KR101096553B1 - 터보차저 - Google Patents

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KR101096553B1
KR101096553B1 KR1020040045943A KR20040045943A KR101096553B1 KR 101096553 B1 KR101096553 B1 KR 101096553B1 KR 1020040045943 A KR1020040045943 A KR 1020040045943A KR 20040045943 A KR20040045943 A KR 20040045943A KR 101096553 B1 KR101096553 B1 KR 101096553B1
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이이노다까히사
오가와데쯔아끼
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

컴팩트한(compact) 구조로서 배기간섭이 일어나는 일이 적고 EGR식 엔진에도 이용이 가능한 터보차저(turbochager)를 제공한다. 터보차저에 있어, 배기유입통로의 도입부는, 입구에서부터 그 하류의 소정 위치까지를 2개의 배기유입통로로 분할하는 구획부와, 입구에서부터 구획부 종료위치까지의, 단면적이 점차 작아지는 조임부(throttle portion)와, 좌우의 배기 유입통로를 지나는 배기가스가 합류하는 합류부와, 합류부에서 설편부까지의, 단면적이 점차 커지는 디퓨저(diffuser)부를 구비한다.
터보차저, 터빈 휠, 배기가스, 스크롤부, 실린더, 엔진, 터빈 하우징, 샤프트, 배기유입통로, EGR통로.

Description

터보차저{TURBOCHARGER}
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 터보차저를 이용한 엔진의 배관계통도
도 2는, 제1 실시예에 관한 터보차저의 측면 단면도
도 3은, 도 2의 3-3 단면도
도 4는, 도 3의 4-4 단면도
도 5는, 본 발명의 제2 실시예에 관한 터보차저를 이용한 엔진의 배관계통도
도 6은, 제2 실시예에 관한 터보차저의 배기 유입통로의 측면 단면도
도 7은, 종래 기술에 관한 터버차저를 이용한 엔진의 배관계통도
도 8은, 종래 기술에 관한 터버차저의 사시도
도 9는, 종래기술에 관한 터보차저의 측면 단면도
도 10은, 종래 기술에 관한 EGR방식을 이용한 엔진의 배관 계통도
도 11은, 종래 기술에 관한 EGR방식을 이용한 엔진의 다른 배관 계통도
도 12는, 종래 기술에 관한 EGR방식을 이용한 엔진의 또 다른 배관계통도
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
11 : 터보차저, 14 : 터빈 휠, 15 : 터빈 하우징, 19 : 배기유입통로, 62 : 엔진, 65A, 65B : 배기매니폴드, 64A, 64B : 실린더, 68 : 스크롤부, 69 : 도입부, 73 : EGR통로, 75 : 배기배관, 76 : 설편부(舌片部), 77A, 77B : 조임부, 78 : 디퓨저부, 79 : 구획부, 80A, 80B : 조임출구, 81A, 81B : 입구, 82 : 합류부
본 발명은 터보차저에 관한 것이다.
종래부터 엔진의 급기량을 증가시키는 수단으로서, 배기가스의 에너지를 이용하여 터빈 휠을 회전시켜 터빈 휠에 일체로 형성된 샤프트를 통하여 원심형 압축기 휠(compressor wheel)을 구동시키고 공기를 압축하여 엔진에 급기(給氣)하는 터보차저(turbocharger)가 알려져 있다.
도 7에 종래 기술에 관한 터보차저를 사용한 엔진의 배관계통을 나타냈다. 직렬 6기통 엔진(62)을 예로 들어 설명한다. 직렬 6기통 엔진(62)은 일직선상으로 배열된 6개의 실린더(64A), (64B)를 갖추었다. 6개의 실린더(64A), (64B)를, 상측 3개의 실린더군(64A)과 하측 3개의 실린더군(64B)으로 분류하고 있다. 상측의 실린더군(64A)을 전부(前部) 실린더군(64A)라고 부르고 하측 실린더군(64B)을 후부(後部) 실린더군(64B)이라고 부른다.
전부 실린더군(64A)의 배기구는 전부(前部) 배기매니폴드(65A)에 접속되어 있어, 전부 실린더군(64A)의 배기구에서 배기된 배기가스(63A)는 전부 배기매니폴드(65A)에서 합류한다. 후부 실린더군(64B)의 배기구는 후부 배기매니폴드(65B)에 접속되어있고, 후부 실린더군(64B)의 배기구에서 배기된 배기가스(63B)는, 후부 배 기매니폴드(65B)에서 합류한다.
