KR20040031221A - Turbo charger of engine in vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
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.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger of a vehicle in which a turbocharger is provided so that the intake air is fully charged at the start and at the low speed sudden start and stop.
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.For example, in a turbocharger in an automobile, when the impeller is turned to the energy of exhaust gas to perform the intake volume efficiency of the engine, low-pressure intake air is supercharged into the combustion chamber of the engine by the turbine directly connected to it, thereby improving the output of the engine. It is a device that can be used.
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.Looking at the configuration of the intake and exhaust system of the vehicle equipped with such a turbine charger, as shown in Figure 4, the outside air is filtered while passing through the air cleaner 100 to the turbocharger 102 when the turbine rotates by the exhaust gas Compressed by the operation of 104 is supplied to the throttle body 106 side.
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.Then, when the air inflow is determined by the throttle valve 108 in the throttle body 106 and flows into the surge tank 110, it is temporarily stored in the surge tank 110 and then supplied to the combustion chamber 112 of the engine. Has
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.When supplied to the combustion chamber 112, the fuel is mixed with the fuel supplied from the fuel injector 114 and supplied to the combustion chamber 112, and the exhaust gas combusted in the combustion chamber 112 is turbocharged through the exhaust manifold 116. After being supplied to the charger 102 and rotating its impeller 118, it is purified while passing through the three-way catalyst 120 and discharged to the outside through the muffler 122.
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.Accordingly, when the exhaust gas is discharged while the engine is started, the turbocharger rotates the impeller 118 by the exhaust gas pressure thereof, and the turbine 104 rotates by the turbine rotation thereof to compress and supply the intake air. will be.
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.However, in the above structure, the impeller is rotated simply by using the earth output of the exhaust gas, and the intake air is supercharged by the rotation of the turbine according to the rotation of the impeller. The pressure of the gas is not formed sufficiently, so that sufficient supercharging is not achieved.
이에 따라 충분한 엔진 출력이 형성되지 못하여 터보 랙(머뭇거림 현상)이 발생된다는 문제점을 내포하고 있다.Accordingly, there is a problem that a turbo rack (shaking phenomenon) occurs due to insufficient engine output.
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.Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a turbocharger of the car to prevent the occurrence of the turbo rack phenomenon by fully charging the intake air during start and low-speed rapid start In providing.
도 1은 본 발명의 적용상태를 보이기 위한 터보 차져 장착차량의 흡배기 계통도.1 is an intake and exhaust diagram of a turbocharged vehicle for showing the application of the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 터보 챠져의 단면도.2 is a cross-sectional view of the turbocharger according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 터보 챠져를 운용하기 위한 블록도.3 is a block diagram for operating a turbocharger according to the present invention.
도 4는 종래 기술을 설명하기 위한 터보 차져 장착차량의 흡배기 계통도이다.4 is an intake and exhaust system diagram of a turbocharged vehicle for explaining the prior art.
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.In order to realize the above object, the present invention, an acceleration means for driving the turbine by selectively increasing the rotation of the impeller between the impeller rotating by the output of the exhaust gas and the turbine for charging the intake air while interlocked with the impeller It provides a turbocharger of the vehicle made by arranging.
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.The acceleration means is formed of a single pinion planetary gear set, the turbine is connected to the sun gear, the impeller is connected to the planet carrier, the ring gear is rotatably coupled in the turbocharger housing through the bearing of the rolling member and At the same time, to provide a turbocharger of the vehicle that is variably connected to the housing via a brake that is a friction member.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
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.1 is a configuration diagram of an intake and exhaust system for showing the application of the present invention, when looking at the intake process, the outside air is filtered while passing through the air cleaner (2) is supplied to the turbocharger (4) side by the exhaust gas It is compressed by the operation of the rotating turbine 6 and supplied to the throttle body 8 side.
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.In addition, the air supplied to the throttle body 8 through the above process is temporarily stored in the surge tank 12 when the air inflow is determined by the throttle valve 10 and flows into the surge tank 12. It has a configuration that is supplied to the corresponding combustion chamber 16 of the engine through which the valve is opened through the manifold 14.
