KR102288275B1 - 비대칭 이중 볼류트를 통한 연료 절약 및 erg 활용을 위해 펄스 에너지 분리를 최적화하는 이중 볼류트 터보차저 - Google Patents

비대칭 이중 볼류트를 통한 연료 절약 및 erg 활용을 위해 펄스 에너지 분리를 최적화하는 이중 볼류트 터보차저 Download PDF

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Abstract

터보차저 시스템에서 사용하기 위한 제품이 제공된다. 터빈 하우징은 원주를 갖는 원형 형상인 센터 코어를 정의할 수 있다. 터빈 하우징은 센터 코어의 원주의 일부만의 주위의 길이에 대해 연장되는 제1 볼류트, 및 제1 볼류트 외측에 방사상으로 위치하며 센터 코어의 원주 주위에 전체적으로 연장되는 제2 볼류트를 정의할 수 있다. 제1 볼류트 및 제2 볼류트는 비대칭일 수 있는 터빈 하우징을 통한 제1 및 제2 배기 가스 통로를 정의할 수 있다. 제2 볼류트의 모든 지점은 제1 볼류트의 전체 길이에 걸쳐서 센터 코어로부터 제1 볼류트 외측에 방사상으로 존재할 수 있다.

Description

비대칭 이중 볼류트를 통한 연료 절약 및 ERG 활용을 위해 펄스 에너지 분리를 최적화하는 이중 볼류트 터보차저{DUAL VOLUTE TURBOCHARGER TO OPTIMIZE PULSE ENERGY SEPARATION FOR FUEL ECONOMY AND EGR UTILIZATION VIA ASYMMERIC DUAL VOLUTES}
이 출원은 2014년 5월 19일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/000,315호의 이익을 주장한다.
본 개시에서가 일반적으로 관련되는 분야는 내연 기관용 터보차저 시스템을 포함하고, 보다 구체적으로 터보차저 시스템용 배기 가스 구동형 터빈 배열을 포함한다.
엔진 흡기 시스템은 통상적으로 연료의 연소에 의해 발생된 배기 가스가 컴프레서를 구동하는 터빈을 통과하는 충전 시스템을 포함할 수 있다. 엔진 흡기는 재순환된 배기 가스와 혼합될 수 있고, 엔진의 흡기 시스템을 충전하는 컴프레서를 통해 유도될 수 있다.
다수의 예시적인 변형예는 터보차저 시스템에서 사용하기 위한 제품을 포함할 수 있다. 터빈 하우징은 원주를 갖는 원형 형상의 센터 코어를 정의할 수 있다. 터빈 하우징은 센터 코어의 원주의 일부만의 주위의 길이에 대해 연장되는 제1 볼류트, 및 제1 볼류트 외측에 방사상으로 위치할 수 있고 센터 코어의 원주 주위에 전체적으로 연장될 수 있는 제2 볼류트를 정의할 수 있다. 제1 볼류트 및 제2 볼류트는 비대칭일 수 있는 터빈 하우징을 통한 제1 및 제2 배기 가스 통로를 정의할 수 있다. 제2 볼류트의 모든 지점은 제1 볼류트의 전체 길이에 걸쳐서 센터 코어로부터 제1 볼류트 외측에 방사상으로 존재할 수 있다.
본 발명의 범위 내의 다른 예시적인 변형예는 본 명세서에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 상세한 설명과 특정 예는 본 발명의 범위 내의 변형예를 개시하지만, 단지 예시만의 목적을 위한 것이고 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 발명의 범위 내의 변형예의 선택 예는 상세한 설명과 첨부 도면으로부터 더욱 충분하게 이해될 것이다.
도 1은 다수의 변형예에 따른 이중 볼류트 터보차저 터빈의 개략도이다.
도 2는 다수의 변형예에 따른 이중 볼류트 터보차저 터빈의 개략도이다.
도 3은 종래 기술의 트윈 스크롤 터보차저의 개략도이다.
도 4는 다수의 변형예에 따른 이중 볼류트 터보차저 터빈의 도면이다.
도 5는 다수의 변형예에 따른 엔진 흡기 시스템의 개략도이다.
다음과 같은 변형예의 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐이며, 본 발명의 범위, 그 적용 또는 용도를 제한하려는 것은 결코 아니다.
