KR20180012317A

KR20180012317A - 압축기, 배기가스 터보차저 및 내연기관

Info

Publication number: KR20180012317A
Application number: KR1020177037280A
Authority: KR
Inventors: 알로이스 푸치크; 토마스 마이어; 틸로 레만
Original assignee: 폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2018-02-05
Also published as: US10655642B2; KR102056112B1; CN107636314A; EP3303849B1; US20180094647A1; EP3303849A1; WO2016188712A1; CN107636314B; DE102015209666A1; JP2018513302A; JP6543351B2

Abstract

본 발명은, 압축기 하우징(32) 내에 회전 가능하게 장착된 하나의 압축기 임펠러(34)와, 압축 대상 가스의 작동 유동 방향(36)으로 압축기 임펠러(34)의 상류에 위치하는 하나의 흡기 섹션을 포함하는 내연기관용 압축기에 관한 것으로, 상기 압축기는, 흡기 섹션을 한정하는 벽부 내에 압축기 임펠러(34)로 향해 있으면서 입구부가 없는 하나 이상의 주연 견부(50)가 통합되고, 한편으로 압축기 임펠러(34)와 주연 견부(50) 간의 최단 간격과, 다른 한편으로 주연 견부(50)에 의해 한정되는 유동 단면적 내에서의 최대 단면적 치수 사이의 비율이 적어도 0.5인 것을 특징으로 한다. 이런 방식으로, 특히 압축기가 통합된 내연기관의 신선 가스 라인 내에서 스로틀 밸브가 신속하게 폐쇄됨으로써 초래될 수 있는, 벽부 근처에서의 역류성 와류 유동의 확산이 저지될 수 있으며, 그 결과로 인한 소음 발생("discharge hissing")도 감소할 수 있다.

Description

압축기, 배기가스 터보차저 및 내연기관

본 발명은 내연기관을 위한 압축기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 각각 압축기를 구비한 배기가스 터보차저 및 내연기관에 관한 것이다.

내연기관의 비출력(specific power)의 증대 및 비연료소비량(specific fuel consumption)의 감소를 위한 하나 이상의 압축기의 이용이 공지되어 있다. 이 경우, 압축기는 대개 배기가스 터보차저들의 부분으로서 형성된다.

승용차 적용을 위한 압축기들은 통상 터보 압축기로서 형성되는데, 그 이유는, 터보 압축기를 이용하면 용적형 압축기(displacement compressor)에 비해 더 높은 용적 흐름이 이송될 수 있고, 터보 압축기에 의해 발생할 수 있는 비교적 낮은 최종 압축 압력은 대부분의 승용차 적용을 위해 충분하기 때문이다. 터보 압축기로서 상기 압축기들은 압축기 하우징에 의해 형성된 유동 챔버의 내부에 배치되어 있는 압축기 임펠러를 포함하며, 그럼으로써 유동 챔버는 압축기 임펠러의 상류에 위치한 저압 챔버와 압축기 임펠러 하류에 위치한 고압 챔버로 나뉜다.

압축기가 터보 압축기의 형태로 형성됨으로써 발생하는 문제는, 이미 압축된 신선 가스가 고압 챔버와 저압 챔버 상호간의 불완전한 분리만으로 역류할 가능성이다. 이는 특히, 신선 가스 라인, 즉, 이른바 급기 덕트의 고압 측에서 일시적으로 보통 때와는 달리 높은 초과 압력이 발생할 때, (이는 급기 덕트 내에 통합되어 이전에 훨씬 더 오래 개방되었던 스로틀 밸브가 빠르게 폐쇄될 경우에 해당할 수 있는데), 문제가 된다고 간주할 수 있다. 이 경우, "내연기관" 시스템의 관성은, 압축기가 계속해서 이미 폐쇄된 스로틀 밸브를 통해 차단된 급기 덕트 내로 경우에 따라 높은 압축 출력으로 이송하게 할 수 있으며, 이는 압축기의 최종 압축 압력과 고압 챔버 및 저압 챔버 내 가스 압력들의 압력차를 상응하게 상승시킨다.

압축기의 저압 챔버 내에서 압축기 임펠러를 통한, 이미 압축된 신선 가스의 역류는 파형으로 확산될 수 있으며, 이는 압축기 하우징의 상응하는 진동 여기 및 특히 압축기 유입구에 연결된 신선 가스 라인의 가스 안내 튜브의 상응하는 진동 여기를 야기할 수 있다. 상기 진동 여기와 결부되는 소음 발생은 "배출 히싱(discharge hissing)"이라고도 종종 지칭된다.

그러한 배출 히싱은 압축기 내에 또는 신선 가스 라인의 급기 덕트 내에 다이버터 밸브(diverter valve)를 통합함으로써 방지될 수 있으며, 상기 다이버터 밸브는 압축기 임펠러를 통한 역류를 방지한다. 그러나 이와 결부되는 비용이 비교적 높다. 또한, 압축기 유입구의 상류에 위치한 신선 가스 라인의 섹션 내에 진동 여기의 작용 및 그에 따른 배출 히싱을 감소시키는 방음 부재들이 통합될 수 있다. 그러나 이 역시 비교적 높은 비용과 결부된다. 또한, 이러한 조치는 상대적으로 큰 설치 공간을 요구한다.

DE 10 2007 019 884 A1호로부터 배기가스 터보차저를 위한 압축기가 공지되어 있고, 상기 압축기의 압축기 하우징은, 유입구 포트의 영역에서 안쪽에 반경 방향으로 주연부를 따라 연장되며 압축기의 정상 작동 중 유동 소음 및 펌핑 시 음향 효과를 감소시키는 홈부(groove)를 갖는다. 이 경우, 반경 방향으로 주연부를 따라 연장되는 홈부들은 가스의 유동 방향의 반대 방향으로 언더컷을 갖는다. 펌핑 시 역류하는 신선 가스는 언더컷부에 도달하고, 이 언더컷에서 상기 역류 신선 가스는 주연부를 따라 순환하며, 이는 기간 및 진폭과 관련하여 펌핑을 약화시키는 전체적으로 더 큰 역류 저항을 야기한다고 되어 있다.

또한, DE 10 2014 018 035 A1호로부터 공지된, 내연기관의 흡기 트랙트를 위한 공기 라인은 제1 연결 영역에서 공기 질량 센서와 연결될 수 있고, 제2 연결 영역에서는 배기가스 터보차저의 압축기로의 연결을 위해 제공된다. 상기 연결 영역들 사이의 섹션 내에는, 내연기관의 크랭크케이스 환기부(crankcase ventilation)와의 연결을 위한 연결 지점이 제공된다. 제2 연결 영역과 연결 지점 사이의 섹션 내에서, 공기 라인은 그의 내부면에 반경 방향으로 안쪽을 향해 연장되고 공기 라인의 종방향에 대해 실질적으로 평행하게 연장되는 복수의 가이드 리브(guide rib)를 형성하며, 이 가이드 리브들은 압축기로부터 역류하는 와류 유동을 방해하고 그에 따라 크랭크케이스 환기부를 경유하여 공기 라인 내로 유입된 오일에 의한 공기 질량 센서의 가압을 감소시킨다고 되어 있다.

