KR20070024615A - 속도 보호 갖춘 유체역학적 커플링과 터보컴파운드 시스템 - Google Patents

속도 보호 갖춘 유체역학적 커플링과 터보컴파운드 시스템 Download PDF

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KR20070024615A
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쿠르트 아드레프
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보이트 터보 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Abstract

본 발명은 유체역학적 커플링, 특히 터보컴파운드 시스템용 유체역학적 커플링에 관한 것으로, 펌프 휠; 펌프 휠과 결합하여 작동매체를 채울 수 있는 작동챔버를 형성하는 터빈 휠을 포함한다.
본 발명에 따른 유체역학적 커플링은 기계적 잠금장치가 비틀림에 강한 방식으로 펌프 휠과 터빈 휠의 연결을 위해 제공되고, 잠금장치는 작동매체를 안내하는 커플링의 섹션(section)과 연결되어 작동챔버의 소정의 채움 정도 하에서 차단되도록 하는 것을 특징으로 한다.
유체역학적 커플링(hydrodynamic coupling), 펌프 휠, 터빈 휠, 잠금장치, 차단, 터보컴파운드 시스템

Description

속도 보호 갖춘 유체역학적 커플링과 터보컴파운드 시스템{A HYDRODYNAMIC COUPLING WITH SPEED PROTECTION AND TURBOCOMPOUND SYSTEM}
본 발명은 유체역학적 커플링, 특히 터보컴파운드(turbocompound) 시스템에 사용되는 유체역학적 커플링과 특히 유체역학적 커플링을 구비한 터보컴파운드 시스템에 관한 것이다.
터보컴파운드 시스템에서의 유체역학적 커플링은 구동렬(구동 트레인)의 효율을 증가시키기 위해 내연기관의 배기가스 흐름에 배치된 배기가스 이용터빈으로부터 내연기관에 의해 구동되는 크랭크 샤프트로 토크를 전달하기 위하여 사용된다. 크랭크 샤프트는 유체역학적 커플링을 경유하여 배기가스 이용터빈에 의해 구동되기 때문에, 어떤 제어되지 않는 배기가스 이용터빈의 속도 향상을 방해하는 이용터빈의 토크 서포트(torque support)가 당연히 있다. 만일 어떠한 이유로(예컨대, 커플링 순환에서 채움재 손실(loss of filling)에 의해) 상기 토크 서포트(torque support)가 한정되거나 절단된다면, 배기가스 이용터빈은 과속범위에 도달하고 위험해질 가능성이 있다.
유체역학적 커플링의 작동매체순환에서 회전되는 작동매체의 손실을 의미하는, 커플링 순환에서의 채움재 손실(loss of filling)은 예를 들면 재료의 결함이나 작동에러의 결과로서 커플링 쉘에의 손상(파쇄 등등)에 의해 생성될 수도 있다. 비록 그러한 손상의 경우에 전체 손실로부터 커플링을 보호하기 위한 조치가 취해질지라도, 그러한 손상은 터보컴파운드 시스템에서 상기 기재된 배기가스 이용터빈의 과속에 이르게 되고 나중에 손해가 생기게 된다. 이것을 피하기 위하여, 단지 엔진을 끄는 것에 의해 일어날 수 있는, 배기가스 이용터빈을 구동하는 배기가스 유동을 중단하는 것과 같은 다른 조치는 실용적이지 못하기 때문에, 배기가스 이용터빈 주위의 바이패스(bypass)의 교체와 같은 적절한 조치를 과속 유지 상태로 취하는 이용터빈의 속도 모니터링이 통상적으로 제시되어 왔다.
한층 더한 불이익은 활발한 속도 모니터링이 외부 파워를 요구하는 점에서 나타날 수 있다.
문헌 WO/00/55527A는 병행하여 개폐되는 로크-업 클러치를 갖고, 로크-업 클러치의 트리거링(triggering)에 의존하여 유체역학적 커플링을 채우거나 비워지게 하는 유체역학적 커플링을 기재하고 있다.
문헌 GB-A-2 292 774는 배기가스 이용터빈과 유체역학적 커플링을 구비한 충 만된(charged) 내연기관을 기재하고 있다.
