KR20140001942A - 내연 엔진용 터보 과급기 동작 시스템과 방법 - Google Patents

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Abstract

제 1 오일 회로 및 제 2 오일 회로를 갖는 내연 엔진 상에서 터보 과급기 장치를 동작하는 방법으로서, 내연 엔진과 연관된 복수의 센서를 통해 복수의 엔진 동작 파라미터를 감지하는 단계와; 제 1 압력 레벨에서 제 1 오일 회로로부터 터보 과급기 장치에 오일을 제공하는 단계와; 감지된 엔진 동작 파라미터에 기초하여 전자 제어 회로를 통해 상기 엔진을 위한 제 2 오일 회로의 동작을 제어하는 단계와; 상기 제 2 오일 회로의 동작을 통해 상기 한 쌍의 베어링 조립체에 가변적인 유압 예비 하중을 가하는 단계로서, 제 2 오일 회로로부터의 오일은 제 1 압력 레벨과 동일하거나 상이한 것 중 하나인 제 2 압력 레벨에 제공되는, 단계를 포함한다. 이러한 방법을 수행하는데 사용된 시스템이 또한 설명된다.

Description

내연 엔진용 터보 과급기 동작 시스템과 방법{TURBOCHARGER OPERATING SYSTEM AND METHOD FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 출원은 2010년 11월에 출원한 미국 가특허 출원 61/415,641에 기초하여 35 U.S.C. 119(e) 하에 우선권을 주장한다. 명세서, 청구항, 및 도면을 포함하는 참조된 우선권 문서의 전체 개시는 본 명세서에 참고용으로 병합된다.
본 발명은 내연 엔진용 터보 과급기(turbochargers)에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 메인 오일 공급 펌프와, 베어링을 유압식으로 예비 하중을 가하기 위해 제 1 압력에서 터보 과급기 장치의 베어링에 압력-조절된 오일을 가변적으로 그리고 선택적으로 공급하도록 동작 가능한 제 1 조절된 오일 회로와, 제 2 압력에서 터보 과급기 장치의 다른 부분에 압력-조절된 오일을 가변적으로 그리고 선택적으로 공급하도록 동작 가능한 제 2 오일 회로를 포함한다. 본 발명은 또한 개선된 터보 과급기를 병합하는 엔진, 및 상기 엔진을 이용하는 방법에 관한 것이다.
터보 과급기 장치를 제어하고 동작시키기 위한 알려진 터보 과급기 시스템이 있으며, 이들 시스템은 차량을 위한 내연 엔진 상에 광범위하게 사용되고 있다. 터보 과급기가 설치된 내연 엔진은 일반적으로, 이들 내연 엔진이 설치되는 차량의 전체 중량을 감소시키고, 차량의 성능을 개선하고, 연료 효율을 개선한다.
터보 과급기 장치의 몇몇 예는, 미국 특허 4,387,573의 도 1과 2에 개시되어 있으며, 이들은 터보 과급기의 알려진 기능을 일반적으로 개시하기 위해 본 명세서에 도 6과 7로서 재현되고 있다. 미국 특허 4,387,573의 전체 개시는 알려진 터보 과급기 시스템에 관한 배경 정보로서 본 명세서에 참고용으로 병합된다. 도 6과 7에 관해 본 명세서에 사용된 도면 부호는 원 특허에 사용된 도면 부호와 상이하다.
도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 내연 엔진(200)에서, 배기 매니폴드(202)를 통해 바깥쪽으로 흐르는 엔진 배기의 부분을 전환하고, 이러한 전환된 배기 흐름을 터보 공급 파이프(204)를 통해 터보 과급기(205)에 공급하고, 내연 엔진(200)으로부터 수용된 이러한 배기 흐름으로 터보 과급기(205)의 배기 터빈 휠(206)을 회전시키는 것이 알려져 있다. 배기 터빈 휠(206)은 연결 샤프트(208)를 통해, 동시적인 회전을 위해 흡기-측 터빈 휠(210)에 동작 가능하게 부착된다.
연소를 위한 인입(incoming) 흡기 공기는 고밀도 전하 공기를 생성하기 위해 흡기-측 터빈 휠(210)에 의해 가압되고, 이것은 흡기 덕트 파이프(212)를 통해 엔진의 흡기 매니폴드로 라우팅(routed)되고, 엔진(200)의 연소(burning) 측을 위해 연료와 조합된다.
상이한 다수의 설계가 터보 과급기에 대해 알려져 있다. 몇몇 알려진 터보 과급기 설계의 예는, McEachern, 주니어 등의 미국 특허 4,652,219와, Komatsu 등의 미국 특허 4,676,667과, Perego의 미국 특허 4,789,253과, Glaser 등의 미국 특허 4,798,523과, Loos의 미국 특허 5,735,676과, McKierman, 주니어의 미국 특허 7,371,011에 기재된 것을 포함한다.
본 명세서에서 예비 하중이 가해진 베어링을 갖는 다른 다양한 알려진 기계에 대한 다른 특허는 Duncan의 미국 특허 5,051,005와, Hibi 등의 미국 특허 5,388,917과, Trasher의 미국 특허 6,042,273을 포함한다.
