KR20040031221A - 자동차 엔진의 터보 챠져 - Google Patents

Abstract

출발 및 저속 급발진시 흡입공기의 과급이 충분히 이루어져 터보랙 현상 발생을 미연에 방지할 수 있도록 한 자동차의 터보 챠져를 제공할 목적으로;

배기가스의 토출력에 의하여 회전하는 임펠러와 상기 임펠러에 연동되면서 흡입공기를 과급하는 터빈과의 사이에 선택적으로 임펠러의 회전을 증속시켜 터빈을 구동시키는 가속수단을 배치하여 이루어지는 자동차의 터보 챠져를 제공한다.

Description

자동차 엔진의 터보 챠져 {TURBO CHARGER OF ENGINE IN VEHICLES}

본 발명은 터보 차져가 장착된 차량에 있어서, 출발 및 저속 급발진시 흡입공기의 과급이 충분히 이루어져 터보랙(TURBO LAG) 현상 발생을 미연에 방지할 수 있도록 한 자동차의 터보 챠져에 관한 것이다.

예컨대, 자동차에 있어서의 터보 차져는 엔진의 흡기 체적효율의 행상을 위해 배기가스의 에너지로 임펠러를 돌리면 이에 직결되어 있는 터빈에 의하여 저압의 흡입공기가 엔진의 연소실내로 과급되어 엔진의 출력을 향상시킬 수 있도록 하는 장치이다.

이와 같은 터빈 차져가 장착된 차량의 흡배기 계통의 구성을 살펴보면 도 4에서와 같이, 외부의 공기는 에어 클리너(100)를 통과하면서 여과되어 터보 차져(102)측으로 공급되면 배기가스에 의하여 회전하는 터빈(104)의 작동으로 압축되어 스로틀 바디(106)측으로 공급된다.

그러면 스로틀 바디(106)내의 스로틀 밸브(108)에 의하여 공기 유입량이 결정되어 서어지 탱크(110)로 유입되면 이의 서어지 탱크(110)에서 일시 저장되었다가 엔진의 연소실(112)로 공급되는 구성을 갖는다.

그리고 상기 연소실(112)에 공급될 때에는 연료 인젝터(114)로부터 공급되는 연료와 혼합되어 연소실(112)로 공급되며, 이의 연소실(112)에서 연소된 배기가스는 배기 매니폴드(116)를 통해 터보 차져(102)로 공급되어 이의 임펠러(118)를 회전시킨 후에 삼원 촉매(120)를 통과하면서 정화되고, 머풀러(122)를 통해 외부로 배출되는 구성을 갖는다.

이에 따라 엔진이 시동된 상태에서 배기가스가 배출되면, 터보 차져는 이의 배기가스 압력에 의하여 임펠러(118)가 회전하고, 이의 터빈 회전에 의하여 터빈(104)가 회전하면서 흡입공기를 압축 공급하게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 구조에 있어서는 단순히 배기가스의 토출력을 이용하여 임펠러를 회전시키고, 이의 임펠러 회전에 따른 터빈의 회전에 의하여 흡입공기의 과급이 이루어지도록 하고 있는 바, 정지후 출발이나 저속 급발진시 배기가스의 압력이 충분히 형성되지 못해 충분한 과급이 이루어지지 않게 된다.

이에 따라 충분한 엔진 출력이 형성되지 못하여 터보 랙(머뭇거림 현상)이 발생된다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 출발 및 저속 급발진시 흡입공기의 과급이 충분히 이루어져 터보랙 현상 발생을 미연에 방지할 수 있도록 한 자동차의 터보 챠져를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 적용상태를 보이기 위한 터보 차져 장착차량의 흡배기 계통도.

도 2는 본 발명에 의한 터보 챠져의 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 터보 챠져를 운용하기 위한 블록도.

도 4는 종래 기술을 설명하기 위한 터보 차져 장착차량의 흡배기 계통도이다.

상기 목적을 실현하기 위하여 본 발명은, 배기가스의 토출력에 의하여 회전하는 임펠러와 상기 임펠러에 연동되면서 흡입공기를 과급하는 터빈과의 사이에 선택적으로 임펠러의 회전을 증속시켜 터빈을 구동시키는 가속수단을 배치하여 이루어지는 자동차의 터보 챠져를 제공한다.

상기에서 가속수단은 싱글 피니언 유성기어셋트로 형성하되, 선기어에 터빈을 연결하고, 유성 캐리어에 임펠러를 연결하며, 링기어는 구름부재인 베어링을 개재시켜 터보 차져 하우징내에서 회전 가능하게 결합함과 동시에 마찰부재인 브레이크를 개재시켜 가변적으로 하우징과 연결하여 이루어지는 자동차의 터보 챠져를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 적용부위를 나타내기 위한 흡배기 계통의 구성도로서, 흡기과정을 살펴보면, 외부의 공기는 에어 클리너(2)를 통과하면서 여과되어 터보 차져(4)측으로 공급되면 배기가스에 의하여 회전하는 터빈(6)의 작동으로 압축되어스로틀 바디(8)측으로 공급된다.

그리고 상기의 과정을 거쳐 스로틀 바디(8)로 공급된 공기는 스로틀 밸브(10)에 의하여 공기 유입량이 결정되어 서어지 탱크(12)로 유입되면 이의 서어지 탱크(12)에서 일시 저장되었다가 흡기 매니폴드(14)를 통해 밸브가 열리는 엔진의 해당 연소실(16)로 공급되는 구성을 갖는다.