DE 10 2010 026 176 A1호는 압축기 하우징의 흡기 섹션 내에 배치된 콘(cone)을 가진 압축기를 개시하고 있으며, 콘의 내경은, 일시적으로 압축기 임펠러의 유입 횡단면의 다소 큰 중첩을 실현하기 위해 공급할 압력 유체에 의해 변동될 수 있다. 그 결과, 압축기가 안정적으로 작동될 수 있는 압축기 특성 영역이 확대될 수 있다고 되어 있다.

상기 압축기에 필적하는 압축기들이 FR 2 434 939 A1호 및 WO 2014/128 931 A1호로부터도 공지되어 있으며, 이들 문서에서는 가변 콘 대신에 반경 방향 내경이 가변적인 환형 차단 부재들이 이용된다.

DE 10 2011 017 419 A1호로부터는, 압축기 임펠러와 그에 인접하는 압축기 하우징 섹션 사이의 주연 간극에서 감압 라인(relief line)이 시작되고, 이 감압 라인이 압축기 임펠러의 상류에서 압축기 하우징의 흡기 섹션 내로 통하는, 내연기관용 레이디얼 압축기가 공지되어 있다.

이에 필적하는 압축기들이 JP 2012-184751 A호, WO 2015/066301 A1호 및 US 2007/0266705 A1호로부터 공지되어 있으며, JP 2012-184751 A호에 따른 압축기에서는 감압 라인의 입구부의 영역에 흡기 섹션의 내부면을 따라 균일하게 분포되는 방식으로 복수의 판형 부재가 나선형으로 정렬되어 있다.

또한, WO 2014/170954 A1호로부터는, 압축기 하우징이 흡기 섹션의 영역에서 환형으로 주연부를 따라 연장되는 채널을 형성하고, 이 채널이 하나의 섹션에서 흡기 섹션과 연결되며, 상기 채널 내로 배기가스 재순환 라인이 통하는, 내연기관용 압축기가 공지되어 있다.

본 발명의 과제는 상기 종래 기술을 기반으로, 내연기관용 압축기에서 배출 히싱을 최대한 간단한 수단으로 최대한 적합하게 감소시키는 것이다.

상기 과제는 특허 청구항 제1항에 따른 압축기에 의해 해결된다. 상기 압축기를 각각 포함하는 배기가스 터보차저 및 내연기관은 특허 청구항 제12항 및 제13항의 대상이다. 본 발명에 따른 압축기와 그에 따른 본 발명에 따른 배기가스 터보차저 및 본 발명에 따른 내연기관의 바람직한 구현예들은 그 외 특허 청구항들의 대상이고, 그리고/또는 본 발명의 하기 설명을 참조한다.

본 발명은, 내연기관의 신선 가스 라인의 급기 덕트 내에 배치된 스로틀 밸브의 비교적 빠른 폐쇄에 의해 야기되는, 이미 압축된 신선 가스의 역류가, 신선 가스 라인 내에 통합된 압축기의 압축기 임펠러를 경유하여 벽부 근처에서의 와류 유동의 형태로 일어난다는 인식에 기초한다. 그에 따라, 역류는 저압 챔버의 내부 벽부를 따라서 나선형으로 실시되며, 상기 역류는 그러한 형태로 (압축 대상 가스가 압축기 또는 신선 가스 라인의 저압 측에서 고압 측으로 유동하는 압축 대상 가스의 작동 유동 방향과 관련하여) 상류에서 압축기 유입구에 연결된 가스 안내 튜브에 이를 때까지 계속된다. 이는 흡기 개구부를 경유한 공기 전달음 방출을 야기할 뿐 아니라, 부분적으로 자체의 고유 주파수의 범위로 특히 신선 가스 라인의 흡기 섹션을 형성하는 가스 안내 튜브들의 진동 여기도 일으킨다. 이들 모두는 함께 배출 히싱으로서 지칭되는 의도치 않은 소음 발생을 야기한다.

이러한 인식을 기반으로 본 발명은, 전술한 벽부 근처에서의 와류 유동의 확산 및 특히 상류에서 압축기 유입구에 연결되는 가스 안내 튜브 내로의 과류(overflow)가 구조적으로 간단하게, 압축기의 흡기 섹션 내에 적합하게 형성된 견부 형태의 유동 저항부가 통합됨으로써, 감소하거나 방해될 수 있다는 사상을 기초로 한다. 가스는 종방향 및 주연방향으로의 유동 성분을 모두 포함하는 와류 유동의 형태로 역류하기 때문에, 상기 역류의 방해는 기본적으로, 종방향으로 배향된 유동 성분에 대해 횡방향으로 그리고 특히 수직으로 위치한 견부(shoulder)뿐 아니라, 주연방향으로 배향된 유동 성분에 대해 횡방향으로 위치한 견부를 이용해서도 수행될 수 있다. 이 경우, 와류 유동의 종방향으로 배향된 유동 성분에 대해 횡방향으로 그리고 특히 수직으로 배향된 견부가 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.

그에 상응하게, 적어도 압축기 하우징 내에 회전 가능하게 장착된 하나의 압축기 임펠러와, 압축 대상 가스의 작동 유동 방향으로 압축기 임펠러의 상류에 위치하는 하나의 흡기 섹션을 포함하는 내연기관용 압축기의 경우, 본 발명에 따라 흡기 섹션을 한정하는 벽부 내에 압축기 임펠러로 향해 있으면서 입구부가 없는 하나 이상의 주연 견부가 통합된다.

이 경우, 압축기 임펠러로 향해 있는 주연 견부 또는 상기 주연 견부에 의해 정의되는 평면은, 압축기 임펠러의 유입 평면에 대해 평행하게 또는 비스듬하게(0°초과 90°미만의 각도로) 정렬될 수 있다. 이 경우, 압축기 임펠러의 유입 평면은, 압축기 임펠러의 회전축에 대해 수직이면서 압축기 임펠러에서 저압 챔버에 가장 가깝게 놓인 지점을 포함하는 평면이다.

또한, 본 발명에 따라서, 상기 압축기는, 한편으로 압축기 임펠러와 주연 견부 간의 최단 간격과, 다른 한편으로 주연 견부에 의해 한정되는 유동 단면적 내에서의 최대 단면적 치수 사이의 비율이 적어도 0.5인 것을 특징으로 한다. 그로 인해 특히, 주연 견부가 압축 대상 가스의 유동과 관련하여 압축기 임펠러의 유의미한 중첩을 야기함으로써, 다른 경우라면 압축기의 작동 거동 및 특히 그 출력 거동이 악화될 수도 있는 점이 방지될 수 있다.

본 발명에 따라 "주연 견부"를 가리키는 흡기 섹션의 상응하는 벽부의 면 섹션은 흡기 섹션의 종방향 연장부와 관련하여 또는 압축기 임펠러의 회전축과 관련하여 횡방향으로 정렬되며, 바람직하게는 상기 벽부의 베이스면으로부터 면 섹션으로의 전이부에 에지가 형성됨으로써 베이스면과 면 섹션 사이에 각도가 형성된다. 상기 (견부) 각도는 바람직하게 80°와 100° 사이이며, 특히 바람직하게는 약 90°일 수 있다.

