KR20120107777A - 터보차저의 인서트부 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보차저(200)의 터빈(300)과 컴프레서(400) 사이를 연결하는 베어링하우징(520)과, 상기 터빈(300)의 터빈임펠러(320)와 컴프레서(400)의 컴프레서임펠러(410) 사이를 연결하는 연결회전축(510)과, 상기 베어링하우징(520)의 부분 중 컴프레서임펠러(410)와 인접한 일측 부분에 상기 연결회전축(510)을 중심으로 형성되는 인서트(554) 및 상기 베어링하우징(520)의 부분 중 상기 일측 부분에 인서트(554)를 중심으로 형성되는 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 인서트부 냉각장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 컴프레서 출구 온도가 섭씨 약 170도 이하로 유지되기 때문에 컴프레서 내부에 엔진 오일이 고착되는 것이 방지되는 효과가 발생된다.

Description

터보차저의 인서트부 냉각장치{Insert Cooling Device Of Turbocharger}

본 발명은 터보차저의 인서트부 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 배기량을 크게 하면 엔진의 출력도 커지나, 배기량이 작은 소형 엔진이나 동일한 배기량의 엔진이라도 많은 양의 공기가 실린더에 흡입되면 출력이 향상된다.

이렇게 실린더에 대한 흡기량을 늘려 엔진의 출력을 높이는 것이 과급이며, 자동차에서 실린더의 흡기량을 늘리는 과급을 행하여 엔진의 출력을 높여주는 장치가 도 1에 도시된 바와 같은 터보차저(Turbo Charger)(2)이다.

상기 터보차저(2)는 엔진 폭발시에 발생하는 배기가스의 배기압에 의한 속도에너지를 이용하여 터빈(3)을 회전시켜 동일 회전축(5)상의 임펠러(4)를 회전시킴으로써, 공기를 흡입, 압축한 후 이를 실린더(1) 내부에 강제로 인입시켜, 실린더 내 공기 충전율을 높이고, 이에 의해 엔진의 출력 향상 및 배기가스 저감을 도모하는 장치이다.

상기 터보차저를 이용하여 과급하면 배기량이 같은 엔진에서도 다량의 공기를 충전할 수 있고, 이때 연료의 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다.

현재 디젤엔진에서는 과급을 위하여 대부분의 차량에서 터보차저를 사용하고 있다.

한편, 터보차저가 장착된 엔진에서 과급되는 흡입공기의 냉각을 담당하는 것이 인터쿨러(Intercooler)(6)이며, 상기 컴프레서의 임펠러(4)에 의해 압축된 고온의 흡입공기가 인터쿨러(6)에서 냉각된 뒤 실린더(1)로 공급된다.

그리고 컴프레서 커버와 베어링 하우징 사이에 형성된 격벽인 인서트부는 터빈 측에서 전달되는 열을 차단하고 컴프레서 측으로부터 베어링 하우징으로 유입되는 오일을 실링하는 역할을 한다.

상기 인서트부는 터빈 측에서 전달되는 열을 차단하기 위해서 그 두께를 크게 하면 컴프레서 출구 온도가 섭씨 150도 이상으로 반복적으로 상승될 경우에 인서트부의 변형이 발생되는 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 터빈측에서 컴프레서 측으로 전달되는 열 및 컴프레서에서 공기가 압축되면서 발생하는 온도 상승을 감소시키는 구조를 갖는 터보차저의 인서트부 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 터보차저(200)의 터빈(300)과 컴프레서(400) 사이를 연결하는 베어링하우징(520)과,

상기 터빈(300)의 터빈임펠러(320)와 컴프레서(400)의 컴프레서임펠러(410) 사이를 연결하는 연결회전축(510)과,

상기 베어링하우징(520)의 부분 중 컴프레서임펠러(410)와 인접한 일측 부분에 상기 연결회전축(510)을 중심으로 형성되는 인서트(554) 및

상기 베어링하우징(520)의 부분 중 상기 일측 부분에 인서트(554)를 중심으로 형성되는 냉각 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 인서트부 냉각장치를 제공한다.

그리고 상기 베어링하우징(520)의 일측 부분 중 인서트(554)의 외측에 내부냉각유로(556)를 형성한다.

