KR20190070497A - 차량용 터보차저 - Google Patents

차량용 터보차저 Download PDF

Info

Publication number
KR20190070497A
KR20190070497A KR1020170171053A KR20170171053A KR20190070497A KR 20190070497 A KR20190070497 A KR 20190070497A KR 1020170171053 A KR1020170171053 A KR 1020170171053A KR 20170171053 A KR20170171053 A KR 20170171053A KR 20190070497 A KR20190070497 A KR 20190070497A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
shaft
oil
air
hole
passage
Prior art date
Application number
KR1020170171053A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102478082B1 (ko
Inventor
이우진
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020170171053A priority Critical patent/KR102478082B1/ko
Priority to US15/978,498 priority patent/US10598092B2/en
Priority to CN201820864172.7U priority patent/CN208310897U/zh
Priority to DE102018113431.2A priority patent/DE102018113431B4/de
Publication of KR20190070497A publication Critical patent/KR20190070497A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102478082B1 publication Critical patent/KR102478082B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/005—Cooling of pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085—Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/06—Arrangements of bearings; Lubricating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F01D25/183—Sealing means
    • F01D25/186—Sealing means for sliding contact bearing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187—Convection cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02—Arrangements of lubricant conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M11/00—Component parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M9/00
    • F01M11/02—Arrangements of lubricant conduits
    • F01M2011/021—Arrangements of lubricant conduits for lubricating auxiliaries, e.g. pumps or turbo chargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/14—Lubrication of pumps; Safety measures therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/60—Shafts
    • F05D2240/61—Hollow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y02T10/144—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 차량용 터보차저는 내부에 중공홀이 형성되고, 외주면에 상기 중공홀과 연통되는 유입홀 및 배출홀이 형성된 샤프트; 상기 샤프트의 일단부에 일체로 설치되고, 내부에 형성된 중공홈이 상기 샤프트의 중공홀과 연통되도록 마련된 터빈휠; 내부에 상기 샤프트가 회전가능하도록 설치되는 샤프트홈이 형성되고, 오일파이프로부터 오일을 공급받는 오일유로, 에어탱크로부터 공기를 공급받는 공기유로 및 상기 오일유로와 공기유로가 연결되어 상기 샤프트홈으로 연장되는 분사유로가 형성된 센터하우징; 상기 오일유로와 공기유로에 각각 설치되어 유체 흐름을 선택적으로 개폐제어하는 오일밸브와 공기밸브;를 포함할 수 있다.

