KR20100003001A - 하이브리드 자동차의 터보 차저 - Google Patents

하이브리드 자동차의 터보 차저 Download PDF

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Abstract

하이브리드 차량의 터보 차저가 개시되어 있다. 이러한 본 발명은, 가속 패달 감지부, ISG(integrated start generator), 모터 제어부 및 모터로부터 각각 제공되는 가속 의지 정보, 베터리 정보, 및 회전 속도 정보를 근거로 자동차의 총괄 제어하는 하이브리드 제어 장치; 및 외부로부터 공급되는 엔진 회전수, 공기 온도, 및 차량 속도를 근거로 상기 하이브리드 제어 장치에서 발생한 제어 신호에 따라 구동하는 ISG의 구동력을 전달 받아 회전하여 흡기를 압축하여 실린더로 공급하는 터보 차저를 구비하고, 엔진 회전수가 미리 정해진 소정치 이하의 저속 영역에서 ISG의 구동력을 압축기가 고정 설치되는 회전축 및 터빈으로 전달하여 저속 엔진 회전 상태에서 체적 대기 출력 효율을 최대로 증가할 수 있고, 엔진 회전수가 상기 소정치 이상의 고속 영역에서 상기 터빈의 회전력으로 회전축을 구동하여 상기 ISG의 전력 소비를 줄일 수 있는 효과를 얻는다.
하이브리드, ISG, 터보차저, 터빈

