KR20090118922A - 컴프레서 하우징 - Google Patents

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KR20090118922A
KR20090118922A KR1020097016391A KR20097016391A KR20090118922A KR 20090118922 A KR20090118922 A KR 20090118922A KR 1020097016391 A KR1020097016391 A KR 1020097016391A KR 20097016391 A KR20097016391 A KR 20097016391A KR 20090118922 A KR20090118922 A KR 20090118922A
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KR1020097016391A
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폴 디 다이머
에드워드 알 패넥
데이비드 쥐 그라보브스카
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보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

실속(stall) 소음을 저감시킬 수 있는 터보차저(501) 또는 기타 다른 공기 부스트 장치용 컴프레서부(100)가 제공된다. 상기 컴프레서부는 막힌 홈(175,275)이 형성되어 있는 하우징(110)을 포함한다. 상기 막힌 홈(175,275)은 하나 이상의 블레이드(150)의 전연부(155)에 근접하여 위치될 수 있고, 스플리터 블레이드(150)의 전연부(155)에 걸쳐있을 수도 있다. 상기 막힌 홈(175,275)은 기계가공 및/또는 주조기법을 통해 형성될 수 있다. 상기 막힌 홈(175,275)은 실질적으로 균일한 폭과 깊이를 가질 수 있으며, 임펠러(130)를 외접하는 연속적 환형통로를 형성할 수 있다.

Description

컴프레서 하우징{COMPRESSOR HOUSING}
본 발명은 내연기관용 터보과급 시스템, 특히, 컴프레서 하우징에 관한 것이다.
터보차저는 내연기관에 널리 사용되고 있으며, 과거에는 특히 고속도로 트럭 및 선박분야용으로 대형 디젤엔진과 함께 사용되었다. 컴프레서 임펠러 휠은 엔진의 크랭크축에서 직접 동력을 얻는 수퍼차저 및 엔진 배기가스로 구동되는 터보차저 모두에 사용된다.
더 최근에는, 대형 디젤엔진과 관련된 사용 이외에도, 터보차저는 소형 승용차 동력장치(power plant)와 관련해서 인기가 높아왔다. 승용차 분야에서의 터보차저 사용으로 소형의 저질량 엔진에서 같은 양의 마력을 발전시키는 동력장치를 선택할 수 있게 된다. 저질량 엔진을 사용함으로써, 차량의 전체중량 감소, 스포티 성능의 증가 및 연비(fuel economy) 개선의 바람직한 효과를 가져온다. 또한, 터보차저를 사용함으로써, 엔진에 전달된 연료가 더 완전하게 연소되어 엔진의 탄화수소 배출을 저감시키고 이는 더 깨끗한 환경이라는 아주 바람직한 목표에 기여한다.
터보차저의 디자인과 기능에 대해 예를 들면 종래기술인 미국 특허 제 4,705,463호, 제 5,399,064호 및 제 6,164,931호에 상술되어 있으며, 이는 본원에 참조문헌으로 인용된다.
전형적으로 터보차저 유닛은, 엔진 배기가스 매니폴드에 작동상 연결되는 터빈, 엔진 흡기 매니폴드에 작동상 연결되는 컴프레서 및 터빈휠의 회전으로 인해 컴프레서 임펠러가 회전하도록 터빈과 컴프레서를 연결하는 축(shaft)을 포함한다. 터빈은 배기 매니폴드 내 유동하는 배기가스에 의해 구동되어 회전한다. 컴프레서 임펠러는 터빈에 의해 구동되어 회전하며, 컴프레서 임펠러가 회전함에 따라 엔진 실린더들에 전달된 공기의 질량유량, 공기유량 밀도 및 공기압력이 증가된다.
