KR20140129290A

KR20140129290A - 배기가스 터보차저

Info

Publication number: KR20140129290A
Application number: KR1020147026924A
Authority: KR
Inventors: 귀도 슬라브; 울리치 마스
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2014-11-06
Also published as: JP6127070B2; CN104246169A; CN104246169B; WO2013133979A1; KR101989544B1; JP2015509572A; US20150044023A1; DE112013000788T5; IN2014DN05893A

Abstract

본 발명은, 터빈(2); 및 베어링 하우징(4)을 통해 터빈(2) 연결되며, 밸브 시트(11)를 구비하며 오버런 공기 재순환 밸브를 위한 것인 밸브 플랜지(6)와 일 단부(9A)에서 압축기 입구(7) 내로 개방되는 연결 덕트(9)를 구비한 압축기 하우징(5)을 구비하는 압축기(3)를 포함하되, 밸브 플랜지(6)의 밸브 오리피스(10)와 밸브 시트(11)의 밸브 시트 오리피스(13) 사이에 배치된 밸브 플랜지 챔버(14) 내로 연결 덕트(9)의 다른 일 단부(9B)가 개방되고, 밸브 플랜지 챔버(14)에는 완충 체적(15)이 구비되는, 배기가스 터보차저(1)에 관한 것이다.

Description

배기가스 터보차저{EXHAUST-GAS TURBOCHARGER}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 배기가스 터보차저에 관한 것이다.

일반적인 터보차저가 사용될 수 있는 과급 적용-점화 엔진에는, 엔진 부하를 미리 정의하는 역할을 하는 스로틀 플랩이 공기 매니폴드에서 터보차저의 압축기 하류에 장착된다. 가속기 페달이 해제되면, 스로틀 플랩이 폐쇄되고 터보차저의 압축기는 관성 질량으로 인해 사실상 폐쇄된 체적에 대해 공기를 전달하게 된다. 그 결과 압축기는 더 이상 연속적으로 전달할 수 없고 역류가 형성된다. 압축기에는 서지(surge)가 발생하게 된다. 그러므로 터보차저의 회전 속도는 매우 급작스럽게 감소하게 될 것이다.

이를 방지하기 위해, 일정 부압 이상이 되면 스프링 작동식 밸브 요소에 의해 연결 덕트를 개방하는 공기 재순환 밸브(오버런 공기 재순환 밸브로도 지칭됨)가 터보차저에 구비될 수 있으며, 이러한 연결 덕트는 공기를 압축기 입구로 재순환시킨다. 따라서 터보차저의 회전 속도를 높은 수준으로 유지하고 후속으로 가속을 하는 경우 충전 압력을 즉시 다시 이용 가능하게 할 수 있다.

그러나 본 발명의 맥락에서 수행된 테스트에서는, 상기 유형의 오버런 공기 재순환 밸브가 구비된 터보차저에서 공동 공진에 의해 야기된 거슬리는 유도 소음으로 인해 음향적 문제들이 발생하는 것으로 나타났다. 일반적인 터보차저를 구비한 차량의 흡기 영역에 공진기를 제공함으로써 상기 음향 면에서의 문제들을 일부 해결하고자 하는 시도가 적절히 이루어졌지만, 이는 구성적인 면에서 비용을 증가시킨다는 점이 자명하다.

그러므로 본 발명의 목적은, 전술된 공동 공진으로 인한 거슬리는 소음의 발생을 방지하는, 청구범위 제1항의 전제부에 명시된 유형의 배기가스 터보차저를 제공하는 데에 있다.

이러한 목적은 청구범위 제1항의 특징들에 의해 달성된다.

본 발명에 따라 제공된 완충 체적은, 거슬리는 압축기 소음 및 유도 소음이 완전히 없어지거나 또는 적어도 상당 부분 감소될 수 있으므로, 본 발명에 따른 배기가스 터보차저의 동작 거동에 상당한 음향 개선을 가져온다. 완충 체적은 오버런 공기 재순환 밸브의 영역에서 압축기 하우징 상의 특별한 체적 확장부를 구성하고, 완충 체적은 오버런 공기 재순환 밸브의 밸브 플랜지의 원주 상 어딘가에 배치되기 때문에 이러한 체적 확장부는 비대칭 체적 확장부로서 기술될 수 있으며, 이는 원주 상의 국부적으로 집중된 체적 확장부가 존재함을 의미한다.