또한, 상기 베어링하우징(520)의 일측 부분 외부 둘레에 외부냉각유로(558)를 형성하고, 상기 외부냉각유로(558)의 인입구(565)와 인출구(567)를 엔진 냉각수 이동경로 또는 차량의 공조장치에 적용되는 냉매 이동경로에 연결시킨다.

본 발명에 의하면 컴프레서 출구 온도가 섭씨 약 170도 이하로 유지되기 때문에 컴프레서 내부에 엔진 오일이 고착되는 것이 방지되는 효과가 발생된다.

또한, 터빈하우징에서 발생된 섭씨 약 800도 이상의 고온이 베어링하우징을 통하여 컴프레서하우징으로 전달되는 것을 차단하여 컴프레서하우징이 과열되지 않도록 하는 효과가 발생된다.

도 1은 터보차저를 포함한 엔진 배기 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 터보차저의 인서트부 냉각장치의 제 1 형태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 터보차저의 인서트부 냉각장치의 제 2 형태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 터보차저의 인서트부 냉각장치의 제 3 형태를 나타내는 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 의한 터보차저의 인서트부 냉각장치의 제 1 형태를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 터보차저의 인서트부 냉각장치의 제 2 형태를 나타내는 단면도이며, 도 4는 본 발명에 의한 터보차저의 인서트부 냉각장치의 제 3 형태를 나타내는 단면도이다.

본 발명인 터보차저에 형성된 인서트부 냉각장치에 관한 것으로 우선 터보차저에 대해 설명하고 다음으로 인서트부 냉각장치에 대해 설명하기로 한다.

그리고 본 발명의 엔진과 터보차저와의 연결관계는 도 1과 같으므로, 본 발명에 대한 도면들에서는 엔진 도시를 생략한다.

도 2와 같이 터보차저(200)는 엔진에서 전달되는 고온의 배기가스를 받는 터빈(300)과 엔진으로 전달되는 공기를 압축하는 컴프레서(400) 및 상기 터빈(300)과 컴프레서(400) 사이를 연결하는 베어링부(500)를 포함하여 구성된다.

상기 터빈(300)에는 엔진에서 전달되는 배출가스가 유입되는 터빈하우징(310)과, 상기 터빈하우징(310)에 임펠러 형태로 형성되어 터빈하우징(310)으로 전달된 고온고압의 배기가스에 의해 고속회전되는 터빈임펠러(320)가 형성된다.

그리고 상기 컴프레서(400)에는 외부에서 엔진으로 전달되는 공기를 압축하는 컴프레서임펠러(410)와, 상기 컴프레서임펠러(410)의 주위를 감싸는 컴프레서하우징(420)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 베어링부(500)는 상기 터빈임펠러(320)와 컴프레서임펠러(410) 사이를 연결하는 연결회전축(510)이 형성되며, 상기 연결회전축(510)의 둘레에 형성된 베어링하우징(520) 및 상기 연결회전축(510)의 둘레를 감싸는 베어링(530, 532)를 포함하여 구성된다.

상기 베어링하우징(520)의 내측에는 베어링(530, 532)에 연결되는 오일유로(540)가 형성되어 베어링(530, 532)에 엔진오일 등의 오일이 공급된다.

상기 베어링하우징(520)의 부분 중 컴프레서임펠러(410)와 인접한 일측 부분에는 연결회전축(510)을 중심으로 일정 반경의 인서트공간(552)이 형성되고, 상기 인서트공간(552)에는 인서트(554)가 형성된다.

상기 인서트(554)가 형성되어 있는 인서트공간(552)을 포함한 베어링하우징(520)의 일측 부분을 인서트부(550)라고 하고, 본 발명은 상기 인서트부(550)를 냉각시키는 냉각장치에 관한 것이다.

상기 인서트부(550)는 터빈(300) 측에서 컴프레서(400) 측으로 전달되는 열을 차단하고 컴프레서(400) 측에서 베어링하우징(520)으로 전달되는 오일을 차단하는 실링 역할을 한다.

본 발명은 인서트부(550)에 엔진 냉각수가 전달되는 냉각 유로를 형성하는 것을 특징으로 한다.

인서트부(550)에 엔진 냉각수가 전달되는 유로를 형성하는 방식은 아래와 같이 3가지 형태로 형성된다.

첫 번째 형태는 도 2와 같이 상기 베어링하우징(520)의 일측 부분 중 인서트(554)의 외측에 내부냉각유로(556)를 형성하고, 상기 내부냉각유로(556)의 인입구(561)와 인출구(563)를 엔진 냉각수 이동경로에 연결시키는 것이다.

도 2의 (b)는 도 2의 (a) 부분 중 A-A'부분의 단면을 나타낸다.

두 번째 형태는 도 3과 같이 상기 베어링하우징(520)의 일측 부분 외부 둘레에 외부냉각유로(558)를 형성하고, 상기 외부냉각유로(558)의 인입구(565)와 인출구(567)를 엔진 냉각수 이동경로에 연결시키는 형태이다.

도 3의 (b)는 도 3의 (a) 부분 중 B-B'부분의 단면을 나타낸다.

세 번째 형태는 도 4와 같이 상기 내부냉각유로(556)와 외부냉각유로(558)을 인서트부(550)에 모두 적용하는 것이다.

도 4의 (b)는 도 4의 (a) 부분 중 C-C'부분의 단면을 나타낸다.

상기 엔진 냉각수 이동경로는 차량의 공조장치에 적용되는 냉매 이동경로로 변경될 수 있다.

상기 엔진 냉각수 이동경로 또는 차량의 공조장치에 적용되는 냉매 이동경로는 일반적으로 잘 알려진 구성으로 자세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 형성된 본 발명인 터보차저의 인서트부(550) 냉각장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

종래에는 엔진의 배기가스 재순환 시스템에 의해 이지알(EGR: Exhaust gas recirculation)가스를 사용할 경우에 컴프레서(400) 출구 온도가 섭씨 약 170도 이상 상승할 때에 이지알 배기 가스에 포함되어 있는 엔진 오일이 컴프레서(400) 내부에 고착되어 슬러지를 형성하면서 압축공기의 유동을 현저하게 방해하여 터보차저의 성능 및 효율이 감소되는 문제가 발생되나, 본 발명인 터보차저의 인서트부(550) 냉각장치가 형성되면 컴프레서(400) 출구 온도가 섭씨 약 170도 이하로 유지되기 때문에 컴프레서(400) 내부에 엔진 오일이 고착되는 것이 방지되어 터보차저의 성능 및 효율이 꾸준히 유지되는 효과가 발생된다.

또한, 본 발명인 터보차저의 인서트부(550) 냉각장치는 터빈하우징(310)에서 발생된 섭씨 약 800도 이상의 고온이 베어링하우징(520)을 통하여 컴프레서하우징(420)으로 전달되는 것을 차단하여 컴프레서하우징(420)이 과열되지 않도록 하는 효과가 발생된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

200: 터보차저 300: 터빈
310: 터빈하우징 320: 터빈임펠러
400: 컴프레서 410: 컴프레서임펠러
420: 컴프레서하우징 500: 베어링부
510: 연결회전축 520: 베어링하우징
550: 인서트부 554: 인서트
556: 내부냉각유로 558: 외부냉각유로

Claims (4)

1. 터보차저(200)의 터빈(300)과 컴프레서(400) 사이를 연결하는 베어링하우징(520)과,
   상기 터빈(300)의 터빈임펠러(320)와 컴프레서(400)의 컴프레서임펠러(410) 사이를 연결하는 연결회전축(510)과,
   상기 베어링하우징(520)의 부분 중 컴프레서임펠러(410)와 인접한 일측 부분에 상기 연결회전축(510)을 중심으로 형성되는 인서트(554) 및
   상기 베어링하우징(520)의 부분 중 상기 일측 부분에 인서트(554)를 중심으로 형성되는 냉각 유로
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 인서트부 냉각장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 베어링하우징(520)의 일측 부분 중 인서트(554)의 외측에 내부냉각유로(556)를 형성하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 인서트부 냉각장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 베어링하우징(520)의 일측 부분 외부 둘레에 외부냉각유로(558)를 형성하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 인서트부 냉각장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 외부냉각유로(558)의 인입구(565)와 인출구(567)를 엔진 냉각수 이동경로 또는 차량의 공조장치에 적용되는 냉매 이동경로에 연결시키는 것을 특징으로 하는 터보차저의 인서트부 냉각장치.
   
   

Images