KR20200006729A - 가변형 슈퍼차저 - Google Patents

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KR20200006729A
KR20200006729A KR1020180080453A KR20180080453A KR20200006729A KR 20200006729 A KR20200006729 A KR 20200006729A KR 1020180080453 A KR1020180080453 A KR 1020180080453A KR 20180080453 A KR20180080453 A KR 20180080453A KR 20200006729 A KR20200006729 A KR 20200006729A
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공진국
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 가변형 슈퍼차저가 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저는 엔진으로부터 동력을 전달받는 제 1 풀리; 상기 제 1 풀리에 연결되어 있는 유성기어세트; 상기 유성기어세트에 연결되어 있는 기어부; 상기 엔진으로부터 동력을 전달받아 기어부에 동력을 전달하는 제 2 풀리 및 상기 기어부에 동력을 전달하는 모터를 포함하여 구성된다.

Description

가변형 슈퍼차저 {VARIABLE TYPE SUPERCHARGER}
본 발명은 엔진과 모터에 의해 컴프레서를 작동시키는 가변형 슈퍼차저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 속도에 따라 컴프레서를 작동시켜 성능과 효율을 향상시킬 수 있는 가변형 슈퍼차저에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차는 외부의 공기를 유입한 다음 그 유입된 공기와 연료를 적절한 비율로 혼합하여 엔진에서 연소시키게 된다.
엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있게 되며, 엔진의 연소 효율을 높이기 위한 연소용 공기를 과급시켜주는 장치로서 터보차저(Turbo Charger)가 사용되고 있다.
이와 함께 발진 초기의 응답성이 우수한 슈퍼차저(Supercharger)가 있는데, 슈퍼차저는 과급기라고도 하며 내연기관의 출력을 증가시키기 위해 에어클리너와 기화기 사이에 설치하여 흡입되는 공기를 실린더로 많은 양을 공급한다. 대부분의 내연기관에서는 실린더에서 연소될 수 있는 연료의 양은 흡입되는 공기의 양에 의해 결정된다. 보다 많은 혼합공기가 실린더 안으로 과급되면 동일한 속도에서 30-50%정도 더 많은 동력을 발생시킬 수 있다.
도 1은 종래의 슈퍼차저의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 엔진(111)과 풀리(121)가 벨트(123)에 의해 연결되어 있고, 풀리(121)는 선기어(131), 캐리어(132) 및 링기어(133)로 구성되어 있는 유성기어세트에 연결되어 있다.
상기 풀리(121)는 유성기어세트의 링기어(133)에 연결되어 있고, 컴프레서(141)는 유성기어세트의 선기어(131)에 연결되어 있으며, 유성기어세트의 캐리어(132)에는 모터(151)가 연결되어 있다.
이러한 구조에서는 엔진 속도에 따라 모터(151)가 캐리어(132)의 속도를 조절하여 컴프레서(141)의 목표 속도를 얻게 된다.
종래의 슈퍼차저는 유성롤러에 엔진, 모터, 컴프레서를 연결하고 엔진 RPM에 따라 모터 스피드를 조절하여 컴프레서의 속도를 얻게 되어 저속에서는 엔진회전수가 낮아 컴프레서를 모터가 구동하게 되므로 모터의 용량이 커져야 하고 따라서 12v 시스템에서는 적용하기가 어려운 단점이 있다.
한편 모터의 용량을 줄이면 12v 시스템에서는 저속에서 컴프레서의 회전수를 높이는데 한계가 있고, 48v 시스템에서는 모터 용량을 증대시킬 수 있으나 비용 발생이 크다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허출원 제 10-2015-0076847 호
본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 저중속에서는 모터 대신 엔진에 의한 부스팅(Boosting)을 발생시키도록 하고, 엔진회전수가 증가함에 따라 중고속에서는 모터의 구동력을 증대시켜 부스팅을 발생시키도록 하여 성능을 향상시키고 모터의 용량을 줄일 수 있는 가변형 슈퍼차저를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진으로부터 동력을 전달받는 제 1 풀리; 상기 제 1 풀리에 연결되어 있는 유성기어세트; 상기 유성기어세트에 연결되어 있는 기어부; 상기 엔진으로부터 동력을 전달받아 기어부에 동력을 전달하는 제 2 풀리; 상기 기어부에 동력을 전달하는 모터 및 상기 유성기어세트에 연결되어 동력을 전달받는 컴프레서를 포함할 수 있다.
상기 제 1 풀리는 유성기어세트의 캐리어에 연결될 수 있다.
상기 제 2 풀리와 기어부 사이에는 클러치가 구비될 수 있다.
상기 클러치는 컴프레서의 회전 속도에 따라 온오프될 수 있다.
상기 클러치가 온인 경우에 제 1 풀리는 유성기어세트의 캐리어에 동력을 전달하고, 제 2 풀리는 기어부를 통해 유성기어세트의 링기어에 동력을 전달할 수 있다.
상기 클러치가 오프인 경우에 제 1 풀리는 유성기어세트의 캐리어에 동력을 전달하고, 모터는 기어부를 통해 유성기어세트의 링기어에 동력을 전달할 수 있다.
상기 유성기어세트의 선기어는 컴프레서에 연결될 수 있다.
상기 컴프레서의 공기 유입로의 분기 유로에는 바이패스 밸브가 연결될 수 있다.
상기 바이패스 밸브는 컴프레서 회전 속도가 목표 부스트보다 큰 경우에 개방될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 엔진으로부터 동력을 전달받는 제 1 풀리; 상기 제 1 풀리에 연결되어 있는 유성기어세트; 상기 유성기어세트에 연결되어 있는 기어부; 상기 엔진으로부터 동력을 전달받아 기어부에 동력을 전달하는 제 2 풀리 및 상기 기어부에 동력을 전달하는 모터를 포함하고, 상기 유성기어세트의 선기어는 브레이크에 연결되어 모터에 의해 엔진 시동이 가능할 수 있다.
상기 유성기어세트의 선기어는 컴프레서에 연결될 수 있다.
상기 컴프레서와 브레이크 사이에는 공기 유입로가 연결될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 가변형 슈퍼차저는 저중속에서는 모터 대신 엔진에 연결된 풀리에 의해 부스팅을 발생시키도록 하고, 중고속에서는 모터의 구동력을 증대시켜 부스팅을 발생시키도록 하여 성능을 향상시키고, 이러한 구성에 의해 모터의 용량을 줄일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 슈퍼차저의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 모식도이다.