전부 배기매니폴드(65A)에서 배출된 배기가스(63A)는 전부(前部) 배기배관(75A)을 통하여 터보차저(11)의 좌측 배기유입통로(19A)로 유입된다. 후부(後部) 배기 매니폴드(65B)에서 배출된 배기가스(63B)는 후부 배기배관(75B)을 통하여 터보차저(11)의 우측 배기유입통로(19B)로 유입된다.
이와 같이, 전후 실린더군(64A), (64B)에 대하여 각각 전후의 배기 매니폴드(65A), (65B) 및 전후의 배기배관(75A), (75B)을 설치함으로써, 배기간섭을 작게 할 수 있다. 배기유입통로(19A), (19B)를 지나는 배기가스(63A), (63B)의 흐름에 의해 터빈 휠(14)이 회전하고 샤프트(23)를 통하여 압축기 휠(16)이 회전한다. 이로써 압축된 공기는 애프터 쿨러(after-cooler)(67)를 통하여 냉각되고 급기 매니폴드(71)를 통하여 각 실린더(64A), (64B)에 공급된다.
다음으로 터보차저(11)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 8, 도 9에 있어, 터보차저(11)는, 배기가스(63A), (63B)로부터 회전 에너지를 추출하는 배기측부(12)와, 이 회전 에너지에 의해 공기를 압축하여 엔진으로 송급하는 급기측부(13)를 구비하고 있다.
배기측부(排氣側部)(12)는, 터빈 하우징(15)에 둘러싸인 터빈 휠(14)을 구비한다. 터빈 하우징(15)은 터빈 휠(14)에 배기가스(63A), (63B)를 공급하는 배기 유입통로(19)를 구비하고 있다.
배기 유입통로(19)는, 그 내부에서 격벽(66)에 의해 좌측 배기유입통로(19A)와 우측 배기유입통로(19B)로 분할되어 있다. 좌우의 배기 유입통로(19A), (19B)에 는 각각 전후의 배기배관(75A), (75B)이 접속되어 있다. 배기유입통로(19)는, 전후의 배기배관(75A), (75B)에 접속된 거의 직선상의 도입부(69)와, 터빈 휠(14)의 바깥둘레를 둘러싸도록 환상(環狀)으로 형성된 스크롤부(scroll portion)(68)로 되어 있다.
터빈 하우징(15)은, 터빈 휠(14)에 에너지를 부여한 후의 배기가스(63A), (63B)를 배출하는 배기유출구(21)를 구비하고 있다. 배기유출구(21)는 터빈 휠(14)의 회전중심과 거의 동심형태로 대략 원통상으로 형성되어 있다. 배기유출구(21)와 반대측의 개구부는 배기측 이너 플레이트(inner plate)(22)에 의해 차폐되어 있다.
터빈 휠(14)은 배기유입통로(19A), (19B)로부터 유입된 배기가스(63A), (63B)에 의해 에너지를 부여받아 회전된다. 터빈 휠(14)에는 일체로 샤프트(23)가 형성되어 있다. 샤프트(23)는 배기측 이너 플레이트(22)를 관통하여 베어링(24)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 터빈 휠(14)과 샤프트(23)는 일반적으로 니켈기 초합금 및 합금강으로 제작된다.
샤프트(23)의 터빈 휠(14)과 반대측[이하, 샤프트(23)의 선단부라고 함]에는 공기를 압축하는 원심형 압축기 휠(16)이 장착되어 있다. 압축기 휠(16)은 복수의 날개부(18)를 구비하고 있으며 그 중앙부에는 부착구멍(25)이 관통되어 있다. 샤프트(23)는 부착구멍(25)에 약간의 헐거운 끼워맞춤(clearance fit)이나 억지끼워맞춤(interference fit)정도로 삽입되어 있다. 압축기 휠(16)은 샤프트(23)의 선단부에 형성된 수나사부(40)에 부착너트(26)를 체결함으로써 샤프트(23)에 고정되어 있다.
압축기 휠(16)은 압축기 하우징(17)의 내부에 수납되어 있다. 압축기 하우징(17)은 압축기 휠(16)에 공기를 흡입하는 흡기유입구(27)를 구비하고 있다. 흡기유입구(27)는 압축기 휠(16)의 회전중심과 거의 동심으로 대략 원통상으로 형성되어 있다. 압축기 휠(16)에 의해 압축된 공기는 압축기 휠(16)의 바깥둘레부를 둘러싸도록 환상으로 형성된 급기배출통로(給氣排出通路)(28)를 통하여 원심상(遠心狀)으로 배출된다. 그리하여 도 7에 표시된 바와 같이, 애프터 쿨러(67)를 통하여 냉각되고 급기매니폴드(71)를 통하여 각 실린더(64A), (64B)에 공급된다.