Description

차량용 터보차저 {TURBOCHARGER FOR VEHICLE}
본 발명은 터빈휠을 경량화함으로써 터빈휠 관성을 최소화하고, 터빈휠 냉각을 실시함으로써 제조비용을 저감하는 차량용 터보차저에 관한 것이다.
터보차저(Turbocharger)는 엔진의 출력을 향상시키기 위해 사용되는 것으로서, 터보 샤프트의 일측에는 터빈휠이 일체로 회전되게 장착됨과 더불어 상기 터보 샤프트의 타측에는 컴프레서휠이 일체로 회전되게 장착된다.
엔진에서 배출되는 배기가스가 상기 터빈휠을 감싸고 있는 터빈 케이스로 유입되어 상기 터빈을 고속으로 회전시키고, 상기 터빈휠의 회전으로 상기 터보 샤프트와 컴프레서휠이 함께 회전하면서 상기 컴프레서휠을 감싸고 있는 컴프레서 케이스를 통해 공기가 흡입되며, 이렇게 흡입된 공기는 가압 및 가속되나 디퓨저를 지나는 사이에 그 속도가 떨어져 속도 에너지가 압력으로 바뀌면서 컴프레서 케이스의 출구에서 흡기 매니폴드로 가압공기가 압송되게 된다.
일반적으로 터빈휠 측에는 고온의 배기가스가 유동하기 때문에 이를 견디기 위해서 터빈휠은 가격이 비싼 인코넬 재질로 제작된다. 인코넬 재질의 합금은 가격이 비쌀뿐아니라 무게도 무겁기 때문에, 터빈휠에 의해 터보차저의 무게가 증가하고, 저속 토크가 저하되는 현상이 발생한다는 문제점이 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR10-2009-0064202 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 터빈휠에 중공부가 형성되도록 가공하고 내부로 오일이 순환되도록 마련함으로써, 터빈휠 경량화 및 터빈휠 냉각을 구현하는 차량용 터보차저를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 터보차저는 내부에 중공홀이 형성되고, 외주면에 상기 중공홀과 연통되는 유입홀 및 배출홀이 형성된 샤프트; 상기 샤프트의 일단부에 일체로 설치되고, 내부에 형성된 중공홈이 상기 샤프트의 중공홀과 연통되도록 마련된 터빈휠; 내부에 상기 샤프트가 회전가능하도록 설치되는 샤프트홈이 형성되고, 오일파이프로부터 오일을 공급받는 오일유로, 에어탱크로부터 공기를 공급받는 공기유로 및 상기 오일유로와 공기유로가 연결되어 상기 샤프트홈으로 연장되는 분사유로가 형성된 센터하우징; 상기 오일유로와 공기유로에 각각 설치되어 유체 흐름을 선택적으로 개폐제어하는 오일밸브와 공기밸브;를 포함할 수 있다.
상기 유입홀은 상기 분사유로가 연장되는 방향과 마주하는 지점에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 유입홀은 상기 샤프트의 반경방향 내측으로 갈수록 상기 터빈휠과 가까워지도록 기울어지게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 분사유로는 상기 유입홀과 동일한 각도로 기울어지게 연장되도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 유입홀은 상기 샤프트 외주면에 형성된 입구부가 상기 샤프트 내주면에 형성된 출구부보다 원주방향으로 설정거리 이격된 지점에 위치하도록 기울어지게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배출홀은 상기 샤프트의 반경방향을 따라 연장되도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 센터하우징 내부에는 상기 배출홀과 마주하는 지점에서 상기 샤프트홈 내부의 오일을 외부로 배출하는 드레인유로가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 샤프트와 샤프트홈 사이에 설치되어, 상기 샤프트가 상기 샤프트홈에 상대 회전가능하게 설치되도록 하는 다수의 베어링;을 더 포함하고, 상기 다수의 베어링은 상기 유입홀 및 배출홀을 사이에 두도록 서로 이격된 위치에 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.
차속이 설정차속 미만이면서 배기가스 온도가 설정온도 미만일 경우에 상기 오일밸브 및 공기밸브를 모두 폐쇄제어하고, 차속이 설정차속 이상이면서 배기가스 온도가 설정온도 이상일 경우에 상기 오일밸브를 개방, 상기 공기밸브를 폐쇄제어하며, 차속이 설정차속 미만이면서 배기가스 온도가 설정온도 미만일 경우에 상기 오일밸브를 폐쇄, 상기 공기밸브를 개방제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 터보차저에 따르면, 터빈휠 내부에 중공홈이 형성됨으로써, 경량화로 인해 터빈휠의 관성이 감소하여 차량 출발성 및 저속토크 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 터보차저 샤프트와 터빈휠 내부를 오일이 순환하면서 냉각을 수행하도록 마련되는바, 기계적 성능이 낮은 비교적 저렴한 재질의 사용이 가능해져서 터보차저의 원가를 절감할 수 있다.
