KR20170067960A - 차량의 터보차져 구조 - Google Patents

차량의 터보차져 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 터보차져 구조에 관한 것으로, 배기에 의해 회전되도록 마련된 터빈; 엔진블록의 배기포트와 연통되고, 내부에는 배기가 유동되며, 상기 터빈의 원주방향을 따라 연장되어 상기 터빈 주위을 감싸는 형상으로 마련되고, 그 끝단에는 개방구가 형성되어 상기 터빈으로 배기를 토출하도록 마련된 제1스크롤 및 제2스크롤;을 포함하고, 상기 제1스크롤 및 상기 제2스크롤의 상기 개방구가 형성된 끝단은 상기 터빈의 원주상에서 서로 다른 위치에 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 터보차져 구조가 소개된다.

Description

차량의 터보차져 구조{STRUCTURE OF TURBOCHARGER FOR VEHICLE}
본 발명은 연소효율 향상을 위한 차량의 터보차져에 관한 것으로, 배기간섭을 개선하여 터보차져 및 엔진의 성능을 향상시킬 수 있는 차량의 터보차져 구조에 관한 것이다.
차량에는 엔진의 출력을 향상시키기 위한 장치로서 터보차져(TURBOCHARGER)가 사용되고 있다. 터보차져는 엔진의 배기계로 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 흡기를 가압하므로서 엔진의 연소실로 유입되는 흡기의 충진효율이 높아지도록 하는 것으로, 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 점차 적용하고 있는 추세에 있다.
한편, 터보차져의 저중속 성능과 고속 성능을 개선하기 위해서 트윈스크롤(TWIN SCROLL) 타입의 터보차저가 사용될 수 있다. 트윈스크롤 타입은 배기매니폴드에서부터 터보차저에 연결되는 유로를 2개로 구성하여 터보차져 및 엔진 성능을 개선하는 방법이다.
다만, 연소실의 폭발순서를 고려하여 배기유로를 2개로 구성하더라도 각각의 배기포트에서 스크롤 끝단까지의 배기 유동거리가 달라 배기간섭이 증가되고, 연소실간의 배기영향에 대한 편차가 발생하여 연소 안정성에 문제가 될 수 있다.
한편, 연소실간의 배기영향에 대한 편차가 심해지면 엔진에서는 연소 안정성을 위해 연소실간 배기 편차가 최대인 경우를 고려하여 엔진을 제어하게 되는데, 이 경우 엔진의 효율이 나빠져서 엔진의 성능 및 연비에 악영향을 미칠 수 있다.
상기의 배경기술로서 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 10-2012-0001931 A1
본 발명은 특히 트윈스크롤 타입의 터보차져에 있어서, 각 스크롤에 의한 배기 유동거리를 동일하게 함으로써 배기간섭을 개선하고, 연소실간의 배기영향 편차를 최소화하여 연소 안정성을 확보함으로써 엔진성능 및 연비를 개선하는데에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 터초차져 구조는 배기에 의해 회전되도록 마련된 터빈; 엔진블록의 배기포트와 연통되고, 내부에는 배기가 유동되며, 터빈의 원주방향을 따라 연장되어 터빈 주위을 감싸는 형상으로 마련되고, 그 끝단에는 개방구가 형성되어 터빈으로 배기를 토출하도록 마련된 제1스크롤; 및 엔진블록의 배기포트와 연통되고, 내부에는 배기가 유동되며, 터빈의 원주방향을 따라 연장되어 제1스크롤과 함께 터빈 주위을 감싸는 형상으로 마련되고, 그 끝단에는 개방구가 형성되어 터빈으로 배기를 토출하도록 마련된 제2스크롤;를 포함하고, 제1스크롤 및 제2스크롤의 개방구가 형성된 끝단은 터빈의 원주상에서 서로 다른 위치에 마련된다.
제1스크롤 및 제2스크롤은 서로 상이한 배기포트와 연통되며, 서로 번갈아가며 배기포트로부터의 배기유입이 일어날 수 있다.
제1스크롤과 연통된 배기포트로부터 제1스크롤의 끝단에 형성된 개방구까지의 배기 유동거리는 제2스크롤과 연통된 배기포트로부터 제2스크롤의 끝단에 형성된 개방구까지의 배기 유동거리와 동일하도록 마련될 수 있다.
