KR20120093024A - 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터보차저(200)의 컴프레서(400)와 엔진(100) 사이를 연결하는 흡기측 연결배관(610) 둘레를 감싸도록 냉각하우징(710)을 형성하고 상기 냉각하우징(710)의 내부에 워터 제트(Water Jacket)을 이용하여 냉각수를 분사하는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 컴프레서 하우징을 통과하는 고온의 공기를 1차 냉각하여 블로바이 가스가 컴프레서 하우징 내에서 흡착되는 것을 감소시켜 터보차저의 효율저하를 방지하고 인터쿨러로 유입되는 공기의 온도를 낮춰 저용량의 인터쿨러를 사용 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치{Heated Air Cooling Device Of Compressor Housing}
본 발명은 터보차저가 장착된 자동차에서 터보차저의 컴프레서 하우징을 냉각시키는 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 배기량을 크게 하면 엔진의 출력도 커지나, 배기량이 작은 소형 엔진이나 동일한 배기량의 엔진이라도 많은 양의 공기가 실린더에 흡입되면 출력이 향상된다.
이렇게 실린더에 대한 흡기량을 늘려 엔진의 출력을 높이는 것이 과급이며, 자동차에서 실린더의 흡기량을 늘리는 과급을 행하여 엔진의 출력을 높여주는 장치가 도 1에 도시된 바와 같은 터보차저(Turbo Charger)(2)이다.
상기 터보차저(2)는 엔진 폭발시에 발생하는 배기가스의 배기압에 의한 속도에너지를 이용하여 터빈(3)을 회전시켜 동일 회전축(5)상의 임펠러(4)를 회전시킴으로써, 공기를 흡입, 압축한 후 이를 실린더(1) 내부에 강제로 인입시켜, 실린더 내 공기 충전율을 높이고, 이에 의해 엔진의 출력 향상 및 배기가스 저감을 도모하는 장치이다.
상기 터보차저를 이용하여 과급하면 배기량이 같은 엔진에서도 다량의 공기를 충전할 수 있고, 이때 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.
현재 디젤엔진에서는 과급을 위하여 대부분의 차량에서 터보차저를 사용하고 있다.
한편, 터보차저가 장착된 엔진에서 과급되는 흡입공기의 냉각을 담당하는 것이 인터쿨러(Intercooler)(6)이며, 상기 컴프레서의 임펠러(4)에 의해 압축된 고온의 흡입공기가 인터쿨러(6)에서 냉각된 뒤 실린더(1)로 공급된다.
그러나, 종래의 터보차저는 고압의 공기를 얻기에는 유용할 수 있으나, 압축과정 중에 흡입된 공기의 온도가 상승하여 고밀도의 압축공기를 얻을 수가 없으므로 보조 냉각장치인 인터쿨러를 필수적으로 장착해야 한다.
이에 따라 엔진룸 내부의 공간활용도가 저하될 수밖에 없었고, 부수적인 장치의 마련으로 인하여 원가가 상승하는 문제점이 있었다.
또한, 고온의 공기에 포함된 엔진의 블로바이 가스는 고온상태에서 컴프레서 하우징에 흡착되어 터보차저의 효율을 저하시키는 요인으로 작용한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고온의 압축공기를 인터쿨러 전단에서 1차 냉각하여 블로바이 가스가 컴프레서 하우징 내에서 흡착되는 것을 감소시키는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 인터쿨러로 유입되는 공기의 온도를 감소시켜 저용량의 인터쿨러를 사용 가능하게 함으로써 원가 절감할 수 있는 컴프레서 하우징 고온공기 냉각장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 터보차저(200)의 컴프레서(400)와 엔진(100) 사이를 연결하는 흡기측 연결배관(610)과,
상기 흡기측 연결배관(610) 둘레를 감싸도록 형성된 냉각하우징(710) 및
상기 냉각하우징(710)의 내부에 냉각수를 분사하는 워터 제트(Water Jacket)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치를 제공한다.
그리고 상기 냉각하우징(710)에는 상기 워터 제트의 노즐(720)이 장착되며 흡입측 연결배관(610)의 하방에 형성되는 유입공(730)과 상기 유입공(730)에서 노즐(720)을 통해 발사된 냉각수를 배출하며 흡입측 연결배관(610)의 상방에 형성되는 유출공(740)이 포함된다.
또한, 상기 흡기측 연결배관(610)의 둘레에 냉각수 배관(800)을 코일 형태로 형성한다.
