KR100453467B1

KR100453467B1 - 내연기관의과급기

Info

Publication number: KR100453467B1
Application number: KR1019960068260A
Authority: KR
Inventors: 가즈오 오지마; 다쯔히꼬 오시노
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다찌 카 엔지니어링; 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2004-12-17
Also published as: KR970045576A; US5961281A; DE19653217C2; US5785493A; JPH09170442A; DE19653217A1; JP3294491B2

Abstract

본 발명은 내연기관의 과급기의 콤프레서 하우징에 관한 것으로, 값싸고 생산성이 우수한 방법에 의해 과급 효율을 향상시킨다. 이를 위한 해결 수단으로서, 콤프레서 하우징 금속 부재(5)의 내주부에 위치하고, 콤프레서 날개차(4)의 만곡 프로필부(4a)에 대면하는 하우징 벽면 부재(5b)를 PPS 수지 성형 등에 의해 별체로 구성하고, 하우징 금속 부재(5)에 설치된 나사 구멍(6)에 나사결합되는 나사 부재(7)에 의해 협착 고정 일체화 한다. 이로써, 값싸고 생산성이 우수한 방법에 의해 과급기의 과급 효율이 향상된다.

Description

내연기관의 과급기 {SUPERCHARGER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 과급기에 관한 것으로, 특히 이의 콤프레서 하우징의 개량에 관한 것이다.

내연기관용 과급기는, 도3에 도시한 것처럼 엔진 배기관으로부터 배기 가스를 받아서, 터빈 하우징 내의 터빈 날개차를 회전 구동시키고 터빈 날개차와 일체화 된 구동축을 거쳐 배치된 콤프레서 날개(이하, "콤프레서 날개차"라 함)의 회전에 의해 콤프레서 하우징 내에서 공기로 압축하여 엔진에 공급하는 것이다. 이러한 과급기에서 콤프레서 하우징, 콤프레서 날개차는 일반적으로 알루미늄 합금 주물에 의해 제작되고 있다.

근래의 과급기 부착 엔진에서는, 엔진 저회전 영역으로부터의 과급 효과가 요구되고, 과급기 측으로서는 콤프레서 날개차의 날개 형상도 사라지면서 콤프레서 날개차의 만곡된 프로필부의 외경과 이에 대향하는 콤프레서 하우징의 내벽면과의 간극을 가급적 작게 하는 것이 콤프레서의 효율 상승에 대하여 유리하다. 그러나, 간극을 작게 하는 것은 초고속 회전하는 콤프레서 날개차의 만곡 프로필부가 작은축진동 등에 의해 콤프레서 하우징 내벽면에 접촉하여 날개 파손, 나아가서는 구동축의 손상에도 이를 위험성을 내포하고 있다.

따라서, 종래의 과급기에서는 콤프레서 하우징 내벽면과 콤프레서 날개차의 만곡 프로필부의 간극이 일반적으로 0.3 mm 내지 0.5 mm 정도로 설정되어 있다.

회전익과 하우징과의 간극을, 하우징에 구성하는 용사 피막에 의해 가급적 작게 하는 것은 가스 터빈 등에서 이미 공지되어 있으나 (일본 특허 공개 (소)50-690호, (소)52-72335호, (소)52-85031호), 근래 자동차용 과급기에 대해서는 상기 간극을 작게 하고 또 콤프레서 날개차 접촉시에도 날개 손상을 일으키지 않는 수단으로서 연질 금속과 수지 또는 그래파이트가 혼재하는 수지 피막을 콤프레서 하우징 내벽면에 용사함으로써 형성하는 방법이 일본 특허 공개 (평)4-40559호에 제안되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 (평)6-307250호에는 내연기관의 과급기의 콤프레서 날개차와 하우징과의 간극을 작게 하고 또 콤프레서 날개차 접촉시에도 날개 손상을 일으키지 않는 수단으로서 콤프레서 하우징 벽면의 적어도 콤프레서 날개의 만곡 프로필부에 대향하는 벽면에 PTEE(4불화 에틸렌) 등의 수지 또는 수지와 그래파이트 또는 글래스울이 혼재하는 복합 부재로 별도 형성한 벽면 부재를 부착한 것이 제안되어 있다.

