KR20030049244A - 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에 관한 것으로서, 터빈 블레이드를 회전시키는 배기가스의 유속을 조절하도록 노즐 베인이 경사각을 조절가능케 플레이트에 결합된 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에 있어서, 상기 노즐 베인은, 제1베인(40)과, 상기 제1베인의 꼬리부에 인접하여 결합된 제2베인(42)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하며, 흡입공기의 과급압을 미세조절할 수 있으므로 엔진에 필요한 공연비의 미세제어가 가능하여 엔진 성능 및 연비를 향상시킬 수 있다.

Description

내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일{turbine wheel of turbo charger for internal combustion engine}

본 발명은 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 휘일의 노즐 베인을 2단으로 구성한 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에 관한 것이다.

도1에 도시한 바와 같이 일반적으로 터보 차져(2)는 배기가스로 구동되는 터빈 휘일(4)과 흡입공기를 실린더에 압송시키는 콤프레셔 휘일(6)로 이루어져 있다.

엔진(8)에서 배출된 배기가스는 터빈 하우징(10) 내에서 가속되고 터빈 휘일(4)에 공급되어 이를 회전시키고, 이에 따라 터빈 휘일(4)은 회전하여 콤프레셔 휘일(6)을 구동시켜 에어 크리너(12)에 의해 여과된 공기로 하여금 호스(13)를 통과하게 하여 흡기한다.

즉, 엔진(8)의 실린더로부터 배출된 배기가스는 배기 매니폴더(14)를 통하여 터보 차져(2)에 유입되고 터빈 하우징(10)에서 가속되어 터빈 휘일(4)을 회전시킨다. 이에 따라 터빈 휘일(4)과 동축상의 콤프레셔 휘일(6)은 회전된다. 상기 콤프레셔 휘일(6)은 강제적으로 흡입공기를 엔진(8) 실린더로 보낸다.

한편, 콤프레셔 휘일(6)은 흡기 메니폴더(16)에서 부스트 압력을 증가시키고 그것은 분사펌프에 장착되어 잇는 부스트 콤펜세이더(18)를 작동시켜 연료 분사량을 증가시킨다. 이에 따라 연소기간 동안 유효압력을 높이고 출력을 증대시키게 된다.

이와 같이 터보 차져는 엔진의 배기가스를 에너지로 이용하여 공기를 보다많이 공급함으로써 엔진 출력의 증대, 연료소비의 절감, 엔진 소음의 저감 등과 같은 이점을 제공하게 된다.

종래 상기 터빈 휘일(4)은 도2에 도시한 바와 같이, 하우징(20)의 내부에 터빈 블레이드(22)가 결합된 휘일(24)이 회전가능케 결합되고, 상기 터빈 블레이드(22)로 배기가스를 안내하는 노즐 베인(26)이 피봇(28)에 의해 경사각을 조절가능케 결합되어 있다.

상기 노즐 베인(26)의 경사각은 노즐 콘트롤 링(30)에 의해 조작되는 노즐 레버(32)에 의해 작동된다.

이와 같이 구성된 터빈 휘일에서 배기가스가 노즐 베인(26)을 통과하여 터빈 블레이드(22)를 회전시키게 되는데, 도3a에 도시한 바와 같이 배기에너지가 낮은 저속영역에서는 노즐 베인의 경사각을 크게 하여 인접하는 노즐 베인 사이의 간격을 작게 하여 배기가스의 유속을 증가시키고, 도3b에 도시한 바와 같이 배기에너지가 높은 고속영역에서는 노즐 베인의 경사각을 작게 하여 인접하는 노즐 베인 사이의 간격을 크게 하여 배기가스의 유속을 감소시켜 터빈 블레이드의 지나친 회전을 방지하게 된다.

그런데, 이와 같이 구성된 종래 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에서는 노즐 베인이 하나의 익형단면 구조로 되어 있으므로, 각 엔진회전수 및 부하조건에 알맞는 공기량을 적절히 공급할 수 없다는 문제점이 있었다.

이를 테면, 저속회전역의 저부하 운전시 노즐 베인의 설치 제한으로 인하여더 이상의 과급이 불가능한 영역이 발생할 수 있을 뿐만 아니라, 흡입공기량에 대한 미세조정이 이루어져야 하는 경우 이를 실현할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 노즐 베인을 2단으로 구성함에 의해 흡입공기의 과급압을 미세조절하여 엔진에 필요한 공연비의 미세제어가 가능하게 하는 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일을 제공하는 데 있다.

