KR20120055882A - 일체형 트윈차저 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에 사용되는 터보차저 및 슈퍼차저 시스템을 하나의 모듈로 일체화시켜 설치 공간을 최소화할 수 있으며, 차량의 운행 속도에 따라 적합한 시스템을 적용할 수 있어 출력 효율을 향상시킬 수 있는 일체형 트윈차처 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 터보 차저 및 슈퍼 차저를 일체화시킨 차량의 트윈 차저 시스템은, 급기관의 일단(一端)에 설치되어 외부의 공기를 유입하는 임펠러와, 상기 임펠러와 동축으로 연결되고, 배기관의 일단에 설치되는 터빈과, 상기 임펠러와 터빈을 연결하는 축에 설치되는 전동장치를 포함하여 구성되는 것을 구성적 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전동장치는, 동력을 발생시키는 모터; 상기 모터의 회전축 단부에 설치되는 베벨기어를 포함하여 구성되며, 임펠러와 터빈을 연결하는 축의 단부(端部)에는 베벨기어가 형성되고, 상기 모터와 베벨기어 사이의 회전축에는 클러치 수단이 더 구비된다.

Description

일체형 트윈차저 시스템{INCORPORATED TWINCHARGED SYSTEM}

본 발명은 차량의 출력을 향상시키기 위한 차저 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 차량에 사용되는 터보차저 및 슈퍼차저 시스템을 하나의 모듈로 일체화시켜 설치 공간을 최소화할 수 있으며, 차량의 운행 속도에 따라 적합한 시스템을 적용할 수 있어 출력 효율을 향상시킬 수 있는 일체형 트윈차처 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 출력을 높이기 위해서는 배기량을 증가시켜야 하는데, 배기량을 증가시키기 위해서는 엔진의 크기 및 무게가 증가하게 되는데, 차량의 연비도 고려해야 하므로 동일한 배기량에서 출력을 증가시킬수 있는 방법에 관하여 많은 연구가 행해지고 있으며, 일반적으로 차량의 출력 향상을 위해서 차저 시스템을 설치하여 사용하는데, 차저 시스템은, 일반적으로 터보 차저(turbo charger)와 슈퍼 차저(super charger)로 구분된다.

터보 차저는 차량에 장착된 엔진으로 공급되는 연료를 원활하게 연소시키기 위하여 인위적으로 충분한 공기를 공급하여 고출력을 얻는 방법인데, 실린더에서 연료와 공기가 혼합되어 폭발한 후 발생하는 배기가스(exhaust gas)를 이용하는 것이다. 상기 배기가스가 터빈을 회전시켜고, 동일축에 연결된 컴프레셔 휠이 회전하면서 에어클리너를 통해서 들어오는 외부의 공기를 압축하여 엔진 연소실로 보내도록 한 구조이다. 상기 터보 차저는 배기매니폴드 측에 위치하고 있으며, 엔진에서 배출하는 배기가스를 이용하여 터빈을 회전시키는데, 상기 터빈은 흡기 매니폴드와 에어 클리너 사이에 위치하는 컴프레셔 휠과 동축으로 연결된 구성으로, 이와같은 터보차저 시스템은 차량의 출력 및 연비 향상을 위해서 사용되고 있다.

슈퍼 차저는 엔진(크랭크 축)의 동력을 이용하여 컴프레셔/블로어를 회전시켜서 외부의 공기를 엔진의 연소실로 강제 공급하는 방식으로 크랭크 축에 반대되는 곳에 설치하는 것이 일반적이다. 상기 차저 시스템에 있어서, 구조적인 특성상 터보 차저는 저회전 영역(저속 주행)에서는 발생하는 배기 가스의 양이 적어서 원하는 만큼의 과급 기능을 달성하기 어려워 터보랙(turbo lag) 현상이 발생하며, 슈퍼 차저의 경우 회전 영역에 상관없이 일정한 과급이 가능하지만 컴프레셔의 구동이 엔진 부하로 작용하여 결국에는 차량의 엔진 효율을 떨어뜨리게 된다는 문제가 있다.

