KR20150137003A

KR20150137003A - 음향적으로 활성적인 불완전부를 갖는 배기-가스 터보차저

Info

Publication number: KR20150137003A
Application number: KR1020150071427A
Authority: KR
Inventors: 우도 델만; 이보 나우래쓰; 스테판 이베트
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2015-12-08
Also published as: US9683485B2; CN105275589B; US20150345380A1; CN105275589A; JP2015224639A; DE102015209458A1

Abstract

본 발명은 우회 개구부(9)를 갖는 우회 도관(10)을 구비하는 터빈 하우징(2) 및; 제어 플랩(3)을 구비하는 배기-가스 터보차저(1)에 관한 것으로서, 제어 플랩은 터빈 하우징(2) 내에 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 피봇 가능하게 장착되고, 제어 플랩(3)은, 폐쇄 위치에 있을 때, 배기 가스를 전도하고 우회 개구부(9)가 내부에 배열되는, 하우징 벽(11)의 베어링 영역(8) 상에 놓이며; 적어도 하나의 유동 불완전부(12A, 12B; 23A, 23B)가 제어 플랩(3)의 베어링 영역(8) 내의 터빈 하우징 벽(11) 내에 그리고/또는 제어 플랩(3) 내에 배열된다.

Description

음향적으로 활성적인 불완전부를 갖는 배기-가스 터보차저{EXHAUST-GAS TURBOCHARGER WITH ACOUSTICALLY ACTIVE IMPERFECTIONS}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 배기-가스 터보차저에 관한 것이다.

본 발명의 내용에서 실행된 실험은, 제어 플랩(flap)의 영역 내에서 청취 가능한 소음이 동작 중에 발생할 수 있다는 것을 보여준다. 이와 관련하여, 실험은, 9 kHz 범위 내의 주요(primarily) 고주파 소음이 발생할 수 있다는 것을 보여준다.

그에 따라, 본 발명의 목적은, 소음 특성과 관련하여 개선된, 청구항 1의 전제부에서 구체화된 유형의 배기-가스 터보차저를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1의 특징부에 의해서 달성된다.

구체적으로, 이러한 목적은, 우회 개구부를 갖는 우회 도관을 구비하는 터빈 하우징을 갖는, 배기-가스 터보차저에 의해서 달성된다. 배기-가스 터보차저는 또한 제어 플랩을 구비하고, 그러한 제어 플랩은 터빈 하우징 내에서 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에 피봇 가능하게 장착된다. 이러한 경우에, 제어 플랩은, 그 폐쇄 위치에 있을 때, 배기 가스를 전도하고 우회 개구부가 내부에 배열되는, 하우징 벽의 베어링(bearing) 영역 상에 놓인다. 본 발명에 따라, 적어도 하나의 유동 불완전부가 제어 플랩의 베어링 영역 내에서 하우징 벽 내에 배열된다. 그 대안으로서 또는 부가적으로, 제어 플랩 자체가 또한 그러한 유동 불완전부를 구비할 수도 있다.

제어 플랩의 베어링 영역 내에서 및/또는 제어 플랩 자체 내에서, 배기 가스를 전도하는, 하우징 벽 내에 적어도 하나의 유동 불완전부가 배열된다는 사실로 인해서, 유동의 또는 하우징 에지의 진동 여기(exitation)가 적어도 감소된다.

종속항은 본 발명의 유리한 개선예에 관한 것이다.

복수의 유동 불완전부의 경우에, 그러한 유동 불완전부들 사이의 간격이 변경된다면, 이는 상이한 주파수에서의 유동의 여기 확산(diffuse excitation)의 장점을 제공한다.

추가로 특히 바람직한 실시예에서는, 유동 불완전부가 베벨(bevel) 또는 노치(notch)의 형태일 수 있고, 이는 단순한 생산성 및 유동의 또는 하우징 부분의 전체적으로 감쇠된 여기의 장점을 제공한다.

상이한 부피 유량 및 우회 개구부의 상이한 직경이 주어지는 경우에, 이러한 조건을 고려할 수 있도록 하기 위해서, 가변적인(varying) 복수의 유동 불완전부가 유리할 수 있을 것이다.

마찬가지로, 이러한 장점은, 유동 불완전부의 폭 및/또는 깊이가 적용예에 따라서 변경되는 경우에, 제공된다.