또한, 샤프트 유입홀이 경사지게 가공됨으로써, 배기가스에 의해 발생하는 반력을 상쇄하여 스러스트 베어링의 내구성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 터보차저를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트 및 터빈휠을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센터하우징 내부를 도시한 단면도,
도 4는 도 2의 A-A 단면을 도시한 단면도,
도 5는 도 2의 B-B 단면을 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 드레인유로 및 윤활유로를 도시한 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 터보차저에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 터보차저를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트 및 터빈휠을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 차량용 터보차저는 내부에 중공홀(102)이 형성되고, 외주면에 상기 중공홀(102)과 연통되는 유입홀(104) 및 배출홀(106)이 형성된 샤프트(100); 상기 샤프트(100)의 일단부에 일체로 설치되고, 내부에 형성된 중공홈(112)이 상기 샤프트(100)의 중공홀(102)과 연통되도록 마련된 터빈휠(110); 내부에 상기 샤프트(100)가 회전가능하도록 설치되는 샤프트홈(122)이 형성되고, 오일파이프로부터 오일을 공급받는 오일유로(124), 에어탱크로부터 공기를 공급받는 공기유로(126) 및 상기 오일유로(124)와 공기유로(126)가 연결되어 상기 샤프트홈으로 연장되는 분사유로(128)가 형성된 센터하우징(120); 상기 오일유로(124)와 공기유로(126)에 각각 설치되어 유체 흐름을 선택적으로 개폐제어하는 오일밸브(140)와 공기밸브(145);를 포함할 수 있다.
상기 샤프트(100)의 양측단에는 상기 터빈휠(110)과 컴프레서휠(114)이 각각 일체로 연결됨으로써, 배기가스의 유동에 의해 터빈휠(110)이 회전할 경우, 샤프트(100)와 컴프레서휠(114)이 함께 회전하면서 엔진 흡기를 가압한다.
상기 센터하우징(120)의 내부에는 상기 샤프트(100)가 회전가능하게 설치되는 공간인 샤프트홈(122)이 형성되고, 상기 샤프트홈(122) 측으로 오일 또는 공기를 공급하도록 오일유로(124), 공기유로(126) 및 분사유로(128)가 형성된다.
상기 오일유로(124)는 기존에 센터하우징(120) 내부를 윤활시키기 위해 오일을 공급하는 오일파이프(미도시)와 연결되도록 마련됨으로써, 오일을 공급받아 샤프트홈(122) 내부로 배출하는 역할을 수행한다. 상기 공기유로(126)는 에어탱크(미도시)와 연결되도록 마련됨으로써, 공기를 공급받아 샤프트홈(122) 내부로 공급한다.
하지만, 오일 및 공기의 공급원은 차량의 종류에 따라 가변하여 적용될 수 있다. 예를 들어, 상용차량 등의 차량에서는 오일탱크와 압축공기탱크 등의 구성으로부터 오일 및 공기를 각각 공급받을 수 있다.
특히나, 본 발명에서 상기 샤프트(100)는 터빈휠(110)과 일체로 형성되는데, 각각의 중공홀(102)과 중공홈(112)이 서로 연통되도록 마련되고, 상기 샤프트(100)의 중공홀(102)은 샤프트홈(122)과 서로 연통되는 유입홀(104)과 배출홀(106)이 형성되도록 마련됨으로써, 중공홀(102)을 통해 상기 터빈휠(110)의 중공홈(112) 내부로 오일 또는 공기가 유입되도록 하여 터빈휠(110)을 냉각시킬 수 있다.
상기 터빈휠(110)은 배기가스의 유동에 따라 회전하도록 마련되는데, 고온의 배기가스(700℃~900℃)과도 접촉하기 때문에 종래에 터빈휠(110)은 고온을 견딜 수 있는 기계적 성질이 우수한 재료로 제작되었다.
예를 들어, 터빈휠(110)은 인코넬 재질로 제작되었는데, 이는 다른 재료에 비해 가격이 비싸고, 무게가 무겁다는 단점이 있다.
하지만, 본 발명과 같이 터빈휠(110)에 형성된 중공홈(112)으로 오일을 공급하여 냉각을 실시함으로써, 터빈휠(110)을 상대적으로 저렴한 재료를 사용하여 제작할 수 있어 원가가 절감된다는 효과가 발현된다.
아울러, 터빈휠(110)에 중공홈(112)이 형성되도록 제작됨으로써, 터빈휠(110) 자체가 경량화되어, 터빈휠(110)의 관성(inertia)가 감소하여 차량 출발성 및 저속토크 성능이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 유입홀(104)은 상기 분사유로(128)가 연장되는 방향과 마주하는 지점에 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