몇몇 상황 하에, 터보 과급기 베어링을 유압식으로 예비 하중을 가하기 위해 엔진 오일을 이용하는 것이 알려져 있지만, 알려진 설계는 제 1 오일 회로에 의해 제공된 압력으로 공급된 엔진 오일을 이용하는 것에 한정되었다. 이러한 알려진 설계는 결점을 갖는데, 이들 설계는 예비 하중을 이루기 위해 터보 과급기 베어링에 가해진 압력을 개별적으로 그리고 선택적으로 제어 및 조절하지 않기 때문이다.
터보 과급기가 달린 엔진이 휴지(idling) 중이고 비교적 냉각될 때, 크게 가압된 오일을 터보 과급기 베어링에 제공하는 것이 항상 필요하지 않다. 더욱이, 몇몇 상황 하에, 오일이 휴지 동안 증가된 압력에서 터보 과급기 베어링에 제공되면, 이러한 가압된 오일은 터보 과급기의 지연 시간 또는 지체 시간(lag time)을 증가시킬 수 있어서, 이를 통해 엔진 성능을 저하시킨다.
또한, 터보 과급기의 최적의 성능을 이루기 위해, 엔진 속도, 터보 과급기 회전 속도, 엔진 냉각제 온도, 및 흡기 매니폴드 압력과 같은 동작 인자를 고려할 때 베어링이 예비 하중이 가해지는 것이 바람직하다. 하지만, 종래의 터보 과급기 동작 시스템이 이러한 파라미터를 고려하지 않는다는 것을 출원인은 이해하고 있다.
알려진 디바이스가 그 의도된 목적을 위해 몇몇 응용을 갖지만, 여전히 터보 과급기 베어링을 가변적으로 예비 하중을 가하기 위해 개선된 터보 과급기 동작 시스템과 방법이 종래 기술에서 필요하고, 특히, 터보 과급기 베어링의 연장된 수명을 촉진하고, 엔진 성능을 향상시키는 개선된 터보 과급기 동작 시스템과 방법이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적 중 하나는, 터보 과급기 베어링의 유압 예비 하중을 가변적으로, 그리고 선택적으로 제어하기 위해, 터보 과급기 베어링 조립체에 가해진 오일 압력이 메인 엔진 오일 공급부로부터 제어되고 개별적으로 조절되는, 내연 엔진을 터보 과급하기 위한 방법과 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상이하게 조절된 압력에서 오일을 터보 과급기 장치의 상이한 부분에 공급하기 위해 2개의 분리된, 독립적으로 제어된 오일 회로를 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위해, 제 1 양상에 따른 본 발명은 터보 과급기 시스템을 제공하는 것인데, 이러한 터보 과급기 시스템은 전자 제어 유닛과; 제 1 압력 레벨에서 오일을 제공하도록 동작 가능한 제 1 오일 공급 회로와; 제 1 압력 레벨과 상이할 수 있는 제 2 압력 레벨에서 오일을 공급하도록 동작 가능한 제 2 오일 회로와, 터보 과급기 장치를 포함한다. 각 오일 회로의 각각의 동작은 전자 제어 유닛에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 터보 과급기 장치는 중앙 하우징을 포함하는데, 이러한 중앙 하우징은 그 안에 형성된 중공 중심 구멍(bore)과, 그 안에 형성된 제 1, 제 2, 및 제 3 오일 루팅 채널을 갖는다. 제 1, 및 제 2 오일 루팅 채널은 제 1 오일 회로와 유체가 통하는 상태(in fluid communication with)에 있다.
터보 과급기 장치는 중앙 하우징의 내부에 맞는 제 1 원통형 슬리브로서, 제 1 원통형 슬리브는 그 안에 형성된 제 1 시트를 갖는 제 1 단부와, 그 안에 형성된 제 2 시트를 갖는 제 2 단부와, 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 배치된 중앙 부분을 갖는, 제 1 원통형 슬리브와; 제 1 시트에 맞는 제 1 디스크 부재로서, 제 1 디스크 부재는 중앙 하우징의 제 1 오일 루팅 채널과 통하는 그 안에 형성된 제 1 유체 공급 통로를 갖는, 제 1 디스크 부재를 더 포함한다. 제 1 유체 통로는 제 2 오일 회로로부터 오일을 수용하도록 구성되고 배치된다.
터보 과급기 장치는 제 1 디스크 부재에 인접한 제 1 시트에 맞는 제 1 베어링 조립체로서, 제 1 베어링 조립체는 제 1 유체 공급 통로로부터 오일을 수용하는, 제 1 베어링 조립체와; 제 2 시트에 맞는 제 2 디스크 부재로서, 제 2 디스크 부재는 중앙 하우징의 제 2 오일 루팅 채널과 통하는 그 안에 형성된 제 2 유체 공급 통로를 갖고, 제 2 유체 공급 통로는 또한 제 2 오일 회로로부터 오일을 수용하도록 구성되고 배치되는, 제 2 디스크 부재와; 제 2 디스크 부재에 인접한 제 2 시트에 맞는 제 2 베어링 조립체로서, 제 2 베어링 조립체는 제 2 유체 공급 통로로부터 오일을 수용하는, 제 2 베어링 조립체와; 제 1 원통형 슬리브의 내부에 동축으로 맞는 제 2 원통형 슬리브를 더 포함한다. 제 1, 및 제 2 디스크 부재는 제 2 원통형 슬리브의 각 단부를 수용한다.
