KR101682477B1 - 터보차저 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관(2)을 위한 터보차저(1)에 관한 것으로서, 배기가스 혼합 개구(12)를 통해 내연기관(2)의 흡기 라인(10) 내로 개방된 적어도 하나의 저압 배기가스 재순환 라인(3); 터빈(4); 터빈(4)에 구동 연결되고, 압축기 하우징(7)에 배치된 압축기 휠(6)을 가지며, 압축기 입구(11)를 통해 상기 하우징 내로 흡기 라인(10)이 개방되는, 압축기(5); 및 재순환 배기가스(A_G)와 외기(FL)를 혼합하기 위한 혼합 장치(18)를 가지며, 혼합 장치(18)는, 적어도 실질적으로 종축(L)을 따라 연장된 배기가스 재순환 라인(3) 및 적어도 실질적으로 종축(L)에 직각으로 연장된 흡기 라인(10)이 개방되는 유입 분배기(21)를 가지며, 배기가스(A_G)의 유동 방향(R)에서 봤을 때 배기가스 재순환 라인(3)의 유출 개구(22)의 하류에 충돌판(23)이 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

터보차저{TURBOCHARGER}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 터보차저에 관한 것이다.

WO 2008/095658 A1호에 일반적인 터보차저가 공지되어 있다.

상기 유형의 터보차저는 내연기관에 사용되며, 이는 법으로 규정된 배기가스 한계치를 충족시키기 위해서 넓은 작동 범위에 걸쳐 엔진의 흡기 경로 내로 대량의 배기가스를 재순환시킨다. 저압 배기가스 재순환(LP-EGR)에서는, 터보차저의 압축기의 외기 유동 상류로 배기가스가 공급된다. 이러한 혼합이 효과적이지 않다면, 승온에서 배기가스가 가득한 스트랜드가 압축기를 통해 유입된다.

이러한 배기가스와 외기의 불균일한 혼합은, 압축기 하우징 내의 일측에서 미연 탄화수소 및 그을음의 회전 비대칭적 증착으로 이어질 수 있다. 디퓨저 영역의 단일측이 차단된 결과, 반경방향 추력이 증가하여 마찰로 인한 압축기 휠에 대한 손상 및 추가적인 반경방향 힘으로 인한 베어링 장치에 대한 손상이 예상될 수 있다. 따라서 불가피한 증착을 더 균일하게 만들려면, 압축기 공급 유동의 회전 대칭적 혼합 프로파일이 바람직하다. 이는 특히 압축기 휠 입구에서의 균일한 속도 프로파일에 대해 해당되기도 한다.

따라서 본 발명의 목적은, 청구범위 제1항의 전제부에 따른 내연기관을 위한 터보차저를 제공하는 데에 있으며, 이러한 터보차저는 상기 언급한 단점을 해결하고, 특히, 가능한 한 최단 거리에 걸쳐 재순환 배기가스와 흡입 외기의 혼합을 개선하고 가능한 한 회전 대칭적인 혼합 프로파일을 얻고자 한다.

상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부를 통해 달성된다.

본 발명에 다른 혼합 장치 및 본 발명에 따른 터보차저의 설계로 인해, 먼저 흡입 외기가 유입 분배기를 통해 반경방향으로 압축기에 공급된다. 여기서, 저압 배기가스 재순환 공급 유동은 축방향으로, 즉 입구 분배기의 종축 방향으로 진행한다. 가능한 한 회전 대칭적이고 빠른 혼합을 얻기 위해서, 재순환 배기가스 분류(jet)는 충돌판을 향해 안내된다. 상기 충돌판은 유리하게는 저압 배기가스 재순환 공급 유동의 반경방향 분포를 생성한다. 더욱이 유리한 것은, 충돌판에 의해 재순환 배기가스 유동에 존재하는 물방울들의 크기가 감소하고 이로 인해 압축기 휠에 대한 물방울 충돌이 최소화된다는 점이다.

여기서, 본 발명의 맥락 내에서 수행된 시험 및 분석은, 본 발명에 따른 장치가 재순환 배기가스의 출구 하류에서 매우 짧은 혼합 거리에 걸쳐 균일하고 회전 대칭적인 속도 및 온도 프로파일을 생성한다는 것을 보여주었다. 이 때, 온도 분포는 배기가스 성분들의 혼합 영역(mixing field)과 같다.

종속항들은 본 발명의 유리한 양상에 관한 것이다.

예시적인 구현예에 대한 이하의 상세한 설명 및 도면으로부터 본 발명의 추가적인 상세사항, 이점 및 특징들을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 터보차저를 개략적으로 매우 단순하게 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 혼합 장치의 특히 바람직한 구현예의 원리를 보여주는, 개략적으로 매우 단순하게 나타낸 도면을 보여준다.

도 1에 도시된 터보차저(1)는 터빈 하우징(13)에 배치된 터빈 휠(14)을 구비한 터빈(4)을 가진다. 상기 터빈 휠(14)은 로터 샤프트(15)를 통해 압축기(5)의 압축기 휠(6)에 연결되며, 압축기 휠은 압축기 하우징(7)에 배치된다.

엔진(2)으로부터의 배기가스 재순환 라인(3)은 바람직하게 조절 밸브(19) 및 냉각기(20)를 경유하여 배기가스 혼합 개구(12)를 통해 엔진(2)의 흡기 라인(10) 내로 이어진다. 흡기 라인(10)에서, 혼합 장치(18)는 압축기 입구(11)의 상류에 배치된다.