도 1에 의해 표현된 다수의 변형예에서, 터보차저 터빈(11) 형태의 제품은 배기 가스 스트림으로 회전하도록 구성될 수 있는 터빈 휠(30)을 포함할 수 있다. 배기 가스 스트림은 내연 기관으로부터의 유입 스트림(12) 및 관련된 차량의 배기 시스템을 통해 배출될 수 있는 유출 스트림(14)을 포함할 수 있다. 터빈 휠(30)은 다중 볼류트(10 및 20)를 정의하는 터빈 하우징(16) 내에 배치될 수 있고, 그의 개요가 도시되어 있다. 다중 볼류트(10 및 20)는 배기 가스를 운반(channel)해서 배기 가스가 터빈 휠(30)에 충돌하고 유출 스트림(14)까지 확장되게 함으로써, 터빈 휠이 배기 가스를 회전 기계 에너지로 변환시킬 수 있다. 배기 가스 흐름은 터빈 하우징(16)의 흐름 단면적에 의해 제한되어, 유입 스트림(12)과 유출 스트림(14) 간의 압력 및 온도 강하를 초래할 수 있다. 이러한 압력 강하는 운동 에너지로 변환되어 터빈 휠(30)을 구동시킨다. 배기 가스 압력은 운동 에너지로 변환되고, 터빈 휠 원주(29)에서의 배기 가스는 둘러싸는 터빈 하우징의 나머지 부분이 도시되어 있지 않은 터빈 하우징(16)에 의해 정의된 바와 같이 개략적인 형태로 나타낸 다수의 볼류트(10 및 20)에 의해 터빈 휠(30)로 유도된다. 터빈 성능은 유입 스트림(12)과 유출 스트림(14) 간의 압력 강하가 증가함에 따라 증가한다. 터빈은 볼류트 채널과 터빈 휠 유입구 사이의 흐름 단면적을 변화시키는 가변형 터빈 기하학적 구조를 구비할 수 있다. 가변형 터빈 기하학적 구조에 의해, 터빈 휠에 대한 볼류트 배출 면적은 가변형 안내 날개(variable guide vane)에 의해 변화되어 개방 단면을 변화시킬 수 있다. 가변형 터빈 기하학적 구조의 통합 복잡성을 회피하기 위해서, 다수의 변형예에 따른 터빈(11)은 비대칭 배기 가스 통로(23 및 24)를 갖는 다수의 볼류트(10 및 20)를 구비할 수 있다.
볼류트(10 및 20)는 A/R 비로 특징지어질 수 있고, 여기서 A는 볼류트의 단면적이고, R은 단면의 위치에서의 볼류트의 반경이다. 이것은 도 2를 참조하여 가시화될 수 있고, 여기서 A/R 비는 중심(21)으로부터 지점(18)까지의 반경(19)에 대한 지점(18)에서의 볼류트(20)의 개방 단면적이다. 볼류트(20)는 작은 A/R 비를 가질 수 있고, 볼류트(10)는 반경(17)에 대한 지점(15)에서의 볼류트(10)의 단면적인 큰 A/R 비를 가질 수 있다. 볼류트(20)의 작은 A/R 비는 터빈 휠(30) 내로의 배기 가스 속도를 증가시킨다. 이것은 낮은 엔진 속도에서 증가된 터빈 출력을 제공하여 압력을 더 높게 한다. 볼류트(20)의 큰 A/R 비는 터빈 휠(30)의 유효 흐름 용량을 증가시키는 배기 가스 속도를 낮춰서, 유입 스트림(12)에서 압력을 더 낮게 하고, 높은 엔진 속도에서 출력을 더 좋게 한다. 엔진 배기 매니폴드에서의 유입 스트림(12)의 감압(P3이라 칭함)은 유리하게는 낮은 압력을 갖는 큰 볼류트(10)의 포함에 의해 낮아진다. P3은 또한 배기 펄스(exhaust pulsation) 관리로부터 전체 효율 증가의 결과로서 감소될 수도 있다. 작은 볼류트(20)의 높은 압력은 배기 가스 재순환(EGR)을 구동하는 능력을 개선할 수 있다. 다중 볼류트에 대한 A/R 비의 선택은 원하는 EGR 흐름 및 P3 수준을 충족시키도록 특정 적용예를 위해 이루어질 수 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 볼류트(10 및 20)는 방사상으로 적층되는데, 이는 볼류트(10)의 모든 지점이 볼류트(20)의 전체 길이에 걸쳐서 중심(21)으로부터 볼류트(20) 외측에 방사상으로 존재하는 것을 의미한다. 볼류트(20)는 중심(21)에 더 가깝게 볼류트(10) 내측에 방사상으로 위치한다. 방사상 적층은 볼류트(10 및 20)들 간의 개선된 분리을 제공해서, 하나의 볼류트 내의 높은 압력 스트림으로부터 다른 볼류트 내의 낮은 압력 스트림으로의 배기 가스 누출을 억제시킨다. 도 3을 참조하면, 종래 기술의 트윈 스크롤 터보차저(37)의 예시가 도시되어 있다. 트윈 스크롤 터보차저(37)는 터빈 휠(31), 및 전방 스크롤(33)과 후방 스크롤(34)을 정의하는 하우징(32)을 포함한다. 전방 스크롤(33) 및 후방 스크롤(34)의 나란한 배열은 고압 누출(35), 또는 스크롤들 간에 다른 혼합을 가능하게 해서 효율 감소를 초래한다. 또한, 스크롤들(33 및 34)의 나란한 배열로 인해, 누출은 터빈의 360도 구성 주위에서 그들의 전체 길이를 따라 일어날 수 있다. 반대로, 터빈(11)의 볼류트(20)는 그의 전체 길이를 따라 볼류트(10)로부터 완전히 분리되고, 볼류트(10 및 20)의 길이를 따르는 것이 아니라, 이들의 종단부를 지나서, 설상부(tongue)(27) 주위에만 부차적인 레지스트리(minor registry)를 포함할 수 있다.