"입구부가 없는"이라는 표현은, 주연 견부가 흡기 섹션을 형성하는 벽부 내로 통해 있는 유체 채널의 경계부를 형성하지 않을 경우를 의미하며, 이 경우 유체 채널은 흡기 섹션 내로 유체(기체 또는 액체)를 유도하는 역할을 한다. 주연 견부가 입구부를 갖지 않아야 하는 이유는, 그렇지 않을 경우 내부로 통하는 유체 채널로부터 방출되는 유체 유동을 통해, 주연 채널이 와류 유동에 작용하는 방해 작용이 상쇄되거나 적어도 악화될 수 있기 때문이다.

주연 견부가 주연부를 따라 연장되는 방식으로, 다시 말해 벽부의 전체 주연에 걸쳐서 연장되는 방식으로 형성될 경우, 와류 유동 확산의 방해와 관련하여 특히 효과적인 것으로서 밝혀졌다. 이는 폐쇄되어 주연부를 따라 연장되는 방식으로(다시 말해 환형으로), 또는 개방되어 주연부를 따라 연장되는 방식으로(다시 말해 나선형으로) 제공될 수 있다. 이 경우, 주연부를 따라 연장되는 주연 견부는 연속적으로 또는 분할되어, 다시 말해 하나 이상의 불연속부를 갖도록(그에 따라 이 불연속부의 영역에는 주연 견부가 형성되지 않도록) 형성될 수 있다. 연속적으로 주연부를 따라 연장되고 주연 연장부에 걸쳐서 가변적인 견부 높이도 가질 수 있는 주연 견부는 역류하는 와류 유동의 확산 방해와 관련하여 특히 효과적인 것으로 볼 수 있는 한편, 하나의 분할된 주연 견부를 통해서는, 예컨대 작동 유동 방향으로, 다시 말해 흡기 섹션에서 압축기 임펠러의 방향으로 신선 가스 유동의 원하는 영향과 같은 다른 장점들이 실현될 수 있다. 하나의 분할된 주연 견부의 충분한 방해 작용을 위해, 모든 세그먼트의 주연방향 길이는 흡기 섹션의 내부에서 상응하는 전체 주연의 적어도 50%, 60%, 70%, 80% 또는 90%가 되어야 한다.

주연 견부에 의해 가급적 역류하는 와류 유동만이 방해되어야 한다면, 바람직하게는, 주연 견부로부터 압축기 임펠러의 반대편을 향하는 벽부 섹션으로의 전이부가 견부 없이 형성되고, 나아가 바람직하게는 연속으로, 예컨대 원추형으로 확대되도록 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 특히 작동 유동 방향으로 신선 가스의 유동의 부정적인 영향이 방지될 수 있다.

본 발명에 따른 압축기의 일 바람직한 구현예에서, 바람직하게는 압축기 임펠러의 유입 평면에 대해 수직으로 정렬된 (바람직하게는 마찬가지로 입구부가 없는) 하나의 종방향 견부가 추가로 제공될 수 있으며, 이 종방향 견부를 통해 특히 역류하는 와류 유동의 주연방향으로 배향된 유동 성분의 방해가 달성될 수 있다. 이와 동시에, 상기 종방향 견부는 압축기 임펠러 쪽으로 유동하는 압축 대상 가스 유동에 아주 작은 영향만을 미칠 수 있다. 종방향 견부와 주연 견부의 조합은 바람직한 방식으로, 주연 견부가 상대적으로 작게, 다시 말해 특히 상대적으로 낮은 견부 높이를 갖도록 형성됨으로써, 작동 유동 방향으로 유동하는 가스 유동에 미치는 주연 견부의 작용도 작을 수 있는 경우에도, 역류하는 와류 유동의 효과적인 억제를 달성할 수 있다. 바람직하게는, 종방향 견부가 예컨대 흡기 섹션의 종축과 관련하여 반경 방향으로 상기 흡기 섹션 내로 돌출하는 리브형 웨브에 의해 형성될 수 있다.

상기 웨브는 아치형이거나 각진 종방향 프로파일을 갖도록 형성될 수도 있으며, 그럼으로써 상기 웨브는 하나의 부품 내에서 주연 견부와 종방향 견부를 조합할 수 있다. 이처럼 흡기 섹션의 종축에 대해 평행하지 않게 연장되는 웨브를 이용하여 단 하나의 종방향 견부만을 형성할 수도 있다.

주연 견부 및/또는 종방향 견부는 바람직하게 압축기 하우징에 의해 형성된 흡기 포트 내에, 또는 이 흡기 포트에 연결된 가스 안내 튜브 내에 배치될 수 있다. 이 경우, 흡기 포트, 가스 안내 튜브(또는 이 가스 안내 튜브의 일 섹션), 및 필요한 경우 주연 견부 및/또는 종방향 견부를 형성하는 견부 부재가 본 발명에 따른 압축기의 흡기 섹션을 형성할 수 있다. 마찬가지로 바람직하게는, 흡기 포트와 가스 안내 튜브 사이의 전이부 내에 주연 견부를 배치할 수 있거나, 상기 전이부에 의해 주연 견부가 형성되게 할 수 있다. 이를 위해 예컨대, 가스 안내 튜브가 전이부의 영역에서 압축기 하우징의 흡기 포트보다 더 작은 개구 단면적을 가질 수 있다.

주연 견부 및/또는 종방향 견부는 바람직하게는 흡기 섹션의 상응하는 벽부 내에 (특히 일체형으로) 통합 형성될 수 있다. 이런 방식으로, 내연기관의 압축기 또는 이 압축기를 통합하는 신선 가스 라인의 조립 시, 주연 견부 및/또는 종방향 견부의 통합에 기인한 추가 비용이 방지될 수 있다. 다른 한편으로, 흡기 섹션의 벽부 내에서 주연 견부 및/또는 종방향 견부의 그러한 통합 구성은 상응하는 부품(압축기 하우징 또는 가스 안내 튜브)을 위한 더 높은 제조 비용을 수반할 수 있으며, 그런 까닭에 필요한 경우 주연 견부 및/또는 종방향 견부를 별도의 단일 부재형 또는 다중 부재형 견부 부재로 형성하는 것이 더 바람직할 수 있다. 이 경우, 상기 견부 부재는 바람직하게 흡기 포트와 가스 안내 튜브 사이의 전이부 내에 고정되어 배치될 수 있다. 마찬가지로, 흡기 섹션의 벽부 내에서 예컨대 주연 그루브 내에 견부 부재를 (적어도 흡기 섹션의 종방향과 관련하여) 고정시켜 배치할 수도 있다.

전술한 본 발명에 따른 압축기의 또 다른 한 바람직한 구현예에서, 견부 부재는 (적어도 부분적으로) 탄성 소재로 형성될 수 있다. 이 경우, "탄성 소재"란, 견부 부재가 작동 유동 방향으로 또는 그 반대 방향으로의 (그리고 그에 따라 특히 방해성 와류 유동의 형태로의) 신선 가스 유동이 공급됨으로써 기능상 유의미한 정도로 변형되도록 결정된 탄성을 갖는 소재를 의미한다. 상기 탄성 견부 부재에 의해, 압축 대상 가스의 유동에 대한 긍정적인 영향이 달성될 수 있거나, 적어도 상기 유동에 대한 부정적인 영향이 특히 주연 견부를 통해 최대한 작게 유지될 수 있다.

