KR20160082513A - 압축기 입구 덕트를 위한 소음 감쇠 장치 - Google Patents

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앤드류 데이
제임스 마워
앤드류 리차드슨
산지트 차가르
스티브 버니
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보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

터보 과급기 압축기의 소음 감쇠 장치(60, 160)는 압축기 하우징(12)의 공기 입구(16)와는 별개로 형성된다. 소음 감쇠 장치(60)는 테이퍼형 내면(66)을 포함하고, 또한 제 1 단면(50)으로부터 축방향으로 이격되어 있는 최소 직경부(62), 최소 직경부(62)와 반대쪽의 제 2 단부(48) 사이에 있는 최대 직경부(64), 및 제 1 단면(50)에 평행한 최소 직경부의 작용면(74)에 형성되어 있는 환형 홈(72)을 갖는다.

Description

압축기 입구 덕트를 위한 소음 감쇠 장치{NOISE ATTENUATION DEVICE FOR COMPRESSOR INLET DUCT}
본 출원은 "압축기 입구 덕트를 위한 소음 감쇠 장치" 라는 명칭으로 2013년 10월 31일에 출원된 미국 가 출원 제 61/897,964 호에 대한 우선권 및 그 가 출원의 모든 이익을 주장한다.
본 발명은 개선된 압축기를 갖는 터보 과급기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 소음 감쇠 장치를 포함하는 압축기 입구 덕트에 관한 것이다.
터보 과급기는 엔진에 제공되어, 통상적인 흡기 방식에서 가능한 경우 보다 큰 밀도로 공기를 엔진 흡기부에 전달하게 된다. 이리하여, 더 많은 연료가 연소될 수 있어, 엔진 중량을 크게 증가시킴이 없이 엔진의 마력을 증대시킬 수 있다.
일반적으로, 터보 과급기는 엔진의 배기 메니폴드로부터 나오는 배기 유동(터빈 입구에서 터빈 하우징에 들어가게 됨)을 사용하여 터빈 휠을 구동시키게 되며, 이 터빈 휠은 터빈 하우징 안에 위치되어 있다. 터빈 휠은 축의 일 단부에 부착되어 있고, 상기 축은 이 축의 다른 단부에 장착되어 있는 압축기 휠을 구동시킨다. 따라서, 터빈 휠은 회전력을 제공하여 압축기 휠을 구동시키고 또한 그래서 터보 과급기의 압축기를 구동시킨다. 그리고 이 압축된 공기는 전술한 바와 같이 엔진 흡기부에 제공된다.
터보 과급기의 압축기 스테이지는 압축기 휠 및 그의 관련된 압축기 하우징을 포함한다. 여과된 공기가 축방향으로 압축기 공기 입구 안으로 흡인되고, 이 압축기 공기 입구는 축방향으로 압축기 휠까지 연장되어 있는 통로를 형성한다. 가압된 공기 유동은 압축기 휠의 회전에 의해 압축기 휠로부터 반경 방향 외측으로 나가 압축기 볼류트(volute) 안으로 들어가게 되며, 이어서 상기 공기는 그 압축기 볼류트에서 가압되어 엔진으로 유동하게 된다.
어떤 양태에서, 흡기관은 터보 과급기의 압축기 공기 입구를 엔진의 흡기 시스템에 연결하도록 되어 있다. 이 흡기관은 외면, 내면, 상기 흡기 시스템에 연결되도록 되어 있는 제 1 단부, 및 이 제 1 단부의 반대쪽에 있는 제 2 단부를 포함한다. 제 2 단부는, 상기 외면과 내면 사이에서 연장되어 있는 표면에 해당하는 환형 말단면, 및 상기 내면으로부터 반경 방향 내측으로 돌출하여 상기 말단면에 인접하여 배치되는 테이퍼형 부분을 포함한다. 테이퍼형 부분은, 상기 말단면으로부터 축방향으로 이격되어 있는 최소 직경부, 이 최소 직경부와 제 1 단부 사이에 있는 최대 직경부, 및 상기 말단면에 평행한 최소 직경부의 작용면에 형성되어 있는 환형 홈을 포함하고, 이 홈은 내면의 원주 둘레로 연장되어 있다.
상기 흡기관은 다음과 같은 특징들 중의 하나 이상을 포함할 수 있다: 상기 최대 직경부는 내면의 직경 보다 작은 직경을 가지며, 그래서 상기 테이퍼형 부분의 일 단부에 제 1 어깨부가 형성되어 있다. 상기 최대 직경부는 내면의 직경 보다 작은 직경을 가지며, 그래서 상기 테이퍼형 부분의 일 단부에 제 1 어깨부가 형성되어 있고, 이 제 1 어깨부는 관의 제 1 단부 쪽을 향하며, 상기 최소 직경부는 최대 직경부의 직경 보다 작은 직경을 가지며, 그래서 상기 작용면에 해당하는 제 2 어깨부가 상기 테이퍼형 부분의 다른 단부에 형성되어 있고, 상기 제 2 어깨부는 관의 제 2 단부 쪽을 향하고 상기 제 1 어깨부 보다 큰 반경 방향 치수를 갖는다. 상기 환형 홈은 압입 끼워맞춤 관계로 공기 입구의 단부를 수용하도록 성형되고 치수 결정되어 있다. 테이퍼형 부분의 내면은 상기 관의 길이 방향 축선에 대해 각도를 형성하며, 이 각도는 5도 내지 75도의 범위에 있다. 테이퍼형 부분의 내면은 상기 관의 길이 방향 축선에 대해 각도를 형성하며, 이 각도는 15도이다. 상기 테이퍼형 부분의 최소 직경은 터보 과급기의 압축기 공기 입구의 최소 직경에 대응하도록 되어 있다. 어떤 실시 형태에서, 상기 테이퍼형 부분의 내면은 선형적인 프로파일을 갖는다. 다른 실시 형태에서, 상기 테이퍼형 부분의 내면은 비선형적인 프로파일을 갖는다.
