KR20120053517A - 배기가스 터보차저의 터빈 휠의 배기가스 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 터보차저(3)의 터빈 휠(2)의 배기가스 공급 장치(1)에 관한 것이다. 상기 배기가스 공급 장치는: 제1 채널(5) 및 제2 채널(6)을 구비한 2채널 터빈 하우징(4); 및 내연기관(8)에 연결될 수 있는 배기 매니폴드(7)로, 제1 매니폴드 배기가스 경로 길이를 형성하도록 내연기관(8)의 제1 실린더들(Z1, Z4)을 연결하는 제1 매니폴드 채널(9), 및 제2 매니폴드 배기가스 경로 길이를 형성하도록 제2 실린더들(Z2, Z3)을 연결하는 제2 매니폴드 채널(10)을 구비하며, 매니폴드 채널들과 터빈 하우징의 나선형 채널들을 결합시킴으로써 2개의 채널의 전체 배기가스 경로 길이가 실질적으로 동일하게 될 수 있는 것인 배기 매니폴드(7)를 포함한다. 본 발명은 또한 터빈 휠(2)을 위한 배기가스 공급 장치(1)를 포함하는 배기가스 터보차저(3)에 관한 것이다.

Description

배기가스 터보차저의 터빈 휠의 배기가스 공급 장치{EXHAUST-GAS SUPPLY DEVICE OF A TURBINE WHEEL OF AN EXHAUST-GAS TURBOCHARGER}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 배기가스 터보차저의 터빈 휠의 배기가스 공급 장치에 관한 것이다.

상기 유형의 공급 장치는 제1 흡기 덕트 및 하나 이상의 제2 흡기 덕트를 구비한 2채널 가스 유동 공급부의 형태로 DE 10 2007 017 826 A1호에 주지되어 있다.

내연기관, 특히 스파크 점화 엔진의 소위 점화 순서형(ignition sequence) 배기 매니폴드에서, 각각의 경우, 점화 순서상 바로 연달아 있지 않은 실린더들의 배기가스가 합쳐진다. 예를 들어, 4기통 엔진에서, 실린더 점화 순서가 1-3-4-2인 경우, 1번 실린더와 4번 실린더 그리고 또한 2번 실린더와 3번 실린더가 합쳐진다. 이는, 특히 4기통 엔진에 있어서, 먼저 잔류 가스 함량의 감소로 인해 충전 교환 중에 실린더들의 상호 영향이 줄어들게 하여 새로운 가스 충전을 증가시키고, 다음으로 채널 분리에 의해 유동 속도의 증가가 가능하여 결과적으로 더 많은 양의 유동 에너지가 내연기관에 결합된 터보차저의 터빈 휠에 전달되어 터빈 동력을 현저히 증가시킨다.

그러나, 보통의 공급 장치가 상기 유형의 점화 순서형 배기 매니폴드와 결합된다면, 제1 채널 또는 일 흡기 덕트의 부피 및 길이가 제2 채널 또는 타 흡기 덕트의 부피 및 길이보다 상당히 큰 경우의 불균일한 부하로 인해, 내연기관의 충전 교환 및 터빈 휠 상의 배기가스 맥동의 시간 순서(chronological sequence)에 대한 효율상의 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 내연기관의 충전 교환의 개선 및 터빈 휠 상의 배기가스 맥동의 시간 순서의 개선을 가능하게 하는 청구범위 제1항의 전제부에 명시된 유형의 배기가스 공급 장치를 제조하는 데에 있다.

상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해 달성된다.

상기 특징부에 의해 내연기관의 실린더 토출 밸브와 배기가스 터보차저의 2채널 터빈 하우징의 각각의 채널 단부 사이의 배기가스 안내부의 부피 및 전체 배기가스 경로 길이를 가능한 한 동일하게 유지하거나 또는 훨씬 더 비슷하게 만들 수 있으므로, 전술한 목적을 달성하는 것이 가능하다. 여기서, 2채널 터빈 하우징은, 실질적으로 동일한 나선형 홈들을 구비한 트윈-채널 터빈 하우징, 또는 축방향 또는 반경방향으로 인접하게 배치된 상이한 길이 및/또는 부피의 나선형 채널들을 구비한 더블-채널 터빈 하우징일 수 있다.

이 때, 본 발명에 따른 공급 장치는 직접 분사식 또는 흡기관 분사식 스파크 점화 엔진 및 디젤 엔진 양자에 사용될 수 있다.

