KR910004384B1 - 가변용량 터보 과급장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

가변용량 터보 과급장치

제 1 도는 본 발명에 따른 가변용량 터보 과급장치의 제 1 실시예의 종단면도.

제 2 도는 제 1 도의 터빈 하우징을 도시하는 확대 단면도.

제 3 도는 제 2 도의 요부를 도시하는 확대도.

제 4 도는 터빈효율의 저하량과 터빈 회전자 격벽의 간극의 관계를 도시한 도면.

제 5 도는 토보 과급장치의 터빈유량 특성도.

제 6 도는 터보 과급장치의 작동 특성도.

제 7 도 및 제 8 도는 각각 상이한 제어방법에 따른 터보 과급장치의 작동 특성도.

제 9 도는 밸브장치의 제 1 변형예를 도시하는 확대 평면도.

제 10 도는 제 9 도의 X-X선상에서 취한 종단면도.

제 11 도는 밸브장치의 제 2 변형예를 도시하는 종단면도.

제 12 도는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 터보 과급장치의 종단면도.

제 13 도는 제 12 도의 밸브장치를 도시하는 확대 횡단면도.

제 14 도는 제 2 실시예의 밸브장치의 제 1 변형예를 도시하는 확대 횡단면도.

제 15 도는 제 14 도의 종단면도.

제 16 도는 제 2 실시예의 밸브장치의 제 2 변형예를 도시하는 부분 확대 횡단면도.

제 17 도는 제 16 도의 종단면도.

제 18 도는 제 2 실시예의 밸브장치의 제 3 변형예를 도시하는 부분 확대 횡단면도.

제 19 도는 본 발명의 제 3 실시예를 도시하는 구동기구를 설치한 터보 과급장치의 전체도.

제 20 도는 본 발명의 제 4 실시예를 도시하는 터빈 하우징의 부분 확대 종단면도.

제 21 도는 제 20 도의 터빈 하우징 제조에 사용되는 코어를 도시하는 도시도.

제 22 내지 24 도는 각기 제 20 도의 선단 부재의 상이한 변형예를 도시하는 평면도.

제 25 도는 제 4 실시예의 변형예를 도시하는 터빈 하우징의 부분 확대 종단면도.

제 26 도는 본 발명의 제 5 실시예를 도시하는 터보 과급장치의 종단면도.

제 27 도는 제 26 도의 터보 과급장치의 작동을 도시하는 순서도.

제 28 도는 제 26 도의 터보 고급장치의 작동 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 터보 과급장치 12 : 배기가스 터빈,

14 : 압축기 16 : 회전자

18 : 터빈 하우징 22 : 배기가스 입구

24 : 밸브 케이싱 26 : 매니폴드

28 : 상류 개구 30a, 30b : 하류개구

32a,32b : 밸브시트 34a,34b : 밸브부재

36a,36b : 요동아암 38a, 38b : 요동아암

40a,40b : 지지축 50a,50b : 작동기

본 발명은, 엔진의 배기가스로 배기가스 터빈을 구동시키고, 상기 터빈에 의해서 상기 엔진의 급기를 가압하는 압축기를 구동시키는 터보 과급장치의 개량에 관한 것이다.

자동차 등 차량용 엔진은 공회전 회전수에서 최고 회전수까지 회전수 영역이 극히 넓게 걸쳐 있고, 이렇게 넓게 변동하는 부하 범위내에서 운전되므로 그 배기가스량도 크게 변동한다. 따라서, 단일한 유량특성을 지니는 배기가스 터빈에서는 엔진으로부터 배출되는 배기가스 에너지를 충분히 회수하여 이용할 수 없다.

그래서, 터빈 하우징내에 격벽을 설치하여 상기 하우징내의 배기가스 통로를 유량특성이 상이한 2개의 배기가스 통로를 구분하고, 상기 분할된 배기가스 통로의 어느 하나를 개방시키도록 변환되는 밸브장치를 설치하며, 엔진의 회전수, 부하 등의 가동조건에 따라 상기 밸브장치를 변환 작동시켜서 배기가스 터빈의 운전효율을 향상시키는 가변용량 터보 과급장치가 제안되었다.

이러한 종래의 가변용량 터보 과급장치는 2개의 터빈 유량특성을 얻을 수 있지만 엔진의 가동 조건에 상응하도록 여러개의 터빈 유량특성을 얻는 것이 바람직하다.

또한, 터보 과급장치의 터빈 하우징은 주조에 의해 제조되기 때문에 별로 높은 정밀도를 기대할 수 없다. 이에 따라서, 상기의 격벽과 터빈 회전자를 접근시키도록 높은 정밀도로 형성하는 것은 곤란하며, 격벽과 터빈 회전자의 간극을 크게 형성하였다. 이런 경우에는, 격벽 선단부로부터 터빈 회전자까지의 배기가스 통로가 급격히 확대되어 손실이 발생되는 결점이 있다.

본 발명의 주목적은 엔진의 이동조건에 상응하게 여러가지 터빈 유량특성을 얻을수 있도록 개량된 가변용량 터보 과급장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 내부에 설치된 격벽에 의해 분할되는 유량특성이 상이한 최소한 2개의 배기가스 통로를 갖는 터빈 하우징과, 엔진의 운전상태에 상응하게 상기 배기가스 통로를 각각 선택적으로 개폐시켜 터빈 유량 특성을 변경시키는 2개의 밸브장치를 지니는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치를 제안하고 있다.

그 구성에 따르면, 엔진의 운전상태에 상응하게 밸브장치를 적당히 개폐 작동시키도록 배기가스 통로의 어느 한쪽 또는 양쪽을 개방시켜, 최소한 3개의 터빈유량 특성을 얻어서 배기가스 터빈을 적절하게 효율을 개량하여 운전시키게 되어있다. 또한, 배기가스 통로의 양쪽을 동시에 폐쇄시키는 것도 가능하며, 이에 따라 배기제동 기능이 발휘되게 된다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 배기가스 통로의 급격한 확대에 따른 손실을 방지하기 위해 터빈 하우징의 격벽선단부를 터빈 회전자에 근접하여 형성할 수 있도록 한, 터보 과급장치용 터빈 하우징의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 내부에 설치된 격벽에 의해 구분되는 유량특성이 상이한 최소한 2개의 배기가스 통로를 지니는 터보 과급장치용 터빈 하우징의 제조방법에 있어서, 상기 격벽에는 별개의 선단 부재를 미리 형성하고, 그 후에 상기 선단 부재를 상기 격벽의 내주부에 고착하는 것을 특징으로 하는 터보 과급장치용 처빈 하우징 제조방법을 제안한다.

상기 방법에 따르면, 선단 부재의 선단과 터빈 회전자의 간극을 최소한으로 할 수 있고, 그사이의 배기가스 통로의 급격한 확대로 인한 손실을 방지 할 수 있다.

또한, 본 발명은 가변용량 터보 과급장치의 제어방법에 있어서, 터빈 하우징내에 설치된 격벽에 의해 구분되는 유량특성이 상이한 최소한 2개의 배기가스 통로와 상기 배기가스 통로를 각기 개폐시키도록 작동되는 2개의 밸브장치를 지니는 가변용량 터보 과급장치의 제어방법에 있어서, 엔진의 운전상태에 상응하게 상기의 밸브장치의 어느 한쪽 또는 양쪽을 개방작동시켜 대,중,소 3개의 상이한 터빈 유량특성을 얻도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 다수의 실시예에 따라 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

하기 설명과 도면에서 동일 또는 유사한 기능을 지니는 구성요소는 동일 부호로 표시한다.