어떤 양태에서, 소음 감쇠 장치는 흡기관과 터보 과급기 압축기의 공기 입구 사이에 삽입되도록 되어 있다. 이 소음 감쇠 장치는, 테이퍼형 내면과 테이퍼형 외면을 갖는 중공 원통형 본체를 포함한다. 상기 테이퍼형 내면은 이 테이퍼형 내면의 최소 직경부에 대응하는 일 단부, 및 상기 일 단부의 반대쪽에 있고 테이퍼형 내면의 최대 직경부에 대응하는 다른 단부를 포함한다. 상기 외면은, 외측으로 돌출하여 원주 방향으로 연장되어 있는 제 1 플랜지를 포함한다. 상기 소음 감쇠 장치는, 상기 최소 직경부가 공기 입구를 통과하는 공기 유동의 방향에 관해 상기 최대 직경부에 대해 하류에 있도록 공기 입구의 내부에 동축으로 배치되도록 되어 있고, 상기 제 1 플랜지는, 공기 입구의 입구 단부로부터 이격되어 있는 위치에서 공기 입구의 내면에 형성되어 있는 대응하는 홈과 결합하게 되며, 이리하여 상기 본체가 공기 입구의 내부에 고정된다.
상기 소음 감쇠 장치는 다음과 같은 특징들 중의 하나 이상을 포함할 수 있다: 상기 인서트의 외면은, 최대 직경부에 대응하는 단부에 배치되어 있는 제 2 플랜지를 더 포함하고, 이 제 2 플랜지는 제 1 단부로부터 이격되어 있는 어깨부가 형성되도록 반경 방향 외측으로 돌출되어 있고, 또한 공기 입구의 말단부의 두께에 대응하는 반경 방향 치수를 가지며, 그래서 상기 인서트가 공기 입구에 배치될 때, 상기 어깨부가 공기 입구의 말단부에 접하게 되고 또한 제 1 플랜지는 상기 홈 내부에 위치하게 된다. 상기 소음 감쇠 장치는 탄성 재료로 형성된다. 소음 감쇠 장치는 고무로 형성된다. 상기 외면은, 최대 직경부에 대응하는 소음 감쇠 장치의 일 단부에 배치되고 외측으로 돌출하여 원주 방향으로 연장되어 있는 제 2 플랜지를 더 포함한다. 이 제 2 플랜지는 공기 입구의 벽의 반경 방향 치수에 대응하는 반경 방향 깊이를 갖는다. 상기 테이퍼형 내면은 상기 본체의 길이 방향 축선에 대해 각도를 형성하며, 이 각도는 5도 내지 75도의 범위에 있다. 테이퍼형 내면은 상기 본체의 길이 방향 축선에 대해 각도를 형성하며, 이 각도는 15도이다. 어떤 실시 형태에서, 상기 테이퍼형 내면은 선형적인 프로파일을 갖는다. 다른 실시 형태에서, 상기 테이퍼형 내면은 비선형적인 프로파일을 갖는다. 상기 최소 직경부는 소음 감쇠 장치의 외경 보다 작은 직경을 가지며, 그래서, 소음 반사면으로서 역할하는 어깨부가 상기 최소 직경부에 대응하는 단부에 형성되어 있다. 상기 어깨부는, 소음 감쇠 장치가 흡기관과 터보 과급기 압축기의 공기 입구 사이에 삽입되면, 상기 어깨부는 공기 입구에 형성되어 있는 공기 벤트(vent) 통로와 대향하는 작용면을 형성하도록 되어 있다.
어떤 양태에서, 압축기는, 원통형 공기 입구를 형성하는 압축기 하우징; 공기 입구에 인접하여 상기 하우징의 내부에 배치되는 압축기 휠; 및 상기 공기 입구에 연결되어 있는 흡기관을 포함한다. 상기 흡기관은 제 1 단부, 제 1 단부의 반대쪽에 있고 공기 입구에 연결되는 제 2 단부, 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 연장되어 있는 길이 방향 축선; 및 상기 제 2 단부에 인접하여 흡기관의 내면으로부터 내측으로 돌출하여 그 내면 둘레로 원주 방향으로 연장되어 있는 소음 감쇠 장치를 포함한다. 소음 감쇠 장치는, 이 소음 감쇠 장치의 최소 직경부가 상기 제 2 단부에 배치되도록 흡기관의 축방향을 따라 테이퍼져 있다.
상기 압축기는 다음과 같은 특징들 중의 하나 이상을 포함한다: 상기 소음 감쇠 장치는 공기 입구의 말단부를 수용하는 원주 방향 홈을 포함한다. 이 홈은 압축기 휠 쪽을 향하여 개방되어 있고, 또한 압입 끼워맞춤 관계로 공기 입구의 일 단부를 수용하도록 성형되고 치수 결정되어 있다. 소음 감쇠 장치의 최대 직경부는 최소 직경부와 제 1 단부 사이에 위치된다. 소음 감쇠 장치는 흡기관과 일체적으로 형성된다. 소음 감쇠 장치는, 공기 입구로부터 분리가능하고 그 공기 입구의 내부에 수용되도록 되어 있는 인서트로 형성된다. 이 인서트는 외면을 포함하고, 이 외면은 외측으로 돌출하여 원주 방향으로 연장되어 있는 제 1 플랜지를 포함하고, 제 1 플랜지는 공기 입구의 내면에 형성되어 있는 대응하는 홈에 수용되도록 되어 있고, 그래서, 상기 제 1 플랜지가 홈과 결합되면 상기 인서트가 공기 입구의 내부에 고정된다. 상기 인서트의 외면은 일 단부에 배치되는 제 2 플랜지를 더 포함하고, 이 플랜지는 상기 일 단부로부터 이격되어 있는 어깨부가 형성되도록 반경 방향 외측으로 돌출되어 있고, 그 어깨부는 공기 입구의 말단부의 두께에 대응하는 반경 방향 치수를 가지며, 그래서, 상기 인서트가 공기 입구 안에 배치될 때, 상기 어깨부가 공기 입구의 말단부에 접하게 되고 또한 제 1 플랜지는 상기 홈 내부에 위치하게 된다.
어떤 양태에서, 배기가스 터보 과급기는, 배기가스 입구를 형성하는 터빈 하우징 및 이 터빈 하우징 안에 배치되는 터빈 휠을 포함하는 터빈; 베어링 하우징에 회전 가능하게 지지되고 터빈 휠에 연결되는 제 1 단부를 갖는 축; 및 전술한 압축기를 포함하고, 압축기 휠은 상기 축의 제 2 단부에 연결된다.
터보 과급기 압축기의 공기 입구는 가끔 재순환 슬롯을 포함하는데, 이 재순환 슬롯은 압축기 휠을 둘러싸는 원주 방향 홈이며, 압축기의 거동을 특징짓는 질량 유동 맵에 대해 압력을 확장하는 역할을 하며, 그래서 터보 과급기는 작동 조건의 더 넓은 범위에 걸쳐 유효하게 된다. 그러나, 재순환 슬롯의 존재로 인해, 엔진 흡기 시스템의 방향으로 상류로 흐르는 소음이 발생될 수 있으며, 그 결과 흡기 시스템에 바람직하지 않은 소음이 생기게 된다.
터보 과급기의 압축기에 사용되는 소음 감쇠 장치는 압축기 하우징의 공기 입구와는 별개로 형성된다. 예컨대, 소음 감쇠 장치는 흡기관의 출구 단부에 형성될 수 있고, 그리하여, 흡기관이 공기 입구에 연결될 때 소음 감쇠 장치가 압축기 공기 입구에 적절히 위치된다. 다른 실시예에서, 소음 감쇠 장치는, 흡기관과 압축기 공기 입구의 결합 전에 압축기 공기 입구 안으로 삽입되는 인서트로 형성될 수 있다.
유리하게는, 소음 감쇠 장치를 흡기관의 일 부분 또는 별개의 인서트로서 형성하는 것이, 소음 감쇠 장치를 공기 입구의 일 부분으로서 포함시켜 압축기 하우징을 주조하여 소음 감쇠 장치를 형성하는 것 보다 쉽고 저렴하다. 이는, 소음 감쇠 장치는 압축기 휠로 가는 입구에 위치되는 내향 테이퍼형 원추면을 제공하기 때문인데, 이러한 구성으로 인해, 코어사(core sand)의 제거를 매우 어렵게 하는 비교적 복잡한 주조 기하학적 구조가 나타나게 된다. 유사하게, 비교적 복잡한 주조 기하학적 구조는 또한 최종 부품으로부터 부스러기를 제거하는 것을 매우 어렵게 한다. 주조하기가 어렵다는 것 외에도, 모든 코어사와 부스러기가 제거되었음을 보장하기 위해 주조된 부품에 대한 전체 검사가 필요할 수 있고, 그래서 전체적인 제조 비용이 증가된다. 이는 소음 감쇠 장치를 압축기 하우징과 별개로 형성하는 것과 비교될 수 있으며, 그래서, 소음 감쇠 장치의 제조가 간단하게 되고 또한 소음 감쇠 장치를 형성하는 데에 사용되는 재료가 비교적 저렴할 수 있다.
본 발명의 다른 대상 및 목적 그리고 그의 변형예는 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 될 것이다.
도 1 은 배기가스 터보 과급기의 부분 절취 사시도이다.
도 2 는 압축기 공기 입구에 연결되는 흡기관을 포함하는, 터보 과급기로부터 분리되어 있는 압축기의 사시도로, 흡기관의 소음 감쇠 장치와 압축기 공기 입구 사이의 상호 연결을 볼 수 있도록 흡기관은 투명하게 도시되어 있다.
도 3 은 도 2 의 압축기 및 흡기관의 측단면도이다.
도 4 는 소음 감쇠 장치를 포함하는 도 2 의 흡기관의 일 단부의 사시 단면도이다.
도 5 는 도 4 의 흡기관의 측단면도이다.
도 6 은 압축기의 공기 입구에 삽입되는 소음 감쇠 장치, 및 인서트 둘레에서 압축기 공기 입구에 연결되는 흡기관을 포함하는, 터보 과급기로부터 분리되어 있는 압축기의 사시도로, 소음 감쇠 장치, 흡기관 및 압축기 공기 입구 사이의 상호 연결을 볼 수 있도록 흡기관은 투명하게 도시되어 있다.
도 7 은 도 6 의 압축기, 소음 감쇠 장치 및 흡기관의 측단면도이다.
도 8 은 도 7 의 원 영역에 대응하는, 압축기와 소음 감쇠 장치 사이의 연결부의 부분 확대도이다.
도 9 는 도 6 의 분리되어 있는 소음 감쇠 장치의 사시도이다.
도 10 은 도 6 의 소음 감쇠 장치의 사시 단면도이다.
도 11 은 도 6 의 소음 감쇠 장치의 측단면도이다.
도 1 을 참조하면, 배기가스 터보 과급기(1)는 터빈부(2), 압축기부(3), 및 압축기부(3)와 터빈부(2) 사이에 배치되어 이들을 서로 연결하는 중앙 베어링 하우징(8)을 포함한다. 터빈부(2)는 터빈 하우징(11)을 포함하며, 이 터빈 하우징은 배기가스 입구(13), 배기가스 출구(10), 및 배기가스 입구(13)와 배기가스 출구(10) 사이의 유체 경로에 배치되어 있는 터빈 볼류트(volute)(9)를 형성한다. 터빈 휠(4)이 터빈 하우징(11) 안에서 터빈 볼류트(9)와 배기가스 출구(10) 사이에 배치되어 있다. 구동축(6)이 터빈 휠(4)에 연결되어 있고, 베어링 하우징(8)의 내부에서 회전 가능하게 지지되며, 압축기(3) 안으로 진입해 있다. 상기 압축기부(3)는 압축기 하우징(12)을 포함하고, 이 압축기 하우징은 공기 입구(16), 공기 출구(18), 및 압축기 볼류트(14)를 형성한다. 압축기 휠(5)이 압축기 하우징(12) 안에서 공기 입구(16)와 압축기 볼류트(14) 사이에 배치되어 있다. 압축기 휠(5)은 상기 구동축(6)에 연결되어 있고 이 구동축에 의해 구동된다.
사용시, 상기 터빈 하우징(11) 내의 터빈 휠(4)은 엔진의 배기 매니폴드로부터 공급되는 배기가스의 유입 유동에 의해 회전 가능하게 구동된다. 구동축(6)은 상기 중앙 베어링 하우징(8) 안에서 회전 가능하게 지지되고 터빈 휠(4)을 압축기 하우징(12) 내의 압축기 휠(5)에 연결하므로, 터빈 휠(4)이 회전하면 압축기 휠(5)이 회전하게 된다. 압축기 휠(5)이 회전함에 따라, 그 압축기 휠은 압축기 공기 출구(18)로부터 나오는 유출 유동을 통해 엔진의 실린더에 전달되는 공기 질량 유량, 공기 유동 밀도 및 공기 압력을 증가시키며, 상기 압축기 공기 출구는 엔진의 흡기 매니폴드(나타나 있지 않음)에 연결된다.
도 2 및 3 을 참조하면, 상기 공기 입구(16)는 구동축(6)의 회전 축선(R)과 동축으로 연장되어 있는 중공 원통형 부재이다. 공기 입구(16)의 내측 단부(15)는 상기 압축기 볼류트(14)에 의해 둘러싸여 있고, 공기 입구(16)는 압축기 볼류트(14)로부터 돌출되어 있어, 공기 입구(16)의 외측 말단부(17)가 회전 축선(R)을 따라 압축기 볼류트(14)로부터 이격되어 있다. 공기 입구(16)의 내면은 압축기 휠(5)(명료성을 위해 도 3 에는 나타나 있지 않음)을 둘러싸는 원주 방향 공기 재순환 슬롯(19)을 포함한다. 압축기 하우징(12) 안에 형성되어 있는 축방향 통로(20)가, 압축기 공기 입구(16) 안으로 들어가는 공기 유동의 방향(도 3 에서 화살표로 표시되어 있음)에 대해 공기 재순환 슬롯(19)의 상류에 위치되어 있는 원주 방향 벤트(vent) 슬롯(21)에 상기 공기 재순환 슬롯(19)을 연결한다. 공기 재순환 슬롯(19)은, 공기의 일부가 상기 통로(20) 및 벤트 슬롯(21)을 통해 압축기 휠(5)로부터 멀어지게 다시 향할 수 있게 함으로써 압축기 휠(5)에서의 공기 압력을 완화시켜 준다.
도 2 ∼ 5 를 참조하면, 흡기관(40)이 상기 공기 입구 말단부(17)에 연결되도록 되어 있고, 예컨대 차량의 흡기 시스템(나타나 있지 않음)으로부터 공기를 압축기에 전달하기 위해 사용된다. 상기 흡기관(40)은, 외면(42), 내면(44), 흡기 시스템에 연결되도록 되어 있는 제 1 단부(46), 및 제 1 단부(46)의 반대쪽에 있는 제 2 단부(48)를 포함하는 기다란 중공 원통형 부재이다. 상기 제 2 단부(48)는, 외면(42)과 내면(44) 사이에서 연장되어 있는 표면에 해당하는 환형 말단면(50)을 포함한다. 이 말단면(50)은 흡기관(40)의 길이 방향 축선(52)을 가로지르는 평면(P)에 대체로 평행하다. 또한, 상기 제 2 단부(48)는 소음 감쇠 장치(60)를 포함한다. 이 소음 감쇠 장치(60)는 흡기관(40)과 일체적으로 형성되며, 관 내면(44)으로부터 반경 방향 내측으로 돌출하여 관 내면(44) 둘레로 원주 방향으로 연장되어 있는 넓은 리지(ridge)이다. 소음 감쇠 장치(60)는 상기 말단면(50)에 인접하여 배치되고, 최소 직경부(62)와 최대 직경부(64) 사이에서 축방향으로 연장되어 있는 테이퍼형 내면(66)을 포함하며, 상기 최대 직경부는 길이 방향 축선(52)을 따라 상기 최소 직경부(62)로부터 이격되어 있다. 상기 내면(66)은 상기 관의 길이 방향 축선(52)에 대해 각도(θ1)를 형성한다. 각도를 갖는 그 내면(66)은 공기를 원활하게 압축기 휠(5) 안으로 안내하여 손실을 줄이는 역할을 한다. 상기 각도(θ1)는 0 도 ∼ 89 도의 범위에 있을 수 있고, 일반적으로 5 도 ∼ 75 도의 범위에 있다. 도시되어 있는 실시 형태에서, 각도(θ1)는 15 도이다.
또한, 상기 최소 직경부(62)는 말단면(50)으로부터 축방향으로 이격되어 있고, 최대 직경부(64)는 최소 직경부(62)와 상기 관의 제 1 단부(46) 사이에 위치되어 있다. 최대 직경부(64)는 흡기관 내면(44)의 직경(d2) 보다 작은 직경(d1)을 가지며, 그래서, 소음 감쇠 장치(60)의 최대 직경 단부에 제 1 어깨부(68)가 형성되어 있다. 이 제 1 어깨부(68)는 상기 관의 제 1 단부(46) 쪽을 향하며, 상기 평면(P)에 대체로 평행하고, 그래서 상기 관의 말단면(50)에도 대체로 평행하다. 상기 최소 직경부(62)는 최대 직경부(64)의 직경(d1) 보다 작은 직경(d3)을 가지며, 그래서, 소음 감쇠 장치(60)의 최소 직경 단부에 제 2 어깨부(70)가 형성되어 있다. 이 제 2 어깨부(70)는 제 1 어깨부(68)의 것 보다 큰 반경 방향 치수를 가지며, 상기 관의 제 2 단부(48) 쪽을 향하며, 평면(P)에 대체로 평행하다.
환형 홈(72)이 상기 제 2 어깨부(70)에 형성되어 있고, 내면의 원주 둘레로 연장되어 있다. 환형 홈(72)은, 예컨대 압입 끼워맞춤 관계로 압축기 공기 입구(16)의 말단부(17)를 수용하도록 성형되고 치수 결정되어 있다. 도 3 에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 입구 말단부(17)가 홈(72) 안으로 완전히 삽입되면, 상기 관의 말단면(50)은 공기 입구(16)의 외면에 형성되어 있는 대응하는 어깨부(16a)에 접하게 된다.
일반적으로, 소음 감쇠를 최대화하고 흡입되는 공기 유동의 교란을 최소화하기 위해, 상기 테이퍼형 부분(60)의 최소 직경(d3)은 압축기 공기 입구(16)의 최소 직경(d4)에 대응하도록 되어 있다. 상기 홈(70)의 내경과 최소 직경부(62)의 직경(d3) 사이의 영역에 있는 제 2 어깨부 표면은 테이퍼형 부분(60)의 "작용면"(74)을 형성한다. 특히, 흡기관(40)이 압축기 공기 입구(16)에 결합될 때, 상기 작용면(74)은 축방향 통로(20)와 대향하도록 상기 벤트 슬롯(21)의 선두 가장자리를 따라 위치된다. 그 결과, 작용면(74)은 축방향 통로에서 나오는 음파를 받아 압축기(3)의 내부 공간 쪽으로 반사시켜 압축기 소음을 감소시킨다.
도 6 ∼ 11 을 참조하면, 다른 실시 형태의 소음 감쇠 장치(160)를 사용하여 터보 과급기의 압축기 소음을 감소시킨다. 이 소음 감쇠 장치(160)는, 아래에서 더 논하는 바와 같이, 흡기관(140)이 압축기 공기 입구(16)의 외면 둘레에 결합되기 전에 공기 입구의 말단부(17)에 결합되는 인서트이다.
도 6 및 7 을 참조하면, 흡기관(140)은 공기 입구의 말단부(17)에 연결되도록 되어 있고, 예컨대 차량의 흡기 시스템(나타나 있지 않음)으로부터 공기를 압축기에 전달하기 위해 사용된다. 흡기관(40)과 유사하게, 상기 흡기관(140)은, 외면(142), 내면(144), 흡기 시스템에 연결되도록 되어 있는 제 1 단부(146), 및 제 1 단부(146)의 반대쪽에 있는 제 2 단부(148)를 포함하는 기다란 중공 원통형 부재이다. 상기 제 2 단부(148)는, 외면(142)과 내면(144) 사이에서 연장되어 있는 표면에 해당하는 환형 말단면(150)을 포함한다. 사용시, 제 2 단부(148)는 그 안에 상기 공기 입구의 말단부(17)를 수용하고, 상기 흡기관의 말단면(150)은 공기 입구(16)의 외면에 형성되어 있는 어깨부(16a)에 접하게 된다. 흡기관(40)의 제 2 단부(48)와는 달리, 흡기관(140)의 제 2 단부(148)는 대체로 일정한 내경(d2')을 갖는다.
도 7 ∼ 11 을 참조하면, 상기 소음 감쇠 장치(160)는 흡기관(140) 및 압축기 입구(16)와는 독립적으로(예컨대, 별개의 요소로서) 형성되며, 외면(165)과 테이퍼형 내면(166)을 갖는 대체로 중공 원통형의 부재이다. 내면(166)은 최소 직경부(162)와 최대 직경부(164) 사이에서 축방향으로 연장되어 있고, 상기 최대 직경부는 장치의 길이 방향 축선(176)을 따라 상기 최소 직경부(62)로부터 이격되어 있다. 상기 내면(166)은 장치의 길이 방향 축선(176)에 대해 각도(θ2)를 형성한다. 각도를 갖는 그 내면(166)은 공기를 원활하게 압축기 휠(5) 안으로 안내하여 손실을 줄이는 역할을 한다. 상기 각도(θ2)는 0 도 ∼ 89 도의 범위에 있을 수 있고, 일반적으로 5 도 ∼ 75 도의 범위에 있다. 도시되어 있는 실시 형태에서, 각도(θ2)는 15 도이다.