일반적으로, 상기 센터하우징(120)은 고정된 상태를 유지하기 때문에 상기 분사유로(128)는 고정된 위치에서 오일 또는 공기를 샤프트(100) 측으로 분사할 것이고, 상기 샤프트(100)는 터빈휠(110)과 함께 회전하는 상태이기 때문에, 회전하는 샤프트(100)의 중공홀(102) 내부로 오일 또는 공기가 원활히 공급될 수 있는지여부가 터빈휠(110) 냉각 성능에 큰 영향을 미친다.
따라서, 상기 분사유로(128)로부터 분사되는 오일 또는 공기가 상기 샤프트(100)의 유입홀(104)로 원활하게 유입되기 위해서는, 상기 분사유로(128)가 연장되는 방향과 대응되는 지점에 유입홀(104)이 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 회전하는 샤프트(100)로 원활하게 오일 또는 공기가 유입될 수 있도록 샤프트(100)의 둘레를 따라 상기 유입홀(104)이 다수개 형성될 수 있다.
물론, 분사유로(128)로부터 배출된 오일 또는 공기가 회전하는 샤프트(100)의 유입홀(104)로 모두 유입될 수는 없지만, 분사유로(128)로부터 유체가 배출되는 압력으로 인해 대부분의 유체는 유입홀(104)로 유입되며, 유입되지 않는 유체들은 샤프트홈(122) 내에서 샤프트(100) 윤활에 활용되므로 큰 문제가 없다.
아울러, 상기 유입홀(104)은 상기 샤프트(100)의 반경방향 내측으로 갈수록 상기 터빈휠(110)과 가까워지도록 기울어지게 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센터하우징 내부를 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 화살표와 같이 배기가스는 터빈휠(110)의 반경방향으로 유입되었다가 축방향으로 토출되도록 유동하는데, 이때 작용과 반작용의 법칙에 따라 샤프트(100)는 배기가스가 토출되는 방향과 반대되는 축방향으로의 반력을 전달받게 된다.
도 1을 참조하면, 상기 샤프트(100)에는 상기 샤프트(100)의 축방향 하중을 흡수하기 위한 스러스트 베어링(155)이 설치되는데, 배기가스 유동에 의해 발생하는 반력으로 인해 스러스트 베어링(155)의 내구성이 크게 저하될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 유입홀(104)은 오일 또는 공기가 중공홀(102) 내부로 유입될 때, 터빈휠(110) 측 방향으로 이동하면서 유입될 수 있도록 비스듬하게 가공됨으로써, 배기가스에 의해 샤프트(100)에 발생하는 반력을 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 상기 스러스트 베어링(155)의 내구성을 확보할 수 있다.
이때, 상기 분사유로(128)는 상기 유입홀(104)과 동일한 각도로 기울어지게 연장되도록 형성될 수 있다.
즉, 도 3과 같이 분사유로(128)와 유입홀(104)이 서로 일직선 상에 형성되도록 마련됨으로써, 분사유로(128)를 통해 배출되는 오일 또는 공기가 유입홀(104)로 원활하게 유입되도록 마련할 수 있다. 더 나아가 분사유로(128)를 통해 배출되는 오일 또는 공기에 의해서도 샤프트(100)가 배기가스로부터 전달되는 반력을 상쇄할 수 있다.
한편, 상기 유입홀(104)은 상기 샤프트(100) 외주면에 형성된 입구부가 상기 샤프트(100) 내주면에 형성된 출구부보다 원주방향으로 설정거리 이격된 지점에 위치하도록 기울어지게 형성될 수 있다.
도 4는 도 2의 A-A 단면을 도시한 단면도이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 유입홀(104)은 샤프트(100)의 반경방향을 기준으로 기울어지게 형성됨에 더해, 샤프트(100)의 원주방향을 기준으로도 기울어지게 가공될 수 있다.
즉, 유입홀(104)은 오일 또는 공기가 중공홀(102)로 유입될 때, 샤프트(100)의 중심으로부터 편심된 지점을 향해 유입되도록 형성됨으로써, 샤프트(100)에 회전력을 전달하도록 마련되는 것이다.
예를 들어, 유입홀(104)이 샤프트(100)의 반경방향을 따라 수직하게 가공되었다면, 중공홀(102)로 오일이 유입될 때, 오일의 점성에 의해 샤프트(100)의 회전력이 감소되는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 유입홀(104)이 샤프트(100)에 편심된 방향으로 연장되도록 가공됨으로써, 오일이 샤프트(100)에 공급될 시, 샤프트(100)의 회전력 손실이 발생하는 것을 방지하면서도 오히려 회전력을 보조하는 역할을 수행할 수 있어 터보차저 효율이 증대된다.
반면, 상기 배출홀(106)은 상기 샤프트(100)의 반경방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
아울러, 상기 센터하우징(120) 내부에는 상기 배출홀(106)과 마주하는 지점에서 상기 샤프트홈(122) 내부의 오일을 외부로 배출하는 드레인유로(130)가 형성될 수 있다.
