KR20020080973A - Exhaust gas turbo-charger protecting device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배기 터빈 과급기에 관한 것이고, 보다 상세하게는 배기 터빈 과급기를 장착한 차량에 있어서, 등판 주행 또는 고속 주행 직후에 베어링의 고착에 의한 배기 터빈 과급기의 고장을 방지할 수 있는 배기 터빈 과급기의 보호 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust turbine supercharger, and more particularly, in a vehicle equipped with an exhaust turbine supercharger, an exhaust turbine supercharger capable of preventing failure of the exhaust turbine supercharger due to sticking of a bearing immediately after climbing or running at high speed. It relates to a protection device.
일반적으로, 내연 기관은 에너지의 상당 부분이 배기 가스를 통하여 방출하게 되고, 대기중에 버려지는 이러한 배기 에너지를 이용하여 터빈을 구동하고, 터빈에 연결된 압축기에 의하여 흡기를 압축하여 흡기 압력을 상승시킨다. 이 때, 배기 가스에 의해 구동되는 터빈과, 터빈에 직결되어 터빈의 회전 속도로 회전하는 압축기를 합쳐서 배기 터빈 과급기라 한다.In general, internal combustion engines release a significant portion of the energy through the exhaust gas, and use this exhaust energy to be discarded into the atmosphere to drive the turbine, compressing the intake air by a compressor connected to the turbine and raising the intake pressure. At this time, the turbine driven by the exhaust gas and the compressor directly connected to the turbine and rotating at the rotational speed of the turbine are referred to as an exhaust turbine supercharger.
도 1은 일반적인 배기 터빈 과급기의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 배기 터빈 과급기는 도 1에 도시된 바와 같이 회전부, 베어링 하우징(12), 터빈 하우징(13), 및 압축기 하우징(14)으로 구성된다.1 is a view schematically showing the structure of a general exhaust turbine supercharger. The exhaust turbine supercharger is composed of a rotating part, a bearing housing 12, a turbine housing 13, and a compressor housing 14 as shown in FIG. 1.
회전부는 터빈(11)과 압축기(15), 그리고 이것들을 연결하는 회전축(16)으로 구성되며, 터빈(11)은 고온에 노출되므로 대부분 니켈 합금으로 만들어지며, 표면이 얇은 세라믹 층으로 처리되기도 한다. 압축기(15)는 통상적으로 알루미늄 합금으로 만들어지며, 터빈(11)과 압축기(15)는 회전축(16)에 의해 연결된 상태로 밸런싱한다.The rotating part consists of a turbine 11, a compressor 15, and a rotating shaft 16 connecting them. The turbine 11 is mostly made of nickel alloy because it is exposed to high temperature, and is often treated with a thin ceramic layer. . The compressor 15 is typically made of aluminum alloy, and the turbine 11 and the compressor 15 are balanced in a state connected by the rotating shaft 16.
소형 오토기관과 같이 1사이클에 필요한 공기량이 적기 때문에, 터빈(11)과 압축기(15)의 지름은 아주 작다(배기량이 2000cc인 경우 지름이 약 50㎜ 정도이며, 3000cc인 경우에 약 65㎜이다. 그러나, 회전 속도는 약 100000rpm 정도이다. 회전축(16)은 오일 속에 잠겨있는 베어링(17)에 의하여 회전 가능하게 지지된다.Since the amount of air required for one cycle is small, such as a small auto engine, the diameters of the turbine 11 and the compressor 15 are very small (the diameter is about 50 mm when the exhaust volume is 2000 cc and about 65 mm when the 3000 cc is exhausted). However, the rotation speed is about 100000 rpm The rotating shaft 16 is rotatably supported by a bearing 17 immersed in oil.
베어링의 윤활은 기관 윤활장치로부터 공급되는 오일에 의하여 강제 윤활되며, 베어링 하우징(12)의 양단, 즉 터빈(11)과 압축기(15)의 가스실은 각각 윤활실과 분리된다.Lubrication of the bearing is forcibly lubricated by oil supplied from the engine lubricator, and both ends of the bearing housing 12, that is, the gas chambers of the turbine 11 and the compressor 15, are separated from the lubrication chamber, respectively.