이를 위해, 특히 견부 부재는, 주연 견부에 의해 한정되는 유동 단면적이 가스 공급 시 작동 유동 방향으로 확대될 수 있도록 형성될 수 있다. 그에 반해, 이와 반대되는 유동 방향으로, 그리고 그에 따라 특히 주연 견부에 방해성 와류 유동의 공급 시, 주연 견부의 형태 및 특히 그 크기는 하중이 가해지지 않는 중립 위치에 비해 변동되지 않거나, 필요한 경우 심지어 확대될 수 있다. 이런 방식으로, 주연 견부에 의해 개방되는 유동 단면적은 작동 유동 방향으로 압축될 가스의 유동 동안(그리고 특히 상기 유동 단면적에 방해성 와류 유동이 가해지지 않는 동안) 최대한 커질 수 있는 반면, 상기 유동 단면적에 방해성 와류 유동이 가해지는 즉시 상기 유동 단면적은 주연 견부를 형성하는 부품의 탄성 변형으로 인해 수축된다. 상기 견부 부재의 구조적으로 간단한 구현예에서, 상기 견부 부재는 적어도 하나의 섹션에서 깔때기 형태로 압축기 임펠러의 방향으로 점차 좁아지는 링의 형태로 형성될 수 있으며, 그에 따라 압축기 임펠러로 향하면서 상기 링에 인접하는 흡기 섹션의 벽부 섹션과, 주연 견부를 형성하는 링의 면 사이의 각도가 90°미만일 수 있다.

역류하는 와류 유동의 특히 효율적인 방해를 위해 바람직하게는, 일측에서 압축기 임펠러와 주연 견부 및/또는 종방향 견부 간의 최단 간격과, 타측에서 주연 견부 및/또는 종방향 견부에 의해 한정되는 유동 단면적 내에서의 최대 단면적 치수(및 특히 유동 단면적이 원형인 경우에는 내경) 사이의 비율은 0.5와 2.0 사이, 바람직하게는 0.5와 1.5 사이, 추가로 바람직하게는 0.8과 1.2 사이, 특히 바람직하게는 약 1일 수 있다. 특히 바람직하게는 상기 비율은 주연 견부를 위해 제공될 수 있는 반면에, 종방향 견부는 압축기 임펠러에 상대적으로 더 가까운 위치까지, 필요한 경우에는 압축기 임펠러에 가장 가까운 위치까지 연장될 수 있다.

예컨대 바람직하게는, 압축기 임펠러와 (특히) 주연 견부 및/또는 종방향 견부 간의 최단 간격은 최대 70㎜일 수 있으며, 바람직하게는 최대 20㎜일 수 있다.

추가로 바람직하게는, 견부 높이(경우에 따라 일정하지 않은 견부 높이를 갖는 주연 견부 또는 종방향 견부의 경우 최대 견부 높이)와, 주연 견부 및/또는 종방향 견부에 의해 한정되는 유동 단면적 내에서의 최대 단면적 치수(및 특히 유동 단면적이 원형인 경우 내경) 사이의 비율은 0.03과 0.16 사이, 바람직하게는 0.04와 0.12 사이, 특히 바람직하게는 0.05와 0.08 사이일 수 있다.

예컨대 주연 견부 및/또는 종방향 견부의 견부 높이는 1㎜와 6㎜ 사이, 바람직하게는 1.5㎜와 4.5㎜ 사이일 수 있다.

"견부 높이"는 흡기 섹션의 종축에 대해 수직으로, 그리고 특히 반경 방향으로 연장되는 주연 견부 또는 종방향 견부의 연장부이다.

또한, 경우에 따라, 압축기 임펠러로부터 상이한 최단 간격들을 갖는 복수의 주연 견부가 제공될 때에도 바람직할 수 있다. 이런 구성은 역류하는 와류 유동의 매우 탁월한 방해를 실현할 수 있다.

압축기는 바람직하게 내연기관을 위한 배기가스 터보차저의 부분일 수 있다. 따라서 본 발명은 본 발명에 따른 압축기와 터빈을 포함하는 배기가스 터보차저와도 관련된다. 터빈은 하나의 터빈 하우징과, 이 터빈 하우징의 유동 챔버의 내부에 배치된 하나의 터빈 임펠러를 포함할 수 있고, 상기 터빈 임펠러는 압축기 임펠러와 함께 회전하도록 연결되어 있으며, 이는, 압축기 임펠러를 회전 구동하기 위해 터빈 임펠러의 관류 시 터빈 임펠러로 가해지는 토크를 압축기 임펠러로 전달할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 압축기는 (배기가스 터빈을 통하는 것과) 다른 유형으로도 구동 가능하게 형성될 수 있다. 예컨대 압축기 임펠러는 내연기관의 연소 엔진의 출력 샤프트에 의해 구동 가능하게 형성되거나(자동차 공학에서는 간단히 "컴프레서"로서 지칭됨), 전동기에 의해 구동 가능하게 형성될 수 있다(자동차 공학에서는 간단히 "부스터"로서 지칭됨).

또한, 본 발명은 하나 이상의 연소실을 형성하는 연소 엔진(특히 왕복 연소 엔진)과, 연소실들에 신선 가스가 공급될 수 있게 하는 신선 가스 라인과, 연소실들로부터 배기가스가 배출될 수 있게 하는 배기가스 라인과, 본 발명에 따른 압축기 또는 본 발명에 따른 배기가스 터보차저를 포함하는 내연기관에 관한 것이며, 압축기는 신선 가스 라인 내에 통합되고, 배기가스 터보차저의 터빈은, 제공된다면 배기가스 라인 내에 통합된다.

본 발명에 따른 압축기/배기가스 터보차저/내연기관은 특히 자동차, 특히 휠 기반 자동차(예: 승용차 또는 상용차)에서의 이용을 위해 제공될 수 있다. 내연기관은 특히 자동차를 위한 주행 구동 출력의 발생을 위해 제공될 수 있다.

특히 특허청구범위 및 상기 특허청구범위를 일반적으로 설명하는 명세서에서 부정관사["하나(의)"]는 수사로서가 아니라 그 자체로서 해석되어야 한다. 따라서 상응하게 구체화된 구성요소는, 이 구성요소 자체가 적어도 1개 제공되고, 여러개 제공될 수도 있다고 해석되어야 한다.