상기 조치는 공압 구동식 압축기 하우징의 오버런 공기 재순환 밸브 또는 전기 구동식 압축기 하우징의 오버런 공기 재순환 밸브를 위해 제공될 수 있다.

따라서, 차량 제조업자들은 차량의 흡기 영역의 상기 언급한 공진기를 제거할 수 있다. 종합적인 결과로서 상응하는 차량의 NVH 등급이 향상된다.

종속 청구항은 본 발명의 유리한 개선예들에 관한 것이다.

본 발명의 추가적인 상세사항, 이점 및 특징들은 도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저를 개략적으로 매우 단순하게 나타낸 도면이다.
도 2는 오버런 공기 재순환 밸브를 위한 밸브 플랜지와 함께 압축기 입구의 영역에서 압축기 하우징을 보여주는 단면도이다.
도 3은 압축기 입구 측에서 본 압축기 하우징의 평면도이다.
도 4는 완충 체적을 위한 용기의 대안적 설계를 가진 압축기 하우징의 일부를 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 조치가 이루어지지 않은 공지의 터보차저의 음향 효과(도 5)와 비교하여 본 발명에 따른 조치의 음향 효과(도 6)를 보여주는 그래프이다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저(1)의 기본 설계를 개략적으로 매우 단순화하여 보여준다. 상기 배기가스 터보차저는 터빈 하우징(17)을 구비한 터빈(2) 및 압축기 하우징(5)을 구비한 압축기(3)를 가진다. 하우징들(5, 7)은 베어링 하우징(4)에 의해 서로 연결되며, 베어링 하우징에는 샤프트(18)가 장착되어 일 단부에서 압축기 휠(19)을 지탱하고 반대측 단부에서 터빈 휠(20)을 지탱한다.

도 2는 압축기 입구(7)를 구비한 압축기 하우징(5)의 단면을 보여준다. 압축기 하우징(5)에는 오버런 공기 재순환 밸브의 배치를 위해 제공된 밸브 플랜지(6)가 일체로 형성되지만, 상기 밸브는 본 발명의 원리를 설명하는 데에 필요하지 않으므로 도 2에 도시되어 있지는 않다.

밸브 플랜지(6)는 밸브 오리피스(10) 및 밸브 시트 오리피스(13)를 구비한 밸브 시트(11)를 가진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브 오리피스(10)와 밸브 시트 오리피스(13) 사이에 밸브 플랜지 챔버(14)가 배치되며, 상기 챔버의 내경이 밸브 오리피스(13)의 내경보다 크고, 이에 따라 밸브 플랜지 챔버(14)는 밸브 오리피스(13) 회전 대칭적으로 둘러싼다. 밸브 플랜지 챔버(14)는 연결 덕트(9)를 통해 압축기 하우징(5)의 압축기 입구(7)에 연결된다. 이를 위해, 연결 덕트(9)의 일 단부(9A)는 압축기 입구(7) 내로 개방되고, 연결 덕트(9)의 다른 일 단부(9B)는 밸브 플랜지 챔버(14) 내로 개방된다. 따라서, 압축기의 서지를 방지하기 위해 밸브 시트 오리피스(13)가 개방되면 연결 덕트(9)를 통해 공기가 압축기 입구(7)로 다시 흐를 수 있다.

서두에 설명한 음향 문제들을 피하기 위해, 본 발명에 따르면 집중된 체적 확장부로서 밸브 플랜지(6)의 원주(U) 상 어딘가에 완충 체적(15)이 제공된다. 본 발명에 따르면 상기 구성은 비대칭 체적 확장부로서 지칭되는데, 그 이유는 전체적인 밸브 플랜지 챔버(14)의 연속적인 확장부와 달리, 밸브 플랜지 챔버(14) 또는 밸브 플랜지(6)의 원주(U) 상의 선택 가능한 위치에서의 집중된 체적 확장부이기 때문이다.

도 2에 도시된 실시예에서, 완충 체적은 용기(16) 내에 배치되고, 밸브 플랜지(6)의 벽 내의 연결 리세스(12)가 완충 체적(15)을 밸브 플랜지 챔버(14)에 연결한다.