제1스크롤 및 제2스크롤의 터빈 주위를 감싸는 형상으로 마련된 부분은 개방구를 향할수록 배기의 유동단면적이 감소되도록 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 차량의 터보차져 구조에 따르면, 트윈스크롤 타입의 터보차져에 있어서, 각 스크롤에 의한 배기 유동거리를 동일하게 함으로써 배기간섭을 개선하고, 연소실간의 배기영향 편차를 최소화하여 연소 안정성을 확보함으로써 엔진성능 및 연비를 개선할 수 있다.
특히, 제1스크롤 및 제2스크롤의 개방구가 형성된 끝단은 터빈의 원주상에서 서로 다른 위치에 마련됨으로써, 실질적으로 다르게 형성되는 스크롤간의 배기 유동거리를 동일하게 형성할 수 있는 바, 기통간의 배기간섭에 대한 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 제1스크롤 및 제2스크롤은 연소실의 폭발순서에 따라 서로 연속적이지 않은 기통간의 배기포트와 연결됨으로써, 어느 하나의 스크롤에 연결된 연소실간의 배기간섭을 최소화할 수 있다.
한편, 제1스크롤 및 제2스크롤의 끝단은 개방구를 향할수록 유동단면적이 감소되도록 마련됨으로써 터빈을 회전시키기 위한 배기의 유동속도를 향상시켜 터보차져의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 터보차져 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 터보차져 구조에서 스크롤이 형성된 모습을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 터보차져 구조에서 스크롤의 끝단 위치를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.
본 발명에 따른 차량의 터보차져 구조(100)는 도 1 내지 3와 같이, 배기에 의해 회전되도록 마련된 터빈(20); 엔진블록(30)의 배기포트(40)와 연통되고, 내부에는 배기가 유동되며, 터빈(20)의 원주방향을 따라 연장되어 터빈(20) 주위을 감싸는 형상으로 마련되고, 그 끝단에는 개방구(225)가 형성되어 터빈(20)으로 배기를 토출하도록 마련된 제1스크롤(220); 및 엔진블록(30)의 배기포트(40)와 연통되고, 내부에는 배기가 유동되며, 터빈(20)의 원주방향을 따라 연장되어 제1스크롤(220)과 함께 터빈(20) 주위을 감싸는 형상으로 마련되고, 그 끝단에는 개방구(245)가 형성되어 터빈(20)으로 배기를 토출하도록 마련된 제2스크롤(240);를 포함하고, 제1스크롤(220) 및 제2스크롤(240)의 개방구(225,245)가 형성된 끝단은 터빈(20)의 원주상에서 서로 다른 위치에 마련된다.
이를 구체적으로 살펴보면, 터빈(20)은 배기에 의해 회전되도록 마련된다.
본 발명에서 터빈(20)은 터보차져(10)의 일측에 구비되며, 타측에 구비된 컴프레셔와 연결되어 함께 회전되도록 마련된 것을 말한다. 터빈(20)을 구동시키기 위한 배기는 스크롤에 의해 터빈(20)측으로 유입되며, 터빈(20)은 배기 유동의 영향으로 회전되고, 터빈(20)과 연결된 컴프레셔는 함께 회전되어 흡기를 압축하게 된다.
도 1에는 터보차져(10)와 배기의 유동경로가 되는 스크롤이 각각 도시되어 있고, 터보차져(10)의 내부에 터빈(20)이 마련된 모습이 도시되어 있다.
한편, 제1스크롤(220) 및 제2스크롤(240)은 엔진블록(30)의 배기포트(40)와 연통되고, 내부에는 배기가 유동되며, 터빈(20)의 원주방향을 따라 연장되어 터빈(20) 주위을 감싸는 형상으로 마련되고, 그 끝단에는 개방구(225,245)가 형성되어 터빈(20)으로 배기를 토출하도록 마련된다.
