[논문]디젤 엔진 자동차의 터보차저 시스템과 관련된 고장사례 연구

이일권; 이정호

doi:10.7842/kigas.2017.21.2.26

디젤 엔진 자동차의 터보차저 시스템과 관련된 고장사례 연구
Study of Failure Examples Involved in Turbocharger System of the Diesel Engine a Vehicle 원문보기

한국가스학회지 = Journal of the Korean institute of gas, v.21 no.2, 2017년, pp.26 - 31

초록
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이 논문은 디젤 자동차의 터보차저 시스템에 관련된 고장사례를 연구하기 위한 것이목적이다. 첫 번째 사례는 터보차저를 분해하여 확인한 결과 터보 휠의 파손으로 터빈이 손상되어 작동되지 않음으로 배기관 구멍이 막혀 가속이 되지 않는 것을 확인하였다. 터보차저 장착차량의 경우 높은 회전수에서는 엔진을 바로 정지시키게 되면 고온에 의한 터보의 고착현상이 발생될 수 있으므로 공회전 상태를 충분히 유지한 다음 시동을 끄도록 한다. 두 번째 사례는 터보차저를 작동시키는 VGT 액튜에이터의 로드가 고착되어 가속불량 현상이 발생된 것으로 확인되었다. 세 번째 사례는 알터네이터(Alternator) 저항과 인터쿨로 팬 릴레이 커넥터 오조립으로 인해 주행 중 출력부족 현상이 발생한 것을 확인하였다. 따라서, 터보차저 시스템의 철저한 관리를 통해 고장이 발생하지 않도록 하여야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this paper is to study for turbocharger system in a vehicle of diesel engine. The first example, it certified the fact that a car engine is not to accelerate by clogged the exhaust tube as the turbine was damaged because of turbine wheel broken. The a vehicle with turbocharger must to stop engine operation after maintaining the appropriate idle revolution as it can be the sticking phenomenon if the operator immediately stop the engine being high revolution. The second example, it knew the phenomenon of acceleration faulty that the rod of VGT actuator that operating the turbocharger adhered with the bracket of VGT. The third example, it confirmed the power insufficiency phenomenon when driving by of alternator resistor and fan intercooler fan relay connector mistaken assembly. Therefore, the operator have to scrutinize manage no the failure of turbocharger system.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

디젤 엔진에서 터보차저를 적용한 시스템은 운전중 터보 차저의 손상으로 인해 터보 차저가 작동이 중단되는 현상과 이에 관련된 현상 등에 의해 내구성이 떨어지면 터보의 성능이 떨어질 수 있다. 따라서, 이 논문은 디젤 엔진 자동차의 터보차저 장치의 고장사례를 조사하고 이를 분석하여 이에 대한 개선 및 연구방향을 제시하고자 한다.

제안 방법

팬 릴레이 제어부를 테스트 램프를 이용하여 점검한 결과 전구가 밝게 점등되었다. 관련회로분석 및 회로를 점검한 결과 발전기(Alternator) 저항 릴레이 오장착여부를 확인하였다. 즉, 원인은 발전기(Alternator) 저항과 팬 릴레이 커넥터 오조립으로 인해 인터 쿨러 팬 릴레이 이상으로 출력되었으며 주행중 출력부족 현상이 발생한 것으로 확인되었다.
디젤 엔진을 장착한 자동차의 터보 차저 시스템에 관련된 고장 사례 현상을 분석하고 이를 고찰하여 봄으로써 다음과 같은 결론을 얻었다.
VGT 솔레노이드(solenoid) 밸브를 교환하였으나, 동일할 현상이 나타났다. 엔진 회전수 1,800rpm이하에서 스톨테스트(stall test)를 실시하였다. 차량을 들어올려(lifting) VGT 로드(rod)의 움직임을 점검하였을 때 가속을 하여도 움직임이 없음을 확인하였다.
인터쿨러의 에어 인렛 호스의 조립상태를 확인하여 손상된 부위가 없는지 확인한다. 인터쿨러의 공기구 한쪽은 막고 다른 한쪽은 호스를 조립하여 수조에 넣고 규정 공기력을 가하여 에어의 누설여부를 확인하여 에어가 누설될 때는 교환하도록 한다.

