KR100444854B1 - 터보차저의 터빈 블레이드 냉각 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 터빈블레이드 전체에 대한 냉각 효율이 우수하며, 블레이드의 주조 및 다이캐스팅에 의한 제작성이 우수한 터보차저의 터빈 블레이드의 냉각 구조를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 배기가스가 배출되는 배기관로의 도중에 설치되어 배기가스압에 의해 회전하는 블레이드와 회전축을 가지는 터빈과 블로어를 포함하는 터보차저에 있어서,

상기 회전축을 따라 형성되며, 일측의 공기 블로어에 접한 공기흡입구에 연통되어 차가운 공기를 도입하는 냉각 공기공급통로와;

상기 냉각공기공급통로와 연통하도록 상기 블레이드의 내부에 형성된 빈 공간과;

상기 블레이드의 벽면을 관통하여 형성된 복수개의 냉각공기 분출공; 으로 구성되어 있다.

Description

터보차저의 터빈 블레이드 냉각 구조{Turbine cooling structure of turbo charger}

본 발명은 터보차저의 터빈 블레이드 냉각 구조 개선에 관한 것이다.

대기압보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 송입하여 과급하면, 배기량이 같은 엔진에서도 다량의 공기를 충전할 수 있으며, 이것에 따라 연료 분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는바, 이를 위해 배기가스가 배출될 때의 유속과 압력에 의해 터빈을 회전시키고 이 터빈과 회전축으로 연결된 블로어에 의해 공기를 흡입한 후 가압하여 실린더에 급송하는 터보차저(tuborcharger)가 엔진에 장착되어 출력을 높이기 위한 수단으로 사용되고 있다.

이 터보차저는 통상 디젤 엔진에 주로 적용되고 있으나, 최근에는 차량의 고성능화에 기인하여 엔진 출력 향상의 일환으로 가솔린엔진에도 장착하는 사례가 증가하고 있다.

그러나 터보차저 엔진의 경우 출력 증대를 위해 많은 연료가 소요되게 되는데, 값이 싼 경유를 사용하는 디젤엔진의 경우 큰 부담이 없으나 값이 비싼 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 엔진의 경우 원유가 상승에 따라 연비향상에 대한 관심이 증대되고 있다.

한편, 터보차저 장착에 따른 엔진 성능이 향상됨과 아울러 배기가스 온도도 높아지게 되므로써 고온의 배기가스에 노출되는 터빈의 블레이드가 열변형을 일으키게 되는 일이 있어 터보차저의 내구성을 저하시키게 되는 원인이 되고 있다.

종래 터빈의 블레이드를 냉각하는 방법으로는 앞부분의 내부는 충돌(impingement)방식에 의해 냉각하고, 나머지 대부분은 대류(Convection)냉각 방법을 이용하여 터빈을 냉각하였다.

상기한 충돌 냉각 방식은 냉각 공기의 흐름을 터빈 블레이드안에 충돌시키면서 블레이드로부터 열을 흡수하는 것으로 일반적인 냉각방법보다는 더 효율적 방법임에는 틀림없으나, 블레이드 전반부의 제한된 공간부분에 적용해야 하므로써 전체적인 블레이드 냉각 보다는 국부적인 부분에의 냉각에 적합한 방식이었다.

이에따라 전체적인 블레이드의 냉각이 이루어지지 않는 단점이 있어 왔으며, 냉각효율 또한 그다지 좋지 못하다는 단점과 더불어 블레이드의 형상 주조 및 다이캐스팅하여 제작하는데 많은 어려움이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은 터빈블레이드 전체에 대한 냉각 효율이 우수하며, 블레이드의 주조 및 다이캐스팅에 의한 제작성이 우수한 터보차저의 터빈 블레이드의 냉각 구조를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 배기가스가 배출되는 배기관로의 도중에 설치되어 배기가스압에 의해 회전하는 블레이드와 회전축을 가지는 터빈과 블로어를 포함하는 터보차저에 있어서,

상기 회전축을 따라 형성되며, 일측의 공기 블로어에 접한 공기흡입구에 연통되어 차가운 공기를 도입하는 냉각 공기공급통로와;

상기 냉각공기공급통로와 연통하도록 상기 블레이드의 내부에 형성된 빈 공간과;

상기 블레이드의 벽면을 관통하여 형성된 복수개의 냉각공기 분출공; 으로 구성되어 있다.