Description

하이브리드 자동차의 터보 차저{TURBO CHARGER FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은 하이브리드 자동차의 터보 차저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보 차저의 터빈을 ISG의 구동력으로 강제 회전시켜 체적 대기 출력 효율을 최대로 증가할 수 있도록 한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 엔진은 흡기방치를 통하여 공기를 흡입하여 연소실에 인입시킴과 동시에 연료를 분사하여 공기와 연료가 혼합된 혼합기를 점화장치에 의하여 점화 연소시킴으로서 구동력을 발생하는 장치이다.
그리고 연소된 연소가스는 배기장치를 통하여 외부로 배출이 이루어진다. 상기한 엔진은 피스톤과 실린블록 및 헤드 그리고 상기한 실린더 헤드와 피스톤 사이에 연소실을 설치되는 구조로 이루어진다.
상기한 엔진이 구동력을 얻기 위하여 피스톤이 상하 왕복운동을 하면서 흡입 압축 폭발 배기 과정을 반복하게 된다. 이때 흡입과정에서 피스톤이 하강하는 부압을 이용하여 혼합기 또는 공기를 흡입하고 있으나, 이 부압에 의하여 충분한 혼합기가 인입되지 않게 되어 연료의 소모가 증대되고 따라서 연비가 감소하는 단점이 있게 된다.
따라서 체적 대비 출력 효율을 향상시키고자 터보 차저(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 배기가스의 압력을 이용하여 흡기 매니 폴드 내로 유입되는 공기를 압축하여 체적을 증가시켜 실린더 내로 공급토록 하여 출력을 증가시키도록 한 것으로, 제 2 덕트(310)의 유입구측에 압축기(220)가 설치되어 있고, 이 압축기(220)에 고정된 축(210) 단부에 터빈(230)이 고정되어 있다.
즉, 엔진(100)의 실린더 내부에서 발생된 배기가스가 제 3 덕트(320)를 통과하면서 그 단부에 설치되어 있는 터빈(230)을 회전시키면서 배출된다.
상기 터빈(230)의 회전으로 축(210)이 회전을 하면서 그 단부에 고정되어 있는 압축기(220)를 가동하여 제 1 덕트(300)를 통해 유입되는 공기를 압축시키게 된다.
이 압축된 공기는 제 2 덕트(310)를 경유하여 실린더내로 유입되어 압축한 상태에서 미도시된 노즐로부터 분사되는 연료가 기화되면서 주행에 필요한 동력을 발생시키게 된다.
이러한 일반적인 자동차의 터보 차저는 부스트(boost threshold)를 시작하기 위한 엔진 회전수가 소정치에 도달하여야 한다. 만약 배기 가스의 배출양이 충분하지 아니한 경우 정지되어 있는 터빈(230)을 회전시키기는 어렵고, 운전자의 가속 의지에 따라 엔진 시동 후 터빈(230)이 회전하는데 시간이 걸리는 터보 랙(turbo lag) 현상이 발생하였다. 즉, 상기 엔진 회전수가 소정치 이하의 저속 영역에서는 큰 토오크를 발생하기 어렵고, 고속 영역에서는 터빈이 10,000 rpm- 15,000 rpm 회전 시 압축기(220)가 구동되는데 이 보다 높은 20,000 rpm 이상으로 터빈이 회전할 경우 베어링 손상 및 파손 등 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 엔진 회전수가 미리 정해진 소정치 이하의 저속 영역에서 ISG의 구동력에 따라 터빈을 회전시킴으로써, 저속 엔진 회전에도 불구하고 체적 대기 출력 효율을 최대로 증가할 수 있도록 한 하이브리드 자동차의 터보 차저를 제공하고자 함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기술적 과제는,
가속 패달 감지부, ISG(integrated start generator), 모터 제어부 및 모터로부터 각각 제공되는 가속 의지 정보, 베터리 정보, 및 회전 속도 정보를 근거로 자동차의 총괄 제어하는 하이브리드 제어 장치; 및
외부로부터 공급되는 엔진 회전수, 공기 온도, 및 차량 속도를 근거로 상기 하이브리드 제어 장치에서 발생한 제어 신호에 따라 구동하는 ISG의 구동력을 전달 받아 회전하여 흡기를 압축하여 실린더로 공급하는 터보 차저를 구비하고,
여기서, 상기 터보 차저는,
상기 ISG의 구동력을 전달하기 위해 상기 하이브리드 제어 장치의 제어에 따라 직결하는 제1 클러치와,
상기 제1 클러치의 출력 구동력을 해당 기어비로 변속하는 기어 어셈블리와,
상기 기어 어셈블리의 회전축과 결합된 회전축과,
상기 회전축의 단부에 고정 설치되어 회전축의 동작에 따라 제1 덕트를 통해흡입된 공기를 압축하여 실린더 내로 공급하는 압축기를 포함한다.
그에 더하여, 상기 터보 차저는,
상기 기어 어셈블리의 회전력을 전달하기 위해 상기 하이브리드 제어 장치의 제어에 따라 직결하는 제2 클러치와,
상기 제2 클러치의 직결에 따라 전달받은 상기 기어 어셈블리의 회전력으로 회전하여 실린더에서 배출된 배기를 외부로 배출하는 터빈을 더 포함한다.
상기 제1 클러치 및 제2 클러치는 마그네틱 타입인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 엔진 회전수가 미리 정해진 소정치 이하의 저속 영역에서 ISG의 구동력을 압축기가 고정 설치되는 회전축 및 터빈으로 전달하여 저속 엔진 회전 상태에서 체적 대기 출력 효율을 최대로 증가할 수 있고, 엔진 회전수가 상기 소정치 이상의 고속 영역에서 상기 터빈의 회전력으로 회전축을 구동하여 상기 ISG의 전력 소비를 줄일 수 있는 효과를 얻는다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 터보 차저의 구성을 보인 도이다.
우선, 본 발명에 따른 하이브리드 자동차의 터보 차저는, 도 2에 도시된 바와 같이, 운전자의 가속 의지 정보 또는 제동 의지 정보에 따라 자동차의 총괄 제어하는 하이브리드 제어 장치(11)와, 상기 하이브리드 제어 장치(13)의 제어에 따라 동작하여 엔진 시동 및 엔진 정지 상태에서는 발전기로서 동작하여 충전하고 모터로 동작하는 엔진을 구동하는 ISG(integrated start generator)(15)를 포함한다.
그에 더하여 본 발명은, 엔진 회전수가 소정치 이하의 저속 주행 시 상기 하이브리드 제어 장치(11)에서 발생하는 ISG(15)의 구동력에 의해 회전축(21)이 동작하여 흡기 매니 폴드 내로 유입되는 공기를 압축하여 체적을 증가시켜 실린더 내로 공급토록 하여 출력을 증가시키도록 하는 압축기(22)를 포함하는 터보 차저(50)를 포함한다.
즉, 상기 터보 차저(50)는 ISG(15)의 회전력에 의해 상기 회전축(21)에 회전함에 따라 실린더 내로 흡입된 공기를 통과시키는 제 2 덕트(30)의 유입구측에 압축기(25)가 설치된다. 즉, 상기 회전축(21)의 단부에 압축기(25)가 고정 설치된다.
또한, 상기 ISG(15)의 구동력을 전달하기 위한 제1 클러치(51)가 상기 ISG(15)의 구동력에 따라 회전하는 회전축(52)에 설치되고, 상기 제1 클러치(51)의 직결로 전달받은 ISG(15)의 구동력을 기어 변속비에 따라 해당 회전 속도로 변환하 기 위해 상기 ISG(15)의 회전축(52)과 상기 흡기측 회전축(21)에 결합되는 기어 어셈블리(53)를 설치한다.
또한, 상기 기어 어셈블리(53)에서 출력하는 구동력을 상기 터빈(23)으로 전달하기 위해 상기 하이브리드 제어 장치(11)의 제어에 따라 직결하는 제2 클러치(55)과, 상기 제2 클러치(55)의 직결로 상기 기어 어셈블리(53)의 구동력을 상기 터빈(23)으로 전달하는 배기측 회전축(56)을 포함한다.
즉, 하이브리드 제어 장치(11)는 수신된 엔진 회전수가 미리 정해진 소정치 이하인 경우 ISG(15)을 구동하기 위한 제어 신호를 발생하고, 이 ISG(15)의 구동력은 제1 클러치(51) 및 기어 어셈블리(53)를 통해 흡기측 회전축(21)에 제공된다.
상기 흡기측 회전축(21)은 상기 ISG(15)의 구동력에 따라 회전하여 제1 덕트(30)를 통해 흡기 매니 폴드 내로 유입되는 공기를 압축기(22)를 통해 압축하여 체적을 증가시켜 실린더 내로 공급토록 하여 출력을 증가한다. 즉, 상기 흡기측 회전축(21)의 회전으로 그 단부에 고정되어 설치된 압축기(25)가 가동하여 제 1 덕트(30)를 통해 유입되는 공기를 압축시키게 된다.
이 압축된 공기는 제 2 덕트(31)를 경유하여 실린더 내로 유입되어 압축한 상태에서 미도시된 노즐로부터 분사되는 연료가 기화되면서 주행에 필요한 동력을 발생시키게 된다.
이때 상기 하이브리드 제어 장치(11)의 제어에 따라 상기 제2 클러치(55)가 직결되어 상기 기어 어셈블리(53)의 출력 구동력은 배기측 회전축(56)을 회전시켜 터빈(23)이 회전하게 된다. 따라서, 상기 터빈(23)의 회전으로 엔진(10)의 실린더 내부에서 발생된 배기 가스는 제 3 덕트(32)를 통과하면서 외부로 배출된다.
따라서, 엔진의 출력 토크가 향상되고 연료가 완전 연소되므로 배출되는 배기 가스가 감소하게 된다.
상기 하이브리드 제어 장치(11)는 엔진 회전수가 상기 소정치를 초과하는 경우 ISG(15)를 발전기로 동작하도록 제어하고 이 제어에 따라 상기 ISG(15)는 발전기로 동작하여 전기 에너지를 충전한다.
이때 상기 하이브리드 제어 장치(11)의 제어에 의해 상기 제2 클러치(55)가 직결되고, 따라서, 상기 터빈(23)의 회전력이 상기 제2 클러치(55)를 통해 흡기측 회전축(21)으로 전달된다. 즉, 제1 덕트(30)를 통해 흡기 매니 폴드 내로 유입되는 공기를 압축기(22)를 통해 압축하여 체적을 증가시켜 실린더 내로 공급토록 하여 출력을 증가한다.
고속 주행 시 상기 ISG(15)의 구동력을 사용하지 않으므로 소비 전력을 최소로 줄일 수 있게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.
도 1 은 일반적인 자동차의 터보 차저의 구성을 보인 도들이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 터보 차저의 구성을 보인 도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 하이브리드 제어 장치 15 : ISG
21 : 흡기측 회전축 50 : 터보 차저
51 : 제1 클러치 52 : 회전축
53 : 기어 어셈블리 55 : 제2 클러치
56 : 배기측 회전축