터보차저 컴프레서는 세가지의 기본 구성요소, 즉 컴프레서 휠, 디퓨저 및 하우징으로 구성된다. 보통 컴프레서는 축방향으로 공기를 끌어들이고, 휠의 회전속도를 통해 공기를 고속(high velocity)까지 가속시키며, 공기를 반경방향으로 방출함으로써 작동된다. 디퓨저는 고속의 공기를 서행시키고 그 대신 압력과 온도를 증가시킨다. 디퓨저는 컴프레서의 후판과 소용돌이 형상(volute) 하우징의 일부분으로 형성되어 결과적으로 공기를 수집하고 공기가 압축기 출구에 이르기 전에 서행시킨다.
컴프레서 휠의 블레이드들은 (a) 공기를 끌어들이고, (b) 공기를 가속시키며 (c) 상승된 압력에서 공기를 바깥쪽으로 배출시켜 컴프레서 하우징의 소용돌이 형상(volute-shaped) 챔버 내로 보내기 위해 매우 복잡한 형상을 지니고 있다. 효율을 최대화시키고 와류현상을 최소화시키는 이들 세가지 특징적인 기능들을 달성하기 위해, 블레이드들은 보통 별개의 세 영역을 가진다.
첫째로, 블레이드의 전연부(leading edge)는 뾰족한 피치나선으로서 표현될 수 있고, 공기를 퍼와서(scoop in)하여 축방향으로 이동시키도록 이용된다. 블레이드의 전연부만을 고려해 볼 때, 외팔보형 또는 아웃보드(outboard) 블레이드 끝단은 허브에 가장 가까운 부분보다 빠르게 (MPS) 회전하며, 일반적으로는 허브에 가장 가까운 부분보다 더 큰 피치각을 가지고 있다. 그러므로, 블레이드 전연부의 받음각(angle of attack)은 허브 가까이의 저피치로부터 전연부의 바깥쪽 끝단에서 고피치로 뒤틀리게 된다. 게다가, 블레이드의 전연부는 일반적으로 활처럼 굽어져 있으며 평면이 아니다. 또한, 블레이드의 전연부는 일반적으로 허브 가까이에 “함몰부”, 그리고 블레이드 끝단의 바깥쪽 3분의 1을 따라서 “돌출부” 또는 볼록부를 가지고 있다. 이러한 설계특징들 모두는 축방향으로 공기를 끌어들이는 기능을 강화하기 위함이다.
다음으로, 블레이드의 제 2 영역에 있어서, 블레이드는 공기유동의 방향을 축방향에서 반경방향으로 변경하고, 동시에, 공기를 빠르게 원심회전 및 고속까지 가속시키는 방식의 곡선으로 구부러져 있으므로, 공기가 임펠러를 떠난 후 소용돌이 형상의 챔버 내에서 확산되는 경우, 에너지는 압력상승의 형태로 회수된다. 공기는, 바닥공간을 한정하는 허브의 반경방향으로 확대된 원반모양 부분과 컴프레서 휠 하우징의 내벽 사이 뿐만 아니라 블레이드들 사이에 한정된 공기유동 채널들을 통해 안내되며, 여기서 하우징-바닥 간격은 공기 유동의 방향으로 갈수록 좁아진다.
마지막으로, 제 3 영역에 있어서, 블레이드는 후연부(trailing edge)를 종점으로 하여, 컴프레서 휠 외부로 공기를 억지로 내몰도록 설계된다. 이러한 블레이 드 후연부는, (a) 피치, (b) 반경방향으로부터의 각도 오프셋 및/또는 (c) 후방 테이퍼부 또는 후방 스윕부(sweep)(전연부에 있는 전방 스윕부와 함께 블레이드를 전체적으로 “S” 모양으로 만듬)를 구비하여, 일반적으로 복잡하게 설계되어 있다. 이런 식으로 방출되는 공기는 높은 유량 뿐만 아니라 높은 압력을 지닌다.
