KR102026660B1 - 원주방향 홈을 가진 압축기 커버 - Google Patents

원주방향 홈을 가진 압축기 커버 Download PDF

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Abstract

터보차저 압축기 커버(114)는 복수의 블레이드들(140)을 구비한 압축기 휠(118)을 수용하도록 구성되는 내부 슈라우드 윤곽부(122)를 포함한다. 각각의 블레이드(140)는 리딩 에지(142), 윤곽 에지(144), 및 트레일링 에지(146)를 포함한다. 유입 유로(124)가 내부 슈라우드 윤곽부(122)로 이어지며, 원주방향 홈(130)이 유입 유로(124) 주위에 형성된다. 홈(130)은 블레이드들의 리딩 에지(142)의 아웃보드 단부(148)와 정렬되는 트레일링 에지(136)를 포함한다. 압축기 커버(114)는 45°챔퍼와 같은, 홈 트레일링 에지(136)를 따라 형성되는 에지 릴리프(138)를 포함한다. 원주방향 홈(130)은 대략 동일한 폭과 깊이를 가진다. 챔퍼는 홈(130)의 저부로부터 깊이의 대략 절반의 깊이만큼 홈(130)과 교차한다.

Description

원주방향 홈을 가진 압축기 커버{COMPRESSOR COVER WITH CIRCUMFERENTIAL GROOVE}
본 발명은 원주방향 홈을 가진 압축기 커버에 관한 것이다.
오늘날의 내연기관은 소비자 및 정부 감독 기관에서 요구하는 더 엄격한 배기 및 효율 기준에 부합해야 한다. 따라서, 자동차 제조업자들 및 공급자들은 내연기관의 작동을 개선하기 위한 기술의 연구 및 개발에 상당한 노력과 자본을 들이고 있다. 터보차저는 특히 관심 대상인 엔진 개발 분야이다.
터보차저는 보통은 낭비될 배기가스 에너지를 사용하여 터빈을 구동한다. 터빈은 이후 압축기를 구동하는 샤프트에 장착된다. 터빈은 배기가스의 열과 운동 에너지를, 압축기를 구동하는 회전력으로 변환한다. 터보차저의 목적은 엔진에 들어가는 공기의 밀도를 증가시킴으로써 엔진의 체적 효율을 개선하는 것이다. 압축기는 주변 공기를 끌어들이고, 이를 흡기 매니폴드 및 궁극적으로는 실린더들 내로 압축한다. 따라서, 각각의 흡기 행정 시에 더 큰 질량의 공기가 실린더들에 들어간다.
터빈이 더 효율적으로 배기가스 열 에너지를 회전력으로 변환할수록, 그리고 압축기가 더 효율적으로 공기를 엔진에 밀어 넣을수록, 엔진의 전체 성능은 더 효율적이 된다. 그러므로, 터빈 휠 및 압축기 휠을 가능한 한 효율적으로 설계하는 것이 바람직하다. 그러나, 난류 및 누출로 인해, 종래의 터빈 및 압축기 설계에는 다양한 손실이 내재되어 있다.
종래의 터보차저 압축기 및 터빈 설계가 효율을 최대화하려는 목적으로 개발되었지만, 압축기 및 터빈 효율에 있어서 추가적인 개선의 필요성이 여전히 존재한다.
복수의 블레이드들을 구비한 압축기 휠을 수용하도록 구성되는 내부 슈라우드 윤곽부를 포함하는 터보차저 압축기 커버가 본원에 제공된다. 각각의 블레이드는 리딩 에지, 윤곽 에지, 및 트레일링 에지를 포함한다. 유입 유로가 내부 슈라우드 윤곽부로 이어지며, 원주방향 홈이 유입 유로 주위에 형성된다. 원주방향 홈은 블레이드들의 리딩 에지의 아웃보드 단부와 정렬되는 트레일링 에지를 포함한다.
본원에 설명된 기술의 소정의 양상들에서, 압축기 커버는 45°챔퍼와 같은, 홈 트레일링 에지를 따라 형성되는 에지 릴리프를 포함한다. 원주방향 홈은 대략 동일한 폭과 깊이를 가진다. 일 구현예에서, 챔퍼는 홈의 저부로부터 깊이의 대략 절반의 깊이만큼 홈과 교차한다. 챔퍼는 홈의 기저부로부터 깊이의 43%만큼 홈과 교차할 수 있다. 일 구현예에서, 홈의 폭과 깊이는 3㎜이며, 챔퍼는 홈의 저부로부터 1.3㎜만큼 홈과 교차한다.
또한, 복수의 블레이드들을 구비한 압축기 휠을 포함하는 터보차저가 본원에 개시되고, 각각의 블레이드는 리딩 에지, 윤곽 에지, 및 트레일링 에지를 포함한다. 터보차저는, 압축기 휠을 수용하도록 구성되는 내부 슈라우드 윤곽부, 및 내부 슈라우드 윤곽부로 이어지는 내부 유로를 구비한 압축기 커버를 포함한다. 원주방향 홈이 유입 유로 주위에 형성되며, 블레이드들의 리딩 에지의 아웃보드 단부와 정렬되는 홈 트레일링 에지를 포함한다.
개시된 기술의 이러한 양상들 및 다른 양상들은 본원의 상세한 설명 및 도면을 고려한 후에 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명의 범주는, 주어진 주제가 배경기술에 언급된 임의의 쟁점 또는 모든 쟁점들을 다루는지 여부, 또는 주어진 주제가 이러한 발명의 내용에 언급된 임의의 특징들 또는 양상들을 포함하는지 여부에 의해 결정되는 것이 아니라, 제시된 바와 같은 청구범위에 의해 결정되어야 한다는 점을 이해해야 한다.