터빈(11)은 다수의 변형예에 따른 도 4에 더욱 상세히 도시되어 있다. 이를 참조하면, 터빈 하우징(16)은 중심(21) 주위를 회전하는 터빈 휠(30)을 수용하도록 원형으로 형상화된 센터 코어(40)를 정의한다. 센터 코어(40)는 외주(41)를 포함한다. 설상부(27)는 볼류트(20)의 방사상 내측면(48) 상의 배기 가스 도입 통로(49)의 시작부와 볼류트(10)의 종단부(51) 사이에 구획부를 제공하도록 하는 방식으로 형성된다. 설상부(27)의 두께는 그의 선단(tip)을 향해 점진적으로 감소된다. 터빈 하우징(16)은 관련된 엔진의 배기 매니폴드에 장착하기 위한 플랜지(42)를 또한 포함할 수 있다. 터빈 하우징(16)은 또한 볼류트부(44)를 정의할 수 있고, 그 내부에 볼류트(10 및 20)가 정의된다. 유입 배기 가스 스트림(12)은 2가지 성분으로 분리될 수 있는데, 그 각각이 비대칭 배기 가스 통로(23 및 24) 중 하나에 진입한다. 예를 들면, 유입 배기 가스 스트림(12)은 배기 가스 통로(24)를 통해 볼류트(10)에 공급되고 실린더 번호 1과 3, 2와 3, 또는 2와 4 같은 4개의 실린더 엔진으로부터의 한 쌍의 실린더에서 시작할 수 있는 성분으로 이루어질 수 있다. 실린더 쌍은, 예를 들어 1-3-4-2의 점화 순서를 갖는 엔진에 의해 예를 들어 실린더(2 및 3)를 연속적으로 점화하지 않는 실린더로서 선택될 수 있다. 이 경우, 볼류트(20)에는 실린더(1 및 4)를 빠져나가는 배기 스트림이 공급될 것이다. 다수의 볼류트들 중 각 볼류트에 공급하도록 선택된 실린더는 러너 볼륨(runner volume), 밸브 프로파일, 및 기타 세부사항을 포함하는 엔진 설계에 기초하여 최적화될 수 있다.
볼류트(20)는 센터 코어(40)의 120 내지 130도 각도, 바람직하게는 센터 코어(40)의 110 내지 140도 각도, 가장 바람직하게는 센터 코어(40)의 100 내지 160도 각도, 또는 이들 사이의 임의의 부분범위 또는 양 주위로 연장될 수 있다. 볼류트(20)는 그의 각도의 전체 양에 걸쳐서 센터 코어(40)에 개방될 수 있고, 볼류트(10)는 360도 중에서 센터 코어(40)의 각도의 남아 있는 양에 걸쳐서 센터 코어(40)에 개방될 수 있다. 도 4의 특정 예에서, 볼류트(20)의 단면적은 설상부(27) 근처의 최대값으로부터 볼류트(20)의 종단부(45)에서 120도 각도로 있는 최소값까지의 각 거리(angular distance)를 따라 감소할 수 있다. 120도 지점은 중심(21)으로부터 설상부(27)의 선단을 통해 연장되는 선(46)으로부터 중심(21)으로부터 종단부(45)를 통해 연장되는 선(47)까지 측정되며, 참조번호 39로 식별된다. 센터 코어(40)의 원주(41)를 따른 볼류트(20)의 120도 길이는 EGR을 구동하기 위한 압력을 증가시킬 수 있다. 그의 전체 길이를 따라, 볼류트(20)는 터빈 하우징(16)에 의해 형성된 벽(47)에 의해 볼류트(10)로부터 분리된다. 볼류트(20)의 방사상 내측면(48)에서의 배기 가스 도입 통로(49)는 원주방향 슬롯 형태로 제공되며, 설상부(27)로부터 종단부(45)까지의 센터 코어(40)의 외주(41)에서 센터 코어(40)에 개방되어 볼류트(20)에 진입하는 배기 가스가 터빈 휠(30)로 유도된다.