제 1 도 내지 6 도에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에서는, 도면부호 10은 가변용량 터보 과급장치를 총괄적으로 나타내며 12는 그 배기가스 터빈, 14는 배기가스 터빈(12)에 의해 구동되는 압축기이다. 배기가스 터빈(12)는 회전자(16)를 수용하는 터빈 하우징(18)을 구비하며, 상기의 하우징(18)의 내부에는 반경방향의 적벽(20)에 의해 회전자 축선방향으로 구분되는 각각 유량특성을 달리하는 배기가스 통로, 즉 와류실(A,B)이 설치되어 있다. 상기 하우징(18)의 배기가스 입구(22)에는, 후술되는 밸브 케이싱(24)이 연결되고, 또한 밸브 케이싱(24)은 도시되지 않은 엔진의 배기장치, 즉 이 실시예에서는 배기 매니폴드(26)에 연결되어 있다. 배기가스 입구(22)에는, 격벽(20)의 연장부분에 의해 구분되어 각각 배기가스 통로(A,B)에 연결되는 입구(22a,22b)가 설치되어 있다.

밸브 케이싱(24)은 외형이 대체로 상자형이고, 제 1 도에 있어서 상방의 벽면에는 배기 매니폴드(26)과 연통하는 상류 개구(28)가 설치되며, 또한 하방의 벽면에는 입구 (22a,22b)에 각각 접속되는 하류 개구(30a,30b)가 설치되어 있다. 상류 개구(28)와 하류 개구(30a,30b) 사이에는, 이 실시예의 경우, 90도 각도를 이루며 V자형으로 교차되는 두 평면내에 시트면을 지니는 밸브 시트(32a,32b)가 설치되며, 상기 밸브 시트의 밸브 개구는 각각 밸브 부재(34a,34b)에 의해 개폐된다. 밸브 부재(34a,34b)는 각각 그 배면에 돌출축(36a,36b)을 지니며, 동출축(36a,36b)은 각각 반경방향으로 충분한 간극을 가지고 요동아암(38a,38b)의 자유단부에 지지되고, 밸브 부재는 각각 구면 시트에 의해 요동아암에 지지되어 있다. 각각의 요동아암(38a,38b)의 타단은 밸브 케이싱(24)의 비교적 상류축의 측벽상에 힌지된 지지축(40a,40b)에 고착되어 있다. 밸브 케이싱(24)은 밸브 부재((34a,34b)의 설치, 이탈, 정검 등을 위해 제 1 도에서는 좌우방으로 개구를 지니며, 통상시에 상기 개구는 착탈 가능한 개구(42)에 의해 폐쇄되어 있다. 또한, 도면부호 44는 밸브 케이싱(24)내에 설치되고 터빈 하우징 입구(22)의 격벽(20)과 연결되는 격벽이다.

상기 장치에 있어서, 요도아암(38a,38b)을 개재하여 밸브 부재 (34a,34b)를 개폐시키는 지지축(40a,40b)은 각각 도시되지 않은 적당한 작동기, 예를들어 공기압 작동장치에 연결되며, 도시되지 않은 엔진의 회전수, 부하 등의 가동상태에 상응하여 개폐작동된다.

또한, 이 실시예에서는, 제 5 도에 도시되듯이, 터빈 하우징(18)내의 배기가스 통로(A)의 유량특성(B₂)이 통로(B)의 유량특성(B₁)보다도 크게 설정되어 있다. 제 5 도에 도시된 특성도와 관련하여, 수정유량은 G,

팽창비는 P₂/P₁이며, G는 배기가스 유량, T₁은 배기가스의 터빈 입구온도, P₁은 배기가스의 터빈 입구압력, P₂는 동일한 터빈 출구압력이다.

배기가스 터빈(12)을 확대하며 도시한 제 2 도 및 제 3 도에 도시되듯이, 배기가스 통로(B)을 한정하는 터빈 하우징(18)의 내주면(18a)과 터빈 회전자(16)의 내측단부(16a)는 터빈 회전자의 축선방향에서 상호, 오버랩되어 있다. 제 3 도에 있어서, 터빈 회전자(16)에 대하여, 내주면(18a)은 터빈 회전자의 축선방향에서 길이(

)만큼 오버랩되어 있다. 이 길이(

)는 터보 과급장치의 중앙 하우징(17)에 지지되는 축(15)과, 터빈 회전자(16) 및 터빈 하우징(18)의 치수 공차를 감안하여, 공차가 최악의 경우에서도 반드시 오버랩하도록 설정된다.

또, 격벽(20)의 내주 모서리 (20A)와 터빈 회전자(16)의 외주 모서리 사이의 간극(σ)에 관하여, 다음과 같이 설정되어 있다. 터빈 회전자의 직경을 d(제 2 도 참조)라 할 때, σ/d≤0.06이 되도록 상기 간극(s)의값을 설정하고 있다. 이러한 간극(s)의 설정이유를 제 4 도에 의거하여 설명한다. 제 4 도에는 터빈 효율의 저하량

η₂와 터빈 회전자 대 격벽의 간극비δ/D간의 관계가 도시되어 있다. 지금, 터빈 효율 η_C=0.7, 압축기 효율 η_C=0.7 이라 하면, 총합 효율 η_α11=η_C×η_C=0.49가 된다. 그리고, 터빈 효율이 2% 저하하게 되면

=0.686이 되고, 총합 효율 η_α11=η_C×η_C=0.686×0.7=0.48로 된다. 즉, 터빈 효율이 2% 감소할 때, 총합 효율은 약 1% 저하하게 된다. 통상 터빈 효율이 최대한 2%를 넘으면 엔진의 연비성능이 크게 악화한다. 또, 터빈 회전자 대 격벽의 간극비 σ/D〉0.06에서는 σ의 값의 증가와 동시에 터빈 효율

의 저하량이 급격히 커지게 된다. 이것은,σ의 가공공차를 고려할 때, σ/D〉0.06에서는 σ의 변동에 의해 터빈 효율 η_C저하도 크게 변동한다는 것을 의미하고 있다. 따라서, 제 4 도에서도 알 수 있는 바와 같이, 간극의 값은 σ/D〉0.06으로 설정하는 것이 바람직하다.

배기가스 터빈(12)의 양호한 작동상태에 있어서, 엔진의 저속 고부하 운전시(제6 도의 B₁영역)에는 정확히 도시되어 있는 상태 즉 밸브 부재(34a)가 폐쇄되고 또 밸브 부재(34b)가 개방되며, 배기 매니폴드(26)로부터의 배기가스가 상류 개구(28), 밸브 시트(32b)의 밸브 개구, 대응하는 하류 개구(30b), 터빈 하우징의 입구(22b)로부터 배기가스 통로(B)를 통하여 회전자(16)의 날개에 작용하고, 제5도에 도시하는 유량특성(B₁)에 의해 배기가스 터빈(12)을 효율적으로 운전한다. 이 상태에서, 개방되어 있는 밸브부재(34b)가 격벽(44)과 협동하여 밸브 시트(32b)로부터 하류측의 밸브 케이싱(24)내에 있어서 대체로 완만하게 굴곡한 저항이 작은 배기가스 통로를 형성하고, 한편 밸브 시트(32b)를 포함하는 평면과 약 90°의 각도를 이루어 교차하는 평면내에 포함되어 있는 밸브 시트(32a)에 안착하고 있는 밸브 부재(34a)가, 상기 밸브 시트(32b)보다 상류축의 통로벽의 일부를 구성하여 저항이 작은 완만한 배기통로를 형성한다. 엔진이 중속고부하상태(제 6 도의 B₂영역)에서 운전하고 있을 때는 밸브 부재 (34a)가 개방되고 밸브 부재(34b)가 폐쇄되어, 상기와 완전히 동일한 상태로서, 유량특성이 큰 배기가스 통로(A)로부터 터빈 회전자(16)로 배기가-114가스가 공급된다. 즉, 제 5 도의 유량특성 B₂에 의해 배기가스 터빈(12)이 운전된다. 이 경우에도, 도시된 바와 같이, 밸브 케이싱(24)내에서 격벽(44)의 양축에 거의 대칭적으로 밸브 시트 및 배기가스 통로가 형성되어 있기 때문에, 상기와 마찬가지로 유통저항이 작은 완만한 통로가 형성되게 된다.