문헌 US-A-2,397,862는 펌프 휠의 소정의 속도 이상에서 비틀림에 강한 방법으로 펌프 휠과 터빈 휠 서로 간을 연결하는 락킹(locking) 볼트를 구비한 유체역학적 커플링을 기재하고 있다.
본 발명은 종래기술에 비하여 개선되고, 특히 외부 파워를 요구함이 없이 자동적인 과속 보호를 제공하는 본 발명에 따른 유체역학적 커플링과 특히 유체역학적 커플링을 구비한 터보컴파운드 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 구비한 유체역학적 커플링과 청구항 10의 특징을 구비한 터보컴파운드 시스템에 의하여 달성된다. 종속항들은 특히 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시한다.
청구항 1에 따른 유체역학적 커플링은 결합하여 작동챔버(working chamber)를 형성하는 펌프 휠과 터빈 휠과 같은 통상의 구성요소를 포함한다. 상기 작동챔버(working chamber)는 작동매체로 채워져 있거나 채워질 수 있다. 작동매체 순환은 작동챔버로 작동매체 공급과 작동챔버로부터의 배출을 제공한다. 상기 순환은 또한 커플링순환이라고도 한다.
본 발명에 따라, 유체역학적 커플링은 비틀림에 강한 방식으로 서로 대항하는 펌프 휠과 터빈 휠을 잠글 수 있는 잠금장치를 포함하고 있다. 상기 잠금 장치는 작동매체를 지니는 커플링 섹션(section), 예컨대 펌프 휠과 터빈 휠 사이에, 특히 그의 뒷부분에 터빈 휠을 감싸는 펌프 휠의 바깥 쉘 사이에 연결되어 있고, 그것은 작동매체를 안내하는 섹션(section)을 (부분적으로) 채우거나 또는 배출시키는데 효과가 있는 채움 정도를 갖는 작동챔버의 소정의 채움 정도의 바로 아래에서 차단한다. 본 발명의 용어에서 차단은 펌프 휠과 터빈 휠 서로에 대해 비틀림에 강하게 잠그는 것을 의미한다. 차단은 커플링의 바깥으로부터 기인한 어떠한 수동 작동이 없는 것을 의미하는, 자동화된 방법으로, 특히 유체역학적 커플링의 작동 동안 반드시 생기는 원심력의 영향하에서 자동적으로, 유리하게 일어난다. 기계적 잠금장치는 특히 작동기간 동안에 필수적으로 생기는 원심력의 영향 아래에서, 자동적으로 맞물리고 풀리는 로크-업 클러치의 형태로 유리하게 형성된다.
기계적인 잠금장치는 작동챔버의 채움의 정도에 대한 모니터링 기능에 더하여 그가 동시에 유체역학적 커플링에 대한 과속보호를 나타내도록 하여 특히 유리한 방법으로 배치되도록 할 수 있다. 그것은 이 경우에(예를 들면 원심력 성분을, 즉, 소정의 속도 이상에서 원심력에 의해 바깥쪽으로 방사상으로 배치되는 소정의 질량을 갖는 요소를 제공함으로써) 그런 방법으로 배치되고 그것은 펌프 휠 또는 터빈 휠의 소정의 속도 이상을 차단한다. 또한 이 경우에 있어서, 로크-업 클러치로써 유리하게 배치된 잠금장치의 차단은 특히 자동적으로 일어난다. 이는 로크-업 클러치는 작동기간 동안 반드시 생기는 원심력의 영향 아래에서 자동적으로 맞물리고 풀리고 하는 것을 의미한다.
특히 터보컴파운드 시스템에서 본 발명에 따른 유체역학적 커플링을 사용할 때, 배기가스 이용터빈 속도를 크랭크 샤프트 속도에 기계적으로 연결하는 것을 의미하는 잠금장치의 잠금은 배기가스 이용터빈의 구성요소들을 과속에 의한 파괴로부터 안전하게 보호하도록 할 것이다. 유체역학적 커플링이 배기가스 이용터빈 속도와 크랭크 샤프트 속도 사이에 작동하지 않는 경우에, 기계적인 연결이 그것의 위치를 차지한다. 이것은 커플링의 외부, 즉 펌프 휠의 쉘과 내부 휠, 즉 터빈 휠의 연결일 수 있다.