그러나 상기 종래의 기술에는 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 배기 유입통로(19)는, 도입부(69)뿐만 아니라 스크롤부(68)까지가 격벽(66)에 의해 좌우의 배기 유입통로(19A), (19B)로 분할되어 있다. 그 때문에 특히 소유량용(少流量用)의 통로단면적이 작은 터빈 하우징(15)에서는 배기가스(63A), (63B)의 유로가 좁아 에너지의 손실이 크다.
또 최근에 디젤엔진(62)의 배기가스(63A), (63B)에 함유된 질소산화물(NOx)을 줄이는 것이 대책으로서 요구되고 있다.
그 효과적인 해결책 중 하나가 EGR(Exhaust Gas Recirculation :배기가스 재순환)방식이라고 부르는 기술이다. 이것은 엔진(62)에서 배출된 배기가스(63A), (63B)의 일부를 엔진(62)의 급기계통으로 되돌려서 재순환시키는 것이다.
도 10에서, 전후 실린더군(64A), (64B)에 각각 접속된 전후의 배기 매니폴드(65A), (65B)에는 각각 전후의 EGR통로(73A), (73B)가 접속되어 있다. 전후 EGR통로(73A), (73B)는 실린더(64A), (64B)의 급기매니폴드(71)에 접속되어 있 다. 이로써 배기 매니폴드(65A), (65B)에 유입된 배기가스(63A), (63B)중의 일부[이것을 EGR가스(74A), (74B)라 함]가 EGR통로(73A), (73B)로부터 급기매니폴드(71)를 통하여 실린더(64A), (64B)로 되돌아와 재순환된다.
그러나 이와 같이 전후의 배기 매니폴드(65A), (65B)에 각각 EGR통로 (73A), (73B)를 접속하게 되면 EGR통로(73A), (73B)가 2개 필요하여, 그 처리를 위해 장치가 대형화되는 문제가 있다. 또한 각각의 EGR통로(73A), (73B)의 도중에 EGR가스(74A), (74B)를 냉각하는 EGR쿨러(72A), (72B)등의 여러가지 부품을 접속할 필요가 있다. 또 EGR쿨러(72A), (72B)로의 냉각수 배관등도 2조(組)가 필요하여 장치의 구성이 복잡하게된다.
또 도 11에 표시된 바와 같이 한쪽의 배기 매니폴드(65B)에만 EGR통로(73B)를 접속하여 EGR가스(74B)를 급기매니폴드(71)로 되돌리는 구성도 생각할 수 있다. 그러나 이와 같이 하면, 전부 배기매니폴드(65A)의 배관저항과 후부 배기매니폴드(65B)의 배관저항 사이에 차이가 생긴다. 이 때문에 전부 실린더군(64A)에서 배기되는 배기가스(63A)의 유량과 후부 실린더군(64B)에서 배기되는 배기가스(63B)의 유량이 다르게 된다. 그 결과, 각 실린더군(64A), (64B)에서의 연소가 불균일하게 되고 동작에 언밸런스가 생기는 문제가 있다.
또 도 12에 표시된 바와 같이 배기유입통로(19)에 격벽(66)을 설치하지않고, 배기유입통로(19)의 앞쪽에서 전후의 배기배관(75A), (75B)을 합류시킨다. 그리고 합류된 배기배관(75)에 EGR통로(73)를 접속하고 EGR쿨러(72)를 통하여 EGR가스(74)를 급기매니폴드(71)에 되돌리는 구성도 생각된다.
그러나 이와 같이 하면, 배기배관(75)의 내부에 예컨대, 전부 실린더군(64A)으로부터 배기된 배기가스(63A)가 잔류된 상태에서 후부 실린더군(64B)으로부터 배기가스(63B)가 유입되는 수가 있다. 그 결과, 배기간섭이 생겨, 전부 실린더군(64A)으로부터의 배기가스(63A) 흐름에 의해 후부 실린더군(64B)으로부터의 배기가스(63B) 흐름이 방해받아 엔진펌핑작업이 증가되어 연비(燃費)가 악화된다.