터보차저 내에서의 컴프레서의 동작은 터보차저와 관련된 “컴프레셔 맵”을 사용하여 그래프로 보여질 수 있으며, 이 그래프의 종축에는 압력비(컴프레서 배출구압력/흡입구압력)가 횡축에는 유량이 표시된다. 일반적으로, 컴프레서 휠의 동작은 컴프레서 맵의 좌측으로는 “서지선(surge line)”에 의해 그리고 컴프레서 맵의 우측으로는 “초크선(choke line)”에 의해 제한된다. 서지선은 기본적으로 컴프레서 입구에서의 공기유동 “실속(stalling)”현상을 나타낸다. 공기가 컴프레서 임펠러의 블레이드간 공기통로들을 통과함에 따라, 블레이드 표면들에 경계층들이 형성된다. 이러한 공기의 낮은 운동량(momentum)-질량은 차단 및 손실 발생원으로 인식되어 있다. 너무 적은 체적이 유동하고 역압력 구배가 너무 높을 시, 경계층은 더 이상 블레이드의 흡입면에 접착되지 않는다. 경계층이 블레이드로부터 분리되면, 실속 및 역류현상이 발생한다. 실속현상은, 양의 체적유량의 작용으로, 안정적인 압력비가 성립될 때까지 지속되기도 한다. 그러나, 압력이 다시 상승하면, 이 사이클은 반복될 것이다. 유동 불안정은 상당히 고정된 빈도로 지속되며, 그 결과 나타나는 반응이 “서지(surging)”현상으로 알려져 있다. “초크선”은 원심 컴프레서의 체적유량을 압력비의 함수로 나타낸 것이며, 여기서 체적유량은 예를 들어, 스로트(throat)라 불리는, 블레이드 간 통로의 최소 단면적에 의해 제한 받는다. 컴프레서 흡입구 또는 다른 스로트 위치에서의 유량이 음속에 이르면, 더 이상의 유량증가는 불가능하며 초킹이 초래된다. 컴프레서에 있어서 서지 및 쵸킹은 모두 방지되어야 한다.
Fisher et al.에 허여된 미국 특허 제 4,743,161호에서 임펠러 실속현상의 문제점을 제기하려는 시도를 찾아볼 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, Fisher et al.이 보여주고자 하는 것은 샤프트(13)에 장착된 임펠러 휠(12)을 구비하는 터보차저 컴프레서 하우징(10) 내의 재순환 통로(36)이다. 휠(12)은 복수의 블레이드 또는 베인(14)을 포함하되, 각 블레이드 또는 베인은 전연부(16), 후연부(18) 및 외측 프리에지부(20)로 구성된다. 하우징(10)은 공기과 같은 가스용 흡기구(24)를 한정하는 외벽(22) 및 환형 디퓨저(27)로부터의 압축공기를 전달하는 통로 또는 볼류트(26)를 포함한다. 내벽(28)은 임펠러로의 흡입구(30)를 한정하고, 내벽(28)의 내부표면(32)은 블레이드 또는 베인(14)의 외측 프리에지(20)에 아주 근접하고 극히 유사한 윤곽을 띠고 있다. 내벽(28)은 임펠러 휠(12)의 블레이드(14)로부터 상류쪽으로 짧은 거리만큼 연장되어 벽들(22와 28)사이에 환형 공간 또는 환형 챔버(34)를 형성한다. 환형 챔버(34)는 부분적으로 임펠러 휠(12)을 에워싸고 있다. 내벽(28)에는 환형 슬롯(slot)(36)이 형성되어 있으며, 일련의 얇은 금속판(web)(38)은 환형 슬롯(26)을 그의 외주 둘레로 간격을 두고 연결시키는 역할을 한다. 슬롯(36)은 블레이드(14)의 전연부(16)에서 최소압력지점에 이르는 거리의 73%되는 곳에 위치하고, 블레이드 전연부(16)로부터의 임펠러 블레이드(14) 길이의 30%에 해당하는 길이를 가진다.
