KR100213142B1

KR100213142B1 - Turbo charger

Info

Publication number: KR100213142B1
Application number: KR1019970007489A
Authority: KR
Inventors: 윤하용; 안종선
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-03-06
Filing date: 1997-03-06
Publication date: 1999-08-02
Also published as: KR19980072585A

Abstract

본 발명은 자동차의 출력을 높이기 위하여 사용되는 터보차저에 관한 것으로, 본 발명에 따른 터보차저는 흡입구와 토출구를 갖는 밀폐용기와 흡입구를 통하여 흡입된 공기의 속도를 가변시켜 공기를 압축하도록 마련된 적어도 하나이상의 압축부를 구비하고, 압축부를 구동하기 위한 구동모터를 포함한다. 그리고 압축부는 흡입구의 내측에 마련되어 공기를 가속하는 임펠러와 임펠러의 외곽에 마련되어 가속된 공기가 확산되어 감속되도록 하는 디퓨져를 구비하여 공기를 압축하는 제1압축부와 토출구의 내측에 마련되며 제1압축부에서 압축된 공기를 가속하는 임펠러와 가속된 공기가 확산되어 감속되도록 하는 디퓨져를 구비하여 공기를 재압축하는 제2압축부를 포함하는 것이다.The present invention relates to a turbocharger used to increase the output of an automobile. The turbocharger according to the present invention includes at least one airtight container having a suction port and a discharge port, and at least one provided to change the speed of air sucked through the suction port. The above compression part is provided, and a drive motor for driving the compression part is included. In addition, the compression unit includes an impeller provided inside the suction port to accelerate the air and a diffuser provided outside the impeller to diffuse and decelerate the accelerated air, and is provided inside the first compression unit and the discharge port to compress the air, and the first compression. It includes a second compressor for recompressing the air having an impeller for accelerating the compressed air in the unit and a diffuser to diffuse and decelerate the accelerated air.

Description

Turbocharger

본 발명은 자동차용 터보차저에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진에 의하여 충전된 배터리에 의하여 구동할 수 있도록 한 자동차용 터보차저에 관한 것이다.The present invention relates to a turbocharger for an automobile, and more particularly to a turbocharger for an automobile that can be driven by a battery charged by the engine.

일반적으로 자동차용 터보차저(Turbocharger, 과급기)는 대기압보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 송입하는 것으로 이러한 공기송입을 과급이라고 한다.In general, a turbocharger for a vehicle is a supercharger by injecting air into the engine at a pressure higher than atmospheric pressure.

엔진의 실린더에 공기를 과급하면 배기량이 같은 엔진에서도 다량으로 공기를 충전할 수 있으며 이것에 따라 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.If the cylinder of the engine is charged with air, a large amount of air can be charged even in the engine having the same displacement. Accordingly, increasing the injection amount of the fuel can improve the engine output.

이와 같이 터보차저는 일종의 송풍기로서 이는 도 1에 도시된 바와 같이 배기가스가 흡입되는 배기가스흡입구(5), 흡입된 공기에 의하여 고속으로 회전하는 터빈(6), 터빈(6)을 회전시킨 후 배기가스를 토출안내하는 볼루트(7)(volute)와 배기가스토출구(8)를 구비하고, 터빈(6)의 가속으로 회전하는 임펠러(2), 임펠러(2)의 흡입으로 외부의 공기가 안내되는 공기흡입구(1), 흡입된 공기를 안내하는 볼루트(3), 압축된 공기를 실린더로 안내하는 압축공기토출구(4)를 구비하고, 임펠러(2)와 터빈(6)은 동일 회전축(9)으로 양단에 결합되어 있다.As shown in FIG. 1, the turbocharger is a type of blower, which rotates the turbine 6 and the turbine 6 which rotate at high speed by the sucked air, as shown in FIG. 1. It is provided with a volute (7) (volute) and the exhaust gas outlet (8) for guiding the discharge of the exhaust gas, the outside air is supplied by the suction of the impeller (2) and the impeller (2) rotated by the acceleration of the turbine (6) A guided air inlet (1), a ball route (3) for guiding the sucked air, and a compressed air outlet (4) for guiding the compressed air to the cylinder, and the impeller (2) and the turbine (6) have the same rotating shaft (9) is coupled to both ends.

이러한 종래의 터보차저는 엔진의 구동으로 실린더내부에서 연소된 배기가스가 토출되게 되면 이 고온 고속의 배기가스는 배기가스흡입구(5)를 통하여 터빈(6)으로 유입되어 터빈(6)을 고속회전시키게 되며 터빈(6)에 에너지를 전달한 배기가스는 배기가스토출구(8)를 통하여 외부로 토출되게 된다.In the conventional turbocharger, when the exhaust gas combusted in the cylinder is discharged by driving of the engine, the high temperature and high speed exhaust gas flows into the turbine 6 through the exhaust gas inlet 5 and rotates the turbine 6 at high speed. Exhaust gas, which transmits energy to the turbine 6, is discharged to the outside through the exhaust gas outlet 8.