반경 방향 외측으로 돌출하여 원주 방향으로 연장되어 있는 제 1 플랜지(178)가, 최대 직경부(164)에 대응하는 단부에서 흡기관 외면(165)에 배치되어 있다. 상기 제 1 플랜지(178)는 흡기관의 제 2 단부(148)의 내경(d2')에 대응하는 외경(d5)을 갖는다. 제 1 플랜지의 외경(d5)은 최대 직경부의 직경(d1') 보다 크며, 그래서, 소음 감쇠 장치(160)의 최대 직경 단부에 제 1 어깨부(168)가 형성되어 있다. 이 제 1 어깨부(168)는 길이 방향 축선(176)을 가로지르는 평면(P)에 대체로 수직이다. 또한, 제 1 플랜지의 외경(d5)은 소음 감쇠 장치의 외면(165)의 외경(d6) 보다 크고, 그래서, 제 1 어깨부(168)에 대해 제 1 플랜지(178)의 축방향 반대쪽 단부에 제 2 어깨부(170)가 형성되어 있다. 최소 직경부(162)는 소음 감쇠 장치의 외경(d6) 보다 작은 직경(d3')을 가지며, 그래서, 소음 감쇠 장치(160)의 최소 직경 단부에 제 3 어깨부(182)가 형성되어 있다. 이 제 3 어깨부(182)는 횡단 평면(P)에 대해 대체로 평행하다.
반경 방향 외측으로 돌출하여 원주 방향으로 연장되어 있는 제 2 플랜지(180)가, 제 1 플랜지(178)와 최소 직경부(162) 사이에서 흡기관의 외면(165)에 배치되어 있다. 상기 제 2 플랜지(180)는 제 1 플랜지(178)의 것 보다 작은 축방향 치수와 반경 방향 치수를 가지며, 공기 입구의 말단부(17)로부터 이격되어 있는 위치에서 공기 입구(16)의 내면에 형성되어 있는 대응하는 홈(154)에 수용되도록 되어 있다.
소음 감쇠 장치(160)가 압축기 입구(16)와 결합될 때, 그 소음 감쇠 장치(160)는, 최소 직경부(162)가 압축기 공기 입구(16)를 통과하는 공기 유동의 방향(도 7 에서 화살표로 표시되어 있음)에 관해 상기 최대 직경부(164)에 대해 하류에 있도록 배향된다. 또한, 최소 직경부(162)는, 제 2 어깨부(170)가 공기 입구의 말단부(17)에 접하고 또한 제 2 플랜지(180)가 흡기 홈(154)에 배치되는 정도로 공기 입구(16) 안으로 삽입되며, 그리하여 소음 감쇠 장치(160)가 공기 입구(16)의 내부에서 축방향으로 고정된다. 이러한 상태에서, 최대 직경부(164)는 입구의 말단부(17)로부터 축방향으로 이격되어 있는 위치에서 압축기 공기 입구(16)의 외부에 위치되고, 제 1 어깨부(168)는 공기 입구의 말단부(17)로부터 멀어지는 쪽을 향하며, 그리고 제 3 어깨부(182)는 압축기 하우징의 축방향 통로(20) 쪽을 향하게 된다.
소음 감쇠 장치가 압축기 입구(16)와 결합된 후에, 흡기관(140)이 압축기 입구(16)와 결합된다. 특히, 흡기관의 제 2 단부(148)는 압축기(3) 안으로 들어가는 공기 유동의 방향(도 7 에서 화살표로 표시되어 있음)으로 축방향으로 움직이며, 그래서 소음 감쇠 장치(160)와 공기 입구의 말단부(17)가 관의 제 2 단부(148)의 내부에 수용된다. 결합된 상태에서, 최소 직경부(162)는 흡기관의 말단면(150)으로부터 축방향으로 이격되어 있고, 제 1 플랜지(178)의 반경 방향 외향면이 흡기관의 내면(144)과 대향하게 된다.
소음 감쇠를 최대화하고 흡입되는 공기 유동의 교란을 최소화하기 위해, 상기 최소 직경부(162)의 직경(d3')은 압축기 공기 입구(16)의 최소 직경(d4)에 대응하도록 되어 있다. 제 3 어깨부 표면은 소음 감쇠 장치(160)의 "작용면"(174)을 형성한다. 이 소음 감쇠 장치(160)가 압축기 공기 입구(16)에 걸합될 때, 상기 작용면(174)은 축방향 통로(20)와 대향하도록 상기 벤트 슬롯(21)의 선두 가장자리를 따라 위치된다. 그 결과, 상기 작용면(174)은 축방향 통로에서 나오는 음파를 받아 압축기(3)의 내부 공간 쪽으로 반사시키게 되며, 이리하여 압축기 소음이 감소된다.
어떤 실시 형태에서, 상기 소음 감쇠 장치(160)는 탄성 재료로 형성된다. 예컨대, 소음 감쇠 장치(160)는 몰딩된 고무로 형성될 수 있다. 탄성 재료가 소음 감쇠 장치(160)의 결합 및 기능을 용이하게 해주기 때문에, 탄성 재료를 사용하는 것이 금속을 사용하는 것에 비해 유리하다. 예컨대, 고무 소음 감쇠 장치는, 제 2 플랜지(180)의 휨 및/또는 압축을 허용하여 공기 입구(16) 안으로의 장치(160)의 삽입을 용이하게 해주기에 충분한 탄성, 및 제 2 플랜지가 홈(154) 내부에서 그의 반경 방향 직립 배향을 다시 취하도록 하기에 충분한 복원성을 가질 수 있다. 상기 고무 소음 감쇠 장치는, 어느 정도의 가요성과 복원성을 갖고 있지만, 제 2 플랜지가 공기 입구(16)에 대한 소음 감쇠 장치(160)의 축방향 위치를 유지시켜 주는 역할을 하도록 하기에 충분한 강성을 또한 가질 수 있다. 추가로, 작동 중에 공기 입구(16) 내부에서 일어나는 고무 소음 감쇠 장치의 어떠한 움직임(예컨대, 엔진 또는 터보 과급기의 진동으로 인한 움직임)도, 금속으로 형성된 소음 감쇠 장치에 비해 상대적으로 조용할 것이다.