종속 청구항들은 본 발명의 유리한 양상에 관한 것이다.

본 발명의 다른 상세들, 이점들, 특징들은 첨부 도면에 기반한 예시적인 실시형태들에 대한 후술하는 설명에 의해 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 공급 장치의 제1 실시형태의 개략적으로 매우 단순화된 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 공급 장치의 제2 실시형태를 구성하도록 배기 매니폴드와 결합될 수 있는 더블-채널 터빈 하우징의 도 1에 상응하는 도면을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 공급 장치의 제3 실시형태의 도 1에 상응하는 도면을 도시한다.
도 4는 가변 터빈 기하형상을 가진 본 발명에 따른 배기가스 공급 장치의 터빈 하우징의 안내 장치의 개략적으로 매우 단순화된 평면도를 도시한다.
도 5는 별도의 플랜지들을 구비한 본 발명에 따른 다른 변형예의 개략적으로 매우 단순화된 도면을 도시한다.
도 6은 배기 매니폴드 변형예의 단순화된 도면을 도시한다.

도 1은 배기가스 터보차저의 터빈 휠(2)의 본 발명에 따른 배기가스 공급 장치(1)의 개략적으로 매우 단순화된 도면을 도시하되, 상기 배기가스 터보차저는 전체가 아니라 터빈 하우징(4)이 전체 부품을 대표하여 도시되며, 참조 번호 3으로 나타낸다.

터빈 하우징(4)은 반경방향으로 인접하게 형성된 채널들을 구비한 더블-채널 터빈 하우징으로 설계되고, 터빈 휠(2)의 반경방향(R)으로 바라볼 때 제1 채널(5)을 구비한다. 또한, 터빈 휠(2)의 반경방향(R)으로 바라볼 때 제2 채널(6)을 구비하며, 상기 제1 및 제2 채널은 각각의 경우 터빈 휠(2)의 주위에 나선형으로 진행된다. 이러한 터빈 하우징의 설계는 예를 들어 WO 2008/028666 A1호에 주지되어 있고, 그 전체 개시내용이 본 출원의 개시내용에 참조로서 명확하게 포함된다.

제1 채널(5) 및 제2 채널(6)은 터빈 하우징(4) 내의 기하학적 배치로 인해 상이한 길이를 가지며, 그에 따라 제2 채널(6)의 길이가 제1 채널(5)의 길이보다 더 큰 다양한 가스 부피를 가질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 터빈 하우징(4)은 배기 매니폴드(7)에 연결되고, 이후 배기 매니폴드는 블록(8)으로 나타낸 내연기관에 연결될 수 있다. 실시예에서, 내연기관(8)은 실린더들(Z1~Z4)을 구비한 4기통 엔진이다. 그러나, 본 발명이 다른 엔진 유형 및 기통수(예를 들어, 인라인 6기통 엔진, V8 엔진, V6 엔진, 6기통 박서 엔진)로 사용되는 것이 또한 가능하다.

도 1에 도시된 실시형태에서, 배기 매니폴드(7)는 제1 매니폴드 배기가스 경로 길이를 형성하도록 내연기관(8)의 실린더들(Z1, Z4)을 연결하는 제1 매니폴드 채널(9)을 구비한다. 아울러, 도시된 실시형태에서, 제2 매니폴드 배기가스 경로 길이를 형성하도록 실린더들(Z2, Z3)을 연결하는 제2 매니폴드 채널(10)을 구비한다.

여기서, 도 1에 실시예로 도시된 4기통 엔진의 구성에 의하면, 제1 매니폴드 배기가스 경로 길이는 전술한 제2 매니폴드 배기가스 경로 길이보다 더 길다.

도입부에 설명된 바와 같이 가능한 한 동일한 배기가스 경로 길이를 얻기 위해, 제1 매니폴드 채널(9)이 터빈 하우징(4)의 제1 채널(5)에 연결되는 한편, 제2 매니폴드 채널(10)이 터빈 하우징(4)의 제2 채널(6)에 연결될 수 있다. 다시 말하면, 더 긴 배기가스 경로 길이를 구성하는 제1 매니폴드 채널(9)이 터빈 하우징(4)의 더 짧은 채널인 제1 채널(5)에 연결되는 반면, 제2 매니폴드 채널(10)의 경우에는 터빈 하우징(4)의 더 긴 채널인 제2 채널(6)에 연결되어, 도입부에 설명된 바와 같이 전체 경로 길이의 균등화를 달성할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1에 도시된 실시형태에서, 이러한 목적으로, 터빈 하우징(4)의 결합 플랜지(12)가 배기 매니폴드(7)의 가스 유입 플랜지(11)에 체결되며, 이러한 목적을 위해 예를 들어 종래의 나사 연결부(13)가 구비될 수 있다. 대안적으로, 배기 매니폴드(7)와 터빈 하우징(4)은 일체형으로, 예를 들어 주조 부품 또는 용접 부품으로 형성되는 것이 가능하다.