그리고 터빈(6)과 같은 회전축의 타단에 결합된 임펠러(2)는 터빈(6)의 고속회전으로 함께 고속회전하게 되는데, 이때의 회전으로 공기흡입구(1)를 통하여 외부로부터 유입된 공기는 임펠러(2), 볼루트(3)를 지나며 고압으로 압축되어 압축공기토출구(4)를 통하여 토출되어 엔진의 흡입밸브를 통하여 실린더 내부로 유입되게 된다. 이와 같이 실린더 내부에 더욱 많은 공기를 실린더 내부로 유입시키고, 연료의 분사량을 증가시키게 되면 엔진의 출력은 더욱 증대되게 되는 것이다.And the impeller (2) coupled to the other end of the rotary shaft, such as the turbine (6) is rotated at high speed with the high speed rotation of the turbine (6), the air introduced from the outside through the air inlet (1) by the rotation at this time (2), passing through the volute (3) is compressed at high pressure is discharged through the compressed air discharge port (4) is introduced into the cylinder through the intake valve of the engine. As such, when more air is introduced into the cylinder and the fuel injection amount is increased, the output of the engine is further increased.

이러한 종래의 터보차저는 엔진의 구동으로 실린더내부에서 연소하는 연료에 의하여 발생하는 배기가스로 터빈(6)이 회전구동하도록 되어 있는데, 엔진은 한정된 연소용량을 가지고 있으므로해서 엔진의 로드가 큰 경우에는 과급이 잘 이루어지지않게 되고, 또한 엔진의 과부하상태에서는 터보차저가 제대로 작동하지 않게 되는 문제점이 있었다.In the conventional turbocharger, the turbine 6 is driven to rotate by exhaust gas generated by fuel burning in the cylinder by driving the engine. However, since the engine has a limited combustion capacity, the engine load is large. There is a problem that the supercharge is not made well, and the turbocharger does not work properly when the engine is overloaded.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 엔진의 구동과는 별도로 실린더에 흡입공기의 과급이 이루어지도록 전기적으로 구동하는 터보차저를 제공하는 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a turbocharger electrically driven so that the intake air is charged to the cylinder separately from the driving of the engine.

도 1은 종래의 터보차저를 도시한 도면이다.1 is a view showing a conventional turbocharger.

도 2은 본 발명에 따른 터보차저를 도시한 도면이다.2 is a view showing a turbocharger according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 밀폐용기 11 : 흡입구10: sealed container 11: inlet

12 : 토출구 20 : 구동부12 discharge port 20 drive unit

21 : 고정자 22 : 회전자21: stator 22: rotor

31,32 : 압축부 31a,32a : 임펠러31,32: compression part 31a, 32a: impeller

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 흡입구와 토출구를 갖는 밀폐용기, 상기 흡입구를 통하여 흡입된 공기의 속도를 가변시켜 공기를 압축하도록 마련된 적어도 하나이상의 압축부, 상기 압축부를 구동하기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object comprises a hermetically sealed container having an inlet and outlet, at least one compression unit provided to compress the air by varying the speed of the air sucked through the inlet, a drive unit for driving the compression unit It is characterized by.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 발람직한 실시예를 상세하게 설명하겠다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 터보차저를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a turbocharger according to the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 터보차저는 흡입구(11)와 토출구(12)를 갖는 밀폐용기(10)를 구비하는데, 흡입구(11)는 밀폐용기(10)의 하면에 마련되고 토출구(12)는 밀폐용기(10)의 측면 상부에 설치된다. 밀폐용기(10)의 내부에는 공기를 흡입하여 압축한후 토출시키는 압축부(31)(32)와 압축부(31)(32)를 구동하기 위한 구동부(20)를 포함한다. 먼저 구동부(20)는 전자기적 상호작용에 의하여 회전력을 발생시키는 고정자(21)와 회전자(22)로 이루어져 밀폐용기(10)의 내부 중간부위에 수용된다. 고정자(21)는 상하 양면이 개구된 원통형으로 마련되고, 회전자(22)는 이러한 고정자(21)의 내부에 회전자재로 설치되며, 회전자(22)에 상하측으로 돌출되게 회전축(23)이 압입된다.As shown therein, the turbocharger of the present invention includes a sealed container 10 having a suction port 11 and a discharge port 12. The suction port 11 is provided on a lower surface of the sealed container 10 and discharge port 12 is provided. ) Is installed on the upper side of the sealed container (10). The inside of the sealed container 10 includes a compression unit 31 and 32 for sucking and compressing air and then discharging the air, and a driving unit 20 for driving the compression unit 31 and 32. First, the driving unit 20 is composed of a stator 21 and a rotor 22 which generate rotational force by electromagnetic interaction, and is accommodated in the inner middle portion of the sealed container 10. The stator 21 is provided in a cylindrical shape with both upper and lower sides opened, and the rotor 22 is installed as a rotating material inside the stator 21, and the rotating shaft 23 protrudes up and down on the rotor 22. Indented.