Fisher의 재순환 통로(36)는 초크 입구상에 양(positive)의 차압을 생성하고 서지 입구상에 음(negative)의 차압을 생성하는 목적에 쓰인다. 재순환 통로(36)가 차압을 저감시키는 데 일조하는 반면, 더 많은 소음을 발생시킨다는 문제를 야기한다. 더욱이, 재순환에 있어서, 동일한 공기가 컴프레서 통로를 두번 통과하기 때문에, 컴프레서에서의 작업 부하가 증가된다.
그러므로, 효율을 유지하는 반면 실속 소음(stall noise)을 저감시키는 컴프레서 하우징이 필요하다. 또한, 비용효율적이고, 연료 효율적이며 저가로 제조될 수 있는 하우징이 필요하다.
하우징의 바람직한 실시예들 및 상기 하우징을 사용하는 터보차저 또는 기타 공기 부스트 장치는 실속 소음을 저감시킨다. 하우징은 컴프레서부 내 선회 실속이 발생한 곳 주위에 유동 통로를 제공할 수 있으며, 그 결과 컴프레서가 실속되는 동안에 발생하는 소음을 저감시키거나 제거하게 된다.
일 측면에 따르면, 임펠러 블레이드들을 구비하는 공기 부스트 장치용 컴프레서 하우징이 제공된다. 상기 컴프레서 하우징은, 내부표면을 가지며 디퓨저 및 임펠러 챔버를 한정하는 몸체를 포함한다. 상기 임펠러의 적어도 일부가 상기 임펠러 챔버 내에 장착된다. 상기 내부표면은 상기 임펠러를 외접하고 있는 막힌 홈(blind groove)을 가짐으로써 연속적 환형통로를 형성한다. 상기 막힌 홈은 상기 디퓨저의 상류에 위치한다.
다른 측면에 따르면, 터빈 로터를 구비하는 터빈 하우징; 내부표면을 가지며 임펠러 챔버를 한정하는 컴프레서 하우징; 및 상기 컴프레서 하우징에 장착되고 복수의 블레이드를 구비하는 컴프레서 임펠러를 포함하는, 터보차저가 제공된다. 컴프레서 임펠러 구동용 터빈 로터에 상기 컴프레서 임펠러가 작동상 연결된다. 상기 컴프레서 하우징의 내부표면에는 상기 컴프레서 임펠러의 복수의 블레이들에 근접하여 막힌 홈이 형성되어 있다.
또 다른 측면에 따르면, 터보차저 내의 실속 소음을 저감시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은 하우징의 내부표면을 따라서 막힌 홈을 임펠러 블레이드들에 근접하게 형성함으로써 선회실속이 발생하는 곳의 둘레로 유동 통로를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 공기 부스트 장치 내 실속 소음의 저감 또는 제거에 관한 것이다. 본 발명의 여러 측면들이 디퓨저 및 스크롤을 포함한 다양한 구성요소들이 구비된 컴프레서부와 관련되어 설명되겠지만, 여기의 상세 설명은 단지 예시적 목적으로 사용된다. 도 2 내지 도 5가 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시하고 있지만, 본 발명은 도시된 구조나 분야에 제한되지는 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 터보차저용 또는 기타 다른 공기 부스트 장치용 컴프레서부가 도시되어 있고 일반적으로 참조번호 100으로 표시되었다. 컴프레서부(100)는 임펠러 챔버(115), 디퓨저(120) 및 스크롤(125)을 한정하는 하우징 또는 몸체부(110)를 포함한다. 컴프레서부(100)는 컴프레서 임펠러(130)를 회전가능하게 수용하며, 여기서 컴프레서 임펠러는 유체를 압축하고, 이 유체를 디퓨저(120)와 스크롤(125)을 통해 안내하며, 압축된 유체를 내연기관과 같은 목적지에 전달한다. 임펠러(130)는 복수의 블레이드들을 구비할 수 있으며, 예를 들어, 전연부(145)가 형성된 풀 블레이드(full blades)(140)와 전연부(155)가 형성된 스플리터 블레이드(splitter blades)(150)가 교번으로 배치되어 허브(135)에 연결된다. 본원은, 컴프레서부(100)를 구비하되 알루미늄, 티타늄 및 이들의 합금을 포함하는 다양한 재료로 제조되는 것은 물론 다양한 크기, 형상 및 블레이드 구조를 가지는, 다양한 컴프레서 임펠러의 사용도 고려한다. 컴프레서 임펠러(130)의 구체적 크기, 형상, 블레이드 구조 및 재료는 당해분야의 기술 중 하나를 통해, 원하는 공기 부스트 성능을 포함하는 다수의 요인들을 바탕으로 선택할 수 있다.
