KR20090065389A

KR20090065389A - 차량용 2단 터보차저 장치

Info

Publication number: KR20090065389A
Application number: KR1020070132893A
Authority: KR
Inventors: 박기홍
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-06-22

Abstract

본 발명은 차량용 2단 터보차저 장치에 관한 것으로서, 안내관을 통해 유입되는 배기가스의 배출압력에 의해 회전하는 제1 블레이드와 이 흡기를 압축하는 제1 압축기로 구성되는 제1 터보차저부와; 상기 제1 터보차저부와 연결되며, 제2 블레이드 및 제2 압축기로 구성되는 제2 터보차저부와; 상기 안내관으로부터 분기되어 에어 컴프레서와 연결된 흡기관과; 상기 제1 압축기와 상기 제2 압축기 사이에 파이프로 연결되며, 상기 제1 압축기로부터 배출되는 공기를 냉각시켜 상기 제2 압축기로 보내기 위한 중간 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 에어컴프레서의 동력을 이용하여 작동 효율을 높여 그 손실분을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 공랭식의 중간 냉각기를 설치하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 2단 터보차저 장치{2-STEP TURBO-CHARGER DEVICE FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 2단 터보차저 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에어 컴프레서를 이용하고, 공랭식의 중각 냉각기를 폐쇄형으로 설계하여 에어 컴프레서의 흡기가 엔진 급기와 최대한 열교환을 할 수 있는 차량용 2단 터보차저 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 터보차저 장치는 엔진의 배기 에너지를 이용하여 블레이드를 구동시키고, 블레이드와 같은 축의 압축기로 공기를 압축하여 엔진에 공급하는 장치로서, 흡입공기의 온도를 냉각시키는 인터쿨러와 함께 출력 향상을 위해 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있는 장치이다.

종래의 2단 터보차저 장치(101)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 안내관(150)을 통해 유입되는 배기가스의 배출압력에 의해 회전하는 제1 블레이드(111)와 이 흡기를 압축하는 제1 압축기(121)로 구성된 제1 터보차저부(110)와, 제1 터보차저부(110)와 일체로 연결되어 제2 블레이드(112) 및 제2 압축기(122)로 구성된 제2 터보차저부(120)로 구성되어 있다.

이와 같이 종래의 2단 터보차저 장치(101)는 차량의 탑재성을 고려하여 중간 에 쿨러를 장착하지 않고, 제1 압축기(121)와 제2 압축기(122) 사이가 파이프(130)로 바로 연결되어 있고, 에어 컴프레서(170)의 흡기관(160)이 안내관(150)으로부터 분기되어 연결되는 일반적인 구조로 이루어져 있다.

그런데, 이러한 종래의 차량의 2단 터보차저 장치에 있어서는, 고압측 압축기의 출구 온도가 거의 전부하 영역에서 190도를 상회하고, 이와 같이 압축기 출구 온도가 190도 이상이면 흡기관으로 재순환되는 블로우바이 가스 중의 오일 성분이 고온에서 다른 압축기의 블레이드와 하우징 사이의 공간에 쌓이게 된다. 그 결과, 압축기의 압축 효율이 떨어져 부스트압력이 하강된다.

또한, 블레이드의 내구 한계는 대개 200도 이며, 이 내구한계 온도를 높이려면 고가의 재질이 필요하다.

현재, 이 문제를 해결하기 위해 고압 블레이드측 웨이스트 게이트 밸브(wastegate valve)를 열어 배기가스를 1000rpm 이상 전영역에서 바이패스시켜 190도 이하로 온도를 조절하고 있으나, 이는 연비가 저하되고 배기가스 배출면에서 치명적인 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 연비가 저하되고 배기가스가 많이 배출되는 것을 방지할 수 있는 차량용 2단 터보차저 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 차량용 2단 터보차저 장치에 있어서, 안내관을 통해 유입되는 배기가스의 배출압력에 의해 회전하는 제1 블레이드와 이 흡기를 압축하는 제1 압축기로 구성되는 제1 터보차저부와; 상기 제1 터보차저부와 연결되며, 제2 블레이드 및 제2 압축기로 구성되는 제2 터보차저부와; 상기 안내관으로부터 분기되어 에어 컴프레서와 연결된 흡기관과; 상기 제1 압축기와 상기 제2 압축기 사이에 파이프로 연결되며, 상기 제1 압축기로부터 배출되는 공기를 냉각시켜 상기 제2 압축기로 보내기 위한 중간 냉각기에 의해 달성된다.

여기서, 상기 중간 냉각기는 엔진과 인접한 위치에 설치되며, 상기 에에 컴프레서의 흡기관은 상기 냉각기를 거친 후 유입되는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 에어 컴프레서의 동력을 이용하여 작동 효율을 높여 그 손실분을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 공랭식의 중간 냉각기를 설치하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 2단 터보차저 장치가 제공된다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 2단 터보차저 장치를 개략적으로 도시한 구성도로서, 본 발명에 따른 2단 터보차저 장치(1)는 크게 안내관(50)을 통해 유입되는 배기가스의 배출압력으로 구동되는 제1 터보차저부(10)와, 제1 터보차저부(10)와 일체로 연결된 제2 터보차저부(20)와, 안내관(50)으로부터 분기된 흡기관(60)을 통해 공기가 흡입되는 에어 컴프레서(70)와, 제1 터보차저부(10) 및 제2 터보차저부(20) 사 이에 파이프(30)로 연결되어 공기를 냉각시키는 중간 냉각기(40)로 구성되어 있다.

