KR20160117502A - 혼합형 유동 터빈 휠 터보차저용 열 차폐부 - Google Patents

혼합형 유동 터빈 휠 터보차저용 열 차폐부 Download PDF

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KR20160117502A
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라즈모한 티. 챈드라모하난
그렉 윌리엄스
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보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

상기 터보차저(18)가 샤프트(20), 휠 허브(44) 및 선단부(42)를 갖는 블레이드를 포함하는 혼합형 유동 터빈 휠(40), 및 열 차폐부(11)를 포함한다. 열 차폐부(11)가 측벽, 단부(19), 및 측벽(16)과 단부(19)를 연결하는 윤곽형 전방 연부(13)를 구비한다. 열 차폐부(11)의 전방 연부(13)가, 측벽(16) 및 단부(19)에 대해서 각도를 이루고 샤프트(20)의 회전 축과 교차하는 가상의 라인을 형성하는 기울기를 형성한다. 열 차폐부(11)가, 터보차저(18)의 베어링 하우징(22)과 터빈 휠(40) 사이의, 그리고 터빈 소용돌이부(24)의 축방향으로-대면하는 표면에 대해서 축방향 내향의, 그리고 베어링 하우징(22)과 터빈 휠(40) 사이의, 위치에 체류한다.

Description

혼합형 유동 터빈 휠 터보차저용 열 차폐부{HEAT SHIELD FOR MIXED FLOW TURBINE WHEEL TURBOCHARGERS}
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은, 본원에서 참조로 포함되는, 2014년 2월 4일자로 출원되고, 명칭이 "혼합형 유동 터빈 휠 터보차저용 열 차폐부"인 미국 가출원 제61/935,466호에 대한 우선권 및 모든 이익 향유를 주장한다.
본 개시 내용은 내연 기관용 배기 가스 터보차저에 관한 것이다. 보다 더욱 특히, 본 개시 내용은 혼합형 유동 터빈 휠을 가지는 가변 터빈 형상 터보차저(variable turbine geometry turbocharger)용 열 차폐부에 관한 것이다.
터보차저는 내연 기관과 함께 이용되는 강제 유도 시스템의 한 유형이다. 터보차저는 압축 공기를 엔진 흡입부로 전달하여, 보다 많은 연료가 연소되게 하고, 그에 따라 엔진 중량을 크게 증가시키지 않고도 엔진의 마력을 증강시킨다. 그에 따라, 터보차저는, 보다 큰 정상 흡기 엔진과 동일한 양의 마력을 생성하는 보다 작은 엔진의 이용을 가능하게 한다. 차량에서 보다 작은 엔진을 이용하는 것은, 차량의 질량 감소, 성능 향상, 및 연료 경제성 향상의 바람직한 효과를 갖는다. 또한, 터보차저의 이용은 엔진으로 전달되는 연료의 보다 완전한 연소를 가능하게 하고, 이는 보다 청정한 환경이라는 크게 바람직한 목표에 기여한다.
터보차저는, 전형적으로, 엔진의 배기 매니폴드로 연결된 터빈 하우징, 엔진의 흡기 매니폴드로 연결된 압축 하우징, 및 터빈과 압축 하우징 사이에 배치되고 터빈과 압축 하우징을 함께 결합시키는 중앙 베어링 하우징을 포함한다. 터빈 하우징 내의 터빈 휠은 배기 매니폴드로부터 공급되는 배기 가스의 유입 유동에 의해서 회전식으로 구동된다. 샤프트가 중앙 베어링 하우징 내에서 회전을 위해서 반경방향으로 지지되고, 터빈 휠을 압축기 하우징 내의 압축기 임펠러로 연결하고, 그에 따라 터빈 휠의 회전이 압축기 임펠러의 회전을 유발한다. 터빈 휠과 압축기 임펠러를 연결하는 샤프트가, 회전 축인 라인(line)을 형성한다. 압축기 임펠러가 회전됨에 따라, 압축기 임펠러는 엔진 흡기 매니폴드를 통해서 엔진의 실린더로 전달되는 공기 질량 유량, 공기유동 밀도 및 공기 압력을 증가시킨다.