터빈 휠인 내부 휠이 통상 휠 기어인 기어 트랜스미션을 경유하여 크랭크 샤프트와 연결되는 반면에, 펌프 휠과 연결에 의해 펌프 속도로 회전하는 커플링 쉘은 예를 들면 통상 휠 기어인 기어 트랜스미션을 경유하여 이용터빈과 연결될 수 있다. 커플링의 방사상의 방향에서 치환될 수 있는 볼트는 커플링 쉘과 내부 휠 사이에 배치될 수 있고 게다가 개구(opening)은 그 볼트와 일직선에 있다. 볼트는 기계적인 잠금장치가 차단될 때 개구(opening)에 맞물리거나 그것을 통과하여 첫 번째 잠김 위치에 맞물린다. 두 번째의 위치, 즉 잠금장치의 열린 위치에서, 볼트는 개구(opening)의 완전한 바깥에 위치된다. 볼트가 개구(opening)에 맞물리는지 아닌지의 문제는 잠금장치가 열린 경우에 작동매체가 볼트에 대해 옮겨 놓는 힘을 가하는 방식과 같이 작동챔버의 채움의 정도에 의해 결정되고, 그리하여 볼트는 개구(opening)에서 벗어나 옮겨진다. 잠금장치가 차단된 경우에 있어서, 상기 대신 들어서는 작동 매체는 작동매체를 안내하는 각각의 구역에 존재하지 않고 볼트는 압력 스프링과 같은 적절한 가압 수단에 의해 개구(opening)에 또는 그것을 통하여 가압되어진다.
다음의 힘들은 특히 작동상태에서 볼트에 작용한다:
* 원심력 Fz=mω2r
여기서:
m : 질량(kg)
ω : 각속도(1/s)
r : 원주 반경(m);
* 탄성력(spring force)(회복력) FR=-kx
여기서:
k : 탄성계수(N/m)
x : 변위(m);
* 회전 압력에 의해 방사상으로 볼트의 바깥 표면에 작용하는 힘
FP=ABolzenρ/2 ω2(rwirk 2-rFR 2)(N)
여기에서:
ABolzen : 볼트의 방사상의 바깥 표면 면적(m2)
ρ : 작동매체의 밀도(kg/m3)
ω : 각속도(1/s)
rwirk : 볼트의 바깥 표면에 의거하는 반지름(m)
rFR : 작동챔버에서 액체 링(liquid ling)의 내부 직경(m)
* 들어올리는 힘(lifting force)(회전공간에서) FA , rot=ρarotV
여기서:
ρ : 작동매체의 밀도(kg/m3)
arot=ω2r : 원심 가속도(m/s2)
V : 볼트에 의해 대신 들어선 작동매체의 부피(m3)
통상의 작동에 있어서, 즉, 배기가스 이용터빈 또는 유체역학적 커플링을 위한 작동 한계의 바깥에서, 다음을 적용한다:
Fz < FR + FP + FA , rot
그러므로 볼트는 통상 작동의 모든 속도에서 개구(opening)에 맞물림에 제공된 위치 바깥에서 안전하게 남아 있다.
커플링의 채움 레벨이 떨어지는 때, 따라서 회전 압력 Fpu 와/또는 들어올리는 힘(lifting force)은 감소한다. 볼트에 작용하는 힘의 관계는 이렇게 변한다:
Fz > FR + FP + FA , rot
그러므로 원심력 Fz는 그것에 반대되는 힘들 보다 크므로, 볼트가 개구(opening)로 활주하고 비틀림에 강한 방식으로 서로에 대항하는 동안 펌프 휠과 터빈 휠을 잠그는 결과에 이른다. 볼트의 동일한 운동은 들어올리는 힘이 여전히 존재할 때 또한 일어나나, 원심력 Fz가 과속의 결과로써 어느 정도까지는 증가하여 원심력은 상당히 높은 들어올리는 힘(lifting force)에도 불구하고 그것에 반대되는 힘들을 극복한다.
터보컴파운드 시스템에서 유체역학적 커플링을 사용하는 때, 기계적인 연결은 크랭크 샤프트와 배기가스 이용터빈 사이에 나타나게 된다.