본 발명은 하기에서 도면들 내에 도시된 실시예들에 따라서 더 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 압축기를 구비한 내연기관의 제1 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압축기를 구비한 내연기관의 제2 실시예의 개략도이다.
도 3은 제1 실시예에서의 본 발명에 따른 압축기의 종단면도이다.
도 4는 추가 실시예에서의 본 발명에 따른 압축기의 종단면도이다.
도 5는 추가 실시예에서의 본 발명에 따른 압축기의 종단면도이다.
도 6은 도 5에 따른 압축기에서 주연 견부의 형성을 위해 이용되는 견부 부재의 정면도이다.
도 7 내지 도 9는 견부 부재의 대안적 구성들을 도시한 도면이다.
도 10은 추가 실시예에서 본 발명에 따른 압축기를 절단하여 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 11은 추가 실시예에서 본 발명에 따른 압축기를 절단하여 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 12는 도 11에 따른 압축기에서 주연 견부의 형성을 위해 이용되는 견부 부재의 정면도이다.
도 13은 추가 실시예에서의 본 발명에 따른 압축기의 종단면도이다.
도 14는 도 13에 따른 압축기에서 주연 견부의 형성을 위해 이용되는 견부 부재의 정면도이다.
도 15는 도 14에 따른 압축기에서 견부 부재의 대안적인 구성을 도시한 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 압축기를 위한 견부 부재의 또 다른 구성예의 종단면도이다.
도 17은 본 발명에 따른 압축기를 위한 견부 부재의 또 다른 구성예의 종단면도이다.
도 18은 추가 실시예에서 본 발명에 따른 압축기를 절단하여 개략적으로 도시한 종단면도이다.
도 19는 도 18의 단면 평면 XIX-XIX를 따라 절단한 압축기의 횡단면도이다.
도 20은 도 18 및 도 19에 따른 압축기의 흡기 포트의 일 섹션의 사시 종단면도이다.
도 21은 도 18에 따른 압축기의 한 대안적 구성예에서 도 19에 따라 도시한 횡단면도이다.
도 22는 또 다른 실시예에서의 본 발명에 따른 압축기의 종단면도이다.

도 1에는, 복수의 실린더(12)를 형성하는 연소 엔진(10)을 구비한 내연기관의 개략도가 도시되어 있다. 실린더들(12)은 그 내부에서 상하로 안내되는 피스톤들 및 실린더 헤드(미도시)와 함께 연소실들을 한정하고, 이 연소실들 내에서 신선 가스(공기)가 연료와 함께 연소됨으로써 피스톤들이 주기적으로 상하로 운동한다. 피스톤들의 이러한 운동은 공지된 방식으로 도 1에는 도시하지 않은 크랭크 샤프트(14)(도 2 참조)로 전달되고, 그럼으로써 상기 크랭크 샤프트는 회전 구동된다. 신선 가스는 신선 가스 라인을 경유하여 연소 엔진(10)으로 공급되며, 이를 위해 주변에서 흡기 개구부(76)를 통해 흡입되어 공기 필터(78)에서 정화된 다음, 배기가스 터보차저의 부분인 본 발명에 따른 압축기(16)로 안내된다. 신선 가스는 압축기(16)에 의해 압축된 다음 급기 냉각기(18) 내에서 냉각되며, 스로틀 밸브(20)를 통해 제어되어 연소실들로 공급된다. 압축기(16)의 구동은 내연기관의 배기가스 라인 내에 통합된 터빈(22)에 의해 수행된다. 연소 엔진(10)의 연소실들 내에서 연료/신선 가스 혼합기의 연소 시 발생하는 배기가스는 연소 엔진(10)으로부터 배기가스 라인을 경유하여 배출되고, 이때 터빈(22)을 관류한다. 이는, 공지된 방식으로 터빈 임펠러를 회전 구동을 야기하고, 상기 터빈 임펠러는 다시 샤프트(24)를 통해 압축기(16)의 압축기 임펠러와 함께 회전하도록 연결되어 있다. 그에 따라, 터빈 임펠러의 회전 구동은 압축기 임펠러로 전달된다. 연소 엔진(10)이 높은 회전수 및 부하로 작동할 때 신선 가스 라인 내에서의 압력 형성을 제한하기 위해, 터빈(22)은 공지된 방식으로 이른바 웨이스트 게이트(26)에 의해 우회될 수 있다.

도 2에 따른 내연기관의 경우, 신선 가스 라인 내에 통합된 압축기(16)는 기계적으로, 다시 말하면 연소 엔진(10)의 크랭크 샤프트(14)에 의해 벨트 구동장치(28)를 이용하여 구동된다. 이 경우, 압축기 임펠러의 회전수는 연소 엔진(10)의 크랭크 샤프트(14)의 회전수에 비례하기 때문에, 크랭크 샤프트(14)의 회전수가 높을 경우 압축기(16)에 의한 압력 형성을 압축기 바이패스(30)를 이용하여 공지된 방식으로 제한할 수 있는 가능성이 있다.

도 3에는, 예컨대 도 1 및 도 2에 따른 내연기관들 중 하나에서 이용될 수 있는 본 발명에 따른 (레이디얼) 압축기(16)의 종단면도가 개략적으로 도시되어 있다. 여기서는, 유동 챔버를 형성하는 압축기 하우징(32)의 일부분을 볼 수 있으며, 유동 챔버의 내부에는 압축기 임펠러(34)가 회전 가능하게 장착되어 있다. 압축기 임펠러(34)는, 유동 챔버를, 종축 방향으로 [압축할 신선 가스의 작동 유동 방향(36)과 관련하여] 압축기 임펠러(34)의 상류에 위치하는 저압 챔버(38)와, 압축기 임펠러(34)를 반경 방향으로 에워싸는 고압 챔버(40)로 분리한다. 압축기 하우징(32)에 의해 형성된 흡기 포트(42) 내에 형성된 저압 챔버(36)는 압축기 유입구(44)에서 끝나는 반면, 고압 챔버(40) 내에는 (보이지 않는) 압축기 배출구가 형성되어 있다. 압축기 유입구(44) 및 압축기 배출구에 의해, 압축기 하우징(32)은 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 내연기관의 신선 가스 라인 내에 통합될 수 있다.

압축기 유입구(44)에는, 본 발명에 따른 압축기(16)의 부분으로서, 마찬가지로 내연기관의 신선 가스 라인의 부분일 수 있는 가스 안내 튜브(46)의 일 섹션이 연결된다. 저압 챔버(38) 또는 압축기 하우징(32)의 흡기 포트(42)는, 가스 안내 튜브(46)의 상기 섹션; 그리고 흡기 포트(42)와 가스 안내 튜브(46) 사이의 전이부 내에 배치된 견부 부재(48);와 함께 하나의 흡기 섹션을 형성하며, 이 흡기 섹션의 경계 벽부에 본 발명에 따라 압축기 임펠러(34)로 향해 있는 주연 견부(50)가 통합된다. 상기 주연 견부(50)는 견부 부재(48)의 벽부 면에 의해 형성된다. 필요한 경우 탄성 재료(예: 탄성 중합체)로 형성될 수 있는 견부 부재(48)는, 환형 작용 섹션(52)뿐 아니라, 이 작용 섹션(52)의 종축 방향 단부로부터 반경 방향으로 바깥쪽을 향해 연장되며 역시 환형인 고정 섹션(54)을 포함한다. 견부 부재(48)의 작용 섹션(52)은 압축기 하우징(32)의 흡기 포트(42)로부터 가스 안내 튜브(46)로의 전이부를 형성하는 가스 안내 튜브(46)의 단부 섹션 내에 포지셔닝되고, 이때 자신의 외부면을 이용하여 가급적 유격 없이 가스 안내 튜브(46)의 내부면에 접한다. 이에 반해, 고정 섹션(54)은 흡기 포트(42)로부터 가스 안내 튜브(46)로의 전이부 내에 형성된 반경방향 간극의 내부에 포지셔닝되고, 그에 따라 적어도 [압축기 임펠러(34)의 회전축(58)에 대해 동축으로 (또는 적어도 평행하게) 정렬된 흡기 포트(42)의 종축(56)과 관련하여] 종축 방향으로 견부 부재(48)를 고정한다. 환형으로 주연부를 따라 연장되는 작용 섹션(52)의 본체는 종단면에서 쐐기형 절단면을 가지며, 그럼으로써 견부 부재(48)에 의해 한정되는 유동 단면적은 압축기(16)에 의해 압축될 (신선) 가스의 작동 유동 방향(36)과 관련하여 주연 견부(50)를 형성하는 작용 섹션(52)의 단부면에 도달할 때까지 연속으로 수축된다. 이처럼 견부 부재(48)에 의해 한정되는 유동 단면적의 연속적인 수축은 실질적으로 작동 유동 방향(36)으로의 (신선) 가스의 유동에 미치는 부정적인 영향을 방지한다. 이에 반해, 주연 견부(50)를 형성하는 작용 섹션(52)의 단부면은, 상기 단부면에 직접 연결되며 저압 챔버(38)를 한정하는 흡기 포트(42) 벽부의 섹션에 대해 약 90°의 각도로 정렬된다.