압축부(31)(32)는 흡입구(11)와 구동부(20)사이에 설치되어 공기를 1차압축하는 제1압축부(31)와 구동부(20)와 토출구(12)측사이에 설치되어 1차압축된 공기를 2차압축하는 제2압축부(32)를 포함한다. 먼저 제1압축부(31)를 설명하면 제1압축부(31)는 회전축(23)의 하단에 결합되어 공기를 가속하는 임펠러(31a)와 임펠러(31a)의 외측에 마련되어 가속된 공기를 감속시키는 디퓨져(31b)를 포함한다. 임펠러(31a)는 그 하측면에는 나선 형태로 마련된 다수의 깃(31c)을 포함함으로써 회전시 중심에 있는 공기가 원심력에 의하여 반경방향으로 가속되도록 한다. 디퓨져(31b)는 임펠러(31a)의 외곽에 환형으로 형성되어 가속된 공기를 확산시켜 감속시키는 것으로서, 밀폐용기(10)와 고정자(21)의 하측면에 고정설치된 프레임(41)에 의하여 형성된다. 제1압축부(31)에서의 공기의 흐름을 정리하면 공기는 임펠러(31a)를 통과하면서 가속된 후 디퓨져(31b)에서 확산됨으로써 감속되어 압축된다.The compression units 31 and 32 are installed between the suction port 11 and the drive unit 20, and are installed between the first compression unit 31 and the drive unit 20 and the discharge port 12 side for primary compression of air. And a second compression unit 32 for secondary compression of the primary compressed air. First, the first compression unit 31 will be described. The first compression unit 31 is coupled to the lower end of the rotation shaft 23 to decelerate the accelerated air provided on the outside of the impeller 31a and the impeller 31a for accelerating air. It includes a diffuser (31b). The impeller 31a includes a plurality of feathers 31c provided in a spiral form on the lower side thereof so that the air at the center of the impeller is accelerated in the radial direction by the centrifugal force. The diffuser 31b is formed in an annular shape on the outer side of the impeller 31a to spread and accelerate the accelerated air, and is formed by the frame 41 fixed to the lower side of the sealed container 10 and the stator 21. . When the air flow in the first compression unit 31 is arranged, the air is accelerated while passing through the impeller 31a and then diffused in the diffuser 31b to be decelerated and compressed.

이와 같은 과정을 통하여 1차압축된 공기는 고정자(21)와 밀폐용기(10)사이에 형성된 유로(14)를 따라 제2압축부(32)로 이동하여 재압축된다. 제2압축부(32)의 구조는 제1압축부(31)와 유사하다. 즉, 제2압축부(32)는 공기를 가속하는 임펠러(32a)와 가속된 공기를 감속시켜 정압력을 높이는 디퓨져(32b)를 포함한다. 임펠러(32a)는 상면에 나선형으로 마련된 다수의 깃(32d)과 깃(32d)의 상방에 마련된 덮개(32c)를 포함한다. 디퓨져(32b)는 고정자(21)의 상면에 고정설치된 프레임(42)과 덮개(32c)에 의하여 형성되는데, 덮개(32c)의 하단은 임펠러(32a)의 반경방향으로 연장됨으로써 그 하측과 프레임(42)사이에 디퓨져(32b)가 형성되도록 한다. 한편 디퓨져(32b)의 가장자리에는 환형의 볼루트(volute)(32e)가 형성되고, 볼루트(volute)(32e)의 일측에 토출구(12)의 내측이 연통됨으로써 압축된 공기가 토출구(12)를 통하여 토출되도록 한다.The primary compressed air through this process is moved to the second compression unit 32 along the flow path 14 formed between the stator 21 and the sealed container 10 to be recompressed. The structure of the second compression unit 32 is similar to that of the first compression unit 31. That is, the second compression unit 32 includes an impeller 32a for accelerating air and a diffuser 32b for decreasing the accelerated air to increase the static pressure. The impeller 32a includes a plurality of feathers 32d spirally provided on the upper surface and a cover 32c provided above the feathers 32d. The diffuser 32b is formed by the frame 42 and the cover 32c fixed to the upper surface of the stator 21. The lower end of the cover 32c extends in the radial direction of the impeller 32a so that the lower side and the frame ( A diffuser 32b is formed between the two 42. On the other hand, an annular volute 32e is formed at the edge of the diffuser 32b, and the compressed air is discharged by the inside of the discharge port 12 communicating with one side of the volute 32e. To be discharged through.