노치 또는 베벨에 더하여, 우회 개구부 내로 돌출하는 돌출부 또는 유동-안내 프로파일을 유동 불완전부로서 제공할 수 있다. 원칙적으로, 이러한 실시예에서는, 노치 또는 베벨의 제공과 동일한 장점을 달성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라, 이미 전술한 바와 같이, 가변적인 이격 간격으로 우회 개구부의 원주 주위에 각각 배열될 수 있는 하나 또는 복수의 베벨 또는 노치를 제공할 수 있다. 그에 대한 대안으로서, 완전히 우회 개구부 주위로 진행하는 베벨 또는 노치를 제공할 수 있다.

청구항 10 및 청구항 11은, 독립적으로 판매될 수 있는 물품으로서 본 발명에 따른 배기-가스 터보차저의 우회 개구부를 위한 삽입 링을 규정하며, 또한 이러한 삽입 링은 배기-가스 터보차저의 기존의 우회 개구부 내로 삽입될 수 있는 개장(retrofit) 부품 형태가 될 수 있다. 단일-스테이지 시스템의 경우에, 우회 개구부는, 터빈 휠의 우회를 위해서 터빈 유입구를 터빈 배출구에 연결하는 개구부일 수 있다. 복수-스테이지 시스템의 경우에, 우회 개구는 완전한 터보 차저 우회를 위해서 이용될 수 있다.

본 발명의 추가적인 상세한 내용, 특징 및 장점은 도면을 기초로 하는 이하의 예시적인 실시예에 관한 설명으로부터 자명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배기-가스 터보차저의 제1 실시예의 개략적인 단면도를 도시하고,
도 2는 제어 플랩 및 우회 개구부를 갖는 배기-가스 터보차저의 터빈 하우징의 부분의 개략적으로 단순화된 확대 단면도를 도시하며,
도 3은 삽입 링의 사시도를 도시하고,
도 4는, 본 발명에 따른 배기-가스 터보차저의 추가적인 실시예의 확대된 단면의, 도 2에 상응하는 도면을 도시하며, 그리고
도 5 및 도 6은, 종래 기술에 따른 터보차저 및 본 발명의 원리에 따른 터보차저 각각의 경우에 유동 주파수에 대해서 도표에 도시한, 유동 진폭의 개략적으로 단순화된 도면을 도시한다.

도 1은, 웨이스트게이트 배열체(wastegate arrangement)를 구비한 터빈 하우징(2)을 포함하는, 본 발명에 따른 배기-가스 터보차저(1)를 도시한다. 이러한 웨이스트게이트 배열체는 우회 도관(10)을 가지고, 그러한 우회 도관은 터빈 유입구 및 터빈 배출구를 연결하고 그러한 목적을 위해서 우회 개구부(9)를 구비한다. 또한, 웨이스트게이트 배열체는 제어 플랩(3)을 구비하고, 그러한 제어 플랩은 터빈 하우징 내에서 도 1에 도시된 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에 피봇 가능하게 장착된다. 제어 플랩(웨이스트게이트 플랩)(3)을 작동시키기 위하여, 제어 막대(5), 연결 피스(6) 및 외측 레버(7)를 통해서 제어 플랩(3)에 연결된 작동 장치(4), 본 예에서는 제어 캡슐이 제공되고, 그에 따라 이러한 작동 장치(4)를 이용하여 제어 플랩(3)을 전술한 폐쇄 위치와 개방 위치로 피봇팅 시킬 수 있고, 개방 위치에서 제어 플랩(3)은 우회 도관(10)의 우회 개구부(9)를 해제하고(release), 그에 따라 공급되는 배기 가스가 터빈 휠(19)을 지나서 터빈 하우징 배출구(20)로 안내될 수 있다.

물론 본 발명에 따른 배기-가스 터보차저(1)는 또한, 특히 압축기 휠 및 압축기 하우징을 갖는 압축기와 같은, 그러한 터보차저의 다른 구성요소 모두를 구비하나, 그러한 다른 구성요소는 본 발명의 원리를 설명하는 데 있어서 구체적으로 설명할 필요가 없을 것이다.

도 2는 터빈 하우징(2)을 절단한 부분적 단면을 도시하고, 그러한 도면에서는 우회 개구부(9)를 갖는 우회 도관(10)을 확인할 수 있다. 외측 레버(7)에 연결된 제어 샤프트(18)에 내측 레버(22)를 통해서 연결된 제어 플랩(3)은 폐쇄된 위치에 있고, 그러한 폐쇄 위치에서는 우회 도관(10) 또는 우회 개구부(9)가 폐쇄된다.

