KR101345411B1 - 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈부에서 차량 엔진에서 배기되는 배기가스의 배기압을 통해 생성된 회전력을, 흡기압으로 전환시켜 외기를 엔진으로 강제 흡기하여 엔진의 연비 향상을 도모하는 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징에 관한 것으로,
본 발명에서는 환형챔퍼가 형성된 하우징 몸체와; 상기 하우징 몸체에 형성된 환형챔퍼 내에 형성되는 중공의 노즐편을 포함하여 구성된 터보차저용 압축부 하우징에 있어서,
상기 하우징 몸체와 노즐편은 분리 성형된 알루미늄 합금 재질의 다이캐스팅 성형품으로 구성되고,
상기 하우징 몸체에는 환형챔퍼와 연통하는 관상의 통기로가 형성되고, 상기 중공의 노즐편의 일편에는 관상의 통기구가 형성되는 한편, 상기 하우징 몸체와 노즐편 사이에는 탄성 압입구조가 형성되어,
상기 통기구를 하우징 몸체의 통기로에 압입시킨 노즐편은, 탄성 압입구조를 통해 하우징 몸체에 형성된 환형챔퍼 내에 압입하여 고정되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징{COMPRESSOR HOUSING OF TURBOCHARGER}

본 발명은 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터빈부에서 차량 엔진에서 배기되는 배기가스의 배기압을 통해 생성된 회전력을 흡기압으로 전환시켜, 외기를 엔진으로 강제 흡기하여 엔진의 연비 향상을 도모하는 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 터보차져는 기존 엔진의 배기량의 증대 없이 엔진에 공급되는 공기의 양을 증대시켜 출력을 대폭 상승하는 기구이다.

상기 터보챠져는, 축의 양 끝에 각도가 서로 다른 터빈부와 압축부를 설치하여 압축부 하우징의 한쪽은 흡기다기관에 연결하고, 다른 한쪽은 배기 다기관을 연결하여 배기가스의 압력으로 배기쪽의 터빈을 회전시키며 흡입쪽의 임펠러가 회전하도록 구성된다.

따라서, 차량 엔진에서 배기되는 배기가스의 배기에 의해 터빈부에서 생성된 회전력은, 압축부에서 급기력으로 전환되어 외기를 엔진으로 강제 흡기하여 엔진의 연비 향상을 도모한다.

즉, 일반적인 자연흡입(NA) 엔진은 일반 대기압하(1기압)에서 실린더의 부압을 이용해 공기를 흡입하게 되지만, 터보차져를 장착하면 약 1.5 기압까지 압축된 공기가 엔진에 공급되므로 엔진에 50% 가량의 공기를 급기하는 것이 가능하다.

따라서, 이론적으로는 엔진의 출력이 50% 가량 상승하는 것으로 예상되지만, 실질적으로는 터빈을 돌리는 데 필요한 에너지 손실과, 배기가스의 배압에 의한 손실 등에 의해 30 ~ 40% 가량의 출력 향상이 되는 것으로 알려지고 있다.

그리고, 상기 터보차져를 구성하는 압축부 하우징은, 일반적으로 압축부 하우징 본체에 형성된 환형챔퍼 내에 노즐링이 일체로 형성된 형태로 이루어져, 흡기구를 통해 압축부 하우징의 환형챔퍼 내로 유입된 외기가 노즐링을 따라 안내되어 통기로를 통해 엔진으로 유입되도록 구성된다.

그런데, 종래 압축부 하우징은 대한민국 특허공개공보 제 10-2012-0119190 등에서와 같이 주조 성형을 통해 터보차져 압축부 하우징과 노즐링이 일체로 성형한 관계로 정밀한 치수를 갖기 어려웠다.

이에 따라, 당 분야에서는 외부에 노출되는 노즐링의 표면을 절삭 가공하여, 표면 조도 및 치수 정밀도가 확보되도록 하고 있다.

그런데, 이러한 절삭을 통한 터보차져 압축부 하우징의 표면가공은 외부에 노출된 노즐링의 표면의 실시 가능하지만, 환형챔퍼의 내벽은 노즐링에 의해 전체적으로 폐쇄되어 절삭튤의 진입이 어려운 관계로, 매끄러운 표면조도를 갖지 못하는 한계성을 갖는다.