더욱이, 엔진의 저부하 운전시 그 회전수의 여하에 관계없이, 또 고속 고부하 운전시(제 6 도의 B₃영역)에는 두개의 밸브 부재(34a,34b)가 함께 개방되고, 상기 개구(28)로부터 밸브 케이싱(24)내에 유입한 배기가스는 중앙의 격벽(44)에 의해서 좌우로 분할된 통로를 통해 하류 개구(30a,30b)로부터 각각 터빈 하우징의 입구(22a,22b)로 유입하고, 배기가스 통로(A,B)의 양방으로부터 터빈 회전자(16)로 공급한다. 즉, 제 5 도의 유량특성 B₃에 의해 배기가스 터빈(12)이 운전된다. 이 경우에도, 개방된 밸브 부재(34a,34b)가 상기 격벽(44)과 협동하여 배기가스 통로의 한 측벽으로서의 역할을 담당하게 된다.

본 발명의 응용예로서, 배기가스 터빈 하우징내에 상기 실시예에 있어서의 통로(A,B)이외에 제 3 의 배기가스 통로를 설치할 수 있고, 이 경우 제 3 통로는 밸브를 갖지 않은 통로로 할 수도 있으며, 상기 밸브부재(34a,34b)와는 별도의 제 3 의 밸브에 의해서 개폐되도록 할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변용량 터보 과급장치는, 터빈 하우징의 배기가스 도입부분에 격벽에 의해서 구분된 적어도 두개의 입구가 설치되고, 입구가 각각 밸브장치를 거쳐서 엔진의 배기장치에 연결되므로써 밸브장치를 선택적으로 개폐작동시키는 것에 의해 엔진의 운전상태에 상응한 터빈 유량특성 및 그 배기가스를 배기가스 터빈에 고급할 수 있으며, 상기 터빈을 적적하게 또 효율적으로 운전시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 터보 과급장치의 배기가스 터빈과 엔진의 배기장치 예를들면 배기 매니폴드와의 사이에 밸브 시트 및 밸브 부재를 특수한 상태로 배치한 밸브 케이싱을 장착하므로써, 엔진의 운전상태에 따라 그 배기가스를 유통저항이 작고 적절하게 선택된 통로를 거쳐 배기가스 터빈에 공급하고, 배기가스의 압력손실을 적게할 수 있기 때문에 극히 유리하다. 또한, 상기 실시예의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 밸브 시트(32a,32b)는 대체로 90°의 각도로 교차하는 면(반드시 평면이 아니어도 좋다)내에 배치되는 것이 가장 바람직하지만, 교차 각도는 약 60°에서 120°까지 광범위하게 변경할 수가 있으며, 대개 동일한 효과를 얻을 수가 있다. 또, 밸브 케이싱을 하나의 유니트로 하여 제조 및 조립하고 필요에 따라 교환할수 있기 때문에 실용상 편리하다.

게다가, 제 5 도에 도시한 유량특성 B₃및 B₂를 따라서 터빈 회전자(16)가 회전하고 있는 경우, 양 배기가스 통로(AS,B) 또는 배기가스 통로(A)를 유통하여 터빈 회전자를 회전시킬 때의 배기가스의 누설은 별로 문제가 된지 않는다. 그러나, 배기가스가 배기가스 통로(B)만으로 유통될 때에는 통로(B)의 유량특성

이 작기 때문에. 배기가스의 누설은 부스트압력의 발생에 크게 영향을 미친다. 본 발명에서는 터빈 하우징(18)과 터빈 회전자(16)를 회전자의 축선방향에 있어서 서로 오버랩시켰기 때문에, 배기가스의 누설에 의한 손실을 최소한으로 작게할 수 있다는 효과가 있다.

상기 제 1 실시예에 있어서, 밸브 케이싱(24)의 상류 개구(28), 밸브 시트(32a,32b)의 밸브개구, 이 밸브 개구로부터 하류 개구 (30a,30b)에 이르는 배기가스 통로의 단면형상은 네 모서리를 둥글게 한 사각형, 장원형, 타원형, 원형의 어느것이라도 좋고, 또 이들을 조합시켜도 좋다. 물론, 밸브 부재(34a, 34b)의 형상은 밸브 시트(32a, 32b)의 밸브 개구의 형상과 대체로 닮은 형상의 것이 바람직하다. 또, 밸브 부재(34a,34b)를 포함한 밸브장치를 밸브 케이싱(24)내에 배치하는 대신에, 터빈 하우징(18)에 축지된 요도아암(38a,38b)을 거쳐서 이 하우징의 입구(22a,22b)내에 각각 배치하는 것도 가능하다. 이 경우에, 벨브부재(34a,34b)는 터빈 하우징의 입구(22)의 개구부에 설치되는 밸브 시트에 붙여 설치되고, 배기가스의 유통방향 하류 축으로 개방하도록 된다.

상술한 가변용량 터보 과급장치의 밸브장치의 개폐작동은 엔진의 회전수 및 부하에 의해서 제어되도록 되어있지만, 이 제어방법에서는 주행중에 있어서의 기어 시프트 조작시와 같이, 가속장치 페달을 해방하면, 그때에 생기는 회전수 및 부하의 감소에 의해서 배기가스 터빈(12)이 제 6 도의 B₃영역, 다시 말하면 배기가스 통로의 유로면적이 최대인 상태(유량특성 B₃), 환원하면 압축기(14)의 부스트 압력이 낮은 상태에서 운전되므로써, 다시 가속장치 페달을 밟아서 소정 토오크에 대응하는 엔진 회전수에 도달할 때까지의 시간이 길어지고, 그 결과 기어 시프트 조각 후의 소정 토오크에 도달할 때까지의 시간이 길어지고, 또 가속장치 페달을 밟는 것에 대한 엔진의 응답성이 나빠진다.

가속장치 페달을 다시 밟을 때의 과도 응답성을 향상시키기 위한 제어방법에 대해서 제 7 도를 참조하여 설명한다.

이 제어방법에 있어서, 밸브장치의 개폐작동은 엔진의 회전수 및 부하상태에 부가하여 가속장치 페달을 밟은 상태에 따라서도 제어되도록 되어 있다. 이 가속장치 페달을 밟은 상태는 예를 들어 공지의 마이크로스위치와 같은 센서에 의해서 검출된다. 그리고 제 7 도에 도시된 바와 같이, 엔진 회전수가 미리 설정된 저회전수 Neo 이하로서 또 가속장치 페달이 밟혀있는 경우 혹은 엔진 회전수가 Neo이상으로서 또 가속장치 페달이 해방된 경우에는 부하의 여하에 관계없이 유로면적이 작은 배기가스 통로(B)의 밸브 부재(34b)만이 개방되고, 배기가스 터빈(12)이 그의 유로면적을 최소의 상태(유량특성B₁)로 설정하여 운전된다.

이와 같은 설정에 의해, 제 6 도와 비교하여, 영역 B₁이 제 7 도에 도시된 바와 같이 대폭적으로 확장되고, 그 결과 가속장치 페달을 다시 밟을 때의 과도 응답성이 개선되게 된다.

또, 상기 제1실시예의 작동 제어방법에서는 엔진 부하가 작은 저부하 운전시에도 배기가스 통로의 유료면적이 최대의 상태(유량특성 B₃), 즉 압축기(14)의 부스트 압력이 낮은 상태에서 운전되므로서,가속장치 페달을 밟아 엔진부하를 증대시킬 때의 배기가스 터빈(12)의 작동개시가 늦어지고, 엔진의 응답성이 나빠진다.

엔진 부하가 증대할 때의 과도 응답성을 향상시키기 위한 제어방법에 대해서 제 8 도를 참조하여 설명한다.