어떤 실시 형태에서, 환형 유지 링(120)이 흡기관(140)의 내부에 배치되어 제 1 어깨부(168)에 접하게 된다. 그 유지 링(120)은 흡기관의 내경(d2')에 대응하는 외경을 가지며, 소음 감쇠 장치(160)를 공기 입구(16)에 대한 원하는 위치에 유지시키는데에 도움을 준다. 도시되어 있는 실시 형태에서, 유지 링은 흡기관(140)과는 별개로 형성되어 있고, 흡기관(140)과 압축기 공기 입구(16)의 결합 전에 흡기관(140)과 결합하게 된다. 유지 링(120)은 접착제를 사용하여 관 내면(144)에 고정될 수 있고/있거나 관 내면(144)은 환형 링(120)을 원하는 축방향 위치에 유지시키는, 리지 또는 홈을 포함한 표면 요소(나타나 있지 않은)를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 상기 유지 링(120)은 흡기관 내면(144)과 일체적으로 형성될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 유지 링(120)은 생략될 수 있다.
여기서 상기 흡기관(40, 140)은 원통형인 것으로 설명되지만, 이러한 단면 형상에 한정되는 것은 아니다. 흡기관의 단면 형상은 압축기 공기 입구의 단면 형상에 대체로 맞게 되어 있으며/있거나 다각형 또는 불규칙한 만곡 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 소음 감쇠 장치(60, 160)는, 최소 직경부(62, 162)와 최대 직경부(64, 164) 사이에서 선형적으로 연장되어 있는 테이퍼형 내면(66, 166)을 포함한다. 그러나, 이들 내면(66, 166)은 선형적인 형태에 한정되지 않고, 대신에 만곡된 그리고/또는 비선형적인 프로파일을 가질 수 있다.
실례를 들기 위한 목적으로 본 발명의 바람직한 특정 실시 형태를 상세히 개시했지만, 부품들의 재배열을 포함하여 상기 개시된 장치에 대한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 있음을 인식할 것이다.

Claims (15)

  1. 터보 과급기의 압축기 공기 입구(16)를 엔진의 흡기 시스템에 연결하도록 되어 있는 흡기관(40)으로서,
    외면(42),
    내면(44),
    상기 흡기 시스템에 연결되도록 되어 있는 제 1 단부(46), 및
    상기 제 1 단부(46)의 반대쪽에 있는 제 2 단부(48)를 포함하고,
    상기 제 2 단부(48)는,
    상기 외면(42)과 내면(44) 사이에서 연장되어 있는 표면에 해당하는 환형 말단면(50), 및
    상기 내면(44)으로부터 반경 방향 내측으로 돌출하여 상기 말단면(50)에 인접하여 배치되는 테이퍼형 부분(60)을 포함하고,
    상기 테이퍼형 부분은,
    상기 말단면(50)으로부터 축방향으로 이격되어 있는 최소 직경부(62),
    상기 최소 직경부와 제 1 단부(46) 사이에 있는 최대 직경부(64), 및
    상기 말단면(50)에 평행한 최소 직경부(62)의 작용면(74)에 형성되어 있는 환형 홈(72)을 포함하고,
    상기 홈(72)은 내면(44)의 원주 둘레로 연장되어 있는, 흡기관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 최대 직경부(64)는 내면(44)의 직경 보다 작은 직경을 가지며, 그래서, 상기 테이퍼형 부분(60)의 일 단부에 제 1 어깨부(68)가 형성되어 있는, 흡기관(40).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 최대 직경부(64)는 내면(44)의 직경 보다 작은 직경을 가지며, 그래서, 상기 테이퍼형 부분(60)의 일 단부에 제 1 어깨부(68)가 형성되어 있고, 이 제 1 어깨부는 상기 관의 제 1 단부(46) 쪽을 향하고,
    상기 최소 직경부(62)는 최대 직경부(64)의 직경 보다 작은 직경(d3)을 가지며, 그래서, 상기 작용면(74)에 해당하는 제 2 어깨부(70)가 상기 테이퍼형 부분의 다른 단부에 형성되어 있고, 상기 제 2 어깨부(70)는 상기 관의 제 2 단부(48) 쪽을 향하고 상기 제 1 어깨부(68) 보다 큰 반경 방향 치수를 갖는, 흡기관(40).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 환형 홈(72)은 압입 끼워맞춤 관계로 공기 입구(16)의 단부(17)를 수용하도록 성형되고 치수 결정되어 있는, 흡기관(40).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 부분(60)의 최소 직경은 터보 과급기의 압축기 공기 입구(16)의 최소 직경에 대응하도록 되어 있는, 흡기관(40).
