KR20010061233A - 터보차저 엔진 - Google Patents

Abstract

터보차저 엔진(turbocharger engine)이 개시된다. 개시된 터보차저 엔진은, 엔진과; 상기 엔진의 배기가스가 그 내로 유입되어 터빈이 구동되며, 그 내에 터빈과 블로어가 구비되는 터보차저와; 상기 블로어 측과 연결되어 압력을 받아, 그 내에 구비된 다이어프램의 작동되어 상기 터빈 측에 구비된 웨이스트 게이트를 개폐하는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터의 일측에 연결 설치되어 상기 액츄에이터에 진공압을 형성하기 위한 진공수단;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 최적의 연소 매칭이 이루어질 수 있는 이점이 있다.

Description

터보차저 엔진{TURBOCHARGER ENGINE}

본 발명은 터보차저 엔진(turbocharger engine)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전 엔진 영역에서 최적의 부스트 압력(boost pressure) 유지로 엔진의 성능을 향상시킨 터보차저 엔진에 관한 것이다.

대기압 보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 송입하는 것을 과급이라 하고, 이렇게 과급이 이루어지면 배기량이 같은 엔진에서도 다량으로 공기를 충전할 수 있으며 이것에 따라 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.

이러한 과급이 이루어지도록 하는 장치의 하나인 터보차저는 일종의 송풍기이며, 배기가스의 유동하는 에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜, 이것과 동시에 회전하는 블로어에 의해 공기를 흡입하여 이것을 가압하여 실린더로 보내도록 되어 있다.

이와 같은 터보차저의 배기가스에 의해 작동하는 터빈과 실린더에 공기를 압송하는 블로어가 하나의 샤프트에 회전자로 결합되어 이것이 터빈 케이스, 베어링 케이스, 및 블로어 케이스의 안에 설치되어 있다.

이러한 구성을 갖는 터보차저는 다음과 같이 작동한다. 엔진의 배기가스는 배기 매니폴드에서 터빈 케이스로 들어가 터빈을 고속 회전시키고, 이때 터빈과 같은 축에 설치되어 있는 블로어도 동시에 고속 회전하여 블로어 케이스의 공기 흡입구에서 공기를 빨아들이며, 흡입된 공기는 가압 및 가속되나 디퓨저를 지나는 사이에 속도가 떨어져 속도 에너지가 압력으로 바뀌어 블로어 케이스의 출구에서 흡기 매니폴드로 가압 공기가 되어 압송된다.

이와 같이 작동되는 터보차저는 도 1에 도시된 바와 같이, 부스트 압력이 너무 커서 이상 연소(detonation)와 엔진의 손상을 초래할 수도 있다. 과도한 부스트 압력을 억제하기 위하여 대부분의 터보차저(10)들은 웨이스트 게이트(wastegate)(20)를 설치하고 있다. 상기 웨이스트 게이트(20)는 부스트 압력이 미리 정해진 최대값에 도달하게 되면 열려서 배기가스의 일부분이 터빈(11)을바이패스(by-pass)하여 웨이스트 게이트(20)로 흐르게 한다. 이 배기가스는 터빈(11)이 회전하는 것에 사용되지 않고 버려지게 된다. 상기 웨이스트 게이트(20)는 압축기 측에 연결되어 압축된 공기에 의해 작동된다.

액츄에이터(21)의 다이어프램 스프링은 부스트 압력이 스프링의 힘을 초과할 때 압축되어 웨이스트 게이트(20)로 통과하는 바이패스 통로를 열게 된다. 이 경우 더 이상의 터빈(11) 속도는 증가는 불가능하고, 이 작용에 의하여 부스트 압력이 제한된다. 한편 도 1에서 설명되지 않은 참조부호 12는 블로어를 나타낸 것이다.

