KR20090087879A

KR20090087879A - 터보차저

Info

Publication number: KR20090087879A
Application number: KR1020097009407A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 피터 도를레; 올리버 슘니그
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-08-18
Also published as: US20100047054A1; JP2010509530A; US8161745B2; EP2079908A1; CN101529062A; JP5325786B2; WO2008055588A1

Abstract

본 발명은 터빈(2)을 가지고; 베어링 하우징(4)에 의해 상기 터빈(2)에 연결되는 압축기(3)를 가지는 터보차저(1)에 관한 것이며, 상기 압축기는 터보차저 축(A_L)에 수직인 기준면(BF), 웨이스트게이트 밸브를 위한 밸브 시트(11)가 구비되는 밸브 플랜지(6), 및 압축기 입구(7)까지 연결 덕트(9)를 가지는 압축기 하우징(5)을 포함하며, 상기 밸브 플랜지(6)는 상기 기준면(BF)에 대해 기울어지는 방식으로 계산 가능한 각도(α)로 배치되는 플랜지 표면(8)을 가지며, 상기 연결 덕트(9)는 기울어지는 방식으로 계산 가능한 각도(β)로 배치되는 덕트 축(A_K)을 가진다.

터보차저, 터빈, 압축기, 하우징, 밸브

Description

터보차저{TURBOCHARGER}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 터보차저에 관한 것이다.

일반적인 터보차저가 사용될 수 있는 터보차저 장착 스파크-점화 엔진들에서, 엔진 부하를 미리 정하는 역할을 하는 스로틀 플랩(throttle flap)은 공기 수집기에서 상기 터보차저의 압축기의 하류에 장착된다. 스로틀 페달이 해제될 때, 상기 스로틀 플랩은 폐쇄되고 상기 터보차저의 상기 압축기는, 그의 질량 관성의 결과로, 사실상 폐쇄된 체적에 대하여 공기를 공급할 것이다. 이는 상기 압축기가 더 이상 연속적으로 공급할 수 없고 역류들이 형성되는 결과를 초래할 것이다. 상기 압축기는 펌핑을 계속할 것이다. 그러므로 상기 터보차저의 회전 속도는 아주 갑자기 감소할 것이다.

이를 방지하기 위해서, 특정한 하부 압력(underpressure)의 위에서, 스프링 장착 밸브 요소에 의해서 압력 제어 방식으로 연결 덕트를 개방하며 상기 연결 덕트는 공기를 압축기 입구로 재순환시키는 공기 재순환 밸브(또한 오버런(overrun) 공기 재순환 밸브로 불리는)가 터보차저들에 구비될 수 있다. 이에 의해 상기 터보차저의 회전 속도가 높은 레벨로 유지되는 것이 가능하며, 뒤따르는 가속 과정이 일어나는 경우에 챠지 압력(charge pressure)이 즉시 재이용되는 것이 가능하다.

상기 타입의 공기 재순환 밸브를 가지는 공지된 터보차저들에서, 상기 공기 재순환 밸브를 위한 밸브 플랜지를 가지는 상기 압축기 하우징은 중력 다이 캐스팅 또는 샌드 캐스팅에 의해 주로 제조된다. 압력 다이 캐스팅에 의해서 이와 같은 밸브 하우징들을 제조하는 것이 또한 공지되어 있으나, 여기에서는 복수의 성형된 부품들이 서로 결합되는 것이 필요한데, 그 이유는 상기 성형된 부품들이 상기 압력 다이 캐스팅 공정에서 탈형될 수 있도록 상기 개개의 성형된 부품들의 구조들이 선택되어야 하기 때문이다. 그러나, 이는 설계 비용과 그에 따른 생산비를 증가시킨다.

그러므로 본 발명의 목적은 청구항 1의 전제부에 상술된 상기 타입의 터보차저를 만드는 것이며, 상기 터보차저의 압축기 하우징은 압력 다이 캐스팅에 의해 비용대비 효과가 큰 방식으로 일체로 제조될 수 있다.

상기 목적은 청구항 1의 특징들에 의해 달성된다.

종속항들 2 내지 6은 본 발명의 유익한 개량들에 관한 것이다.

상기 압축기 하우징의 연결 덕트의 결과로서, 상기 연결 덕트는 상기 압축기의 나선으로부터 압축기 입구까지 인도하며, 상기 공기 재순환 밸브를 위한 밸브 플랜지의 플랜지 표면이 상기 압축기 하우징의 기준 측면에 대하여 0°보다 큰 각도로 배열되므로, 상기 각도들이 0°보다 큰 값으로 설정되기 때문에 상기 캐스팅 공정 후에 상기 압축기 하우징에서 인출될 수 있는 소위 슬라이드들이라고 불리는 것을 상기 압축 다이 캐스팅 공정 중에 사용하는 것이 가능하며, 이는 본 발명에 따른 상기 터보차저의 상기 압축기 하우징이 압력 다이 캐스팅에 의해 비용대비 효과가 큰 방식으로 일체로 제조되는 것을 가능하게 만든다.

