KR20180054940A

KR20180054940A - 엔진의 가변 부스팅 장치

Info

Publication number: KR20180054940A
Application number: KR1020160150948A
Authority: KR
Inventors: 김중호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2018-05-25

Abstract

본 발명은, 외부로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 에어컴프레서와; 상기 에어컴프레서로부터 제공된 압축공기를 저장하는 제1에어탱크와; 상기 제1에어탱크의 압축공기를 엔진 배기관의 터보차져 터빈 상류로 제공할 수 있도록 설치된 공압공급관과; 상기 공압공급관의 개도를 조절하는 유량조절밸브를 포함하여 구성된다.

Description

엔진의 가변 부스팅 장치{VARIABLE BOOSTING DEVICE FOR ENGINE}

본 발명은 엔진의 가변 부스팅 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보차져가 장착된 엔진의 과급압을 가변시키는 장치에 관한 기술이다.

터보차져는 엔진 배기가스의 에너지를 이용하여 흡기를 가압하여 엔진 연소실로 공급하도록 함으로써, 엔진의 충진효율 향상으로 엔진의 출력을 향상시키고 연비를 개선할 수 있도록 한다.

한편, 엔진에는 보다 원활한 흡배기 성능 및 애킨슨 사이클 또는 밀러사이클 등을 구현하기 위해 가변밸브장치를 사용한다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-1997-0027705 A

본 발명은 엔진의 터보차져에서 부스팅되는 과급압을 보다 증대시킬 수 있도록 함과 아울러, 가변밸브장치와 함께 연동하여 과급압의 조절이 가능하도록 할 수 있도록 함에 의해, 보다 향상된 엔진의 충진효율 확보로 엔진의 출력을 극대화할 수 있도록 한 엔진의 가변 부스팅 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 가변 부스팅 장치는,

외부로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 에어컴프레서와;

상기 에어컴프레서로부터 제공된 압축공기를 저장하는 제1에어탱크와;

상기 제1에어탱크의 압축공기를 엔진 배기관의 터보차져 터빈 상류로 제공할 수 있도록 설치된 공압공급관과;

상기 공압공급관의 개도를 조절하는 유량조절밸브;

상기 유량조절밸브를 제어하도록 구성된 컨트롤러;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유량조절밸브를 통하여 상기 터보차져 상류로 제공되는 공기의 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 더 구비될 수 있다.

상기 엔진에는 가변밸브기구가 구비되고;

상기 컨트롤러는 가변밸브기구의 작동상태에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하도록 구성할 수 있다.

상기 에어컴프레서에서 압축된 공기 중 일부는 압축공기압을 필요로 하는 샤시부품에 압축공기압을 제공하는 제2에어탱크에 저장되도록 구성될 수 있다.

상기 제1에어탱크와 제2에어탱크는 각각 상기 에어컴프레서에 병렬적으로 연결되도록 구성할 수 있다.

본 발명은 엔진의 터보차져에서 부스팅되는 과급압을 보다 증대시킬 수 있도록 함과 아울러, 가변밸브장치와 함께 연동하여 과급압의 조절이 가능하도록 할 수 있도록 함에 의해, 보다 향상된 엔진의 충진효율 확보로 엔진의 출력을 극대화할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 가변 부스팅 장치를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명 엔진의 가변 부스팅 장치의 제어예를 도시한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 엔진의 가변 부스팅 장치의 실시예는, 외부로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 에어컴프레서(1)와; 상기 에어컴프레서(1)로부터 제공된 압축공기를 저장하는 제1에어탱크(3)와; 상기 제1에어탱크(3)의 압축공기를 엔진(5) 배기관의 터보차져(7) 터빈(9) 상류로 제공할 수 있도록 설치된 공압공급관(11)과; 상기 공압공급관(11)의 개도를 조절하는 유량조절밸브(13)와; 상기 유량조절밸브(13)를 제어하도록 구성된 컨트롤러(15)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 실시예는 기존에 엔진의 흡입 공기를 가압하도록 구비된 터보차져(7)가 배기가스에만 의존하여 동작되는 수동적인 상황을 넘어서, 능동적으로 터보차져(7)를 구동할 수 있도록, 상기 에어컴프레서(1)에서 제공되는 압축공기로 터보차져(7)의 작동을 제어할 수 있도록 함으로써, 배기가스의 에너지가 불충분하여 종래 통상적인 터보차져(7)만으로는 부족한 과급상태를 방지하여, 엔진의 출력성능을 극대화할 수 있도록 한 것이다.

예컨대, 엔진의 저/중속 상황에서 운전자의 갑작스러운 가속요구가 발생하는 경우, 종래 통상의 터보차져(7)는 터보랙이 필연적이어서, 가속응답성이 떨어지지만, 본 발명의 경우 이러한 상황에서는 상기 컨트롤러(15)가 유량조절밸브(13)를 개방하여 터보차져(7)의 터빈(9) 회전수를 급격히 상승시킬 수 있으므로, 터보랙이 제거되어 신속한 가속응답성을 얻을 수 있다.

즉, 상기 컨트롤러(15)는 엔진의 과급압 상승이 요구되는 상황에서 상기 유량조절밸브(13)를 개방하여 터보차져(7)로 하여금 필요한 과급압의 상승을 도모할 수 있도록 하는 것이다.

물론, 상기 제1에어탱크(3)로부터의 공기로 터빈(9)을 구동하는 것이 아니라 직접 흡기매니폴드로 압축공기를 공급하도록 할 수도 있겠지만, 이러한 구성은 터보차져(7)의 임펠러(17)에서 공급되는 공기와 상기 압축공기의 간섭으로 예기치 못한 문제점들이 발생하게 되는데, 본 발명은 압축되어 있는 공압을 이용하되, 궁극적으로는 터보차져(7)의 작동을 제어하여 최종적으로는 터보차져(7)로부터 제공되는 과급압만이 엔진 연소실로 작용하게 되어, 상기와 같은 예기치 못한 문제점의 발생이 방지되고 안정된 제어 성능을 확보할 수 있게 된다.