종래의 기술에서는 콤프레서 날개차의 만곡 프로필부와 콤프레서 하우징 내벽면과의 필요 최소한 극간(T)이 0.3 mm 내지 0.5 mm 정도 존재하고 있기 때문에콤프레서 효율 향상에 대한 제약으로 되어 있다.

한편, 근래에 제안되어 있는 용사 피막 형성 수법은 콤프레서 효율 향상책으로서는 유효하지만 용사 설비면 및 다기종 대응, 제품에의 마스킹 등 생산성에 대한 고려가 필요하고 제품 비용이 높아지게 된다는 문제가 있다.

또한, 용사 피막 형성 수법 대신에 별도 형성된 수지 성형 부재를 벽면에 부착하고, 과급기의 콤프레서 하우징 내벽면과 콤프레서 날개차의 R 프로필부의 간극을 작게 하여, 콤프레서 효율을 향상시키는 것에 대해서는 벽면 부재와 콤프레서 날개차의 접촉시에 콤프레서 날개차의 날개부에 손상을 주지 않고 초고속 회전시키는 것이 중요하다. 즉, 상기 두 부재의 접촉시에는 콤프레서 날개부에 변형, 절손 등의 손상을 주지 않고 원활하게 콤프레서 하우징의 벽면 부재를 깎아 내는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 콤프레서 날개가 고속 회전시의 접촉을 허용하기 위한 벽면 부재의 재질을 피절삭성이 우수한 수지 부재로 구성함으로써 내벽면과 콤프레서 날개차의 만곡 프로필부의 간극을 작게 하고 콤프레서 효율을 향상시킬 수 있음과 동시에 양자의 접촉시에도 콤프레서 날개 손상을 일으키지 않는 과급기를 값싸고 생산성이 우수한 수법에 의해 제공하는 것이다. 또한, 본 발명에서는 벽면 부재가 콤프레서 날개차의 접촉에 의해 깎여서 이것이 실린더에 도달해도 엔진 실린더에 악영향을 미치지 않는 형태의 재질을 고려하고 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예를 도시한 내연기관의 과급기의 단면도.

도2는 도1의 콤프레서부(A)의 일부 확대도.

도3은 도2의 P 부분 확대도.

도4는 도2의 Q 화살표에서 본 축소도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 터빈 하우징

2 : 터빈 날개차

3 : 구동축

4 : 콤프레서 날개차

4a : R 프로필부

4b : 날개 입구

4c : 날개 출구

5 : 콤프레서 하우징

5a, 5c : 하우징 내벽면

5b : 수지제 내벽면 부재

6 : 나사 구멍부

7 : 나사 부재

8 : 차폐판

9 : 공기 통로

10 : 평와셔

콤프레서 하우징 금속 부재의 내주부에 위치하고, 콤프레서 날개차의 만곡프로필부에 대향하는 수지제 벽면 부재를 PPS(폴리페닐렌설파이드) 재제로 한 것이므로 구체적으로는 이 벽면 부재를 상기 콤프레서 하우징에 구성된 나사 구멍에 나사결합되는 체결용 볼트에 의해 협착 고정하는 것이다. 또한, 그 벽면 부재의 내주부와 콤프레서 날개의 외주부 만곡 프로필 형상으로부터 결정되는 미소 간극을 콤프레서 날개 입구측 ＞ 콤프레서 날개 출구측으로 되도록 설정했다.

본 발명은 또한, 벽면 부재의 팽창을 고려하여 콤프레서 하우징과 벽면 부재의 접촉부를 부착면에만 한정하고 그 외의 부분에서는 양자 사이에 간극을 설치했다.

이렇게 구성된 본 발명에서는 콤프레서 날개차의 날개 만곡 프로필부에 대향하여 설치되는 PPS 수지 또는 PPS 수지와 그래파이트 또는 글래스울이 혼재하는 복합 부재제 벽면 부재는, 콤프레서 날개차 금속보다 연질인 재료이므로 콤프레서 날개차의 만곡 프로필부와 콤프레서 하우징에 부착되는 벽면 부재 등이 접촉되었을 때 콤프레서 날개차에는 손상을 주지 않고 벽면 부재측에서 깎인다.