도 3은 도 2의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 유성기어세트의 속도를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 엔진과 컴프레서의 속도를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 바이패스 밸브의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 모식도이고, 도 3은 도 2의 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 유성기어세트의 속도를 나타내는 모식도이다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면 가변형 슈퍼차저는 엔진(11)으로부터 동력을 전달받는 제 1 풀리(21), 상기 제 1 풀리(21)에 연결되어 있는 유성기어세트(30), 상기 유성기어세트(30)에 연결되어 있는 기어부(52), 상기 엔진(11)으로부터 동력을 전달받아 기어부(52)에 동력을 전달하는 제 2 풀리(22), 상기 기어부(52)에 동력을 전달하는 모터(51) 및 상기 유성기어세트(30)에 연결되어 동력을 전달받는 컴프레서(41)를 포함하여 구성되어 있다.
본 발명에 따르면 상기 제 1 풀리(21)는 유성기어세트(30)의 캐리어(32)에 연결되어 있고, 상기 제 2 풀리(22)와 기어부(52) 사이에는 클러치(53)가 구비되어 있다.
여기서 상기 제 1 풀리(21)와 제 2 풀리(22)는 엔진(11)으로부터 동력을 전달하는 벨트(23)에 의해 연결되어 동력을 전달하게 된다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 클러치(53)는 컴프레서(41)의 회전 속도에 따라 온오프되되, 상기 클러치(53)가 온인 경우에 제 1 풀리(21)는 유성기어세트(30)의 캐리어(32)에 동력을 전달하고, 제 2 풀리(22)는 기어부(52)를 통해 유성기어세트(30)의 링기어(33)에 동력을 전달한다.
이와 달리 상기 클러치(53)가 오프인 경우에 제 1 풀리(21)는 유성기어세트(30)의 캐리어(32)에 동력을 전달하고, 모터(51)는 기어부(52)를 통해 유성기어세트(30)의 링기어(33)에 동력을 전달한다.
즉 상기 클러치(53)가 온인 경우에 링기어(33)과 캐리어(32) 회전방향은 반대 방향이 되고 선기어(31)에 연결되어 있는 컴프레서(41)의 회전속도가 증가하게 된다.
이어서 컴프레서(41) 속도가 최대속도에 도달하면 클러치가 오프되어 모터(51)가 기어부(52)를 통해 유성기어세트(30)의 링기어(33)를 회전시키고, 모터(51)와 링기어(33)가 모터(51)의 회전 방향과 반대 방향으로 링기어(33)를 회전시키게 된다.
한편 ωr은 제 2 풀리(22)의 속도를 나타내고, ωc는 제 1 풀리(21)의 속도를 나타내며, ωs는 컴프레서(41)의 속도를 나타내되, 엔진 RPM이 증가되어 엔진에 의한 기계적 일이 커지고 모터에 의한 전기적 일은 낮아져 모터의 용량을 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 엔진과 컴프레서의 속도를 나타내는 모식도이고, 도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변형 슈퍼차저의 바이패스 밸브의 모식도이다.
도 4를 참조하면 a지점은 엔진에 의해 목표 부스트가 나오는 컴프레서 회전속도이고, b지점은 엔진에 의해 시스템이 허용하는 최대 컴프레서 회전속도이다.
도 5를 참조하면 유성기어세트의 선기어는 컴프레서(41)에 연결되어 있고, 상기 컴프레서(41)의 공기 유입로(61)의 분기 유로(62)에는 바이패스 밸브(63)가 연결되어 있다.
상기 바이패스 밸브(63)는 컴프레서(41) 회전 속도가 목표 부스트보다 큰 경우에 개방된다
클러치의 온오프에 따른 모터와 컴프레서의 작동 매커니즘을 설명하면, 도 4 그래프의 ① 구간에서는 클러치가 온되고 모터는 작동을 안하지만 제 2 풀리의 작동을 보조할 수 있는 것이 바람직하고, 제 2 풀리에 의해 컴프레서를 작동시켜 부스팅을 발생시키게 된다.
다음으로 그래프의 ② 구간에서는 클러치가 온되고 모터는 작동을 안하지만 풀리에 의해 컴프레서를 작동시켜 부스팅을 발생시키는 구간으로 컴프레서 회전속도가 목표 부스트의 회전속도보다 큰 구간으로 이 경우에 바이패스 밸브를 개방하여 부스트를 조절하게 된다.
그래프의 ③ 구간에서는 클러치가 오프되고 모터가 작동하여 유성기어세트의 링기어를 회전시키고, 제 1 풀리에 의한 기계적 일과 모터에 의한 전기적 일로 컴프레서를 회전시키게 된다. 이때 엔진 RPM은 중속 이상으로 제 1 풀리에 의한 일이 커지고 모터에 의한 일은 낮아져 모터가 컴프레서 회전 속도를 조절하는 어시스트 기능을 하게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른가변형 슈퍼차저의 모식도이다.
도 6을 참조하면, 가변형 슈퍼차저는 엔진(11)으로부터 동력을 전달받는 제 1 풀리(21), 상기 제 1 풀리(21)에 연결되어 있는 유성기어세트(30), 상기 유성기어세트(30)에 연결되어 있는 기어부(52), 상기 엔진(11)으로부터 동력을 전달받아 기어부(52)에 동력을 전달하는 제 2 풀리(22) 및 상기 기어부(52)에 동력을 전달하는 모터(51)를 포함하여 구성되어 있고, 상기 유성기어세트(30)의 선기어(31)는 브레이크(42)에 연결되어 모터(51)에 의해 엔진 시동이 가능하다.
상기 유성기어세트(30)의 선기어(31)는 컴프레서(41)에 연결되어 있고, 상기 컴프레서(41)와 브레이크(42) 사이에는 공기 유입로(61)가 연결되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 가변형 슈퍼차저는 저중속에서는 모터 대신 엔진 작동에 의해 부스팅을 발생시키도록 하고, 중고속에서는 모터의 구동력을 증대시켜 부스팅을 발생시키도록 하여 성능을 향상시키고, 이러한 구성에 의해 모터의 용량을 줄일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.
11: 엔진 21: 제 1 풀리
22: 제 2 풀리 23: 벨트
30: 유성기어세트 31: 선기어
32: 캐리어 33: 링기어
41: 컴프레서 51: 모터
52: 기어부 53: 클러치
61: 공기 유입로 62: 분기 유로
63: 바이패스 밸브 111: 엔진
121: 풀리 123: 벨트
131: 선기어 132: 캐리어
133: 링기어 141: 컴프레서
151: 모터