한편, 본 발명은 터보차저(200)의 컴프레서(400) 하우징(420) 중 임펠러(410)와 인접한 최외각 외주면에 냉각수 진행 경로를 형성하는 유동통로(430)를 형성하되,
상기 유동통로(430)는 하우징(420)에서 유동되는 기류의 경로 변화를 발생시키지 않도록 컴프레서(400) 하우징(420)의 외측벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치를 제공한다.
본 발명에 의하면 컴프레서 하우징을 통과하는 고온의 공기를 냉각시켜 블로바이 가스가 컴프레서 하우징 내에서 흡착 및 퇴적되는 것을 감소시키고, 이에 의해 터보차저의 효율저하를 방지하고 인터쿨러의 저용량화하는 효과가 있다.
도 1은 터보차저가 장착된 엔진시스템의 개략도.
도 2는 본 발명인 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치가 장착된 엔진시스템을 나타내는 개략도.
도 3은 도 2의 A-A부분을 나타내는 단면도.
도 4는 도 2의 B-B부분을 나타내는 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치에 관한 것으로, 컴프레서 하우징을 통과하는 고온의 압축공기의 온도를 냉각하는 장치를 컴프레서 하우징 자체에 형성하거나 컴프레서 하우징에 인접한 흡기측 연결배관에 워터 재켓(Water Jacket) 방식으로 장착 또는 흡기측 연결배관에 코일형태로 냉각수관을 설치하는 것을 특징으로 한다.
도 2는 본 발명인 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치가 장착된 엔진시스템을 나타내는 개략도이고, 도 3은 도 2의 A-A부분을 나타내는 단면도이며, 도 4는 도 2의 B-B부분을 나타내는 단면도이다.
도 2와 같이 본 발명인 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치가 장착된 엔진시스템은 엔진(100)과, 상기 엔진(100) 폭발시에 발생하는 배기가스의 배압에 의한 속도에너지를 이용하여 터빈(300)의 임펠러(310)을 회전시켜 동일 회전축(500) 상에 위치되는 컴프레서(400)의 임펠러(410)를 회전시키는 터보차저(200) 및 상기 엔진(100)과 터보차저(200) 사이의 연결배관(610, 620)을 포함하여 구성된다.
상기 연결배관(610, 620)은 터보차저(200)의 컴프레서(400)와 엔진(100) 사이에서 연결되는 흡기측 연결배관(610)과, 터보차저(200)의 터빈(300)과 엔진(100) 사이에서 연결되는 배기측 연결배관(620)으로 이루어진다.
본 발명은 다음과 같은 형태의 컴프레서(400) 하우징(420) 냉각구조를 포함한다.
첫째, 컴프레서(400) 하우징(420) 자체에 냉각수 진행 경로를 형성하는 유동통로(430)를 형성하는 것이다.
상기 유동통로(430)는 컴프레서(400) 하우징(420) 중 임펠러(410)와 인접한 최외각 외주면에 장착되는 것이 바람직하며, 필요한 경우에는 코일 형태로 형성될 수 있다.
그리고 이때 도 3 및 도 4와 같이 상기 유동통로(430)는 하우징(420)의 내측벽 형태가 변화되지 않은 형태로 컴프레서(400) 하우징(420)의 외측벽에 형성되어 하우징(420)에서 유동되는 기류의 경로 변화를 발생시키지 않도록 한다.
상기 유동통로(430)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
엔진의 블로바이 가스를 포함한 공기가 컴프레서(400) 하우징(420)에 유입되어 순간적으로 급격하게 압축되면, 압축 공기의 온도는 섭씨 170도 이상의 고온이 된다.
고온 공기에 포함된 엔진의 블로바이 가스는 고온 상태에서 컴프레서(400) 하우징(420)에 흡착되어 터보차저의 효율을 저하시키게 되는데, 본원발명에서는 상기 유동통로(430)를 통하여 냉매가 통과되면서 컴프레서(400) 하우징(420)의 내부 온도를 섭씨 170도 이하로 저하시켜 엔진의 블로바이 가스가 컴프레서(400) 하우징(420)에 고착되는 것을 방지한다.
따라서, 본 발명에서는 상기 유동통로에 의하여 컴프레서 하우징의 성능 저하를 방지하고 터보차저의 내구성을 향상시키는 효과가 발생된다.
둘째, 컴프레서(400) 하우징(420)에 인접한 흡기측 연결배관(610) 둘레를 감싸도록 냉각하우징(710)을 형성하고, 상기 냉각하우징(710)에 연결되도록 워터 제트(Water Jacket)를 형성하여, 상기 워터 제트(Water Jacket)에서 냉각수가 냉각하우징(710)의 내부로 분사되는 것이다.