이와 같은 배기간섭을 피하기 위하여 예컨대, 특허문헌 1(일본국 특허공개공보8-28286호)의 제1 도 및 제3 도에는, EGR을 이용한 예는 아니나, 터빈 휠(14)을 2개 설치하여 배기간섭을 피하는 기술이 나타나 있다. 그러나 터빈 휠(14)을 2개 설치하면 터보차저(11)의 점유용적이 증가됨과 아울러 고가(高價)가 되는 문제가 있다.
또 특허문헌 2 (일본국 특허공개공보57-124028호)의 제2 도에 표시된 바와 같이, 배기매니폴드(65A), (65B)의 내부에 스크롤 챔버(scroll chamber)를 형성함으로써 배기간섭을 방지하는 기술도 알려져 있다. 그러나 이와 같은 기술에 의하면 배기 매니폴드 (65A),(65B)가 매우 크게 된다. 따라서 이 기술을 예컨대 선박용등의 대형 엔진에 이용하는 것은 가능하나 건설기계등의 설치면적에 한계가 있는 장치에 응용하기는 어렵다.
본 발명은 상기한 문제에 착안하여 이루어진 것으로, 컴팩트한 구성으로 배기간섭이 적고 EGR식의 엔진에도 응용가능한 터보차저를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 관한 터보차저는, 배기유입통로가, 배기가스가 도입되는 입구에서 거의 직선상으로 형성된 도입부와, 터빈 휠의 주위를 환상으로 둘러싼 스크롤부와, 터빈 휠의 주위를 환상으로 둘러싼 스크롤부 끝부분의 후단부(後端部)로서, 배기가스가 도입되는 입구에서 거의 직선상으로 형성된 도입부와의 경계가 되는 설편부(舌片部)를 가진다. 배기 유입통로의 도입부는, 입구에서 그 하류의 소정위치까지를 2개의 배기 유입통로로 분할하는 구획부와, 입구에서 구획부가 끝나는 조임출구까지의, 단면적이 점차 작아지는 조임부(throttle portion)와, 좌우의 배기유입통로를 지나는 배기가스가 합류하는 합류부와, 합류부에서 설편부까지의, 단면적이 점차 커지는 디퓨저(diffuser)부를 구비하고 있다.
이로써, 펄스 컨버터를 터보차저 내부의 배기유입통로에 설치하였기 때문에 컴팩트한 구조가 된다. 또 펄스 컨버터에 의해 2군데의 입구에서 도입된 배기가스의 간섭을 저감할 수 있다. 또한 동압(動壓)을 정압(靜壓)으로 효율적으로 변환할 수 있으므로 터빈 휠을 회전시키기 위한 에너지의 손실이 작게 된다.
본 발명에 관한 터보차저는, 조임출구에서의 배기유입통로의 단면적의 합이, 설편부에서의 배기유입통로의 단면적의 50 ∼80%, 또는 디퓨저부에서의 배기유입통로의 최소단면적과 최대 단면적의 비가 50∼80%로 해도 된다. 이로써, 동압을 정압으로 회수할 때의 에너지의 손실이 작게 된다.
본 발명에 관한 터보차저는, 입구에서 조임출구까지의 거리가 입구에서 설편 부의 후단(後端)까지의 거리의 20∼40%로 해도 된다. 이로써 배기가스의 유속을 충분히 올려서 배기간섭을 방지하는 동시에 디퓨저부가 길기 때문에 동압을 효율좋게 정압으로 변환할수 있다.
본 발명에 관한 터보차저는, 합류부보다도 하류에, 배기 유입통로를 흐르는 배기가스의 일부를 추출하여 엔진의 급기측에 회수하는 EGR통로를 접속해도 된다. 이로써 전후의 실린더군으로부터 배기된 배기가스의 밸런스를 무너뜨리지않고 1개의 EGR통로만으로 배기가스의 일부를 추출할 수 있다. 따라서 EGR쿨러등의 부품수가 적게 된다.
( 실시예 )
이하 도면을 참조하면서 본 발명에 관한 실시예를 상세히 설명한다.
먼저 제1 실시예를 설명한다. EGR방식이 아닌 엔진의 예이다.
도 1∼도 4에 나타낸 바와 같이 전후의 배기매니폴드(65A), (65B)에는 각각 배기배관(75A), (75B)이 접속되어 있다. 배기유입통로(19)의 도입부(69)는 그 입구(81A), (81B)에서부터 거의 중간까지 구획부(79)에 의해 2개의 배기유입통로(19A), (19B)로 분할되어 있다. 그리고 배기배관(75A), (75B)은 배기유입통로(19A), (19B)의 입구(81A), (81B)에 각각 접속되어 있다.