간단한 이유 때문에, 압력 탄성력(spring force)을 가하는 상기의 방정식에서 계산이 수행되었다. 원심력에 대항하여 볼트에 힘을 가할 수 있는 어떤 압력수단을 사용하는 것이 가능하다고 해석되어 진다. 그런 압력 스프링을 사용하는 때 볼트가 터빈의 저속에서(예를 들면 작동개시 동안) 방사상의 내부 위치에 유지되는 그런 방식에서 스프링을 형성하는 것이 유리하고, 반면에 과속의 경우에 상기 과속 상태로 오랜 시간 작동으로부터 터빈을 보호하기 위하여 심지어 채워진 순환의 경우에 그것은 방사상으로 바깥쪽으로 활주할 것이다.
하나의 실시예에 따라, 볼트가 수동으로 다시 열리기 전까지 유지되는 크랭크 샤프트와 배기가스 이용터빈 사이의 긴급 동기화(emergency synchronization)를 일으키기 위해 볼트는 개구(opening)로 들어간 후 맞물리게 된다. 다른 실시예에 따라, 볼트는 엔진 정지 후 원래 위치로, 즉 방사상의 내부 위치로 자동적으로 되돌아 온다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, “유동적인(floating)" 볼트가 커플링 쉘과 내부 휠 사이에 배치되는 것이 아니라, ”유동적인(floating)" 로커 암이 제공된다. 상기 로커 암은 앞서 언급한 볼트의 기능적 원리에 따라 작동할 수 있다. 즉 첫 번째 위치에서 터빈 휠이 펌프 휠에 관련되어 돌거나 내부 휠이 커플링 쉘에 관련되어 회전할 수 있고, 두 번째 위치에서 로커암은 펌프 휠과 터빈 휠 또는 내부 휠과 커플링 쉘을 서로 비틀림에 강한 방식으로 잠그는 것으로 추정될 수 있다.
예를 들면 로커암이 맞물리는 개구(opening)의 형상에서, 로커암과 그의 상대물은 상기에서 언급된 볼트에서와 같이 커플링 쉘과 터빈 휠의 후방부 사이의 구역에 제공될 수 있다. 그러한 로커암은 또한 두 개의 상호 간에 마주보는 커플링 휠, 일반적으로 첫 번째 휠(펌프 휠)과 두 번째 휠(터빈 휠), 사이에 또한 배치될 수 있고, 둘의 소정의 상태에서의 잠금을 위해 배치될 수 있다고 당연히 여겨진다. 로커암의 위치는 커플링의 채움의 레벨, 로커암에 작용하는 원심력, 로커암에 작용하는 탄성력(spring force) 그리고 로커암에 작용하는 회전압력에 의해 볼트의 배치에 따라 유리하게 정해진다.
여기에서:
도 1은 터보컴파운드 시스템에서의 유체역학적 커플링을 나타내고;
도 2는 도 1에서의 발명에 따라 열린 상태에서(도 2a)와 닫힌(잠긴) 상태에서(도 2b) 배치된 유체역학적 커플링의 상세를 나타내고;
도 3은 본 발명에 따라 열린 상태에서(도 3a)와 닫힌(잠긴) 상태에서(도 3b) 배치된 또 다른 유체역학적 커플링을 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 펌프 휠 1.1 : 바깥 쉘
2 : 터빈 휠
3 : 작동매체(working medium)
4 : 작동챔버(working chamber)
5 : 기계적 잠금장치
5.1 : 볼트 5.1.1 :머리부 5.1.2 : 샤프트 5.1.3 : 숄더(shoulder)
5.2 : 개구(opening)
5.3 : 압력 스프링
5.4 : 안내수단
5.4 : 돌출부(projection)
5.11 : 로커암
5.12 : 개구(opening)
5.13 : 압력 스프링
6 : 거플링의 회전축
7 : 기어 트랜스미션 8 : 기어 트랜스미션
9 : 배기가스 안내(guidance)
10 : 배기가스 이용터빈
11 : 내연기관
12 : 크랭크 샤프트
13 : 유체역학적 커플링
본 발명은 이제 실시예를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 내연기관(11)에 의해 구동되는 크랭크 샤프트와 내연기관(11)의 배기가스로 채워진 배기가스 이용터빈(10) 사이에 구동 연결되어 배치된 유체역학적 커플링(13)을 나타낸다. 유체역학적 커플링(13)은 펌프 휠(1)과 터빈 휠(2)을 포함하고 있다. 펌프 휠(1)은 기어 트랜스미션(7)을 경유하여 배기가스 이용터빈(10)과 구동 연결되어 있다. 터빈 휠(2)은 기어 트랜스미션(8)을 경유하여 크랭크 샤프트(12)와 구동 연결되어 있다.
