KR20180108994A

KR20180108994A - 컴프레서

Info

Publication number: KR20180108994A
Application number: KR1020170037752A
Authority: KR
Inventors: 진석범
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-10-05
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: CN108626177A; US10508659B2; CN108626177B; KR102215296B1; US20180274552A1

Abstract

본 발명은 컴프휠의 축방향을 따라 서지슬릿과 초킹슬릿이 차례로 구비된 컴프하우징과; 상기 컴프휠로 유입되는 기체를 가이드하도록 컴프하우징에 상기 컴프휠과 동심축을 이루며 회전은 가능하고 축방향 직선운동은 제한되도록 설치된 인너슬리브와; 상기 컴프하우징에 대해 축방향 직선운동은 가능하고 회전은 제한되도록 상기 인너슬리브의 외측에 동심축을 이루어 설치된 아웃터슬리브와; 상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 상기 인너슬리브를 회전시키도록 구성된 회전연동수단과; 상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 상기 서지슬릿과 연통되거나 상기 초킹슬릿과 연통될 수 있도록 상기 아웃터슬리브에 형성된 선택슬릿과; 상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 회동되어 컴프휠로 유입되는 기체의 흐름을 조절하도록 상기 인너슬리브의 내측에 구비된 다수의 베인을 포함하여 구성된다.

Description

컴프레서{COMPRESSOR}

본 발명은 공기를 압축하는 컴프레서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량에 탑재되는 터보차저(Turbocharger)나 수퍼차저(Supercharger)에 사용될 수 있는 컴프레서에 관한 기술이다.

원심 구동 컴프레서의 성능곡선을 참조하면, 컴프레서를 통해 흐르는 유량이 상대적으로 적고 컴프레서의 입구측 압력과 출구측 압력의 비인 압축비가 상대적으로 큰 상황이 되면 서지(surge)가 발생하고, 유량은 상대적으로 많은 상황에서 압축비가 상대적으로 작은 상황이 되면 초킹(choking)이 발생한다.

터보차저에 장착된 컴프레서의 경우, 차량의 운전상황(엔진속도, 부하, EGR사용 여부 등)에 따라 컴프레서가 서지 영역 또는 초킹 영역으로 진입하게 될 수 있다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR10-2010-0054532 A KR10-2012-0013460 A

본 발명은 차량의 운전 상황에 따라 컴프레서의 작동 영역이 서지영역 또는 초킹영역으로 진입하게 될 상황에서도 가급적 서지나 초킹의 발생이 방지되도록 함으로써, 실질적으로 서지 영역이나 초킹 영역을 축소하여 컴프레서의 유효 작동영역을 넓히도록 하여 컴프레서의 작동 안정성을 향상시키고 궁극적으로 차량의 출력성능 향상에 기여할 수 있도록 한 컴프레서를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 컴프레서는

컴프휠의 축방향을 따라 서지슬릿과 초킹슬릿이 차례로 구비된 컴프하우징과;

상기 컴프휠로 유입되는 기체를 가이드하도록 컴프하우징에 상기 컴프휠과 동심축을 이루며 회전은 가능하고 축방향 직선운동은 제한되도록 설치된 인너슬리브와;

상기 컴프하우징에 대해 축방향 직선운동은 가능하고 회전은 제한되도록 상기 인너슬리브의 외측에 동심축을 이루어 설치된 아웃터슬리브와;

상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 상기 인너슬리브를 회전시키도록 구성된 회전연동수단과;

상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 상기 서지슬릿과 연통되거나 상기 초킹슬릿과 연통될 수 있도록 상기 아웃터슬리브에 형성된 선택슬릿과;

상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 회동되어 컴프휠로 유입되는 기체의 흐름을 조절하도록 상기 인너슬리브의 내측에 구비된 다수의 베인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 서지슬릿과 초킹슬릿은 상기 컴프휠의 원주방향 외측을 감싸는 부위에 컴프휠로 유입되는 기체의 일부가 바이패스될 수 있도록, 상기 기체의 컴프휠 유입방향을 따라 서지슬릿과 초킹슬릿이 차례로 배치될 수 있다.

상기 서지슬릿과 초킹슬릿은 각각 상기 컴프휠의 축방향에 수직한 평면에 평행하게 다수의 원호가 간격을 두고 배치된 형상으로 형성될 수 있다.