이와 같이 환형챔퍼 내벽의 표면조도가 불균일할 경우, 이를 따라 통과하는 공기의 안정된 이동이 저해되기도 하고, 또 표면에 잔류된 이물질에 의해 터보차져의 오염이 발생되기도 한다.

특히, 주조 성형에 의해 성형된 터보차져 압축부 하우징은, 환형챔퍼의 내벽이나 노즐링의 표면에 기포가 발생되는 등 성형 불량에 의한 불량 발생율이 높고, 이에 따라 품질의 안정성을 갖지 못하는 한계성이 지적되고 있다.

상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 하우징 몸체와 노즐링을 분리 성형하고 이들을 조립을 통해 단일 구조체를 형성하도록 구성하여 다이 캐스팅을 통한 우수한 품질성을 확보하고, 특히 분리 성형된 하우징 몸체와 노즐링의 간편하고 안정된 조립이 가능하도록 한 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징을 제공함에 있다.

상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징은,

환형챔퍼가 형성된 하우징 몸체와; 상기 하우징 몸체에 형성된 환형챔퍼 내에 형성되는 중공의 노즐편을 포함하여 구성된 터보차저용 압축부 하우징에 있어서,

상기 하우징 몸체와 노즐편은 분리 성형된 알루미늄 합금 재질의 다이캐스팅 성형품으로 구성되고,

상기 하우징 몸체에는 환형챔퍼와 연통하는 관상의 통기로가 형성되고, 상기 중공의 노즐편의 일편에는 관상의 통기구가 형성되는 한편, 상기 하우징 몸체와 노즐편 사이에는 탄성 압입구조가 형성되어,

상기 통기구를 하우징 몸체의 통기로에 압입시킨 노즐편은, 탄성 압입구조를 통해 하우징 몸체에 형성된 환형챔퍼 내에 압입하여 고정되도록 구성한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 탄성 압입구조는 노즐편에 형성되며, 하나 이상의 탄성 압입링이 형성된 압입관과; 하우징 몸체의 내벽에는 형성되며, 상기 압입관의 탄성 압입링을 탄성 견착하는 하나 이상의 견착홈이 형성된 견착관을 포함하여 구성되어,

상기 통기구를 하우징 몸체의 통기로에 압입시킨 노즐편은, 압입관의 각 탄성 압입링을 하우징 몸체에 형성된 견착관의 각 견착홈에 탄성 압입시켜, 하우징 몸체의 환형챔퍼 내에 탄성 압입을 통해 조립되도록 구성한다.

보다 바람직하게는, 상기 압입관은 다이캐스팅을 통한 노즐편의 성형시 다이 캐스팅 금형 내에 인서트된 스틸관을 통해 형성되어, 다이캐스팅을 통해 알루미늄 합금으로 제작된 노즐편에 스틸관으로 이루어진 압입관이 일체로 형성된다.

그리고, 상기 견착관은 다이캐스팅을 통한 하우징 몸체의 성형시 다이 캐스팅 금형 내에 인서트된 스틸관을 통해 형성되어, 다이캐스팅을 통해 알루미늄 합금으로 제작된 하우징 몸체의 통기로 내경에 스틸관으로 이루어진 견착관이 일체로 형성된다.

전술한 바와 같이 본 발명에서는, 하우징 몸체에 형성된 환형챔퍼와 노즐편을 다이캐스팅을 통해 분리 성형하고, 이를 조립한 터보차저용 압축부 하우징을 제안하고 있다.

이와 같이 하우징 몸체와 노즐편을 분리 구성하면 다이 캐스팅을 통한 제작이 가능하므로 생산성이 향상되고, 또 우수한 품질의 균일성을 겸비할 뿐 아니라 환형챔퍼와 노즐편의 표면가공, 및 세척을 통해 이물질의 제거가 가능하다.

또한, 하우징 몸체에 다양한 크기나 형상의 노즐편을 장착할 수 있어, 다양한 규격의 터보차져용 압축부 하우징을 구현할 수 있어 하우징 몸체의 공용화가 가능하다.

즉, 노즐편이나 하우징 몸체의 부분 교체를 통해 보수 및 수리가 가능하고, 하우징 몸체에 다양한 규격의 노즐편을 설치하여 다양한 규격의 압축부 하우징의 제작이 가능하다.