도 5는 도 2의 B-B 단면을 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 드레인유로 및 윤활유로를 도시한 단면도이다. 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 배출홀(106)은 중공홀(102) 및 중공홈(122) 내부의 오일을 원활하게 외부로 배출하기 위하여 마련된 것인바, 샤프트(100)의 반경방향을 따라 수직하게 형성됨으로써, 원심력에 의해 오일이 원활하게 배출되도록 유도할 수 있다.
상기 배출홀(106)을 통해 샤프트홈(122) 내부로 배출된 오일은 상기 드레인유로(130)를 통해 외부로 배출됨으로써, 터보차저 내부의 오일을 적절하게 순환시킬 수 있다.
도 1, 도 3 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 차량용 터보차저는 상기 샤프트(100)와 샤프트홈(122) 사이에 설치되어, 상기 샤프트(100)가 상기 샤프트홈(122)에 상대 회전가능하게 설치되도록 하는 다수의 베어링(150);을 더 포함하고, 상기 다수의 베어링(150)들은 상기 유입홀(104) 및 배출홀(106)을 사이에 두도록 서로 이격된 위치에 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 다수의 베어링(150)을 통해 샤프트(100)는 센터하우징(120)에 회전가능하도록 설치된다. 여기서, 유입홀(104)과 배출홀(106)이 다수의 베어링(150)들 사이 공간에 형성됨으로써, 유입홀(104)로 유입되지 못하고 샤프트홈(122)을 유동하는 오일들이 상기 베어링(150)들에 의해 샤프트홈(122)의 다른 공간으로 빠져나가는 것이 방지된다. 따라서, 베어링(150)은 오일을 씰링하는 역할을 함께 수행하게 된다.
한편, 본 발명의 차량용 터보차저는 차속이 설정차속 미만이면서 배기가스 온도가 설정온도 미만일 경우에 상기 오일밸브(140) 및 공기밸브(145)를 모두 폐쇄제어하고, 차속이 설정차속 이상이면서 배기가스 온도가 설정온도 이상일 경우에 상기 오일밸브(140)를 개방, 상기 공기밸브(145)를 폐쇄제어하며, 차속이 설정차속 미만이면서 배기가스 온도가 설정온도 미만일 경우에 상기 오일밸브(140)를 폐쇄, 상기 공기밸브(145)를 개방제어하는 제어부(160);를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부(160)는 차량의 ECU(Electronic Control Unit)로써, 차속센서 및 온도센서로부터 차속 및 배기가스 온도 데이터를 수신하고, 기설정된 설정차속과 차속 데이터, 기설정된 설정온도와 배기가스 온도 데이터를 비교하여 통신라인으로 연결된 오일밸브(140)와 공기밸브(145)를 전자적으로 제어한다.
예들 들어, 배기가스 온도가 낮은 상태에서 차량이 정차하거나 저속으로 주행하는 상태라면, 기존 터보차저와 동일하게 작동되도록 상기 오일밸브(140) 및 공기밸브(145)를 모두 폐쇄하여 오일이 샤프트홈(122) 내부로 유입되는 것을 막는다.
만약, 배기가스 온도가 상승하고 차량이 고속으로 주행하는 상태가 된다면, 오일밸브(140)를 개방하여 터빈휠(110) 내부로 오일이 공급되면서 터빈휠(110)이 냉각되도록 유도할 수 있다. 이때, 공기밸브(145)는 차단하여 공기 공급으로 인해 터빈휠(110) 내부의 오일이 불필요하게 외부로 배출되는 것을 방지한다.
또한, 배기가스 온도가 높지만 차량이 저속으로 주행하는 감속상황일 경우에는, 오일밸브(140)를 폐쇄한 상태에서 공기밸브(145)를 개방하여 공기를 공급함으로써 터빈휠(110)과 샤프트(100) 내부에 잔존한 열교환된 오일들을 외부로 배출한다. 따라서, 이후 새로운 오일에 의해 터빈휠(110)이 냉각되도록 유도할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 터보차저에 따르면, 터빈휠 내부에 중공홈이 형성됨으로써, 경량화로 인해 터빈휠의 관성이 감소하여 차량 출발성 및 저속토크 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 터보차저 샤프트와 터빈휠 내부를 오일이 순환하면서 냉각을 수행하도록 마련되는바, 기계적 성능이 낮은 비교적 저렴한 재질의 사용이 가능해져서 터보차저의 원가를 절감할 수 있다.
또한, 샤프트 유입홀이 경사지게 가공됨으로써, 배기가스에 의해 발생하는 반력을 상쇄하여 스러스트 베어링의 내구성을 확보할 수 있다.
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 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100: 샤프트 102: 중공홀
104: 유입홀 106: 배출홀
110: 터빈휠 112: 중공홈
114: 컴프레서휠 120: 센터하우징
122: 샤프트홈 124: 오일유로
126: 공기유로 128: 분사유로
130: 드레인유로 132: 윤활유로
140: 오일밸브 145: 공기밸브
150: 베어링 155: 스러스트베어링
160: 제어부