참고 숫자(9)는 배기가스 흐름의 안내를 나타낸다.
펌프 휠(1)과 터빈 휠(2)은 결합하여 작동 챔버(4)를 형성하고 거기에서 작동매체(3)가 작동챔버(4)에서 화살표에 의해 순환 방향이 나타난다. 작동매체(3)는 펌프 휠(1)에 의해 바깥쪽으로 방사상으로 가속되고 터빈 휠(2)에 의해 안쪽으로 방사상으로 늦추어진다. 토크는 펌프 휠(1)로부터 터빈 휠(2)까지의 작동매체의 순환적 흐름을 경유하여 전달된다.
작동매체(3)는 예를 들면 중앙에서 또는 작동매체 순환의 중심(도시되지 않 음)에서 공급되어지고 작동챔버(4)로부터 터빈 휠(2)의 후방부, 즉 작동챔버(4)의 반대쪽과 비틀림에 강한 방식으로 펌프 휠(1)과 연결되고 터빈 휠(2)을 감싸고 있는 바깥 쉘(1.1) 사이의 지역으로 방사상으로 배출되어 진다. 이러한 배출은 작동챔버(4)의 부분적 또는 완전한 배출이 있는 때 항상 얻어진다. 심지어 작동매체의 일정한 양이 작동챔버(4)에 위치한 경우에도 작동매체의 각자의 레벨은 터빈 휠(2)과 바깥 쉘(1.1) 사이의 지역에서 얻어질 것이다.
도 2는 다시 도 1의 단면의 상세한 개략도를 나타내고, 여기에서 본 발명에 따른 잠금장치가 배치되어 있다. 유체역학적 커플링의 회전축(6)은 일점쇄선 방식으로 도 2에서 뿐만 아니라 도 1에서도 나타내고 있다.
도 2는 도 2a에서 나타내는 “통상의 작동”과 일부 이유 때문에 작동매체가 유체역학적 커플링으로부터 고의가 없이 누출되어 왔던 도 2b에서의 작동상태를 가지고, 기계적인 잠금장치(5)의 지역에서 작동매체(3)의 레벨을 분명하게 나타낸다.
도 2a에서, 볼트는 방사상으로 내부 위치에 그리고 스프링(5.3)의 힘, 볼트(5.1)의 바깥 표면에 방사상으로 가해지는 회전압력(힘 FB) 그리고 볼트의 샤프트(shaft)가 거의 완전하게 잠기는 작동매체(3)의 들어올리는 힘(lifting force)과 이러한 힘들에 대항하는 방향으로 작용하는 오직 회전력 Fz만을 갖는 결과로써 개 구(5.2)의 바깥쪽에 위치해 있다. 각각의 회전 속도[커플링의 슬립(slip)]는 펌프 휠(1)과 터빈 휠(2) 사이에서 작동되도록 할 수 있다.
도 2에 따르면, 그렇지만, 볼트(5.1)의 방사상으로 바깥 표면에 회전압력뿐만 아니라 들어올리는 힘 양자 모두는 도 2a에 나타나는 작동상태에 대항하여 바깥쪽으로 방사상으로 배치되는 작동매체의 결과로써 생략되어진다. 원심력 Fz는 스프링(5.3)의 탄성력(spring force)을 극복하고 그리고 개구(opening)(5.2)로 방사상으로 바깥쪽 말단을 갖는 볼트(5.1)를 밀친다. 기계적 잠금장치는 바깥 쉘(1.1)과 터빈 휠(2) 사이, 그러므로 펌프 휠(1)과 터빈 휠(2) 사이에서 작동될 것이다. 그러한 결과로써, 블레이드 휠을 의미하는 배기가스 이용터빈(10)은, 사이에 끼워진 기어 트랜스미션(7과 8)의 기어비에 따라 얻어지는 배기가스 이용터빈(10)의 절대적인 속도를 갖도록, 크랭크 샤프트(12)에 그것의 속도에 관련하여 기계적으로 연결된다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 개구(opening)(5.2)는 도시된 실시예에 따라 터빈 휠(2)의 후방부에 형성된 돌출부(projection)(5.5)에 도입된다. 볼트(5.1)는 주변 방향에서 샤프트(shaft)(5.1.2)를 둘러싸는 안내수단(5.4) 내에서 그것의 원통형 샤프트(shaft)(5.1.2)로 활주한다. 더 큰 직경을 구비하는 것을 의미하는 확장된 머리부(5.1.1)는 샤프트(shaft)(5.1.2)의 내부와 방사상으로 연결되어 있다. 샤프트(5.1.2)를 뻗쳐 나온 머리부(5.1.1)의 부분의 결과로써, 숄 더(shoulder)(5.1.3)는 머리부(5.1.1)의 바깥쪽에 방사상으로 형성되고, 그 위의 스프링(5.3)은 그것의 방사상으로 내부 축 말단으로 작동한다. 스프링(5.3)은 그것의 반대쪽 방사상으로 바깥 축 말단을 안내수단(5.4)에 맞물리게 된다. 스프링(5.3)은 압력 스프링으로써 배치되어 있기 때문에, 그리하여 그것은 볼트(5.1) 위에 내부 쪽으로 방사상 방향에 힘을 작용한다.