그리고, 본 발명에서는 다이 캐스팅을 통해 분리 성형된 하우징 몸체와 노즐편을 조립시켜 단일 구조체를 형성함에 있어, 이들 하우징 몸체와 노즐편이 압입을 통해 고정되도록 하고 있으며, 이에 따라 별도의 용접 없이 노즐편을 하우징 몸체에 간편하게 조립시켜 고정할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 상기 다이 캐스팅을 통해 알루미늄 합금 재질로 제작되는 하우징 몸체와 노즐편를 성형함에 있어, 우수한 내열성과 내식성, 및 탄성을 갖는 스틸관을 인서트시켜, 하우징 몸체와 노즐편에 스틸관으로 이루어진 압입관과 견착관을 각각 형성하고 있다.

따라서, 본 발명은 스틸관으로 이루어진 압입관이나 견착관을 하우징 몸체와 노즐편에 용접이나 체결을 통해 연결 및 형성할 필요가 없으므로, 생산공정의 단순화를 통한 생산성의 향상이 기대되고, 또 용접이나 체결 불량에 따른 불량 발생률이 저감되는 이점을 갖는다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징의 전체 구성을 보여주는 분해 사시도이고,
도 3은 본 발명에 따른 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징을 구성하는 하우징 몸체와, 노즐편의 성형 상태를 보여주는 것이며,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징을 구성하는 하우징 몸체에 노즐편을 고정하는 조립상태를 순차적으로 보여주는 조립 상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징을 상세히 설명하도록 한다.

도 1과 도 2는 본 발명에 따른 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징의 전체 구성을 보여주는 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징을 구성하는 하우징 몸체와, 노즐편의 성형 상태를 보여주는 것이며, 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징을 구성하는 하우징 몸체에 노즐편을 고정하는 조립상태를 순차적으로 보여주는 조립 상태도이다.

본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징(1)은, 하우징 몸체(10)에 형성된 환형챔퍼(11) 내에 중공의 노즐편(20)이 설치된 형태이다.

본 실시예에서는 주조 성형을 통해 하우징 몸체(10)와 노즐편(20)을 단일몸체로 성형하지 아니하고, 상기 환형챔퍼(11)가 형성된 하우징 몸체(10)와 노즐편(20)을 분리 성형한 다음 조립공정을 통해 하우징 몸체(10)와 노즐편(20)을 조립시켜, 하우징 몸체(10)의 환형챔퍼(11) 내에 중공의 노즐편(20)이 설치된 형태의 터보차저용 압축부 하우징을 형성하도록 한다.

이와 같이 하우징 몸체(10)와 노즐편(20)을 분리 제작하도록 구성하면, 탈형과정에 형틀의 파손이 요구되는 주조 성형 대신 금형을 개방시켜 성형품을 탈형할 수 있는 다이 캐스팅 성형을 통해 하우징 몸체(10)와 노즐편(20)을 성형 제작할 수 있다.

그리고, 상기 알루미늄 합금 재질의 다이캐스팅 성형품으로 이루어진 하우징 몸체(10)와 노즐편(20)은, 주조 성형을 통해 제작된 성형품에 대비하여 두께가 얇고 치수 정밀도와 및 표면조도를 포함하는 우수한 품질성을 갖고, 특히 분리 성형된 하우징 몸체와 노즐편은 표면이 노출된 상태를 형성하므로, 세척이나 표면 절삭을 통해 이들 표면에 형성된 이물질의 안정적인 제거가 가능한 이점을 갖는다.

한편, 본 발명에서는 다이캐스팅을 통해 분리 성형되는 하우징 몸체(10)와 노즐편(20)에 탄성 압입구조로 이루어진 개량된 조립구조를 형성하여, 압축부 하우징 본체(20)에 노즐편(20)이 탄성 압입을 통해 간편하게 조립되도록 한다.

도면을 보면 상기 다이캐스팅을 통해 성형된 하우징 몸체(10)에는 환형챔퍼(11)와 연통하는 관상의 통기로(12)가 형성되고, 상기 중공의 노즐편(20)의 일편에는 관상의 통기구(21)가 형성된다.