따라서, 콤프레서 날개차의 만곡 프로필부에 대향하여 설치되는 벽면 부재의 간극은 종래 기술 하에서 구해진 0.3 mm 내지 0.5 mm 정도의 극간보다 영(zero)에 가까운 치수로 설정할 수 있다. 특히, 콤프레서 날개가 초고속 회전시, 즉 콤프레서 측에서의 단열 압축에 의한 온도 상승시에, 벽면 부재의 열팽창을 고려하여 상기 극간을 완전히 영에 설정할 수 있다. 본 발명에서는 예를 들어 축진동 등에 의해 콤프레서 날개차와 콤프레서 하우징에 부착된 벽면 부재의 접촉이 발생해도 콤프레서 하우징에 부착된 벽면 부재가 접촉 상태에 따라 깎여서 극간을 영으로 유지한다.

즉, 종래 기술 하에서 존재하던 콤프레서 하우징 내벽면과 콤프레서 날개차의 극간 0.3 mm 내지 0.5 mm는 실질적으로 영으로 되도록 조정되어 콤프레서 효율이 향상된다.

또한, 콤프레서 하우징에 부착되는 벽면 부재는 주형 등에 의해 수지 성형된 후 콤프레서 하우징(금속 부재)에 조립되고, 유체 성능 확인시 등의 예비 운전에서 수지 부재제의 벽면 부재를 콤프레서 날개차로 깎을 수 있다. 또한, 콤프레서 하우징(금속 부재)에 수지 성형된 벽면 부재를 조립하고 실사용 상태(초고속 운전시)에서의 열팽창시에 극간이 영으로 되도록 미리 절삭 가공하고 콤프레서 날개차를 조립 회전 구동시켜도 마찬가지의 결과를 얻을 수 있다. 또한, 예비 절삭이나 예비 가공 없이 실사용시에 콤프레서 날개차로 강제적으로 절삭해도 좋다.

콤프레서 하우징의 벽면 부재와 콤프레서 하우징(금속 부재)과의 일체화에 대해서는 생산성을 고려하여 여러 방법을 생각할 수 있으나 수지계 부재와 금속 부재의 일체화에 대해서는 금속 부재 삽입 성형 등에 의해 콤프레서 하우징 금속 부재 측에 부착할 수 있다. 또한, 내열성, 내유성, 내약품성이 우수한 PPS 수지제의 벽면 부재에 있어서도 콤프레서 하우징(금속 부재)과 직접 나사 부재의 임의의 방향으로의 팽창을 고려하여 양자의 접합면 이외의 부분에서는 벽면 부재의 팽창을 허용하는 공극을 설치하는 것이 좋다.

도1은 자동차의 과급기의 단면도이다. A 부분은 콤프레서부, B 부분은 히터부이다.

자동차의 내연기관의 배기 가스가 터빈 하우징(1)의 입구(101)로부터 스크롤(102) 내에 도입되어 단면적이 넓은 쪽으로부터 좁은 쪽으로 흘러 중심의 출구(103)로부터 배기관으로 방출된다. 이때 배기 가스의 에너지로 터빈 날개차(2)가 고속(100,000 rpm 이상)으로 회전된다.

과급기의 본체(110)에는 이 터빈의 구동축(3)이 베어링부(111, 112)로 지지되어 있다.

과급기의 본체(110)에는 또한, 베어링부에 윤활유를 공급하기 위한 윤활유 통로(113)와 과급기를 냉각하기 위해 엔진의 냉각수를 순환시키는 냉각수 통로(114)가 형성되어 있다.

터빈부(B)의 조립은 과급기 본체(110)의 편측에 차폐판(115)을 부착한 후, 베어링(111, 112)에 구동축(3)을 삽통하고, 이 구동축(3)의 일단에 터빈 날개차(2)를 고정하고 그 외측을 터빈 하우징(1)으로 덮도록 하여 과급기 본체(110)에 나사(116)로 나사결합 고정한다.

