KR101204226B1 - 내연기관용 배기가스 터보 과급기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관용 배기가스 터보 과급기로서, 상기 내연기관의 엔진을 벗어난 배기가스 흐름을 팽창시키기 위한 터빈, 및 상기 내연기관의 엔진에 공급될 연소 공기 흐름을 압축시키기 위한 압축기를 포함하고, 상기 터빈은 상기 터빈 내에서 팽창될 배기가스 흐름을 터빈 회전자에 공급하기 위해 유입 하우징(10)을 가지며, 상기 터빈 회전자는 회전자 디스크 및 다수의 블레이드를 포함하는, 배기가스 터보 과급기에 관한 것이다. 본 발명에 따라 상기 터빈 회전자의 상기 회전자 디스크로 냉각 공기를 안내하기 위해, 냉각 공기용 라인(16)이 상기 유입 하우징(10) 내에 통합된다.

Description

내연기관용 배기가스 터보 과급기{EXHAUST GAS TURBOSUPERCHARGER FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도 1은 본 발명에 따른 내연기관용 배기가스 터보 과급기의 터빈의 유입 하우징의 개략적인 횡단면도.

도 2는 도 1의 Ⅱ부분의 세부도.

도 3은 도 1의 Ⅲ 부분의 세부도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 유입 하우징

11 : 유입구

12 : 화살표

13 : 벌브형 유입부

14 : 노즐 링

15 : 공동 챔버

16 : 라인

17 : 유입 섹션

18 : 배출 섹션

19 : 종축선

20 : 섹션

21 : 단부

22 : 지지판

23 : 고정 소자

24, 25 : 스크류

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관용 배기가스 터보 과급기에 관한 것이다.

내연기관의 효율을 높이기 위해, 내연기관에 배기가스 과급기를 설치하는 것은 선행 기술에 이미 공지되어 있다. 배기가스 과급기 또는 터보 과급기에서는 엔진으로부터 나온 배기 가스가 배기가스 터보 과급기의 터빈에서 팽창되며, 터빈은 배기가스 터보 과급기의 압축기를 구동하고, 상기 압축기에서 엔진에 공급될 연소 공기가 압축된다. 배기가스 터보 과급기의 압축기와 엔진 사이에는, 압축된 연소 공기를 규정된 온도로 냉각시키기 위해 배기가스 터보 과급기의 급기 냉각기가 접속된다. 이러한 방식의 배기가스 과급기 또는 터보 과급기를 통해 내연기관의 효율이 향상될 수 있다.

배기가스 터보 과급기의 터빈은 터빈에서 팽창될 엔진의 배기가스 흐름을 터빈 회전자에 공급하기 위해 유입 하우징을 갖는다. 터빈 회전자는 하나의 회전자 디스크 및 상기 회전자 디스크에 고정되어, 회전자 디스크와 함께 회전하는 다수의 블레이드를 포함한다. 터빈 내에서 팽창된 배기가스 흐름은 유출 하우징을 통해 터빈으로부터 배출된다. 특히, 배기가스 터보 과급기의 터빈의 터빈 회전자는 높은 온도와 큰 원심력을 견뎌야 하는, 높은 부하를 받는 부품이다. 선행 기술에 따르면, 터빈 회전자의 부하 능력을 증가시키기 위해 점점 더 고가의 재료를 사용하지만, 이러한 재료는 고가이며 복잡한 처리 공정을 필요로 한다. 이로 인해, 배기가스 터보 과급기의 비용이 증가된다.

본 발명의 과제는 내연기관용의 신규한 배기가스 터보 과급기를 제공하는 것이다.

상기 과제는 청구항 1에 따른 내연기관용 배기가스 터보 과급기에 의해 달성된다. 본 발명에 따라 냉각 공기를 터빈 회전자의 회전자 디스크로 안내하는 냉각 공기용 라인이 유입 하우징 내에 통합된다.

