KR20110067364A

KR20110067364A - 터보차져의 컴프레셔

Info

Publication number: KR20110067364A
Application number: KR1020090123934A
Authority: KR
Inventors: 왕학민; 강수영; 권성
Original assignee: (주)계양정밀
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-22
Also published as: WO2011074715A1

Abstract

본 발명은 터보차져의 컴프레셔에 관한 것이다. 구체적으로는 흡입공기 입구와 흡입공기 출구를 구비한 컴프레셔 케이스(110)와, 상기 흡입공기 입구를 통해 유입되는 공기를 압축시켜 흡입공기 출구로 배출시키도록 터보차져 축에 구비되어 상기 컴프레셔 케이스 내에 설치된 컴프레셔 휠(120)을 포함하되, 상기 흡입공기 입구에는 유로 크기를 조절하여 흡입공기량을 제한하는 유량제한수단(130)이 구비된 구성이다. 이와 같은 구성에 의하면, 서지영역을 확대하여 터보차져를 보호하고, 입구 유량 범위를 가변적으로 이용할 수 있어 저속영역에서의 효율을 증대하는 효과가 있다.

Description

터보차져의 컴프레셔{compressor of turbo-charger}

본 발명은 터보차져의 컴프레셔에 관한 것이다.

일반적으로 차량에서 대기압보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 송압하는 것을 과급이라 하며, 과급에 의하여 배기량이 같은 엔진에서도 다량으로 공기를 충전할 수 있어, 이에 따라 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.

이를 위한 터보차져는 엔진에서 발생하는 배출가스의 속도에너지를 이용하여 엔진의 연소실 내부로 다량의 공기를 공급시키어 엔진 출력을 증대시키는 장치인데 여기서 상기 배출가스를 이용하여 다량의 공기를 연소실로 보낼 때에는 이 배출가스로 터빈을 회전시키어 컴프레셔를 가동하게 되고, 이 컴프레셔에서 발생되는 압축공기를 엔진의 실린더로 공급시키어 실린더에 공급되는 공기량을 증대시킴에 따라 연료량의 증대를 통해 엔진 출력의 증가를 가져오도록 되어 있다.

그런데 종래 터보차져는 컴프레셔의 컴프레셔 케이스가 제작된 이후에는 유량을 조절할 수 없어, 공기가 과급되지 않는 서지영역(고산지대 등)에서 사용이 매우 제한적이다. 따라서 고지(고산지대)의 서지마진을 확보하기 위해 다양한 사양의 컴프레셔 휠을 개발할 필요가 있으며, 서지 발생시 이로 인한 소음 발생이 심하고 컴프레서 휠이 파손되는 문제점이 있고, 컴프레셔의 흡입공기 입구의 크기를 변경하기 위해서는 컴프레셔 케이스를 전체적으로 가공하여 새로운 컴프레셔 케이스를 제작하여야 한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 컴프레셔 케이스의 흡입공기 입구의 크기를 조절할 수 있도록 하므로써 서지발생 영역에서의 서지현상을 방지하여 터보차져의 손상을 방지하고 별도의 컴프레셔 휠 및 컴프레셔 케이스의 개발이 불필요한 터보차져의 컴프레셔를 제공하는 데 있다.

본 발명에 의한 터보차져의 컴프레셔는, 흡입공기 입구와 흡입공기 출구를 구비한 컴프레셔 케이스와, 상기 흡입공기 입구를 통해 유입되는 공기를 압축시켜 흡입공기 출구로 배출시키도록 터보차져 축에 구비되어 상기 컴프레셔 케이스 내에 설치된 컴프레셔 휠을 포함하되, 상기 흡입공기 입구에는 유로 크기를 조절하여 흡입공기량을 제한하는 유량제한수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 흡입공기 입구와 흡입공기 출구에는 흡입공기의 압력을 측정하는 압력센서가 구비되고, 상기 압력센서는 상기 유량제한수단을 작동시키는 작동수단을 제어하는 제어수단에 전기적으로 연결된다.

