 부하를 저감하고, 가속 주행시에는 고압연료펌프와 터보차저의 터빈의 에너지가 터보차저 내 압축기에 전달되어 과급의 응답성을 높일 수 있는 이점이 있다.

커먼레일 디젤엔진, 유성기어장치, 고압연료펌프

Description

커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치{INTEGRATED SYSTEM OF TURBOCHARGER-HIGH PRESSURE SUPPLY PUMP IN COMMON RAIL DIESEL VEHICLE}

도 1은 본 발명에 따른 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도.

도 2는 도 1의 유성기어장치의 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11. 커먼레일 디젤엔진

12. 고압연료펌프

13. 가속기어부

14. 감속기어부

15. 1차 클러치

16. 2차 클러치

20. 유성기어장치

31. 컴프레서

32. 터빈

본 발명은 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보차저와 고압연료펌프의 요소들을 유성기어를 이용하여 통합하기 위한 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치에 관한 것이다.

커먼레일은 Common Rail Direct Injection Engine의 약자로 기존 디젤엔진이 혼합기를 통해 연료와 공기를 연소실에 공급하는 것과 달리 연료를 연소실에 직접 분사하는 방식이다.

디젤엔진에서 이러한 연료의 직접분사 방식은 연료의 압력을 제어하여 직접 분사하기 때문에 고압을 유지할 수 있어 연소 효율을 높일 수 있다. 그리고 엔진의 회전수와는 크게 관계없이 분사압, 분사량, 분사율, 분사시기를 독립적으로 제어할 수 있다.

이는 기존 엔진이 회전수에 의해 연료분사 제어를 하는 것과 달리 엔진과 연료분사를 독립적으로 하기 때문에 설계가 용이하고, 부품수가 줄어 경량화가 가능하며, 엔진의 구동토크가 작아져 진동과 소음이 가솔린 엔진보다 조금 더 높아지게 된다.

그리고 전자제어 커먼레일 시스템은 고압연료펌프에 의해 만들어지는 고압의 연료를 축압실인 커먼레일에 축적한 다음 솔레노이드 밸브에 의하여 노즐니들의 배후압력을 제어하는 것으로 분사의 개시와 종료가 결정되어지는 시스템이다.

이러한 커먼레일 시스템에서는 이차분사에 대한 제약이 없이 분사시스템을 고압화할 수 있고, 분사시스템의 압력을 기관 회전속도에 독립하여 최적으로 제어할 수 있으며, 니들 리프트를 직접 제어하므로써 분사율을 보다 정밀하게 제어할 수 있는 등 분사량과 분사시기에 대하여 완전한 전자제어의 적용이 가능한 장점을 갖고 있기 때문에 최근 그 적용추세가 증가하고 있다.

그런데, 종래의 커먼레일 엔진에서는 터보차저와 상기한 고압연료펌프가 분리되어 있었다.

따라서 후술하는 본 발명은, 기존 커먼레일 엔진에서 분리되어 있던 터보차저와 고압연료펌프의 요소들을 통합하여 통상주행시에는 고압연료펌프의 부하를 저감하고, 가속주행시에는 과급의 응답성을 높이고자 한 장치이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 터보차저와 고압연료펌프의 요소들을 유성기어를 이용하여 통합하여 고압연료펌프의 부하를 저감시키고, 과급의 응답성을 높이도록 한 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치는, 커먼레일 디젤엔진과; 연료를 고압으로 압축하여 고압의 연료를 커먼레일로 공급하는 고압연료펌프와; 상기 고압연료펌프의 회전수를 각각 감속 및 가속시키는 가속기어부와, 감속기어부와; 상기 가속기어부의 작동 을 단속하는 1차 클러치와; 상기 감속기어부의 작동을 단속하는 2차 클러치와; 상기 1,2차 클러치와 연결 설치되어 차량의 터보차저와 상기 고압연료펌프를 연결하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 유성기어장치의 개략도가 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치는, 커먼레일 디젤엔진(11)과, 연료를 고압으로 압축하여 고압의 연료를 커먼레일로 공급하는 고압연료펌프(12)와, 이 고압연료펌프(12)의 회전수를 각각 감속 및 가속시키는 가속기어부(13)와, 감속기어부(14)와, 상기 가속기어부(13)의 작동을 단속하는 1차 클러치(15)와, 상기 감속기어부(14)의 작동을 단속하는 2차 클러치(16)와, 상기 1,2차 클러치(15,16)와 연결 설치되어 차량의 터보차저와 고압연료펌프(12)를 연결하는 유성기어장치(20)를 포함하여 구성된다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유성기어장치(20)는 링기어(21), 선기어(22) 및 캐리어(23)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 유성기어장치(20)의 선기어(22)는 터보차저의 컴프레서(31) 축에 연결되고, 상기 캐리어(23)는 터보차저의 터빈(32) 축에 연결되며, 상기 링기어(21)는 고압연료펌프(12) 축에 연결된다.