이러한 폐쇄된 위치에서, 터빈 하우징(2)의 터빈 벽(11)의 베어링 영역(8)이 형성되고, 도 2에서 상세하게 도시된 바와 같이, 제어 플랩(3)은 그러한 제어 플랩의 외측 원주 방향 테두리가 터빈 벽(11)의 단부 면(21) 상에 있는 상태로 베어링 영역 상에 놓인다.

원칙적으로 자유롭게 선택 가능한 폭(B) 및 깊이(T)를 가질 수 있는 적어도 하나의 유동 불완전부(12A, 12B)가 상기 베어링 영역(8) 내에 배열된다.

비록, 도 2에서는, 이러한 유동 불완전부(12A, 12B)가 베어링 영역(8) 내에만 배열되어 있지만, 마찬가지로, 본 발명에 따라 그러한 불완전부 또는 복수의 그러한 불완전부를 제어 플랩(3) 내에 제공할 수도 있고, 그러한 불완전부는 베어링 영역(8) 상에 놓이는 제어 플랩의 영역 내에 배열된다.

본 발명에 따라, 유동 불완전부는 부분적으로 우회 개구부(9) 주위로 진행할 수 있거나, 완전히 그러한 개구부(9) 주위로 진행하도록 형성된다.

또한, 이미 전술한 바와 같이, 복수의 그러한 유동 불완전부(12A, 12B)를 제공하는 것도 가능하다.

복수의 유동 불완전부(12A, 12B)의 경우에 폭(B) 및 깊이(T)는 적용예에 따라서 구성되거나 선택될 수 있고, 개별적인 유동 불완전부 각각은 상이한 폭 및 깊이를 가질 수 있으나, 마찬가지로, 원칙적으로 모든 유동 불완전부는 그들의 기하형태적 구성 및 그들의 치수 모두와 관련하여 동일한 형태를 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따라, 소음 감소를 달성할 수 있게 하기 위하여, 적용예마다 유동 불완전부의 위치를 변경할 수 있다.

이는 또한, 마찬가지로 경우별로 달라질 수 있는, 유동 불완전부의 수의 선택에도 적용된다.

특히 바람직한 실시예에서, 우회 개구부(9)는, 도 3에 도시된 삽입 링(13)을 구비한다. 우회 개구부(9) 내로 삽입될 때, 이러한 삽입 링(13)은, 베어링 영역(8)을 포함하는, 도 2에 도시된 바와 같은 실시예의 터빈 하우징 벽(11)에 상응하는 벽 영역을 형성한다. 따라서, 베어링 영역(8)에 상응하는 삽입 링의 영역이 적어도 하나의 유동 불완전부(12A, 12B)를 구비하게 된다. 그러나, 삽입 링(13)이 제공될 때에, 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상이한 폭 및 깊이 및 위치의 복수의 유동 불완전부(12A, 12B)를 제공할 수 있다.

도 4는, 본 발명에 따른 배기-가스 터보차저의 추가적인 실시예의, 도 2에 상응하는 도면을 도시한다. 도 2에 도시된 실시예와 대조적으로, 본 실시예에서는, 2개의 돌출부 또는 유동-안내 프로파일(23A 및 23B)이 유동 불완전부로서 제공된다. 이러한 실시예에서는 또한, 베벨 또는 노치를 기초로 전술한 바와 같이, 이러한 유동-안내 프로파일의 개수, 위치 및 치수, 그리고 그들 사이의 간격을 변경할 수도 있다. 따라서, 도 4에서 볼 수 있는 2개의 유동-안내 프로파일(23A 및 23B)은 돌출부 형태의 하나의 또는 복수의 그러한 유동 불완전부를 단순히 예시적으로만 나타낸 것이다.

그 이외에는, 도 4에서 볼 수 있는 추가적인 구성요소에 대해서, 도 2의 설명을 참조할 수 있다.

도 5 및 도 6은 우회 개구부를 통한 유동의 진폭을 약간 단순화한 도면을 개략적으로 도시한다. 이와 관련하여 도 5는, 예로서 우회 개구부(9)의 유동 불완전부(12)에 할당된, 본 발명에 따른 배열체의 피크(P1' 내지 P4')보다 상당히 더 높은, 도 6에 비교 도시된 바와 같은, 공지된 배열의 피크(P1 및 P4)를 도시한다.