볼류트(10)의 단면적은 플랜지(42)로부터 볼류트(20)의 종단부(45)에서의 120도 선(47) 근처까지의 각 거리를 따라 일정할 수 있다. 볼류트(10)는 설상부(27)에서의 선(46)에 연속할 수 있고, 그 선(46)은 센터 코어(40)의 원주(41) 주위의 360도의 완전한 각도 거리에 대해 다른 240도 각도일 수 있다. 볼류트(10)의 단면적은 종단부(45)에서의 선(47) 근처의 최대값으로부터 설상부(27)에서 360도 각도로 있는 최소값까지의 각 거리를 따라 감소될 수 있다. 선(47)으로부터 선(46)까지의 240도의 각도 길이를 따라, 볼류트(10)의 방사상 내측면(53)은 종단부(45)로부터 설상부(27)까지의 원주방향 슬롯 형상의 배기 가스 도입 통로(55)를 통해 센터 코어(40)에 개방되어 볼류트(10)에 진입하는 배기 가스가 터빈 휠(30)로 유도된다. 터빈 하우징 주위의 임의의 각도 지점(예를 들어 선(46) 또는 선(47)이 볼류트(10, 20)를 통해 연장되는 곳)에서, 볼류트(20)는 제1 단면적을 갖고 볼류트(10)는 제2 단면적을 가지며, 제1 단면적은 제2 단면적보다 작다.
도 5의 엔진 흡기 시스템(60)으로 나타낸 예시적인 변형예에서, 내연 기관(62)은 동력을 생산하도록 연료의 제어된 연소를 위한 다수의 실린더(1-4)를 가질 수 있다. 연소 동안에 발생된 배기 가스는 배기 매니폴드(64)에서 엔진(62)을 빠져나가고 2개의 경로 중 하나를 취할 수 있다. 실린더(1 및 4)는 배기 통로(65)에 연결될 수 있고, 실린더(2 및 3)는 배기 통로(67)와 연결될 수 있다. 배기 통로(65)는 볼류트(10)와 연결되는 곳에서 터빈(11)에 연속할 수 있다.
배기 통로(67)는 고압 배기 가스 재순환(HP-EGR) 통로(68)에 연결될 수 있고, 상기 통로(68)는 HP-EGR 루프를 통해 배기 가스의 흐름을 조정하기 위해서 열 교환기(69)와 그 다음에 밸브(70)로 이어질 수 있다. 고압 지정은 터빈(11)의 상류에 있는 엔진(62)을 떠나는 미감소 배기 가스 압력에 관한 것이다. HP-EGR 루프를 통한 배기 가스의 흐름은, 개방시, 밸브(70)를 통해 흡기 통로(71) 내로, 그리고 흡기 매니폴드(72)를 통해 엔진(62)에 연속할 수 있다. 통로(68)의 하류에서, 배기 통로(67)는 볼류트(20)와 연결되는 곳에서 터빈(11)에 연속할 수 있다. 볼류트(20)는 도 1, 도 2 및 도 4에 나타낸 바와 같이 볼류트(10) 내측에 방사상으로 배치될 수 있음이 이해되어야 한다. HP-EGR 루프용 공급원으로서 작은 볼류트(20)에 연결된 실린더(2 및 3)를 사용함으로써, 고압이 통로(68)를 통해 EGR을 구동할 수 있게 한다.