이 제어방법에 있어서, 배기가스 터빈(12)은 엔진의 회전수 및 부하상태에 따라서 제어되지만, 엔진 부하는 공지의 센서를 이용하여 가속장치 페달의 가속장치 개방도(α)로부터 검출된다. 그리고, 제 8 도에 도시된 바와 같이, 가속장치 개방도 (α)가 제1설정치(

)보다 작고 엔진 부하가 작은 저부하 운전시에는 엔진회전수의 여하에 관계없이 배기가스 터빈(12)이 그 유로면적을 최소의 상태(유량특성

)로 설정하여 운전된다. 또, 가속장치 개방도(α)가 제1설정치(

) 혹은 제2설정치(

)보다 큰 경우에, 배기가스 터빈(12)은 제1실시예와 마찬가지로 그 부하상태 및 엔진 회전수에 따라서 유로면적 즉 유량특성을 제어한다.

이러한 설정에 의해, 가속장치 개방도(

)가 작고 엔진 부하가 작은 경우에 제 8 도에 도시된 바와 같은 영역

이 얻어지고, 그 결과 가속장치 페달을 밟을 때, 즉 엔진 부하가 증대할 때의 과도 응답성이 개선되게 된다.

더욱이, 트럭, 버스 등에 있어서, 운전자가 이중 클러치 조작을 병용하여 기어 시프트 다운 조작을 자주 행하는데, 이 경우에는 트렌스 미션의 변속단의 중립위치에서 가속장치 페달을 밟아 엔진 회전수를 올려 시프트 조작을 수행한다. 이때, 배기가스 터빈(12)을 엔진의 회전수 및 부하상태만으로 제어하는 상기 제1실시예의 방법에서는 가속장치 페달을 밟아서 엔진 회전수가 상승한 때에 유로면적이 큰 배기가스 통로(A)가 개방되어 터빈 회전자(16)의 회전수가 저하되며, 다음에 가속장치 페달을 밟을 때의 엔진의 응답성이 나빠진다.

이 기어 시프트 다운 조작시의 과도 응답성을 향상시키기 위한 제어방법으로서, 밸브장치의 개폐작동은 엔진의 회전수 및 부하상태에 변속장치의 변속단이 중립위치에 있음을 검출하는 공지의 센서로부터의 중립신호에도 대응하여 제어되도록 되어 있다. 중립신호가 검출되면, 엔진 회전수 및 부하에 관계없이 유로면적이 작은 배기가스 통로(B)의 밸브부재(34b)만이 개방되고, 배기가스 터빈(12)이 그 유로면적을 최소상태(유량특성

)로 설정하여 운전된다. 이 결과, 터빈 회전자(16)는 그 회전상태로 유지되어 다음 가속장치 페달을 밟을 때의 과도 응답성이 개선되게 된다.

제 9 도 및 제 10 도는 상기 제1실시예의 밸브장치의 제1변형예를 도시하며 개폐작동의 원활성 및 밀폐성능을 향상시키도록 한 것이다.

제 9 도 및 제 10 도에 상세히 도시되어 있는 바와 같이, 밸브부재(34a,34b)는 이 실시예의 경우, 평면형상이 네귀를 둥글게 한 정방형을 이루고, 협동하는 밸브 시트(32a,32b)도 거의 같은 형상으로 가공되어 있다. 따라서, 밸브 부재(34a,34b)와 요동아암(38a,38b)이 돌출축(36a,36b) 주위에서 회전하여 밸브시트에 대한 밸브 부재의 밀착성이 손상되는 것을 방지하기 위해, 요동아암(38a,38b)이 밸브 부재(34a,34b)에 설치한 홈부에 적당한 간극(46)을 두어 끼워맞춤 하도록 되어있다. 또 밸브부재(34a,34b)에 요동아암(38a,38b)은 서로 꼭맞는 구면 (48,50)을 거쳐 협동하고, 돌출축(36a, 36b)상에는 와셔가 너트(54)에 의해 고정되어 있다. 돌출축(38a, 38b)사이에는 반경방향의 적당한 간극(56)이, 또 구면(48,50) 사이에도 돌출축 축선방향의 간극(58)형성되어 있다.

밸브 부재(34a)를 폐쇄하는 경우, 상기 작동기에 의해 지지축(40a)을(제 10 도) 시계방향으로 회전시키면, 최초 밸브 부재(34a)의 지지축(40)으로부터 먼쪽단부가 밸브 시트(32a)의 대응부분에 맞닿고, 다음에 상술한 간극(46,56,58)의 존재에 의해 밸브 부재(34a)가 구면(48,50)에 의해 안내되어 경사이동하고, 제 10 도에 도시한 위치에 정확하게 안착하게 된다. 이때, 상기 간극의 존재에 의해 밸브 시트(32a), 밸브 부재(34a), 동출축(36a)의 어느것에도 무리한 힘이 작용하지 않고, 밸브 부재(34a)와 밸브 시트(32a)가 정확히 밀착하고, 우수한 밀봉성을 확보할 수 있고, 또 상대 변위를 행하는 부분, 즉 돌출축(36a)과 요동아암(38a)사이에는 상술한 바와 같이 충분한 간극이 있으므로 붙을 우려가 없고, 또 지지축(40a)도 직접 고온의 배기가스에는 접하지 않으므로 여기서도 붙을 위험이 거의 없으며, 작동이 원활하고도 확실하다. 이는 또, 다른쪽 밸브 부재(34b)에 관해서도 모두 같다.

제 11 도는 상기 제 1 실시예의 밸브장치의 제 2 변형예를 도시한 것이다.

제 11 도는 도시한 이 제 2 변형예에서는, 요동아암(38a,38b)과 밸브 부재(34a,34b)가 평면시트로 접하도록 형성되고, 또 이탈방지 와셔가 돌출축(36a,36b)에 끼워져 고착된 것이다. 이경우에도, 돌출축(36a,36b)과 요동아암(38a,38b)의 대응하는 끼움구멍과의 사이에 적당한 간극(56)이 형성되고, 또 요동아암(38a,38b)과밸브 부재(34a,34b) 사이에 돌출축 축선방향의 간극(58)이 형성됨으로써 백브 부재(34a,34b)는 협동하는 밸브 부재 (34a,34b)에 대해 원활하고도 정확하게 밀착할 수 있는 것이다.

제 1 도 내지 제 6 도에 도시한 본 발명의 제 1 실시예에서는, 밸브장치의 밸브 부재(32a,34b)가 밸브 시트(32a,32b)에 대해 배기가스 유통방향 하류측으로 여리도록 배치되어 있으나, 제 12 도 및 제 13 도에 도시한 본 발명의 제 2 실시예는, 밸브 부재가 밸브 시트에 대해 배기가스 유통방향 상류측으로 열리도록 배치되어 있는 점에서 상기 제 1 실시예와 다르다.

제 12 도에 있어서, 배기가스 터빈(12)의 배기가스 입구(22)는 엔진의 배기장치, 즉 이 실시예에서는 배기미니폴드(26)의 출구 집합부(30)에 직접 연결되어 있다. 배기가스 입구(22)의 평평한 단면에는 배기가스 통로(A ,B )에 연결되는 입구(22a,22b)의 주위에서 밸브 시트(32a,32b)가 형성되어 있다. 출구 집합부(30)내에는 밸브 시트 (32a,32b)와 협동하는 밸브 부재 (34a,34b)가 배치되어 있다. 밸브 부재 (34a,34b)는 각각 그 배면에 돌출축(36a,36b)을 구비하고, 돌출축(36a,36b)은 각각 반경방향으로 충분한 간극을 두어 요동아암(38a,38b)의 자유단부에 지지되고 또 밸브 부재(34a,34b)는 각각 구면 시트를 거쳐서 요동아암의 자유단부에 지지되어 있다. 각 요동아암(38a,38b)의 다른 단부는 터빈 하우징(18)의 배기가스 입구(22)와 연결하는 배기 매니폴드(26)의 출구집합부(30)의 측벽에 부시를 거쳐 힌지된 지지축(40a,40b)에 고착되어 있다. 따라서, 이 실시예에서는 상기 제 1 실시예에 있어서의 밸브 케이싱이 불필요하며, 터보 과급장치 전체를 소형, 경량화할 수 있다.