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.As described above, when supplied to the combustion chamber 16 is mixed with the fuel injected from the fuel injector 18 disposed at the combustion chamber inlet side and supplied to the combustion chamber 16 in the form of a mixer, which is burned in the combustion chamber 16 thereof. The exhaust gas is supplied to the turbocharger 4 through the exhaust manifold 20 to rotate the impeller 22 and then discharged through the exhaust system 24.
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.As described above, in applying the turbocharger 4 to the intake and exhaust system of the automobile engine, the present invention arranges the acceleration means 30 of the turbine 6 at the start of the vehicle between the impeller 10 and the turbine 22. .
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.The acceleration means 30 is formed as a simple planetary gear set, as shown in FIG. 2, a single pinion planetary gear set is applied, connecting the turbine 6 to the sun gear 32 of the single pinion planetary gear set, The impeller 22 is connected to the planet carrier 34, and the ring gear 36 is rotatably coupled in the turbocharger housing 40 through the bearing 38, which is a rolling member, and at the same time, a brake that is a friction member ( 42) was variably connected to the housing 40.
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.Accordingly, when the brake 42 is operated while the impeller 22 is operating as an input element by the output of exhaust gas, the rotation speed of the turbine 6 connected to the sun gear 32 is a single pinion. Due to the operation characteristics of the planetary gear set, it greatly accelerates and rotates to supercharge the intake air.
그리고 상기 브레이크(42)의 작동을 해제시키면, 등속의 상태를 유지하면서 종래와 동일한 상태로 작동하게 되는 것이다.When the operation of the brake 42 is released, the brake 42 is operated in the same state as before while maintaining the state of the constant velocity.
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.Although the acceleration means 30 is described as having a single pinion planetary gear set, a double pinion planetary gear set may be applied, in which case the ring gear is connected to the impeller 22 without being a fixed element. In this state, the sun gear or the planetary carrier is used as the fixed element, and the other is connected to the turbine 4, it is applicable.
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.In addition, although the ring gear 36 is a fixed element in the present invention, the sun gear 32 is a fixed element, and the ring gear 35 is connected to the turbine 4 to obtain the same effect. There are structural difficulties in configuring the sun gear 32 as a fixed element, so there will be some difficulties in applying.
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.In addition, although the brake 42 has a structure having a multi-plate shape, there is no problem in using the brake having a band shape, and in the drawing, although the brake using hydraulic pressure is illustrated, the electric brake is used. There is no problem at all.
다만, 고정요소인 링기어(36)를 필요에 따라 정지시켜 줄 수 있는 브레이크이면 만족한다.However, it is satisfied if the brake can stop the ring gear 36 which is a fixed element as needed.
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.FIG. 3 illustrates a temporary example of a control system capable of controlling the acceleration means 30 by hydraulic pressure. The current vehicle is controlled by the vehicle speed sensor 50 and the throttle opening degree sensor 52 in the electronic control unit (TCU). When the operation state is detected and the operation of the acceleration means 30 is required, the inlet valve 54 of the brake 42 is opened to supply hydraulic pressure generated by the hydraulic pump 56 to the brake 42 to operate. On the contrary, if the operation of the acceleration means 30 is not required, the inlet valve 54 is closed and the outlet valve 58 is opened to release the supplied hydraulic pressure.
상기와 같은 사고수단(30)의 제어계통은 반드시 상기와 같이 구성할 필요는 없으며, 브레이크(42)를 제어할 수 있는 구성이면 어느 것이라도 만족한다.The control system of the accident means 30 as described above does not necessarily need to be configured as described above, and satisfies any configuration that can control the brake 42.
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.According to the turbocharger of the present invention, if the turbocharger is operated and controlled by the electronic control unit (ECU) when sufficient supercharging is required under conditions such as starting after stopping or sudden start and the like at a low speed, the turbine 4 is operated. As the speed is increased, sufficient supercharging is performed so that the turbo rack phenomenon does not occur.
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.When the increase of the turbine 4 is not required as in the high speed operation state, the brake 42 operation release control is performed, whereby the impeller 22 and the turbine 4 are charged at the same speed as in the prior art. Will be done.
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.As described above, according to the present invention, it is an invention that the turbo rack phenomenon can be prevented due to the supercharge of the intake air at the start of the vehicle and the low speed rapid start and departure by the simple configuration.
Claims (2)
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