도 1은 또한 4기통 엔진의 실시예에서 배기가스 터보차저(3)가 이론상 실린더(Z2)와 실린더(Z3) 사이의 중앙에 배치되는 것을 보여준다.

대략 동일한 전체 부피 및 전체 길이를 가진 2개의 채널이라는 목적은 원칙적으로 매니폴드와 터빈 하우징 기하형상의 2개의 상이한 결합에 의해 달성될 수 있다.

실질적으로 동일한 채널들을 구비한 트윈-채널 터빈 하우징은, 마찬가지로 대략 동일한 채널들을 구비한 매니폴드를 필요로 한다(도 6 참조). 이후, 양자의 결합으로, 당연히 배기가스 공급부의 전체 채널들이 실질적으로 동일하게 된다.

매우 상이한 채널들을 구비한 더블-채널 터빈 하우징은, 마찬가지로 상이한 채널들을 구비한 매니폴드 기하형상을 필요로 한다. 터빈 하우징과 매니폴드의 짧고 긴 개별 채널들의 상응하는 결합에 의해 배기가스 공급부의 전체 채널들이 대략 동일하게 되는 것이 가능하다.

도 2에 따른 실시형태는 축방향으로 인접한 나선형 채널들(5, 6)을 구비한 더블-채널 터빈 하우징을 도시한다. 상기 실시형태는 실질적으로 도 1의 실시형태에 상응하며, 그에 따라 동일한 참조 번호들이 사용되었고, 모든 관련된 특징부에 대해 도 1의 전술한 설명을 참조할 수 있다.

도 3에 따른 터보차저(3)는 가변 터빈 기하형상을 가진 터보차저이고, 그에 따라 터빈 하우징(4)은 다수의 조정 가능한 블레이드를 구비한 안내 장치(14)를 포함하되, 전체 블레이드를 대표하여 하나의 블레이드를 참조 번호 15로 나타낸다. 상기 유형의 가변 터빈 기하형상의 기타 부품들은 본 발명의 원리를 설명하는 데에 필요하지 않으므로 도 2에 도시하지 않는다. 도 2에 따른 특히 바람직한 실시형태에서, 안내 장치(14)에는 안내 장치 채널 분리부들(16, 17)이 구비되고, 이들은 두 채널(5, 6)의 채널 분리부가 안내 장치(14)의 영역 내로, 즉 블레이드(15)들 사이로 연장되게 한다. 이러한 목적으로, 예를 들어 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 웨브들이 안내 장치에 통합되는 것이 가능하고, 또한 이러한 목적을 위해, 모든 경우에 안내 장치(14)에 구비되는 스페이서 부재들(23, 22)을 이용하거나 또는 웨브들(18, 19)의 경우처럼 상기 스페이서 부재들을 웨브들과 결합하는 것이 또한 가능하다(도 4 참조).

특히 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 결과적으로 터빈 하우징(4) 내의 채널 분리부들(20, 21)이 안내 격자(14)의 영역 내로 연장된다.

터빈 하우징(4)의 2개의 채널에 대한 배기가스 경로 길이의 조작은 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 공통의 플랜지를 생략하고 터빈 하우징(4) 둘레의 다양한 위치에 복수의 플랜지(24, 25)를 배치함으로써 이루어질 수 있다. 이는 특히 V형 엔진의 경우 유리한데, 여기서 터빈 하우징(4)은 엔진(8)의 "V" 내에 배치될 수 있고, 각각의 실린더 뱅크(26, 27)가 채널(10, 9)을 각각 형성하며, 상기 채널들은 터빈 하우징(4)에 따로따로 안내될 수 있고 별도의 플랜지(24, 25)를 각각 구비할 수 있다. 여기서, 2개의 플랜지(24, 25)는 서로 반대편에 배치되거나 또는 180°오프셋되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 원리가 웨이스트게이트 플랩 장치를 구비한 터빈 하우징에 적용되는 것이 또한 바람직하다. 가변 터빈 기하형상 및 웨이스트게이트 플랩의 결합이 또한 가능하다.