느린 속력에서, 터보차저 부스트(boost)가 엔진으로 실제로 제공되기 전에 종종 지연이 존재한다. 이러한 것이 터보랙(turbolag)으로 지칭된다. 터보랙을 해결하기 위해서, 터보차저가 가변적인 터빈 형상을 포함할 수 있을 것이다. 가변 터빈 형상 터보차저가 터빈 휠의 외부에(예를 들어, 상류에) 위치된 가동형 안내 베인(movable guide vane)을 갖는다. 안내 베인이 폐쇄 위치에 있을 때, 공기가 좁은 개구부를 통해서 터빈 휠을 향해서 지향된다. 이는 공기 속력을 높여서, 베인이 개방된 경우보다 터빈이 더 빨리 회전하게 한다. 안내 베인이 완전히 개방된 위치에 있을 때, 터빈이 최대 유동 부피에 도달하게 된다. 베인의 조정은 터보랙을 제거하는데 도움이 되고, 터빈이 느린 엔진 속력 및 빠른 엔진 속력 모두에서 합리적인 압력 부스트를 제공할 수 있게 한다.
터보차저에서, 터빈 휠은, 배기 가스가 터빈 휠의 반경을 따라서 지향되는 반경방향 유동 휠, 배기 가스가 터빈 휠의 축을 따라서 지향되는 축방향 유동 휠, 또는 일부 배기 가스가 터빈 휠의 반경을 따라서 지향되고 일부 배기 가스가 터빈 휠의 축을 따라서 지향되는 혼합형 유동 휠일 수 있을 것이다. 종종, 베어링 하우징은, 터빈 휠과 베어링 하우징 사이에 배치되는 열 차폐부에 의해서 배기 가스의 열로부터 차폐된다. 부가적으로, 열 차폐부가 또한 배기 가스를 터빈 휠을 향해서 지향시키는 기능을 할 수 있다. 그러나, 터보차저를 통한 가스 유동 경로에 대한 열 차폐부의 위치로 인해서, 열 차폐부 형상이 터빈 효율에 영향을 미칠 수 있다.
일부 양태에서, 터보차저는 샤프트 및 그러한 샤프트에 연결된 혼합형 유동 터빈 휠을 포함하고, 휠은 휠 허브, 및 선단부를 가지는 블레이드를 포함한다. 터보차저는 또한 측벽, 단부, 및 측벽과 단부를 연결하는 윤곽형(contoured) 전방 연부를 포함하는 열 차폐부를 포함한다. 열 차폐부의 윤곽형 전방 연부는, 측벽 및 단부에 대해서 각도를 이루고 샤프트의 회전 축과 교차하는 가상의 라인을 형성하는 기울기를 형성한다.
터보차저는 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다: 터보차저는 소용돌이부(volute) 및 배출구를 포함하는 터빈 하우징을 더 포함하고, 터빈 휠은 소용돌이부와 배출구 사이에서 터빈 하우징 내에 배치되고, 열 차폐부는, 소용돌이부의 축방향으로-대면하는 표면에 대해서 축방향으로 내향인 위치에서 체류한다. 윤곽형 전방 연부가 모따기형(chamfered) 표면을 포함한다. 윤곽형 전방 연부가 볼록한 표면을 포함한다. 윤곽형 전방 연부가 오목한 표면을 포함한다. 열 차폐부의 윤곽형 전방 연부에 의해서 형성된 가상의 라인이 샤프트의 회전 축과 40 도 내지 50 도의 각도를 형성한다. 열 차폐부의 윤곽형 전방 연부에 의해서 형성된 가상의 라인이 샤프트의 회전 축과 40 도 내지 45 도의 각도를 형성한다. 열 차폐부의 윤곽형 전방 연부에 의해서 형성된 가상의 라인이 샤프트의 회전 축과 41 도 내지 43 도의 각도를 형성한다. 열 차폐부의 모따기형 표면의 길이가 열 차폐부의 직경의 4 퍼센트 내지 8 퍼센트를 포함한다. 열 차폐부의 모따기형 표면의 길이가 열 차폐부의 직경의 4.5 퍼센트 내지 5.5 퍼센트를 포함한다. 휠 허브의 직경 대 블레이드 선단부에서 측정된 터빈 휠의 직경의 비율이 0.8 내지 0.9이다.