견부 부재(48)에 의해 형성되고 압축기 임펠러(34)로 향하며 압축기 임펠러의 유입 평면(74)에 대해 평행하게 정렬된 주연 견부(50)는, 압축될 신선 가스의 작동 유동 방향(36)에 반하는 운동 성분(62)을 가지면서 도 3에 간소화되어 도시된 벽부 근처에서의 와류 유동(60)에 대한 상당한 유동 저항을 형성한다. 상기 와류 유동(60)은, 고압 챔버(40)에서 유출되어 압축기 임펠러(34)를 경유하여 저압 챔버(38) 내로 유입되는, 이미 압축된 신선 가스의 역류이며, 상기 역류는 본 발명에 따라 제공되는 주연 견부(50) 없이 유의미한 정도로 가스 안내 튜브(46) 내에까지 계속될 수도 있고, 압축기 하우징(32)의 흡기 포트(42)에 비해 상대적으로 더 박벽 형태로 구성됨으로 인해 [그리고 경우에 따라 압축기 하우징(32)의 경우 금속 대신 플라스틱으로 이루어진 가스 안내 튜브(46)의 구성 때문에] 부분적으로 고유 주파수의 범위 내에서 가스 안내 튜브(46)의 벽부의 상당한 진동 여기를 야기할 수도 있다. 이런 이유에서, 도 1에 명시된 것처럼, 흡기 개구부(76)를 경유한 공기 전달음(80)의 직접 방출뿐 아니라 신선 공기 라인의 흡기 섹션의 가스 안내 튜브를 경유한 구조 전달음(82)의 직접 방출도 야기될 수 있다. 이러한 역류성 와류 유동(60)은, 특히 스로틀 밸브(20)가 많이 개방되어 있는 내연기관의 작동 이후 상기 스로틀 밸브(20)가 상대적으로 빠르게 (가능한 많이 또는 완전히) 폐쇄될 때 발생하며, 이는 단지 압축기 임펠러(34)의 회전수 감소 및 그에 따른 압축기(16)의 압축 출력 감소를 지연시킬 뿐이다. 그에 따라, 압축기 임펠러(34)는 압축기 배출구에 연결되는 신선 가스 라인의 급기 덕트 내로 단기간 계속해서 상대적으로 높은 이송 용량으로 신선 가스를 이송하며, 이때 이송된 신선 가스는 폐쇄된 스로틀 밸브(20)를 통해 연소 엔진(10)까지 안내되지 않을 수 있다. 그에 따라 고압 챔버(40)의 내부에서 단기간 평상시보다 높은 압력 상승, 및 그에 상응하게 저압 챔버(38) 내 가스 압력에 비해 이미 압축된 신선 가스의 강화된 역류를 야기하는 큰 압력차가 발생하며, 상기 역류는 와류 유동(60)의 형태로 압축기 임펠러(34)로부터 배출된다.

흡기 포트(42) 내부에서 압축기 유입구(44)의 방향으로 유동하는 와류 유동(60)은 견부 부재(48)에 의해 형성된 주연 견부(50)에 부딪치고, 그로 인해 가스 안내 튜브(46) 내로의 과류의 방해를 받으면서 적어도 부분적으로 반사된다. 이런 방식으로 가스 안내 튜브(46)의 벽부의 진동 여기 및 그에 따른 소음 발생이 감소한다.

압축기(16)의 저압 챔버 내에 반경 방향으로 하나의 포트가 통하며, 이 포트를 통해 연소 엔진(10)의 크랭크 샤프트 챔버 내 초과 압력의 생성을 방지하기 위해 상기 크랭크 샤프트 챔버로부터 흡입 배출되는 크랭크 샤프트 챔버 가스("블로바이 가스")가 세척(특히 오일 제거 및 필요한 경우 여과도 포함) 이후에 신선 가스 라인 내로 유입될 수 있다. 이와 관련하여, 압축기(16)의 흡기 섹션 내에 주연 견부(50)를 제공하고 이를 통해 실현되는 역류성 와류 유동(60)을 방해하더라도 크랭크 샤프트 챔버 가스의 재순환에 유의미한 정도로 부정적인 영향은 미치지 않는 점을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따른 압축기(16)의 도 4에 도시된 구성은 실질적으로, 주연 견부(50)가 별도의 견부 부재(48)에 의해 형성되는 것이 아니라, 흡기 포트(42)와 가스 안내 튜브(46) 사이의 전이부 자체로 형성된다는 점에서 도 3의 구성과 다르다. 이를 위해, 상기 전이부를 형성하는 가스 안내 튜브(46)의 단부가 압축기 유입구(44)보다 상응하게 더 작은 유동 단면적을 가짐으로써, 주연 견부(50)는 가스 안내 튜브(46)의 상응하는 단부벽에 의해 형성된다.

한편, 도 5에 따른 본 발명에 따른 압축기(16)의 구성의 경우, 주연 견부(50)는 압축기 하우징(32)의 흡기 포트(42)와 가스 안내 튜브(46) 사이의 전이부 내부에 배치되는 별도의 견부 부재(48)에 의해 형성되며, 견부 부재(48)는 예컨대 일정한 내경 및 외경을 갖는 단순한 평면 링(도 6 참조)의 형태로 형성될 수 있다. 그 대안으로, 환형 견부 부재(48)가, 도 7 내지 도 9에서 다양한 구성들에 대한 예시로서 도시되어 있는 것처럼, 주연방향으로 일정하지 않은 내경을 갖도록 형성될 수도 있다. 이런 일정하지 않은 내경을 기반으로, 주연에 걸쳐 각각 일정하지 않은 견부 높이[다시 말해 압축기 임펠러로 향해 있는 주연 견부(50)를 형성하는, 각각의 견부 부재(48)의 단부면의 반경 방향 연장부]가 도출된다.

도 10에 따른 본 발명에 따른 압축기(16)의 구성은 특히, 흡기 포트(42)와 가스 안내 튜브(46) 사이의 전이부 내에 배치되어 제1 주연 견부(50)를 형성하는 견부 부재(48) 외에도 하나의 추가 환형 견부 부재(48)가 가스 안내 튜브(46)의 내부에 배치되고, 이 가스 안내 튜브 내에서 예컨대 주연부를 따라 연장되는 그루브 내에 수용됨으로써 고정된다는 점에서 도 5에 따른 구현예와 다르다. 상기 추가 견부 부재(48)는 압축기 임펠러(34)로 향해 있는 제2 주연 견부(50)를 형성한다. 두 주연 견부(50)의 조합된 작용을 통해, 필요한 경우, 역류하는 와류 유동(60)의 확산이 특히 효율적으로 방지되거나 방해될 수 있다. 이 경우, 두 견부 부재(48)의 구성은 임의로, 예컨대 도 6 내지 도 9에 상응하게 제공될 수 있다.

도 11 및 도 12에 따른 본 발명에 따른 압축기(16)의 구성에서는, 흡기 포트(42)와 가스 안내 튜브(46) 사이의 전이부 근처에 배치되는 견부 부재(48)에 의해, 주연부를 따라 연장되는 복수의 스트립 상에 배치되어 막대 형태로, 그리고 흡기 포트(42)의 종축과 관련하여 반경 방향으로 연장되는 복수의 부재(64)가 제공됨으로써, 하나의 분할된 주연 견부(50)가 형성된다. 개별 막대형 부재들(64)과 압축기 임펠러(34) 사이의 최단 간격은 상기 부재들 중 일부에 대해 서로 상이하다.

도 13 및 도 14에는, 재차, 하나의 주연 견부(50)를 형성하는 하나의 견부 부재(48)를 가진 본 발명에 따른 압축기(16)의 구성이 도시되어 있으며, 상기 견부 부재는, 견부 부재의 주연에 걸쳐 분포되고 [견부 부재(48)의 종축과 관련하여] 만곡된 형태로 연장되면서 상기 견부 부재(48)의 종축 전체에 걸쳐 연장되는 (V자형 횡단면을 갖는) 홈부들(66)이 상기 견부 부재 내에 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 홈부들(66)은, 견부 부재(48)를 관통하여 안내되는 신선 가스의 유동 내로, 작동 유동 방향(36)으로 신선 가스의 유동 시 압축기 임펠러(34)를 스쳐가는 유동에 긍정적으로 작용할 수 있는 유동 와류를 유입하기 위해 이용될 수 있다. 방해 대상 와류 유동(60)과 관련하여, 만곡된 형태로 연장되는 홈부들(66)의 정렬은, 상기 홈부들이 상기 와류 유동의 와류를 상쇄시키는 방식으로 제공될 수 있으며, 그럼으로써 와류 유동(60)을 통한 소음 발생을 방지하려는 취지에서 주연 견부(50)의 더욱 향상된 효과가 달성될 수 있다. 도 15에는 재차, 도 14에 따른 견부 부재(48)에 비해 약간 변형된, 인접 홈부들(66)이 직접 서로 연결되어 있는 구성이 도시되어 있다.

도 16 및 도 17에는, 본 발명에 따른 압축기(16)의 흡기 섹션 내로의 통합을 위해 제공될 수 있는 견부 부재들(48)의 추가 구성들이 도시되어 있다. 이 구성들은, 대응하는 압축기 임펠러(34)의 유입 평면(74)에 대해 수직으로, 그리고 그에 따라 흡기 섹션의 종축(56)에 대해 평행하게도 정렬되는 종방향 견부들(88)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 16에 따른 견부 부재(48)의 경우, 압축기 임펠러(34)의 유입 평면(74)에 대해 수직으로 정렬되는 상기 종방향 견부들(88)은, 견부 부재(48)의 관형 벽부(70) 내에 통합되어 흡기 섹션의 종방향으로 연장되는 웨브들(68)에 의해 형성된다. 이 경우, 웨브들(68)은 벽부(70)의 주연에 걸쳐 균일한 분할로 분포되어 배치된다. 압축기 임펠러(34)로 향해 있는 상기 웨브들(68)의 단부들[단부면들(90)]은 원칙적으로 압축기 임펠러(34)의 유입 평면(74)에 대해 평행하게 정렬되고 구획화된 하나의 주연 견부(50)를 형성한다. 그러나 상기 주연 견부(50)의 상대적으로 작은 (면) 크기로 인해, 상기 주연 견부는 역류하는 와류 유동(60)에 대해 상대적으로 약한, 경우에 따라 감지할 수 없는 방해 작용을 한다. 이런 이유에서, 웨브들(68)에 의해 형성된 종방향 견부들(88)은 추가로 (도 16에는 도시되지 않은) 충분히 큰 (추가) 주연 견부(50)와 조합되어야 한다. 웨브들(68)의 타측 단부들은, 작동 유동 방향(36)으로의 신선 가스 유동에 최대한 영향을 덜 미치기 위해, 연속으로 견부 부재(48)의 관형 벽부(70)의 방향으로 이어짐에 따라 견부 없이 형성된다.

도 17에 따른 견부 부재(48)에 의해, 관련 압축기 임펠러(34)의 유입 평면(74)과 관련하여 평행하게 정렬되는 2개의 견부(50)뿐 아니라 수직으로 정렬되는 복수의 견부(50)가 형성되고, 이때 평행하게 정렬되고 폐쇄되어 주연부를 따라 연장되는 견부들(50)은 2개의 견부 링(72)에 의해 형성되며, 수직으로 정렬되는 견부들(50)은 상기 견부 링들(50)을 서로 연결하는 복수의 웨브(68)에 의해 형성된다. 압축기 임펠러(34)의 반대편을 향하는 측에서, 견부 링들(72)은 [작동 유동 방향(36)에 반하여] 대략 원추형으로 확대되는 방식으로 형성되며, 그럼으로써 견부 링들(72)에 의해 생성되는 유동 저항이 작동 유동 방향으로 유동하는 가스에 대해 상대적으로 작게 유지된다.

역류하는 와류 유동(60)을 최대한 효과적으로 방해하기 위해, 웨브들(68)은 압축기 임펠러(34)에 최대한 가깝게 포지셔닝되어야 한다. 예컨대 압축기 임펠러(34)와, 압축기 임펠러로 향해 있는, 웨브들(68) 중 일 웨브의 단부 사이의 (최단) 간격은 최대 60㎜일 수 있다. 필요한 경우, 예컨대 10㎜일 수 있는 상기 간격의 최솟값도 유의미할 수 있다. 흡기 섹션의 주연에 걸쳐 분포된 웨브들(68)의 개수는 예컨대 1개과 6개 사이일 수 있다.