Claims (9)

  1. 내부에 중공홀이 형성되고, 외주면에 상기 중공홀과 연통되는 유입홀 및 배출홀이 형성된 샤프트;
    상기 샤프트의 일단부에 일체로 설치되고, 내부에 형성된 중공홈이 상기 샤프트의 중공홀과 연통되도록 마련된 터빈휠;
    내부에 상기 샤프트가 회전가능하도록 설치되는 샤프트홈이 형성되고, 오일파이프로부터 오일을 공급받는 오일유로, 에어탱크로부터 공기를 공급받는 공기유로 및 상기 오일유로와 공기유로가 연결되어 상기 샤프트홈으로 연장되는 분사유로가 형성된 센터하우징;
    상기 오일유로와 공기유로에 각각 설치되어 유체 흐름을 선택적으로 개폐제어하는 오일밸브와 공기밸브;를 포함하는 차량용 터보차저.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입홀은 상기 분사유로가 연장되는 방향과 마주하는 지점에 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 유입홀은 상기 샤프트의 반경방향 내측으로 갈수록 상기 터빈휠과 가까워지도록 기울어지게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 분사유로는 상기 유입홀과 동일한 각도로 기울어지게 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 유입홀은 상기 샤프트 외주면에 형성된 입구부가 상기 샤프트 내주면에 형성된 출구부보다 원주방향으로 설정거리 이격된 지점에 위치하도록 기울어지게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출홀은 상기 샤프트의 반경방향을 따라 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 센터하우징 내부에는 상기 배출홀과 마주하는 지점에서 상기 샤프트홈 내부의 오일을 외부로 배출하는 드레인유로가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 샤프트와 샤프트홈 사이에 설치되어, 상기 샤프트가 상기 샤프트홈에 상대 회전가능하게 설치되도록 하는 다수의 베어링;을 더 포함하고,
    상기 다수의 베어링은 상기 유입홀 및 배출홀을 사이에 두도록 서로 이격된 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저.
  9. 청구항 1에 있어서,
    차속이 설정차속 미만이면서 배기가스 온도가 설정온도 미만일 경우에 상기 오일밸브 및 공기밸브를 모두 폐쇄제어하고, 차속이 설정차속 이상이면서 배기가스 온도가 설정온도 이상일 경우에 상기 오일밸브를 개방, 상기 공기밸브를 폐쇄제어하며, 차속이 설정차속 미만이면서 배기가스 온도가 설정온도 미만일 경우에 상기 오일밸브를 폐쇄, 상기 공기밸브를 개방제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저.
KR1020170171053A 2017-12-13 2017-12-13 차량용 터보차저 KR102478082B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170171053A KR102478082B1 (ko) 2017-12-13 2017-12-13 차량용 터보차저
US15/978,498 US10598092B2 (en) 2017-12-13 2018-05-14 Turbocharger for vehicle
CN201820864172.7U CN208310897U (zh) 2017-12-13 2018-06-05 用于车辆的涡轮增压器
DE102018113431.2A DE102018113431B4 (de) 2017-12-13 2018-06-06 Turbolader für ein Fahrzeug