가변 터빈 형상 터보차저가 혼합형 유동 터빈 휠, 안내 베인, 및 열 차폐부를 갖는다. 일부 실시예에서, 윤곽의 기울기가, 연장되는 경우에 터보차저 샤프트의 회전 축과 약 40 도 내지 50 도의 각도로 만나는 가상의 라인을 형성하도록, 열 차폐부의 전방 연부가 윤곽화된다. 터빈 하우징으로부터 유동하는 배기 가스가 윤곽의 기울기에 의해서 형성되는 연장된 가상의 라인을 따라서 그리고, 바로 허브와 덮개(shroud)(예를 들어, 터빈 하우징의 내부 표면) 사이의, 블레이드 통로 내로 지향된다. 윤곽이 모따기의 형태이고, 또한 볼록하거나 오목한 곡선의 형상일 수 있다. 또한, 열 차폐부가 비교적 짧은 측부(side)를 포함하고, 그러한 비교적 짧은 측부는 터빈으로 유동하는 배기 가스의 직접적인 스트림 내에 열 차폐부가 배치되는 것을 방지한다. 윤곽형 열 차폐부를 포함하는 터보차저는 통상적인 구성의 터보차저 보다 큰 압축기 가스 유동을 제공하고, 그러한 통상적인 구성의 터보차저에서는 열 차폐부가 배기 가스의 직접적인 스트림 내에 배치되고 열 차폐부는 배기 가스의 유동을 블레이드 통로 상으로 직접적으로 지향시키는데 도움을 주는 전방 연부 윤곽을 가지지 않는다. 그에 따라, 열 차폐부는 통상적인 열 차폐부를 포함하는 일부 터보차저에 비해서 개선된 터보차저 효율을 제공하도록 구성된다. 터보차저의 증가된 효율은 작은 베인 개방부에서 가장 크고, 이는 터보랙의 감소를 유도한다.
첨부 도면과 함께 고려할 때 이하의 구체적인 설명을 참조함으로써 본 발명의 장점이 용이하게 평가될 수 있으며, 본 발명의 장점이 동일하게 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 배기 소용돌이부의 축방향으로-내향인 연부 뒤쪽에(예를 들어, 축방향으로 내향인 연부에 대해서 축방향 내향으로) 배치된 열 차폐부를 포함하는 배기 가스 터보차저의 터빈 섹션의 일부의 횡단면도이다.
도 2는, 예를 들어, 도 1의 화살표(A)의 방향으로 볼 때의, 도 1의 열 차폐부의 정면도이다.
도 3은 도 1의 열 차폐부의 횡단면도이다.
도 4는, 열 차폐부의 전방 연부를 상세하게 도시한, 도 3에서 파선으로 둘러싸인 열 차폐부의 횡단면도의 일부의 확대도이다.
도 5는 통상적인 터보차저 열 차폐부의 정면도이다.
도 6은 도 5의 열 차폐부의 횡단면도이다.
도 7는, 열 차폐부의 전방 연부를 상세하게 도시한, 도 6에서 파선으로 둘러싸인 열 차폐부의 횡단면도의 일부의 확대도이다.
도 8은 볼록한 곡선 윤곽화된 형상을 가지는 것으로 열 차폐부의 전방 연부를 도시하는, 다른 실시예의 열 차폐부의 횡단면도의 일부의 확대도이다.
도 9는 오목한 곡선 윤곽화된 형상을 가지는 것으로 열 차폐부의 전방 연부를 도시하는, 또 다른 실시예의 열 차폐부의 횡단면도의 일부의 확대도이다.