상기 아웃터슬리브의 선택슬릿은 상기 컴프휠의 축방향에 수직한 평면에 평행한 원호를 이루며 형성될 수 있다.

상기 회전연동수단은

상기 인너슬리브의 외주면에서 돌출된 다수의 외측돌기와;

상기 외측돌기가 삽입되어 가이드되도록 상기 축방향에 대해 경사지게 상기 아웃터슬리브에 형성된 경사슬릿을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 아웃터슬리브의 내측 중앙부에는 상기 베인의 회전축을 고정하기 위한 오자이브가 구비되고;

상기 인너슬리브의 내주면에는 상기 베인을 회동시킬 수 있도록 돌출된 다수의 내측돌기가 구비되며;

상기 베인에는 상기 내측돌기가 삽입되어 상기 내측돌기의 변위에 따라 베인의 회동을 유발시킬 수 있도록 돌기가이드홈이 형성될 수 있다.

상기 베인의 회전축과 돌기가이드홈 및 상기 인너슬리브의 내측돌기는 상기 아웃터슬리브의 선택슬릿이 상기 서지슬릿과 초킹슬릿 사이에 위치한 상태에서 상기 베인이 상기 컴프휠로 유입되는 기체의 유동저항을 최소화시키도록 상기 컴프휠의 축방향에 평행하고, 상기 선택슬릿이 상기 서지슬릿과 초킹슬릿과 연통되는 상태에서는 각각 상기 베인이 상기 축방향에 대해 서로 반대방향으로 경사진 상태로 회동되도록 구성될 수 있다.

상기 아웃터슬리브에는 상기 아웃터슬리브를 상기 축방향을 따라 직선이동시키는 조작력을 전달받기 위한 작동로드가 일체로 구비될 수 있다.

본 발명은 차량의 운전 상황에 따라 컴프레서의 작동 영역이 서지영역 또는 초킹영역으로 진입하게 될 상황에서도 가급적 서지나 초킹의 발생이 방지되도록 함으로써, 실질적으로 서지 영역이나 초킹 영역을 축소하여 컴프레서의 유효 작동영역을 넓히도록 하여 컴프레서의 작동 안정성을 향상시키고 궁극적으로 차량의 출력성능 향상에 기여할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 컴프레서를 도시한 도면,
도 2는 도 1의 분해사시도,
도 3은 도 1의 컴프레서의 중립상태 정면도,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 도 3의 중립상태의 인너슬리브와 아웃터슬리브 및 베인의 상태를 도시한 사시도,
도 6은 도 1의 컴프레서의 초킹대응상태 정면도,
도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도,
도 8은 도 6의 초킹대응상태의 인너슬리브와 아웃터슬리브 및 베인의 상태를 도시한 사시도,
도 9은 도 1의 컴프레서의 서지대응상태 정면도,
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ선 단면도,
도 11은 도 9의 서지대응상태의 인너슬리브와 아웃터슬리브 및 베인의 상태를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 11을 참조하면, 본 발명 컴프레서(1)의 실시예는, 컴프휠(3)의 축방향을 따라 서지슬릿(5)과 초킹슬릿(7)이 차례로 구비된 컴프하우징(9)과; 상기 컴프휠(3)로 유입되는 기체를 가이드하도록 컴프하우징(9)에 상기 컴프휠(3)과 동심축을 이루며 회전은 가능하고 축방향 직선운동은 제한되도록 설치된 인너슬리브(11)와; 상기 컴프하우징(9)에 대해 축방향 직선운동은 가능하고 회전은 제한되도록 상기 인너슬리브(11)의 외측에 동심축을 이루어 설치된 아웃터슬리브(13)와; 상기 아웃터슬리브(13)의 축방향 직선운동에 따라 상기 인너슬리브(11)를 회전시키도록 구성된 회전연동수단과; 상기 아웃터슬리브(13)의 축방향 직선운동에 따라 상기 서지슬릿(5)과 연통되거나 상기 초킹슬릿(7)과 연통될 수 있도록 상기 아웃터슬리브(13)에 형성된 선택슬릿(15)과; 상기 아웃터슬리브(13)의 축방향 직선운동에 따라 회동되어 컴프휠(3)로 유입되는 기체의 흐름을 조절하도록 상기 인너슬리브(11)의 내측에 구비된 다수의 베인(17)을 포함하여 구성된다.