적어도 하나의 유동 불완전부가 제어 플랩 자체 내에 그리고/또는 우회 개구부 주위의 제어 플랩의 베어링 영역 내에 제공되기 때문에, 8.7 kHz 범위의 본체-기인(body-borne) 소음은 더 이상 측정할 수 없는 측정치(measure)로 감소될 수 있다; 이는 본 발명의 내용에서 실행된 추가적인 실험에 의해서 확인되었다. 0.57 kHz 범위에서, 이러한 실험은, 본체-기인 소음을 상당히 감소시킬 수 있다는 것을 추가적으로 보여주었다.

요약하자면, 링 원주(제어 플랩의 베어링 영역)에 걸친 불확정적인 폭, 깊이, 개수 및 위치의 유동 불완전부의 도입이, 유동 소음의 생성/여기를 상당히 개선할 수 있고, 그에 의해서 본 발명에 따른 배기-가스 터보차저의 음향적 특성을 상당히 개선할 수 있다는 것을 확인할 수 있을 것이다.

본 발명의 전술한 개시 내용에 더하여, 도 1 내지 도 6에 도시된 도식적인 설명이 여기에서 명시적으로 참조된다.

1: 배기-가스 터보차저
2: 터빈 하우징
3: 제어 플랩
4: 작동 장치
5: 제어 막대
6: 연결 피스
7: 외측 레버
8: 베어링 영역
9: 우회 개구부
10: 우회 도관
11: 터빈 하우징 벽
12, 12A, 12B: 유동 불완전부(베벨, 노치)
13: 삽입 링
14, 15: 배출구 영역
16, 17: 베이스 모서리
18: 제어 샤프트
19: 터빈 휠
20: 터빈 배출구
21: 단부 면
22: 내측 레버
A1, A2: 가변적인 간격
23A, 23B: 돌출부 형태의 유동 불완전부
B: 폭
T: 깊이
P1-P4: 종래 기술의 피크
P1'-P4': 본 발명의 원리에 따른 피크

Claims

- 우회 개구부(9)를 갖는 우회 도관(10)을 구비하는 터빈 하우징(2); 및
- 터빈 하우징(2) 내에 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 피봇 가능하게 장착되는 제어 플랩(3)을 구비하며, 상기 제어 플랩(3)은, 폐쇄 위치에 있을 때, 배기 가스를 전도하고 우회 개구부(9)를 포함하는 하우징 벽(11)의 베어링 영역(8) 상에 놓이는, 배기-가스 터보차저(1)에 있어서,
- 적어도 하나의 유동 불완전부(12A, 12B; 23A, 23B)가 제어 플랩(3)의 베어링 영역(8) 내의 하우징 벽(11) 내에 그리고/또는 제어 플랩(3) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
제1항에 있어서,
복수의 유동 불완전부(12A, 12B; 23A, 23B)가 존재하는 경우에, 복수의 유동 불완전부는 가변적인 간격(A1, A2)으로 이격되어 우회 개구부(9)의 원주 주위로 분포 배열되는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
제1항에 있어서,
유동 불완전부(12)가 완전히 우회 개구부(9) 주위로 진행하는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 유동 불완전부(12)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 유동 불완전부(12)가, 적용예에 따라 달라지는 폭(B) 및/또는 깊이(T)를 갖는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
유동 불완전부(12)가 부분적으로 우회 개구부(9) 주위로 진행하는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
베어링 영역(8) 내의 유동 불완전부(12A, 12B; 23A, 23B)의 위치가 변경되는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
유동 불완전부(12)의 개수가 적용예에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 유동 불완전부(12)가 삽입 링(13) 내에 형성되고, 상기 삽입 링은, 우회 개구부(9) 내에 삽입될 때에 하우징 벽(11)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 배기-가스 터보 차저.
배기-가스 터보차저(1)의 우회 개구부(9)의 삽입 링(13)에 있어서,
적어도 하나의 유동 불완전부(12A, 12B; 23A, 23B)를 특징으로 하는 것을 특징으로 하는, 삽입 링.
제10항에 있어서,
제2항 내지 제8항 중 적어도 한 항을 특징으로 하는, 삽입 링.