도 1을 참조하면, 가변 터빈 형상 배기 가스 터보차저(18)가 터빈 섹션(36), 압축기 섹션(미도시), 및 압축기 섹션과 터빈 섹션(36) 사이에 배치되어 압축기 섹션을 터빈 섹션(36)으로 연결하는 중앙 베어링 하우징(22)을 포함한다. 터빈 섹션(36)은, 배기 가스 유입구(미도시), 배기 가스 배출구(26), 및 배기 가스 유입구와 배기 가스 배출구(26) 사이의 유체 경로 내에 배치된 터빈 소용돌이부(24)를 형성하는 터빈 하우징(38)을 포함한다. 터빈 휠(40)이 터빈 소용돌이부(24)와 배기 가스 배출구(26) 사이에서 터빈 하우징(38) 내에 배치된다. 가변 안내 베인(23)이 터빈 휠(40)에 인접하여 소용돌이부(24) 내에 배치되어 터빈 휠(40)에 대한 가스 유동을 제어한다. 샤프트(20)가 터빈 휠(40)로 연결되고, 베어링 하우징(22) 내에서 회전을 위해서 반경방향으로 지지되고, 그리고 압축기 섹션 내로 연장된다. 압축기 섹션이, 공기 유입구, 공기 배출구, 및 압축기 소용돌이부를 형성하는 압축기 하우징을 포함한다. 압축기 휠이 공기 유입구와 압축기 소용돌이부 사이에서 압축기 하우징 내에 배치되고 샤프트(20)에 연결된다. 이하에서 구체적으로 설명되는 열 차폐부(11)가 터빈 휠(40)과 베어링 하우징(22) 사이에서 터빈 섹션 내에 제공되어, 터빈 섹션(36)으로부터 베어링 하우징(22)으로의 열 전달을 감소시키고 터보차저(18)의 효율을 증가시킨다.
사용시에, 터빈 휠(40)은 엔진(미도시)의 배기 매니폴드로부터 공급되는 배기 가스의 유입 유동에 의해서 회전식으로 구동된다. 샤프트(20)가 터빈 휠(40)을 압축기 하우징 내의 압축기 휠에 연결하기 때문에, 터빈 휠(40)의 회전이 압축기 휠의 회전을 유발한다. 압축기 휠이 회전됨에 따라, 압축기 휠은, 엔진의 공기 흡기 매니폴드에 연결된, 압축기 공기 배출구로부터의 유출 유동(outflow)을 통해서 엔진의 실린더로 전달되는 공기 질량 유량, 공기유동 밀도 및 공기 압력을 증가시킨다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 열 차폐부(11)는 통상적인 열 차폐부를 포함하는 일부 터보차저에 비해서 개선된 터보차저 효율을 제공하도록 구성된 형상을 갖는다. 특히, 열 차폐부(11)는, 원통형 측벽(16) 및 폐쇄된 단부(19)를 가지는 대체로 컵-형상의 부재이다. 폐쇄된 단부(19)는 외부 표면(19a)을 포함하고, 관통하여 형성된 중앙 개구부(14)를 갖는다. 폐쇄된 단부(19)는 측벽(16)에 대체로 수직으로 배향된, 폐쇄된 단부의 둘레 주위로 형성된 쇼울더(15), 및 쇼울더(15)를 중앙 개구부(14)에 연결하는 각도형(angled) 부분(28)을 포함한다. 이하에서 더 구체적으로 설명되는, 윤곽형 전방 연부(13)는 쇼울더(15)를 측벽(16)의 일 단부에 연결한다. 측벽(16)의 대향 단부는, 그로부터 외향으로 연장하는 유지 탭(12)을 포함한다. 특히, 탭(12)은 쇼울더(15)에 평행하고, 쇼울더(15)에 대한 측벽(16)의 대향 측부 상에 배치된다.
또한 도 4를 참조하면, 열 차폐부(11)의 윤곽형 전방 연부(13)가 모따기형 표면이다. 전방 연부(13)는 열 차폐부(11)의 쇼울더(15)로부터 측벽(16)까지 규정된 각도로 연장한다. 전방 연부(13)의 기울기는, 쇼울더(15) 및 측벽(16) 모두에 대해서 각도를 이루는 연장된 가상의 라인(17)을 형성한다.
열 차폐부(11)의 윤곽형 전방 연부(13)가 모따기 도구를 이용하여 형성될 수 있거나, 대안적으로, 터보차저 열 차폐부를 형성하기 위한 당업계에서 공지된 스탬핑이나 다른 유사한 통상적인 작업의 일부로서 형성될 수 있을 것이다.
열 차폐부(11)가 도 5 내지 도 7에 도시된 통상적인 열 차폐부(1)에 대해서 비교될 수 있다. 통상적인 열 차폐부(1)가 또한 대체로 컵-형상이고, 원통형 측벽(6) 및 폐쇄된 단부(9)를 포함한다. 폐쇄된 단부(9)가 관통 형성된 중앙 개구부(4)를 갖는다. 폐쇄된 단부(9)는 측벽(6)에 대체로 수직이 되도록 폐쇄된 단부의 둘레 주위로 형성된 쇼울더(5), 및 쇼울더(5)를 중앙 개구부(4)에 연결하는 각도형 부분(8)을 포함한다. 통상적인 열 차폐부(1)에서, 쇼울더(5)는 측벽(6)의 일 단부에 직접적으로 연결되고, 그러한 연결부가 직각을 형성하여, 그 위치에서 날카로운 모서리를 형성한다.