제 13 도에 상세히 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(26)의 출구집합부(30)의 측벽에는 부시 (40c,40d)가 끼워져 있고, 지지축(40a,40b)은 밸브 부재(34a,34b)를 돌출축(36a,36b)를 거쳐서 지지하는 요동아암(38a,38b)에 끼워져 일체화되고, 양단에 있어서 부시(40c,40d)에 힌지된다.

배기가스에 의한 고온 및 무윤활유 상태에서의 이런 부재의 내마모성을 향상시키기 위한 재질로서 예를 들면 부시(40c,40d)에 마르텐 사이트계 크롬탄화물 석출강을 사용한 경우에는 지지축(40a,40b) 및 요동아암(38a,38b)은 마르텐 사이트계 강을 사용하고, 또 부시에 지르코니아 또는 알루미나 등의 세라믹을 사용한 경우에는 지지축 및 요동아암은 마르텐 사이트계 크롬탄화물 석출강을 사용하는 것이 유익하다.

한편, 밸브 부재(34a ,34b)를 개폐시키는 지지축 (40a,40b)은 상기 실시예와 마찬가지로 레버(38c,38d)를 거쳐서 공기압 응동장치와 같은 작동기에 연결되어 있다.

터보 과급장치의 다른 구조, 특히 터빈 하우징(18)의 구조운동은 제 1 실시예의 것과 동일하며, 또 그 작동 및 효과도 동일하다.

상술한 상류측으로 열린 구조의 밸브장치를 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 밸브 케이싱내에 배치하는 것도 가능하다.

제 14 도 및 제 15 도는 상기 제 2 실시예의 밸브장치의 제 1 변형예를 도시하고 있다.

이 변형예에서는 밸브 부재(34a,34b)는 평면형상이 네 모서리를 둥글게 한 직사각형을 이루고, 협동하는 밸브 시트(32a,32b)도 거의 유사한 형상으로 가공되어 있다. 따라서, 밸브 부재(34a,34b) 및 요동아암(38a,38b)이 돌출축(36a,36b)의 주위에 회전하지 않도록 하기 위해 스토퍼 부재(40e,40f)가 설치되어 있다. 스토퍼 부재(40e,40f)는 밸브 부재 (34a,34b)의 측벽을 삽입한 굴곡부를 가진 판체로서, 돌출축(36a,36b)에 밸브 부재 (34a,34b)의 걸림과 동시에 체결되어 있다.

제 16 도 및 제 17 도는 상기 제2실시예의 밸브장치의 제2변형예를 도시하고 있다.

이 제 2 변형예는 밸브 부재(34a,34b)가 원형이 아닌(예를들어 사각형)경우에, 밸브 부재의 회전을 방지 하도록 한 다른 구조를 나타내고 있다. 회전방지 수단으로서 밸브 부재 (34a,34b)의 지지축(40a,,40b)축의 각진 부분에 회전방지 수단(40g,,40h)이 일체로 돌출 설치되어 있다. 따라서, 밸브 부재(34a,34b)가 회전하려고 해도, 회전방지 수단(40g,40h)이 지지축(40a,40b)에 닿기 때문에, 회전이 방지되는 것이다.

제 18 도는 상기 제 2 실시예의 밸브장치의 제 3 변형예로, 밸브 부재 (34a,34b)가 상기와 같이 사각형인 경우, 배기가스압의 작용에 의한 밸브 부재의 개방작동의 곤란성을 고려한 것이다.

제 18 도로부터 알 수 있는 바와 같이, 밸브 부재(34a,34b)의 돌출측의 지지점은 밸브 시트(32a,32b)의 유로단면 중심에 대하여 지지축(40a,40b)축으로 비켜 위치되고, 요동아암(38a,38b)은 짧게 형성되어 있다. 배기가스압에 대항하여 밸브 부재 (34a,34b)를 개방작동시키기 위해서는 유로단면 중심과 밸브 부재의 지지점이 일치하는 경우에는, 배기가스압과 동일 크기의 힘이 필요하게 되지만, 이 변형예에서는 밸브 부재 (34a,34b)의 지지점을 유로단면 중심보다도 지지축(40a,40b)축에 오프세트하고 있기 때문에, 그 오프세트량에 비례한 증가력이 얻어지고, 밸브 부재를 개방작동시키는 힘이 적게된다. 따라서, 이와 같이 밸브 부재의 지 지점을 오프세트 시킴으로써, 밸브 부재를 개방작동시키는 작동기를 소형화 할 수 있다.

제 19 도에 도시하는 본 발명의 제3실시예는 상기 제2실시예에 있어서의 밸브장치를 재폐작동시키는 구동기구를 나타낸 것이다.

제 2 실시예의 가변용량 터보 과급장치에서는 밸브장치의 밸브 부재가 밸브 시트에 대하여 상류측으로 열리는 구조이다. 이 때문에 유로면적이 큰 즉 배기가스 통로(A)의 밸브 부재(34a)의 개방작동은 배기가스압에 의한 공기압력이 크기 때문에, 이것을 극복하기에 충분히 큰작동력을 발휘하는 예를들어 공기 실린더와 같은 작동기(50a)가 필요하다. 이 제 3 실시예에서는 밸브 부재 (34a)의 개방작동을 보다 작은 작동력으로 행하기 때문에, 밸브 부재(34a)의 개방작동시에 유로면적이 작은 즉 배기가스 통로(B)의 밸브 부재(34b)를 작동시키는 작동기(50b)가 작동기(50a)에 의한 개방작동을 보조하도록 밸브 부재(34a)의 지지축(40a)에 고착된 개폐용 레버(38c)와 밸브 부재(34b)의 지지축(40b)에 고착된 개폐용 레버(38d)가 링크(38f)에 의해 서로 결합되어 있다. 링크(38f)의 일단은 레버(38d) 및 작동기 (50b)에 힌지되어 있다. 한편, 레버(38c)는 그 일단에 고착된 핀(38p)을 통하여 링크(38f)의 타단에 형성된 긴 구멍(38g)내에 소정거리를 미끄러질 수 있도록 결합 힌지되고, 레버(38c)의 타단은 작동기(50a)에 힌지되어 있다.

유료면적이 큰 배기가스 통로(A)의 밸브 부재(34a)의 개방작동을 보조하는 링크 기구의 작동에 관하여 설명하면, 제 19 도는 밸브 부재(34a)가 폐쇄되고, 유로면적이 작은 배기가스 통로(B)의 밸브 부재(34b)가 개방되어 있는 상태를 나타내고 있다. 이 상태로부터 밸브 부재(34a)를 개방하고 또 밸브 부재(34b)를 폐쇄할 때, 작동기(50a,50b)가 각각 레버(38c,38d)를 쇄선위치로 향해 도면중 반시계방향으로 회전한다. 이때 레버(38c)의 핀(38p)과 링크(38f)의 긴 구멍(38g)의 도면중 우측단과의 결합에 의해, 작동기(50b)의 작동력이 링크(38f)를 통하여 레버(38c)에 부가되고, 작동기(50a)에 의한 밸브 부재(34a)의 개방작동을 보조하게 된다. 그러나, 이 상태로부터 밸브 부재(34b)만을 개방작동시킬 때에는, 작동기(50b)에 의해 레버(38d)가 도면중 시계방향으로 회전하며, 링크(38f)의 긴 구멍(38g)이 레버(38c)에 고착된 핀(38p)에 대하여 미끄러질뿐이다.