전후 실린더군(64A), (64B)에서 배기된 배기가스(63A), (63B)는, 각각 전후의 배기 매니폴드(65A), (65B) 및 전후의 배기배관(75A), (75B)을 통하여 2개의 배기유입통로(19A), (19B)의 입구(81A), (81B)로 유입된다. 그리고 배기가스(63A), (63B)는, 도입부(69) 중간의, 구획부(79)가 끝난 후의 합류부(82)에서 합류한다.
이 때 도 4에 나타낸 바와 같이, 2개의 배기유입통로(19A), (19B)는, 입구(81A), (81B)에서 가장 단면적이 크고, 구획부(79)가 끝나는 조임출구(80A), (80B)에 이르기까지 단면적이 서서히 작아지도록 구성되어 있다. 즉, 입구(81A), (81B)에서 조임출구(80A), (80B)까지의 사이에서 조임부(77A), (77B)가 형성되어 있다. 그 결과, 입구(81A), (81B)에 유입된 배기가스(63A), (63B)는 차차 그 유속을 올려 가면서 합류부(82)에 도달한다.
또, 조임부(77A), (77B)의 구성으로서 도 4에서는 터빈 하우징(15)의 외벽 및 내벽이 내측으로 오목하게 들어가게 그려져 있으나 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 외벽은 평평하고 내벽이 내측으로 돌출된 형상이 되어 조임부(77A), (77B)를 형성해도 된다.
배기유입통로(19)는 합류부(82)의 하류에서는 그 단면적이 점차 넓어지게 구성되어 있다. 이로써, 디퓨저부(78)가 형성된다. 또 상류에서 하류라는 말로 방향을 표시할 경우에는 도 3에 화살표(63A), (63B)로 나타낸 배기가스가 흐르는 방향에 의하는 것으로 한다.
이와 같은 디퓨저부(78)에 의해 고속으로 조임부(77A), (77B)를 나온 배기가스(63A), (63B)는 서서히 정압(靜壓)을 회복한다. 그리고 에너지를 별로 손실함이 없이 스크롤부(68)로 유입되어 터빈 휠(14)을 구동한다. 이 때 도 3에 나타낸 바와 같이 터빈 휠의 주위를 환상으로 둘러싼 스크롤부 끝부분의 후단부로서, 배기가스가 도입되는 입구에서 거의 직선상으로 형성된 도입부와의 경계가 되는 부위를 설편부(76)라 부른다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 터빈 하우징(15)의 배기유입통로(19)에 있어서, 조임부(77A), (77B)와, 그 하류에 디퓨저부(78)를 마련한다. 이로써 펄스컨버터를 컴팩트(compact)하게 구성하여 배기가스(63A), (63B)의 에너지를 효율적으로 터빈 휠(14)에 전달할 수 있다.
전부 배기매니폴드(65A)에서 나온 배기가스(63A)와, 후부 배기매니폴드(65B)에서 나온 배기가스(63B)를 각각 조임부(77A), (77B)에서 유속을 올린 다음 합류시킨다. 따라서 배기간섭이 일어나기힘들다.
또 입구(81A), (81B)에서 조임출구(80A), (80B)까지의 거리는 입구(81A), (81B)에서 설편부(76)의 후단(後端)까지의 거리의 20∼40%정도가 적합하다. 이로써 배기가스의 유속을 충분히 올려서 배기간섭을 방지하는 동시에 충분한 길이의 디퓨저부(78)를 얻을 수 있어 동압(動壓)을 효율좋게 정압(靜壓)으로 변환할 수 있다.
조임출구(80A), (80B)에서, 2개의 배기유입통로(19A), (19B)의 단면적의 합은, 설편부(76)에서의 배기유입통로(19)의 단면적의 50∼80%, 또는 디퓨저부에서의 배기유입통로의 최소 단면적과 최대 단면적의 비가 50∼80%로 하는 것이 좋다.
이와 같이 함으로써 디퓨저부(78)를 배기가스(63A), (63B)가 지나갈 때에 에너지의 손실을 작게 하면서 동압을 정압으로 변환할 수 있다.