또한, 쇼울더(5)와 측벽(6)의 대향 단부에 형성된 유지 탭(2) 사이의 거리에 상응하는 측벽 길이(L1)는 열 차폐부(11)의 측벽(16)의 길이(L2) 보다 길다.
도 1 및 도 3을 다시 참조하면, 유지 탭(12)이 터보차저 하우징(38)과 베어링 하우징(22) 사이에 클램핑되도록 열 차폐부(11)가 터보차저(18) 내에 배치되고, 샤프트(20)가 중앙 개구부(14)를 통해서 연장되고, 폐쇄된 단부(19)가 터보차저 휠(40)과 베어링 하우징(22)의 축방향으로-대면하는 표면(22a) 사이의 공간 내에 배치된다. 이와 같은 구성에서, 윤곽형 모따기 전방 연부(13)의 기울기의 연장된 가상의 라인(17)이 터보차저 샤프트(20)의 회전 축(R)과 약 40도 내지 50도의 규정된 각도(도 3)로 교차한다. 또한, 측벽(16)이 통상적인 열 차폐부(1)의 길이(L1)에 비해서 짧은 길이(L2)를 가지며, 열 차폐부(11)의 폐쇄된 단부(19)가 배기 소용돌이부(24)의 축방향-내향 연부(21)에 대해서 축방향 내향으로 배치된다. 이와 같은 위치는 통상적인 열 차폐부(1)의 위치에 대해 유리한데, 이는 비교적 짧은 측벽(16)이 열 차폐부(11)를 배기 가스의 직접적인 유동의 외부에 배치하기 때문이다. 또한 유리하게, 윤곽형 모따기 전방 연부(13)의 기울기는, 배기 가스가 배기 소용돌이부(24)로부터, 가변 안내 베인(23)을 가로질러, 터보차저 휠(40)의 허브(44)와 터빈 하우징(38)의 내부 표면(38a) 사이에 형성된 블레이드 통로(46) 상으로 직접적으로 지향될 수 있게 한다.
동작 시에, 엔진으로부터의 배기 가스가 배기 소용돌이부(24)에 의해서 터빈 하우징(38)을 통해서 안내된다. 터보차저(18)가 가변적인 터빈 형상을 가지기 때문에, 배기 가스는, 터빈 하우징 내의 가변 안내 베인(23)에 의해서 제어되는 각도로 배기 소용돌이부(24)로부터 터빈 하우징(38)으로 진입한다. 배기 소용돌이부(24)로부터 유입되는 배기 가스의 일부가 열 차폐부(11)를 타격하고 터빈 휠(40)을 향해서 재지향된다. 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에서, 윤곽형 전방 연부(13)의 기울기의 각도는, 배기 가스가 블레이드 통로(46) 내로 이어서 터빈 휠(40) 상으로 명확하게 직접적으로 재지향될 수 있게 한다.
혼합형 유동 터빈 휠(4)은, 블레이드 선단부에서 측정된 터빈 휠의 직경 보다 작은 허브 직경을 갖는다. 휠 허브(44)의 직경(d1) 대 블레이드 선단부(42)에서 측정된 터빈 휠(40)의 직경(d2)의 비율이 변경될 수 있다. 개시 내용의 하나의 양태에 따른 터보차저에서, 약 0.8 내지 0.9의 휠 허브(44)의 직경 대 블레이드 선단부(42)에서 측정된 터빈 휠(40)의 직경의 비율(예를 들어, d1/d2)이 충분한 것으로 확인되었다.
터보차저(18)는, 터빈 하우징(38)의 형상을 변경하기 위해서, 터빈 휠(40)의 전방(예를 들어, 상류)에 위치된, 가동형 안내 베인(23)을 포함하는 가변 터빈 형상 기술을 이용하여 동작한다. 안내 베인(23)이 폐쇄 위치에 있을 때, 배기 가스가 비교적 좁은 개구부를 통해서 터빈 휠(40)을 향해서 지향된다. 이는 가스 속력을 높여서, 베인(23)이 개방된 경우 보다 터빈 휠(40)이 더 빨리 회전하게 한다. 안내 베인(23)이 완전히 개방된 위치에 있을 때, 터빈 섹션(30)을 통한 배기 가스 유동이 크다(high).