대상 데이터

4%로 고정이동 됨에 따라 언덕길에서 가속불량 현상이 발생된 것으로 확인되었다. 즉, 이 사례의 경우는 VGT 로드가 고착되어 부스트압력의 변화를 ECU(Electronic control unit)가 감지함으로써 P1112 VGT 액튜에이터 이상 코드가 출력되었으며, VGT 솔레노이드 밸브를 31.4%로 고정 제어함으로 언덕길을 올라갈 때가속불량 현상이 발생한 것으로 판단되었다. P1112VGT 액튜에이터 이상 코드 출력조건을 보면 엔진의 회전수가 1,500rpm 이상이고 연료분사량이 40cc 이상인 조건에서 실제 부스트 압력센서의 목표 부스트 압력센서 값의 차이가 ±500hpa 이상일 때 고장을 감지하도록 설계되어 있다.
터보차저의 구조는 동일축상의 터빈과 컴프레서, 센터하우징 및 웨스트게이트 컨트럴 액튜에이터로 구성되어 있다. 터빈과 컴프레서는 휠과 하우징으로 구성되며 휠은 축의 끝단에 설치되어 있다.

성능/효과

1) 첫 번째 사례의 원인은 터보차저를 분해하여 확인한 결과 터보차저 파손으로 터빈이 소착되어 터빈이 작동되지 않아 배기관 구멍이 막혀 가속이 되지 않는 것을 확인하였다.
2) 두 번째 사례의 원인은 터보 차저를 작동시키는 VGT 액튜에이터의 로드가 고착되어 가속불량 현상이 발생된 것으로 확인되었다.
3) 세 번째 사례의 원인은 알터네이터(Alternator) 저항과 팬 릴레이 커넥터 오조립으로 인해 인터 쿨러 팬 릴레이 이상으로 출력되었으며 주행중 출력부족 현상이 발생한 것을 확인되었다.
이 자동차는 3,640km 정도 주행한 자동차로 시운전한 결과 평지를 운행할 때는 가속불량현상을 잘 느낄 수 없었으나, 언덕길을 오를 때는 가속불량 현상을 확연히 느낄 수 있었다. 즉, 언덕길을 1회 주행한 후에는 VGT 액튜에이터 이상 코드가 출력(display)되는 것을 확인하였다.
이 자동차는 59,050km를 주행한 자동차로 시운전한 결과 주행하는 동안 출력이 떨어지는 현상을 확인하였다. 자동차의 정비이력을 확인한 결과 엔진 컴퓨터와 인터 쿨러 팬 릴레이 교환한 것이 확인되었다.
이 자동차는 59,050km를 주행한 자동차로 시운전한 결과 주행하는 동안 출력이 떨어지는 현상을 확인하였다. 자동차의 정비이력을 확인한 결과 엔진 컴퓨터와 인터 쿨러 팬 릴레이 교환한 것이 확인되었다. 자기 진단기를 이용하여 확인한 결과 인터쿨러 팬 이상으로 확인되었다.
이 자동차는 3,640km 정도 주행한 자동차로 시운전한 결과 평지를 운행할 때는 가속불량현상을 잘 느낄 수 없었으나, 언덕길을 오를 때는 가속불량 현상을 확연히 느낄 수 있었다. 즉, 언덕길을 1회 주행한 후에는 VGT 액튜에이터 이상 코드가 출력(display)되는 것을 확인하였다.
관련회로분석 및 회로를 점검한 결과 발전기(Alternator) 저항 릴레이 오장착여부를 확인하였다. 즉, 원인은 발전기(Alternator) 저항과 팬 릴레이 커넥터 오조립으로 인해 인터 쿨러 팬 릴레이 이상으로 출력되었으며 주행중 출력부족 현상이 발생한 것으로 확인되었다.
엔진 회전수 1,800rpm이하에서 스톨테스트(stall test)를 실시하였다. 차량을 들어올려(lifting) VGT 로드(rod)의 움직임을 점검하였을 때 가속을 하여도 움직임이 없음을 확인하였다. 이 사례의 고장 원인은 터보차저를 작동시키는 VGT 액튜에이터의 로드가 고착되어 가속불량 현상이 발생된 것으로 확인되었다 Fig.
이 때 터빈과 베어링부의 온도도 고온에 의해 엔진오일의 공급이 원활하지 못하게 되면 터빈의 샤프 트와 베어링 부위에 슬러지(Sludge)가 생겨 베어링 접촉부가 마멸이 발생되고, 축의 진동에 의한 소음이 증가하거나 악화되면 베어링부의 고착으로 연결되어 터보의 회전이 되지 않아 작동이 중단되게 된다. 터보차저를 분해하여 확인한 결과 터보차저 파손으로 터빈이 소착되어 터빈이 작동되지 않은 것을 확인하였다. 또한 이 현상으로 인해 배기관 구멍이 막혀 가속이 되지 않는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	터보차저의 변천과정은 어떠한가?	터보차저의 적용은 엔진과 차량시스템에 있어 만든 변수(Factors) 를 고려해야만 하였다[3]. 터보차저(Turbocharger)의 변천과정은 초기에는 단순히 흡기측에 자연흡기 방식(Naturally aspirated ; NA)을 이용하였다. 이후 배기가스에 혼합기를 추가로 공급하는 방식 과급기(Turbocharger ; TC) 방식이 개발되어 사용되었다. 그리고 터보차저에서 나오는 더운 공기를 인터쿨러 (Intercooler) 를 통해 흡입공기의 온도를 낮춰 효율을 향상시킨 시스템으로 개발된 것이 과급기와 인터 쿨러(Turbocharger intercooler ; TCI)를 혼합한 방식이었다.
	터보차저 시스템에 관련된 고장사례의 대표적인 예는?	이 논문은 디젤 자동차의 터보차저 시스템에 관련된 고장사례를 연구하기 위한 것이목적이다. 첫 번째 사례는 터보차저를 분해하여 확인한 결과 터보 휠의 파손으로 터빈이 손상되어 작동되지 않음으로 배기관 구멍이 막혀 가속이 되지 않는 것을 확인하였다. 터보차저 장착차량의 경우 높은 회전수에서는 엔진을 바로 정지시키게 되면 고온에 의한 터보의 고착현상이 발생될 수 있으므로 공회전 상태를 충분히 유지한 다음 시동을 끄도록 한다. 두 번째 사례는 터보차저를 작동시키는 VGT 액튜에이터의 로드가 고착되어 가속불량 현상이 발생된 것으로 확인되었다. 세 번째 사례는 알터네이터(Alternator) 저항과 인터쿨로 팬 릴레이 커넥터 오조립으로 인해 주행 중 출력부족 현상이 발생한 것을 확인하였다. 따라서, 터보차저 시스템의 철저한 관리를 통해 고장이 발생하지 않도록 하여야 한다.
	과급기란 무엇인가?	과급기란 대기압 상태의 공기 또는 혼합기의 전부 또는 일부를 실린더 밖에서 미리 압축시켜 밀도가 높은 상태로 변화시킨 다음 실린더에 공급하는 것을 말한다[10]. 즉, 실린더 내에 많은 양의 공기와 연료를 보내면 그만큼 많은 출력을 발생시킬 수 있다.