청구항 7은 독립적으로 거래될 수 있는 물건으로서 본 발명에 따른 압축기 하우징을 한정한다.

본 발명의 추가적인 상세한 내용들, 이점들과 특징들은 도면에 기초한 실시예의 아래의 설명들로부터 얻어질 수 있으며:

도 1은 터보차저의 기본 디자인을 설명하기 위한 본 발명에 따른 상기 터보차저의 사시도를 보이며;

도 2는 도 1에 따른 터보차저를 위한 본 발명에 따른 압축기 하우징을 관통하는 단면도를 보인다.

도 1은 본 발명에 따른 터보차저(1)의 기본 구성요소들을 도시하며, 상기 터보차저(1)는, 종래와 같이, 터빈(2) 및 베어링 하우징(4)에 의해 상기 터빈(2)에 연결되는 압축기(3)를 포함한다. 로터축, 압축기 휠 및 터빈 휠과 같은, 모든 다른 종래의 구성요소들도 물론 또한 제공되지만, 상기 구성요소들은 본 발명의 원리들을 설명하기 위해서는 필요하지 않기 때문에 아래에서는 더 이상 상세하게 설명되지 않는다.

도 2는 상기 압축기(3)의 압축기 하우징(5)의 단면도를 보인다.

상기 압축기 하우징(5)은 터보차저 축(A_L)에 수직으로 배열되고 상기 베어링 하우징 측의 방향을 향해 축방향으로 상기 나선의 경계를 정하는 기준면(BF)을 가진다.

상기 압축기 하우징(5)은 도입부에서 설명되었으며 도 2에 더 이상 상세하게 도시되지 않은 상기 공기 재순환 밸브가 고정될 수 있는 밸브 플랜지(6)를 또한 가진다. 이를 위해, 상기 밸브 플랜지(6)는 밸브 개구부(10)가 배치되는 플랜지 표면(8)을 가지며, 상기 밸브 개구부(10)는 연결 덕트(9)에 의해 압축기 입구(7)와 연결되어 있다. 상기 밸브 플랜지(6)는 또한 상기 공기 재순환 밸브의 폐쇄 요소(도시되지 않음)를 위한 밸브 시트(11)를 가진다.

도 2에 보여지는 바와 같이, 덕트 축(A_K)은 상기 밸브 시트에 대해 각도(α)로 배치된다.

게다가, 상기 플랜지 표면(8)은 상기 기준면(BF)에 대해 각도(α)로 배치되며, 상기 각도(β)와 마찬가지로, 상기 각도(α)는 도시된 실시예에서 0°보다 크게 설계되며, 바람직하게는 예각으로 설계된다. 간단한 방식으로 상기 각도(α)의 위치를 도시할 수 있도록 하기 위해 라인(BF’)은 상기 기준면(BF)의 평행 이동을 나타낸다.

0°보다 큰 각도 치수들로 상기 각도(α)와 각도(β)를 선택함으로써, 압축 다이 캐스팅에 의해 상기 압축기 하우징(5)을 일체로 제조하는 것이 가능한데, 그 이유는, 0°보다 큰 상기 각도(α)와 각도(β)의 상응하는 선택에 의해, 상기 연결 덕트(9)가 형성될, 주조되는 상기 압축기 하우징의 영역에 슬라이드를 배치하는 것이 가능하고, 상기 슬라이드는 상기 주조 공정 후에 상기 압축기 하우징(5)으로부터 제거될 수 있기 때문이다.

β가 15 내지 60°의 범위에 놓여 있으며 α가 0 내지 60°의 범위에 놓여 있는 것이 특히 유익하다는 것이 입증되었다.