상기 흡입공기 입구에는 흡입공기를 안내하는 입구관부가 형성되고, 상기 유량제한수단은 상기 입구관부에 설치된 환형링과, 상기 환형링의 직경을 변화시키는 작동수단으로 이루어진다.

상기 흡입공기 입구에는 흡입공기를 안내하는 입구관부가 형성되고, 상기 유 량제한수단은 상기 입구관부에 직접 형성된 절취부와, 상기 절취부의 폭을 변화시켜 입구관부의 직경을 변화시키는 작동수단을 포함하는 구조로 이루어질 수도 있다.

본 발명에 의한 터보차져의 컴프레셔에 의하면, 서지영역을 확대하여 터보차져를 보호하고, 입구 유량 범위를 가변적으로 이용할 수 있어 저속영역에서의 효율을 증대하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명이 적용된 터보차져 전체를 나타내는 구성도이고, 도2는 본 발명에 의한 터보차져의 컴프레셔를 나타내는 사시도이다. 도시한 바와 같이, 터보차져는 센터 하우징(10)의 내부에는 베어링(12)을 매개로 터보차져 축(14)이 설치되고, 상기 터보차져 축(14)의 일측에는 터빈(20)이 구비되며, 상기 터보차져 축(14)의 타측에는 컴프레셔(100)가 구비된 구조이다.

상기 센터 하우징(10)에는 상기 베어링(12)에 오일을 공급하는 오일공급포트(16)가 형성되는 한편 상기 베어링(12)에서 오일이 귀환되는 오일귀환포트(18)가 형성된다.

상기 터빈(20)은 상기 터보차져 축(14)의 일측에 설치된 터빈 휠(22)과, 상기 터빈 휠(22)을 감싸는 터빈 케이스(24)를 구비한다. 상기 터빈 케이스(24)에는 배기가스가 유입하는 배기가스 입구(26)가 형성되는 한편 배기가스가 배출되는 배 기가스 출구(28)가 형성된다.

상기 컴프레셔(100)는 흡입공기 입구(111)와 흡입공기 출구(112)를 구비한 컴프레셔 케이스(110)와, 상기 흡입공기 입구(111)를 통해 유입되는 공기를 압축시켜 흡입공기 출구(112)로 배출시키도록 터보차져 축(14)의 타측에 구비되어 상기 컴프레셔 케이스(110) 내에 설치된 컴프레셔 휠(120)을 포함한다. 그리고, 상기 흡입공기 입구(111)에는 유로 크기를 조절하여 흡입공기량을 제한하는 유량제한수단(130)이 구비된다. 또한, 상기 흡입공기 입구(111)와 흡입공기 출구(112)에는 흡입공기의 입출구 압력을 측정하는 입구압력센서(140) 및 출구압력센서(142)가 각각 구비되며, 상기 입구압력센서(140) 및 출구압력센서(142)는 후술하는 작동수단을 제어하는 제어수단(150)에 전기적으로 연결된다.

상기 흡입공기 입구(111)는 상기 컴프레셔 케이스(110)의 중앙에 구비되어 흡입공기를 안내하는 입구관부(113)에 형성되어 있으며, 상기 흡입공기 출구(112)는 컴프레셔 케이스(110)의 원주방향 가장자리에 형성되어 출구관부(114)에 이어져 있다.

상기 유량제한수단(130)은 상기 입구관부(113)의 내부에 설치된 환형링(131)과, 상기 환형링(131)의 직경을 변화시키는 작동수단(160)으로 이루어진다.

도3에 도시한 바와 같이, 상기 환형링(131)에는 상기 작동수단(160)의 가압에 따라 직경이 변하도록 절단된 절취부(131a)가 형성되며, 상기 절취부(131a)에는 공기가 유출하지 않도록 신축가능한 밀봉부재(132)가 삽입/설치된다.