참고문헌 (11)

Il,Kwon Lee, Jong Ho Lee, " Study of Failure Examples for Emission Gas Control System in Gasoline Engine", Journal of the Korean Institute of Gas, Vol. 20, N0. 6, pp37-42, (2016)

원문보기 상세보기
Hans Egli, " Basic Design of Turbocharger for Diesel Engines", SAE paper 600007
David L. Alfano, "Turbocharger Applications", SAE paper 862051
Hiromu Furukawa, Hiroshi Yamaguchi, Kinshi Takagi, Akihiro Okita, "Raliability on Variable Geometry Turbine Turbocharger", SAE paper 930194
S. H Nasser, B. B Playfoot, "A Turbocharger Selection Computer Model", SAE paper 1999-01-0559
Jaehoon Cheong, Sungwhan Cho, Changho Kim, "Effect of Variable Geometry Turbocharger on HSDI Diesel Engine", SAE paper 2000-05-0124
Steve Arnold, Mark Groskreutz, S. M. Shahed, Kevin Slupski, "Advanced Variable Geometry Turbocharger for Diesel Engine Applications", SAE paper 2002-01-0161
M. Manni, M. Carriero, A. Roselli, "A Study of Oil Consumption on a Diesel Engine with Independently Lubricated Turbocharger", SAE paper 2002-01-2730
Takashi Tsukjyama, Koichi Yonezawa, Hiromu Iwata, "Development of New Toyata D-Series Turbocharger for GD Diesel Engine", SAE paper 2015-01-1969
Hyundai Motor Company, "Electronic Control in Diesel", 2002
Ilkwon Lee and Jongho Lee, "Diesel Engine in Automotive", 2015

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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