KR20190022988A - 터보차저용 컴프레서 휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보차저용 컴프레서 휠에 관한 것으로서, 특히 컴프레서 백 플레이트에 응력집중방지부를 구비함으로써, 컴프레서 휠 내구성 향상과 유동성 향상을 이루도록 하는 터보차저용 컴프레서 휠에 관한 것이다. 구성은 터보차저용 컴프레서 휠에 있어서, 상기 컴프레서 휠의 백플레이트에는 밸런싱 가공시 응력집중해소와 내구성 향상을 위한 응력집중방지부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

터보차저용 컴프레서 휠{Compressor wheel for turbochargers}

본 발명은 터보차저용 컴프레서 휠에 관한 것으로서, 특히 컴프레서 백 플레이트에 응력집중방지부를 구비함으로써, 컴프레서 휠 내구성 향상과 유동성 향상을 이루도록 하는 터보차저용 컴프레서 휠에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관을 사용하는 자동차 등에는 터빈 휠(turbine wheel), 터빈 하우징(turbin housing)를 포함하는 터빈과, 컴프레서 휠(compressor wheel), 컴프레서 하우징(compressor housing) 및 센터 하우징(center housing)을 포함하는 컴프레서 등으로 이루어지는 터보차저가 사용된다.

이러한 터보차저는 배출가스의 에너지로 터빈 휠을 회전시키고 컴프레서 휠에 의해 흡입된 유체를 압축하여 실린더에 공급함으로써 엔진의 성능(출력, 토크)을 향상시켜, 연료 소비효율을 개선시키고 엔진 경량화(downsizing)를 이루도록 하는 필수적인 장치의 하나이다.

한편, 상기 컴프레서 휠은 고속으로 회전하기 때문에 안정된 회전동작이 이루어지지 않을 경우 축의 직각방향으로 진동을 발생시켜 소음과 베어링의 마모 및 파손을 유발하는 등의 주원인이 된다.

이에 따라 고속회전시 안정된 회전동작으로 축의 선단에 발생되는 진동을 최소화함은 물론 내구성을 향상할 수 있는 컴프레서 휠이 요구되었고, 이에 부합하여 다양한 구성의 터보차저용 컴프레서 휠이 제시되고 있다.

그러나 종래의 터보차저용 컴프레서 휠은 유체의 유동 통로인 허브에 밸런싱 홀을 직접 가공하기 때문에 유체의 유동 안정성을 방해함과 동시에 소음 등의 발생을 억제하지 못하는 문제점이 있었다.

또, 컴프레서 휠의 백플레이트 하단면 일정 영역에 홈과 같은 밸런싱 홈을 형성하기 때문에 두께가 얇아짐과 동시에 한곳으로 응력이 집중되므로 내구성을 저하시키고 인장 파괴를 초래하는 문제점이 있다.

공개번호 10-2015-0034850

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 응력집중을 해소함과 동시에 휠 밸런싱 작업을 원활하게 하고 블레이드 강도 보강이 이루어지도록 함으로써, 컴프레서 휠 내구성과 유동성 향상을 이루도록 하는 터보차저용 컴프레서 휠을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터보차저용 컴프레서 휠에 있어서, 상기 컴프레서 휠의 백플레이트에 밸런싱 가공시 응력집중해소와 내구성 향상을 위한 응력집중방지부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응력집중방지부는 백플레이트의 밑면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응력집중방지부는 컴프레서 휠의 각 블레이드가 위치하는 백플레이트 밑면에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응력집중방지부의 두께는 0.05∼0.2mm의 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응력집중방지부는 컴프레서 휠의 블레이드 개수에 따라 가감하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응력집중방지부는 백플레이트의 밑면을 기준으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응력집중방지부의 두께는 더욱 바람직하게는 0.1mm로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응력집중방지부는 각 블레이드 끝단 밑면에서부터 안쪽 방향으로 연이어지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 응력집중방지부는 컴프레서 휠의 백플레이트에 일체로 형성되거나, 탈부착가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 제1항 내지 제6항 중, 어느 한 항에 기재된 컴프레서 휠을 구비하는 터보차저로 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 컴프레서 휠 백플레이트에 형성되는 응력집중방지부를 통해 컴프레서 휠의 강성 향상을 위한 설계시 중량 증대를 최소화하는 효과가 있다.

또, 본 발명은 응력집중방지부를 통해 밸런싱 가공 여유량을 충분히 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 응력집중방지부는 밸런싱 가공후 응력집중을 해소하고 유동 안정성과 내구성 향상을 이룰 수 있는 효과가 있다.