상기 워터 제트는 일반적으로 자동차에 사용되며 기관의 과열방지를 위하여 만들어진 냉각수 통으로 자세한 설명은 생략한다.
상기 냉각하우징(710)에는 워터 제트의 노즐(720)이 장착된 유입공(730)과 상기 유입공(730)에서 노즐(720)을 통해 발사된 냉각수를 배출하는 유출공(740)이 형성된다.
그리고 상기 유입공(730)은 흡입측 연결배관(610)의 하방에 형성되고, 유출공(740)은 흡입측 연결배관(610)의 상방에 형성된다.
왜냐하면, 노즐(720)에서 분사된 냉각수가 고온의 흡입측 연결배관(610)에 충돌되면 수증기화 되어 상방으로 상승하게 됨으로 유출공(740)이 상방에 형성되어야 자연스럽게 배출되기 때문이다.
본 발명은 냉각하우징(710)과 노즐(720)을 장착하여 흡입측 연결배관(610)을 따라 이동되는 고온의 압축 공기의 온도를 저하시킴으로써 인터쿨러로 유입되는 공기의 온도가 종래보다 저하되는 효과가 발생된다.
따라서, 본 발명에서는 종래의 인터쿨러보다 저용량의 인터쿨러를 사용하거나 인터쿨러를 생략할 수도 있어 원가 절감의 효과가 발생된다.
셋째, 흡기측 연결배관(610)의 둘레에 냉각수 배관(800)을 코일 형태로 밀착되게 감는 것이다.
본 발명은 상기 냉각수 배관(800)에 의하여 상기 냉각하우징(710)과 노즐(720)을 장착한 구조에 더하여 흡입측 연결배관(610)을 따라 이동되는 고온의 압축 공기의 온도를 더욱 저하시킴으로써 인터쿨러로 유입되는 공기의 온도가 종래보다 더욱 저하되는 효과가 발생된다.
상기 3가지 냉각구조는 각각 별도로 설치될 수도 있고, 모두를 같이 설치할 수도 있다.
그리고 상기 3가지의 냉각구조에 공급되는 냉매는 엔진 냉각수를 이용하는 방식 또는 에어컨 등의 공조 장치의 냉매를 이용하는 방식이 사용될 수 있으며, 이러한 방식들은 일반적으로 잘 알려진 방식이므로 자세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 본 발명에 의하면 컴프레서 하우징을 통과하는 고온의 공기를 냉각시켜 터보차저의 효율저하를 방지하고 인터쿨러의 크기 및 기능을 간소화하는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 엔진 200: 터보차저
300: 터빈 310: 임펠러
400: 컴프레서 410: 임펠러
420: 하우징 430: 유동통로
500: 회전축 610: 흡기측 연결배관
620: 배기측 연결배관

Claims (6)

  1. 터보차저(200)의 컴프레서(400)와 엔진(100) 사이를 연결하는 흡기측 연결배관(610)과,
    상기 흡기측 연결배관(610) 둘레를 감싸도록 형성된 냉각하우징(710) 및
    상기 냉각하우징(710)의 내부에 냉각수를 분사하는 워터 제트(Water Jacket)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각하우징(710)에는
    상기 흡입측 연결배관(610)의 하방에 형성되며 워터 제트의 노즐(720)이 장착되는 유입공(730)과
    상기 흡입측 연결배관(610)의 상방에 형성되며 상기 유입공(730)에서 노즐(720)을 통해 발사된 냉각수가 배출되는 유출공(740)이 포함되는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 흡기측 연결배관(610)의 둘레에 냉각수 배관(800)을 코일 형태로 형성하는 것을 더 포함하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
    상기 컴프레서(400) 하우징(420) 중 임펠러(410)와 인접한 최외각 외주면에 냉각수 진행 경로를 형성하는 유동통로(430)를 더 형성하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치.
  5. 터보차저(200)의 컴프레서(400) 하우징(420) 중 임펠러(410)와 인접한 최외각 외주면에 냉각수 진행 경로를 형성하는 유동통로(430)를 형성하되,
    상기 유동통로(430)는 하우징(420)에서 유동되는 기류의 경로 변화를 발생시키지 않도록 컴프레서(400) 하우징(420)의 외측벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 컴프레서(400)와 엔진(100) 사이를 연결하는 흡기측 연결배관(610)과,
    상기 흡기측 연결배관(610) 둘레를 감싸도록 형성된 냉각하우징(710) 및
    상기 냉각하우징(710)의 내부에 냉각수를 분사하는 워터 제트(Water Jacket)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 컴프레서 하우징의 고온공기 냉각장치.
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