다음으로 제2 실시예에 대하여 설명한다. 도 5, 도 6에 나타낸 바와 같이, 배기유입통로(19)의 스크롤부(68)의 외측에는 EGR통로(73)가 접속되어 있다. EGR통로에 의해 추출된 EGR가스(74)는 급기매니폴드(71)를 통하여 각 실린더(64A), (64B)에 공급되어 재순환된다.
이와 같이 제2 실시예에 의하면 배기가스(63A), (63B)가 합류한 다음 EGR가스(74)로서 EGR통로(73)로 유입되도록 되어 있다. 이로써 전후의 배기매니폴드(65A), (65B)에서 나온 배기가스(63A), (63B)가 평등하게 EGR통로(73)로 유입되기 때문에 전후의 실린더군(64A), (64B)의 연소에 언밸런스가 일어나는 일이 없다. 따라서 제1 실시예의 효과에 더하여 EGR방식에서도 엔진의 양호한 동작이 가능하게 된다.
또 디퓨저부(78)에 의해 배기가스(63A), (63B)의 정압을 회복시키고나서 EGR통로(73)에 의해 그 일부를 EGR가스(74)로 추출한다. 따라서 추출시에 배기가스(63A), (63B)의 압력손실이 일어나기 어렵고 에너지의 손실이 작다.
또 도 6에서는 설편부(76)보다도 하류에 EGR통로(73)를 접속하고 있으나 거의 동(同)위치도 되며 설편부(76)보다 약간 상류도 된다. 즉, EGR가스(74)를 추출할 때에 가능한한 압력손실이 작게 하면 된다.
본 발명에 의하면 컴팩트하게 구성할 수 있고 배기가스의 에너지를 효율적으로 터빈 휠에 전달하여 구동할 수 있다.
또 전후 배기가스의 유속을 상승시킨 다음 합류시키므로 배기 간섭을 방지할 수 있다. 또 충분한 디퓨저를 얻을 수 있으므로 동압을 효율 좋게 정압으로 변환 할 수 있다.
또 전후 배기 매니폴드에서 나온 배기가스가 평등하게 EGR통로로 유입되기 때문에 전후 실린더군의 연소에 언밸런스 현상이 없고 배기가스의 추출시에 압력손 실을 방지하여 에너지 손실이 적게 되어 EGR방식에서도 엔진의 양호한 동작이 가능하다.

Claims (12)

  1. 터빈 휠에 배기가스를 도입하는 배기유입통로를 내부에 구비한 터보차저에 있어서,
    상기 배기유입통로는, 상기 배기가스가 도입되는 입구에서 직선상으로 형성된 도입부와, 상기 터빈 휠의 주위를 환상(環狀)으로 둘러싼 스크롤부와, 상기 터빈 휠의 주위를 환상으로 둘러싼 상기 스크롤부 끝부분의 후단부로서, 상기 배기가스가 도입되는 상기 입구에서 직선상으로 형성된 상기 도입부와 경계가 되는 설편부(舌片部)를 가지며,
    상기 도입부는, 터보차저의 내부에 있어서, 상기 입구로부터 그 하류의 소정위치까지의 범위에서 상기 배기유입통로를 제1 배기유입통로와 제2 배기유입통로로 분할하는 구획부와,
    상기 입구에서 상기 구획부가 끝나는 위치까지의, 단면적이 서서히 작아지는 조임부와,
    상기 제1 배기유입통로와 상기 제2 배기유입통로를 지나는 상기 배기가스가 합류하는 합류부(合流部)와,
    상기 합류부에서 상기 설편부까지의 단면적이 서서히 커지는 디퓨저부를 구비한 것을 특징으로 하는 터보차저.
  2. 제1항에 있어서, 구획부가 끝나는 위치에서 제1 배기유입통로와 제2 배기유입통로의 단면적의 합이, 설편부에서의 배기유입통로의 단면적의 50∼80%인 터보차저.
  3. 제1항에 있어서, 디퓨저부에서 배기유입통로의 최소 단면적과 최대 단면적의 비가 50∼80%인 터보차저.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 입구에서 구획부가 끝나는 위치까지의 조임부의 유로길이는, 상기 입구에서 설편부의 후단까지의 도입부의 유로길이의 20∼40%인 터보차저.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 합류부보다도 하류에, 배기유입통로를 흐르는 배기가스의 일부를 추출하여 엔진의 급기측에 회수하는 EGR 통로를 접속하여된 터보차저.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제4항에 있어서, 합류부보다도 하류에, 배기유입통로를 흐르는 배기가스의 일부를 추출하여 엔진의 급기측에 회수하는 EGR통로를 접속하여 된 터보차저.