배기 밸브를 통하여 배출되는 배기 가스는 먼저 터빈 하우징(13)의 외측으로부터 터빈 블레이드(18)로 유입되어, 터빈(11)을 회전시키고, 각각의 터빈 블레이드(18) 사이의 통로를 따라 회전축(16) 중심부에서 배기관으로 배출된다.The exhaust gas discharged through the exhaust valve first enters the turbine blades 18 from the outside of the turbine housing 13 to rotate the turbines 11 and rotate along the passage between the respective turbine blades 18. ) It is discharged from the center to the exhaust pipe.
터빈(11)과 직결된 압축기(15)가 회전하면, 회전축(16) 중심부의 흡기는 원심력에 의하여 외주 방향으로 가속되어 흡기실로 유입된다. 흡기실의 디퓨저에서 각각의 공기 통로의 체적이 확대되기 때문에, 흡기의 속도 에너지는 압력에너지로 변환된다. 즉, 속도는 낮아지고 압력은 상승한다. 이와 같은 원리로 압축기(15)의 축의 중심부의 흡입구(19)로부터 흡입된 공기는 압축기 하우징(14)의 외주측으로 연속적으로 압입된다. 이러한 압축 공기가 흡기 매니폴드에 보내지면, 흡기 밸브가 열릴 때마다 새로운 압축공기가 실린더 내에 채워진다.When the compressor 15 directly connected to the turbine 11 rotates, the intake air in the center of the rotation shaft 16 is accelerated in the circumferential direction by the centrifugal force and flows into the intake chamber. Since the volume of each air passage in the diffuser of the intake chamber is enlarged, the velocity energy of the intake air is converted into pressure energy. That is, the speed decreases and the pressure rises. In this way, the air sucked in from the suction port 19 at the center of the shaft of the compressor 15 is continuously press-fitted to the outer circumferential side of the compressor housing 14. When this compressed air is sent to the intake manifold, each time the intake valve is opened, new compressed air is filled in the cylinder.
도 2에는 급속 엔진 정지기능을 가지는 배기 터빈 과급기가 도시?? 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 배기 터빈 과급기는 기관 윤활 장치로부터 베어링(17)으로 공급되는 오일 통로(5)로부터 분기되는 제 1 통로(4)에 오일 저장 탱크(1)가 위치된다. 오일 저장 탱크(1)에 오일이 가득 채워지면, 오일은 바이패스되어 오일 통로(5)를 통하여 배기 터빈 과급기, 즉 베어링(17)으로 공급된다.2 shows an exhaust turbine supercharger having a rapid engine stop function. have. As shown in FIG. 2, this exhaust turbine supercharger is located in an oil storage tank 1 in a first passage 4 branching from an oil passage 5 which is fed from an engine lubrication device to a bearing 17. When the oil storage tank 1 is filled with oil, the oil is bypassed and supplied to the exhaust turbine supercharger, that is, the bearing 17 through the oil passage 5.
오일 저장 탱크(1)에 저장된 오일은 오일 저장 탱크(1)로부터 회전축(16)을회전 가능하게 지지하는 베어링(17)으로 소통하는 제 2 통로(6)에 설치된 밸브(2)를 통하여 베어링(17)으로 공급된다. 이러한 밸브(2)는 라인(7)을 통하여 차내의 시동 스위치(3)에 연결되어, 시동 스위치(3)의 작동에 의하여 개폐된다.The oil stored in the oil storage tank 1 is transferred from the oil storage tank 1 through a valve 2 provided in the second passage 6 communicating with the bearing 17 rotatably supporting the rotation shaft 16. 17). This valve 2 is connected to the start switch 3 in the vehicle via the line 7, and is opened and closed by the operation of the start switch 3.
시동 스위치(3)가 온되면, 기관 하부에 위치된 기관 윤활 장치으로부터 배기 터빈 과급기로 오일이 공급되며, 상기된 바와 같이 오일 저장 탱크(1)에 오일이 가득 채워진 후에, 정상 주행이 완료된 상태에서, 시동 스위치(2)가 가속 위치에 위치되었을 때, 오일 저장 탱크(1)와 배기 터빈 과급기의 중간에 위치된 밸브(3)가 개방된다. 밸브(3)의 개방에 의하여, 오일 저장 탱크(1)에 저장된 오일은 제 2 통로(6)를 통하여 베어링(17)으로 오일이 급속히 공급된다.When the start switch 3 is turned on, the oil is supplied to the exhaust turbine supercharger from the engine lubrication device located at the lower part of the engine, and as described above, after the oil storage tank 1 is filled with oil, in a state where normal driving is completed. When the start switch 2 is positioned at the acceleration position, the valve 3 located between the oil storage tank 1 and the exhaust turbine supercharger is opened. By opening the valve 3, the oil stored in the oil storage tank 1 is rapidly supplied with oil to the bearing 17 through the second passage 6.