본 발명에서는 냉각 공기를 터빈 회전자의 회전자 디스크로 안내하는 냉각 공기용 라인이 터빈의 유입 하우징 내에 통합된다. 터빈 회전자의 회전자 디스크를 능동적으로 냉각시킴으로써, 터빈 회전자 내로의 열 도입이 감소될 수 있다. 따라서, 터빈 회전자의 영역에 점점 더 고가의 재료를 사용하지 않아도 되며, 이로 인해 복잡한 처리 공정이 생략될 수 있다. 따라서, 배기가스 터보 과급기의 비용이 절감된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예가 도면을 참고로 상세히 설명되기는 하지만, 본 발명이 이것에 국한되는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 도 1 내지 도 3을 참고로 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 배기가스 터보 과급기의 터빈의 유입 하우징(10)의 횡단면도를 도시한다. 유입 하우징(10)은 배기가스 터보 과급기의 터빈 내에서 팽창될 배기가스 흐름을 화살표(12)의 방향으로 터빈 내로 유입하기 위한 유입구(11)를 갖는다. 도 1에 도시된 실시예에서, 유입 하우징(10)은 소위 벌브형 유입부(13)를 포함하며, 상기 벌브형 유입부(13)는 터빈 내로 유입되어 팽창될 배기가스 흐름을 방사방향 외부로 편향시켜 소위 노즐 링(14)을 통해 도시되지 않은 터빈 회전자의 블레이드로 안내한다. 도시되지 않은 터빈 회전자는 블레이드와 더불어 회전자 디스크를 가지며, 상기 회전자 디스크는 그것의 상류 측에서 벌브형 유입부(13)에 의해, 팽창될 배기가스 흐름에 대해 커버되거나 분리된다. 벌브형 유입부(13)는 터빈 회전자를 향한 측면에 공동 챔버(15)를 포함한다. 터빈 내에서 팽창된 배기가스 흐름을 터빈으로부터 배출하기 위해, 배기가스 터보 과급기의 터빈의 도시되지 않은 유출 하우징이 상기 유입 하우징(10)에 접속된다.

본 발명에서는 냉각 공기용 라인(16)이 본 발명에 따른 배기가스 터보 과급기의 터빈의 유입 하우징(10) 내에 통합된다. 라인(16)은 유입 섹션(17) 및 배출 섹션(18)을 가지며, 상기 섹션들은 서로 약 90°휘어져 있다. 유입 섹션(17)은 냉각 공기를 유입 하우징(10) 내로 유입하는데 사용되는 한편, 배출 섹션(18)은 유입 하우징(10) 내로 유입된 냉각 공기를 도시되지 않은 터빈 회전자의 회전자 디스크로 향하게 하여, 상기 터빈 회전자를 냉각시킨다. 라인(16)의 배출 섹션(18)은 도 1에 따라 유입 하우징(10)의 종축선(19)에 대해 대략 평행하게 연장한다. 상기 종축선(19)은 도시되지 않은 터빈 회전자의 회전축과 일치한다. 도 1에 따라 배출 섹션(18)의 중심이 유입 하우징(10)의 종축선(19) 상에 놓인다. 냉각 공기는 배출 섹션(18)을 통해 터빈 회전자의 회전자 디스크의 고온 측 또는 상류 측을 향할 수 있다. 유입 섹션(17)은 배출 섹션(18)에 대해 대략 수직으로 유입 하우징(10)의 방사 방향으로 연장된다.

도 1에 나타나는 바와 같이, 냉각 공기용 라인(16)의 배출 섹션(18)은 벌브형 유입부(13) 내의 섹션(20)에 의해 안내되거나 또는 지지된다. 또한, 배출 섹션(18)의 하류측 단부(21)는 지지판(22) 내에 안내되거나 또는 지지됨으로써, 안정한 고정 및 도시되지 않은 터빈 회전자의 냉각될 회전자 디스크에 대한 라인(16)의 배출 섹션(18)의 중심 배치가 이루어진다. 배출 섹션(18)의 하류측 단부(21)를 지지판(22)에 고정하기 위해, 상기 배출 섹션(18)의 하류측 단부(21)에는 고정 소자(23)가 할당 배치되고, 지지판(22)이 도 2에 따라 스크류(24)를 통해 상기 고정 소자(23)에 고정된다.

도 3에 따라 지지판(22)이 다른 스크류(25)에 의해 벌브형 유입부(13)에 방사방향 외부로 고정됨으로써, 벌브형 유입부에 의해 둘러싸인 공동 챔버(15)가 냉각될 터빈 회전자의 회전자 디스크에 대해 분리된다. 따라서, 냉각 공기에 의해 냉각될 영역이 감소된다. 즉, 주로 터빈 회전자의 회전자 디스크의 고온 측 또는 상류 측과 지지판(22) 사이의 챔버에서 감소된다.

냉각 공기용 라인(16)의 유입 섹션(17)이 배기가스 터보 과급기의 급기 냉각기에 접속되는 본 발명에 따른 배기가스 터보 과급기의 실시예가 특히 바람직하다. 이 경우 급기 냉각기에서 냉각되어 내연기관의 엔진에 공급될, 압축된 연소 공기의 일부가 냉각 공기로서 분기되어, 터빈 회전자의 냉각을 위해 라인(16)의 배출 섹션(18)을 통해 터빈 회전자의 회전자 디스크를 향한다. 별법으로서, 다른 압축 공기를 터빈 회전자의 냉각을 위해 사용할 수도 있다.

