KR20030018907A

KR20030018907A - 하이브리드 차량용 터보차저장치

Info

Publication number: KR20030018907A
Application number: KR1020010053508A
Authority: KR
Inventors: 장성진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-06

Abstract

하이브리드 차량용 터보차저장치가 개시된다. 개시된 하이브리드 차량용 터보차저장치는, 블레이드와, 상기 블레이드를 지지하여 상기 블레이드를 회동되게 하는 블레이드축으로 구비된 압축기와; 상기 블레이드축에 설치되고, 스테이터 및 로터가 구비되어 상기 블레이드축을 구동하는 구동장치와; 상기 구동장치에 연결 설치되고, 하이브리드 차량의 축전지의 DC 전류를 삼상 AC로 변환시키도록 구비된 인버터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 엔진출력 제어성능이 향상되고, 터보차저의 휘슬소음을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

하이브리드 차량용 터보차저장치{TURBO CHARGER FOR HYBRID VEHICLES}

본 발명은 하이브리드 차량용 터보차저(turbo charger)장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진출력 제어성능이 향상되고, 터보차저 휘슬 소음(whistlenoise) 이 저감될 수 있도록 개선된 하이브리드 차량용 터보차저장치에 관한 것이다.

하이브리드 차량의 구동원은 대게 디젤엔진과 삼상 유도전동기를 사용한다. 따라서 엔진을 사용할 경우, 엔진의 출력에 영향을 미치는 터보차저는 디젤엔진에 맞도록 고안된 형식이다. 즉, 배기압을 이용하여 흡기 충전성능을 향상시켜 엔진의 출력을 상승시키는 것이다.

이와 같이 디젤 엔진에 장착되는 터보차저는 도 1에 도시된 바와 같이 터빈(10)과 압축기(20)로 이루어지는 것이 대부분이다. 이 터보차저는 엔진의 배기 압력을 이용하여 터빈 블레이드(turbine blade)(11)를 회전시키고, 이 터빈 블레이드(11)와 연결되어 있는 축(12)이 회전하여 압축기(20)의 블레이드(21)를 회전시켜서 흡기량을 증가시켜 엔진의 출력을 향상시킨다.

그런데, 상기와 같은 구성으로 이루어진 종래의 터보차저는 필연적으로, 두 블레이드(11,21)에 걸리는 부하의 차이로 인하여 도 2에 도시된 바와 같이, 축(12)이 상하좌우 방향(화살표 방향)으로 진동이 발생하게 된다. 이러한 축진동이 배기관을 통하여 공기를 가진시켜서 소음을 발생시키게 된다.

이러한 소음을 터보차저의 휘슬소음이라고 한다. 이 휘슬소음은 블레이드축 (12)의 길이가 길어지면 축(12)의 거동 또한 커져서 증가하게 된다.

또한 이 터보차저의 흡기압축 성능이 배기량에 전적으로 의존하기 때문에 엔진의 출력을 원하는 데로 제어하기 어렵다. 그리고 배기측의 고온이 터보차저에 전달됨에 따라 냉각계 신설 및 열해 가능성이 존재한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 삼상 교류전원을 이용하여 터보차저 휘슬소음을 저감시키고, 엔진 출력 제어성능이 향상될 수 있도록 한 하이브리드 차량용 터보차저장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 및 도 2는 일반적인 터보차저장치를 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 터보차저장치의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 터보차저장치의 작동을 순차적으로 나타낸 플로차트.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30. 압축기31. 블레이드

32. 블레이드축33. RPM센서

40. 구동장치41. 스테이터

42. 로터50. 축전지

60. 인버터70. ECU

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 차량용 터보차저장치는, 블레이드와, 상기 블레이드를 지지하여 상기 블레이드를 회동되게 하는 블레이드축으로 구비된 압축기와; 상기 블레이드축에 설치되고, 스테이터 및 로터가 구비되어 상기 블레이드축을 구동하는 구동장치와; 상기 구동장치에 연결 설치되고, 하이브리드 차량의 축전지의 DC 전류를 삼상 AC로 변환시키도록 구비된 인버터;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

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

도 3에는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 터보차저장치를 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다. 여기에서는 일반적인 하이브리드 차량용 터보차저장치의 구성 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 구성만을 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 터보차저장치는, 블레이드(31)와, 상기 블레이드(31)를 지지하여 블레이드(31)를 회동되게 하는 블레이드축(32)으로 구비된 압축기(30)와, 상기 블레이드축(32)에 설치되고, 스테이터 (stator)(41) 및 로터(rotor)(42)가 구비되어 블레이드축(32)을 구동하는 구동장치(40)와, 상기 구동장치(40)에 연결 설치되고, 하이브리드 차량의 축전지(50)의 DC 전류를 삼상 AC로 변환시키도록 구비된 인버터(inverter)(60)를 포함하여 구성된다.