제1 터보차저부(10)는 안내관(50)을 통해 유입되는 배기가스의 배출압력에 의해 회전하는 제1 블레이드(11)와, 이 흡기를 압축하는 제1 압축기(21)로 구성되어 있다.

제2 터보차저부(20)는 제1 터보차저부(10)와 일체로 연결되어 있으며, 제2 블레이드(12)와, 이 흡기를 압축하는 제2 압축기(22)로 구성되어 있다.

여기서, 안내관(50)은 배기가스의 배출압력을 제1 터보차저부(10)로 공급하는 기능을 하며, 한편 에어 컴프레서(70)와 연결된 흡기관(60)과 연통되어 있다. 즉, 에어 컴프레서(70)는 엔진 시동과 함께 항상 작동하는데, 에어 탱크가 충진되고 나면 보조전력장치(APU)가 압력 조절을 하여 필요없는 압축공기를 버림으로써 에어 컴프레서(70)의 구동 마력은 상당부분 손실로 이어지는데, 이와 같이 본 발명에서는 에어 컴프레서(70)의 동력을 이용하여 작동 효율을 높여 그 손실분을 저감할 수 있는 이점이 있는 것이다.

중간 냉각기(40)는 에어 컴프레서(70)의 흡기를 이용하는 공랭식으로서, 냉각수온이 매우 높은 경우 냉각 효율이 좋지 않은 수냉식에 비해 온도차가 커서 냉각 효율이 높은 이점이 있다. 이러한 중간 냉각기(40)는 일측이 파이프(30)를 구성하는 제1 파이프(31)를 매개로 제1 압축기(21)와 연결되어 있고, 타측이 파이프(30)를 구성하는 제2 파이프(32)를 매개로 제2 압축기(22)와 연결되어 있다. 이에, 제1 터보차저부(10)로부터 배출되는 공기는 중간 냉각기(40)를 거쳐 냉각된 후 일부는 제2 터보차저부(20)로 유입되고 다른 일부는 에어 컴프레서(70)로 흡입될 수 있다.

이 때, 중간 냉각기(40)는 공랭식이나 수냉식과 같이 폐쇄형으로 설계됨으로써, 에어 컴프레서(70)의 흡기와 엔진 급기가 최대한 열교환이 될 수 있다.

이 때, 중간 냉각기(40)는 엔진과 인접한 위치에 설치하여 흡기 파이프의 길이 증가로 인한 동적 응답성이 저하되거나 압력 강하로 인한 흡기 손실을 최소화하는 것이 바람직하다.

그런데, 이와 같이 중간 냉각기(40)가 엔진에 가까우면 공랭식의 경우 주행풍에 의한 냉각이 곤란하므로 강제 냉각풍 순환 구조가 필요하다. 이에, 에어 컴프레서(70)의 흡기관(60)이 중간 냉각기(40)를 거치되도록 변경함으로써 에어 컴프레서(70)의 흡기를 중간 냉각기(40)의 냉각용으로 사용한다. 즉, 흡기관(60)이 안내관(50)으로부터 분기되어 중간 냉각기(40)와 연결되는 제1 흡기관(61)과, 중간 냉각기(40)와 에어 컴프레서(70)를 연결하는 제2 흡기관(62)으로 구성됨으로써, 에어 컴프레서(70)의 흡기가 엔진에 의해 과열된 중간 냉각기(40)를 냉각시킴으로써, 중간 냉각기(40)의 성능이 향상될 수 있는 이점이 있다.

상기 기술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 에어 컴프레서(70)의 동력을 이용하여 작동 효율을 높여 그 손실분을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 공랭식의 중간 냉각기(40)를 설치하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 차량용 2단 터보차저 장치를 개략적으로 도시한 구성도이고,

도 2는 본 발명에 따른 2단 터보차저 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 2단 터보차저 장치 10 : 제1 터보차지부

20 : 제2 터보차지부 30 : 파이프

40 : 중간 냉각기 50 : 안내관

60 : 흡기관 70 : 에어 컴프레셔

Claims

안내관을 통해 유입되는 배기가스의 배출압력에 의해 회전하는 제1 블레이드와 이 흡기를 압축하는 제1 압축기로 구성되는 제1 터보차저부와;

상기 제1 터보차저부와 연결되며, 제2 블레이드 및 제2 압축기로 구성되는 제2 터보차저부와;

상기 안내관으로부터 분기되어 에어 컴프레서와 연결된 흡기관과;

상기 제1 압축기와 상기 제2 압축기 사이에 파이프로 연결되며, 상기 제1 압축기로부터 배출되는 공기를 냉각시켜 상기 제2 압축기로 보내기 위한 공랭식의 중간 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 2단 터보차저 장치.
제1항에 있어서,

상기 중간 냉각기는 엔진과 인접한 위치에 설치되며,

상기 에에 컴프레서의 흡기관은 상기 냉각기를 거친 후 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 2단 터보차저 장치.