그리고, 본 실시예에서는 상기 노즐편(20)의 통기구(21)와, 하우징 몸체(10)의 통기로(12) 사이에 압입 고정구조를 형성하여, 별도의 용접 과정 없이 하우징 몸체(10)의 통기로(12)에 노즐편(20)의 통기구(21)가 기밀상태를 형성하여 안정되게 압입하여 고정되도록 한다.

따라서, 상기 노즐편(20)은 하우징 몸체(10)의 통기로(12)에 통기구(21)를 탄성 압입시켜 삽입시켜, 하우징 몸체(10)의 환형챔퍼(11) 내에 노즐편(20)이 배치된 터보차저용 압축부 하우징(1)을 형성한다.

이를 위해, 본 실시예에서는 상기 노즐편(20)에 형성된 통기구(21)의 선단에 하나 이상의 탄성 압입링(22a)이 형성된 압입관(22)을 형성하고, 이와 내접하는 통기로(12)의 내벽에는 탄성 압입링(22a)을 탄성 견착하는 하나 이상의 견착홈(13a)이 형성된 견착관(13)을 대응되게 형성한다.

본 실시예에 따르면, 상기 노즐편(20)의 통기구(21)의 선단에 형성된 압입관(22)과, 하우징 몸체(10)의 통기로(12)에 형성되는 견착관(13)은, 내열성과 우수한 내열성과 내식성, 및 탄성을 갖는 스테인레스 스틸 강판으로 제작된 스틸관으로 이루어져, 노즐편(20)의 통기구(21)는 압입관(22)을 하우징 몸체(10)의 통기로(12)에 형성된 견착관(13)에 탄성 압입시켜, 탄성 압입을 통해 안정된 기밀상태를 형성하도록 한다.

즉, 본 실시예에서는 비 탄성 금속재질인 알루미늄 합금(AL)으로 성형되는 하우징 몸체(10)와 노즐편(20)에, 우수한 탄성을 갖는 스틸관으로 이루어진 입입관(22)과 견착관(23)을 각각 대응되게 형성하여, 이들 압입관과 견착관을 통해 비 탄성재질의 하우징 몸체와 노즐편의 탄성 압입을 도모하고 있는 것이다.

그리고, 본 실시예에서는 상기 스틸관으로 이루어진 압입관(22) 및 견착관(13)은, 다이캐스팅이 완료된 노즐편(20)이나 하우징 몸체(10)에 용접이나 체결 등을 통해 고정되지 아니하고, 다이캐스팅을 통한 노즐편(20)이나 하우징 몸체(10)의 성형과정에 일체로 형성되도록 한다.

이를 위해 본 실시예에서는 도 3a에서 보는 바와 같이, 상기 다이캐스팅 금형(M)의 성형공간(S) 내에 알루미늄 합금(AL)을 주입하여 노즐편(20)을 성형함에 있어, 다이 캐스팅 금형(M)의 성형공간 내에 압입관(22)을 형성하는 스틸관이 인서트시켜, 다이캐스팅을 통해 알루미늄 합금으로 제작된 노즐편(20)의 통기구(21) 선단에 스틸관으로 이루어진 압입관(22)이 일체로 형성되도록 하고 있다.

또한, 도 3b와 같이 다이캐스팅 금형(M)의 성형공간(S) 내에 알루미늄 합금(AL)을 주입하여 하우징 몸체(10)의 성형시 다이 캐스팅 금형(M)의 성형공간(S) 내에 견착관(13)을 구성하는 스틸관을 인서트시켜, 다이캐스팅을 통해 알루미늄 합금으로 제작된 하우징 몸체(10)의 통기로(12) 내경에 스틸관으로 이루어진 견착관(13)이 일체로 형성되도록 한다.

따라서, 탄성 압입 고정을 구현하는 압입관(22)과 견착관(13)은 용접 등을 통한 별도의 연결과정 없이 다이캐스팅을 통해 성형되는 노즐편(20)과 하우징 몸체(10)에 일체로 형성되므로, 제작에 따른 편리성과 정밀성이 확보될 수 있다.

그리고, 본 실시예에서는 상기 하우징 몸체(10)의 통기로(12) 내경에 형성된 견착관(13)의 내벽에 기밀패드(13a-a)를 형성하여, 견착관(13)의 견착홈(13a)에 내접하는 압입관(22)의 탄성 압입링(22a)은 기밀패드(13a-a)를 통해 견착관(13)과 기밀상태를 형성하도록 한다.

