KR20200124375A - 터보차저 컴프레서휠 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휠허브와; 상기 휠허브 주위에 나선형으로 형성되는 다수의 블레이드를 포함하여 구성되고, 상기 블레이드의 리딩엣지 팁에는 라운드부가 형성된 구성이다.

Description

터보차저 컴프레서휠{COMPRESSOR WHEEL FOR TURBO CHAGRGER}

본 발명은 내연기관 등에 사용되는 터보차저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터보차저의 컴프레서휠에 관한 기술이다.

터보차저는 내연기관인 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 가진 에너지로 터빈을 회전시키며, 이 터빈으로 하여금 컴프레서휠을 구동하도록 함으로써, 연소실로 공급될 공기를 압축하여 공급할 수 있도록 한다.

상기 컴프레서휠은 상기 터빈에 의해 고속으로 회전하면서 공기의 비 정상 난류 현상에 의한 광대역 주파수의 소음을 발생시키는 경향이 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.

KR 1020190022988 A

본 발명은 터보차저의 컴프레서휠이 고속으로 회전하면서 공기의 비 정상 난류 현상에 의해 소음을 발생시키는 것을 저감시킬 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 차량의 소음특성을 개선하여 보다 정숙한 차량 주행이 가능하도록 하는 터보차저 컴프레서휠을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 터보차저 컴프레서휠은,

휠허브와;

상기 휠허브 주위에 나선형으로 형성되는 다수의 블레이드;

를 포함하여 구성되고,

상기 블레이드의 리딩엣지 팁에는 라운드부가 형성된 것

을 특징으로 한다.

상기 라운드부가 상기 컴프레서휠의 회전축에 수직한 투영면에 투영된 컴프레서휠의 반경방향 길이인 라운드투영길이가 1회전하면서 상기 투영면을 쓸고 지나가는 면적인 라운드투영면적은, 상기 블레이드의 리딩 엣지가 상기 투영면에서 1회전하면서 쓸고 지나가는 면적인 인렛유효면적의 15~20%의 범위가 되도록 상기 라운드부가 형성될 수 있다.

상기 라운드투영길이는 다음 수식

: 라운드투영길이

: 컴프레서휠의 입구측 최대반경

: 휠허브 반경

에 의해 결정될 수 있다.

상기 블레이드의 리딩엣지는 리딩엣지 팁으로부터 리딩엣지의 전체 길이의 30%의 범위 내에서, 소정의 기준길이 이내로 컷팅될 수 있다.

상기 기준길이는 0.2mm일 수 있다.

상기 다수의 블레이드가 상대적으로 크기가 큰 메인블레이드와 상대적으로 크기가 작은 서브블레이드가 서로 교번하여 상기 휠허브 주위에 배치된 경우,

상기 라운드부는 상기 메인블레이드의 리딩엣지 팁에만 형성될 수 있다.

본 발명은 터보차저의 컴프레서휠이 고속으로 회전하면서 공기의 비 정상 난류 현상에 의해 소음을 발생시키는 것을 저감시킬 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 차량의 소음특성을 개선하여 보다 정숙한 차량 주행이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 터보차저 컴프레서휠의 사시도,
도 2는 본 발명 컴프레서휠의 라운드부를 상세히 설명한 단면도,
도 3은 터보하우징 내에 컴프레서휠이 장착된 상태를 도시한 부분단면도,
도 4는 본 발명 컴프레서휠의 인렛투영면적에 대한 라운드투영면적의 변화에 따른 소음 및 효율을 비교한 도표,
도 5는 터보차저에 본 발명의 컴프레서휠을 사용한 경우 얻어지는 소음 저감 효과를 종래와 비교하여 도시한 것으로서, 컴프레서휠 회전수에 따른 컴프레서 인렛 내부 소음의 비교 그래프,
도 6은 터보차저에 본 발명의 컴프레서휠을 사용한 경우 얻어지는 소음 저감 효과를 종래와 비교하여 도시한 것으로서, 컴프레서휠 회전수에 따른 컴프레서 아웃렛 내부 소음의 비교 그래프,
도 7은 본 발명의 컴프레서휠을 사용한 터보차저를 종래와 비교하여 도시한 것으로서, 유량에 따른 압력비의 그래프,
도 8은 본 발명의 컴프레서휠을 사용한 터보차저의 효율을 종래와 비교하여 도시한 것으로서, 유량에 따른 압축효율의 그래프,
도 9는 본 발명 컴프레서휠의 리딩엣지 컷팅을 설명한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 터보차저 컴프레서휠(1)의 실시예는, 휠허브(3)와; 상기 휠허브(3) 주위에 나선형으로 형성되는 다수의 블레이드(5)를 포함하여 구성되고, 상기 블레이드(5)의 리딩엣지 팁에는 라운드부(7)가 형성된 구성이다.