상기와 같은 각 차저 시스템의 문제를 해결하기 위하여 양자의 기능이 모두 적용된 트윈차저 시스템이 출현하였는데, 도 1은 종래의 트윈차저 시스템의 구성을 도시한 것으로, 차량이 저속 주행시 엔진(1)과 연결된 벨트(3)의 구동으로 블로어(2)가 회전하면서 공기를 인위적으로 흡입하고, 흡입된 공기는 급기관(5)을 거쳐 엔진(1)으로 보내지는 슈퍼 차저 기능을 하고, 차량의 속도가 일정 속도 이상으로 고속 주행시에는 슈퍼 차저 기능이 해제되고, 엔진에서 발생한 배기 가스는 배기관(4)을 통해서 외부로 배출되며, 이때 배출되는 배기 가스를 이용하여 터빈(6)을 회전시키면 터빈과 동축에 연결된 임펠러(7)가 회전하면서 공기를 흡입하여 엔진(1)으로 보내는 터보 차저 기능을 한다.

하지만 상기와 같은 터보 차저와 슈퍼 차저의 기능을 갖춘 트윈차저 시스템은, 차량 내부의 설치 공간을 많이 차지하고, 슈퍼 차저 기능시에 엔진의 동력을 이용하므로 엔진에 불필요한 부하가 걸리며, 또한 제조 공정이 복잡하여 제조단가를 상승시키는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 차량의 출력 향상을 위한 차저 시스템(과급 시스템)의 구조를 콤팩트 하게하여 차량의 내부 공간 사용을 최소화하고, 효율 향상과 제조 공정을 단순화할 수 있으며, 슈퍼 차저 적용시 별도의 전동장치를 사용함으로써 엔진 부하를 저감할 수 있는 일체형 트윈 차저 시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제해결을 위하여 본 발명에 따른 터보 차저 및 슈퍼 차저를 일체화시킨 차량의 트윈 차저 시스템은, 급기관의 일단(一端)에 설치되어 외부의 공기를 유입하는 임펠러; 상기 임펠러와 동축으로 연결되고, 배기관의 일단에 설치되는 터빈; 상기 임펠러와 터빈을 연결하는 축에 설치되는 전동장치를 포함하여 구성되는 것을 구성적 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 전동장치는, 동력을 발생시키는 모터; 상기 모터의 회전축 단부에 설치되는 베벨기어를 포함하여 구성되며, 임펠러와 터빈을 연결하는 축의 단부(端部)에는 베벨기어가 형성되고, 모터의 회전축 단부에 설치되는 베벨기어와 임펠러와 터빈을 연결하는 축의 단부(端部)의 베벨기어는 서로 연결된다. 또한 상기 모터와 베벨기어 사이의 회전축에는 클러치 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 일체형 차저 시스템은, 차량의 출력 향상을 위한 차저 시스템(과급 시스템)을 차량이 저속 주행시와 고속 주행시에 슈퍼 및 터보 차저를 선택적으로 채택할 수 있으므로 차량의 출력 효율이 향상될 수 있고, 하나의 모듈로 일체화할 수 있어서 제조 공정을 단순화 할 수 있으며, 또한 상기 차저 시스템을 설치시에도 차량의 내부의 공간 사용을 최소화할 수 있고, 슈퍼 차저 적용시 별도의 전동장치를 사용함으로써 엔진 부하를 저감할 수 있다.

도 1은 종래의 트윈차저 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 트윈차저 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일체형 트윈차저 시스템의 전동 장치를 도시한 도면이다.