그런데, 엔진(30)의 저속 및 중속 rpm에서 엔진 특성에 따라 웨이스트 게이트(20)가 개폐되지 않는다. 그리고 엔진(30) 부분 부하에서 웨이스트 게이트(20)의 캘리브레이션 압력(calibration pressure) 세팅(setting)에 의해 웨이스트 게이트(20)가 항상 닫혀 있으므로 해서 불필요한 연비 악화 및 배기 배압 상승을 초래한다. 이러한 이유로 부분 부하 및 저속 중속 구간에서 이미션(emission) 매칭(matching)에 어려움이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 전 엔진 구간에서 최적의 연소 매칭이 가능하고, 연비 향상 및 엔진 내구력이 확보될 수 있는 터보차저 엔진을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 터보차저 엔진의 구성을 개략적으로 나타내 보인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 터보차저 엔진의 구성을 개략적으로 나타내 보인 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10. 터보차저 20. 웨이스트 게이트

50. 액츄에이터 51. 다이어프램

52. 스프링 53. 로드

61. 진공펌프 62. 진공탱크

63. 솔레노이드 밸브 64. ECU

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터보차저 엔진은, 엔진과; 상기 엔진의 배기가스가 그 내로 유입되어 터빈이 구동되며, 그 내에 터빈과 블로어가 구비되는 터보차저와; 상기 블로어 측과 연결되어 압력을 받아, 그 내에 구비된 다이어프램의 작동되어 상기 터빈 측에 구비된 웨이스트 게이트를 개폐하는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터의 일측에 연결 설치되어 상기 액츄에이터에 진공압을 형성하기 위한 진공수단;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 진공수단에 의해 상기 진공압이 상기 다이어프램의 전방측으로 형성된다.

본 발명에 있어서, 상기 진공수단은, 상기 액츄에이터와 연결 설치되어 진공을 생성시키는 진공펌프와; 상기 진공펌프와 연결 설치된 진공탱크와; 상기 액츄에이터와 연결 설치되어 상기 진공의 형성을 단속하는 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 ECU;를 포함하여 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 터보차저 엔진의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다. 도 2에서 도 1과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸 것이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 터보차저 엔진은 진공을 이용하여 전 영역에서 최적의 부스트 압력 유지로 성능을 향상시킨 것으로 그 구성을 상술하기로 한다. 여기에서는 일반적인 터보차저의 설명은 생략하고, 본 발명에 따른 특징부에 대해서만 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 터보차저 엔진은, 흡기가 유입되는 것은 물론 배기가스가 배출되어 작동되는 엔진(30)과, 상기 엔진(30)의 배기가스가 그 내로 유입되어 배기가스에 의해 터빈(12)이 구동되며, 그 내에 터빈(12)과 블로어(11)가 구비되는 터보차저(10)와, 상기 블로어(12) 측과 연결되어 압축된 공기의 작용 즉, 공기의 압력을 받아, 그 내에 구비된 다이어프램(51) 및 스프링(52)이 작동되고, 상기 터빈(11) 측의 일측에 구비되어 터빈(11)을 바이패스 하여 배기가스가 흐르도록 하는 웨이스트 게이트(20)를 개폐하는 액츄에이터(50)와, 상기 액츄에이터(50)의 일측에 연결 설치되어 상기 액츄에이터(50)에 진공압을 형성하기 위한 진공수단을 포함하여 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 진공수단에 의해 진공압이 상기 다이어프램(51)의 전방측으로 형성되도록 상기한 진공수단이 설치된다.

상기 진공수단은, 상기 액츄에이터(50)와 연결 설치되어 진공을 생성시키는 진공펌프(61)와, 상기 진공펌프(61)와 연결 설치된 진공탱크(62)와, 상기 액츄에이터(50)와 연결 설치되어 진공의 형성을 단속하는 솔레노이드 밸브(63)와, 상기 솔레노이드 밸브(63)에 연결되어 이 솔레노이드 밸브(63)를 제어하는 ECU(64)로 이루어진다.