본 실시예는 상기 유량조절밸브(13)를 통하여 상기 터보차져(7) 상류로 제공되는 공기의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(19)가 더 구비된 구성이다.

즉, 상기 공압공급관(11)이 연결되는 곳은 결국 배기관이므로, 상기 체크밸브(19)가 없는 상황에서 상기 공압공급관(11)의 압력이 떨어지게 되면, 배기관의 배기가스가 상기 공압공급관(11)으로 역류하게 되어 상기 유량조절밸브(13) 등이 오염될 수 있으므로 이를 방지하기 위해, 상기 체크밸브(19)를 구비한 것이다.

상기 엔진에는 가변밸브기구(21)가 구비되고, 상기 컨트롤러(15)는 상기 가변밸브기구(21)의 작동상태에 따라 상기 유량조절밸브(13)를 제어하도록 구성된다.

상기 가변밸브기구(21)는 엔진의 운전상황에 따라 흡기밸브 및 배기밸브의 개폐 타이밍 및 리프트를 조절하여 엔진의 충진효율을 향상시킬 수 있도록 하는 바, 상기 가변밸브기구(21)의 작동상태에 따라서 상기 공압공급관(11)을 통해 제공된 공압에 의해 상기 터보차져(7)의 과급압이 더욱 부스팅되면, 엔진의 충진효율 향상을 극대화 할 수 있게 되는 것이다.

즉, 예컨대, 엔진의 운전조건이 앳킨슨 사이클 또는 밀러사이클로 구동해도 좋은 상황이 되어, 상기 가변밸브기구(21)가 이러한 엔진운전상태를 구현하도록 작동되는 동안에는 도 2에 예시한 바와 같이, 상기 컨트롤러(15)가 상기 유량조절밸브(13)의 개도를 크게 하여, 엔진 배기가스의 에너지와는 독립적으로 터보차져(7)를 더욱 빠른 속도로 구동하여 과급압을 향상시킴으로써, 엔진의 펌핑로스 저감에도 불구하고 높은 엔진 충진효율 달성으로 엔진의 연비를 향상시키면서 출력의 증대를 꾀하는 것이다.

상기 엔진은 예컨대, 스로틀밸브가 없는 디젤엔진이고, 상기 에어컴프레서(1)는 상기 터보차져(7)의 임펠러(17) 상류로부터 공기를 흡입하여 압축하도록 설치되며, 상기 에어컴프레서(1)에서 압축된 공기 중 일부는 브레이크 등과 같이 압축공기압을 필요로 하는 샤시부품들에 압축공기압을 제공하는 제2에어탱크(23)에 저장되도록 구성될 수 있다.

물론, 상기 제1에어탱크(3)와 제2에어탱크(23) 이외에 추가의 에어탱크가 더 구비될 수 있을 것이다.

여기서, 상기 제1에어탱크(3)와 제2에어탱크(23)는 각각 상기 에어컴프레서(1)에 병렬적으로 연결되고, 상기 터보차져(7)의 임펠러(17) 하류에는 인터쿨러가 설치된다.

엔진에 스로틀밸브가 구비되지 않았기 때문에, 브레이크장치에 사용할 부압형성이 곤란하므로, 브레이크장치의 구동에 사용할 공기압을 형성하기 위해 상기 에어컴프레서(1)를 구비할 수 있다. 즉, 본 발명의 에어컴프레서(1)는 상기와 같이 디젤엔진이 구비된 차량에서는 브레이크장치에 공압을 제공하기 위해 기존에 구비되어야 할 에어컴프레서(1)를 공용으로 사용하고, 상기 제1에어탱크(3)와 공압공급관(11) 및 유량조절밸브(13) 등 만을 추가하여, 상기 터보차져(7)의 부스팅 능력을 능동적으로 가변할 수 있도록 구성하여 상기와 같은 기술적 효과를 달성하도록 할 수 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 에어컴프레서
3; 제1에어탱크
5; 엔진
7; 터보차져
9; 터빈
11; 공압공급관
13; 유량조절밸브
15; 컨트롤러
17; 임펠러
19; 체크밸브
21; 가변밸브기구
23; 제2에어탱크

Claims

외부로부터 회전력을 전달받아 공기를 압축하는 에어컴프레서와;
상기 에어컴프레서로부터 제공된 압축공기를 저장하는 제1에어탱크와;
상기 제1에어탱크의 압축공기를 엔진 배기관의 터보차져 터빈 상류로 제공할 수 있도록 설치된 공압공급관과;
상기 공압공급관의 개도를 조절하는 유량조절밸브;
상기 유량조절밸브를 제어하도록 구성된 컨트롤러;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 부스팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유량조절밸브를 통하여 상기 터보차져 상류로 제공되는 공기의 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 더 구비된 것
을 특징으로 하는 엔진의 가변 부스팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진에는 가변밸브기구가 구비되고;
상기 컨트롤러는 가변밸브기구의 작동상태에 따라 상기 유량조절밸브를 제어하는 것
을 특징으로 하는 엔진의 가변 부스팅 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 에어컴프레서에서 압축된 공기 중 일부는 압축공기압을 필요로 하는 샤시부품에 압축공기압을 제공하는 제2에어탱크에 저장되도록 구성된 것
을 특징으로 하는 엔진의 가변 부스팅 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1에어탱크와 제2에어탱크는 각각 상기 에어컴프레서에 병렬적으로 연결된 것
을 특징으로 하는 엔진의 가변 부스팅 장치.