터보 과급기 장치는 또한 중앙 하우징의 중심 구멍을 통해 그리고 제 2 원통형 슬리브를 통해 연장하는 샤프트 부분을 포함하는 터빈 부재를 포함한다. 터보 과급기 장치는 또한 샤프트 부분의 제 1 단부에 부착된 흡기 터빈과, 샤프트 부분의 제 2 단부에 부착된 배기 터빈을 더 포함한다.
선택적으로, 터보 과급기 장치는 제 1 디스크 부재와 제 2 디스크 부재 사이에 제 1 원통형 슬리브의 중심 부분에 배치되는 스프링을 더 포함할 수 있고, 이러한 스프링은 제 2 원통형 슬리브를 둘러싼다.
제 1 오일 회로는 제 1 및 제 2 베어링 조립체의 원하는 예비 하중을 이루기 위해 제 1 및 제 2 베어링 조립체에 선택적으로 가변적인 유압 압력을 가하도록 전자 제어 회로에 의해 동작 가능하다. 제 2 오일 회로는 제 1 오일 회로로부터 분리될 수 있거나, 제 1 오일 회로로부터 분기(branch)될 수 있고, 개별적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 제 2 양상에 따른 본 발명은 제 1 오일 회로와 제 2 오일 회로를 갖는 내연 엔진 상에서 터보 과급기 장치를 동작하는 방법을 제공한다. 터보 과급기 장치를 동작하는 방법은, 내연 엔진과 연관된 복수의 센서를 통해 복수의 엔진 동작 파라미터를 감지하는 단계와; 제 1 압력 레벨에서 제 1 오일 회로로부터 터보 과급기 장치에 오일을 제공하는 단계와; 감지된 엔진 동작 파라미터에 기초하여, 전자 제어 회로를 통해 상기 엔진을 위한 제 2 오일 회로의 동작을 제어하는 단계와; 제 1 압력 레벨과 상이할 수 있는 제 2 압력 레벨에서 오일을 공급하는, 상기 제 1 또는 제 2 오일 회로의 동작을 통해 상기 제 1 및 제 2 베어링 조립체에 가변적인 유압 예비 하중을 가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 3 양상에 따른 본 방법은 제 2 양상 이외에, 감지된 엔진 동작 파라미터가 엔진 속도, 터보 과급기 회전 속도, 흡기 매니폴드 압력, 엔진 온도, 및/또는 배기 후방 압력을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 방법의 더 완전한 이해를 위해, 독자는 첨부 도면과 연계하여 읽혀져야 할 다음의 상세한 설명의 섹션을 참조한다. 다음의 상세한 설명과 도면 전체에, 유사한 번호는 유사한 부분을 나타낸다.
본 발명은, 터보 과급기 베어링의 유압 예비 하중을 가변적으로, 그리고 선택적으로 제어하기 위해, 터보 과급기 베어링 조립체에 가해진 오일 압력이 메인 엔진 오일 공급부로부터 제어되고 개별적으로 조절되는, 내연 엔진을 터보 과급하기 위한 방법과 장치를 제공하는 효과를 갖는다.
도 1a는, 본 발명의 제 1 선택된 예시적인 실시예에 따른 터보 과급기 동작 시스템의 개략도.
도 1b는, 본 발명의 제 2 예시적인 실시예에 따른 터보 과급기 동작 시스템의 개략도.
도 1c는, 본 발명의 제 3 예시적인 실시예에 따른 터보 과급기의 개략도.
도 2a는, 터보 과급기 조립체의 내부 부분의 단면도.
도 2b는, 도 2a의 터보 과급기 조립체의 내부 부분의 구성요소를 도시한 분해도.
도 2a는, 도 2a의 터보 과급기 조립체의 내부 부분의 구성요소를 도시한 분해 횡단면도.
도 3a는, 도 2a 내지 도 2c의 터보 과급기 조립체 구성요소의 단부를 도시한 평면도.
도 3a는, 도 2a 내지 도 2c의 터보 과급기 조립체 구성요소를 부분적으로 단면으로 도시한 사시도.
도 4는, 터보 과급기 조립체의 코어 부분의 제 1 원통형 슬리브의 단면도.
도 5는, 내연 엔진 상의 터보 과급기 장치를 동작하는 방법 단계를 도시한 흐름도.
도 6은, 그 위에 장착된 종래의 터보 과급기를 갖는 종래 기술의 엔진의 측면도.
도 7은, 도 6의 종래의 터보 과급기의 단면도.
첨부 도면에 의해 지지되고 도시된, 본 발명의 예시적인 예로서 본 발명의 선택된 예시적인 실시예에 대한 설명이 아래에 제공될 것이다. 본 발명을 명확하게 하기 위해 필요한 것으로 간주된 구조만이 본 명세서에 설명된다는 것이 이해되어야 한다. 다른 종래의 구조, 및 시스템의 예비 및 보조 구성요소의 구조는 알려져 있고 당업자에 의해 이해될 것이다.