터보차저(18) 내에서, 열 차폐부(11)는 터빈 휠(40)로 유동하는 배기 가스의 스트림 내에 위치되지 않는다. 열 차폐부(11)의 윤곽형 전방 연부(13)의 기울기가 열 차폐부의 직경의 4 퍼센트 내지 8 퍼센트로 터보차저 샤프트(20)의 축과 교차한다. 일부 실시예에서, 열 차폐부(11)는 열 차폐부의 직경의 4.5 퍼센트 내지 5.5 퍼센트로 터보차저 샤프트(20)의 축과 교차한다. 열 차폐부(11)는 터보차저가 작은 베인 개방부에서 보다 큰 효율을 제공할 수 있게 하고 터보랙을 감소시킬 수 있게 한다.
열 차폐부 전방 연부(13)의 윤곽화된 형상은 모따기로 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 열 차폐부(111)의 대안적인 실시예는, 둥글게 처리되고 볼록한 윤곽화된 형상을 갖는 전방 연부(113)를 포함한다. 또한, 도 9을 참조하면, 열 차폐부(211)의 다른 대안적인 실시예는, 둥글게 처리되고 오목한 윤곽화된 형상을 갖는 전방 연부(213)를 포함한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 열 차폐부(11)의 바람직한 실시예에서와 같이, 도 8 및 도 9의 열 차폐부(111, 211)의 대안적인 실시예의 윤곽형 전방 연부(113, 213)의 기울기가, 약 40도 내지 50도의 규정된 각도로 터보차저 샤프트(20)의 회전 축(R)과 교차하는 연장된 가상의 라인(117, 217)을 형성한다.
예 1
혼합형 유동 터빈 및 가변형 베인을 가지는 가변 터빈 형상 터보차저가 구성되었다. 2 mm의 유지 탭을 가지는 통상적인 열 차폐부(1)가 준비되었고, 그에 따라 통상적인 열 차폐부(1)가 67 mm의 총 직경을 갖는다. 또한, 통상적인 열 차폐부(1)의 전방 연부가 날카로운 모서리를 형성하였다. 터보차저 내에서의 이용 시에, 날카로운 모서리가 가스 스트림 내에 배치되었다. 또한, 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 따른 혼합형 유동 열 차폐부(11)가 준비되었다. 열 차폐부(11)는 직경이 63 mm였고, 2 mm 유지 탭 및 67 mm의 총 직경을 갖는다. 전방 연부(13)가 약 3 mm 길이의 모따기형 연부를 갖는다. 모따기에 의해서 형성된 라인이 터보차저 샤프트와 42.3 도의 각도를 형성하였다. 열 차폐부(11)는, 통상적인 열 차폐부(1)의 측벽 길이(L1) 보다 짧은 측벽 길이(L2)를 갖는다. 그에 따라, 사용 시에, 열 차폐부(11)가 배기 소용돌이부의 뒤쪽에(예를 들어, 배기 소용돌이부에 대해서 축방향 내향으로) 배치되었다. 열 차폐부(1, 11) 모두가 가스 스탠드(gas stand) 내에서 테스트되었다. 가스 스탠드는 고온 가스를 터보차저의 터빈 부분으로 전도(conduct)하였다. 유입구 압력 및 배출구 압력이 측정되었다. 터빈의 회전 속력이 측정되었다. 각각의 열 차폐부에 대해서, 전/정 기반(total/static basis)으로 터빈의 효율이 측정되었다. 측정이 이하의 2개의 위치: 100 퍼센트 개방 및 20 퍼센트 개방의 베인으로 실시되었다. 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예에 따른 열 차폐부(11)가, 테스트 결과를 보여주는 이하의 표 1에서 혼합형 유동 열 차폐부로서 언급되어 있다.
유입 압력
유출 압력		 터보차저 속력
(RPM)		 효율 전/정(%) 질량 유량
(kg/s)
통상적인 열 차폐부
베인 100% 개방		 1.6810 143,961 0.6865 0.2292
혼합형 유동 열 차폐부
베인 100% 개방		 1.6931 143,791 0.6943 0.2287
통상적인 열 차폐부
베인 20 % 개방		 1.5102 105,607 0.4088 0.0913
혼합형 유동 열 차폐부
베인 20 % 개방		 1.5336 105,608 0.4201 0.0928
특별한 실시예에 대해서 개시 내용이 도시되고 설명되었지만, 당업자는, 이하의 청구항에서 규정된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고도, 여러 가지 변화 및 수정이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 터보차저(18)로서,
    샤프트(20),
    상기 샤프트에 연결된 혼합형 유동 터빈 휠(40)로서, 휠 허브(44) 및 선단부(42)를 가지는 블레이드를 포함하는, 혼합형 유동 터빈 휠(40), 및
    측벽(16), 단부(19), 및 상기 측벽(16)과 상기 단부(19)를 연결하는 윤곽형 전방 연부(13)를 포함하는 열 차폐부(11)를 포함하고,
    상기 열 차폐부(11)의 윤곽형 전방 연부(13)가, 상기 측벽(16) 및 상기 단부(19)에 대해서 각도를 이루고 상기 샤프트(20)의 회전 축(R)과 교차하는 가상의 라인(17)을 형성하는 기울기를 형성하는, 터보차저(18).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터보차저(18)는 소용돌이부(24) 및 배출구(26)를 포함하는 터빈 하우징(38)을 더 포함하고, 상기 터빈 휠(40)은 상기 소용돌이부(24)와 상기 배출구(26) 사이에서 상기 터빈 하우징(38) 내에 배치되고, 상기 열 차폐부(11)는, 상기 소용돌이부(24)의 축방향으로-대면하는 표면에 대해서 축방향으로 내향인 위치에서 체류하는, 터보차저(18).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 윤곽형 전방 연부(13)가 모따기형 표면을 포함하는, 터보차저(18).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 윤곽형 전방 연부(13)가 볼록한 표면을 포함하는, 터보차저(18).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 윤곽형 전방 연부(13)가 오목한 표면을 포함하는, 터보차저(18).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열 차폐부(11)의 윤곽형 전방 연부(13)에 의해서 형성되는 가상의 라인이 상기 샤프트(20)의 회전 축과 40 도 내지 50 도의 각도를 형성하는, 터보차저(18).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열 차폐부(11)의 윤곽형 전방 연부(13)에 의해서 형성되는 가상의 라인이 상기 샤프트(20)의 회전 축과 40 도 내지 45 도의 각도를 형성하는, 터보차저(18).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열 차폐부(11)의 윤곽형 전방 연부(13)에 의해서 형성되는 가상의 라인(17)이 상기 샤프트(20)의 회전 축과 41 도 내지 43 도의 각도를 형성하는, 터보차저(18).
  9. 제3항에 있어서,
    상기 열 차폐부(11)의 모따기형 표면의 길이가 상기 열 차폐부(11)의 직경의 4 퍼센트 내지 8 퍼센트를 포함하는, 터보차저(18).
  10. 제3항에 있어서,
    상기 열 차폐부(11)의 모따기형 표면의 길이가 상기 열 차폐부(11)의 직경의 4.5 퍼센트 내지 5.5 퍼센트를 포함하는, 터보차저(18).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 휠 허브(44)의 직경 대 상기 블레이드 선단부(42)에서 측정된 상기 터빈 휠(40)의 직경의 비율이 0.8 내지 0.9인, 터보차저(18).
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3489486B1 (en) * 2016-08-22 2021-11-10 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Mixed flow turbine wheel
GB2555567A (en) 2016-09-21 2018-05-09 Cummins Ltd Turbine wheel for a turbo-machine
DE102017205457A1 (de) * 2017-03-30 2018-10-04 Continental Automotive Gmbh Turbolader für eine Brennkraftmaschine sowie Turbinengehäuse
CN107023329A (zh) * 2017-04-27 2017-08-08 同济大学 一种带圆锥斜面的混流式涡轮增压器隔热罩
DE102017208107A1 (de) * 2017-05-15 2018-11-15 Man Diesel & Turbo Se Turbolader
JP6759463B2 (ja) * 2017-08-10 2020-09-23 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 ターボチャージャ用タービン及びターボチャージャ
WO2019044777A1 (ja) * 2017-08-28 2019-03-07 株式会社豊田自動織機 ターボチャージャ
US10465556B2 (en) 2017-10-17 2019-11-05 Borgwarner Inc. Turbocharger heat shield
US20190136712A1 (en) * 2017-11-03 2019-05-09 Borgwarner Inc. Multilayer Encapsulated Heat Shield for a Turbocharger
CN109098780B (zh) * 2018-05-24 2024-05-14 中车大连机车研究所有限公司 一种涡轮增压器燃气废气进排气壳体
US11215111B2 (en) 2020-04-17 2022-01-04 Borg Warner Inc. Turbocharger having a thermal dam
DE102022210936A1 (de) * 2022-10-17 2024-04-18 Borgwarner Inc. Hitzeschild für eine aufladevorrichtung
CN115749968B (zh) * 2022-10-31 2024-05-07 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种混合透平结构及混合透平的运行方法

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3235538A1 (de) * 1982-09-25 1984-03-29 Audi Nsu Auto Union Ag, 7107 Neckarsulm Abgasturbolader fuer brennkraftmaschinen
US4565505A (en) * 1983-04-11 1986-01-21 Woollenweber William E Combination flow turbine for internal combustion engine turbochargers
US4725206A (en) * 1984-12-20 1988-02-16 The Garrett Corporation Thermal isolation system for turbochargers and like machines
US4786238A (en) * 1984-12-20 1988-11-22 Allied-Signal Inc. Thermal isolation system for turbochargers and like machines
US4907952A (en) * 1986-12-05 1990-03-13 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Turbocharger
JPH0192531A (ja) * 1987-10-05 1989-04-11 Hitachi Ltd 可変容量排気タービン過給機
US4969805A (en) * 1989-05-02 1990-11-13 Allied-Signal Inc. Unidirectional turbocharger assembly
US5055009A (en) * 1989-12-12 1991-10-08 Allied-Signal Inc. Turbocharger with improved roller bearing shaft support
US5094587A (en) * 1990-07-25 1992-03-10 Woollenweber William E Turbine for internal combustion engine turbochargers
DE10256418A1 (de) * 2002-12-02 2004-06-09 Abb Turbo Systems Ag Abgasturbinengehäuse
DE102004038903A1 (de) * 2004-08-11 2006-02-23 Daimlerchrysler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
US7631497B2 (en) * 2005-04-21 2009-12-15 Borgwarner Inc. Turbine heat shield with ribs
US8052386B1 (en) * 2005-05-18 2011-11-08 Loren Cook Company Mixed flow roof exhaust fan
JP4692820B2 (ja) * 2005-08-11 2011-06-01 株式会社Ｉｈｉ 電動機付過給機
JP4468286B2 (ja) * 2005-10-21 2010-05-26 三菱重工業株式会社 排気ターボ式過給機
DE602006020239D1 (de) * 2006-01-24 2011-04-07 Ihi Corp Motorbetriebene Aufladung
US20100104424A1 (en) * 2007-05-04 2010-04-29 Borgwarner Inc. Variable turbine geometry turbocharger
DE102007057309A1 (de) 2007-11-28 2009-06-10 Continental Automotive Gmbh Hitzeschild und Turbolader mit einem Hitzeschild
DE102009056632A1 (de) * 2009-12-02 2011-06-09 Continental Automotive Gmbh Turbolader
GB201103222D0 (en) * 2011-02-24 2011-04-13 Imp Innovations Ltd A turbine wheel,a turbine and a use thereof
JP2012229676A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Ihi Corp 遮熱板の取付構造及び過給機
JP2013174129A (ja) * 2012-02-23 2013-09-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ターボチャージャ
JP2013231405A (ja) * 2012-05-01 2013-11-14 Ihi Corp ターボチャージャ
JP2013231404A (ja) * 2012-05-01 2013-11-14 Ihi Corp 過給機
CN202768085U (zh) * 2012-06-21 2013-03-06 霍尼韦尔国际公司 涡轮增压器的涡端进气结构及包括其的涡轮增压器
EP2778349A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-17 Continental Automotive GmbH Abgasturbolader mit bearbeitetem Turbinengehäuse
DE102013225642B4 (de) * 2013-12-11 2020-09-17 Vitesco Technologies GmbH Abgasturbolader mit einem verstellbaren Leitgitter

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