즉, 본 실시예는 상기 아웃터슬리브(13)의 축방향 직선운동에 의해 상기 선택슬릿(15)이 상기 서지슬릿(5)과 연통되는 서지대응상태와 상기 선택슬릿(15)이 상기 초킹슬릿(7)과 연통되는 초킹대응상태를 형성하여, 서지가 발생할 상황에서 서지를 억제하는 기능과 초킹이 발생할 상황에서 초킹을 억제하는 기능을 수행할 수 있도록 함으로써, 실질적인 컴프레서의 유효 작동 영역을 확대시킬 수 있도록 한 것이다.

참고로, 상기 선택슬릿(15)이 상기 서지슬릿(5)과 초킹슬릿(7) 사이에 위치한 도 3, 4, 5의 상태를 중립상태로 칭하기로 한다.

한편, 상기 컴프레서는 상기 컴프휠(3)을 엔진 배기가스에 의해 회전하는 터빈에 연결하여 터보차저를 구성할 수 있을 것이며, 상기 컴프휠(3)과 컴프하우징(9)을 통해 압축된 기체는 엔진의 흡기측으로 공급되도록 구성할 수 있다.

상기 서지슬릿(5)과 초킹슬릿(7)은 상기 컴프휠(3)의 원주방향 외측을 감싸는 부위에 컴프휠(3)로 유입되는 기체의 일부가 바이패스될 수 있도록, 상기 기체의 컴프휠(3) 유입방향을 따라 서지슬릿(5)과 초킹슬릿(7)이 차례로 배치된다.

상기 서지슬릿(5)과 초킹슬릿(7)은 각각 상기 컴프휠(3)의 축방향에 수직한 평면에 평행하게 다수의 원호가 간격을 두고 배치된 형상으로 형성되고, 상기 아웃터슬리브(13)의 선택슬릿(15)은 상기 컴프휠(3)의 축방향에 수직한 평면에 평행한 원호를 이루며 형성된다.

따라서, 상기 중립상태로부터 상기 아웃터슬리브(13)가 상기 컴프휠(3) 쪽으로 진입하면 상기 선택슬릿(15)이 상기 초킹슬릿(7)과 연통되는 상태가 되며, 상기 아웃터슬리브(13)가 상기 컴프휠(3)로부터 멀어지는 방향으로 직선이동하면, 상기 선택슬릿(15)이 상기 서지슬릿(5)과 연통되는 상태가 된다.

본 실시예에서 상기 회전연동수단은 상기 인너슬리브(11)의 외주면에서 돌출된 다수의 외측돌기(19)와; 상기 외측돌기(19)가 삽입되어 가이드되도록 상기 축방향에 대해 경사지게 상기 아웃터슬리브(13)에 형성된 경사슬릿(21)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 아웃터슬리브(13)의 직선운동에 의해 상기 인너슬리브(11)의 외측돌기(19)는 상기 경사슬릿(21)의 가이드를 받아 회전하게 되므로, 결국 인너슬리브(11)가 회전하게 되는 것이다.

상기 회전연동수단은 상기의 실시예 이외에, 상기 아웃터슬리브(13)의 내측에 상기 인너슬리브(11)를 향하는 돌출부를 만들고, 상기 돌출부가 삽입되도록 상기 인너슬리브(11)에 경사홈을 형성하는 것에 의해 구현할 수도 있을 것이다.

상기 인너슬리브(11)는 상기 컴프휠(3)을 향한 단부가 상기 컴프하우징(9)에 축방향 이동은 제한 되고 회전은 가능한 상태로 삽입되어 장착된 상태이다.

한편, 상기 아웃터슬리브(13)의 내측 중앙부에는 상기 베인(17)의 회전축을 고정하기 위한 오자이브(23)가 구비되고, 상기 인너슬리브(11)의 내주면에는 상기 베인(17)을 회동시킬 수 있도록 돌출된 다수의 내측돌기(25)가 구비되며, 상기 베인(17)에는 상기 내측돌기(25)가 삽입되어 상기 내측돌기(25)의 변위에 따라 베인(17)의 회동을 유발시킬 수 있도록 돌기가이드홈(27)이 형성된 구성이다.