한편 프레임(41)(42)에 결합된 구동부(20)와 압축부(31)(32)를 지지하기 위하여 프레임(41)(42)은 지지판(51)을 개재하여 밀폐용기(10)에 결합된다. 이때 지지판(51)은 다수개의 홀이 형성되어 공기가 통과할 수 있도록 한다.Meanwhile, in order to support the driving unit 20 and the compression unit 31 and 32 coupled to the frames 41 and 42, the frames 41 and 42 are coupled to the airtight container 10 via the support plate 51. do. At this time, the support plate 51 is formed a plurality of holes to allow the air to pass through.

한편 회전축(23)과 비회전체인 프레임(41)(42)사이에는 베어링(61)이 개재되어 회전축(23)의 회전을 지지하는데, 베어링(61)은 공기를 윤활제로 사용하여 프로팅 링 가스베어링(Floating Ring Gas Bearing)이나 틸팅 패드 가스베어링(Tilting Pad Gas Bearing)이 바람직하다. 그리고 압축공기의 누설을 방지하기 위하여 레비린스 실(Labyrinth Seal)(62)(63)이 설치된다.On the other hand, a bearing 61 is interposed between the rotating shaft 23 and the non-rotating chain frames 41 and 42 to support the rotation of the rotating shaft 23. The bearing 61 uses the air as a lubricant to provide a coating ring gas. Floating ring gas bearings or tilting pad gas bearings are preferred. In order to prevent leakage of compressed air, labyrinth seals 62 and 63 are provided.

이상과 같은 본 발명에 따른 차량용 터보차저의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the vehicle turbocharger according to the present invention as described above are as follows.

본 발명에 따른 터보차저는 공기를 제1압축부(31)에서 1차압축시킨후 제2압축부(32)에서 2차압축함으로써 공기의 압축율을 높인다. 이를 상세하게 설명하면, 흡입구(11)로 흡입된 공기는 제1압축부(31)의 임펠러(31a)를 통과하면서 가속된후 디퓨져(31b)에서 감속됨으로써 압축된다. 이후 유로(14)를 따라 이동하면서 제2압축부(32)의 임펠러(32a)를 통과하면서 다시 가속된 후 디퓨져(32b)에서 다시 확산되어 감속됨으로써 재압축되는 것이다. 이와 같이 압축된 공기는 토출구(12)를 통하여 자동차의 엔진의 실린더로 공급되게 되어 연료와 함께 연소되게 되는 것이다.The turbocharger according to the present invention increases the compression rate of air by first compressing the air in the first compression unit 31 and then compressing the air in the second compression unit 32. In detail, the air sucked into the suction port 11 is accelerated while passing through the impeller 31a of the first compression unit 31 and then decompressed by the diffuser 31b. Thereafter, while moving along the flow path 14, the gas is accelerated again while passing through the impeller 32a of the second compression unit 32, and then diffused again in the diffuser 32b to be decompressed. The compressed air is supplied to the cylinder of the engine of the vehicle through the discharge port 12 to be burned together with the fuel.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기조화기용 터보차저는 공기를 압축하기 위한 구조를 간단하게 구성할 수 있는 이점이 있으며, 공기를 이단압축함으로써 공기의 압축율을 높일 수 있는 이점이 있다. 그리고 충전된 전기를 이용함으로써 엔진의 과부하 상태에서도 작동하는 효과가 있다.As described in detail above, the turbocharger for air conditioner according to the present invention has the advantage that it is possible to simply configure the structure for compressing the air, there is an advantage that can increase the compression rate of the air by compressing the air in two stages. . And by using the charged electricity there is an effect that works even under the overload of the engine.

Claims

A hermetically sealed container having a suction port and a discharge port, at least one compression unit provided to compress air by varying the speed of air sucked through the suction port, and a driving unit for driving the compression unit.

The air compressor of claim 1, wherein the compression unit includes an impeller provided inside the suction port to accelerate the air and a diffuser provided outside the impeller to diffuse and decelerate the accelerated air so as to compress the air and the discharge port. And a second compressor configured to recompress the air, including an impeller configured to accelerate the air compressed by the first compressor and a diffuser configured to diffuse and decelerate the accelerated air.

The rotor of claim 2, wherein the driving part includes a stator and a rotor and is provided between the first compression part and the second compression part, and the impellers of the first compression part and the second compression part are pressed into the rotor. Turbocharger, characterized in that connected to the rotating shaft.