하우징(110)에는 하우징의 내부표면(112)을 따라 형성된 막힌 홈(blind groove) 또는 통로(channel)(175)가 마련되어 있다. 바람직하게는, 홈(175)은 스플리터 블레이드들(150)의 전연부(155)에 인접하여 위치하며, 임펠러(130)를 외접하는 연속적 환형 경로를 형성한다. 홈(175)은 바람직하게 임펠러(130)의 회전축에 직각을 이루는 평면에 있다. 하지만, 본원은 홈(175)에 대해 기타 다른 형상, 방향 및 평면은 물론 불연속적 경로의 사용도 고려한다.
홈(175)의 특정의 형상, 방향, 평면 및 연속성은 임펠러(130)의 크기, 형상 및 블레이드 구조를 포함하는 다수의 요인들을 바탕으로 선택할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 도 3에 더 명확히 도시된 바와 같이, 홈(175)은 하우징(110)의 내부 표면(112)를 따라서 위치됨으로써, LE선으로 보여진 것과 같이 스플리터 블레이드(150)의 전연부(155)에 걸쳐지게 된다. 도 2-3의 바람직한 실시예는 특정한 크기 및 형상을 가지는 일체형(one-piece) 하우징(110)을 포함한다. 하지만, 본원은 또한 둘 이상의 하우징부로부터 조립되는 것은 물론 다른 기타 크기 및 형상을 가지는 컴프레서 하우징의 사용을 고려한다. 하우징(110)은 알루미늄 같은 다양한 재료들 및 재료들의 조합으로 제작될 수 있고, 다양한 처리와 도포과정을 포함할 수 있다.
연속적 환형홈 또는 통로를 형성하도록, 홈(175)은 바람직하게는 하우징(110)의 내부표면(112)을 외접하고 있다. 홈(175)은 대향하는 측벽들(180과 185) 및 홈을 통해 체적을 한정하는 기저부(190)를 구비한다. 홈(175)의 축방향 폭은 바람직하게는 1 내지 4 mm 사이의 범위, 그리고 더 바람직하게는 1.75 내지 2.75 mm 사이의 범위에 있다. 홈(175)의 반경방향 깊이는 바람직하게는 1 내지 4 mm 사이의 범위, 그리고 더 바람직하게는 1.75 내지 2.75 mm 사이의 범위에 있다. 하지만, 본원에서는 터보차저 또는 기타 다른 공기 부스트 장치의 크기 및 압력비를 포함하는 다수의 요소를 바탕으로 다른 치수들의 홈(175)을 선택하는 것도 고려한다. 예를 들어, 반경방향 깊이가 2.75 mm를 초과하는 홈(175)을 선택할 수 있지만, 더 큰 치수들은 컴프레서 하우징의 벽두께에 의해 제한받는다. 비록 본원에서 비균일적 폭 및/또는 깊이를 가지는 홈(175)의 사용을 고려하고는 있지만, 균일한 폭과 깊이를 가지는 홈이 바람직하다.