따라서, 상기 아웃터슬리브(13)의 축방향 직선운동이 발생되면, 상기 선택슬릿(15)이 상기 서지슬릿(5)이나 초킹슬릿(7)과 연통되는 상태가 변화됨과 동시에, 상기 인너슬리브(11)가 회전되면서 상기 베인(17)이 회동되어 그 각도가 변화되는 것이다.

상기 베인(17)의 회전축과 돌기가이드홈(27) 및 상기 인너슬리브(11)의 내측돌기(25)는 상기 아웃터슬리브(13)의 선택슬릿(15)이 상기 서지슬릿(5)과 초킹슬릿(7) 사이에 위치한 상태에서 상기 베인(17)이 상기 컴프휠(3)로 유입되는 기체의 유동저항을 최소화시키도록 상기 컴프휠(3)의 축방향에 평행하고, 상기 선택슬릿(15)이 상기 서지슬릿(5)과 초킹슬릿(7)과 연통되는 상태에서는 각각 상기 베인(17)이 상기 축방향에 대해 서로 반대방향으로 경사진 상태로 회동되도록 구성된다.

즉, 상기 중립상태에서는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 베인(17)이 상기 컴프휠(3)의 축방향에 평행한 상태가 되도록 하고, 상기 초킹대응상태에서는 도 6 내지 8에 도시된 것처럼, 상기 베인(17)이 상기 컴프휠(3)의 축방향에 대해 경사진 상태로 회동되도록 하며, 상기 서지대응상태에서는 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 베인(17)이 상기 컴프휠(3)의 축방향에 대해 상기 초킹대응상태와는 반대쪽으로 경사진 상태로 회동되도록 하는 것이다.

한편, 상기 아웃터슬리브(13)에는 상기 아웃터슬리브(13)를 상기 축방향을 따라 직선이동시키는 조작력을 전달받기 위한 작동로드(29)가 일체로 구비되어 있다.

상기 작동로드(29)에는 상기 아웃터슬리브(13)의 직선 변위를 발생시킬 수 있는 각종 액츄에이터가 연결될 수 있는 바, 모터나 유압 또는 공압실린더 등이 연결될 수 있을 것이며, 상기 작동로드 없이 상기 아웃터슬리브 자체에 액츄에이터가 직접 연결될 수도 있을 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명은, 보통의 운전상황에서는 상기 중립상태를 형성하여, 상기 베인(17)들이 상기 컴프휠(3)로 유입되는 공기의 흐름에 최대한 영향을 주지 않도록 하는 상태를 유지하다가, 컴프레서의 운전 상황이 변하여 서지가 발생될 염려가 있는 운전영역으로 진입하면, 이러한 상황을 판단할 수 있는 별도의 컨트롤러가 상기 액츄에이터를 구동하여 상기 아웃터슬리브(13)를 이동시켜서 상기 선택슬릿(15)이 상기 서지슬릿(5)과 연통되도록 함으로써 서지의 발생을 억제하도록 하며, 이때 상기 베인(17)들은 컴프휠(3)로 유입되는 기체의 유동 방향을 조절하여 서지 발생 억제에 도움이 될 수 있도록 한다.

물론, 컴프레서의 운전상황이 변하여 초킹이 발생할 수 있는 운전영역으로 진입하게 되면, 상기 컨트롤러는 상기 아웃터슬리브(13)를 이동시켜서 상기 선택슬릿(15)이 상기 초킹슬릿(7)과 연통되도록 함으로써, 초킹의 발생을 억제하도록 한다.

또한, 본 발명의 아웃터슬리브(13)와 선택슬릿(15)은 중립상태에서는 상기 서지슬릿(5)과 초킹슬릿(7)을 모두 폐쇄시키도록 구성되어 있어서, 정상적인 컴프레서의 작동영역에서 상기 서지슬릿(5)이나 초킹슬릿(7)을 통해 바이패스되는 기체에 의한 효율의 저하가 방지될 수 있다.