도 1은 본 발명에 의한 터보차저 터빈 블레이드의 냉각 구조를 계략적으로 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 의한 터빈 블레이드의 단면 형상을 나타내는 도면

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 터보차저 2 : 회전축

3 : 터빈 3a : 터빈블레이드

4 : 블로어 5 : 하우징

5a : 터빈 하우징 6 : 베어링

7 : 냉각공기 공급통로 8 : 공기흡입구

10 : 빈공간 11 : 냉각공기 분출공(소공)

12 : 과급공기출구

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 터보차저 엔진의 터빈 블레이드의 냉각 구조를 나타내는 개략적 도면이며, 도 2는 본 발명 블레이드의 단면 형상을 나타내는 도면이다.

터보차저(1)는 회전축(2)의 양단에 각각 터빈(3)과 블로어(4)가 장착되어 있으며, 회전축(2)은 하우징(5)에 대해 베어링(6)으로 회전가능하게 지지되고 있다.

그리고 회전축(3)의 내부에는 냉각공기공급통로(7)가 축방향을 따라 형성되어 있으며, 그 냉각공기 공급통로(7)의 일단은 블로어(4)를 통해 공기흡입구(8)에 연통하고, 타단은 터빈블레이드(3a)의 내부에 형성한 빈공간(10)에 연통하도록 형성되어 있다.

그리고 터빈블레이드(3a)내의 빈공간(10)은 터빈블레이드(3a)의 벽면을 관통하여 형성한 작은 구멍들인 복수개의 냉각공기 분출공(11)을 통하여 배기가스가 통과하는 터빈하우징(5a)내에 연통되고 있다.

이와같은 구성의 본 발명에 의하면 터보차저(1)가 구동되면, 회전축(2)에 형성한 냉각공기공급통로(7)를 통해 차가운 외부 공기가 도입(냉각공기공급통로는 별도의 공기압축기에 접속할 수도 있다)되며, 이와같이 도입된 공기는 터빈블레이드(3a)내의 빈 공간(10)으로 유입된 후 냉각공기 분출공(11)들을 통해 터빈하우징(5a)내로 분출되면서 터빈블레이드(3a)의 표면에 차가운 공기막을 형성하여 고온의 배기가스에 의해 터빈블레이드(3a)가 열화되는 것을 방지하고 효율적으로 냉각하게 되는 것이다.

여기서 상기한 냉각공기공급통로(7)는 블로어(4)측의 공기유입구(8)에 연통하는 것으로 설명하였으나, 블로어(4)에 의해 가압된 공기가 급송되는 출구(12)측에 접속하여 고압의 신기가 유입되도록 하여도 좋고, 아니면 별도 공기압축기에 연결하여 차가운 압축공기를 공급받도록 하여도 무방하다.

이상과 같은 본 발명은 터보차저의 터빈블레이드 내부를 빈 공간으로 형성하고, 블레이드 벽면을 관통하도록 많은 소공들을 형성한 후 회전축을 통하여 터빈블레이드 내의 빈공간으로 차가운 공기를 도입하여 그 소공(냉각공기 분출공)들을 통하여 차가운 공기가 흘러나가도록 하여 공기막을 터빈 블레이드 외벽면에 형성하는 것에 의해서 터빈 블레이드를 효율 좋게 냉각하는 것이 가능해져 터보차저의 내구성을 향상하게 되는 효과가 있으며, 터빈 블레이드의 단면 구조가 비교적 단순하여 주조 및 다이캐스팅 제작이 쉬우며, 터빈블레이드 제작에 내열성이 극히 우수한 고가 재질을 사용치 않아도 되므로 원가가 절감되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 배기가스가 배출되는 배기관로의 도중에 설치되어 배기가스압에 의해 회전하는 블레이드와 회전축을 가지는 터빈과 블로어를 포함하는 터보차저에 있어서,

   상기 회전축을 따라 형성되며, 일측의 공기 블로어에 접한 공기흡입구에 연통되어 차가운 공기를 도입하는 냉각 공기공급통로와;

   상기 냉각공기공급통로와 연통하도록 상기 블레이드의 내부에 형성된 빈 공간과;

   상기 블레이드의 벽면을 관통하여 형성된 복수개의 냉각공기 분출공; 으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 터보차저의 터빈 블레이드의 냉각 구조.