또한, 상기 압입관(22)에는 구속홈(22b)들을 방사구조로 형성하고, 이와 외접하는 견착관(13)에는 구속돌기(13b)들이 방사구조로 형성된다.

따라서, 작업자가 상기 견착관(13)이 형성된 하우징 몸체(10)의 통기로(12)에, 압입관(22)을 형성한 노즐편(20)의 통기구(21)를 탄성 압입하면, 통기구(21)에 형성된 압입관(22)의 각 탄성 압입링(22a)은 하우징 몸체(10)의 통기로(12)에 형성된 견착관(13)의 각 견착홈(13a)에 탄성 압입된다.

이때, 상기 견착관(13)의 내벽에 형성된 기밀패드(13a-a)는 내접하는 압입관(22)과 긴밀히 밀착되어, 견착관(13)의 내벽과 압입관(22)의 외벽 사이의 안정된 기밀을 도모하여 이들 사이로 공기가 배출되는 현상을 예방한다.

또한, 상기 견착관(13)에 형성된 각 구속돌기(13b)는 압입관(22)에 형성된 구속홈(22b)에 진입되어, 하우징 몸체(10)에 탄성 압입된 노즐편(20)을 2중으로 구속하는 한편, 하우징 몸체(10)에 탄성 압입된 노즐편(20)의 임의 회전이나 이탈을 안정되게 예방하여 노즐편(20)이 하우징 몸체(10)에 정형화된 각도로 조립 및 고정되도록 한다.

그리하여, 본 실시예에 따른 터보차져 압축부 하우징(1)은 탄성 압입을 통해 노즐편(20)과 하우징 몸체(10)의 간편하고 안정적인 연결이 가능하고, 또 추후 노즐편(20)이나 하우징 몸체(10)의 부분 교체를 통해 보수 및 수리가 가능한 이점을 갖는다.

1. 터보차저용 압축부 하우징
10. 하우징 몸체 11. 환형챔퍼
12. 통기로 13. 견착관
13a. 견착홈 13a-a. 기밀패드
13b. 구속돌기
20. 노즐편 21. 통기구
22. 압입관 22. 탄성 압입링
23. 구속홈

Claims (4)

1. 환형챔퍼가 형성된 하우징 몸체와; 상기 하우징 몸체에 형성된 환형챔퍼 내에 형성되는 중공의 노즐편을 포함하여 구성된 터보차저용 압축부 하우징에 있어서,
   상기 하우징 몸체와 노즐편은 분리 성형된 알루미늄 합금 재질의 다이캐스팅 성형품으로 구성되고,
   상기 하우징 몸체에는 환형챔퍼와 연통하는 관상의 통기로가 형성되고, 상기 중공의 노즐편의 일편에는 관상의 통기구가 형성되는 한편, 상기 하우징 몸체와 노즐편 사이에는 탄성 압입구조가 형성되어,
   상기 통기구를 하우징 몸체의 통기로에 압입시킨 노즐편은, 탄성 압입구조를 통해 하우징 몸체에 형성된 환형챔퍼 내에 압입하여 고정되는 한편,
   상기 탄성 압입구조는 노즐편에 형성되며, 하나 이상의 탄성 압입링이 형성된 압입관과; 하우징 몸체의 내벽에는 형성되며, 상기 압입관의 탄성 압입링을 탄성 견착하는 하나 이상의 견착홈이 형성된 견착관을 포함하여 구성되어,
   상기 통기구를 하우징 몸체의 통기로에 압입시킨 노즐편은, 압입관의 각 탄성 압입링을 하우징 몸체에 형성된 견착관의 각 견착홈에 탄성 압입시켜, 하우징 몸체의 환형챔퍼 내에 탄성 압입을 통해 조립되도록 구성한 것을 특징으로 하는 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 압입관은 다이캐스팅을 통한 노즐편의 성형시 다이 캐스팅 금형 내에 인서트되어, 다이 캐스팅을 통해 노즐관에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징.
4. 제 1항에 있어서, 상기 견착관은 다이캐스팅을 통한 하우징 몸체의 성형시 다이 캐스팅 금형 내에 인서트되어, 다이 캐스팅을 통해 하우징 몸체에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 개량된 조립구조를 갖는 터보차저용 압축부 하우징.

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