참고로, 상기 서지슬릿(5)과 선택슬릿(15)의 연통 또는 상기 초킹슬릿(7)과 선택슬릿(15)의 연통에 의해 각각 서지가 억제되고 초킹이 억제되는 것은 이미 종래에 공지된 원리에 의한 것이므로, 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 컴프레서
3; 컴프휠
5; 서지슬릿
7; 초킹슬릿
9; 컴프하우징
11; 인너슬리브
13; 아웃터슬리브
15; 선택슬릿
17; 베인
19; 외측돌기
21; 경사슬릿
23; 오자이브
25; 내측돌기
27; 돌기가이드홈
29; 작동로드

Claims

컴프휠의 축방향을 따라 서지슬릿과 초킹슬릿이 차례로 구비된 컴프하우징과;
상기 컴프휠로 유입되는 기체를 가이드하도록 컴프하우징에 상기 컴프휠과 동심축을 이루며 회전은 가능하고 축방향 직선운동은 제한되도록 설치된 인너슬리브와;
상기 컴프하우징에 대해 축방향 직선운동은 가능하고 회전은 제한되도록 상기 인너슬리브의 외측에 동심축을 이루어 설치된 아웃터슬리브와;
상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 상기 인너슬리브를 회전시키도록 구성된 회전연동수단과;
상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 상기 서지슬릿과 연통되거나 상기 초킹슬릿과 연통될 수 있도록 상기 아웃터슬리브에 형성된 선택슬릿과;
상기 아웃터슬리브의 축방향 직선운동에 따라 회동되어 컴프휠로 유입되는 기체의 흐름을 조절하도록 상기 인너슬리브의 내측에 구비된 다수의 베인;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컴프레서.
청구항 1에 있어서,
상기 서지슬릿과 초킹슬릿은 상기 컴프휠의 원주방향 외측을 감싸는 부위에 컴프휠로 유입되는 기체의 일부가 바이패스될 수 있도록, 상기 기체의 컴프휠 유입방향을 따라 서지슬릿과 초킹슬릿이 차례로 배치된 것
을 특징으로 하는 컴프레서.
청구항 2에 있어서,
상기 서지슬릿과 초킹슬릿은 각각 상기 컴프휠의 축방향에 수직한 평면에 평행하게 다수의 원호가 간격을 두고 배치된 형상으로 형성된 것
을 특징으로 하는 컴프레서.
청구항 3에 있어서,
상기 아웃터슬리브의 선택슬릿은 상기 컴프휠의 축방향에 수직한 평면에 평행한 원호를 이루며 형성된 것
을 특징으로 하는 컴프레서.
청구항 2에 있어서,
상기 회전연동수단은
상기 인너슬리브의 외주면에서 돌출된 다수의 외측돌기와;
상기 외측돌기가 삽입되어 가이드되도록 상기 축방향에 대해 경사지게 상기 아웃터슬리브에 형성된 경사슬릿;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 컴프레서.
청구항 2에 있어서,
상기 아웃터슬리브의 내측 중앙부에는 상기 베인의 회전축을 고정하기 위한 오자이브가 구비되고;
상기 인너슬리브의 내주면에는 상기 베인을 회동시킬 수 있도록 돌출된 다수의 내측돌기가 구비되며;
상기 베인에는 상기 내측돌기가 삽입되어 상기 내측돌기의 변위에 따라 베인의 회동을 유발시킬 수 있도록 돌기가이드홈이 형성된 것
을 특징으로 하는 컴프레서.
청구항 6에 있어서,
상기 베인의 회전축과 돌기가이드홈 및 상기 인너슬리브의 내측돌기는 상기 아웃터슬리브의 선택슬릿이 상기 서지슬릿과 초킹슬릿 사이에 위치한 상태에서 상기 베인이 상기 컴프휠로 유입되는 기체의 유동저항을 최소화시키도록 상기 컴프휠의 축방향에 평행하고, 상기 선택슬릿이 상기 서지슬릿과 초킹슬릿과 연통되는 상태에서는 각각 상기 베인이 상기 축방향에 대해 서로 반대방향으로 경사진 상태로 회동되도록 구성된 것
을 특징으로 하는 컴프레서.
청구항 1에 있어서,
상기 아웃터슬리브에는 상기 아웃터슬리브를 상기 축방향을 따라 직선이동시키는 조작력을 전달받기 위한 작동로드가 일체로 구비된 것
을 특징으로 하는 컴프레서.