Claims (12)

  1. 엔진으로부터 동력을 전달받는 제 1 풀리;
    상기 제 1 풀리에 연결되어 있는 유성기어세트;
    상기 유성기어세트에 연결되어 있는 기어부;
    상기 엔진으로부터 동력을 전달받아 기어부에 동력을 전달하는 제 2 풀리;
    상기 기어부에 동력을 전달하는 모터; 및
    상기 유성기어세트에 연결되어 동력을 전달받는 컴프레서;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 풀리는 유성기어세트의 캐리어에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 풀리와 기어부 사이에는 클러치가 구비되어 있는 것을특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 클러치는 컴프레서의 회전 속도에 따라 온오프되는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 클러치가 온인 경우에 제 1 풀리는 유성기어세트의 캐리어에 동력을 전달하고, 제 2 풀리는 기어부를 통해 유성기어세트의 링기어에 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 클러치가 오프인 경우에 제 1 풀리는 유성기어세트의 캐리어에 동력을 전달하고, 모터는 기어부를 통해 유성기어세트의 링기어에 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유성기어세트의 선기어는 컴프레서에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컴프레서의 공기 유입로의 분기 유로에는 바이패스 밸브가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 바이패스 밸브는 컴프레서 회전 속도가 목표 부스트보다 큰 경우에 개방되는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  10. 엔진으로부터 동력을 전달받는 제 1 풀리;
    상기 제 1 풀리에 연결되어 있는 유성기어세트;
    상기 유성기어세트에 연결되어 있는 기어부;
    상기 엔진으로부터 동력을 전달받아 기어부에 동력을 전달하는 제 2 풀리; 및
    상기 기어부에 동력을 전달하는 모터;
    를 포함하고, 상기 유성기어세트의 선기어는 브레이크에 연결되어 모터에 의해 엔진 시동이 가능한 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유성기어세트의 선기어는 컴프레서에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 컴프레서와 브레이크 사이에는 공기 유입로가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가변형 슈퍼차저.
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