터빈 날개차(2)의 회전에 의해 구동축(3)이 회전하면 구동축(3)의 타단에 부착된 콤프레서 날개차(4)가 콤프레서 하우징 내에서 회전하고 콤프레서 하우징(5)의 입구(50)로부터 흡입한 공기를 콤프레서 날개차(4) 부분에서 압축하여 스크롤(51)에 방출하고 내연기관의 흡기 매니폴드에 압송한다.

콤프레서부(A)의 조립은 구동축(3)의 터빈측으로부터 유지판(511)이 부착된 슬리브(510)를 구동축(3)에 압입한다.

그 다음에, 실린더(513)를 과급기 본체(110)의 터빈의 반터빈측 단면에 설치한 홈에 장착하고, 또 슬리브(510)의 외주에도 실링(514)을 장착하여 각각 링에 접촉하도록 차폐판(8)을 장착한다.

그 다음에, 구동축(3)에 콤프레서 날개차(4)를 삽통하고 구동축(3)의 선단부에서 나사(41)에 의해 구동축(3)과 콤프레서 날개차(4)를 고정한다.

마지막으로, 콤프레서 날개차(4)를 외부로부터 씌우도록 콤프레서 하우징(5)을 덮어서 차폐판(8)이 외주부의 오목부(515)에서 감합되고, 이 오목부(515)를 형성하는 차폐판(8)의 일부와 과급기의 본체(110)에 형성된 콤프레서 부착용 플랜지(517)를 콤프레서 하우징의 링형부(518)와 콤프레서 하우징(5)에 형성된 홈에 장착되는 C링(516)과의 사이에 협착 고정한다.

콤프레서 하우징(5)의 본체는 알루미늄 합금 주물제이지만, 콤프레서 날개차(4)의 만곡 프로필부(4a)에 대면하는 부분에는 수지제의 벽면 부재(5b)가 나중에 부착되어 일체화되어 있다. 벽면 부재(5b)는 콤프레서 날개차(4)보다 연질인 PPS(폴리페닐렌설파이드) 수지 또는 PPS 수지와 그래파이트 또는 글래스울이 혼재하는 복합 재료에 의해 수지 성형에 의해 제작되어 있다.

또한, 벽면 부재(5b)는 콤프레서 날개차(4)의 구동축(3)에 대하여 직각인 환형면(5d)에서, 콤프레서 하우징(5) 본체의 차폐판(8)에 대면하는 평탄한 환형면(52)에 설치된 나사 구멍(6)에 나사결합되는 나사 부재(7)에 의해 하우징(5) 본체에 직접 체결 고정되어 있다.

또한, 벽면 부재(5b)는 구동축(3)에 나란하게 신장되는 원통부(5e)와, 이 원통부(5e)와 환형면(5d) 사이를 연결하는 만곡부(5c)로 구성되어 있다.

도2는 콤프레서 하우징(5) 부분만 도시한 단면도이다.

도3은 도2의 일점쇄선부(D)를 확대한 도면이다.

도4는 도2의 Q 화살표에서 취한 축소도이다.

이들 도면에 기초하여 콤프레서 하우징(5) 및 그 주변의 부재와의 관계에 대하여 다시 상세하게 설명한다.

콤프레서 하우징(5)의 콤프레서 날개차(4)의 만곡 프로필부와 대면하는 부분에는 오목부(5f)가 형성되어 있다. 이 오목부(5f)는 벽면 부재(5b)를 받아들이기 위해 차폐판(8)에 대면하는 환형의 부분과 구동축을 따라 원통형의 부분 사이를 연결하는 만곡면부를 갖는 부분으로 이루어진다.

이 오목부(5f)에 부착된 벽면 부재(5b)는 콤프레서 날개차(4)를 형성하는 복수의 콤프레서 날개(4b)의 만곡 프로필(4a)에 대면하는 콤프레서 하우징(5)의 벽면으로서 작용한다.