Claims (4)

  1. 가속 패달 감지부, ISG(integrated start generator), 모터 제어부 및 모터로부터 각각 제공되는 가속 의지 정보, 베터리 정보, 및 회전 속도 정보를 근거로 자동차의 총괄 제어하는 하이브리드 제어 장치; 및
    외부로부터 공급되는 엔진 회전수, 공기 온도, 및 차량 속도를 근거로 상기 하이브리드 제어 장치에서 발생한 제어 신호에 따라 구동하는 ISG의 구동력을 전달 받아 회전하여 흡기를 압축하여 실린더로 공급하는 터보 차저를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 터보 차저.
  2. 제1항에 있어서, 상기 터보 차저는,
    상기 ISG의 구동력을 전달하기 위해 상기 하이브리드 제어 장치의 제어에 따라 직결하는 제1 클러치와,
    상기 제1 클러치의 출력 구동력을 해당 기어비로 변속하는 기어 어셈블리와,
    상기 기어 어셈블리의 회전축과 결합된 흡기측 회전축과,
    상기 흡기측 회전축의 단부에 고정 설치되어 회전축의 동작에 따라 제1 덕트를 통해흡입된 공기를 압축하여 실린더 내로 공급하는 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 터보 차저.
  3. 제2항에 있어서, 상기 터보 차저는,
    상기 기어 어셈블리의 회전력을 전달하기 위해 상기 하이브리드 제어 장치의 제어에 따라 직결하는 제2 클러치와,
    상기 제2 클러치의 직결에 따라 전달받은 상기 기어 어셈블리의 회전력으로 회전하는 배기측 회전축과,
    상기 배기측 회전축의 구동으로 회전하여 실린더에서 배출된 배기를 외부로 배출하는 터빈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 터보 차저.
  4. 상기 제1 클러치 및 제2 클러치는 마그네틱 타입인 것을 특징으로 하는 하이브리드 자동차의 터보 차저.
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