그런 다음, 밸브(2)가 폐쇄되고 반복해서 시동 스위치(3)가 온되면, 오일 저장 탱크(1)에 오일이 유입되어 저장된다.Then, when the valve 2 is closed and the start switch 3 is repeatedly turned on, oil flows into the oil storage tank 1 and is stored.
그러나, 상기된 바와 같은 종래의 배기 터빈 과급기는 엔진 시동 직후에 급출발 또는 급가속 등으로 엔진을 고속 회전시키는 경우, 또는 등판 주행이나 고속 직후에 엔진이 과열된 상태에서 급속하게 엔진을 정지시키는 경우에, 터빈 과급기의 베어링이 고착되는 것에 의한 배기 터빈 과급기의 고장이 발생될 수 있다.However, the conventional exhaust turbine supercharger as described above, when the engine is rotated at high speed immediately after starting the engine by rapid start or rapid acceleration, or when the engine is rapidly overheated immediately after climbing or after high speed. In addition, failure of the exhaust turbine supercharger may occur due to the bearing of the turbine supercharger being fixed.
따라서, 본 발명의 목적은 엔진 시동 직후에 급출발 또는 급가속 등으로 엔진을 고속 회전시키는 경우, 또는 등판 주행이나 고속 직후에 엔진이 과열된 상태에서 급속하게 엔진을 정지시킬 때, 터빈 과급기의 베어링이 고착되는 것에 의한 배기 터빈 과급기의 고장을 방지할 수 있는 배기 터빈 과급기의 보호 장치를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a turbine supercharger bearing when the engine is rotated at high speed immediately after starting the engine by rapid start or rapid acceleration, or when the engine is rapidly stopped while the engine is overheated immediately after climbing or after high speed. An object of the present invention is to provide a protection device for an exhaust turbine supercharger which can prevent the failure of the exhaust turbine supercharger due to sticking.
도 1은 일반적인 배기 터빈 과급기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.1 is a view schematically showing the structure of a typical exhaust turbine supercharger.
도 2는 종래의 급속 엔진 정지기능을 가지는 배기 터빈 과급기의 구조를 개략적으로 도시한 도면.Figure 2 schematically shows the structure of a conventional exhaust turbine supercharger having a rapid engine stop function.
도 3은 본 발명에 따른 터빈 과급기의 보호 장치를 개략적으로 도시한 도면.3 shows schematically a protection device for a turbine supercharger according to the invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
1 : 오일 저장 탱크2 : 밸브1: oil storage tank 2: valve
3 : 시동 스위치4 : 제 1 통로3: start switch 4: first passage
5 : 오일 통로6 : 제 2 통로5 oil passage 6 second passage
7 : 라인16 : 회전축7 line 16: rotation axis
17 : 베어링19 : 흡입구17 bearing 19 suction port
20 : 피니언 기어21 : 구동 모터20: pinion gear 21: drive motor
22 : 모터 축23 : 스위치22: motor shaft 23: switch
24 : 타이머25 : 배터리24: timer 25: battery
상기된 바와 같은 목적은, 터빈은 배기 가스에 의해 구동되며, 베어링에 의하여 회전 가능하게 지지되는 회전축에 의해 상기 터빈에 연결되는 압축기는 흡기를 압축하고, 상기 베어링의 윤활은 기관 윤활장치로부터 공급되는 오일에 의하여 강제 윤활되며, 오일 저장 탱크가 상기 기관 윤활 장치로부터 베어링으로 공급되는 통로로부터 분기되는 제 1 통로에 위치되어 오일을 저장하고, 상기 오일 저장 탱크와 상기 베어링을 소통시키는 제 2 통로가 솔레노이드 밸브에 의하여 개폐되는 배기 터빈 과급기의 보호 장치에 있어서, 상기 회전축의 한 쪽 단부에 형성된 스플라인 기어와 결합되는 피니언 기어가 설치되는 구동 모터와; 상기 솔레노이드 밸브와 상기 구동 모터를 동시에 구동시키도록 상기 구동 모터와 상기 솔레노이드 밸브에 전원을 인가하는 스위치와; 일정 시간 동안 상기 스위치를 작동시키기 위한 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 배기 터빈 과급기의 보호 장치에 의하여 달성될 수 있다.As described above, the turbine is driven by exhaust gas, and a compressor connected to the turbine by a rotating shaft rotatably supported by a bearing compresses intake air, and lubrication of the bearing is supplied from an engine lubricator. A second passage for forced lubrication by oil, the oil storage tank being located in a first passage branched from the passage fed from the engine lubrication device to the bearing, storing the oil, and communicating the oil storage tank with the bearing is a solenoid. A protective device for an exhaust turbine supercharger, which is opened and closed by a valve, comprising: a drive motor having a pinion gear engaged with a spline gear formed at one end of the rotary shaft; A switch for applying power to the drive motor and the solenoid valve to simultaneously drive the solenoid valve and the drive motor; It can be achieved by the protection device of the exhaust turbine supercharger according to the invention, characterized in that it comprises a timer for operating the switch for a certain time.