이제, 도 1a를 참조하면, 본 발명의 제 1 선택된 예시적인 실시예에 따른 터보 과급기 시스템은 일반적으로 20으로 도시된다. 터보 과급기 시스템(20)은 내연 엔진(100)을 이용하기 위해 제공되며, 이러한 내연 엔진(100)은 도면에서 직사각형 박스로서 개략적으로 표시된다. 내연 엔진(100)은 디젤 엔진, 가솔린 엔진 또는 하이브리드 연료 엔진일 수 있다. 엔진(100)은 자동차, 운송 트럭, 또는 선박 수송 수단과 함께 사용될 수 있다.
내연 엔진(100)은 복수의 센서를 구비하는데, 이러한 복수의 센서는 엔진 속도 센서(rpm 센서)(102)와, 냉각제 온도 센서(104)와, 터보 과급기 회전 속도 센서(105)와, 흡기 매니폴드 압력 센서(106)를 포함할 수 있다.
터보 과급기 시스템(20)은 전자 제어 유닛(22)과, 제 1 압력 레벨에서 연마 오일을 제공하도록 동작 가능한 제 1 오일 공급 회로(P1)와, 제 2 압력 레벨에서 오일을 제공하도록 동작 가능한 제 2 오일 공급 회로(P2)를 포함한다. 제 2 압력 레벨은, 임의의 주어진 동작 파라미터의 세트에서 제 1 압력 레벨과 동일하거나 상이할 수 있도록 제어된다.
도 1a에 도시된 터보 과급기 시스템(20)의 도시된 실시예에서, 제 1 오일 회로(P1)는 엔진(100)을 위한 제 1 오일 회로이다. 하지만, 제 1 오일 회로(P1)는 엔진의 메인 오일 펌프에 의해 엔진에 제공된 압력으로부터 개별적으로 제어될 수 있다.
제 1 및 제 2 오일 회로(P1, P2) 각각의 동작은 전자 제어 유닛(22)에 의해 제어된다. 2개의 오일 압력 센서(24, 26)는 제 1 및 제 2 오일 회로(P1, P2) 각각에서 각 오일 압력을 측정하기 위해 오일 회로 각각에서 센서 중 각 하나를 또한 구비한다. 엔진 동작 동안, 압력 센서(24, 26)로부터의 데이터는 전자 제어 유닛(22)으로 송신되고, 이에 의해 계속해서 모니터링된다.
터보 과급기 시스템(20)은 또한 본 명세서에 추가로 논의되는 바와 같이 터보 과급기 장치(25)를 포함한다. 터보 과급기 장치(25)의 터보 과급기 코어 부분(30)은 도 1 내지 도 3에 도시되어 있고, 터보 과급기 장치가 예시를 위해 도면으로부터 생략된 많은 추가 구성요소를 포함한다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. 외부 하우징과 공기 흐름 채널(미도시)을 포함하는, 코어 부분(30)의 외부에 있는 터보 과급기 장치(25)의 부분은 일반적으로 종래의 구성을 갖는다.
이제, 도 1a와 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 터보 과급기 코어 부분(30)은 그 안에 형성된 중공 중심 구멍(34)을 갖는 중앙 하우징(32)과, 중앙 하우징(32)의 중심 구멍을 통해 연장하는 샤프트(36)를 포함하는 터빈 부재(35)를 포함한다. 터빈 부재(35)는 또한 샤프트(36)의 제 1 단부에 부착된 흡기 터빈(압축기)(38)과, 샤프트의 제 2 단부에 부착된 배기 터빈(40)을 또한 포함한다.
당업자에게 이해되는 바와 같이, 엔진 동작 동안, 엔진(100)으로부터의 배기 가스는 회전을 야기하는 방식으로 배기 터빈(40)을 지나 순환된다. 배기 터빈(40)이 샤프트(36)를 통해 흡기 터빈(38)에 일체형으로 부착되기 때문에, 터빈 부재(35)는 일체형 유닛으로서 함께 회전한다. 흡기 터빈(38)은 연소를 위해 인입 공기를 압축하도록 배치되고, 이러한 압축된 흡기 공기는 흡기 매니폴드로 라우팅되고, 엔진 내부의 연료와 조합되어, 압축된 공기/연료 혼합물을 제공하며, 이것은 그런 후에 자연적인 흡출된(aspirated) 엔진에 비해, 증가된 전력을 제공하도록 버닝된다.
또한, 도 2a와 도 3b를 참조하면, 중심 구멍(34) 외에도, 중앙 하우징(32)이 또한 그 안에 형성된 제 1, 제 2, 및 제 3 오일 루팅 채널(42, 44, 및 46)을 갖는다는 것을 알 것이다. 제 1 및 제 2 오일 루팅 채널(42, 44)은 서로 이격되고, 제 2 오일 회로(P2)와 유체가 통하는 상태에 있고, 중앙에 위치된 제 3 오일 루팅 채널(46)은 제 1 오일 회로(P1)에 의해 공급된다.
터보 과급기 코어 부분(30)은 또한 중앙 하우징(32) 내부에 맞는 제 1 원통형 슬리브(50)(도 2b와 도 4)를 포함한다. 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제 1 원통형 슬리브는 그 안에 형성된 제 1 시트(52)를 갖는 제 1 단부(51)와, 그 안에 형성된 제 2 시트(54)를 갖는 제 2 단부(53)와, 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 배치된 중앙 부분(55)을 갖는다. 중앙 부분(55)은 도시된 바와 같이, 측벽을 통해 형성된 메인 출구 애퍼처(main outlet aperture)(56)를 갖는다.