배기 가스는 통로(73)를 통해 터빈(11) 밖으로 흐를 수 있다. 배기 가스를 터빈(11)으로 보내는 동작을 통해, 컴프레서(74)는 샤프트(75)를 통해 회전될 수 있다. 회전식 컴프레서(74)는 이것이 압축하는 공기를 흡기 통로(76)를 통해 흡입할 수 있다. 이것은 통로(77), 충전 공기 냉각기(78), 흡기 스로틀 밸브(79), 통로(71) 및 흡기 매니폴드(72)를 통해 엔진(62)의 흡기 시스템을 충전한다. 흡기 스로틀 밸브(79)는 원하는 경우에 HP-EGR 루프를 통해 배기 가스의 흐름을 증강시키도록 선택적으로 스로틀될 수 있고, 다수의 변형예에 따르면, 감소된 A/R을 갖는 볼류트(20)를 통해 EGR 흐름을 구동함으로써 생략될 수 있다. 컴프레서(74)는 또한 저압 배기 가스 재순환(LP-EGR) 루프를 통해 배기 가스를 유인할 수 있다. LP-EGR 통로(83)는 LP-EGR 루프를 통해 배기 가스의 흐름을 조정하기 위해서 열 교환기(81) 및 그 다음에 밸브(84)로 이어질 수 있다. 저압 지정은 터빈(11)을 떠나는 감소된 배기 가스 압력에 관한 것이다. LP-EGR 루프를 통한 배기 가스의 흐름은 개방시 밸브(84)를 통해, 컴프레서(74) 내로 그리고 흡기를 갖는 엔진(62) 상에 연속할 수 있다.
밸브를 갖는 웨이스트 게이트 덕트(waste gate duct)(85)가 터빈(11) 주위에 바이패스를 제공할 수 있다. 시스템(60)을 떠나는 배기 가스는 후처리 시스템(86) 및 배기 스로틀 밸브(87)를 통해 그리고 통로(88)를 따라 진행할 수 있다. 배기 스로틀 밸브(87)는 필요한 경우에 예를 들어 LP-EGR 루프를 통해 배기 가스의 흐름을 증가시키도록 흐름을 선택적으로 스로틀할 수 있다.
실린더(1 및 4)를 볼류트(10)에 연결하고 실린더(2 및 3)를 볼류트(20)에 연결함으로써, 개선된 펄스 분리가 달성될 수 있다. 엔진(62)이 동작할 때, 배기 가스는, 엔진이 대향하는 볼류트 내로 배출함에 따라 압력 또는 펄스 강하에 의해 교대로 볼류트(10) 및 볼류트(20) 내로 배출된다. 배기 가스 펄스의 동압(dynamic pressure)이 발생하고, 여기서 낮은 엔진 속도에서, 부스트 압력이 증가될 수 있다.
비대칭형의 분리된 다중 볼류트(10 및 20)를 통해, EGR 흐름이 작은 볼류트와 관련된 높은 압력 배기의 사용에 의해 촉진될 수 있고, 개선된 펄스 분리가 상이한 실린더들에 대해 배기 스트림을 분리함으로써 달성될 수 있으며, 가변형 터빈 기하학적 구조의 사용 없이, 연료 절약이 증가될 수 있다. 낮은 배기 배압 및 터빈의 증가된 효율이 이들 효과에 기여한다.
변형예의 다음의 설명은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주되는 구성부품, 요소, 동작, 제품 및 방법의 예시일 뿐이며, 구체적으로 개시되거나 명시적으로 제시되지 않은 것에 의해 이러한 범위를 제한하려는 것은 결코 아니다. 구성부품, 요소, 동작, 제품 및 방법은 본 명세서에서 명시적으로 설명한 것과는 다르게 조합되고 재배열될 수 있고, 여전히 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 생각된다.
변형예 1은 터보차저 시스템에서 사용하기 위한 제품을 포함할 수 있다. 터빈 하우징은 원주를 갖는 원형 형상인 센터 코어를 정의할 수 있다. 터빈 하우징은 센터 코어의 원주의 일부만의 주위의 길이에 대해 연장되는 제1 볼류트, 및 제1 볼류트 외측에 방사상으로 위치하며 센터 코어의 원주 주위에 전체적으로 연장되는 제2 볼류트를 정의할 수 있다. 제1 볼류트 및 제2 볼류트는 비대칭일 수 있는 터빈 하우징을 통한 제1 및 제2 배기 가스 통로를 정의할 수 있다. 제2 볼류트의 모든 지점은 제1 볼류트의 전체 길이에 걸쳐서 센터 코어로부터 제1 볼류트 외측에 방사상으로 존재할 수 있다.
변형예 2는, 변형예 1에 있어서, 적어도 4개의 실린더를 갖는 엔진을 포함할 수 있는 제품을 포함할 수 있다. 제1 볼류트는 적어도 4개의 실린더 중 제1의 2개의 실린더에 연결될 수 있다. 제2 볼류트는 적어도 4개의 실린더 중 제2의 2개의 실린더에 연결될 수 있다. 적어도 4개의 실린더 중 하나의 실린더는 제1 및 제2 볼류트 양쪽에 연결되지 않을 수 있다.