상기 작동수단(160)은 도2 및 도3에 도시한 바와 같이 상기 절취부(131a)의 양측에 환형링(131)의 외부로 돌출되게 구비된 작동레버(161)와, 상기 작동레버(161)를 가압하는 가압수단(162)으로 이루어진다. 상기 가압수단(162)은 실린더가 사용되며, 다른 실시예로서 링크 등의 기계적 메카니즘(262 : 도4 참조)이 사용될 수도 있다.

도5에 도시한 바와 같이, 상기 입구관부(113)에는 상기 작동레버(161)가 입구관부(113)의 외부로 돌출하여 설치되도록 관통부(113a)가 형성된다. 상기 작동수단(160)의 가압수단(162)은 상기 입구관부(113)의 외부에 설치된다. 또한 상기 입구관부(113)의 내면에는 상기 환형링(131)이 끼워지도록 입구관부(113)의 원주방향을 따라 요입띠홈(113b)이 형성된다. 상기 관통부(113a)에는 공기가 유출하지 않도록 신축가능한 밀봉부재(도시 안됨)가 삽입/설치된다.

한편 도6에 도시한 바와 같이 환형링의 다른 실시예로서, 상기 환형링(331)에는 작동수단(360)의 가압에 따라 직경이 변하도록 절단된 절취부(331a)가 형성되며, 절취부(331a)의 일측이 타측 내부로 삽입되면서 환형링(331)의 직경이 변하도록 상기 절취부(331a)의 일측에는 환형링(331)의 내면에서 외면에 이르는 경사면(331b)이 형성되며, 상기 작동수단(360)은 상기 경사면(331b)의 일측에 구비된 작동레버(361)와, 상기 작동레버(361)를 가압하는 실린더로 된 가압수단(362)을 포함하는 구조이다. 상기 절취부(331a)에는 공기가 유출하지 않도록 신축가능한 도시하지 않은 밀봉부재가 삽입/설치된다.

상기 입구압력센서(140)는 상기 입구관부(113)의 외부에서 내부로 관통하여 설치되며, 상기 출구압력센서(142)는 상기 출구관부(114)의 외부에서 내부로 관통 하여 설치된다.

도7 및 도8은 본 발명의 유량제한수단의 다른 실시예를 나타낸다. 도시한 바와 같이 상기 컴프레셔 케이스(410)의 중앙에 형성된 흡입공기 입구(411)에는 흡입공기를 안내하는 얇은 두께의 입구관부(413)가 형성되고, 유량제한수단(430)은 상기 입구관부(413)에 직접 형성된 절취부(413a)와, 상기 절취부(413a)의 폭을 변화시켜 입구관부(413)의 직경을 변화시키는 작동수단(460)을 포함한다.

상기 작동수단(460)은, 상기 입구관부(413)에 직접 형성된 절취부(413a)에 구비된 작동레버(461)와, 상기 작동레버(461)를 가압하는 실린더로 된 가압수단(462)을 포함한다. 상기 작동레버(461)는 판 형태로 되어 있다. 나머지 구성은 도1 및 도2에 도시된 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 터보차져의 컴프레셔에서, 입구압력센서(140)와 출구압력센서(142)에서 감지된 신호가 제어수단(150)에 전달되어 입구압력이 출구압력보다 크거나(압력 역전으로 인한 유동역류) 입구압력과 출구압력이 동일하게 되면, 상기 작동수단(160)의 가압수단(162)을 작동시켜 환형링(131)의 직경을 작게 변화시켜 유로면적을 줄여 흡입공기의 양을 줄인다.

따라서, 컴프레셔의 컴프레셔 케이스가 제작된 이후에도 유량을 조절할 수 있어 공기가 과급되지 않는 서지영역(고산지대 등)에서 컴프레셔의 사용범위를 늘릴 수 있으므로, 고지(고산지대)의 서지마진을 확보하기 위해 다양한 사양의 컴프레셔 휠을 개발할 필요가 없으며, 컴프레셔의 흡입공기입구의 크기를 변경하기 위해 컴프레셔 케이스를 전체적으로 가공하여 새로운 컴프레셔 케이스를 제작할 필요 가 없다.