즉, 본 발명은 컴프레서휠의 리딩엣지 팁을 종래와 같이 날카로운 모서리 상태로 두지 않고, 이 부분에 상기 라운드부(7)를 형성하도록 함으로서, 컴프레서휠(1)의 고속 회전 시, 공기의 비 정상 난류 흐름을 감소 내지 저감시켜서, 터보차저의 작동 소음을 저감시킬 수 있도록 한 것이다.

참고로, 상기 다수의 블레이드가 상대적으로 크기가 큰 메인블레이드(5M)와 상대적으로 크기가 작은 서브블레이드(5S)가 서로 교번하여 상기 휠허브(3) 주위에 배치된 경우, 상기 라운드부는 상기 메인블레이드(5M)의 리딩엣지 팁에만 형성되도록 할 수 있다.

상기 라운드부(7)가 상기 컴프레서휠의 회전축에 수직한 투영면에 투영된 컴프레서휠의 반경방향 길이인 라운드투영길이가 1회전하면서 상기 투영면을 쓸고 지나가는 면적인 라운드투영면적은, 상기 블레이드의 리딩 엣지가 상기 투영면에서 1회전하면서 쓸고 지나가는 면적인 인렛유효면적의 15~20%의 범위가 되도록 상기 라운드부가 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 터보하우징(HG) 내에 컴프레서휠(1)이 장착된 상태를 도시한 부분단면도인 도 3을 참고할 때, 상기 라운드투영길이는 다음 수학식 1

: 라운드투영길이

: 컴프레서휠의 입구측 최대반경

: 휠허브 반경

에 의해 결정될 수 있다.

즉, 상기 인렛유효면적에 대한 라운드투영면적은 15~20%가 바람직한 바, 이는 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이 소음저감의 효과의 컴프레서의 효율을 고려할 때 가장 바람직하기 때문이다.

도 4는 본 발명 컴프레서휠의 인렛투영면적에 대한 라운드투영면적의 변화에 따른 소음 및 효율을 비교한 도표로서, 6개의 케이스 모두 컴프레서휠 입구측 최대반경

은 21.5mm이고, 이

에 의해 계산되는 인렛투영면적

에 대한 라운드투영면적

을 5%로부터 30%까지 변화시키면서 컴프레서 인렛 내부 소음과 아웃렛 내부 소음 및 터보차저 효율을 비교하였을 때, 도시된 바와 같이 상기 인렛투영면적에 대한 라운드투영면적이 15% 내지 20%일 때, 소음 저감 효과와 터보차저의 효율 모두 만족할만한 결과를 가져옴을 알 수 있다.

참고로, 도 5에는 터보차저에 본 발명의 컴프레서휠을 사용한 경우 얻어지는 소음 저감 효과를 종래와 비교하여 도시한 것으로서, 컴프레서휠 회전수에 따른 컴프레서 인렛 내부 소음의 비교 그래프이며, 여기서 본 발명의 컴프레서휠은 상기 인렛투영면적에 대한 라운드투영면적이 20%인 것을 사용한 것이다.