변형예 3은, 변형예 2에 있어서, 엔진이 흡기 시스템을 가질 수 있는 제품을 포함할 수 있다. 고압 배기 가스 재순환 루프는 적어도 4개의 실린더 중 제1의 2개의 실린더에 연결될 수 있다. 고압 배기 가스 재순환 루프는, 제1 볼류트에 의해 전개된 압력이 고압 배기 가스 재순환 루프를 통해 배기 가스 재순환 흐름을 구동하는 데에 사용되도록 엔진의 흡기 시스템에 선택적으로 연결될 수 있다.
변형예 4는, 변형예 3에 있어서, 흡기 시스템이 흡기 스로틀 밸브를 포함하지 않는 제품을 포함할 수 있다.
변형예 5는, 변형예 1에 있어서, 제1 볼류트가 센터 코어의 120도 내지 130도의 각도, 바람직하게는 110도 내지 140도의 각도, 가장 바람직하게는 100도 내지 160도의 각도 주위로 연장되는 제품을 포함할 수 있다.
변형예 6은, 변형예 5에 있어서, 제1 볼류트가 그의 각도의 전체 양에 걸쳐서 센터 코어에 개방되고, 제2 볼류트가 센터 코어의 각도의 남아 있는 양에 걸쳐서 개방되는 제품을 포함할 수 있다.
변형예 7은, 변형예 1에 있어서, 센터 코어에 배치된 터빈 로터를 포함할 수 있고, 터빈 로터가 가변형 터빈 기하학적 구조를 포함하지 않는 제품을 포함할 수 있다.
변형예 8은, 변형예 1에 있어서, 제1 볼류트가 이 제1 볼류트의 길이를 따라 완전히 제2 볼류트로부터 벽에 의해 분리될 수 있는 제품을 포함할 수 있다. 제2 볼류트는 제1 볼류트의 길이에 대해 제1 볼류트에 의해 센터 코어의 원주로부터 이격될 수 있다.
변형예 9은, 변형예 1에 있어서, 터빈 하우징 주위의 제1 볼류트의 길이를 따라 임의의 각도 지점에서, 제1 볼류트가 제1 단면적을 갖고 제2 볼류트가 제2 단면적을 갖고, 제1 단면적이 제2 단면적보다 작은 제품을 포함할 수 있다.
변형예 10은, 변형예 1에 있어서, 센터 코어 주위의 각도 지점에서, 제1 볼류트가 제1 반경을 가질 수 있고 제2 볼류트가 제2 반경을 가질 수 있으며, 여기서 제1 반경에 걸친 제1 단면적이 제2 반경에 걸친 제2 단면적보다 작은 제품을 포함할 수 있다.
변형예 11은, 변형예 1에 있어서, 제2 볼류트로부터 제1 볼류트를 분리하고 제1 볼류트와 제2 볼류트 사이의 누출을 방지하는 벽을 갖는 제품을 포함할 수 있다.
변형예 12는, 변형예 1에 있어서, 제2 볼류트가, 제1 볼류트의 길이를 따라서는 일정하고 제1 볼류트의 종단부로부터 터빈 하우징의 설상부까지는 감소하는 단면적을 가질 수 있는 제품을 포함할 수 있다.
변형예 13은, 변형예 12에 있어서, 설상부가 제2 볼류트로부터 제1 볼류트를 분리할 수 있는 제품을 포함할 수 있다.
변형예 14는, 변형예 1에 있어서, 배기 매니폴드를 갖는 엔진을 갖는 제품을 포함할 수 있다. 제2 단면적은 배기 매니폴드 내의 압력을 감소시키도록 하는 크기로 될 수 있다.
변형예 15는 배기 가스 재순환을 구동하고 터보차저 터빈 내의 펄스 분리를 개선하는 방법을 포함할 수 있다. 터빈 하우징은 센터 코어를 구비할 수 있다. 터빈 휠은 센터 코어 내에 위치할 수 있다. 터빈 휠의 일부만이 제1 볼류트에 의해 둘러싸일 수 있다. 제1 볼류트 및 센터 코어의 전체가 제2 볼류트에 의해 둘러싸일 수 있다. 벽이 터빈 하우징 상에 제공되어 제2 볼류트로부터 제1 볼류트를 분리할 수 있다. 설상부가 터빈 하우징 상에 제공되어 제2 볼류트로부터 제1 볼류트를 더욱 분리할 수 있다. 제1 볼류트는 설상부로부터 제1 볼류트의 종단부까지 감소하는 제1 단면적을 가질 수 있다. 제2 볼류트는 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 가질 수 있다. 제1 개구가 설상부로부터 종단부까지의 제1 볼류트의 전체 길이에 걸쳐서 제1 볼류트와 센터 코어 사이에 제공될 수 있다. 제2 개구가 제1 볼류트의 종단부로부터 설상부까지 제2 볼류트와 센터 코어 사이에 제공될 수 있다. 배기 가스 흐름은 고압 배기 가스 재순환 루프를 제1 볼류트에는 연결하고 제2 볼류트에는 연결하지 않음으로써 고압 배기 가스 재순환 루프를 통해 구동될 수 있다.