그리고, 서지영역을 확대하여 터보차져를 보호하고, 입구 유량 범위를 가변적으로 이용할 수 있어 저속영역에서의 효율을 증대하는 효과가 있다

도1은 본 발명이 적용된 터보차져 전체를 나타내는 구성도,

도2는 본 발명에 의한 터보차져의 컴프레셔를 나타내는 사시도,

도3은 도2의 환형링에 작동수단이 결합된 구성도,

도4는 본 발명에 의한 터보차져의 컴프레셔에서 가압수단의 다른 실시예를 나타낸 구성도,

도5는 도1의 입구관부에서 환형링 및 작동레버가 설치되는 부분을 나타내는 단면도,

도6은 본 발명에 의한 터보차져의 컴프레셔에서 환형링의 다른 실시예를 나타내는 구성도,

도7은 본 발명의 유량제한수단의 다른 실시예를 나타내는 단면도,

도8은 도7의 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 컴프레셔 110 : 컴프레셔 케이스

111 : 흡입공기 입구 112 : 흡입공기 출구

113 : 입구관부 120 : 컴프레셔 휠

130 : 유량제한수단 140 : 입구압력센서

142 : 출구압력센서 150 : 제어수단

160 : 작동수단 161 : 작동레버

162 : 가압수단

Claims

흡입공기 입구와 흡입공기 출구를 구비한 컴프레셔 케이스와, 상기 흡입공기 입구를 통해 유입되는 공기를 압축시켜 흡입공기 출구로 배출시키도록 터보차져 축에 구비되어 상기 컴프레셔 케이스 내에 설치된 컴프레셔 휠을 포함하되,

상기 흡입공기 입구에는 유로 크기를 조절하여 흡입공기량을 제한하는 유량제한수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 1에 있어서,

상기 흡입공기 입구에는 흡입공기를 안내하는 입구관부가 형성되고,

상기 유량제한수단은, 상기 입구관부에 설치된 환형링과, 상기 환형링의 직경을 변화시키는 작동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 2에 있어서,

상기 환형링에는 상기 작동수단의 가압에 따라 직경이 변하도록 절단된 절취부가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 3에 있어서,

상기 작동수단은, 상기 절취부의 양측에 구비된 작동레버와, 상기 작동레버 를 가압하는 가압수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 3에 있어서,

상기 작동수단의 가압에 따라 상기 절취부의 일측이 타측 내부로 삽입되면서 환형링의 직경이 변하도록 상기 절취부의 일측에는 환형링의 내면에서 외면에 이르는 경사면이 형성되며,

상기 작동수단은 상기 경사면의 일측에 구비된 작동레버와, 상기 작동레버를 가압하는 가압수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 2에 있어서,

상기 입구관부에는 상기 작동레버가 상기 입구관부의 외부로 돌출하여 설치되도록 관통부가 형성되고,

상기 작동수단의 가압수단은 상기 입구관부의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 2에 있어서,

상기 입구관부의 내면에는 상기 환형링이 끼워지도록 입구관부의 원주방향을 따라 요입띠홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 1에 있어서,

상기 흡입공기 입구에는 흡입공기를 안내하는 입구관부가 형성되고,

상기 유량제한수단은, 상기 입구관부에 직접 형성된 절취부와, 상기 절취부의 폭을 변화시켜 입구관부의 직경을 변화시키는 작동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 8에 있어서,

상기 작동수단은, 상기 입구관부에 직접 형성된 절취부에 구비된 작동레버와, 상기 작동레버를 가압하는 가압수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.
청구항 2 또는 청구항 8에 있어서,

상기 흡입공기 입구와 흡입공기 출구에는 흡입공기의 압력을 측정하는 압력센서가 설치되고, 상기 압력센서는 상기 작동수단을 제어하는 제어수단에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 터보차져의 컴프레셔.