홈(175)은 기계가공을 통해 내부표면(112) 내에 형성될 수도 있고, 하우징(110)에 주조될 수도 있으며, 주조와 기계가공의 조합으로 형성될 수도 있다. 도 2-3의 바람직한 실시예는 단면도에 있어서 실질적으로 정사각형 또는 U-형상의 홈(175)을 가지고 있지만, 본원은 홈을 형성함에 있어서 기타 다른 형상들의 사용도 고려하고 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 곡선모양 또는 실질적으로 반구형인 홈(275)을 하우징(110)의 내부표면(112)을 따라 형성하여 컴프레서 실속 소음을 저감시킬 수 있다. 곡선모양의 홈(275)은 바람직하게는 스플리터 블레이드(150)의 전연부(155)에 근접하여 위치하고, 더 바람직하게는 LE선으로 보여진 것과 같이 스플리터 블레이드의 전연부에 걸쳐지게 된다. 홈(275)의 곡선모양은 대칭 또는 비대칭을 이룰 수 있으며, 주조, 기계가공 또는 주조와 기계가공의 조합을 통해 형성될 수 있다. 본원은 또한 기타 다른 형상의 단면도를 가지는 홈(175와 275)도 고려하고 있다.
컴프레서 하우징(110)의 내부표면(112)을 따라 형성된 홈(175)을 사용함으로써 검사하는 동안 컴프레서 실속 소음이 저감되었다. 이들 결과는 실시예 1에 자세히 상술되어 있다.
실시예 1
도 2-3의 바람직한 실시예인 컴프레서부(100)와의 비교대상용으로 현대식 컴프레서부가 사용되었으며, 이 컴프레서부는 직경 67 mm의 임펠러 및 임펠러의 스플리터 블레이드 전연부에 근접하게 위치되는 상당히 매끄러운 내부표면을 가지는 하 우징을 구비한다. 실속을 유도하기 위해 현대식 컴프레서부의 임펠러를 최대속도의 약 75%로 회전시켰다. 실속 소음은 약 48-50 dba로 측정되었다.
직경 67 mm를 가지는 컴프레서 임펠러(130)를 도 2-3의 바람직한 실시예에 따른 하우징(110) 내에 장착하였다. 하우징(110)에는 축방향으로 2 mm의 폭과 반경방향으로 2 mm의 깊이를 가지는 연속적 홈(175)이 마련되었다. 하우징(110)의 내부표면(112)을 따라 홈(175)을 형성하여 스플리터 블레이드(150)의 전연부(155)에 걸쳐지도록 하였다. 실속을 유도하기 위해 임펠러(130)를 최대속도의 약 75%로 회전시켰다. 컴프레서부(100)의 바람직한 실시예의 경우 실속 소음은 약 38 dba로 측정되었다. 홈(175)의 사용으로 인해 컴프레서가 실속되는 동안의 소음이 상당히 저감되었다.
도 5를 참조하면, 터보차저(501)는 터빈 하우징(502), 중앙부 하우징(503) 및 컴프레서 하우징(503a)을 구비하며, 이들 하우징은 서로 연결되어 회전축 R을 따라 위치되어 있다. 터빈 하우징(502)에는 지지고리(506)의 외주에 걸쳐 배치된 가이드 베인(507)의 외부 가이드 격자부가 마련되어 있다. 지지고리(506)의 구멍(bores)에 삽입된 선회축(508)에 의해 가이드 베인(507)이 선회함으로써, 베인(507)의 선회 위치에 따라서 각 베인쌍은 선택적 가변성의 단면을 지니는 노즐을 한정하게 된다. 이는 더 많은 또는 더 작은 양의 배기가스를 터빈로터(504)로 공급가능하게 한다.
배기가스는 흡입구(600)가 마련된 공급통로(509)에 의해 가이드 베인들(507) 및 로터(504)에 공급된다. 배기가스는 중앙부 급기단관(central short feed pipe)(510)을 통해서 배출되고, 로터(504)는 컴프레서 휠, 임펠러 또는 휠의 축(520)에 고정된 로터(521)를 구동한다. 본원은 또한 하나 이상의 터빈 하우징(502), 중앙부 하우징(503) 및 컴프레서 하우징(503)이 서로에 통합되게 형성되는 것도 고려한다.