본 발명의 범위 내에 있는 선택적인 변형예의 상기 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐이며, 따라서 그의 변형예 또는 변경예는 본 발명의 사상 및 범위를 이탈하는 것으로 간주되어서는 않는다

Claims (15)

  1. 터보차저 시스템에서 사용하기 위한 제품에 있어서,
    원주를 갖는 원형 형상인 센터 코어를 정의하는 터빈 하우징으로서, 상기 터빈 하우징은 상기 센터 코어의 상기 원주의 일부만의 주위의 길이에 대해 연장되는 제1 볼류트, 및 상기 제1 볼류트 외측에 방사상으로 위치하고 상기 센터 코어의 상기 원주 주위에 전체적으로 연장되는 제2 볼류트를 정의하며, 상기 제1 볼류트 및 상기 제2 볼류트는 비대칭인 상기 터빈 하우징을 통한 제1 및 제2 배기 가스 통로를 정의하며, 상기 제2 볼류트의 모든 지점은 상기 제1 볼류트의 길이에 걸쳐서 전체적으로, 상기 센터 코어로부터 상기 제1 볼류트 외측에 방사상으로 존재하는, 터빈 하우징;
    적어도 4개의 실린더를 갖는 엔진으로서, 상기 제1 볼류트는 적어도 4개의 실린더 중 제1의 2개의 실린더에 연결되고, 상기 제2 볼류트는 상기 적어도 4개의 실린더 중 제2의 2개의 실린더에 연결되며, 상기 적어도 4개의 실린더 중 어느 하나의 실린더도 상기 제1 및 제2 볼류트 양쪽에 연결되지 않고 그리고 상기 엔진은 흡기 시스템을 갖고, 상기 제품은 상기 적어도 4개의 실린더 중 상기 제1의 2개의 실린더에 연결된 고압 배기 가스 재순환 루프를 더 포함하며, 상기 고압 배기 가스 재순환 루프는 상기 제1 볼류트에 의해 전개된 압력이 상기 고압 배기 가스 재순환 루프를 통해 배기 가스 재순환 흐름을 구동하는 데에 사용되도록 상기 엔진의 상기 흡기 시스템에 선택적으로 연결되는, 엔진; 및
    상기 제2 볼류트로부터 상기 제1 볼류트를 분리하는 설상부(tongue)로서, 상기 제1 볼류트와 제2 볼류트가 서로 유체 연통되게 상기 제1 볼류트의 방사상 내측면 상의 상기 제1 배기 가스 통로와 상기 센터 코어 사이에 구획부를 정의하도록 구성되고 배치되는 설상부;를 포함하고,
    상기 제1 볼류트는 상기 센터 코어의 100 내지 160도의 각도 주위로 연장되는, 터보차저 시스템에서 사용하기 위한 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡기 시스템은 흡기 스로틀 밸브를 포함하지 않는, 제품.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 볼류트는 상기 센터 코어의 120도 내지 130도의 각도 주위로 연장되는, 제품.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 볼류트는 그의 각도의 전체 양에 걸쳐서 상기 센터 코어에 개방되고, 상기 제2 볼류트는 상기 센터 코어의 각도의 남아 있는 양에 걸쳐서 개방되는, 제품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센터 코어에 배치된 터빈 로터를 더 포함하고, 상기 터빈 로터는 가변형 터빈 기하학적 구조(variable turbine geometry)를 포함하지 않는, 제품.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 볼류트는 상기 제1 볼류트의 길이를 따라 완전히 상기 제2 볼류트로부터 벽에 의해 분리되며, 상기 제2 볼류트는 상기 제1 볼류트의 길이에 대해 상기 제1 볼류트에 의해 상기 센터 코어의 상기 원주로부터 이격되는, 제품.
  7. 제1항에 있어서, 상기 터빈 하우징 주위의 상기 제1 볼류트의 길이를 따라 임의의 각도 지점에서, 상기 제1 볼류트는 제1 단면적을 갖고 상기 제2 볼류트는 제2 단면적을 갖고, 상기 제1 단면적은 상기 제2 단면적보다 작은, 제품.