상기 하이브리드 차량에 설치된 ECU(70)에 압축기의 RPM을 감지하여 송신하는 RPM센서(33)가 압축기(30)의 일측에 설치된다.

그리고 상기 스테이터(41)에는 벡터(vector) 제어방식으로 여자를 만드는 스테이터코일(stator coil)이 구비된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 터보차저장치의 작동순서를 순차적으로 나타낸 플로차트가 도 4에 도시되어 있다.

여기에서는 일반적인 하이브리드 차량용 터보차저장치의 작동 설명은 생략하고, 본 발명의 특징만을 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 우선, 측정 터보차저 RPM과 요구 터보차저 RPM을 상기 RPM 센서(33)에 의해 ECU(70)에 전달한다.(단계 110)

이어서, 상기 ECU(70)에서 터보차저 회전속력 제어 변수값 예컨대 여자전류, 전압 등을 설정한다.(단계 120)

상기 인버터(60)에서 스테이터(41)에 여자 전류 공급한다.(단계 130)

그리고 상기 스테이터(41)에 회전 여자전류를 발생시켜 로터(42) 주변에 이 로터 회전 자계를 발생시킨다.(단계 140)

또한 상기 ECU(70)에서 터보차저 요구 회전속력과 실 회전속력을 비교하여 제어변수를 피드백제어(feed back control)(PI제어)한다.(단계 150)

이어서, 요구 터보차저 회전속력과 실 회전속력 일치되는지 보고, 어느 정도 범위 안에 들면 OK로 한다.

한편, 상기 단계 150에서, 회전속력이 불일치하게 되면 상기 단계 120 이후 플로(flow)를 재 수행한다.

상술한 바와 같이, 하이브리드 차량에서는 삼상 유도전동기와 엔진을 동시에 사용 가능하게 하기 위하여 축전지(50)의 DC 전류를 삼상 AC로 변환시켜주는 인버터(60)가 구비되어 있다. 이 인버터(60)를 이용하여 도 3에 도시된 바와 같이 터빈측 블레이드를 사용하지 않고, 스테이터(41)와 로터(42)를 블레이드축(32)에 장착하여 압축기(30)의 블레이드(31)만을 구동시킬 수 있다. 따라서 터보차저 축의 길이를 반으로 감소시킬 수 있다.

그리고 본 발명의 터보차저장치는, 벡터 제어방식을 이용하여 터보차저의 회전을 마음대로 조정할 수 있다. 즉, 상기 스테이터(41)의 n개의 극(pole)에 공급되는 여자전류 및 전압의 크기와 위상을 적당히 변화시키면 로터(42)에 유도 기전력이 생기게 된다. 이러한 여자전류가 회전을 하게 만들면 로터(42)에 걸리는 자계가 회전함으로써 로터(42) 자체가 회전하는 원리이다.

이렇게 하면 터보차저의 흡입공기 압축 성능을 제어할 수 있어서 엔진의 출력을 조정할 수 있다. 또한 블레이드축(32)의 길이가 반으로 감소함으로써 휘슬소음이 저감된다. 그리고 본 발명의 터보장치는 배기계와 별도로 설치할 수 있어 고온에 노출되지 않는 다는데 장점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 차량용 터보차저장치는, 엔진출력 제어성능이 향상되고, 터보차저의 휘슬소음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

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

블레이드와, 상기 블레이드를 지지하여 상기 블레이드를 회동되게 하는 블레이드축으로 구비된 압축기와;

상기 블레이드축에 설치되고, 스테이터 및 로터가 구비되어 상기 블레이드축을 구동하는 구동장치와;

상기 구동장치에 연결 설치되고, 하이브리드 차량의 축전지의 DC 전류를 삼상 AC로 변환시키도록 구비된 인버터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 터보차저장치.
제1항에 있어서,

상기 압축기의 일측에 설치되고, 상기 하이브리드 차량에 설치된 ECU에 상기 압축기의 RPM을 감지하여 송신하는 RPM센서를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 터보차저장치.
제1항에 있어서,

상기 스테이터에는 벡터 제어방식으로 여자를 만드는 스테이터코일이 구비된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량용 터보차저장치.