  11. 삭제
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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7501702B2 (en) * 2004-06-24 2009-03-10 Fairchild Semiconductor Corporation Integrated transistor module and method of fabricating same
JP2007170197A (ja) * 2005-12-19 2007-07-05 Nissan Diesel Motor Co Ltd 多気筒エンジン
US20070144170A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-28 Caterpillar Inc. Compressor having integral EGR valve and mixer
US7654085B2 (en) * 2006-08-28 2010-02-02 Elijah Dumas System of an induced flow machine
US20080104956A1 (en) * 2006-10-31 2008-05-08 Caterpillar Inc. Turbocharger having inclined volutes
KR100993376B1 (ko) * 2007-07-06 2010-11-09 기아자동차주식회사 엔진의 터보 챠지 시스템
US8029244B2 (en) * 2007-08-02 2011-10-04 Elijah Dumas Fluid flow amplifier
US8161747B2 (en) 2008-07-31 2012-04-24 Caterpillar Inc. Exhaust system having series turbochargers and EGR
US8297053B2 (en) * 2008-07-31 2012-10-30 Caterpillar Inc. Exhaust system having parallel asymmetric turbochargers and EGR
US8176737B2 (en) * 2008-07-31 2012-05-15 Caterpillar Inc. Exhaust system having 3-way valve
US8196403B2 (en) * 2008-07-31 2012-06-12 Caterpillar Inc. Turbocharger having balance valve, wastegate, and common actuator
US8206133B2 (en) * 2008-08-12 2012-06-26 GM Global Technology Operations LLC Turbocharger housing with integral inlet and outlet openings
FR2942850B1 (fr) * 2009-03-03 2015-04-03 Melchior Jean F Moteur a combustion interne suralimente
EP2449224A4 (en) * 2009-06-29 2013-03-06 Int Engine Intellectual Prop MANIFOLD MOUNTED SEPARATOR FOR ADMISSION OF TURBOCOMPRESSOR TURBINE
DE102009028354B4 (de) * 2009-08-07 2013-05-29 Mtu Friedrichshafen Gmbh Gasführungssystem für eine Peripherie einer Brennkraftmaschine zur Führung von Gas der Brennkraftmaschine, Brennkraftsystem und Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine
US20110067680A1 (en) * 2009-09-22 2011-03-24 Gm Global Technology Operations, Inc. Turbocharger and Air Induction System Incorporating the Same and Method of Making and Using the Same
US8893493B2 (en) * 2010-01-14 2014-11-25 GM Global Technology Operations LLC Engine exhaust system and method of operation
DE102010060106B4 (de) 2010-10-21 2018-05-17 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine
EP2508731B1 (en) 2011-02-02 2019-05-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Sheet metal turbine housing
JP5929016B2 (ja) * 2011-06-10 2016-06-01 株式会社Ihi スクロールハウジング及び過給機
US20130014497A1 (en) * 2011-07-15 2013-01-17 Gm Global Technology Operations Llc. Housing for an internal combustion engine
CN102493861A (zh) * 2011-12-23 2012-06-13 重庆潍柴发动机厂 立体式简化排气脉冲转换器
CN104145102A (zh) * 2012-03-09 2014-11-12 株式会社Ihi 涡轮壳体以及增压器
CN103244208A (zh) * 2013-05-15 2013-08-14 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 涡轮增压器蜗壳组件
GB201322206D0 (en) * 2013-12-16 2014-01-29 Cummins Ltd Turbine housing
JP6194870B2 (ja) * 2014-10-21 2017-09-13 マツダ株式会社 ターボ過給機付きエンジンの排気装置
JP6687119B2 (ja) 2016-09-15 2020-04-22 株式会社Ihi 過給機および過給機の組立方法
US11230970B2 (en) 2018-03-16 2022-01-25 Cummins Inc. Exhaust system with integrated exhaust pulse converter
KR20200065743A (ko) * 2018-11-30 2020-06-09 현대자동차주식회사 터보차저 체결구조
WO2020213358A1 (ja) * 2019-04-17 2020-10-22 株式会社Ihi タービンハウジングおよび過給機
JP7405065B2 (ja) * 2020-12-09 2023-12-26 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気通路構造

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001009496A1 (en) * 1999-07-30 2001-02-08 Alliedsignal Limited Turbine inlet