  8. 제1항에 있어서, 상기 센터 코어 주위의 각도 지점에서, 상기 제1 볼류트는 제1 반경을 갖고 상기 제2 볼류트는 제2 반경을 갖고, 상기 제1 반경에 걸친 제1 단면적은 상기 제2 반경에 걸친 제2 단면적보다 작은, 제품.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 볼류트로부터 상기 제1 볼류트를 분리하는 벽을 더 포함하고, 상기 벽은 상기 제1 볼류트와 상기 제2 볼류트 사이의 누출을 방지하는, 제품.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제2 단면적은 상기 제1 볼류트의 길이를 따라서는 일정하고, 상기 제1 볼류트의 종단부로부터 상기 터빈 하우징의 설상부(tongue)까지는 감소하는, 제품.
  11. 제1항에 있어서, 배기 매니폴드를 갖는 엔진을 더 포함하고, 상기 제2 볼류트의 제2 단면적은 상기 배기 매니폴드 내의 압력을 감소시키도록 하는 크기로 되는, 제품.
  12. 센터 코어를 갖는 터빈 하우징을 제공하는 단계;
    상기 센터 코어 내에 터빈 휠을 위치시키는 단계;
    상기 터빈 휠의 일부만을 제1 종단부를 갖는 제1 볼류트로 둘러싸는 단계;
    상기 제1 볼류트 및 상기 센터 코어의 전체를 제2 종단부를 갖는 제2 볼류트로 둘러싸는 단계;
    상기 터빈 하우징 상에 벽을 제공하여 상기 제2 볼류트로부터 상기 제1 볼류트를 분리하는 단계;
    상기 제1 볼류트의 제1 종단부에 그리고 상기 제2 볼류트의 제2 종단부에 부차적인 레지스트리(minor registry)를 정의하고, 상기 제1 볼류트와 제2 볼류트가 서로 유체 연통되게 상기 제1 볼류트의 방사상 내측면 상의 제1 배기 가스 통로와 상기 센터 코어 사이에 구획부를 정의하도록 구성되고 배치되는 설상부를 상기 터빈 하우징 상에 제공하여 상기 제2 볼류트로부터 상기 제1 볼류트를 더욱 분리하는 단계;
    상기 설상부로부터 상기 제1 볼류트의 종단부까지 감소하는 제1 단면적을 갖는 상기 제1 볼류트로서, 상기 센터 코어의 100 내지 160도의 각도 주위로 연장되는 상기 제1 볼류트를 제공하는 단계;
    상기 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 갖는 상기 제2 볼류트로서, 상기 제1 볼류트 외측에 방사상으로 위치하고 상기 센터 코어의 원주 주위에 전체적으로 연장되는 상기 제2 볼류트를 제공하는 단계;
    상기 설상부로부터 상기 종단부까지의 상기 제1 볼류트의 전체 길이에 걸쳐서 상기 제1 볼류트와 상기 센터 코어 사이에 제1 개구를 제공하는 단계;
    상기 제1 볼류트의 상기 종단부로부터 상기 설상부까지 상기 제2 볼류트와 상기 센터 코어 사이에 제2 개구를 제공하는 단계;
    적어도 4개의 실린더를 갖는 엔진으로서, 상기 제1 볼류트는 적어도 4개의 실린더 중 제1의 2개의 실린더에 연결되고, 상기 제2 볼류트는 상기 적어도 4개의 실린더 중 제2의 2개의 실린더에 연결되며, 상기 적어도 4개의 실린더 중 어느 하나의 실린더도 상기 제1 및 제2 볼류트 양쪽에 연결되지 않고 그리고 상기 엔진은 흡기 시스템을 갖고 상기 적어도 4개의 실린더 중 상기 제1의 2개의 실린더에 연결된 고압 배기 가스 재순환 루프를 더 포함하며, 상기 고압 배기 가스 재순환 루프는 상기 제1 볼류트에 의해 전개된 압력이 상기 고압 배기 가스 재순환 루프를 통해 배기 가스 재순환 흐름을 구동하는 데에 사용되도록 상기 엔진의 상기 흡기 시스템에 선택적으로 연결되는, 상기 엔진을 제공하는 단계; 및
    고압 배기 가스 재순환 루프를 상기 제1 볼류트에는 연결하고 상기 제2 볼류트에는 연결하지 않음으로써 상기 고압 배기 가스 재순환 루프를 통해 배기 가스 흐름을 구동하는 단계를 포함하는, 배기 가스 재순환을 구동하고 터보차저 터빈 내의 펄스 분리를 개선하는 방법.
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