본 발명은 차량의 출력 향상을 위해 사용되는 터보 차저 및 슈퍼 차저 시스템을 하나로 일체화시켜 차량의 출력 효율을 증가시킬 수 있는 트윈차처 시스템에 관한 것으로, 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 일체형 트윈 차저 시스템의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있으며, 본 발명의 기술적 요지와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 2 는 본 발명에 따라 터보 차저 및 슈퍼 차저를 일체화시킨 차량의 트윈차저 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 일체형 트윈차저 시스템의 전동 장치를 도시한 도면인데, 상기 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 일체형 트윈차저 시스템은, 외부 공기를 유입하는 급기관의 일단(一端)에 설치되어 외부의 공기를 유입하는 임펠러(24)와, 상기 임펠러(24)와 동축으로 연결되고, 배기관(14)의 일단에 설치되는 터빈(25)과, 상기 임펠러(24)와 터빈(25)을 연결하는 축에 설치되는 전동 장치(20)를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다. 상기 임펠러(24)와 터빈(25)은 하우징 내에 형성되며, 임펠러(24)는 외부공기를 강제로 흡입하여 인터 쿨러(13)를 통해 압축된 흡입공기를 흡기 매니폴드(11)로 보내면, 상기 흡입공기는 엔진(10)의 연소실로 유입된다.

바람직하게는, 상기 전동장치(20)는, 동력을 발생시키는 모터(21)와, 상기 모터(21)의 회전축(27) 단부에 설치되는 베벨기어(28)를 포함하는데, 상기 회전축은(27), 상기 임펠러(24)와 터빈(25)의 축(26)과 연결된다. 상기 모터(21)는 제너레이터(미도시)와 연결되어 전원을 공급받는다.

본 발명에 따른 트윈차저 시스템에서 터보 차저 방식은, 상기 엔진(10)의 연소실에서 공기와 혼합된 연료가 폭발 작용을 한 후에는 배기 가스가 발생되는데, 상기 배기 가스는 배기 매니폴드(12)를 거쳐서 배기관(14)을 통해서 외부로 배출되게 된다. 상기 배기 가스가 배출되는 배기관에 터빈(25)을 설치하여 상기 배기 가스를 이용해 터빈(25)을 회전시킨다. 이때 상기 배기 가스에 의해 회전하는 터빈(25)과 동축으로 연결된 임펠러(24)도 회전하면서 강제로 외부 공기를 급기관(15)으로 흡입하게 된다.

상기와 같이 배기 가스에 의해 터빈(25)이 회전할 때 터빈(25)과 동축으로 연결되어 있는 임펠러(24)도 동시에 회전함으로서, 인위적으로 엔진(10) 연소실 내로 공기를 유입시킬 수 있다.

슈퍼 차저 방식은, 모터(21)가 작동하여 회전축(27)이 회전하면, 상기 모터(21)의 회전축(27)과 연결된 임펠러(24)가 회전하면서 외부 공기를 흡입하여 급기관(15)을 통해 공기를 연소실로 공급하는 것이다. 상기 모터(21)는 제어장치(미도시)에 의해 일정 RPM 이하에서만 작동되도록 제어되는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 전동 장치(20)를 도시한 도면으로서, 상기 임펠러(24)와 터빈(25)은 동축으로 연결되는데, 상기 동축 상의 각각의 단부(端部)에는 베벨기어(23)가 형성되며, 상기 2개의 베벨기어(23)는 상기 모터(21)의 회전축(27) 단부에 형성되는 베벨기어(28)를 매개로 하여 서로 연결된다. 즉, 상기 회전축(27) 단부의 베벨기어(28)와 임펠러(24) 및 터빈(25) 축(26)의 단부에 설치되는 베벨기어(23)는 서로 맞물려서 연결되어 연동한다.

상기 모터(21)의 회전축(27)의 중간부, 즉 모터(21)와 베벨기어(28) 사이의 회전축(27)에는 상기 회전축(27)을 단속(斷續)할 수 있는 클러치 수단(22)이 구비되는데, 상기 클러치 수단(22)은, 예컨대 마그네틱 클러치를 사용할 수 있으며, 일정 RPM 이하(저속)에서만 클러치 수단(22)이 연결되어 모터(21)의 회전력을 회전축(27)을 통해서 임펠러(24)에 전달할 수 있도록 한다. 모터(21)와 마찬가지로 상기 클러치 수단(22)도 제어장치(미도시)로 단속을 제어한다. 즉, 상기 모터(21)와 클러치 수단(22)은 일정 RPM 이하에서만 제어장치에 의해 작동되고 연결되도록 구성한다. 일반적으로 본 발명에서 적용되는 RPM 기준은 1800?2000 으로 하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 일체형 트윈차저 시스템의 작동을 간략하게 설명하기로 한다.