또한, 압축기 입구(9)로부터 엔진(2)으로의 공급 라인(16) 및 엔진(2)으로부터 터빈 하우징(13)으로의 배기가스 라인(17)이 도시되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 배기가스 재순환 라인(3)의 배치에 따라, 배기가스(A_G)는 배기가스 혼합 개구(12)를 통해 흡기 라인(10) 내로 안내된다. 여기서 배기가스(A_G)는 외기(F_L)와 만난 후 혼합 장치(18)를 통해 외기(F_L)의 유동 방향으로 함께 혼합된다. 두 질량 유동이 거의 완전히 혼합된 후, 혼합물은 압축기 입구(11)를 통해 디퓨저(8) 내로 흐른다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하여 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 혼합 장치(18)는 유입 분배기(21)를 가지며, 여기에서 먼저 외기(F_L) 공급을 위한 흡기 라인(10)이 개방되고, 다음으로 배기가스 재순환 라인(3)이 유입 분배기 내로 안내된다. 특히 도 2의 도시에서 알 수 있듯이, 두 개의 라인(3, 10)은 적어도 실질적으로 서로 직각을 이루며, 바람직하게는 정확히 90°의 각을 이룬다. 상기 배치의 결과 외기(F_L)가 반경방향으로 도입되며, 배기가스는 적어도 실질적으로 유입 분배기(21)의 종축(L)을 따라 도입된다.

도 2에 도시된 특히 바람직한 구현예에 있어서, 안내 원뿔(24)이 유입 분배기(21)에 배치되며, 이러한 안내 원뿔(24)은 그 입구(25)로부터 배기가스(A_G)의 유동 방향(R)으로 테이퍼진다. 배기가스 재순환 라인(3)은 상기 안내 원뿔(24) 내로 개방되고, 이러한 배기가스 재순환 라인(3)은 그 단부에 유출 개구(22)를 가진다. 배기가스(A_G)의 유동 방향(R)에서 봤을 때 상기 유출 개구(22)의 하류에 충돌판(23)이 제공되며, 공급된 배기가스는 이러한 충돌판을 향해 흐른다. 여기서, 충돌판(23)은 예를 들어 유입 분배기(21)에 인접한 파이프 연결구(26)에, 또는 유입 분배기(21) 자체에 적절한 방식으로 고정될 수 있다.

도입부에 설명된 바와 같이, 상기 배치가 가져오는 이점은, 충돌판(23)으로 인해 공급 배기가스(A_G)가 반경방향으로 분포되며, 나아가 재순환 배기가스 유동에 존재하는 물방울들의 크기가 감소된다는 점이다.

개시 내용을 보충하기 위해, 도 1 및 도 2에 나타난 본 발명의 개략적인 도시를 명백히 참조한다.

참조부호 목록

1 터보차저/배기가스 터보차저

2 엔진

3 배기가스 재순환 라인

4 터빈

5 압축기

6 압축기 휠

7 압축기 하우징

8 디퓨저

9 압축기 출구

10 흡기 라인

11 압축기 입구

12 배기가스 혼합 개구

13 터빈 하우징

14 터빈 휠

15 로터 샤프트

16 공급 라인

17 배기가스 라인

18 혼합 장치

19 조절 밸브

20 냉각기

21 유입 분배기

22 유출 개구

23 충돌판

24 안내 원뿔

25 입구

26 파이프 연결구

A_G 배기가스

F_L 외기

L 종축

R 배기가스(A_G)의 유동 방향

Claims (10)

1. 내연기관(2)을 위한 터보차저(1)로서,
   배기가스 혼합 개구(12)를 통해 내연기관(2)의 흡기 라인(10) 내로 개방된 적어도 하나의 저압 배기가스 재순환 라인(3);
   터빈(4);
   터빈(4)에 구동 연결되고, 압축기 하우징(7)에 배치된 압축기 휠(6)을 가지며, 압축기 입구(11)를 통해 상기 하우징 내로 흡기 라인(10)이 개방되는, 압축기(5); 및
   재순환 배기가스(A_G)와 외기(F_L)를 혼합하기 위한 혼합 장치(18)를 가지며,
   혼합 장치(18)는 적어도 실질적으로 종축(L)을 따라 연장된 배기가스 재순환 라인(3) 및 적어도 실질적으로 종축(L)에 직각으로 연장된 흡기 라인(10)이 개방되는 유입 분배기(21)를 가지며, 혼합 장치(18)는 유입 분배기(21)에 배치된 안내 원뿔(24)을 가지며, 배기가스 재순환 라인(3)은 안내 원뿔(24) 내로 개방되며,
   배기가스(A_G)의 유동 방향(R)에서 봤을 때 배기가스 재순환 라인(3)의 유출 개구(22)의 하류에 충돌판(23)이 제공되며, 충돌판(23)은 외기(F_L)의 유동 방향에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
2. 제1항의 전제부에 따른 터보차저(1)의 재순환 배기가스(A_G)와 외기(F_L)를 혼합하기 위한 혼합 장치(18)로서,
   혼합 장치(18)는 적어도 종축(L)을 따라 연장된 배기가스 재순환 라인(3) 및 적어도 종축(L)에 직각으로 연장된 흡기 라인(10)이 개방되는 유입 분배기(21)를 포함하고,
   배기가스(A_G)의 유동 방향(R)에서 봤을 때 배기가스 재순환 라인(3)의 유출 개구(22)의 하류에 배치되고 외기(F_L)의 유동 방향에 평행하게 배치되는 충돌판(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
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