또한 상기 1차 클러치(15)는 고부하 및 차량 가속시에 연결되고, 상기 2차 클러치(16)는 저부하 통상 주행시 연결된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치는, 기존의 커먼레일 디젤엔진에서 분리되어 있던 터보차저와 고압연료펌프(12)의 요소들을 유성기어장치(20)를 이용하여 통합한 것이다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

우선, 고부하 및 차량 가속시에는 상기 1차 클러치(15)를 연결하여 고압연료펌프(12)의 회전수가 감속기어부(14)를 통해 감속되어 유성기어장치(20)의 링기어(21)에 입력하게 한다.

따라서 유성기어장치(20)의 관계식의 wr << wc(매우 작아짐),

그리고 관계식에서 ws×rs=2×rs×wc+2×wc×rc --> ws=2wc+(rc/rs)×2wc --> ws > wc,

따라서 터보차저 내의 컴프레서(31) 회전수가 터빈(32) 회전수보다 높아지면서 터보 래그(Turbo lag) 동작지연 감소 효과가 발생된다.

또한 저부하 통상 주행시 상기 2차 클러치(16)를 연결하여 고압연료펌프(12)의 회전수가 가속기어부(13)를 통해 가속되어 유성기어장치(20)의 링기어(21)에 입력하게 한다.

적절한 기어 매칭을 통해 관계식의 wr > wc,

그리고 관계식의 (2wc-wr) < wc , (rc/rs)×(2wc-2wr) < 0 --> ws < wc

한편, 기존의 터보차저는 터빈(32)과 컴프레서(31) 회전수가 동일하므로 T_turbine×wc=T_comp×ws 이다(회전수, 토크 동일)

그러나, 본 발명에서는 ws < wc 이고, 터빈(32) 대비 컴프레서(31)의 회전수가 낮으므로, Ts×ws < Tc×wc

그리고 입출력 토크 관계식에서 Tr×wr < 0 이므로, 상기 고압연료펌프(12) 쪽으로 Tr의 토크가 출력되는 효과를 얻게된다.

따라서 배기가스로 구동되는 터빈(32)의 토크를 이용, 고압연료펌프(12)의 부하 저감으로 연비저감 효과가 발생된다.

상기한 식에서,

rc : 캐리어 피니언 반경, rs : 선기어 반경, ws : 선기어 각속도(회전수), wc : 캐리어 각속도(회전수), wr : 링기어 각속도(회전수), Tc : 캐리어 토크, Ts : 선기어 토크, Tr : 링기어 토크이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

기존의 커먼레일 디젤엔진에서 분리되어 있던 터보차저와 고압연료펌프의 요소들을 유성기어를 이용하여 통합하므로서, 통상 주행시에는 배기가스의 에너지가 터빈을 통해 고압연료펌프의 부하를 저감하고, 가속 주행시에는 고압연료펌프와 터보차저의 터빈의 에너지가 터보차저 내 압축기에 전달되어 과급의 응답성을 높일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

커먼레일 디젤엔진과;

연료를 고압으로 압축하여 고압의 연료를 커먼레일로 공급하는 고압연료펌프와;

상기 고압연료펌프의 회전수를 각각 감속 및 가속시키는 가속기어부와, 감속기어부와;

상기 가속기어부의 작동을 단속하는 1차 클러치와;

상기 감속기어부의 작동을 단속하는 2차 클러치와;

상기 1,2차 클러치와 연결 설치되어 차량의 터보차저와 상기 고압연료펌프를 연결하는 유성기어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치.
제1항에 있어서,

상기 유성기어장치는 링기어, 선기어 및 캐리어를 포함하고,

이때, 상기 선기어는 상기 터보차저의 컴프레서 축에 연결되고,

상기 캐리어는 상기 터보차저의 터빈 축에 연결되며,

상기 링기어는 상기 고압연료펌프 축에 연결되는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치.
제1항에 있어서,

상기 1차 클러치는, 고부하 및 차량 가속시에 연결되는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치.
제1항에 있어서,

상기 2차 클러치는, 저부하 통상 주행시 연결되는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤 차량의 터보차저-고압연료펌프 일체형 장치.