본 발명의 트윈차저 시스템은 저속 주행시에는 슈퍼 차저 기능을, 고속주행시에는 터보 차저 시스템을 사용하도록 고안된 것으로, 차량이 저속주행시(RPM 이 일정 이하일 때)에는 제어장치에서 온(on)신호를 보내 모터(21)를 작동시키면, 회전축(27) 상에 구성된 클러치 수단(22)이 연결되고, 상기 클러치 수단(22)의 연결로 인해 상기 회전축(27)의 회전력은 회전축(27) 단부에 형성된 베벨기어(28) 및 임펠러(24) 축(26)에 형성된 베벨기어(23)를 통해 임펠러(24)에 전달되어 임펠러(24)가 회전하면서 외부 공기를 흡입하여 급기관(15)을 통해 엔진(10)의 연소실로 공기를 공급한다. 슈퍼 차저를 이용하여 공기를 엔진(10) 연소실로 공급시에는 터빈(25)을 회전시킬 필요가 없으므로, 도면에는 도시되지 않았지만 터빈(25)의 축(26) 중간부에도 클러치 수단을 더 설치하여 터빈(25)과 축(26)과의 연결을 끊음으로써 모터(21)의 회전력이 터빈(25)에 전달되는 것을 방지하여 모터의 부하를 저감할 수 있다.

차량이 고속(RPM 이 일정 이상)으로 주행시에는 엔진의 연소실에서 배출하는 배기 가스를 이용하여 공기를 엔진(10) 연소실로 인위적으로 공급하는 터보 차저 시스템을 사용하는 것이 효율적이므로, 제어장치로 모터(21)의 작동 및 클러치 수단(22)의 연결을 끊고, 배기 가스를 이용하여 배기관(14)에 설치된 터빈(25)을 회전시키면 상기 터빈(25)과 동축으로 연결된 임펠러(24)가 회전하면서 인위적으로 외부 공기를 급기관(15)으로 흡입하여 엔진의 연소실로 공급한다. 본 발명에 따른 일체형 트윈차저 시스템은 가솔린 차량 및 디젤 차량의 엔진에 공히 적용 가능하다.

상기와 같은 구성으로 인하여 차량이 저속 주행 중일 때는 슈퍼 차저 시스템을 적용하고, 차량이 고속으로 주행 중일 때에는 터보 차저 시스템을 적용하면, 차량의 과급 시스템을 선택적으로 채택할 수 있어서 차량의 출력 효율 및 연비를 향상시킬 수 있으며, 또한 상기 시스템을 하나의 모듈로 일체화할 수 있어서 차량의 내부의 공간 사용을 최소화할 수 있고, 제조 공정도 단순화 할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며,본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10.엔진 11.흡기 매니폴드
12.배기 매니폴드 13.인터 쿨러
14.배기관 15.급기관
20.전동장치 21.모터
22.클러치 수단 23.베벨기어
24.임펠러 25.터빈
26.축 27.회전축
28.베벨기어

Claims (3)

1. 터보 차저 및 슈퍼 차저를 일체화시킨 차량의 트윈 차저 시스템에 있어서,
   급기관의 일단(一端)에 설치되어 외부의 공기를 유입하는 임펠러;
   상기 임펠러와 동축으로 연결되고, 배기관의 일단에 설치되는 터빈;
   상기 임펠러와 터빈을 연결하는 축에 설치되는 전동장치;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일체형 트윈차저 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 전동장치는,
   동력을 발생시키는 모터;
   상기 모터의 회전축 단부에 설치되는 베벨기어;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 트윈차저 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 모터와 베벨기어 사이의 회전축에는 클러치 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 일체형 트윈차저 시스템.

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