상기 구성에 의해, 유로면적이 큰 밸브 부재 (34a)의 개방작동을 유로면적이 작은 밸브 부재(34b)를 위한 작동기(50b)에 의해 보조되고, 특히 작동기(50a)의 대형화를 생각해 볼 때, 장치 전체의 소형화를 도모할 수 있다.

상기 실시예에서는 양 작동기 (50a,50b)는 배기 매니폴드(26)의 양측에 위치되어 있지만, 한쪽에 병렬로 배치하는 것도 가능하고, 이 경우에는 장치 전체를 보다 소형화 할 수 있다.

또, 상기와 같은 링크 기구를, 밸브장치의 밸브 부재가 밸브 시트에 대하여 하류측으로 열리는 상기 제1실시예의 터보 과급장치에 사용하는 것이 가능하다. 이 경우에는 유로면적이 큰 배기가스 통로(A)의 밸브 부재(34a)의 폐쇄작동력을 보조할 수 있다.

제 20 도 및 제 21 도에 도시한 본 발명의 제 4 실시예는 제 1 및 제 2 실시예에 있어서의 터빈 하우징(18)의 격벽(20)의 내주 선단부를 일체로 하지 않고 별개로 할 수 있다.

격벽(20)은 그 내주측에 도달할수록 가열되고 외주측의 터빈 하우징(18)과 내주측의 격벽(20)의 열팽창량의 차이 때문에 열응력이 생겨서, 터빈 하우징(18) 또는 격벽이 파손할 염려가 있다. 또한 격벽(20)은 제조기술상 터빈 회전자(16)의 바깥둘레에 접근하도록 형성하는 것이 곤란하고 이 때문에 격벽과 터빈 회전자와의 간극이 크게 되고, 격벽의 선단부로부터 터빈 회전자에 이르는 배기가스 통로가 급격히 확대되어 손실이 생기게 된다.

이 때문에 격벽(20)은 제 20 도에 도시되어 있듯이 그 내주부에 별도의 부재로 형성된 환상의 선단 부재(21)가 후술하는 제조방법으로 장착되어 있고, 선단 부재(21)의 선단이 터빈 회전자(16)의 바깥둘레에 접근 하도록 되어 있다. 그 결과 배기가스 통로(A,B)가 각각 터빈 회전자(16)의 바깥둘레에 도달하는 부분에 있어서, 급속히 확대되는 것이 아니라 원활하게 터빈 회전자(16)에 도달하도록 되어 있다.

선단 부재(21)은 터빈 하우징(18)의 재질보다도 저열팽창율의 재질로 형성되어 있고, 선단 부재(21)가 터빈 하우징보다 많이 가열되도 선단 부재(21)와 터빈 하우징(18)의 열팽창량이 거의 균등하게 되며, 선단 부재(21) 및 터빈 하우징(18)에 있어서의 열응력의 발생이 방지되도록 되어 있다. 예를들면, 상기 선단 부재(21)의 저열팽창율의 재질로서 마르텐 사이트 계열의 스테인레스강을 사용하고, 한편 터빈 하우징(18)의 재질로서, 구상흑연주철을 사용할 수 있다.

상기 구성에 의하여, 터보 과급장치(10)의 운전시 고온의 배기가스가 유입하기 때문에 터빈 하우징(18) 및 격벽(20)은 가열되고, 특히, 격벽(20) 내주의 선단 부재(21)는 방열부분이 아니고, 고온가스와 많이 접하기 때문에 터빈 하우징(18) 및 격벽(20)의 외주측보다 많이 가열된다. 그러나 선단 부재(21)는 터빈 하우징(18)보다 저열팽창을 재질로 형성되어 있기 때문에 동일 재질로 형성한 경우보다 덜 팽창한다. 따라서, 터빈 하우징(18) 및 격벽(20), 선단 부재(21)의 열팽창량의 차가 낮아져 열응력의 발생이 낮아지고 터빈 하우징(18), 격벽(20)의 파손을 오랫동안 방지할 수 있다.

다음에 격벽(20) 및 터빈 하우징(18)의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.

우선, 터빈 하우징(18)의 내부 형상에 대응하는 코어(N)을 제 21 도에 도시한 바와 같이 형성한다. 그리고 코어(N)을 제작할 때 코어(N)의 축방향 중앙부에, 정확히 형성된 선단 부재를 묻는다. 단, 선단 부재(21)의 외주부를 적게 노출시키도록 한다. 이때 코어(N)와 선단 부재(21)는 접착되어 있다.

그후, 코어를 사용한 주형에의 주탕에 의해 터빈 하우징(18)을 주조성형하고, 냉각 후 코어(N)를 떼낸다. 이때 선단 부재(21)는 상기와 같이 하여 노출시킨 외주부가 터빈 하우징(18)으로 돌출하여 형성된 격벽(20)의 내주부에 묻힌 상태로 형성된다.

이와 같이 하여 선단 부재(21)의 선단을 터빈 회전자(16)의 바깥둘레에 근접시키도록 장착할 수가 있다.

이 방법에 의하며, 터빈 회전자(16)의 바깥둘레와 선단 부재(21))의 선단의 간극(σ)를 2mm 정도까지 형성할 수 있게 된다.

통상의 주조에 있어서는, 3mm이하의 일정한 간극이 정확히 보유하도록 형성할 수 없으므로, 배기가스통로의 급격한 확대가 불가피하지만, 상술한 바와 같은 방법에 의하면 통로의 급격한 확대를 회피하고, 이로 인한 손실을 방지할 수 있다.

또, 선단 부재(21)를 유연한 곡선형상을 갖도록 형성하므로써, 배기가스 통로(A,B)에서 터빈 회전자(16)에 이르는 배기가스 통로가 완만하게 변화하는 통로로서 형성되고, 배기가스 통로의 급격한 확대부분을 없앨 수 있다.

상기 실시예에서, 선단 부재(21)는 상술한 주물 주입방법에 의해 터빈 하우징(18)에 설치될 수 있으나, 용접, 로 등의 어떠한 방법에 의해서도 선단 부재(21)가 설치될 수 있다.

제 22 도 내지 제 24 도는 제 4 실시예에 있어서의 환상 선단 부재(21)의 다른 변형예를 도시한 것이며, 열응력에 의한 변형을 방지하도록 한 것이다.

선단 부재(21)의 내주부는 배기가스에 의한 열응력을 받아들여서, 열응력에 의한 변형 및 파손이 일어나기 쉽다. 그 대책으로서, 제 22 도 및 제 23 도에서는, 선단 부재(21)의 내주부 혹은 내외주부에 1개 이상의 반경방향의 슬리트(21a)가 설치되어, 열응력에 의한 원주방향의 변형을 흡수하여 파손을 방지하고 있다. 또, 제 24 도에서는, 선단 부재(21)를 분할구조로 하고, 선단 부재(21)가 격벽(20)에 고착된 후 반경방향의 슬리트(21b)가 형성되도록 되어있다.

제 25 도에 도시한 상기 제 4 실시예의 변형예는 열응력에 의해 선단부재(21)가 변형하고, 상기 선단부재가 배기가스 통로(B)측에 도달해 들어가서 상기 통로가 좁아지는 것을 방지하도록 한 것이다. 이 때문에, 배기가스 통로(B)를 한정하는 터빈 하우징(18)의 측벽에는 1개 이상의 핀(21c)이 선단 부재(21)의 특별한 열변형의 큰부분에 대향하여 고착되어 이에 맞닿고 있다.

제 26 도 내지 제 28 도에 도시한 본 발명의 제 5 실시예는 제 1 및 제2실시예에 있어서의 가변용량 터보 과급장치에, 엔진의 전 회전수 범위에 걸쳐서 발휘되는 배기제동 기능을 구비하도록 한 것이다.