원주방향 홈을 가진 압축기 커버의 바람직한 구현예를 포함하는 비제한적, 비포괄적 구현예들이 하기 도면을 참조하여 설명되며, 달리 명시되지 않는 한, 다양한 도면들에 걸쳐 유사한 도면부호들이 유사한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 터보차저의 측단면도이다.
도 2는 원주방향 홈을 포함하는 예시적인 구현예에 따른 터보차저 압축기 커버를 도시하는 측단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 홈의 부분 확대 단면도이다.
구현예들은, 그 일부를 구성하며 예로써 특정한 예시적인 구현예들을 도시하는 첨부 도면을 참조하여, 이하에 보다 상세히 설명된다. 이러한 구현예들은 당업자들이 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 개시된다. 그러나, 구현예들은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에 설명된 구현예들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 그러므로, 후술하는 상세한 설명은 제한적인 의미로 고려되지 않아야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터보차저(5)는 터빈 슈라우드(12) 및 압축기 슈라우드(14)가 부착된 베어링 하우징(10)을 포함한다. 터빈 휠(16)은 터빈 슈라우드 내표면(20)에 인접하게 터빈 슈라우드(12) 내에서 회전한다. 마찬가지로, 압축기 휠(18)은 압축기 슈라우드 내표면(22)에 인접하게 압축기 슈라우드(14) 내에서 회전한다. 압축기 커버(14)는 내부 슈라우드 윤곽부(22)로 이어지는 유입 유로(24)를 포함한다. 터보차저(5)의 구성은 당해 기술분야에 공지된 바와 같은 통상적인 터보차저의 구성이다.
도 2는 예시적인 구현예에 따른 개선된 터보차저 압축기 커버(114)를 도시한다. 압축기 커버(114)는 내부 슈라우드 윤곽부(122)로 이어지는 유입 유로(124)를 포함한다. 원주방향 홈(130)이 유입 유로(124) 주위에 형성된다. 내부 슈라우드 윤곽부(122)는 복수의 블레이드들(140)을 구비한 압축기 휠(118)을 수용하도록 구성된다.
도 3을 추가로 참조하면, 압축기 휠(118)은 복수의 블레이드들(140)을 포함하고, 각각의 블레이드(140)는 리딩 에지(142), 윤곽 에지(144), 및 트레일링 에지(146)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 리딩 에지(142)는 인보드 단부(149)로부터 아웃보드 단부(148)로 연장된다. 원주방향 홈(130)은 리딩 에지(132) 및 트레일링 에지(136)를 포함한다. 홈 트레일링 에지(136)는 리딩 에지(142)의 아웃보드 단부(148)와 정렬된다. 일 구현예에서, 홈 트레일링 에지(136)는 리딩 에지(142)와 윤곽 에지(144) 사이의 전이부(148)와 정렬된다.
홈(130)의 저부(134)는 리딩 에지(132)와 트레일링 에지(136) 사이에 연장된다. 홈(130)은 또한 홈 트레일링 에지를 따라 형성되는 에지 릴리프(138)를 포함한다. 이 경우, 에지 릴리프(138)는 챔퍼의 형태이다. 이 경우, 챔퍼는 45°의 각도(A)를 갖지만, 다른 각도가 사용될 수도 있다.
원주방향 홈(130)은 본 구현예에서 대략 동일한 폭(W)과 깊이(D)를 가진다. 하나의 예시적인 구현예에서, 홈의 폭과 깊이는 모두 3㎜이며, 챔퍼(138)는 홈(130)의 저부(134)로부터 1.3㎜만큼 홈과 교차한다. 챔퍼는 홈의 저부로부터 깊이(D)의 대략 절반의 깊이만큼 홈과 교차할 수 있다. 에지 릴리프(138)가 챔퍼로 도시되어 있지만, 에지 릴리프(138)는 반경부, 단차부, 또는 다른 적절한 기하학적 구성의 형태일 수 있다.
압축기 메인 블레이드들의 리딩 에지의 전단에 있는 원주방향 홈(130) 트레일링 에지 챔퍼(138)는 압력비 특성을 개선하며, 고압력비 소프트 서지 소음, 및 전체 압축기 맵에 걸친 광대역 소음을 감소시킨다. 환상 홈은 유입 공기의 입사각에 영향을 미쳐서, 리딩 에지 유동 분리, 와흘림, 및 더 높은 PR(>2PRT-T)에서의 감소된 정지 실속 관련 광대역 방사 소음을 감소시킨다. 챔퍼는 홈 포켓 내의 유동 역류가 서지 또는 헬름홀츠 주파수에서 공명하는 소프트 서지 소음으로 발전되는 것을 방해한다. 개시된 홈 기하형상의 하나의 유익한 부수작용은, 블레이드의 더 큰 부분이 유입 유동에 작용하여 단(stage)의 압력비를 증가시킨다는 점이다.