  6. 흡기관(140)과 터보 과급기 압축기(3)의 공기 입구(16) 사이에 삽입되도록 되어 있는 소음 감쇠 장치(160)로서, 소음 감쇠 장치(160)는 중공 원통형 본체를 포함하고, 이 중공 원통형 본체는,
    테이퍼형 내면(166),
    상기 테이퍼형 내면(166)의 최소 직경부(162)에 대응하는 일 단부,
    상기 일 단부의 반대쪽에 있고 상기 테이퍼형 내면(166)의 최대 직경부(164)에 대응하는 다른 단부, 및
    외측으로 돌출하여 원주 방향으로 연장되어 있는 제 1 플랜지(180)를 포함하는 외면(165)을 포함하고,
    상기 소음 감쇠 장치(160)는, 상기 최소 직경부(162)가 공기 입구(16)를 통과하는 공기 유동의 방향에 관해 상기 최대 직경부(164)에 대해 하류에 있도록 공기 입구(16)의 내부에 동축으로 배치되도록 되어 있고, 상기 제 1 플랜지(180)는, 공기 입구(16)의 입구 단부(17)로부터 이격되어 있는 위치에서 공기 입구(16)의 내면에 형성되어 있는 대응하는 홈(154)과 결합하게 되며, 이리하여 상기 본체가 공기 입구(16)의 내부에 고정되는, 소음 감쇠 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 외면(158)은 최대 직경부(164)에 대응하는 상기 다른 단부에 배치되어 있는 제 2 플랜지(178)를 더 포함하고, 이 제 2 플랜지(178)는 상기 다른 단부로부터 이격되어 있는 어깨부(170)가 형성되도록 반경 방향 외측으로 돌출되어 있고, 또한 공기 입구(16)의 말단부(17)의 두께에 대응하는 반경 방향 치수를 가지며, 그래서, 상기 인서트가 공기 입구(16)에 배치될 때, 상기 어깨부(170)가 공기 입구(16)의 말단부(17)에 접하게 되고 또한 제 1 플랜지(180)는 상기 홈(154) 내부에 위치하게 되는, 소음 감쇠 장치(160).
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 소음 감쇠 장치(160)는 탄성 재료로 형성되어 있는, 소음 감쇠 장치(160).
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 최소 직경부(162)는 소음 감쇠 장치의 외경(d6) 보다 작은 직경(d3')을 가지며, 그래서, 소음 반사면으로서 역할하는 어깨부(182)가 상기 최소 직경부(162)에 대응하는 단부에 형성되어 있는, 소음 감쇠 장치(160).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 어깨부(182)는, 소음 감쇠 장치가 흡기관(140)과 터보 과급기 압축기(3)의 공기 입구(16) 사이에 삽입되면 상기 어깨부(182)는 공기 입구(16)에 형성되어 있는 공기 벤트(vent) 통로(20)와 대향하는 작용면(174)을 형성하도록 되어 있는, 소음 감쇠 장치(160).
  11. 배기가스 터보 과급기(1)로서,
    터빈 하우징(11) 및 이 터빈 하우징(11) 안에 배치되는 터빈 휠(4)을 포함하는 터빈(2); 및
    압축기(3)를 포함하고,
    상기 압축기는,
    원통형 공기 입구(16)를 형성하는 압축기 하우징(12);
    상기 공기 입구(16)에 인접하여 압축기 하우징(12)의 내부에 배치되며, 축(6)을 통해 상기 터빈 휠(4)에 연결되어 있는 압축기 휠(5); 및
    상기 공기 입구(16)에 연결되는 흡기관(140)을 포함하고,
    상기 흡기관은(140),
    제 1 단부(146);
    상기 제 1 단부(146)의 반대쪽에 있고 공기 입구(16)에 연결되는 제 2 단부(148);
    상기 제 1 단부(146)와 제 2 단부(148) 사이에서 연장되어 있는 길이 방향 축선(152); 및
    상기 제 2 단부(148)에 인접하여 상기 흡기관(140)의 내면(144)으로부터 내측으로 돌출하여 그 내면 둘레로 원주 방향으로 연장되어 있는 소음 감쇠 장치(160)를 포함하고,
    상기 소음 감쇠 장치(160)는, 이 소음 감쇠 장치(160)의 최소 직경부(162)가 상기 제 2 단부(148)에 배치되도록 흡기관(140)의 축방향을 따라 테이퍼져 있는, 배기가스 터보 과급기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 소음 감쇠 장치(160)는 공기 입구(16)의 말단부를 수용하는 원주 방향 홈(72)을 포함하는, 배기가스 터보 과급기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 홈(72)은 압축기 휠(5) 쪽을 향하여 개방되어 있고, 또한 압입 끼워맞춤 관계로 공기 입구(16)의 일 단부를 수용하도록 성형되고 치수 결정되어 있는, 배기가스 터보 과급기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 소음 감쇠 장치(160)는, 공기 입구(16)로부터 분리가능하고 그 공기 입구의 내부에 수용되도록 되어 있는 인서트로 형성되어 있고,
    상기 인서트는 외면(142)을 포함하고, 이 외면은 외측으로 돌출하여 원주 방향으로 연장되어 있는 제 1 플랜지(180)를 포함하고, 제 1 플랜지는 공기 입구(16)의 내면에 형성되어 있는 대응하는 홈(154)에 수용되도록 되어 있고, 그래서, 상기 제 1 플랜지(180)가 홈(154)과 결합되면 상기 인서트가 공기 입구(16)의 내부에 고정되는, 배기가스 터보 과급기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 인서트의 외면(142)은 일 단부에 배치되는 제 2 플랜지(178)를 더 포함하고, 이 플랜지(178)는 상기 일 단부로부터 이격되어 있는 어깨부가 형성되도록 반경 방향 외측으로 돌출되어 있고, 그 어깨부는 공기 입구(16)의 말단부(17)의 두께에 대응하는 반경 방향 치수를 가지며, 그래서, 상기 인서트가 공기 입구(16) 안에 배치될 때, 상기 어깨부(178)가 공기 입구(16)의 말단부에 접하게 되고 또한 제 1 플랜지(180)는 상기 홈(154) 내부에 위치하게 되는, 배기가스 터보 과급기.
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