KR20080025343A - 내연기관용 배기 터보 과급기 - Google Patents

내연기관용 배기 터보 과급기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 엔진을 벗어난 배기 흐름을 팽창시키기 위한 터빈, 및 내연기관의 엔진에 공급될 연소 공기 흐름을 압축시키기 위한 압축기를 포함하고, 상기 터빈은 하나 이상의 유입 하우징(27), 터빈 회전자(29) 및 확산기(30)를 포함하고, 상기 유입 하우징, 터빈 회전자 및 확산기는 각각 터빈의 배기 유동 채널 부분을 규정하는, 내연기관용 배기 터보 과급기에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 상기 확산기(30)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(35)이 하나 이상의 채널(37)을 통해 상기 터빈 또는 배기 터보 과급기의 주변에 연결되고, 상기 확산기(30)에 의해 제공된 상기 배기 유동 채널 부분(35) 내로 통하는 채널(37)에는 각각 하나 이상의 차단 장치(38)가 할당 배치되며, 상기 차단 장치는 한편으로는 상기 터빈 또는 상기 배기 터보 과급기의 주변 공기가 상기 확산기(30)에 의해 제공된 상기 배기 유동 채널 부분(35) 내로 유입되는 것을 허용하지만, 상기 확산기(30)에 의해 제공된 상기 배기 유동 채널 부분(35)으로부터 나온 배기 가스가 주변 공기로 방출되는 것을 방지한다.
터빈, 압축기, 유입 하우징, 터빈 회전자, 확산기, 배기 유동 채널 부분, 채널, 차단 장치.

Description

내연기관용 배기 터보 과급기{EXHAUST TURBO CHARGER FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연기관용 배기 터보 과급기에 관한 것이다.
내연기관의 효율을 증가시키기 위해, 내연기관에 배기 과급기를 설치하는 것은 이미 공지되어 있다. 배기 과급 또는 터보 과급의 경우, 엔진으로부터 나온 배기 가스는 배기 터보 과급기의 터빈에서 팽창된다. 터빈은 배기 터보 과급기의 압축기를 구동하고, 상기 압축기에서 엔진에 공급될 연소 공기가 압축된다. 이러한 배기 과급 또는 터보 과급에 의해 내연기관의 효율이 증가할 수 있다.
DE 101 25 250 C1 호에는 내연기관의 배기 터보 과급기의, 축류 터빈으로서 형성된 터빈이 공지되어 있다. 상기 터빈은 유입 하우징, 확산기, 노즐 링 및 터빈 회전자를 포함한다. 유입 하우징, 확산기, 노즐 링 및 터빈 회전자는 각각 터빈의 배기 유동 채널의 배기 유동 채널 부분을 제공한다. 노즐 링은 유입 하우징 하류에, 터빈 회전자는 노즐 링 하류에 그리고 확산기는 터빈 회전자 하류에 배치된다. 터빈 회전자는 커버 링에 의해 방사방향 외부로 제한되고, 상기 커버 링은 노즐 링과 확산기 사이의 배기 유동 채널의 방사방향 외측 벽을 보완한다. 유입 하우징 및 확산기는 노즐 링 및 커버 링과 함께 링 채널을 제한하고, 상기 링 채널은 배기 유동 채널로부터 분리되며 배기 유동 채널을 그 축방향 영역에서 방사방향 외부로 둘러싼다. 노즐 링 및 링 채널을 갖지 않은, 배기 터보 과급기의 반경류 터빈도 공지되어 있다.
DE 37 24 385 C2는 내연기관의 배기 터보 과급기의, 반경류 터빈으로서 형성된 터빈을 공개하며, 상기 터빈은 DE 101 25 250 C1의 축류 터빈으로서 형성된 터빈과 마찬가지로 유입 하우징, 노즐 링, 터빈 회전자 및 확산기를 포함한다. 유입 하우징, 노즐 링, 터빈 회전자 및 확산기는 각각 터빈의 배기 유동 채널의 배기 유동 채널 부분을 제공한다. 터빈의 배기 유동 채널의 일부가 링 채널에 의해 둘러싸이며, 터빈의 링 채널은 유입 하우징과 확산기로 형성된다. 노즐 링과 링 채널을 갖지 않은, 배기 터보 과급기의 반경류 터빈도 공지되어 있다.
배기 터보 과급기의 작동 동안, 특히 배기 유동 채널을 제한하는 부품들 또는 부품 부분들이 높은 온도에 노출된다. 따라서, 상기 부품들 또는 부품 부분들을 냉각시키거나 또는 절연하는 것이 선행 기술에 이미 공지되어 있다. 지금까지는 이를 위해 별도의 장치로서 형성된 냉각 장치가 사용되었고, 그로 인해 배기 터보 과급기의 터빈의 비교적 복잡한 구성이 야기된다. 절연의 경우에는 높은 부품 온도가 나타난다.
본 발명의 과제는 내연기관용 새로운 배기 터보 과급기를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1에 따른 내연기관용 배기 터보 과급기에 의해 해결된다. 본 발명에 따라 확산기에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분이 하나 이상의 채널을 통해 터빈 또는 배기 터보 과급기의 주변에 연결된다. 확산기에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분 내로 통하는 채널에는 각각 하나 이상의 차단 장치가 할당 배치된다. 상기 차단 장치는 한편으로는 터빈 또는 배기 터보 과급기의 주변 공기가 확산기에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분 내로 유입되는 것을 허용하지만, 확산기에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분으로부터 나온 배기 가스가 주변 공기 내로 방출되는 것을 방지한다.
채널들을 통해 비교적 간단한 구조적 수단에 의한 배기 터보 과급기의 터빈의 고온 부품들 또는 부품 부분들의 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다. 터빈 또는 배기 터보 과급기의 영역에 누설이 발생하면, 경우에 따라 터빈의 주변에 모이는 배기 가스가 흡입되어 배기 터보 과급기의 확산기에 공급된다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예들이 도면을 참고로 상세히 설명되지만, 본 발명이 이 실시예들에 제 한되지는 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 터보 과급기의, 축류 터빈으로서 형성된 터빈의 일부를 도시한다. 도 1의 터빈은 유입 하우징(10), 노즐 링(11), 터빈 회전자(12) 및 확산기(13)를 포함한다. 유입 하우징(10), 노즐 링(11), 터빈 회전자(12) 및 확산기(13)는 각각 터빈의 배기 유동 채널(14)의 배기 유동 채널 부분을 제공하며, 유입 하우징(10)의 배기 유동 채널 부분(15) 하류에, 노즐 링(11)의 배기 유동 채널 부분(16)이 접속된다.
노즐 링(11)의 배기 유동 채널 부분(16) 하류에, 터빈 회전자(12)의 배기 유동 채널 부분(17)이 접속되고, 그 하류에 확산기(13)의 배기 유동 채널 부분(18)이 접속된다. 터빈 회전자(12)는 방사방향 외부로 커버 링(19)에 의해 제한되며, 커버 링(19)은 노즐 링(11)과 확산기(13) 사이의 배기 유동 채널(14)의 방사방향 외측 벽을 보완한다.
도 1의 실시예에서 유입 하우징(10), 확산기(13), 노즐 링(11) 및 커버 링(19)은 링 채널(20)을 규정한다. 링 채널(20)은 터빈의 배기 유동 채널(14)의 일부를, 즉 확산기(11)와 터빈 회전자(12)에 의해 규정된 부분을 방사방향 외부로 둘러싼다. 배기 가스는 도 1에 따라 화살표(21) 방향으로 배기 유동 채널(14)을 통해 흐르며, 배기 가스는 터빈 회전자(12)의 블레이드(22)를 통과함으로써, 팽창되어 터빈 회전자(12)를 구동시킨다.
배기 터보 과급기의 작동 중에, 특히 배기 유동 채널(14)을 규정하는 부품들 또는 부품 부분들은 높은 온도에 노출된다. 작동 중에 높은 온도에 노출되는 터빈 의 부품들 또는 부품 부분들을 냉각시키기 위해, 본 발명에서는 확산기(13)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(18)이 하나 이상의 채널을 통해 터빈 또는 배기 터보 과급기의 주변에 연결된다. 도 1에 따라 확산기(13)의 배기 유동 채널 부분(18)은 채널(23)을 통해 확산기(13)의 주변과 연결된다. 작동 중에, 확산기(12) 내에 또는 이것에 의해 제공되는 배기 유동 채널 부분(18) 내에 주변 압력에 비한 저압이 주어지기 때문에, 채널(23)을 통해 주변 공기가 흡입되고, 확산기(13)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(18) 내로 유입될 수 있다. 흡입된 주변 공기는 도 1의 실시예에서 확산기(13)의 냉각에 사용된다.
채널(23)에는 체크 밸브로서 형성될 수 있는 차단 장치(24)가 할당 배치된다. 차단 장치(24)는 배기 터보 과급기의 주변 공기가 확산기(13)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(18) 내로 유입되는 것을 허용하지만, 배기 유동 채널 부분(18)에서 배기 가스가 채널(23)을 통해 확산기(13)의 주변 내로, 그에 따라 배기 터보 과급기의 터빈 내로 이르는 것을 방지한다.
도 2는 배기 터보 과급기의, 축류 터빈으로서 형성된 터빈의 다른 실시예를 도시한다. 이하에서, 도 2의 실시예에 대한 불필요한 반복 설명을 피하기 위해, 도 1의 실시예에 대한 것과 동일한 도면 부호가 사용되며, 도 1의 실시예와의 차이점만이 상세히 설명된다.
도 2의 실시예에서, 확산기(13)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(18)은 특히 채널들(25, 26)을 통해 배기 터보 과급기의 터빈의 주변에 연결된다. 채널(25)은 터빈의 주변을 링 채널(20)에 연결시키고, 채널(26)은 링 채널(20)을 확 산기(13)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(18)에 연결시킨다. 또한, 채널들(25, 26)을 통해 주변 공기가 확산기(13)의 배기 유동 채널 부분(18) 내로 유입될 수 있다. 주변 공기는 먼저 채널(25)을 통해 링 채널(20) 내로 이르고, 링 채널(20)로부터 채널(26)을 통해 확산기(13)의 배기 유동 채널 부분(18) 내로 이른다. 이로 인해, 흡입된 주변 공기는 노즐 링(11), 커버 링(19) 및 확산기(13)를 냉각시킨다. 확산기(13)의 배기 유동 채널 부분(18) 내로 통하는 채널(26)에는 차단 장치(24)가 할당 배치되며, 상기 차단 장치는 주변 공기가 확산기(13)의 배기 유동 채널 부분(18) 내로 유입되는 것을 허용하지만, 배기 가스가 채널(26)을 통해 링 채널(20) 내로, 그에 따라 터빈의 주변 내로 유입되는 것을 방지한다.
도 1 및 도 2를 참고로, 본 발명이 배기 터보 과급기의, 축류 터빈으로서 형성된 터빈의 실시예로 설명되었다. 도 3은 본 발명을 배기 터보 과급기의 반경류 터빈으로서 형성된 터빈의 실시예로 도시한다.
반경류 터빈으로서 형성된, 도 3의 터빈은 유입 하우징(27), 노즐 링(28), 터빈 회전자(29) 및 확산기(30)을 갖는다. 유입 하우징(27), 노즐 링(28), 터빈 회전자(29) 및 확산기(30)는 함께 배기 유동 채널(31)을 규정한다. 유입 하우징(27), 노즐 링(28), 터빈 회전자(29) 및 확산기(30)는 각각 배기 유동 채널 부분(32 또는 33 또는 34 또는 35)를 제공한다. 도 3에 따라 유입 하우징(27) 및 확산기(30)는 링 채널(36)을 규정하며, 상기 링 채널(36)은 배기 유동 채널(31)을 부분적으로 둘러싼다.
확산기(30)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(35)이 채널(37)을 통해 터빈 의 주변에 연결됨으로써, 주변 공기가 흡입되고 확산기(30)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(35) 내로 유입된다. 도 3에 따라 채널(37)은 링형 챔버(36)를 통해 연장된다.
도 3에 따라 채널(37)에는 차단 장치(38)가 할당 배치된다. 상기 차단 장치(38)는 주변 공기가 채널(37)을 통해 확산기(30)의 배기 유동 채널 부분(35) 내로 유입되는 것을 허용하지만, 확산기(30)의 배기 유동 채널 부분(35)으로부터 나온 배기 가스가 채널(37)을 통해 주변 공기 내로 방출되는 것을 방지한다.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 차단 장치들(24, 38)은 배기 흐름 내에, 즉 각각의 배기 유동 채널 부분(18, 35) 내에 배치되지만, 대안으로서 고장에 대한 더 양호한 접근 가능성을 위해 자유로이 접근 가능하게 (파선으로 도시) 배치됨으로써, 이것이 공기 흐름에 의해서도 냉각될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 내연기관용 배기 터보 과급기의 터빈의 개략적인 횡단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 내연기관용 배기 터보 과급기의 터빈의 개략적인 횡단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 내연기관용 배기 터보 과급기의 터빈의 개략적인 횡단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 27: 유입 하우징 11, 28: 노즐 링
12, 29: 터빈 회전자 13, 30: 확산기
14: 배기 유동 채널
15-18, 32-35: 배기 유동 채널 부분 19: 커버 링
20, 36: 링 채널 21: 배기 유동 방향
22: 블레이드 23, 25, 26, 37: 채널
24, 38: 차단 장치 31: 배기 유동

Claims (3)

  1. 내연기관의 엔진을 벗어난 배기 흐름을 팽창시키기 위한 터빈, 및 내연기관의 엔진에 공급될 연소 공기 흐름을 압축시키기 위한 압축기를 포함하고, 상기 터빈은 하나 이상의 유입 하우징, 터빈 회전자 및 확산기를 포함하고, 상기 유입 하우징, 터빈 회전자 및 확산기는 각각 터빈의 배기 유동 채널 부분을 규정하는, 내연기관용 배기 터보 과급기에 있어서, 상기 확산기(13; 30)에 의해 제공된 배기 유동 채널 부분(18; 35)이 하나 이상의 채널(23; 25, 26; 37)을 통해 상기 터빈 또는 상기 배기 터보 과급기의 주변에 연결되고, 상기 확산기(11; 30)에 의해 제공된 상기 배기 유동 채널 부분(18; 35) 내로 통하는 채널(23; 26; 37)에는 각각 하나 이상의 차단 장치(24; 38)가 할당 배치되며, 상기 차단 장치(24; 38)는 한편으로는 상기 터빈 또는 상기 배기 터보 과급기의 주변 공기가 상기 확산기(13; 30)에 의해 제공된 상기 배기 유동 채널 부분(18; 35) 내로 유입되는 것을 허용하지만, 상기 확산기(13; 30)에 의해 제공된 상기 배기 유동 채널 부분(18; 35)으로부터 나온 배기 가스가 주변 공기 내로 방출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 터보 과급기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 채널(23; 25, 26; 37)을 통해 상기 터빈 또는 배기 터보 과급기의 주변 공기가 흡입될 수 있고, 상기 터빈의 부품의 냉각을 위해 상기 부품을 지나 안내될 수 있으며 상기 확산기(13; 30)에 의해 제공된 상기 배기 유동 채널 부분(18; 35) 내로 유입될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 터보 과급기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차단 장치(24; 38)가 체크 밸브로서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기 터보 과급기.
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