상기에서, 타이머는 바람직하게 50 내지 60초 동안 상기 구동 모터 및 솔레노이드 밸브를 작동시키도록 설정된다.In the above, the timer is preferably set to operate the drive motor and solenoid valve for 50 to 60 seconds.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 터빈 과급기의 보호 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기 터빈 과급기의 보호 장치는도 2에 도시된 급속 엔진 정지기능을 가지는 배기 터빈 과급기의 구조와 동일하며, 설명의 명료성을 위하여 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하고, 다른 부분에 대해서만 설명한다.3 is a view schematically showing a protection device for a turbine supercharger according to the present invention. As shown in FIG. 3, the protection device of the exhaust turbine supercharger according to the present invention is the same as the structure of the exhaust turbine supercharger having the rapid engine stop function shown in FIG. 2, and the same parts are described for clarity. Are omitted, and only the other parts will be described.
도 3에 도시된 바와 같이, 터빈(11) 및 압축기(15)가 설치되고 또한 베어링(17)에 의하여 회전 가능하게 지지되는 회전축(16)은 본 발명에 따라서 흡입구(19) 쪽의 단부에 스플라인 기어가 형성된다. 회전축(16)은 단부에 형성된 스플라인 기어 기어와 결합되는 피니언 기어(20)를 통하여 구동 모터(21)에 연결된다. 피니언 기어(20)는 구동 모터(21)의 모터 축(22)에 설치되며, 구동 모터(21)의 구동력을 회전축(16)에 전달하도록 회전축(16)의 스플라인 기어 기어와 결합된다.As shown in FIG. 3, the rotary shaft 16, on which the turbine 11 and the compressor 15 are installed and rotatably supported by a bearing 17, is splined at the end side of the suction port 19 in accordance with the present invention. Gears are formed. The rotary shaft 16 is connected to the drive motor 21 via a pinion gear 20 which is engaged with a spline gear gear formed at the end. The pinion gear 20 is installed on the motor shaft 22 of the drive motor 21 and is coupled with the spline gear gear of the rotation shaft 16 to transmit the driving force of the drive motor 21 to the rotation shaft 16.
구동 모터(21)는 릴레이 스위치(23)와 타이머(24)를 통하여 전원(25)과 연결되며, 릴레이 스위치(23)는 구동 모터(21)와 솔레노이드 밸브(2)에 전원을 인가하도록 구동되며, 타이머(24)에 의하여 예를 들어 약 50 내지 60초 동안 구동 모터(21)와 솔레노이드 밸브(2)에 전원을 인가한다.The drive motor 21 is connected to the power source 25 through the relay switch 23 and the timer 24, and the relay switch 23 is driven to apply power to the drive motor 21 and the solenoid valve 2. By the timer 24, for example, power is supplied to the drive motor 21 and the solenoid valve 2 for about 50 to 60 seconds.
솔레노이드 밸브(2)의 개방에 의하여, 기관 윤활 장치로부터 베어링(17)으로 통하는 통로로부터 분기되는 제 1 통로에 위치된 오일 저장 탱크(1)로부터 오일 저장 탱크(1)와 베어링(17)을 소통시키는 제 2 통로를 통하여 오일이 베어링(17)으로 공급되며, 이와 동시에 구동 모터(21)의 작동으로 회전축(16)에 설치된 압축기(15)가 회전되어, 터빈 과급기의 회전 구동부로 오일이 급속하게 공급된다.By opening the solenoid valve 2, the oil storage tank 1 and the bearing 17 are communicated from the oil storage tank 1 located in the first passage branched from the passage leading from the engine lubricator to the bearing 17. The oil is supplied to the bearing 17 through the second passage, and at the same time, the compressor 15 installed on the rotary shaft 16 is rotated by the operation of the drive motor 21, so that the oil rapidly rotates to the rotary drive of the turbine supercharger. Supplied.