도1은 일반적인 내연기관용 터보 차져를 나타내는 개략 구성도,

도2는 종래 터보 차저의 터빈 휘일부를 나타내는 종단면도,

도3a은 도2에서 배기에너지가 낮은 저속영역에서의 노즐 베인의 작용상태도,

도3b는 도2에서 배기에너지가 높은 고속영역에서의 노즐 베인의 작용상태도,

도4는 본 발명에 의한 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일의 개략 구성도,

도5는 본 발명의 터빈 휘일을 적용한 내연기관용 터보 차져에서 엔진 속도에 따른 연료소비량을 종래와 비교하여 나타낸 그래프,

도6은 본 발명의 터빈 휘일을 적용한 내연기관용 터보 차져에서 엔진 속도에 따른 토오크를 종래와 비교하여 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20 : 하우징 22 : 터빈 블레이드

24 : 휘일 40 : 제1베인

42 : 제2베인 44 : 제1피봇링

46 : 제2피봇링 48 : 콘트롤 피봇

본 발명에 의한 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일은, 터빈 블레이드를 회전시키는 배기가스의 유속을 조절하도록 노즐 베인이 경사각을 조절가능케 플레이트에 결합된 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에 있어서, 상기 노즐 베인은, 제1베인과, 상기 제1베인의 꼬리부에 인접하여 결합된 제2베인으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

상기 제1베인 및 제2베인은, 서로 독립적으로 작동될 수도 있으나, 콘트롤 피봇에 의해 연동하여 동시에 작동되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 노즐 베인은 도시하지 않은 플레이트에 경사각을 조절가능케 결합되어 있는 데, 상기 노즐 베인은, 제1베인(40)과, 상기 제1베인(40)의 꼬리부에 소정간격을 두고 결합된 제2베인(42)으로 이루어진다. 도면에서는 터빈 블레이드가 도시되어 있지 않으나, 터빈 블레이드는 원주방향으로 배열된 제2베인(42)이 이루는 원의 내측에 설치된다.

상기 제1베인(40)은 그 상측부에 치우친 지점에서 제1피봇링(44)에 의해 회동가능케 결합되어 경사각을 조절가능케 되어 있고, 제2베인(42)은 제2피봇링(46)에 의해 회동가능케 결합되어 경사각을 조절가능케 되어 있다.

상기 제1베인(40)과 제2베인(42)사이에는 콘트롤 피봇(48)에 의해 작동되는 로타리 콘트롤라(도시안됨)가 결합되어 있다. 상기 제1베인(40)과 제2베인(42)은 로타리 콘트롤라를 작동시키면 동시에 작동되어 경사각이 변하게 된다.

상기 제1베인(40)과 제2베인(42)은 대체적으로 유선형 단면을 이루고 있으나, 상기 제1베인(40)의 꼬리부에는 하측면이 잘록하게 되어 리세스부(40a)를 이루어 꼬리부 단부가 뾰족하게 되어 있다. 상기 제2베인(42)은 항공기에서 양력을 증가시키기 위해 사용되는 플랩(flap)과 동일한 형상으로 되어 있다.

상기 도시하지 않은 로타리 콘트롤라는 도2의 노즐 콘트롤 링과 동일한 기능을 수행한다. 상기 제1베인(40)과 제2베인(42)은 서로 독립적으로 작동시킬 수도 있으며 공지의 다양한 작동 메커니즘에 의해 작동될 수 있다.

본 발명의 다른 구성은 도2, 도3a 및 도3b에 나타난 구성과 유사하므로 설명을 생략한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에서는 터빈 블레이드를 회전시키는 배기가스의 유속을 조절하기 위해 제1베인(40)의 경사각을 조절함과 동시에 제2베인(42)의 경사각을 상이하게 되도록 조절함으로써 배기가스의 유속을 더욱 미세하게 조절가능하므로, 흡입공기량에 대한 미세조절이 가능하게 된다.

즉, 로타리 콘트롤라를 작동시키면 제1베인(40)과 제2베인(42)이 서로 상이한 경사각으로 동시에 작동된다.

도5는 본 발명의 터빈 휘일을 적용한 내연기관용 터보 차져에서 엔진 속도에 따른 연료소비량을 종래와 비교하여 나타낸 그래프이고, 도6은 본 발명의 터빈 휘일을 적용한 내연기관용 터보 차져에서 엔진 속도에 따른 토오크를 종래와 비교하여 나타낸 그래프이다. 도시한 바와 같이, 엔진의 저속회전영역에서 본 발명은 종래 정상상태와 1단으로 제어할 때보다 연료소비량이 적고 토오크가 크게 나타나고 있다. 즉, 본 발명을 적용한 터보차져에 의하면 엔진성능 및 연비를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의한 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에 의하면, 노즐 베인을 2단으로 제어함에 의해 배기가스의 유속을 미세하게 조절하여 흡입공기의 과급압을 미세조절할 수 있으므로 엔진에 필요한 공연비의 미세제어가 가능하여 엔진 성능 및 연비를 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 터빈 블레이드를 회전시키는 배기가스의 유속을 조절하도록 노즐 베인이 경사각을 조절가능케 플레이트에 결합된 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일에 있어서,

   상기 노즐 베인은, 제1베인과, 상기 제1베인의 꼬리부에 인접하여 결합된 제2베인으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1베인 및 제2베인은 콘트롤 피봇에 의해 연동하여 동시에 작동되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 터보 차져의 터빈 휘일.