특히 밸런싱 가공 후 불량을 해소함으로써 품질향상과 비용절감 및 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

또한, 터보차저의 컴프레서 휠을 안정적으로 구동시킴에 따라 소음 발생을 최소화하고 터보차저의 성능 향상을 이룰 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터보차저용 컴프레서 휠의 사시 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 터보차저용 컴프레서 휠의 저면 사시 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 저면 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 터보차저용 컴프레서 휠의 요부 단면 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 응력집중방지부가 형성된 컴프레서 휠을 구비한 터보차저의 요부 단면 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 터보차저용 컴프레서 휠(100)은 백플레이트(110)에 언밸런스 해소를 위해 밸런싱 가공부(130)의 형성(가공)시 응력집중해소와 내구성 향상을 위한 응력집중방지부(000)가 형성된다.

즉, 본 발명에 따른 터보차저용 컴프레서 휠(100)은 자동차와 같은 내연기관의 실린더(미도시)로 전달하는 압축공기를 만드는 역할을 하는 것으로서 휠 크기에 에 따라 상이하나 최대 26만 RPM 이상으로 고속회전하게 된다.

여기서, 상기 컴프레서 휠(100)은 제작시 금속재질의 밀도 및 입자의 상이함과 미세기포 등에 의해 밸런스가 맞지 않기 때문에 축의 직각 방향으로 진동과 소음을 발생시키는 것을 해결하기 위해 예컨대, 백플레이트(110)에 밸런싱 가공부(130)를 형성하게 된다.

그러나 상기 밸런싱 가공부(130)는 백플레이트(110)를 절삭(깍아냄)하여 형성하기 때문에 두께가 얇아져 밸런싱 가공부(130)에만 응력이 집중되어 발생하는 컴프레서 휠(100)의 내구성 저하와 인장 파괴를 방지하기 어렵게 된다.

이와 같은 응력집중으로 인해 발생하는 문제점을 해소하기 위해, 본 발명은 상기 컴프레서 휠(100)의 백플레이트(110)에 응력집중방지부(120)를 형성한 것이다.

즉, 상기 응력집중방지부(120)는 백플레이트(130)에 덧살 형태로 돌출 형성되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 백플레이트(110)에 밸런싱 가공부(130)를 형성하더라도 덧살 형태의 응력집중방지부(120)가 백플레이트(110)의 두께 감소를 보완함으로써, 밸런싱 가공부(130)로 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있기 때문에 컴프레서 휠(100)의 내구성 저하와 인장 파괴를 예방할 수 있다.

또, 상기 응력집중방지부(120)는 백플레이트(110)의 밑면에 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 응력집중방지부(120)를 백플레이트(110)의 상면에 형성할 경우에는 추후 설명할 터보차저(200)를 구성하는 컴프레서 하우징(211)의 유체 흡입구(도면부호 미도시)를 통해 유입되는 유체의 흐름을 방해하게 되므로 컴프레서(210)의 효율 및 압비를 저하시키게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 응력집중방지부(120)는 유체가 유동하는 이동로가 아닌 백플레이트(110)의 밑면에 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 응력집중방지부(120)는 컴프레서 휠(100)의 각 블레이드(101)가 위치하는 백플레이트(110)의 밑면에 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 응력집중방지부(120)를 백플레이트(110)의 밑면 아무 곳에 형성하는 것 보다는 응력집중이 가장 강하게 발생하는 컴프레서 휠(100)의 각 블레이드(101)가 위치하는 밑면에 형성하는 것이 각 블레이드(101)의 끝단에 응력이 집중하는 것을 해소할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 응력집중방지부(120)는 컴프레서 휠(100)의 각 블레이드(101)가 위치하는 백플레이트(110)의 밑면에 형성하는 것이 바람직하다.

또, 상기 응력집중방지부(120)는 각 블레이드(101) 끝단 밑면에서부터 안쪽 방향으로 연이어지게 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 응력집중방지부(120)를 백플레이트(110)의 밑면 아무 곳에 형성하는 것 보다는 응력집중이 가장 강하게 발생하는 컴프레서 휠(100)의 각 블레이드(101)가 위치하는 끝단 밑면에서부터 안쪽방향으로 연이어지도록 형성하는 것이 각 블레이드(101)의 끝단에 응력이 집중하는 것을 해소할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 응력집중방지부(120)는 컴프레서 휠(100)의 각 블레이드(101) 끝단 밑면에서부터 안쪽방향으로 일정한 폭을 이루도록 연이어지게 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 응력집중방지부(120)는 컴프레서 휠(100)의 블레이드(101) 개수에 따라 가감하여 형성된다.

예컨대, 상기 컴프레서 휠(100)을 형성하는 블레이드(101)의 개수(個數)가 6개로 제작되는 경우에는 상기 응력집중방지부(120)도 블레이드(101)가 위치하는 백플레이트(110)의 밑면에 6개로 형성되고, 상기 블레이드(101)의 개수가 12개로 제작되는 경우에는 상기 응력집중방지부(120)도 블레이드(101)가 위치하는 백플레이트(110)의 밑면에 12개로 형성된다.

이와 같이, 컴프레서 휠(100)의 블레이드(101) 개수에 따라 응력집중방지부(120)를 가감 형성함으로써, 백플레이트(110)에 밸런싱 가공부(130)로 형성으로 인해 블레이드(101)의 강성이 약해지는 것을 방지할 수 있다.