구체적으로, 제1,2스크롤은 엔진블록(30)에 형성된 각 연소실마다 마련되는 배기포트(40)와 연통되며, 개방구(225,245)가 형성된 끝단은 터빈(20)측에 위치되도록 마련된다. 바람직하게는, 각 스크롤은 복수의 배기포트(40)와 연통되는데, 도 1 내지 2에는 복수의 배기포트(40)와 연통되도록 마련된 제1,2스크롤의 모습이 도시되어 있다.
연소실로부터 배출된 배기는 배기포트(40)를 통해 제1스크롤(220) 또는 제2스크롤(240)로 유입된다. 제1,2스크롤은 배기가 터빈(20)을 향해 유동되는 경로가 되며, 제1,2스크롤은 터빈(20)이 위치된 끝단부가 터빈(20)의 주위를 감싸는 형상으로 마련된다.
또한, 바람직하게는 제1,2스크롤의 터빈(20) 주위를 감싸도록 마련된 끝단부는 서로 상호 밀착되도록 마련되며, 터빈(20)의 반경방향을 기준으로 터빈(20)의 중심축과 동일한 거리에 해당되도록 나란하게 마련된다. 도 1에는 터빈(20)측의 제1,2스크롤이 서로 나란하게 마련된 형상이 개략적으로 도시되어 있다.
제1,2스크롤의 끝단부에 형성된 개방구(225,245)를 통해 토출되는 배기는 터빈(20) 주위를 감싸는 형상의 제1,2스크롤에 의해, 터빈(20) 원주방향의 유동을 가지며 터빈(20)측으로 토출된다. 이에 따라, 터빈(20)측으로 제공된 배기의 유동은 터빈(20)을 회전시키기 위한 최적의 유동방향을 가지면서 터빈(20)측으로 토출되는 것이다.
한편, 제1스크롤(220) 및 제2스크롤(240)의 개방구(225,245)가 형성된 끝단은 터빈(20)의 원주상에서 서로 다른 위치에 마련된다. 도 3은 제1,2스크롤이 형성된 터빈(20)측 단면도로서, 제1스크롤(220)과 제2스크롤(240)의 개방구(225,245)가 서로 상이한 지점에 위치된 것이 도시되어 있다.
제1,2스크롤은 상기한 바와 같이 연소실로부터 배출되어 배기포트(40)를 통해 유입되는 배기가 터빈(20)측으로 향해 유동하는 유동경로가 된다. 이 때, 제1,2스크롤이 연통된 배기포트(40)가 각각 상이하여 터빈(20)까지의 거리상에 차이가 있는 점과 제1,2스크롤이 구분되도록 마련됨에 따라 동일한 경로상에 마련될 수 없는 레이아웃적인 측면을 고려하면, 제1,2스크롤이 상호 밀착되도록 마련되어 터빈(20)측으로 연장되고 그 개방구(225,245)가 터빈(20)의 원주방향을 기준으로 동일한 위치에 마련되더라도, 제1,2스크롤의 내부를 유동하는 배기의 유동거리에는 차이가 발생하게 된다.
각 스크롤간 배기의 유동거리에 차이가 있는 경우, 어느 하나의 스크롤을 통해 유동되는 배기가 다른 스크롤을 통해 유동되는 배기의 유동을 방해하는 이른바 배기간섭이 발생할 수 있다.
배기간섭이 일어나면 연소실에서 폭발 이후 배기가스를 연소실 외부로 배출시키는데 필요한 배기행정상의 부하가 커질 수 있으며, 각 연소실의 배기행정상의 부하가 다르게 되면 기통간의 배기성능에 편차가 발생되어 엔진성능 및 연비에 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 제1,2스크롤의 끝단 위치는 배기포트(40)로부터 제1,2스크롤의 개방구(225,245)까지의 배기 유동거리를 고려하여 서로 다른 위치에 마련된다. 즉, 제1,2스크롤의 배기 유동거리가 동일하게 형성되는 지점에 제1,2,스크롤의 개방구(225,245)가 각각 위치되도록 함으로써, 배기거리 편차에 따른 배기간섭 및 기통간 배기성능 편차를 최소화시켜 엔진의 성능과 연비를 개선하는 것이다.
한편, 도 1 내지 2와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 터보차져 구조(100)에 있어서, 제1스크롤(220) 및 제2스크롤(240)은 서로 상이한 배기포트(40)와 연통되며, 서로 번갈아가며 배기포트(40)로부터의 배기유입이 일어난다.