라인(16) 내부의 냉각 공기의 압력을 측정하기 위해, 냉각 공기용 라인(16)에는 바람직하게 센서가 할당 배치된다. 라인(16) 내부의 압력이 규정된 한계치 미만이면, 본 발명에 따라 도시되지 않은 제어 장치를 통해 내연기관의 부하가 감소된다. 미리 주어진 압력에 미달하면, 터빈 회전자의 충분한 냉각이 보장되지 않으므로, 내연기관의 부하가 감소되어야 한다.

본 발명에서는 본 발명에 따른 배기가스 터보 과급기의 터빈의 터빈 회전자가 능동적으로 냉각되는 내연기관용 배기가스 터보 과급기가 제공된다. 이를 위해, 냉각 공기를 터빈 회전자의 회전자 디스크로 안내하는 냉각 공기용 라인이 터빈의 유입 하우징 내에 통합된다. 바람직하게는 배기가스 터보 과급기의 급기 냉각기로부터 엔진에 공급될 압축 연소 공기의 일부가 냉각 공기로서 분기된다. 이로 인해, 터빈 회전자의 자급 냉각이 이루어진다. 터빈 회전자의 본 발명에 따른 냉각은 작동 중에 유지 관리 없이 이루어진다.

바람직하게 본 발명에 따른 배기가스 터보 과급기는 매우 높은 배기가스 온 도가 주어지는 4-사이클 디젤 내연기관에 사용된다.

본 발명에 따르면, 배기가스 터보 과급기를 저렴하고 간단하게 구성할 수 있다.

Claims (8)

1. 내연기관용 배기가스 터보 과급기로서, 상기 내연기관의 엔진을 벗어난 배기가스 흐름을 팽창시키기 위한 터빈과, 상기 내연기관의 엔진에 공급될 연소 공기 흐름을 압축시키기 위한 압축기를 포함하고, 상기 터빈은 상기 터빈 내에서 팽창될 배기가스 흐름을 터빈 회전자에 공급하기 위해 유입 하우징(10)을 구비하며, 상기 터빈 회전자는 회전자 디스크 및 다수의 블레이드를 포함하는 것인 배기가스 터보 과급기에 있어서,

   상기 터빈 회전자의 상기 회전자 디스크로 냉각 공기를 안내하기 위해, 냉각 공기용 라인(16)이 상기 유입 하우징(10) 내에 통합되는 것을 특징으로 하고,

   상기 라인(16)은 유입 섹션(17) 및 배출 섹션(18)을 구비하며, 상기 배출 섹션(18)은 유입 하우징(10)의 종축선(19)에 대해 평행하게 또는 터빈 회전자의 회전축에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하고,

   상기 터빈 회전자의 회전자 디스크는 벌브형 유입부(13)에 의해 팽창될 배기가스 흐름에 대해 분리되고, 상기 벌브형 유입부(13)는 팽창될 배기가스 흐름을 터빈 회전자의 블레이드로 안내하는 것을 특징으로 하고,

   상기 라인(16)의 배출 섹션(18)은 한편으로는 벌브형 유입부(13)로 그리고 다른 한편으로는 지지판(22)으로 안내되고, 상기 지지판(22)은 벌브형 유입부(13)의 상류측 단부에서 벌브형 유입부(13)와 연결되며, 상기 벌브형 유입부에 의해 둘러싸인 공동 챔버(15)를 터빈 회전자의 회전자 디스크에 대해 분리하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 터보 과급기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 라인(16)은 냉각 흐름을 터빈 회전자의 회전자 디스크의 고온 측 또는 상류 측으로 향하게 하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 터보 과급기.
4. 제1항에 있어서, 상기 라인(16)의 배출 섹션(18)은 지지판(22)으로 안내되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 터보 과급기.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 급기 냉각기에 의해 냉각된, 상기 엔진에 공급될 연소 공기 중 일부를 냉각을 위해 터빈 회전자의 회전자 디스크로 안내하기 위해, 상기 라인(16)이 급기 냉각기에 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 터보 과급기.
8. 제1항에 있어서, 상기 냉각 공기용 라인(16) 내의 압력이 센서에 의해 측정 가능하고, 압력 한계값의 미달시 제어 장치가 내연기관의 부하를 감소시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 터보 과급기.

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