도 18 내지 도 21에는, 압축기 임펠러(34)의 유입 평면(74)에 대해 수직으로 정렬된 종방향 견부들(88)을 포함하는 본 발명에 따른 압축기(16)의 가능한 추가 구성이 도시되어 있다. 여기서 종방향 견부들(88)은, 흡기 포트(42)의 영역에서 압축기 하우징(32) 내에 통합되고 [원형 횡단면을 정의하며, 저압 챔버(38)를 한정하는 흡기 포트(42)의 벽부 베이스면(86)과 관련하여] 종축(56)의 방향으로 연장되는 홈부들(84)의 경계면들의 섹션들이다.

상기 홈부들(84)에 의해 한정되는 횡단면들은 예컨대 초승달 반쪽 형태로(도 19 및 20 참조), 또는 직사각형으로(도 21 참조) 형성될 수 있다. 초승달 반쪽 형태인 홈부들(84)의 경우, 이들 홈부는, 와류 유동(60)의 (주)와류 방향으로 갈수록 점점 더 깊어지는 방식으로 흡기 섹션(42)의 벽부 내에 통합되어야 한다.

예컨대 상기 홈부(84)는 흡기 섹션(42)의 벽부 내에 1개와 6개 사이의 개수로 통합될 수 있다. 이 경우, 견부 높이는 예컨대 1㎜와 5㎜ 사이일 수 있다. [종축(56)의 방향으로] 홈부들(48)의 길이는 예컨대 5㎜와 55㎜ 사이일 수 있다. 바람직하게 홈부들(84)은 작동 유동 방향(36)의 방향으로 갈수록 연속으로 더 납작해지며, 견부 포트(42)의 벽부의 베이스면(86)으로 견부 없이 전이된다.

압축기 임펠러(34)와 관련하여 홈부들(84)의 말단 단부들이 주연 견부들(50)을 형성하거나, 하나의 분할된 주연 견부(50)를 형성한다. 그러나 홈부들(84)의 개수 및 치수에 따라서, 상기 주연 견부(50)의 가산되는 주연방향 길이가 흡기 섹션의 상응하는 전체 주연에 비해 상대적으로 작을 수 있으며, 그럼으로써 이런 구성에서도 (도시되지 않은) 하나의 추가 주연 견부(50)와의 조합이 유용할 수 있다.

도 22에는, 본 발명에 따른 압축기(16)의 또 다른 가능한 구성이 도시되어 있다. 이 구성에서는, 주연 견부(50)를 형성하는 견부 링(72)의, 압축기 임펠러(34)와 관련한 말단 단부에서 출발하여 압축기 임펠러(34)의 방향으로 연장되는 복수의(구체적으로는 90°의 균일한 분할된 4개의) 웨브(68)와, 폐쇄되어 주연부를 따라 연장되는 하나의 주연 견부(50)를 조합하는 하나의 견부 부재(48)가 제공된다. 웨브들(68)은 각각 하나의 종방향 견부(88)를 형성한다.

10: 연소 엔진
12: 실린더
14: 크랭크 샤프트
16: 압축기
18: 급기 냉각기
20: 스로틀 밸브
22: 터빈
24: 샤프트
26: 웨이스트 게이트
28: 벨트 구동장치
30: 압축기 바이패스
32: 압축기 하우징
34: 압축기 임펠러
36: 작동 유동 방향
38: 저압 챔버
40: 고압 챔버
42: 흡기 포트
44: 압축기 유입구
46: 가스 안내 튜브
48: 견부 부재
50: 주연 견부
52: 견부 부재의 작용 섹션
54: 견부 부재의 고정 섹션
56: 흡기 포트의 종축
58: 압축기 임펠러의 회전축
60: 와류 유동
62: 와류 유동의 운동 성분
64: 막대형 부재
66: 홈부
68: 웨브
70: 벽부
72: 견부 링
74: 압축기 임펠러의 유입 평면
76: 흡기 개구부
78: 공기 필터
80: 공기 전달음
82: 구조 전달음
84: 홈부
86: 베이스면
88: 종방향 견부
90: 단부면

Claims

압축기 하우징(32) 내에 회전 가능하게 장착된 하나의 압축기 임펠러(34)와, 압축 대상 가스의 작동 유동 방향(36)으로 압축기 임펠러(34)의 상류에 위치하는 하나의 흡기 섹션을 포함하는 내연기관용 압축기(16)에 있어서,
상기 흡기 섹션을 한정하는 벽부 내에 압축기 임펠러(34)로 향해 있으면서 입구부가 없는 하나의 주연 견부(50)가 통합되고, 일측으로 압축기 임펠러(34)와 주연 견부(50) 간의 최단 간격과, 타측으로 주연 견부(50)에 의해 한정되는 유동 단면적 내에서의 최대 단면적 치수 사이의 비율이 적어도 0.5인 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항에 있어서, 주연 견부(50)는 연속적으로 또는 구획화되어 주연부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항 또는 제2항에 있어서, 주연 견부(50)로부터, 압축기 임펠러(34)의 반대편을 향하는 벽부 섹션으로의 전이부는 견부 없이 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기 임펠러(34)의 유입 평면(74)에 대해 수직으로 정렬된 종방향 견부(88)가 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 주연 견부(50) 및/또는 종방향 견부(88)는 압축기 하우징(32)에 의해 형성된 흡기 포트(42) 내에, 또는 상기 흡기 포트(42)에 연결되는 가스 안내 튜브(46) 내에 배치되거나, 상기 흡기 포트(42)와 가스 안내 튜브(46) 사이의 전이부 내에 배치되거나, 상기 전이부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 주연 견부(50) 및/또는 종방향 견부(88)는 별도의 견부 부재(48)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제6항에 있어서, 견부 부재(48)는 탄성 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제6항 또는 제7항에 있어서, 견부 부재(48)는, 주연 견부(50) 및/또는 종방향 견부(88)에 의해 한정되는 유동 단면적이 가스 공급 시 작동 유동 방향(36)으로 확대될 수 있는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 일측에서 압축기 임펠러(34)와 주연 견부(50) 및/또는 종방향 견부(88) 간의 최단 간격과, 타측에서 주연 견부(50) 및/또는 종방향 견부(88)에 의해 한정되는 유동 단면적 내에서의 최대 단면적 치수 사이의 비율은 0.5와 1.5 사이, 바람직하게는 0.8과 1.2 사이, 특히 바람직하게는 약 1인 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 견부 높이와, 주연 견부(50) 및/또는 종방향 견부(88)에 의해 한정되는 유동 단면적 내에서의 최대 단면적 치수 사이의 비율은 0.03과 0.16 사이, 바람직하게는 0.04와 0.12 사이, 특히 바람직하게는 0.05와 0.08 사이인 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 주연 견부(50) 및/또는 종방향 견부의 견부 각도는 80°와 100°사이, 바람직하게는 약 90°인 것을 특징으로 하는, 내연기관용 압축기(16).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 압축기(16)와 터빈(22)을 포함하는 배기가스 터보차저.
하나 이상의 연소실을 형성하는 연소 엔진(10)과; 연소실들에 신선 가스가 공급될 수 있게 하는 신선 가스 라인과; 연소실들로부터 배기가스가 배출될 수 있게 하는 배기가스 라인과; 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 압축기(16) 또는 제12항에 따른 배기가스 터보차저(22);를 포함하는 내연기관으로서, 상기 압축기(16)는 상기 신선 가스 라인 내에 통합될 수 있는, 내연기관.