또, 상기 응력집중방지부(120)의 두께는 0.05∼0.2㎜의 범위로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 응력집중방지부(120)의 두께를 0.05㎜ 이하로 형성할 경우에는 통상적으로 언밸런싱 해소를 위해 백플레이트(110)에 형성하는 밸런싱 가공부(130)의 깊이보다 낮아져 백플레이트(110)의 두께를 감소시키고 블레이드(101)의 응력집중을 해소하기 어려운 문제점이 있다.

또, 상기 응력집중방지부(120)의 두께를 0.2㎜ 이상으로 형성할 경우에는 컴프레서 휠(100)의 중량과 관성(inertia)을 증대시켜 응답성을 저하시키는 터보 래그 현상이 발생하여 최고 출력이 작아지는 문제점이 있다.

그리고 좀 더 바람직하게는 상기 응력집중방지부(120)의 두께는 0.1mm로 형성하는 것이 백플레이트(110)에 밸런싱 가공부(130)를 형성하더라도 백플레이드(110)의 두께를 감소시키지 않음과 동시에 컴프레서 휠(100)의 중량과 관성을 증대시키지 않을 수 있다.

상기 응력집중방지부(120)는 컴프레서 휠(100)의 백플레이트(110)에 일체로 형성되거나, 탈부착가능하도록 형성될 수 있다.

즉, 상기 응력집중방지부(120)를 컴프레서 휠(100)의 제작시 일체로 형성하는 것이 가장 바람직하나, 기 제작된 컴프레서 휠(100)에 응력집중방지부(120)를 형성하고자 할 경우 별도의 금속부재를 용접 또는 스크류 체결 등을 통해 탈부착 가능한 형태로 형성할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 상기 응력집중방지부(120)가 형성된 컴프레서 휠(100)은 터보차저(200)에 사용된다.

즉, 본 발명에 따른 상기 응력집중방지부(120)가 형성된 컴프레서 휠(100)은, 컴프레서 하우징(211)과, 센터 하우징(212)을 포함하는 컴프레서(210)와, 상기 센터 하우징(212)의 내부 일 측에는 베어링(도면부호 미도시)을 매개로 형성되는 터보차저 축(220)과, 상기 터보차저 축(220)의 일측에 형성되는 터빈(230)을 포함하는 터보차저(200)에 사용된다.

구체적으로, 본 발명에 따른 응력집중방지부(120)가 형성된 컴프레서 휠(100)은, 상기 터보차저(200)를 구성하는 컴프레서(210)의 컴프레서 하우징(211)의 내부에 결합된다.

따라서, 본 발명에 따른 컴프레서 휠은 밸런싱 가공부 형성으로 인해 블레이드 끝단에 발생할 수 있는 응력집중을 해소하여 내구성 향상과 이로 인한 소음을 해소 할 수 있는 것이다.

또한, 밸런싱 가공부를 컴프레서 휠의 허브에 할 필요가 없기 때문에 유체의 유동성에 불안정성을 야기하지 않으므로 유체의 원활한 압축과 안정된 회전동작을 이룰 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 터보차저용 컴프레서 휠 101 : 블레이드
110 : 백플레이트 120 : 응력집중방지부
130 : 밸런싱 가공부 200 : 터보차저
210 : 컴프레서 211 : 컴프레서 하우징
212 : 센터 하우징 220 : 터보차저 축
230 : 터빈

Claims (10)

1. 터보차저용 컴프레서 휠에 있어서,
   상기 컴프레서 휠의 백플레이트에는 밸런싱 가공시 응력집중해소와 내구성 향상을 위한 응력집중방지부가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
2. 제1항에 있어서,
   상기 응력집중방지부는 백플레이트의 밑면에 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
3. 제1항에 있어서,
   상기 응력집중방지부는 컴프레서 휠의 각 블레이드가 위치하는 백플레이트 밑면에 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
4. 제1항에 있어서,
   상기 응력집중방지부의 두께는 0.05∼0.2mm의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
5. 제3항에 있어서,
   상기 응력집중방지부는 컴프레서 휠의 블레이드 개수에 따라 가감하여 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
6. 제4항에 있어서,
   상기 응력집중방지부는 백플레이트의 밑면을 기준으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
7. 제4항에 있어서,
   상기 응력집중방지부의 두께는 더욱 바람직하게는 0.1mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
8. 제3항에 있어서,
   상기 응력집중방지부는 각 블레이드 끝단 밑면에서부터 안쪽 방향으로 연이어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
9. 제1항 내지 제8항 중, 어느 한 항에 기재된 응력집중방지부는 컴프레서 휠의 백플레이트에 일체로 형성되거나, 탈부착가능하도록 형성되는 것 중, 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보차저용 컴프레서 휠.
10. 제1항 내지 제9항 중, 어느 한 항에 기재된 응력집중방지부가 형성된 컴프레서 휠을 구비하는 터보차저.

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