터보 과급기 코어 부분(30)은 또한 제 1 및 제 2 시트(52, 54)에 각각 맞는 제 1 및 제 2 디스크 부재(60, 62)를 포함한다. 도 2a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제 1 디스크 부재(60)는 중앙 하우징의 제 1 오일 루팅 채널(42)과 통하는 그를 통해 형성된 제 1 유체 공급 통로(64)를 갖고, 여기서 제 1 유체 공급 통로는 제 2 오일 회로(P2)로부터 오일을 수용하도록 구성되고 배치된다. 유사하게, 제 2 디스크 부재(62)는 중앙 하우징(32)의 제 2 오일 루팅 채널(44)과 통하는 그를 통해 형성된 제 2 유체 공급 통로(66)를 갖고, 제 2 유체 공급 통로는 또한 제 2 오일 회로(P2)로부터 오일을 수용하도록 구성되고 배치된다.
터보 과급기 코어 부분(30)은 또한 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 디스크 부재(60, 62)의 외부에 각각 있는 제 1 및 제 2 시트(52, 54)에 맞는 제 1 및 제 2 베어링 조립체(58, 59)를 포함한다. 제 1 베어링 조립체(58)는 제 1 유체 공급 통로(64)를 통해 제 1 오일 루팅 채널(42)로부터 오일을 수용한다. 유사하게, 제 2 베어링 조립체(59)는 제 2 유체 공급 통로(66)를 통해 제 2 오일 루팅 채널(44)로부터 오일을 수용한다. 제 1 및 제 2 베어링 조립체(58, 59)가 서로 축 방향으로 분리되도록, 도시된 바와 같이 이격된다는 것이 이해될 것이다.
터보 과급기 코어 부분(30)은 또한 제 1 원통형 슬리브(50)의 내부에 동축으로 맞는 제 2 원통형 슬리브(68)를 포함하고, 제 1 및 제 2 디스크 부재(60, 62) 각각은 제 2 원통형 슬리브의 대응하는 각 단부를 수용한다.
선택적으로, 터보 과급기 코어 부분(30)은 또한 스프링(70)을 포함할 수 있고, 이러한 스프링(70)은 제 1 및 제 2 디스크 부재(60, 62) 사이에 제 1 원통형 슬리브(50)의 중앙 부분(55)에 배치되고, 또한 제 2 원통형 슬리브(68)를 둘러싼다. 사용되는 경우, 스프링(70)은 디스크 부재(60, 62) 상에 외부 압력(outward pressure)을 가하는 압축-형 코일 스프링으로서 제공될 수 있다.
엔진 동작 동안, 제 2 오일 회로(P2)는 원하는 수압 예비 하중을 이루기 위해 선택적으로 가변적인 유압 압력을 제 1 및 제 2 베어링 조립체(58, 59)에 가하도록 전자 제어 유닛(22)에 의해 동작 가능하다. 전자 제어 유닛(22)은 엔진(100) 상의 다양한 센서로부터 입력을 수신하고, 이들 센서는 엔진 속도 센서(102)와, 터보 과급기 회전 속도 센서(105)와, 냉각제 온도 센서(104)와, 흡기 매니폴드 압력 센서(106)를 포함한다. 전자 제어 유닛(22)은 제 2 오일 회로(P2)의 동작을 제어하는데 사용된 추가 데이터를 제공하기 위해, 배기 후방 압력 센서(미도시)와 같이 차량에 장착된 다른 센서들로부터 추가 입력을 추가로 수신할 수 있다.
동작 방법
본 발명은 또한 제 1 오일 회로(P1) 및 제 2 오일 회로(P2)를 갖는 내연 엔진(100) 상에 터보 과급기 장치(30)를 동작하는 방법에 관한 것이다. 도 5에 도시된 예시적인 방법은 내연 엔진과 연관된 복수의 센서(24, 26, 102, 104, 105, 106)를 통해 복수의 엔진 동작 파라미터를 감지하는 제 1 단계(단계 102)를 포함한다. 감지된 엔진 동작 파라미터는 엔진 속도, 터보 과급기 회전 속도, 흡기 매니폴드 압력, 엔진 온도, 오일 온도, 및 배기 후방 압력뿐만 아니라, 필요한 경우 다른 원하는 파라미터를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 예시적인 방법은 또한 제 1 압력 레벨에서 제 1 오일 회로(P1)로부터 터보 과급기 장치(25)에 오일을 제공하는 단계와(단계 200), 제 2 엔진 동작 파라미터에 기초하여 전자 제어 유닛(22)을 통해 엔진을 위한 제 2 오일 회로(P2)의 동작을 제어하는 단계(단계 300)를 포함한다.