여기서 비교대상인 종래의 터보차저는 물론 컴프레서휠의 인렛투영면적은 동일하지만 본 발명의 라운드부를 구비하지 않아 라운드투영면적이 거의 0%에 가까운 컴프레서휠을 사용한 터보차저이다.

또한, 도 6은 컴프레서휠 회전수에 따른 컴프레서 아웃렛 내부 소음의 비교 그래프이며, 여기서도 본 발명의 컴프레서휠은 상기 인렛투영면적에 대한 라운드투영면적이 20%인 것을 사용한 것이다.

한편, 도 7은 본 발명의 컴프레서휠을 사용한 터보차저를 종래와 비교하여 도시한 것으로서, 유량에 따른 압력비의 그래프이며, 도 8은 본 발명의 컴프레서휠을 사용한 터보차저의 효율을 종래와 비교하여 도시한 것으로서, 유량에 따른 압축효율의 그래프로서, 본 발명의 효율이 더 우수함을 알 수 있으며, 도 7 및 도 8에서도 본 발명의 컴프레서휠은 상기 인렛투영면적에 대한 라운드투영면적이 20%인 것을 사용한 것이다

한편, 도 9를 참조하면, 상기 블레이드의 리딩엣지는 리딩엣지 팁으로부터 리딩엣지의 전체 길이의 30%의 범위 내에서, 소정의 기준길이 이내로 컷팅될 수 있다.

이는 상기 블레이드의 리딩엣지 팁에 라운드부를 가공하는 과정에서 발생할 수 있는 리딩엣지 자체의 컷팅 현상을 허용할 수 있는 한계를 제시함으로써, 컴프레서휠의 양산성을 확보할 수 있도록 하는 것이다.

예컨대, 상기 라운드부의 반경이 1내지 2mm라고 할 때, 상기 기준길이는 0.2mm로 설정할 수 있을 것이며, 상기 컷팅되는 길이는 예컨대 상기 블레이드의 리딩엣지가 10mm라고 할 때 3mm이내로 허용되는 것이다.

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; 컴프레서휠
3; 휠허브
5; 블레이드
5M; 메인블레이드
5S; 서브블레이드
7; 라운드부

Claims (6)

1. 휠허브와;
   상기 휠허브 주위에 나선형으로 형성되는 다수의 블레이드;
   를 포함하여 구성되고,
   상기 블레이드의 리딩엣지 팁에는 라운드부가 형성된 것
   을 특징으로 하는 터보차저 컴프레서휠.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 라운드부가 상기 컴프레서휠의 회전축에 수직한 투영면에 투영된 컴프레서휠의 반경방향 길이인 라운드투영길이가 1회전하면서 상기 투영면을 쓸고 지나가는 면적인 라운드투영면적은, 상기 블레이드의 리딩 엣지가 상기 투영면에서 1회전하면서 쓸고 지나가는 면적인 인렛유효면적의 15~20%의 범위가 되도록 상기 라운드부가 형성되는 것
   을 특징으로 하는 터보차저 컴프레서휠.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 라운드투영길이는 다음 수식
   

   

   
   

   

   : 라운드투영길이
   

   

   : 컴프레서휠의 입구측 최대반경
   

   

   : 휠허브 반경
   에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 터보차저 컴프레서휠.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 블레이드의 리딩엣지는 리딩엣지 팁으로부터 리딩엣지의 전체 길이의 30%의 범위 내에서, 소정의 기준길이 이내로 컷팅되는 것
   을 특징으로 하는 터보차저 컴프레서휠.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 기준길이는 0.2mm인 것을 특징으로 하는 터보차저 컴프레서휠.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 다수의 블레이드가 상대적으로 크기가 큰 메인블레이드와 상대적으로 크기가 작은 서브블레이드가 서로 교번하여 상기 휠허브 주위에 배치된 경우,
   상기 라운드부는 상기 메인블레이드의 리딩엣지 팁에만 형성되는 것
   을 특징으로 하는 터보차저 컴프레서휠.
   

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