상기 진공펌프(62)는 진공을 생성시키는 것으로, 이는 디젤엔진에서 기어의 구동으로 기존에 사용되는 것이고 마찬가지로, 상기 진공탱크(62)도 브레이크 부스트 등에 이용하기 위해 이미 사용되는 것이다. 따라서 본 발명에 따른 특징부들은 별도의 구성을 추가해서 엔진의 구조를 복잡하게 한 것이 아님을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 터보차저 엔진의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 터보차저 엔진의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.

도 2를 다시 참조하면, 터보차저 엔진의 부분 부하에서 필요 없는 부스트 압력을 상기 ECU(64)가 감지하게 된다. 이 엔진의 ECU(64)에는 엔진(30)의 로드(load)별, RPM별 부스트 압력을 저장하고 있으며, 이 저장된 값과 입력값을 비교하여 상기 솔레노이드 밸브(63)를 오픈시켜 웨이스트 게이트(20)를 통하여 배기가스를 배출토록 하는 것이다.

다시 말해, 로드별 RPM별 세팅 압력 Pα와, 입력된 압력 Pβ의 값을 ECU(64)가 판단하여, 만약 Pβ가 큰 경우, 솔레노이드 밸브(63)를 작동시켜 이를 오픈(open)시키고, Pβ가 작은 경우 솔레노이드 밸브(63)를 클로즈(close)시킨다.

전술한 바와 같이, 상기 Pβ가 큰 경우, 진공에 의해 상기 액츄에이터(50) 내의 다이어프램(51)의 전방에 형성된 힘 Fv가 스프링(52)에 작용하여 솔레노이드 밸브(63)가 작동하고, 이에 따라 액츄에이터(50)의 선단에 설치된 로드(53)의 슬라이딩 운동에 의해 웨이스트 게이트(20)가 오픈된다.

그리고 진공펌프(61)의 작동에 의해 지속적인 진공을 형성시켜 상기 액츄에이터(50) 내의 다이어프램(51)의 전방에 형성된 힘 Fv가 필요 없는 경우, 정상적인 진공탱크(62)로의 진공 형성이 이루어진다.

따라서 부분 부하에서는 도 2에 도시된 바와 같이, Fc＋Fv가 작용하여 웨이스트 게이트(20)를 오픈시켜 터빈(11)을 바이패스시켜 배기가스를 웨이스트(waste)시키며, 부스트 압력이 필요한 구간에서는 일반적인 블로어(12) 측 압력만이 작용하는 힘 Fc만이 작동하게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터보차저 엔진은 다음과 같은 효과를 갖는다.

부스트 압력의 최적의 조절로 전 엔진 구간에서 최적의 연소 매칭이 가능하고, 부분 부하 운행시 필요 이상의 부스트 압력을 방지하므로 연비 향상 및 엔진 내구력이 확보된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 엔진과;

   상기 엔진의 배기가스가 그 내로 유입되어 터빈이 구동되며, 그 내에 터빈과 블로어가 구비되는 터보차저와;

   상기 블로어 측과 연결되어 압력을 받아, 그 내에 구비된 다이어프램의 작동되어 상기 터빈 측에 구비된 웨이스트 게이트를 개폐하는 액츄에이터와;

   상기 액츄에이터의 일측에 연결 설치되어 상기 액츄에이터에 진공압을 형성하기 위한 진공수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진.
2. 제1항에 있어서, 상기 진공수단에 의해 상기 진공압이 상기 다이어프램의 전방측으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진.
3. 제1항에 있어서, 상기 진공수단은,

   상기 액츄에이터와 연결 설치되어 진공을 생성시키는 진공펌프와;

   상기 진공펌프와 연결 설치된 진공탱크와;

   상기 액츄에이터와 연결 설치되어 상기 진공의 형성을 단속하는 솔레노이드 밸브와;

   상기 솔레노이드 밸브에 연결되어 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 ECU;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 터보차저 엔진.