가이드 베인들(507)의 위치제어를 위해, 제어 하우징(512)을 구비하는 작동장치(511)가 제공되어도 되며, 여기서 제어 하우징은 그 안에 수용된 막자부재(pestle member)(514)의 작동 동작을 제어하고, 막자부재의 축방향 동작은 지지고리(506) 후방에 놓여진 조절 또는 제어 고리(505)의 회전 동작으로 전환된다. 이러한 회전 동작에 의해, 가이드 베인들(507)은 실질적으로 접선방향 맨끝의 위치에서 실질적으로 반경방향으로 연장된 맨끝의 위치로 옮겨간다. 이러한 방법으로, 공급통로(509)에 의해 공급되는, 많거나 적은 양의 연소모터로부터의 배기가스는 터빈로터(504)로 공급되고 축방향 공급관(510)을 통해서 배출된다.
베인 지지고리(506)과 터빈 하우징(502)의 고리형상부(515) 사이에는 비교적 작은 공간(513)이 마련되어, 베인(507)이 자유롭게 동작할 수 있도록 한다. 베인공간(513)의 형상과 치수는, 고온의 배기가스로 인한 열팽창을 허용하면서 터보차저(501)의 효율을 상승시키도록 선택될 수 있다. 베인공간(515)의 폭과 맞은편 하우징 고리(515)로부터의 베인 지지고리(506)의 거리를 보장하기 위해, 베인 지지고리(506)상에는 스페이서들(516)이 형성된다. 기타 다양한 터보차저 구성요소들이 또한 컴프레서 휠(521)과 터보차저(501)용으로 사용될 수 있다. 컴프레서 하우징(503a)의 내부표면을 따라 홈(175)을 형성함으로써 컴프레서 실속 소음을 저감 또는 제거시킨다.
비록 자동차 또는 트럭산업용에 적합한 실시예와 관련하여 컴프레서 임펠러 또는 컴프레서 휠이 상세한 설명과 함께 본원에 기재되어 왔지만, 컴프레서 휠과 그의 제조방법이, 연료 셀로 구동되는 차량들 및 기타 다른 공기 부스트 장치들과 같은 다수의 다른 분야에도 적합하다는 것이 곧 명백해질 것이다. 바람직한 실시예들의 특징은 실속현상을 경험하는 기타 다른 임펠러들의 하우징에 적용될 수 있다. 비록 본 발명이 차량용 내연기관 컴프레서 임펠러에 관한 일정한 특수성을 가지는 바람직한 형태로 설명되어 왔지만, 본원의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 구조의 세부사항들 및 그 조합의 구성에 있어서 많은 변경이 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않은 한도내에서 가능하다는 것을 이해하여야 한다.
본원에 첨부되는 도면들은 본 발명을 예시하되 한정하고자 함이 아니며, 도면에서 동일한 참조번호는 유사한 부품을 가리킨다.
도 1은 현대식 터보차저 시스템의 컴프레서부를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 부스트 장치의 컴프레서부의 바람직한 실시예의 단면도이다.
도 3은 도 2의 컴프레서부 일부의 확대도로서 임펠러 부분만 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 공기 부스트 장치의 컴프레서부의 다른 바람직한 실시예의 확대도로서 임펠러 부분만 도시한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 컴프레서 하우징 내에 막힌 홈(blind groove)을 사용하는 터보차저의 단면사시도이다.