도 3은 도 1과 2와 비교할 때 개선된, 열린 상태(도 3a)에서와 잠긴 상태(도 3b)에서의 잠금 장치를 도시한다. 도 3에 따른 실시예에서 어떠한 볼트도 분명하게 제공되지 않지만, 도 3은 도 1과 2에서의 대체로 볼트의 세로 축의 부분을 관통하는 것과 같은 방사상의 단면도에서 두 개의 단면도를 도시한다.
이러한 단면도에서 하나는 펌프 휠(1)의 구성요소로써 단지 바깥 쉘(1.1) 상의 내부와 연결된 로커암(5.11)과 방사상으로 바깥 지역에서 바깥 쉘(1.1)을 통하여 방사상의 만나는 표면의 단면을 볼 수 있다.
터빈 휠(2)의 축의 돌출부(5.5)를 통한 단면만이 도시되고, 돌출부에서 개구(opening)(5.12)는 로커암의 상대물로서, 터빈 휠(2)의 바깥 모양부에 형성된다.
도시된 바와 같이, 볼트 대신에 펌프 휠(1)에 연결된 로커암(5.11)은 커플링의 회전축에 평행한 축에 대하여 바깥쪽으로 방사상으로 회전될 수 있다. 로커 암(5.11)은 도 3a에 도시된 것처럼 압력스프링(5.13)의 힘과 작동매체의 들어올리는 힘(예시된 액체의 레벨을 참조바람)에 의한 원심력에 대항하는 위치에 유지된다.
보여지는 액체 레벨이 방사상으로 바깥쪽으로 이동하고 로커암(5.11)에 작용하는 들어올리는 힘(lifting force)이 감소하는 결과에 따라, 채움의 정도가 감소하는 때, 로커암(5.11)은 도 3b에 도시된 바와 같이 압력스프링(5.13)의 힘의 결과로서 두 번째의 위치로 이동한다.
특히 커플링이 실질적으로 또는 완전히 작동매체를 배출하였기 때문에 특히 어떤 브레이크 토크도 터빈 휠(2)에 의해 전달되지 않는 것과 같은 방식으로 일어나는, 펌프 휠(1)의 고속에 의한 각자의 큰 원심력의 경우에, 원심력은 또한 터빈 휠(2)의 오목한 곳 또는 개구(opening)를 향하여 또는 터빈 휠에 제공된 돌출부roprjection)로 바깥쪽 방향으로 방사상으로 로커암(5.11)을 비스듬하게 할 것이다. 로커암(5.11)은 상기 개구(opening)(5.12)에 맞물리게 되어, 펌프 휠(1)은 터빈 휠(2)을 태우고 화살표에 의해 지시된 것과 같은 회전 방향으로 회전할 것이다.
로커암이 원심력의 영향을 무시할만 한 가벼운 구성을 갖추고 있는 때 단지 액체 레벨과 그것에 의한 커플링의 채움의 정도가 로커암(5.11)의 위치를 또한 결정할 수 있을 것이라는 것이 당연하게 받아들여진다.
본 발명의 바람직한 실시예는 컴퓨터에 의한 방법으로, 도 2에 따라 도시된 형태에서 유리하게, 분석된다.