예시적인 방법은 또한 제 2 오일 회로(P2)의 동작을 통해 원하는 예비 하중을 이루기 위해 가변적인 유압 압력을 제 1 및 제 2 베어링 조립체(58, 59)에 가하는 단계를 포함하고, 제 2 오일 회로(P2)로부터의 오일은 제 1 압력 레벨과 상이한 제 2 압력 레벨로 제공된다(단계 400). 하지만, 메인 오일 회로(P2)로부터의 오일은 제 1 압력 레벨과 동일할 수 있는 제 2 압력 레벨로 제공된다.
제 2 실시예
본 발명의 제 2의 다소 변형된 실시예가 도 1b에 도시된다. 도 1b의 실시예는 일반적으로, 상이하게 특별히 규정된 것을 제외하고, 제 1 실시예와 연계하여 전술한 것과 유사하다. 제 2 실시예에서, 터보 과급기 베어링(58, 59)에 대해 제공된 유압 압력의 레벨은 수동 제어 밸브(27)에 의해 제어되고, 이러한 수동 제어 밸브(27)는 차량의 내부에 배치되고, 차량의 운전자 또는 조작자에 의해 수동으로 동작된다. 수동 제어 밸브(27)는 제 1 및 제 2 오일 회로(P1, P2) 각각을 위한 개별적인 제어부를 포함할 수 있고, 압력 게이지 또는 판독부(readouts)는 각 유압 회로(P1, P2)에서 순시 압력(instantaneoius pressures)을 디스플레이하기 위해 엔진 구획에 제공될 수 있다.
제 3 실시예
본 발명의 제 3의 다소 변형된 실시예가 도 1c에 도시된다. 도 1c의 실시예는 일반적으로, 특별히 상이하게 기재된 것을 제외하고, 제 1 실시예와 연계하여 전술한 것과 유사하다. 제 3 실시예에서, 단일 오일 소스(P1)는 단일 소스로부터 오일을 제 1 및 제 2 오일 공급 회로 각각에 제공하고, 중앙 하우징의 중앙 오일 통로에 제공된 압력은 분기점(29)의 하류에 제공된 컴퓨터-제어된 압력 제어 밸브(28)에 의해 추가로 조절될 수 있다.
본 발명의 이점
본 발명은 유리한데, 이는, 종래의 시스템에 비해서 제 1 및 제 2 베어링 조립체의 예비 하중을 이루는데 적은 오일이 요구되기 때문이다. 개별적인 오일 공급은 제 1 및 제 2 베어링 조립체를 예비 하중을 가하는데 확립될 수 있다. 베어링의 예비 하중의 양호한 제어가 달성되는데, 이는 베어링 조립체에 가해진 압력이 개별적으로 그리고 선택적으로 제어되기 때문이다. 또한, 베어링 조립체의 예비 하중은 낮은 엔진 속도에서 원하는 경우 감소될 수 있다. 추가로, 베어링 조립체의 예비 하중은 터보 과급기의 속도의 상이한 상한계, 예를 들어, 트럭에 대해 80,000 내지 90,000, 및 자동차에 대해 150,000 내지 160,999 rpm을 갖는 상이한 유형의 차량에 대해 조정될 수 있다.
본 발명이 다수의 특정한 예시적인 실시예에 대해 본 명세서에 설명되었지만, 이전 설명은 본 발명을 한정하기 보다는 예시적인 것으로 의도된다. 예시적인 실시예의 많은 변형이 동작 가능한 것으로 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. 청구항의 범주 내에 있는 모든 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범주 내에 있도록 의도된다.

Claims (21)

  1. 터보 과급기 시스템(turbocharger system)에 있어서,
    전자 제어 유닛과;
    제 1 압력 레벨에서 오일을 제공하도록 동작 가능한 제 1 오일 회로와;
    상기 제 1 압력 레벨과 상이한 제 2 압력 레벨에서 오일을 제공하도록 동작 가능한 제 2 오일 회로로서, 상기 제 2 오일 회로의 동작은 상기 전자 제어 유닛에 의해 제어되는, 제 2 오일 회로와;
    터보 과급기 장치(turbocharger apparatus)를
    포함하고,
    상기 터보 과급기 장치는,
    그 안에 형성된 중공 중심 구멍과, 그 안에 형성된 제 1, 제 2, 및 제 3 오일 루팅 채널(oil routing channel)을 갖는 중앙 하우징으로서, 상기 제 1 및 제 2 오일 루팅 채널은 상기 제 2 오일 회로와 유체가 통하는 상태(in fluid communication)에 있는, 중앙 하우징과;
    상기 중앙 하우징 내부에 맞는 제 1 원통형 슬리브로서, 상기 제 1 원통형 슬리브는 그 안에 형성된 제 1 시트를 갖는 제 1 단부와, 그 안에 형성된 제 2 시트를 갖는 제 2 단부와, 상기 제 1 단부와 제 2 단부 사이에 배치된 중앙 부분을 갖는, 제 1 원통형 슬리브와;
    상기 제 1 시트에 맞는 제 1 디스크 부재로서, 상기 제 1 디스크 부재는 상기 중앙 하우징의 상기 제 1 오일 루팅 채널과 통하는 그를 통해 형성된 제 1 유체 공급 통로를 갖고, 상기 제 1 유체 통로는 상기 제 2 오일 회로로부터 오일을 수용하도록 구성되고 배치되는, 제 1 디스크 부재와;
    상기 제 1 디스크 부재에 인접한 제 1 시트에 맞는 제 1 베어링 조립체로서, 상기 제 1 베어링 조립체는 상기 제 1 유체 공급 통로로부터 오일을 수용하는, 제 1 베어링 조립체와;
    상기 제 2 시트에 맞는 제 2 디스크 부재로서, 상기 제 2 디스크 부재는 상기 중앙 하우징의 상기 제 2 오일 루팅 채널과 통하는 그를 통해 형성된 제 2 유체 공급 통로를 갖고, 상기 제 2 유체 공급 통로는 상기 제 2 오일 회로로부터 오일을 수용하도록 구성되고 배치되는, 제 2 디스크 부재와;
    상기 제 2 디스크 부재에 인접한 제 2 시트에 맞는 제 2 베어링 조립체로서, 상기 제 2 베어링 조립체는 제 2 유체 공급 통로로부터 오일을 수용하는, 제 2 베어링 조립체와;