Claims (20)

  1. 블레이드들(150)을 구비하는 임펠러(130)를 가지는 공기 부스트 장치용 컴프레서 하우징(110)에 있어서,
    내부표면(112)을 포함하고 디퓨저(120) 및 임펠러 챔버(115)를 한정하는 몸체부로 구성되며, 상기 임펠러(130)는 상기 임펠러 챔버(115) 내에 적어도 부분적으로 장착되며, 상기 내부표면(112)에는 상기 임펠러(130)를 외접하는 막힌 홈(175,275)이 마련되어 연속적 환형통로를 형성하고, 상기 막힌 홈(blind groove)(175,275)은 상기 디퓨저(120)의 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징(110).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)은 상기 임펠러(130)의 하나 이상의 블레이드(150)의 전연부(155)에 근접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징(110).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)은 상기 내부표면(112)을 따라 위치됨으로써 상기 임펠러(130)의 하나 이상의 블레이드(150)의 전연부(155)에 걸쳐지는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징(110).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)의 축방향 폭은 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징(110).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)의 반경방향 깊이는 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징(110).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)의 축방향 폭은 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있고, 반경방향 깊이는 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있으며, 상기 폭과 깊이는 실질적으로 상기 연속적 환형통로를 따라 균일한 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징(110).
  7. 터빈로터(504)가 마련된 터빈 하우징(502);
    내부표면(112)을 가지며 및 임펠러 챔버(115)를 한정하는 컴프레서 하우징(110); 및
    상기 컴프레서 하우징(110) 내에 장착되고, 복수의 블레이드들(150)을 가지며, 상기 컴프레서 임펠러(130)를 구동하는 상기 터빈로터(504)와 작동상 연결되어 있는 컴프레서 임펠러(130)를 포함하고,
    상기 컴프레서 하우징(110)의 상기 내부표면(112)에는 상기 컴프레서 임펠 러(130)의 상기 복수의 블레이드(150)들에 근접하여 위치하는 막힌 홈(175,275)이 마련되는 것을, 특징으로 하는 터보차저(501).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)은 하나 이상의 상기 복수의 블레이드(150)들의 전연부(155)에 근접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 터보차저(501).
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 블레이드들(150)은 복수의 풀 블레이드들(140) 및 복수의 스플리터 블레이드들(150)을 포함하며, 상기 막힌 홈(175,275)은 상기 복수의 스플리터 블레이드(150)들의 전연부(155)에 근접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 터보차저(501).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)은 상기 복수의 스플리터 블레이드(150)의 전연부(155)에 걸쳐지는 것을 특징으로 하는 터보차저(501).
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 컴프레서 하우징(110)은 적어도 부분적으로는 디퓨저(120)를 한정하고, 상기 막힌 홈(175,275)은 상기 디퓨저(120)의 상류에 위치하며, 상기 막힌 홈(175,275)은 상기 컴프레서 임펠러(130) 전연부(145)의 하류에 위치하는 것은 특징으로 하는 터보차저(501).
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)의 축방향 폭은 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 터보차저(501).
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)의 반경방향 깊이는 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 터보차저(501).
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)은 상기 컴프레서 임펠러(130)를 외접함으로써 상기 컴프레서 하우징(110)의 상기 내부표면(112)을 따라 연속적 환형통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 터보차저(501).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)의 축방향 폭은 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있고, 반경방향 깊이는 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있으며, 상기 폭과 깊이는 실질적으로 상기 연속적 환형통로를 따라 균일한 것을 특징으로 하는 터보차저(501).
  16. 터보차저(501) 내의 실속 소음을 저감시키는 방법에 있어서,
    임펠러(130)의 블레이드들(150)에 근접하도록, 하우징(110)의 내부표면(112)을 따라 막힌 홈(175,275)을 형성함으로써 선회 실속이 발생하는 곳 주위에 유체용 통로를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 임펠러(130)의 스플리터 블레이드(150) 전연부(155)에 근접하여 상기 막힌 홈(175,275)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 막힌 홈(175,275)을 상기 임펠러(130)를 외접하는 연속적 환형통로로서 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    1 내지 4 mm 사이의 범위에 있는 축방향 폭과 1 내지 4 mm 사이의 범위에 있는 반경방향 깊이를 가지는 상기 막힌 홈(175,275)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    1.75 내지 2.75 mm 사이의 범위에 있는 축방향 폭과 1.75 내지 2.75 mm 사이의 범위에 있는 반경방향 깊이를 가지는 상기 막힌 홈(175,275)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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