예를 들면, 알루미늄의 형상(특히 상기 볼트(5.1)의 형상에서)은 10mm의 직경과 200mm의 길이를 구비할 수 있다. 본 상세한 설명에서의 모든 차원은 근사법으로 유리하게 유지되는 바람직한 값으로 여겨질 수 있다. 알루미늄 형상은 유체역학적 커플링이 통상 상태에 있을 때, 즉 레벨이 소정의 채움 정도 바로 아래로 떨어지지 않을 때, 작동매체에 75%까지 잠긴다. 상기 시스템은 예를 들면 매 분당 8586회의 속도에서, 기계적 잠금장치가 차단되는 것을 의미하는, 피스톤이 뻗치는 그런 방법으로 적절한 스프링의 도움으로 조정될 수 있다. 매 분당 8586회 이상의 과속은 방지될 것이다. 그렇지만 만일 커플링에서 작동챔버의 채움 정도가 감소한다면, 감소된 들어올리는 힘이 작용하여 단지 볼트에 가해진 탄성력(spring force)이 볼트에 작용하는 원심력에 대항하여 작용할 것이다. 그러므로 기계적 잠금장치의 차단은 초기에, 예를 들면 커플링이 채워진 때 또는 커플링의 작동챔버의 소정의 채움 정도에 있는 때 허용될 수 있는 속도 범위 내를 의미하는, 유체역학적 커플링의 통상 작동 범위 내에서, 일어난다.
잠금장치 또는 볼트에 대한 사용된 알루미늄의 밀도 0.00265g/㎣에서, 볼트에 작용하는 들어올리는 힘 56.1N은 매 초당 900의 각속도에서 얻어진다. 작동매체 에서 볼트에 작용하는 회전압력에 의한 회복력(restoring force)은 74.8N이다. 원심력은 본 실시예에서 236N이고 탄성력(spring force)은 105.1N이다. 이것들은 언급된 매 초당 900의 각속도에 상응하는 매 분당 8586 회전 이상에서 잠금장치의 차단에 이르게 한다.
그렇지만, 오일의 손실의 경우에는, 회복력(restoring force) 뿐만 아니라 들어올리는 힘(lifting force) 양자 모두 회전 압력에 의해 "0"과 같아질 것이다. 이것들은 매 분당 4730의 스위칭(switching) 속도에 이르게 된다. 터빈의 과속은 그러므로 확실하게 방지된다.
본 발명에 의해 종래기술에 비하여 개선되고 특히 외부 파워를 요구함이 없이 자동 과속 보호를 제공하는 유체역학적 커플링과 특히 유체역학적 커플링을 구비한 터보컴파운드 시스템을 얻을 수 있다.

Claims (11)

  1. 펌프 휠(1) 그리고 펌프 휠(1)과 작동매체(3)로 채워질 수 있는 작동챔버(4)를 형성하는 터빈 휠(2)을 포함하는 유체역학적 커플링(13), 특히 터보컴파운드 시스템용 유체역학적 커플링에 있어서,
    여기에서 기계적 잠금장치(5)가 비틀림에 강한 방식으로 펌프 휠(1)과 터빈 휠(2)의 연결을 위해 제공되고, 잠금장치는 작동매체를 안내하는 커플링(13)의 섹션(section)과 연결되어 작동챔버(4)의 소정의 채움 정도 하에서 차단되도록 하는 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계적 잠금장치(5)는 펌프 휠(1) 또는 터빈 휠(2)의 소정 속도 이상에서 한층 더 차단되는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 한 유체역학적 커플링.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기계적 잠금장치(5)는 커플링의 방사상의(radial) 방향에 놓일 수 있는 볼트(5.1)와 상기 볼트(5.1)에 의해 맞물려질 수 있는 개구(opening)(5.2)를 포함하고;
    상기 볼트(5.1)는 비틀림에 강한 방식으로 두 개의 휠(1,2) 중의 하나, 특히 상기 펌프 휠(1)에 연결되고, 상기 개구(opening)(5.2)는 다른 휠(1,2), 특히 상기 터빈 휠(2)에 배치되고;
    상기 볼트(5.1)는 적어도 상기 작동매체(3)의 들어올리는 힘(lifting force)(FA)의 관여 하에서 상기 개구(opening)(5.2) 바깥으로 압력을 받는 방식으로 작동매체(3)의 소정의 채움 정도와 그 이상에서 잠기고;