따라서, 원주방향 홈을 가진 압축기 커버가 예시적인 구현예들에 대해 어느 정도의 특수성을 가지고 설명되었다. 그러나, 본 발명은, 본원에 포함된 신규의 개념들로부터 벗어남 없이 예시적인 구현예들에 대한 수정 또는 변경이 이루어질 수 있도록, 종래 기술을 고려하여 해석되는 후술하는 청구범위에 의해 한정된다는 것을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 각각이 리딩 에지(142), 윤곽 에지(144), 및 트레일링 에지(146)를 포함하는 복수의 블레이드들(140)을 구비한 압축기 휠(118)을 수용하도록 구성되는 내부 슈라우드 윤곽부(122);
    상기 내부 슈라우드 윤곽부(122)로 이어지는 유입 유로(124);
    상기 유입 유로(124) 주위에 형성되며, 상기 복수의 블레이드들(140)의 상기 리딩 에지(142)의 아웃보드 단부(148)와 정렬되는 홈 트레일링 에지(136)를 구비한 원주방향 홈(130); 및
    상기 홈 트레일링 에지(136)를 따라 형성되는 에지 릴리프(138)를 포함하는, 터보차저 압축기 커버(114).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에지 릴리프(138)는 챔퍼인, 터보차저 압축기 커버(114).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔퍼는 45°챔퍼인, 터보차저 압축기 커버(114).
  4. 제2항에 있어서,
    상기 원주방향 홈(130)은 동일한 폭과 깊이를 가지는, 터보차저 압축기 커버(114).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 챔퍼는 상기 홈(130)의 저부(134)로부터 상기 깊이의 절반의 깊이만큼 상기 홈(130)과 교차하는, 터보차저 압축기 커버(114).
  6. 제4항에 있어서,
    상기 챔퍼는 상기 홈(130)의 저부(134)로부터 상기 깊이의 43%만큼 상기 홈(130)과 교차하는, 터보차저 압축기 커버(114).
  7. 제5항에 있어서,
    상기 홈(130)의 상기 폭과 깊이는 3㎜이며, 상기 챔퍼는 상기 홈(130)의 저부(134)로부터 1.3㎜만큼 상기 홈과 교차하는, 터보차저 압축기 커버(114).
  8. 각각이 리딩 에지(142), 윤곽 에지(144), 및 트레일링 에지(146)를 포함하는 복수의 블레이드들(140)을 구비한 압축기 휠(118)을 수용하도록 구성되는 내부 슈라우드 윤곽부(114);
    상기 내부 슈라우드 윤곽부(122)로 이어지는 원통형 유입 유로(124); 및
    상기 유입 유로(124) 주위에 형성되며, 상기 복수의 블레이드들(140)의 상기 리딩 에지(142)의 아웃보드 단부(148)와 정렬되는 홈 트레일링 에지(136), 및 상기 홈 트레일링 에지(136)를 따라 형성되는 에지 릴리프(138)를 구비한 원주방향 홈(130);을 포함하고,
    상기 원주방향 홈(130)은 폭과 깊이를 가지고, 상기 에지 릴리프(138)는 상기 홈(130)의 저부(134)로부터 상기 깊이의 절반의 깊이만큼 상기 홈(130)과 교차하는, 터보차저 압축기 커버(114).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폭과 깊이는 동일한, 터보차저 압축기 커버(114).
  10. 제8항에 있어서,
    상기 에지 릴리프(138)는 챔퍼인, 터보차저 압축기 커버(114).
  11. 각각이 리딩 에지(142), 윤곽 에지(144), 및 트레일링 에지(146)를 포함하는 복수의 블레이드들(140)을 구비한 압축기 휠(118); 및
    상기 압축기 휠(118)을 수용하도록 구성되는 내부 슈라우드 윤곽부(122), 상기 내부 슈라우드 윤곽부(122)로 이어지는 유입 유로(124), 상기 유입 유로(124) 주위에 형성되며, 상기 복수의 블레이드들(140)의 상기 리딩 에지(142)의 단부(148)와 정렬되는 홈 트레일링 에지(136)를 구비한 원주방향 홈(130), 및 상기 홈 트레일링 에지(136)를 따라 형성되고, 상기 홈(130)의 저부(134)로부터 깊이의 절반의 깊이만큼 상기 홈(130)과 교차하는 챔퍼를 포함하는 압축기 커버(114);를 포함하는, 터보차저.
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