제 1 도 및 제 12 도에 도시된 터보 과급장치(10)는 본질적으로 밸브장치의 배치에 관해서만 서로 다르고, 배기제동 기능을 제 1 도의 터보 과급장치에 관련하여 이하 설명하겠지만, 제 12 도의 터보 과급장치에도 마찬 가지로 적용될 수 있는 것이다. 또한 상기 실시예에 있어서, 터보 과급장치(10) 자체의 구조는 제 1 도의 구조와 전체적으로 동일하므로 배기제동 기능에 관해서만 설명하기로 한다.

제 26 도에 있어서, 밸브장치의 요동아암(38a,38b)에는 밸브 제어기구(c)가 설치되어 있다. 상기 밸브 제어기구(c)는 작동기(50a,50b)와, 양 작동기에 작동압력을 공급하는 유체압력원(51) 및, 밸브 제어기구(c)의 피이드백 제어를 행하는 배기 미니매니폴드(26)내에 장치된 배기압 센서(53)에 접속된 제어기(52)로 구성되어 있다.

제어기(52)는, 제 27 도에 표시한 순서도의 작동을 행할 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 상기와 같은 제어기(52)로부터 출력된 밸브장치의 개폐신호에 기초하여 작동기(50a,50b)가 작동하고 요동아암 (38a,38b)이 구동되어, 밸브 부재(34a,34b)가 개폐되며, 밸브 부재(34a,34b)의 상류측인 배기 매니폴드(26)내부가 소요 압력(Peo)이하의 최대 압력으로 유지되도록 되어 있다.

엔진에 배기 제동을 작동시키는 경우에는 제 27 도의 스텝(S1)으로 도시된 바와 같이, 배기 제동 스위치(도시안함)를 온상태로 한다.

이로 인해 제어기(52)에 있어서, 스텝(S2)이 실행되고, 밸브 부재 (34a,34b)가 완전히 폐쇄된 상태가 되도록 작동기(50a,50b)가 작동된다.

다음에, 스텝(S3)이 실행되어, 배기 매니폴드(26)내의 배기압(Pe)이 배기압 센서(53)에 의해 검출되어 제어기(52)에 전달된다.

제어기(52)에 있어서, 스텝(S4)이 실행되어 배기압(Pe)이 제어기(52)내에 미리 설정되어 있는 압력(Peo)이하인가를 판단하며, "예"인 경우는 스텝(S5)이 실행된다.

스텝(S5)에 있어서는, 밸브 부재 (34a,34b)가 폐쇄되어 있는지 아닌지가 판단되어, "예"인 경우 그대로의 상태가 유지된다.

또, "아니오"인 경우에는 작동기(50a,50b)를 작동시켜서 밸브 부재(34a,34b)를 폐쇄작동시키고, 그후 스텝(S3)으로부터 스텝(S6)까지가 계속 반복된다.

한편, 스텝(S4)에 있어서, 배기 미니폴드(26)의 배기압(Pe)이 압력(Peo)보다 크다고 판단되면 "아니오"경로를 취하고, 스텝(S7)이 실행되어 어느 한쪽의 작동기 (50a 또는 50b)를 작동시키므로써 대응하는 밸브 부재(34a 또는 34b)를 개방작동시킨다.

이와 같이 배기압(Pe)이 압력(Peo)이하로 될 때까지 스텝(S4), 스텝(S7), 스텝(S3)이 되풀이 되고 배기압(Pe)이 압력(Peo) 이하로 되도록 밸브 부재(34A)의 개방도가 조정된다.

이와 같이 해서 이하와 같은 배기 제동 효과가 얻어진다.

엔진이 저속역에서 운전되고 있는 경우, 배기압(Pe)이 작동 밸브 시스템에 악영향을 미치는 소요의 압력이상에 달하지 않기 때문에, 한쪽의 밸브 부재(34a 또는 34b)가 작동기(50a 또는 50b)내의 공기압에 대항하여 개방작동하지않고, 배기압(Pe)이 완전히 밀폐되어, 엔진 회전수에 있어서 최고의 배기압(Pe)에 의한 제동효과가 얻어진다.

또 엔진이 중고속역에서 운전되고 있는 경우, 밸브 부재(34a,34b)의 폐쇄작동의 결과 배기압(Pe)이 압력(Peo)이상으로 된 경우, 밸브 부재(34a)는 제어기(52)의 지시신호에 기초해서 작동기(50a)내의 공기압에 대항하여 개방작동된다. 그래서 스텝(S3)으로부터 스텝(S7)에 달하는 피이드백 제어에 의해 작동기(50a)에 의한 압압력과 배기압(Pe)이 균형을 이루는 위치에서 밸브 부재(34a)는 열리고, 배기 매니폴드(26)내의 배기압(Pe)은 압력(Peo)으로 유지된다.

제 28 도에 있어서 점선으로 표시한 바와 같이 종래에는 배기 제동효과를 얻을 수 있는 배기압(Pe)이 엔진회전수에 따라서 변화하고, 엔진 회전수가 높을 때에 소요 압력(Peo)을 얻을 수 있도록 작은 구멍을 배기제동 밸브에 놓고 있었기 때문에 엔진 회전수가 작은 때에는 배기압(Pe)이 현저하게 저항하는 특성을 갖고 있었다.

그러나 본 실시예의 장치에 의하면, 배기 매니폴드(26)내의 배기압(Pe)이 소요압력(Peo)이하일 때는 폐쇄 상태가 유지되고, 배기압(Pe)이 소요 압력(Peo)이상으로 될 때에는 Pe를 Peo로 하도록 제어기(52)를 통해 밸브 부재(34a 또는 34b)의 개방도가 자동 조정되기 때문에 엔진 회전수에 관계없이 소요 압력(Peo)을 한도로 해서 그 엔진 회전수에 있어서의 최고의 배기압(Pe)이 배기 제동의 배기압(Pe)으로서 작용한다.

따라서 엔진 회전수 전역에 걸쳐서 충분한 배기 제동효과를 얻을 수 있는 것이다. 또 밸브 부재(34a 또는 34b)에 작용하는 힘은 작동기(50a 또는 50b)내의 공기압을 Pa,작동기(50)a의 수압(受壓)면적을 Aa, 작동기의 귀환 스프링(54a 또는 54b)의 힘을 Fs, 밸브 부재(34a 또는 34b)의 수압면적을 Av로 하면,(PaAa-Fs)이고,Pa,Aa,Fs는 PaAa-Fs=AvPeo 를 만족시키도록 설정된다.

즉, Pe〉Peo경우는 PaAa-Fs=A Peo〈AvPe 로 되고, 밸브 부재(34a 또는 34b)가 눌려 열려서 그 개방도가 PaAa-Fs=AvPeo=AvPe 로 되도록 자동 조정된다.

이와 같이 해서 터보 과급장치(10)에 의해, 효율이 좋은 고급이 행해짐과 동시에 배기 제동 효과도 정확하게 얻어지도록 된다.

상술한 배기 제동장치를 사용하므로써 종래의 배기 제동은 필요없게 되고, 원가절감을 도모할 수 있는 것이다.