밸브 플랜지(6)에 용기(16)를 배치하는 데는 다양한 가능성이 존재한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 용기(16)는 밸브 플랜지(6)에 용접되며, 도 4에 도시된 대안적인 실시예에서, 용기(16)는 밸브 플랜지(6)에 나사 결합된다. 그러나, 예를 들면 주조 공정에 의해 밸브 플랜지에 용기(6)를 통합시키는 것도 가능하다.

접착 연결을 통해 용기(16)를 고정하는 것 또한 생각해볼 수 있다.

완충 체적(15)의 크기는 밸브 시트(11) 또는 밸브 시트 오리피스(13)의 직경이 얼마나 큰지에 따라 대략 10 ㎤ 내지 20㎤이다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 조치의 효과를 보여준다. 여기서, 도 5는 공지된 배기가스 터보차저의 압력/진동수 도표를 보여주고, 그래프는 타원형 윤곽으로 표시한 피크(S)를 보여주며, 이러한 피크는 서두에 설명한 음향 문제로 이어진다.

이와 달리, 도 6은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저의 그래프에 대한 동일한 도표를 보여주며, 타원형 윤곽으로 표시한 영역에 피크(S)가 더 이상 나타나지 않는다. 이러한 곡선의 평탄화는 전술한 완충 체적(15)을 제공한 결과로서 음향의 개선을 나타낸다.

본 발명의 상기 기재된 개시내용을 보충하기 위해 도 1 내지 도 6을 명백히 참조한다.

1 터보차저
2 터빈
3 압축기
4 베어링 하우징
5 압축기 하우징
6 밸브 플랜지
7 압축기 입구
8 흡입 연결편
9 연결 덕트
9A, 9B 연결 덕트(9)의 단부
10 밸브 오리피스
11 밸브 시트
12 연결 리세스
13 밸브 시트 오리피스
14 밸브 플랜지 챔버
15 완충 체적
16 용기
17 터빈 하우징
18 샤프트
19 압축기 휠
20 터빈 휠
L 터보차저 종축
S 압력 피크

Claims

터빈(2); 및
베어링 하우징(4)을 통해 터빈(2)에 연결되며, 밸브 시트(11)를 구비하며 오버런 공기 재순환 밸브를 위한 것인 밸브 플랜지(6)와 일 단부(9A)에서 압축기 입구(7) 내로 개방되는 연결 덕트(9)를 구비한 압축기 하우징(5)을 구비하는 압축기(3)를 포함하되,
밸브 플랜지(6)의 밸브 오리피스(10)와 밸브 시트(11)의 밸브 시트 오리피스(13) 사이에 배치된 밸브 플랜지 챔버(14) 내로 연결 덕트(9)의 다른 일 단부(9B)가 개방되고,
밸브 플랜지 챔버(14)에는 완충 체적(15)이 구비되는, 배기가스 터보차저(1).
제1항에 있어서,
밸브 플랜지 챔버(14)는 밸브 시트 오리피스(13)를 회전 대칭적으로 둘러싸며, 밸브 시트 오리피스(13)보다 더 큰 내경을 가지는, 배기가스 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서,
완충 체적(15)은 밸브 플랜지(6)의 원주(U) 상의 국부적으로 집중된 체적 확장부로서 배치되는, 배기가스 터보차저.
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
완충 체적(15)은 밸브 플랜지(6)에 장착된 용기(16)에 배치되는, 배기가스 터보차저.
제4항에 있어서,
용기(16)는 밸브 플랜지(6)에 통합되는, 배기가스 터보차저.
제4항에 있어서,
용기(16)는 밸브 플랜지(6)에 용접되는, 배기가스 터보차저.
제4항에 있어서,
용기(16)는 밸브 플랜지(6)에 접착 본딩되는, 배기가스 터보차저.
제4항에 있어서,
용기(16)는 밸브 플랜지(6)에 나사 결합되는, 배기가스 터보차저.
제1항 내지 제8항 중 한 항에 있어서,
완충 체적(15)의 크기는 대략 10 ㎤ 내지 20 ㎤인, 배기가스 터보차저.
제1항 내지 제9항 중 한 항에 있어서,
상기 오버런 공기 재순환 밸브는 공압 구동식 또는 전기 구동식 밸브인, 배기가스 터보차저.