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE895677C (de) * 1941-10-22 1953-11-05 Versuchsanstalt Fuer Luftfahrt Verwertung der Auslassenergie von Brennkraftkolbenmaschinen mit nachgeschalteter Abgasturbine
US3408046A (en) * 1966-04-08 1968-10-29 Wallace Murray Corp Turbine housing for turbochargers
DE1958629A1 (de) * 1969-11-21 1971-05-27 Motoren Turbinen Union Abgasturbolader fuer Verbrennungskraftmaschinen
DE2040901A1 (de) * 1970-08-18 1972-03-02 Kuehnle Kopp Kausch Ag Abgasturbolader
DE2230718B2 (de) * 1972-06-23 1979-06-13 Aktiengesellschaft Kuehnle, Kopp & Kausch, 6710 Frankenthal Abgasturbolader mit Doppelstrom-Turbinengehäuse
JPS5438431A (en) 1977-09-02 1979-03-23 Hitachi Ltd Turbosupercharger
DE2901041A1 (de) * 1979-01-12 1980-07-17 Daimler Benz Ag Abgasturbolader
JPS595774B2 (ja) * 1980-07-14 1984-02-07 マツダ株式会社 過給機付多気筒エンジンの排気装置
JPS57124028A (en) 1981-01-23 1982-08-02 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Exhaust pipe for exhaust gas turbo-supercharger engine
JPS6234742Y2 (ko) * 1981-05-09 1987-09-04
DE3346472C2 (de) * 1982-12-28 1991-09-12 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa Radialturbine mit veränderlicher Leistung
JPS59122726A (ja) * 1982-12-28 1984-07-16 Nissan Motor Co Ltd タ−ボチヤ−ジヤのタ−ビンスクロ−ル
CS242619B1 (en) * 1983-05-13 1986-05-15 Jan Macek Exhaust system of a combustion engine supercharged by turbo blower
DE3343429C2 (de) * 1983-12-01 1986-09-25 Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln Pulse-Converter für eine mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine
JPH0823296B2 (ja) * 1987-05-20 1996-03-06 マツダ株式会社 多気筒エンジンの排気装置
SU1477921A1 (ru) * 1987-06-25 1989-05-07 Камский Тракторный Завод Устройство дл подвода отработавших газов двигател внутреннего сгорани к турбине турбокомпрессора
EP0474007A3 (en) * 1990-09-06 1993-04-14 Krupp Mak Maschinenbau Gmbh Running up device for diesel engine turbo charges
JPH0828286A (ja) 1994-07-14 1996-01-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 動圧形過給機
JP3462613B2 (ja) * 1995-04-07 2003-11-05 三菱重工業株式会社 タービンスクロール
DE19618160C2 (de) * 1996-05-07 1999-10-21 Daimler Chrysler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
JPH10141074A (ja) * 1996-11-05 1998-05-26 Hitachi Ltd 可変容量排気ターボ過給機
US6485697B1 (en) * 1999-09-15 2002-11-26 Eickmeyer & Associates Methods for removing sulfur containing compounds and carbon dioxide from gas mixtures
JP2002089377A (ja) * 2000-09-11 2002-03-27 Mitsubishi Motors Corp Ｅｇｒ装置
US6742989B2 (en) * 2001-10-19 2004-06-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Structures of turbine scroll and blades
JP2005113871A (ja) * 2003-10-10 2005-04-28 Nissan Diesel Motor Co Ltd 過給エンジンの排気還流装置
JP2005147011A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Nissan Diesel Motor Co Ltd ターボ過給エンジンの排気還流装置
JP2005147010A (ja) * 2003-11-17 2005-06-09 Nissan Diesel Motor Co Ltd ターボ過給エンジンの排気還流装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001009496A1 (en) * 1999-07-30 2001-02-08 Alliedsignal Limited Turbine inlet

Also Published As

Publication number Publication date
JP4242212B2 (ja) 2009-03-25
US20050028523A1 (en) 2005-02-10
US7043913B2 (en) 2006-05-16
KR20050000319A (ko) 2005-01-03
GB2403277A (en) 2004-12-29
DE102004028158A1 (de) 2005-01-13
CN100374697C (zh) 2008-03-12
FR2857053A1 (fr) 2005-01-07
DE102004028158B4 (de) 2007-01-11
GB2403277B (en) 2006-06-21
GB0413882D0 (en) 2004-07-21
JP2005016313A (ja) 2005-01-20
CN1573119A (zh) 2005-02-02

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