Claims (24)

1. 엔진의 배기가스에 의해 구동되는 배기가스 터빈(12)과, 상기 배기가스 터빈에 의해 구동되는 엔진의 흡기를 가압하는 압축기(14)로 구성되는 가변용량 터보 과급장치에 있어서, 내부에 설치한 격벽(20)에 의해 구분되어 유량 특성을 달리하는 적어도 2개의 배기가스 통로(A,B)를 구비한 터빈 하우징(18)과, 엔진의 운전상태에 따라 상기 배기가스 통로(A,B)를 각각 선택적으로 개폐하여 터빈 유량특성을 가변시키는 2개의 밸브장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 밸브장치는 밸브 시트(32a,32b)와 협동하여 상기 배기 가스통로(A,B)을 개폐하는 밸브 부재(34a,34b)를 가지고, 상기 밸브 부재(34a,34b)는 상기 밸브 시트(32a,32b)에 대해 배기 가스 유통방향 하류측으로 열리도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 각 밸브장치는 밸브 시트(32a,32b)와 협동하여 상기 배기 가스 통로(A,B)를 개폐하는 밸브 부재(34a,34b)를 가지고, 상기 밸브 부재(34a,34b)는 상기 밸브 시트(32a,32b)에 대해 배기 가스 유통방향 상류측으로 열리도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
4. 제 2 항에 있어서, 터빈 하우징(18)이 상기 배기가스 통로(A,B)에로 각각 통하는 입구(22a,22b)를 구비하고, 상기 밸브 시트 (32a,32b)를 설치한 밸브 케이싱(24)이 상기 입구(22a,22b)와 엔진의 배기장치 사이에 설치되며, 상기 밸브 부재 (34a,34b)는 각각 상기 밸브 케이싱(24)에 힌지된 요동아암(38a,38b)상에 간극을 가지고 가동적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 밸브 시트(32a,32b)는 상기 밸브 케이싱(24)내의 V자형을 이루어 교차하는 2개의 면내에 각각 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
6. 제 2 항에 있어서, 터빈 하우징(18)이 상기 배기가스 통로(A,B)에로 각각 통하는 입구(22a,22b)를 구비하고, 상기 밸브 시트 (32a,32b)는 상기 입구(22a,22b)에 설치되고, 상기 밸브 부재 (34a,34b)는 각각 터빈 하우징(18)에 힌지된 요동아암 (38a,38b)상에 간극을 가지고 가동적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
7. 제 3 항에 있어서, 터빈 하우징(18)이 상기 배기가스 통로(A,B)에로 각각 통하는 입구(22a,22b)를 구비하고, 상기 밸브 시트 (32a,32b)는 상기 입구(22a,22b)에 설치되고, 상기 밸브 부재는 각각 엔진의 배기 매니폴드(26)에 힌지된 요동아암 (38a,38b)상에 간극(46,56,58)가지고 가동적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
8. 제 4 항, 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 밸브 부재 (34a,34b)는 사각형을 이루고, 대응하는 상기 요동아암 (38a,38b)상에 대한 밸브 부재 (34a,34b)의 회전이 회전방지 수단(40g,40h)에 의해, 방지되는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
9. 제 3 항에 있어서, 상기 밸브 부재 (34a,34b)는 각각 힌지 설치된 요동아암 (38a,38b)상에 간극(46,56,58)을 가지고 가동적으로 지지되어 있고, 상기 밸브 부재 (34a,34b)의 요동아암 (38a,38b)에 대한 지지접이, 밸브 부재(34a,34b)에 작용하는 배기 가스압의 작용 중심점에 대하여, 상기 요동아암(38a,38b)의 힌지 구동 중심축에 오프 세트되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
10. 제 4 항, 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 각 요동아암 (38a,38b)은 고정부시(40c,40d)를 통하여 힌지된 지지축(40a,40b)에 고착되고, 상기 부시(40c,40d)는 마르텐사이트계 크롬탄화물 석출강으로 만들어지며, 상기 지지축(40a,40b)은 마르텐사이트계 강으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
11. 제 4 항, 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 각 요동아암 (38a,38b)은 고정부시(40c,40d)를 통하여 힌지된 지지축(40a,40b)에 고착되고, 상기 부시(40c,40d)는 세라믹으로 만들어지며, 상기 지지축(40a,40b)은 마르텐사이트계 크롬탄화물 석출강으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
12. 제 1 항에 있어서, 제동 작동시 밸브장치의 상류측에 있어서의 배기압(Pe)이 소요압력 이하일때에는 밸브장치의 폐쇄상태를 유지하고, 소요압력 이상으로 압력이 상승할때에는 상기 밸브장치의 어느 한쪽을 개방 작동시키는 밸브 제어기구(c)와, 상기 밸브장치의 상류측에 있어서의 배기압을 검지하는 배기압 센서(53)와, 상기 배기압 센서(53)의 검출신호에 기초하여 상기 밸브장치의 개폐신호를 상기 밸브 제어기구로 출력하는 제어기(52)를 구비한 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
13. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브장치는 작동기 (50a,50b)에 의해 각각 개폐 작동되고, 상기 작동기 (50a,50b)는 상기 밸브장치 한쪽의 폐쇄 작동력을 보조하도록 서로 링크 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
14. 제 3 항에 있어서, 상기 밸브장치는 작동기 (50a,50b)에 의해 각각 개폐 작동되고, 상기 작동기 (50a,50b)는 상기 밸브장치 한쪽의 폐쇄 작동력을 보조하도록 서로 링크 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량 터보 과급장치.
15. 내부에 설치된 격벽(20)에 의해 구분되어 유량 특성을 달리하는 적어도 2개의 배기가스 통로 (A,B)를 구비하는 터보 과급장치용 터보 하우징의 제조방법에 있어서, 상기 격벽(20)과는 별도의 선단부재(21)를 미리 형성하고, 다음에 상기 선단부재(21)를 상기 격벽(20)의 내주부에 고착하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 미리 형성된 선단부재(21)를 주형의 코어(N)에 설치하고, 다음에 상기 주형으로의 주탕에 의해 상기 터빈 하우징을 주조 성형하며 상기 격벽(20)의 내주부에 상기 선단부재(21)를 고착하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 선단부재(21)는 상기 터빈 하우징(18)의 재질보다 열팽창율이 낮은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
18. 제 15 항에 있어서, 상기 격벽(20)에 대향하고 있는 부분의 터빈 하우징(18) 내주면과 터빈 회전자(16)가, 상기 터빈 회전자(16)의 축선방향에 있어서 서로 오버랩하고, 또 상기 격벽이 선단부재(21)와 상기 터빈 회전자(16)와의 간극(σ)이, 상기 터빈 회전자(16)의 직경(D)에 대하여, σ/D

    

    0.06이 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
19. 터빈 하우징(18)내에 설치된 격벽(20)에 의해 구분되어 있는 유량 특성을 달리 하는 적어도 2개의 배기가스 통로 (A,B)와, 상기 배기가스 통로 (A,B)를 각각 개폐하도록 작동하는 2개의 밸브장치를 구비하는 가변용량 터보 과급장치의 제어방법에 있어서, 엔진의 운전상태에 따라 상기 벨브장치의 어느 한쪽 또는 양쪽을 폐쇄 작동시켜 대, 중, 소3개의 다른 터빈 유량 특성(B1,B2,B3)를 얻도록 한 것을 특징으로 하는 제어방법.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 밸브장치는, 엔진의 회전수 및 부하상태에 따라 상기 다른 터빈 유량특성을 얻도록 작동이 제어되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
21. 제 19 항에 있어서, 상기 양 밸브장치는 동시에 완전 폐쇄 작동되어 배기 제동기능을 발휘할 수 있는 것을 특징으로 하는 제어방법.
22. 제 19 항에 있어서, 상기 밸브장치는 또한 가속장치 페달의 밟는 상태에 따라 작동이 제어되고, 상기 가속장치 페달이 해방되어 있을 때 상기 소 유량특성이 얻어지도록 상기 밸브장치 한쪽만이 개방 작동되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
23. 제 19 항에 있어서, 상기 엔진의 부하상태가 가속장치 페달의 가속장치 개방도에 의해 검출되고, 상기 가속장치 개방도가 설정치 이하의 저부하 상태일 때, 상기 소 유량특성이 얻어지도록 상기 밸브장치 한쪽만이 개방 작동되는 것을 특징으로 하는 제어방법.
24. 제 19 항에 있어서, 상기 밸브장치는 또한 트랜스미션의 변속상태에 따라 작동되고 제어되고, 상기 트랜스미션이 중립위치에 있을때에 상기 소 유량특성이 얻어지도록 상기 밸브장치 한쪽 만이 개방 작동되는 것을 특징으로 하는 제어방법.

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