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170171053A KR102478082B1 (ko) 2017-12-13 2017-12-13 차량용 터보차저

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190070497A true KR20190070497A (ko) 2019-06-21
KR102478082B1 KR102478082B1 (ko) 2022-12-15

Family

ID=64710439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170171053A KR102478082B1 (ko) 2017-12-13 2017-12-13 차량용 터보차저

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10598092B2 (ko)
KR (1) KR102478082B1 (ko)
CN (1) CN208310897U (ko)
DE (1) DE102018113431B4 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109595039B (zh) * 2019-01-03 2019-10-22 北京航空航天大学 一种带缝气膜冷却结构的向心涡轮
CN109826671A (zh) * 2019-01-28 2019-05-31 南通汇平高分子新材料有限公司 一种用于汽车制造的涡轮叶片及其加工方法
US11002181B2 (en) * 2019-05-03 2021-05-11 Fluid Equipment Development Company, Llc Method and system for determining a characteristic of a rotating machine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001527613A (ja) * 1995-09-18 2001-12-25 ターボダイン システムズ インコーポレイテッド 一体型アシスト電気モータとその冷却システムを備えたターボチャージャシステム
KR20090064202A (ko) 2007-12-15 2009-06-18 현대자동차주식회사 가변용량식 터보차저의 오일실링장치
JP2016037987A (ja) * 2014-08-06 2016-03-22 Ntn株式会社 ターボチャージャ用軸受装置
KR20170009130A (ko) * 2015-07-15 2017-01-25 (주)계양정밀 회전 관성 저감 자동차용 터보차저

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1315808A (fr) 1961-12-08 1963-01-25 Perfectionnements aux turbo-compresseurs
FR2405422A1 (fr) 1977-10-07 1979-05-04 Berliet Automobiles Dispositif pour faire circuler un fluide dans un arbre creux
JPH05256155A (ja) 1992-03-10 1993-10-05 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk ２サイクルエンジン用ターボの回転電機の保護装置
US6098753A (en) 1998-06-05 2000-08-08 Pratt & Whitney Canada Corp. System for delivering pressurized lubricant fluids to an interior of a rotating hollow shaft
DE102011009028A1 (de) 2011-01-20 2012-07-26 Daimler Ag Turbinenrad für eine Radialturbine sowie Abgasturbolader mit einer Radialturbine
US8850878B2 (en) * 2011-09-16 2014-10-07 General Electric Company Methods and systems for diagnosing a turbocharger

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001527613A (ja) * 1995-09-18 2001-12-25 ターボダイン システムズ インコーポレイテッド 一体型アシスト電気モータとその冷却システムを備えたターボチャージャシステム
KR20090064202A (ko) 2007-12-15 2009-06-18 현대자동차주식회사 가변용량식 터보차저의 오일실링장치
JP2016037987A (ja) * 2014-08-06 2016-03-22 Ntn株式会社 ターボチャージャ用軸受装置
KR20170009130A (ko) * 2015-07-15 2017-01-25 (주)계양정밀 회전 관성 저감 자동차용 터보차저

Also Published As

Publication number Publication date
US10598092B2 (en) 2020-03-24
KR102478082B1 (ko) 2022-12-15
CN208310897U (zh) 2019-01-01
DE102018113431B4 (de) 2022-12-15
DE102018113431A1 (de) 2019-06-13
US20190178163A1 (en) 2019-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10598014B2 (en) Turbomachine
EP3244027B1 (en) Turbocharger assembly
US5857337A (en) Turbocharger
WO2009095985A1 (ja) 過給機
CN103670677B (zh) 涡轮机废气门
KR102075661B1 (ko) 터빈 웨이스트게이트
KR20190070497A (ko) 차량용 터보차저
US6966746B2 (en) Bearing pressure balance apparatus
US20160298490A1 (en) Turbocharger spring assembly
EP3441577B1 (en) Turbocharger with gas and liquid flow paths
JP2007009702A (ja) ターボチャージャー用軸受装置およびターボチャージャー
WO2020021908A1 (ja) 軸受構造および過給機
JP2018510999A (ja) オイルフローの配分及び制御システム並びに方法
US10087780B2 (en) Turbocharger lubricant turbine
JP2005535836A (ja) 内燃エンジン用排気ガスターボチャージャー
KR101729232B1 (ko) 회전 관성 저감 자동차용 터보차저
JP4405808B2 (ja) 容積式ロータリーマシン
US6296462B1 (en) Rotary positive-displacement fluid machines
KR20190095120A (ko) 회전식 액시얼 밸브
CN104594961A (zh) 一种涡轮增压器的压气机端密封结构
CN111247320A (zh) 阀
KR101532439B1 (ko) 배기 가스 터보 과급기용 스러스트 베어링 시일
TWI720860B (zh) 螺旋壓縮機之軸密封及回油機構
JPH11280482A (ja) 可変容量ターボチャージャ
JPH0219551Y2 (ko)

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant