KR101209727B1 - 안티서지밸브를 갖는 터보장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브를 갖는 터보장치는, 흡기를 압축하도록 흡입라인에 설치되는 컴프레서, 상기 컴프레서 상류와 하류 사이에 배치되고, 상기 하류에서 상류로 흡기를 재순환시키는 안티서지밸브를 포함하고, 상기 안티서지밸브에는 상기 흡입라인으로 유입되는 통로가 형성되고, 상기 통로를 통해서 상기 흡입라인으로 유입되는 흡기는 상기 컴프레서의 블레이드 회전중심의 가장자리부로 유입되도록 한다.
따라서, 안티서지밸브를 통해서 컴프레서의 블레이드로 공급되는 에어의 흐름방향을 조절하여, 고속으로 회전하는 블레이드와 공기 사이에 발생되는 소음을 줄일 수 있다. 아울러, 안티서지밸브의 개폐유닛이 밸브플레이트의 일면에서 리프트되는 리프트량을 안티서지밸브에 형성된 통로입구의 직경보다 크게 형성함으로써, 에어가 흐를 때 발생되는 소음을 줄일 수 있다.

Description

안티서지밸브를 갖는 터보장치{TURBO CHRAGER HAVING ANTI-SURGE VALVE}

본 발명은 안티서지밸브를 갖는 터보장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스로틀밸브가 닫히면서 역류되는 에어를 컴프레서의 전단부로 순환시키는 안티서지밸브를 갖는 터보장치에 관한 것이다.

가솔린 엔진에서는 흡입 공기를 전자식 스로틀밸브로 제어하는데, 팁아웃(tip-out)시 상기 스로틀밸브는 닫히게 되어 흡기공기의 역류가 발생한다.

특히 터보차저가 장착된 경우 컴프레서의 블레이드와 역류된 공기가 부딪히면서 소음과 진동이 발생할 뿐만 아니라 이의 내구성이 저하될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 컴프레서 전단과 후단 사이에 바이패스라인이 형성되고, 그 중간에 안티서지밸브가 설치된다.

팁아웃 시 상기 컴프레서의 휠에서 발생되는 소음과 진동을 저감시키기 위해서 상기 안티서지밸브가 열리고, 컴프레서와 스로틀밸브 사이의 에어를 컴프레서의 전단부로 재순환시키게 된다.

한편, 컴프레서의 유입구로 재순환되는 에어가 고속으로 회전하는 컴프레서의 블레이드와 부딪히면서 소음을 발생시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 터보차저의 컴프레서와 스로틀밸브 사이의 에어를 컴프레서 전단으로 순환시킬 때 발생되는 소음을 감소시키는 안티서지밸브를 갖는 터보장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브를 갖는 터보장치는, 흡기를 압축하도록 흡입라인에 설치되는 컴프레서, 상기 컴프레서 상류와 하류 사이에 배치되고, 상기 하류에서 상류로 흡기를 재순환시키는 안티서지밸브를 포함하고, 상기 안티서지밸브에는 상기 흡입라인으로 유입되는 통로가 형성되고, 상기 통로를 통해서 상기 흡입라인으로 유입되는 흡기는 상기 컴프레서의 블레이드 회전중심의 가장자리부로 유입되도록 한다.

상기 안티서지밸브의 상기 통로로부터 배출되어 상기 흡입라인의 상기 컴프레서의 블레이드로 유입되는 흡기의 평균유속라인은 상기 블레이드의 회전방향으로으로 형성된다.

상기 안티서지밸브의 상기 통로부터 배출되어 상기 흡입라인의 상기 컴프레서의 블레이드로 유입되는 흡기의 평균유속라인이 형성되고, 상기 통로의 통로입구의 중심과 상기 블레이드의 회전중심을 연결하는 가상의 연장선과 상기 평균유속라인은 설정된 경사각을 형성한다.

상기 흡기 평균유속라인과 상기 통로입구의 중심과 상기 블레이드의 회전중심을 연결한 연장선이 이루는 경사각은 적어도 15도 이다.

상기 안티서지밸브는 상기 통로의 입구로 재순환되는 흡기를 단속하는 개폐유닛을 포함하고 상기 개폐유닛의 리프트 높이는 상기 통로의 직경보다 같거나 크다.

상기 개폐유닛과 밀착되는 밸브플레이트의 일면은 평평하게 형성되고, 상기 유입구로 유입된 에어는 이동방향을 180도 전환하여 상기 통로입구를 통해서 배출된다.

상기 안티서지밸브의 상기 통로부터 배출되어 상기 흡입라인의 상기 컴프레서의 블레이드로 유입되는 흡기의 평균유속라인이 형성되고, 상기 평균유속라인과 상기 컴프레서의 블레이드 이동괘적이 만나는 교점과 상기 블레이드의 회전중심을 잊는 수직라인이 형성되고, 상기 평균유속라인과 상기 수직라인은 설정된 경사각을 이룬다.

상기 평균유속라인과 상기 수직라인이 형성하는 설정된 경사각은 적어도 15도이다.

앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 안티서지밸브를 갖는 터보장치에서, 안티서지밸브를 통해서 컴프레서의 블레이드로 공급되는 에어의 흐름방향을 조절하여, 고속으로 회전하는 블레이드와 공기 사이에 발생되는 소음을 줄일 수 있다.

아울러, 안티서지밸브의 개폐유닛이 밸브플레이트의 일면에서 리프트되는 리프트량을 안티서지밸브에 형성된 통로입구의 직경보다 크게 형성함으로써, 에어가 흐를 때 발생되는 소음을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브를 갖는 터보장치에서 안티서지밸브가 작동되지 않는 상태를 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브를 갖는 터보장치에서 안티서지밸브가 작동되는 상태를 보여주는 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브의 내부구조를 보여주는 일부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브를 흐르는 에어의 흐름을 보여주는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컴프레서의 블레이드에서 소음이 발생되는 원리를 보여주는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 효과를 보여주는 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브를 갖는 터보장치에서 안티서지밸브가 작동되지 않는 상태를 보여주는 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 안티서지밸브를 갖는 터보장치는 흡입라인(120), 스로틀밸브(150), 흡기매니폴드(160), 배기라인(140), 터보차져(130), 및 안티서지밸브(100)를 포함한다.

상기 터보차져(130)는 상기 배기라인(140)에 설치된 터빈(130b)과 상기 흡입라인(120)에 설치된 컴프레서(130a)를 포함하고, 상기 컴프레서(130a)의 후단부 상기 흡입라인(120)에서 분기되어 상기 컴프레서(130a)의 전단부 상기 흡입라인(120)으로 합류되는 바이패스라인(110)이 형성된다.

상기 안티서지밸브(100)는 상기 바이패스라인(110)의 중간에 설치되어 상기 안티서지밸브(100)와 상기 흡입라인(120) 사이에 제1바이패스라인(110a)이 형성되고, 상기 안티서지밸브(100)와 상기 흡입라인(120) 사이에 제2바이패스라인(110b)이 형성된다.

운전자가 가속페달을 밟으면, 상기 흡입라인(120)을 통해서 에어가 흡입되고, 상기 컴프레서(130a), 상기 스로틀밸브(150), 및 상기 흡기매니폴드(160)를 통해서 엔진으로 공기가 공급되고, 연료와 함께 연소된 배기가스는 상기 배기라인(140)의 상기 터빈(130b)을 통해서 외부로 배출된다.

상기 터빈(130b)은 배기가스에 의해서 회전하여, 상기 컴프레서(130a)를 회전시켜, 상기 흡입라인(120)으로 고압의 공기를 효율적으로 공급하게 된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브를 갖는 터보장치에서 안티서지밸브가 작동되는 상태를 보여주는 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 운전자가 가속페달에서 발을 띠게 되면, 순간적으로 상기 스로틀밸브(150)가 닫히고, 상기 컴프레서(130a)와 상기 스로틀밸브(150) 사이의 상기 흡입라인(120)의 압력이 증가하면, 상기 안티서지밸브(100)가 열린다.

한편, 고압의 에어가 상기 제1바이패스라인(110a), 상기 안티서지밸브(100), 및 상기 제2바이패스라인(110b)을 통해서 상기 컴프레서(130a)의 전단부로 공급될 때, 고압의 공기가 상기 컴프레서(130a)의 블레이드에 부딪히면서 고음의 소음이 발생하게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브의 내부구조를 보여주는 일부 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기 안티서지밸브(100)에는 상기 제1바이패스라인(110a)과 연결된 유입구(300)가 형성되고, 상기 유입구(300)를 통해서 유입된 바이패스 공기는 상기 통로(320)를 통해서 상기 흡입라인(120)으로 다시 합류된다.

도 2에 기재된, 상기 제2바이패스라인(110b)은 도 3에 기재된 상기 통로(320)와 대응되는 것으로, 특별한 설명이 없는 한 서로 동일한 구성요소로 판단될 수 있다.

상기 흡입라인(120) 내부에서 상기 컴프레서(130a)의 블레이드가 고속으로 회전가능하도록 배치되고, 상기 블레이드는 그 회전중심(360)을 기준으로 회전하게 된다.

상기 통로(320)의 통로입구(310)로 유입된 에어는 통로출구(330)를 통해서 상기 컴프레서(130a)의 상기 블레이드로 유입되는데, 그 유입되는 에어는 상기 블레이드의 회전중심부(365)를 제외한 가장자리부로 공급된다.

특히, 상기 통로(320)를 통해서 이동하는 에어는 상기 블레이드가 회전하는 방향으로 공급되어, 상기 블레이드와 공기가 부딪히면서 발생하는 소음을 저감시킨다.

도시한 바와 같이, 상기 통로(320)의 입구측 중심(350)과 상기 블레이드의 중심(360)을 잊는 선은 평균유속라인(340)과 설정된 경사각을 형성하고, 상기 설정된 경사각은 15도 이상인 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브를 흐르는 에어의 흐름을 보여주는 설명도이다.

상기 컴프레서(130a)의 상기 블레이드는 그 회전중심(360)을 갖고, 상기 블레이드가 회전하는 자취를 따라서 블레이드회전괘적(400)을 형성한다. 아울러, 상기 통로(320)를 지나서 상기 블레이드로 유입되는 공기는 평균유속라인(340)을 형성한다.

상기 평균유속라인(340)과 상기 블레이드회전괘적(400)이 만나는 교점(405)과 상기 블레이드의 회전중심을 잇는 가장의 수직라인(410)과 상기 평균유속라인(340) 사이에는 설정된 경사각()을 갖는다. 상기 설정된 경사각()은 15보다 큰 것이 바람직하다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 통로(320)를 통해서 상기 컴프레서(130a)의 상기 블레이드로 유입되는 상기 평균유속라인(340)은 상기 블레이드의 상기 회전중심(360)을 제외한 가장자리 부분으로 유입되어, 상기 블레이드와 에어가 부딪히면서 발생하는 소음을 저감시킨다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안티서지밸브의 개략적인 단면도이다.

도 5를 참조하면, 상기 안티서지밸브(100)는 밸브플레이트(500), 개폐유닛(620), 스프링(610), 및 부압라인(600)으로 구성된다.

상기 밸브플레이트(500)에는 상기 제1바이패스라인(110a)과 연결되는 유입구(300)가 형성되고, 상기 유입구(300)와 설정거리 이격되어, 상기 통로(320)와 연결되는 통로입구(310)가 형성된다.

상기 스프링(610)에 의해서 상기 밸브플레이트(500)의 상부면에 상기 개폐유닛(620)이 밀착되면, 상기 유입구(300)와 상기 통로입구(310)가 폐쇄된다.

아울러, 상기 부압라인(600)을 통해서 부압이 형성되면, 상기 개폐유닛(620)이 상기 밸브플레이트(620)의 상부면에서 설정거리 이격되어, 상기 유입구(300)와 상기 통로입구(310)가 연결된다.

즉, 상기 개폐유닛(620)의 하부면이 상기 밸브플레이트(500)의 상부면에 밀착되면, 상기 유입구(300)와 상기 통로입구(310)는 폐쇄되고, 상기 개폐유닛(620)의 하부면이 상기 밸브플레이트(500)의 상부면에서 설정된 높이로 이격되면, 상기 유입구(300)를 통해서 에어가 유입되고, 상기 개폐유닛(620)과 상기 밸브플레이트(500) 사이 공간을 통해서 상기 통로입구(310)로 에어가 공급된다.

본 발명의 실시예에서, 상기 유입구(300)로 유입된 에어가 상기 개폐유닛()과 상기 밸브플레이트(500) 사이의 공간과 상기 통로입구(310)를 통해서 흐를 때, 그 흐름방향이 180도 전환되므로 에어의 흐름저항에 의해서 소음이 발생하기 쉽다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 상기 개폐유닛(620)이 상기 밸브플레이트(500)에서 이격될 때, 그 리프트량이 상기 통로입구(310)의 직경보다 같거나 크게 형성됨으로써, 상기 안티서지밸브(100)에서 발생되는 소음을 최소화한다.

본 발명의 다른 실시예에서는 상기 개폐유닛(620)이 상기 밸브플레이트(500)에서 이격될 때, 그 리프트량이 상기 유입구(300)의 직경보다 같거나 크게 형성됨으로써, 상기 안티서지밸브(100)에서 발생되는 소음을 최소화 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 컴프레서의 블레이드에서 소음이 발생되는 원리를 보여주는 설명도이다.

도 6을 참조하면, 상기 블레이드의 회전괘적(400)이 형성되고, 상기 블레이드로 유입되는 에어의 평균유속라인(340)이 형성되는데, 상기 회전괘적(400)의 접선(600)과 상기 평균유속라인(340) 사이의 인시던트각(Ai: incident angle)이 형성된다.

상기 인시던트각(Ai)이 커지면, 유동박리 현상에 의해서 상기 블레이드에서 발생되는 소음이 커지고, 상기 인시던트각(Ai)이 작아지면, 상기 블레이드에서 발생되는 소음이 줄어든다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 효과를 보여주는 그래프이다.

도 7을 참조하면, 가로축은 주파수이고, 세로축은 주파수의 데시벨(크기)을 나타낸다. 종래기술과 비교하여, 본 발명의 실시예에 따른 소음(주파수)의 크기(데시벨)가 현저하게 줄어드는 것을 보여준다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 안티서지밸브
110: 바이패스라인
120: 흡입라인
130: 터보차져
130a: 컴프레서
130b: 터빈
140: 배기라인
150: 스로틀밸브
160: 흡기매니폴드
300: 유입구
310: 통로입구
320: 통로
330: 통로출구
500: 밸브플레이트
600: 부압라인
610: 스프링
620: 개폐유닛

Claims (8)

1. 흡기를 압축하도록 흡입라인에 설치되는 컴프레서;
   상기 컴프레서 상류와 하류 사이에 배치되고, 상기 하류에서 상류로 흡기를 재순환시키는 안티서지밸브를 포함하고,
   상기 안티서지밸브에는 상기 흡입라인으로 유입되는 통로가 형성되고,
   상기 통로를 통해서 상기 흡입라인으로 유입되는 흡기는 상기 컴프레서의 블레이드 회전중심의 가장자리부로 유입되도록 하되,
   상기 안티서지밸브의 상기 통로로부터 배출되어 상기 흡입라인의 상기 컴프레서의 블레이드로 유입되는 흡기의 평균유속라인은 상기 블레이드의 회전방향으로으로 형성되는 것을 특징으로 하는 안티서지밸브를 갖는 터보장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 안티서지밸브의 상기 통로부터 배출되어 상기 흡입라인의 상기 컴프레서의 블레이드로 유입되는 흡기의 평균유속라인이 형성되고,
   상기 통로의 통로입구의 중심과 상기 블레이드의 회전중심을 연결하는 가상의 연장선과 상기 평균유속라인은 설정된 경사각을 형성하는 것을 특징으로 하는 안티서지밸브를 갖는 터보장치.
4. 제3항에서,
   상기 흡기 평균유속라인과 상기 통로입구의 중심과 상기 블레이드의 회전중심을 연결한 연장선이 이루는 경사각은 적어도 15도 인 것을 특징으로 하는 안티서지밸브를 갖는 터보장치.
5. 제1항에서,
   상기 안티서지밸브는 상기 통로의 입구로 재순환되는 흡기를 단속하는 개폐유닛; 을 포함하고
   상기 개폐유닛의 리프트 높이는 상기 통로의 직경보다 같거나 큰 것을 특징으로 하는 안티서지밸브를 갖는 터보장치.
6. 제5항에서,
   상기 개폐유닛과 밀착되는 밸브플레이트의 일면은 평평하게 형성되고, 일측에 형성된 유입구로 유입된 에어는 이동방향을 180도 전환하여 타측에 형성된 상기 통로의 통로입구를 통해서 공급되는 것을 특징으로 하는 안티서지밸브를 갖는 터보장치.
7. 제1항에서,
   상기 안티서지밸브의 상기 통로부터 배출되어 상기 흡입라인의 상기 컴프레서의 블레이드로 유입되는 흡기의 평균유속라인이 형성되고,
   상기 평균유속라인과 상기 컴프레서의 블레이드 이동괘적이 만나는 교점과 상기 블레이드의 회전중심을 잊는 수직라인이 형성되고,
   상기 평균유속라인과 상기 수직라인은 설정된 경사각을 이루는 안티서지밸브를 갖는 터보장치.
8. 제7항에서,
   상기 평균유속라인과 상기 수직라인이 형성하는 설정된 경사각은 적어도 15도 인 것을 특징으로 하는 안티서지밸브를 갖는 터보장치.

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