본 발명의 상기 기재된 개시내용 외에도, 도 1 내지 도 6의 본 발명의 개략적인 도면을 추가로 참조한다.

참조 번호 설명

1 배기가스 공급 장치

2 터빈 휠

3 배기가스 터보차저

4 터빈 하우징

5 제1 채널

6 제2 채널

7 배기 매니폴드

8 내연기관

9 제1 매니폴드 채널

10 제2 매니폴드 채널

11, 12 플랜지

13 나사 연결부

14 안내 장치

15 블레이드

16, 17 안내 격자(14) 내의 채널 분리부

18, 19 채널 분리용 웨브

20, 21 터빈 하우징(4) 내의 채널 분리부

22, 23 스페이서 부재

24, 25 플랜지

26, 27 실린더 뱅크

Z1~Z4 실린더

R 반경방향

Claims (15)

1. 제1 부피를 형성하는 제1 나선 길이를 가진 제1 채널(5), 및 제2 부피를 형성하는 제2 나선 길이를 가진 제2 채널(6)을 구비한 2채널 터빈 하우징(4)을 포함하는 배기가스 터보차저(3)의 터빈 휠(2)의 배기가스 공급 장치(1)에서,
   내연기관(8)에 연결될 수 있는 배기 매니폴드(7)로, 제1 부피를 가진 제1 매니폴드 배기가스 경로 길이를 형성하도록 내연기관(8)의 제1 실린더들(Z1, Z4)을 연결하는 제1 매니폴드 채널(9), 및 제2 부피를 가진 제2 매니폴드 배기가스 경로 길이를 형성하도록 제2 실린더들(Z2, Z3)을 연결하는 제2 매니폴드 채널(10)을 구비하며, 결합된 채널들(9, 10, 5, 6)의 전체 배기가스 경로 길이가 실질적으로 동일하도록 매니폴드 채널들(9, 10)과 터빈 하우징(4)의 채널들(5, 6)이 결합될 수 있는 것인 배기 매니폴드(7)를 특징으로 하는 공급 장치.
2. 제1항에 있어서,
   2개의 결합된 채널들은 전체 부피가 대략 동일한 것인 공급 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   터빈 하우징(4)은 더블-채널 하우징인 것인 공급 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   터빈 하우징(4)은 트윈-채널 하우징인 것인 공급 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   터빈 하우징(4)은 안내 장치(14) 및 조정 가능한 블레이드(15)들을 이용하여 가변 터빈 기하형상을 가진 것인 공급 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   터빈 하우징(4)은 웨이스트게이트 플랩 및 조정 가능한 블레이드(15)들을 구비한 안내 장치(14)를 이용하여 가변 터빈 기하형상을 가진 것인 공급 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   안내 장치(14)에는 안내 장치 채널 분리부(16, 17, 18, 19)가 구비되는 것인 공급 장치.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   터빈 하우징(4)에는 웨이스트게이트 플랩 장치가 구비되는 것인 공급 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   터빈 하우징(4)과 배기 매니폴드(7)는 해제 가능한 연결 장치에 의해 서로 연결되는 것인 공급 장치.
10. 제9항에 있어서,
    연결 장치는 나사 연결부(13)를 구비한 플랜지 연결부(11, 12)로 설계되는 것인 공급 장치.
11. 제10항에 있어서,
    터빈 하우징(4)의 제1 및 제2 채널(5, 6)은 공간적으로 상이하게 위치된 플랜지 연결부를 포함하는 것인 공급 장치.
12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    터빈 하우징(4)과 배기 매니폴드(7)는 서로 일체형으로 형성되는 것인 공급 장치.
13. 제12항에 있어서,
    터빈 하우징(4)과 배기 매니폴드(7)는 용접되거나 또는 일체형 주조 부품으로 형성되는 것인 공급 장치.
14. 터빈 휠(2)을 위한 배기가스 공급 장치(1), 및 제1항의 전제부에 따른 2채널 터빈 하우징(4)을 포함하는 배기가스 터보차저(3)로,
    제1항의 특징부를 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
15. 제14항에 있어서,
    제2항 내지 제13항의 특징부들 중 적어도 하나를 특징으로 하는 배기가스 터보차저.

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