비록 본 발명은 도 2에 따른 특히 바람직한 실시예에 기초하여 위에서 설명되었지만, 상기 각도(α)와 각도(β)가 도 2에 작도된 변수들을 참조하여 일반적인 형태로 계산되는 것이 가능하다. 상기 변수들은 다음과 같이 정의된다:

α 상기 밸브 플랜지 또는 파이프(6)의 경사각

β 상기 연결 덕트 또는 가로 덕트(9)의 경사각

A: 상기 밸브 개구부(10)의 내경

B: 공기 재순환 밸브 조절 덕트(12)의 내경

C: 밸브 시트(11)로부터 플랜지 표면(8)까지의 간격

D: 상기 연결 덕트(9)의 내경

E: 상기 기준면(BF)으로부터 압축기 휠(도시되지 않음)의 블레이드들의 외부 에지들(blade leading edges)의 평면에 의해 미리 결정되는 상기 축(A_K)와 축(A_L)의 교차점까지의 간격

F: 상기 나선의 단면의 중심으로부터 상기 터보차저 축(A_L)까지의 간격

G: 상기 밸브 개구부(10)의 중심점으로부터 상기 터보차저 축(A_L)까지의 간격

I: 상기 기준 측면 또는 기준면(BF)과 상기 밸브 개구부(10)의 상기 중심점 사이의 간격

V: 밸브 플랜지 축(A_VF)과 상기 나선의 단면의 중심의 교차점으로부터 상기 기준면(BF)까지의 간격

R: 상기 압축기 입구(7)의 내벽으로부터 상기 터보차저 축(A_L)까지의 간격

상기 변수들을 기초로 하여, 상기 각도(α)와 각도(β)는 다음과 같이 계산될 수 있다:

α= arctan ((G-F)/(I-V))

β= arctan [

]

참조 부호들의 목록

1 터보차저

2 터빈

3 압축기

4 베어링 하우징

5 압축기 하우징

6 밸브 플랜지

7 압축기 입구

8 플랜지 표면들

9 연결 덕트

10 밸브 개구부

11 밸브 시트

12 조절 덕트

13 흡입관

14 탈형 에지

BF 기준면

BF?상기 기준면(BF)의 수평 이동들

A_L 터보차저 축

A_K 덕트 축

A_VF 밸브 플랜지 축

α,β 각도들, 바람직하게는 각각 12° 및 25°

Claims

터빈(2)을 가지며;

베어링 하우징(4)에 의해 상기 터빈(2)에 연결되며 압축기 하우징(5)을 포함하는 압축기(3)를 가지고, 상기 압축기 하우징(5)은 터보차저 축(A_L)에 수직인 기준면(BF), 오버런 공기 재순환 밸브를 위해 밸브 시트(11)가 구비되는 밸브 플랜지(6), 및 또한 압축기 입구(7)까지 연결 덕트(9)를 가지는 터보차저(1)에 있어서,

상기 밸브 플랜지(6)는 상기 기준면(BF)에 대해 각도(α)로 기울어지도록 배치되는 플랜지 표면(8)을 가지며, 상기 각도(β)는 다음과 같이 정의되며:

α= arctan ((G-F)/(I-V))

여기서

F: 상기 나선의 단면의 중심으로부터 상기 터보차저 축(A_L)까지의 간격이며,

G: 상기 밸브 개구부(10)의 중심점으로부터 상기 터보차저 축(A_L)까지의 간격이며,

I: 상기 기준 측면 또는 기준면(BF)과 상기 밸브 개구부(10)의 상기 중심점 사이의 상기 밸브 플랜지(6)의 간격이며,

V: 밸브 플랜지 축(A_VF)과 상기 나선의 단면의 중심의 교차점으로부터 상기 기준면(BF)까지의 간격이며,

상기 연결 덕트(9)는 다음과 같이 정의되는 각도(β)에 의해 기울어지도록 배치되는 덕트 축(A_K)을 가지며:

β= arctan [
]

여기서:

A: 상기 밸브 플랜지(6)의 내경이며,

E: 상기 기준면(BF)으로부터 압축기 휠의 블레이드들의 외부 에지들(blade leading edges)의 평면까지의 간격에 의해 형성되는 외형의 높이(contour height)이며,

R: 상기 압축기 입구(7)의 내벽으로부터 상기 터보차저 축(A_L)까지의 간격인 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항에 있어서,

상기 각도들(α,β)은 0°보다 큰 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 각도들(α,β)은 예각들인 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각도(α)는 0°에서 60°까지의 범위에 놓여 있으며 상기 각도(β)는 15°에서 60°까지의 범위에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각도(α)는 대략 12°이며 상기 각도(β)는 대략 25°인 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압축기 하우징(5)은 압축 다이 캐스트 하우징인 것을 특징으로 하는 터보차저.
터보차저 축(A_L)에 수직인 기준면(BF)을 가지며;

오버런 공기 재순환 밸브를 위한 밸브 플랜지(6)를 가지며; 및

압축기 입구(7)까지 연결 덕트(9)를 가지는 터보차저(1)의 압축기 하우징(5)에 있어서,

제1항 내지 제6항의 특징들을 나타내는 특성들 중의 적어도 하나를 특징으로 하는 터보차저의 압축기 하우징.