타이머(24)에 설정된 시간, 즉 50 내지 60초의 시간이 경과하면, 구동 모터(21) 및 솔레노이드 밸브(2)의 구동이 정지하게 되어, 압축기(15)의 회전이 정지됨과 동시에 오일 저장 탱크(1)로부터 베어링(17)으로의 오일 공급이 차단된다. 이 때, 반복해서 시동 스위치(3)를 온하면 기관 윤활 장치로부터 오일 저장 탱크(1)로 공급되어 저장된다.When the time set in the timer 24, i.e., 50 to 60 seconds has elapsed, the driving of the drive motor 21 and the solenoid valve 2 is stopped, so that the rotation of the compressor 15 is stopped and the oil storage tank ( The oil supply from 1) to the bearing 17 is cut off. At this time, if the start switch 3 is repeatedly turned on, it is supplied from the engine lubrication device to the oil storage tank 1 and stored.
그러므로, 터비 과급기는 엔진 공회전과는 별개로 구동 모터(21)의 구동만으로 일정시간 작동됨으로써, 베어링(17)의 고착이 방지될 수 있으며, 결과적으로 연비가 향상된다.Therefore, the turby supercharger is operated for a predetermined time only by the drive of the drive motor 21 separately from the engine idle, thereby preventing the sticking of the bearing 17, resulting in improved fuel economy.
본 발명에 따른 터빈 과급기의 보호 장치는 먼저 시동 스위치(3)를 켜면, 엔진 하부에 위치된 기관 윤활 장치로부터 터빈 과급기로 오일이 공급되고, 이 때, 오일 저장 탱크(1)에 오일이 공급되고, 오일 저장 탱크(1)에 오일이 가득 채워지면, 오일은 기관 윤활 장치로부터 터빈 과급기로 직접 공급된다.In the protection device of the turbine supercharger according to the present invention, when the start switch 3 is first turned on, oil is supplied to the turbine supercharger from an engine lubrication device located at the lower part of the engine, and at this time, oil is supplied to the oil storage tank 1. When the oil storage tank 1 is filled with oil, the oil is supplied directly from the engine lubrication device to the turbine supercharger.
정상 주행을 마치고, 시동 스위치(3)를 가속 위치로 단계적으로 위치시키면, 상기된 바와 같이, 구동 모터(21)와 솔레노이드 밸브(2)로 타이머(24)가 설정된 시간 동안 전원이 인가되어 상기된 바와 같은 작동을 수행한다.After the normal driving is completed, when the start switch 3 is gradually moved to the acceleration position, as described above, power is applied to the drive motor 21 and the solenoid valve 2 for a time for which the timer 24 is set so that Perform the operation as described.
상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기 터빈 과급기에 의하면, 엔진 시동 직후에 급출발 또는 급가속 등으로 엔진을 고속 회전시키는 경우, 또는 등판 주행이나 고속 직후에 엔진이 과열된 상태에서 급속하게 엔진을 정지시킬 때, 터빈 과급기의 베어링이 고착되는 것에 의한 배기 터빈 과급기의 고장을 방지할 수 있다.As described above, according to the exhaust turbine supercharger according to the present invention, when the engine is rotated at high speed immediately after starting the engine by rapid start or rapid acceleration, or when the engine is overheated immediately after climbing or at high speed, the engine is rapidly stopped. In this case, failure of the exhaust turbine supercharger due to the bearing of the turbine supercharger being stuck can be prevented.
또한, 리모트 콘트롤러와 같은 별도의 장치를 부착하는 것에 의한 별도의 비용에 대한 부담을 해소시킬 수 있다.In addition, the burden of additional costs by attaching a separate device such as a remote controller can be eliminated.
아울러, 엔진을 정지시킨 상태에서 모터의 회전만으로 과급기를 공회전시키키 때문에 엔진 동력이 소모되지 않으므로, 연료 소모가 방지되어 차량의 연비가 크게 향상될 수 있다.In addition, since the engine power is not consumed because the supercharger is idling only by the rotation of the motor while the engine is stopped, fuel consumption is prevented and fuel economy of the vehicle can be greatly improved.
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