    상기 제 1 원통형 슬리브의 내부에 동축으로 맞는 제 2 원통형 슬리브로서, 상기 제 1 및 제 2 디스크 부재는 그 안의 제 2 원통형 슬리브의 각 단부를 수용하는, 제 2 원통형 슬리브와;
    상기 중앙 하우징의 중심 구멍을 통해 그리고 상기 제 2 원통형 슬리브를 통해 연장하는 샤프트 부분과, 상기 샤프트 부분의 제 1 단부에 부착된 흡기 터빈과, 상기 샤프트 부분의 제 2 단부에 부착된 배기 터빈을 포함하는 터빈 부재를
    포함하고,
    상기 제 2 오일 회로는 선택적으로 가변적인 유압식 예비 하중(preload)을 상기 제 1 및 제 2 베어링 조립체에 가하기 위해 상기 전자 제어 유닛에 의해 동작 가능한, 터보 과급기 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 엔진 속도 센서와, 냉각제 온도 센서와, 흡기 매니폴드 압력 센서를 더 포함하고, 각각은 엔진 상에 동작 가능하게 장착되고, 상기 전자 제어 유닛은 상기 엔진 속도 센서, 상기냉각제 온도 센서, 및 상기 흡기 매니폴드 압력 센서로부터 수신된 입력에 기초하여 원하는 오일 압력을 이루기 위해 상기 제 2 오일 회로의 동작을 제어하는, 터보 과급기 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 상기 제 2 오일 회로를 제어하도록 동작하여, 감소된 예비 하중은 낮은 엔진 속도에서 상기 베어링 조립체에 가해지고, 증가된 예비 하중은 높은 엔진 속도에서 상기 베어링 조립체에 가해지는, 터보 과급기 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 오일 회로는 상기 제 1 오일 회로로부터 개별적으로 제어되는, 터보 과급기 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 디스크 부재와 제 2 디스크 부재 사이에 상기 제 1 원통형 슬리브의 중앙 부분에 배치되고 상기 제 2 원통형 슬리브를 둘러싸는 스프링을 더 포함하는, 터보 과급기 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 오일 회로는 엔진의 오일 팬과 상이한 소스로부터 오일을 수용하는, 터보 과급기 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 오일 루팅 채널과 동작 가능하게 연관된 오일 압력 센서를 더 포함하고; 상기 제어 유닛은 상기 오일 압력 센서로부터 입력을 수신하도록 구성되며, 상기 오일 압력 센서로부터 수신된 입력에 부분적으로 기초하여 원하는 예비 하중을 이루기 위해 상기 제 1 및 제 2 베어링 조립체에 인가된 오일 압력을 조절하기 위해 상기 제 2 오일 회로의 동작을 추가로 제어하는, 터보 과급기 시스템.
  8. 내연 엔진용 터보 과급기 시스템에 있어서,
    상기 엔진에 동작 가능하게 연결된 터보 과급기 장치로서,
    상기 터보 과급기 장치는,
    그를 통해 형성된 중공 중심 구멍과, 그 안에 형성된 제 1, 제 2, 및 제 3 오일 루팅 채널을 갖는 연장된 중앙 하우징과,
    상기 연장된 중앙 하우징의 중심 구멍을 통해 연장하는 샤프트 부분을 포함하는 터빈 부재로서, 상기 터빈 부재는 상기 샤프트 부분의 제 1 단부에 부착된 흡기 터빈과, 상기 샤프트 부분의 제 2 단부에 부착된 배기 터빈을 갖는, 터빈 부재와,
    제 1 베어링 조립체 및 제 2 베어링 조립체로서, 각각은 상기 터빈 부재를 동작 가능하게 지지하고, 상기 제 1 및 제 2 베어링 조립체는 서로 축방향으로 분리되고, 상기 제 1 베어링 조립체는 상기 제 1 오일 루팅 채널에 연결되고, 상기 제 2 베어링 조립체는 상기 제 2 오일 루팅 채널에 연결되는, 제 1 베어링 조립체 및 제 2 베어링 조립체를
    포함하는, 터보 과급기 장치와;
    전자 제어 유닛과;
    상기 제 3 오일 루팅 채널에 연결되고, 제 1 압력 레벨에서 오일을 터보 과급기 장치에 제공하도록 동작 가능한 제 1 오일 회로와;
    상기 제 1 및 제 3 오일 루팅 채널 각각에 연결되고, 제 1 압력 레벨과 동일하거나 상이한 것 중 하나인 제 2 압력 레벨에서 오일을 제공하도록 동작 가능한, 제 2 오일 회로와;
    상기 엔진 상에 장착된 복수의 동작 센서를
    포함하고,
    동작 동안, 상기 전자 제어 유닛은 상기 제 1 및 제 2 베어링 조립체의 원하는 예비 하중을 이루기 위해 엔진 상에 장착된 복수의 동작 센서로부터 수신된 입력에 부분적으로 기초하여 제 2 오일 회로의 동작을 제어하도록 동작 가능한, 내연 엔진용 터보 과급기 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 복수의 센서는 엔진 속도 센서와, 냉각제 온도 센서와, 흡기 매니폴드 압력 센서를 포함하는, 내연 엔진용 터보 과급기 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 제 2 오일 회로를 제어하도록 동작 가능하여, 감소된 예비 하중은 낮은 엔진 속도에서 베어링 조립체에 가해지고, 감소된 예비 하중은 높은 엔진 속도에서 베어링 조립체에 가해지는, 내연 엔진용 터보 과급기 시스템.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 제 2 오일 회로는 상기 제 1 오일 회로로부터 분리되는, 내연 엔진용 터보 과급기 시스템.
  12. 제 8항에 있어서, 상기 제 1 오일 회로와 상기 제 2 오일 회로 각각은 엔진의 오일 팬에 저장된 오일을 수용하는, 내연 엔진용 터보 과급기 시스템.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 제 3 오일 루팅 채널은 상기 제 1 오일 루팅 채널과 제 2 오일 루팅 채널 사이에 배치되는, 내연 엔진용 터보 과급기 시스템.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 오일 루팅 채널과 동작 가능하게 연관된 오일 압력 센서를 더 포함하고, 상기 제어 유닛은 상기 오일 압력 센서로부터 입력을 수신하도록 구성되며, 상기 오일 압력 센서로부터 수신된 입력에 부분적으로 기초하여 원하는 예비 하중을 이루기 위해 상기 제 1 및 제 2 베어링 조립체에 가해진 오일 압력을 조절하기 위해 제 2 오일 회로의 동작을 추가로 제어하는, 내연 엔진용 터보 과급기 시스템.
  15. 제 1 오일 회로와 제 2 오일 회로를 갖는 내연 엔진 상에 터보 과급기 장치를 동작하는 방법으로서,
    상기 터보 과급기 장치는 한 쌍의 축방향으로 분리된 베어링 조립체를 갖는, 터보 과급기 장치를 동작하는 방법에 있어서,
    a) 상기 내연 엔진과 연관된 복수의 센서를 통해 복수의 엔진 동작 파라미터를 감지하는 단계와;
    b) 제 1 압력 레벨에서 상기 제 1 오일 회로로부터 터보 과급기 장치에 오일을 제공하는 단계와;
    c) 감지된 엔진 동작 파라미터에 기초하여, 전자 제어 회로를 통해 상기 엔진을 위한 제 2 오일 회로의 동작을 제어하는 단계와;
    d) 상기 제 2 오일 회로의 동작을 통해 상기 한 쌍의 베어링 조립체에 가변적인 유압 예비 하중을 가하는 단계로서, 상기 제 2 오일 회로로부터의 오일은 상기 제 1 압력 레벨과 동일하거나 상이한 것 중 하나인 제 2 압력 레벨에 제공되는, 단계를
    포함하는, 터보 과급기 장치를 동작하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 감지된 엔진 동작 파라미터는 엔진 속도, 흡기 매니폴드 압력, 엔진 온도, 및 배기 후방 압력을 포함하는, 터보 과급기 장치를 동작하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 제 2 오일 회로를 제어하도록 동작 가능하여, 감소된 예비 하중은 낮은 엔진 속도에서 베어링 조립체에 가해지고, 증가된 예비 하중은 높은 엔진 속도에서 베어링 조립체에 가해지는, 터보 과급기 장치를 동작하는 방법.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 제 2 오일 회로는 제 1 오일 회로로부터 분리되는, 터보 과급기 장치를 동작하는 방법.
  19. 제 15항에 있어서, 상기 제 1 오일 회로와 상기 제 2 오일 회로는 각각 엔진의 오일 팬에 저장된 오일을 수용하는, 터보 과급기 장치를 동작하는 방법.
  20. 제 15항에 있어서, 상기 제 2 오일 회로는 엔진의 오일 팬과 상이한 소스로부터 오일을 수용하는, 터보 과급기 장치를 동작하는 방법.
  21. 제 15항에 있어서, 상기 제어 유닛은 상기 제 1 및 제 2 오일 루팅 채널에 동작 가능하게 연관된 오일 압력 센서로부터 입력을 수신하고, 오일 압력 센서로부터 수신된 입력에 부분적으로 기초하여 원하는 예비 하중을 이루기 위해 상기 제 1 및 제 2 베어링 조립체에 가해진 오일 압력을 조절하기 위해 상기 제 2 오일 회로의 동작을 추가로 제어하는, 터보 과급기 장치를 동작하는 방법.
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