구체적으로, 제1,2스크롤은 엔진블록(30)에 형성된 복수의 배기포트(40) 중 서로 상이한 배기포트(40)와 연통되도록 마련된다. 엔진블록(30)에 형성된 복수의 연소실은 폭발순서에 따라 각각 폭발행정이 일어나는데, 바람직하게는 어느 하나의 스크롤과 연통되는 복수의 배기포트(40)는 서로 연속되지 않는 폭발순서를 가지는 연소실에 연결된 배기포트(40)에 해당된다.
즉, 연소실로부터 배출되는 배기는 어느 하나의 스크롤에 연속되어 유동되지 않고, 폭발순서에 따라 각 연소실로부터 배출되는 배기는 제1스크롤(220)과 제2스크롤(240)을 번갈아가며 유동된다.
이에 따라, 복수의 배기유로 상호간에 유동되는 배기간의 균형이 유지될 수 있고 배기간섭이 최소화되어 엔진의 성능과 연비를 개선하는데 유리한 것이다. 도 1 내지 2는 각 스크롤이 서로 다른 배기포트(40)와 연통된 구조를 나타낸 것이다.
한편, 도 3과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 터보차져 구조(100)에 있어서, 제1스크롤(220) 및 제2스크롤(240)의 터빈(20) 주위를 감싸는 형상으로 마련된 부분은 개방구(225,245)를 향할수록 배기의 유동단면적이 감소되도록 마련된다.
구체적으로, 터빈(20)은 배기의 유동에 의해 회전되므로, 배기의 유동속도가 빠를수록 터빈(20)이 가질수 있는 최대 회전속도가 증가될 수 있다. 따라서, 제1,2스크롤은 끝단을 향할수록 유동단면적이 작아지도록 마련되어 개방구(225,245)로부터 토출되는 배기의 속도가 증가되도록 하는 것이다.
도 3에는 제1스크롤(220)과 제2스크롤(240)이 개략적으로 도시되어 있으며, 각 스크롤은 개방구(225,245)가 형성된 끝단부가 개방구(225,245)를 향할수록 유동단면적이 감소되도록 마련된 형상이 도시되어 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.
20 : 터빈 40 : 배기포트
220 : 제1스크롤 240 : 제2스크롤

Claims (4)

  1. 배기에 의해 회전되도록 마련된 터빈;
    엔진블록의 배기포트와 연통되고, 내부에는 배기가 유동되며, 상기 터빈의 원주방향을 따라 연장되어 상기 터빈 주위을 감싸는 형상으로 마련되고, 그 끝단에는 개방구가 형성되어 상기 터빈으로 배기를 토출하도록 마련된 제1스크롤; 및
    상기 엔진블록의 배기포트와 연통되고, 내부에는 배기가 유동되며, 상기 터빈의 원주방향을 따라 연장되어 상기 제1스크롤과 함께 상기 터빈 주위을 감싸는 형상으로 마련되고, 그 끝단에는 개방구가 형성되어 상기 터빈으로 배기를 토출하도록 마련된 제2스크롤;을 포함하고,
    상기 제1스크롤 및 상기 제2스크롤의 상기 개방구가 형성된 끝단은 상기 터빈의 원주상에서 서로 다른 위치에 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 터보차져 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1스크롤 및 상기 제2스크롤은 서로 상이한 상기 배기포트와 연통되며, 서로 번갈아가며 상기 배기포트로부터의 배기유입이 일어나는 것을 특징으로 하는 차량의 터보차져 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1스크롤과 연통된 상기 배기포트로부터 상기 제1스크롤의 끝단에 형성된 상기 개방구까지의 배기 유동거리는 상기 제2스크롤과 연통된 상기 배기포트로부터 상기 제2스크롤의 끝단에 형성된 상기 개방구까지의 배기 유동거리와 동일하도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 터보차져 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1스크롤 및 상기 제2스크롤의 상기 터빈 주위를 감싸는 형상으로 마련된 부분은 상기 개방구를 향할수록 배기의 유동단면적이 감소되도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 터보차져.
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