상기와 같이, 연소실(16)에 공급될 때에는 연소실 입구측에 배치된 연료 인젝터(18)로부터 분사되는 연료와 혼합되어 혼합기의 상태로 연소실(16)에 공급되며, 이의 연소실(16)에서 연소된 배기가스는 배기 매니폴드(20)를 통해 터보 차져(4)로 공급되어 이의 임펠러(22)를 회전시킨 후에 배기계통(24)을 통해 배출되는 구성을 갖는다.

이와 같이 자동차 엔진의 흡배기 계통에 터보 챠져(4)를 적용함에 있어서, 본 발명은 상기 임펠러(10)와 터빈(22) 사이에 차량의 발진시 터빈(6)의 가속수단(30)를 배치하였다.

상기 가속수단(30)은 도 2에서와 같이, 단순 유성기어셋트로 형성하되, 싱글 피니언 유성기어셋트를 적용하였으며, 상기 싱글 피니언 유성기어셋트의 선기어(32)에 터빈(6)을 연결하고, 유성 캐리어(34)에 임펠러(22)를 연결하며, 링기어(36)는 구름부재인 베어링(38)을 개재시켜 터보 차져 하우징(40)내에서 회전 가능하게 결합함과 동시에 마찰부재인 브레이크(42)를 개재시켜 가변적으로 하우징(40)과 연결하였다.

이에 따라 배기가스의 토출력에 의하여 상기 임펠러(22)가 입력요소가 되어작동하고 있는 상태에서 상기 브레이크(42)를 작동시키면 선기어(32)에 연결되어 있는 터빈(6)의 회전속도는 싱글 피니언 유성기어셋트의 작동 특성상 크게 증속되어 회전하면서 흡입공기를 과급하게 되는 것이다.

그리고 상기 브레이크(42)의 작동을 해제시키면, 등속의 상태를 유지하면서 종래와 동일한 상태로 작동하게 되는 것이다.

상기에서 가속 수단(30)을 싱글 피니언 유성기어셋트로 한 것으로 설명하고 있으나, 더블 피니언 유성기어셋트를 적용할 수 있으며, 이때에는 링기어가 고정요소로 하지 않고 임펠러(22)와 연결하여 입력요소로 한 상태에서 선기어 또는 유성캐리어 중 어느 하나를 고정요소로 하고, 나머지 하나를 터빈(4)과 연결하면 적용이 가능하다.

또한, 본 발명에서는 링기어(36)를 고정요소로 하고 있으나, 선기어(32)를 고정요소로 하고, 링기어(35)를 터빈(4)과 연결하여 동일 효과를 얻을 수 있으나, 이 경우에는 선기어(32)를 고정요소로 구성하는데 구조상 어려움이 있는바, 적용하는 데에는 다소 어려움이 있을 것이다.

그리고 상기에서 브레이크(42)는 다판 형태로 이루어지는 구조를 도시하고 있으나, 밴드형태로 이루어지는 브레이크를 사용하여도 아무런 문제가 없으며, 또한, 도면에서는 유압을 이용하는 브레이크를 도시하고 있으나, 전기적인 브레이크를 사용하여도 전혀 문제는 없다.

다만, 고정요소인 링기어(36)를 필요에 따라 정지시켜 줄 수 있는 브레이크이면 만족한다.

도 3은 유압에 의하여 가속수단(30)을 제어할 수 있는 제어계통의 일시예를 도시하고 있는데, 전자제어유닛(TCU)에서 차속센서(50)와 스로틀 개도 센서(52)를 통해 현재의 자동차 운전상태를 검출하여 가속수단(30)의 작동이 요구되는 조건이면, 브레이크(42)의 입구 밸브(54)를 개방 제어하여 유압펌프(56)에서 생성된 유압을 브레이크(42)내로 공급하여 작동시키고, 반대로 가속수단(30)의 작동이 요구되지 않으면, 입구밸브(54)는 폐쇄 제어하고 출구밸브(58)를 개방 제어하여 공급된 유압을 해제하게 된다.

상기와 같은 사고수단(30)의 제어계통은 반드시 상기와 같이 구성할 필요는 없으며, 브레이크(42)를 제어할 수 있는 구성이면 어느 것이라도 만족한다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 터보 차져에 의하면, 정지 후 출발이나, 저속 상태에서의 급발진등의 조건에서 충분한 과급이 요구되면 전자제어유닛(ECU)에서 브레이크(42)를 작동 제어하면 터빈(4)이 증속되면서 충분한 과급이 이루어져 터보 랙 현상이 발생되지 않게 된다.

그리고 고속의 운전 상태에서와 같이 터빈(4)의 증속이 요구되지 않는 경우에는 브레이크(42) 작동 해제 제어를 실시함으로써, 종래와 같이 임펠러(22)와 터빈(4)이 동속의 상태에서 과급이 이루어지게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 의하면, 간간한 구성에 의하여 차량의 출발 및 저속 급발진시 흡입공기의 과급이 충분히 이루어져 터보 랙 현상 발생을 미연에 방지할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 터보 차져가 적용되는 자동차에 있어서,

   배기가스의 토출력에 의하여 회전하는 임펠러와 상기 임펠러에 연동되면서 흡입공기를 과급하는 터빈과의 사이에 선택적으로 임펠러의 회전을 증속시켜 터빈을 구동시키는 가속수단을 배치하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 터보 챠져.
2. 청구항 1에 있어서, 가속수단은 싱글 피니언 유성기어셋트로 형성하되, 선기어에 터빈을 연결하고, 유성 캐리어에 임펠러를 연결하며, 링기어는 구름부재인 베어링을 개재시켜 터보 차져 하우징내에서 회전 가능하게 결합함과 동시에 마찰부재인 브레이크를 개재시켜 가변적으로 하우징과 연결하여 구성함을 특징으로 하는 자동차의 터보 챠져.