    압력수단, 특히 압력 스프링(5.3)이 작동매체(3)의 들어올리는 힘(lifting force)(FA)에 대항하여 상기 볼트(5.1) 상에 작용하도록 제공되고, 그리하여 상기 볼트(5.1)는 소정의 채움 정도 바로 아래에서 상기 개구(opening)(5.2)에 맞물리게 되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 볼트(5.1)는 원통형의 모양을 하고 그것의 세로 축은 커플링(13)의 회전 축(6)에 직교하게 되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 펌프 휠(1)은 상기 작동 챔버(4)로부터 비켜진 그의 측면에 상기 터빈 휠(2)을 감싸는 바깥 쉘(1.1)을 포함하고 그리고 상기 기계적 잠금 장치(5)가 상기 바깥 쉘(1.1)과 상기 터빈 휠(2) 사이의 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 볼트(5.1)는 상기 바깥 쉘(1.1)에 결속되고 동일하게 완전히 배치된 안내수단(5.4)에서 활주하고, 상기 개구(opening)(5.2)는 상기 터빈 휠(2)의 돌출부(projection)(5.5)에, 특히 상기 안내수단(5.4)와 일직선 상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 볼트(5.1)는 상기 볼트(5.1)의 방사상으로 외부적으로 인접한 샤프트(shaft)(5.1.2)에 대하여 확장되는 바깥 직경을 갖는 머리부(5.1.1)를 그것의 방사상으로 내부 끝단에 갖추고 있고, 그리하여 숄더(5.1.3)가 형성되고, 그리고 압력 스프링(5.3)은 상기 숄더(5.1.3) 상에 압력수단으로 제공되고 그리고 상기 안내수단(5.4)의 반대편에 방사상으로 위치하는 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  8. 제 3 항과 제 7 항에 있어서,
    상기 압력 스프링(5.3)은 탄성력(spring force)(FR)을 가지고 상기 볼트(5.1)는 질량(m)을 갖도록 하여 상기 기계적 잠금장치(5)가 상기 작동챔버(4)의 채움 정도에 상관없이 소정의 속도 이상에서 차단되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기계적 잠금장치(5)는 커플링의 방사상의 방향으로 회전될 수 있는 로커암(5.11)과 상기 로커암(5.11)에 의해 맞물려질 수 있는 개구(opening)(5.12)를 포함하고;
    상기 로커암(5.11)은 두 개의 휠(1,2) 중의 하나, 특히 상기 펌프 휠(1)에 고정된 방식으로 연결되고, 상기 개구(opening)(5.12)는 다른 휠(1,2), 특히 상기 터빈 휠(2)에 배치되고;
    상기 로커암(5.11)은 적어도 상기 작동매체(3)의 들어올리는 힘(lifting force)(FA)의 관여 하에서 상기 개구(opening)(5.12) 밖으로 압력을 받는 방식으로 작동매체(3)의 소정의 채움 정도와 그 이상에서 잠기고;
    압력수단, 특히 압력 스프링(5.13)이 작동매체(3)의 들어올리는 힘(lifting force)(FA)에 대항하여 상기 로커암(5.11) 상에 작용하도록 제공되고, 그리하여 상 기 로커암(5.11)은 소정의 채움 정도 바로 아래에서 상기 개구(opening)(5.12)에 맞물리게 되는 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 잠금장치(5)는 차단 후에 수동조작될 때까지 차단된 상기 잠금장치(5)를 유지하는 수단을 갖추고 것을 특징으로 하는 유체역학적 커플링.
  11. 내연기관(11)의 배기가스 흐름(9) 상에 배치된 배기가스 이용터빈(10)을 구비하고,
    크랭크 샤프트(12)를 구동하는 상기 내연기관(11), 그리고
    상기 크랭크 샤프트(12)와 구동 연결되어 개폐되거나 개폐할 수 있는 상기 배기가스 이용터빈(10)을 구비하고;
    제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 따른 유체역학적 커플링(13)이 구동 연결에 배치되고, 그것의 펌프 휠(1)이 상기 배기가스 이용터빈(10)과 구동 연결되고 그것의 터빈 휠(2)이 상기 크랭크 샤프트(12)와 구동 연결되는 것을 특징으로 하는 터보컴파운드 시스템.
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