콤프레서는 이 하우징 벽면과 날개차의 프로필과의 사이의 극간(T)이 작은 쪽이 압축 효율이 높다. 이 실시예에서는 본 발명의 원리에 기초하여 벽면 부재(5b)의 열팽창을 이용하여 통상의 운전 상태에서는 이 극간(T)이 실질적으로 영으로 되도록 구성되어 있다.

벽면 부재(5b)는 성형 주형에 의해 중심으로부터 원통부 내경까지의 치수(R₁), 동 외경까지의 치수(R₂) 및 나사 구멍(7a)의 중심까지의 치수(R₃)가 결정되어 이에 의해 나사 구멍의 중심과 원통부 내경면과의 사이의 치수(L₂)도 정해진다.

나사 구멍(7a)은 동일 원주 상에 3개소 설치된 나사(7)의 나사 머리(7b) 수납용 오목부(5b₉)의 중심에 관통 설치되어 있다.

벽면 부재(5b)는 나사 구멍(7a)이 형성된 환형면의 하우징측 표면(5b₁₀)만 콤프레서 하우징(5)과 접촉하여 부착면을 형성하고 있다.

콤프레서 하우징(5)의 벽면 부재 부착용 오목부의 다른 벽면은 대면하는 벽면 부재의 표면과의 사이에 도4에 도시된 것처럼 G₁내지 G₄의 극간이 형성되어 있다.

상온에서 벽면 부재(5b)의 원통부(5e)의 축방향 단면(5b₁)과 이에 대면하는 오목부의 벽면(5b₂)과의 사이의 극간(G₃)은 약 300 내지 400 미크론, 벽면 부재(5b)의 원통부(5e)의 표면(5b₃)과 이에 대면하는 벽면(5b₄) 사이의 극간(G₁)은 약 250 미크론, 돈 만곡부(5c0의 표면(5b₅)과 이에 대면하는 벽면(5b₆) 사이의 극간(G₄)은 500 내지 600 미크론, 벽면 부재(5b)의 환형면부(5d)의 외주단 연부(5b₇)와 이에 대면하는 벽면(5b₈) 사이의 극간(G₂)은 G₃과 마찬가지로 300 내지 400 미크론으로 설정되었다.

PPS의 열팽창 계수는 2 내지 7 × 10^-5(글래스를 넣으면 1 내지 6 × 10^-5)이다. 그 때문에, 열변형 온도 250 ℃ 부근에서의 팽창 치수를 계산하고 벽면 부재(5b)가 하우징(5) 측으로 팽창해도 하우징의 오목부 벽면에 접촉하지 않도록 고려했다. 이렇게 해 두지 않으면, 팽창에 의해 벽면 부재가 하우징의 오목부 벽면에 압접되면 그 반력으로 벽면 부재(5b)가 크랙이나 파단을 일으킬 우려가 있다.

벽면 부재(5b)의 만곡부(5c)는 콤프레서 날개차(4b)와의 접촉에 의해 충격 응력이 집중되므로 이 두께는 원통부(5e) 측으로부터 환형면부(5d) 측으로 가면서 서서히 두껍게 되도록 구성되어 있다. 즉, 원통부 두께(T₄) ＜ 환형면부 두께(T₄)로 되도록 되어 있다.

나사(7)의 나사 머리(7b)가 수납 오목부(5b₉)에 완전히 들어가도록 되어 있어서 콤프레서 하우징(5)의 차폐판(8)에 대면하는 면에는 나사(7)가 돌출되지 않는다. 이는 이곳을 지나는 공기류에 저항을 주지 않기 위한 구성이다.

콤프레서 하우징(5)의 금속부의 차폐판(8) 측단면(5g)과 벽면 부재(5b)의 환형면부(5d)의 차폐판(8) 측단면은 통상 운전시에 거의 동일면으로 되도록 상온에서 100 내지 200 미크론만 벽면 부재(5b)가 오목부(5f)에 함몰되도록 오목부(5f)의 깊이(T₁)와 벽면 부재(5b)의 두께(T₂)가 설계되어 있다.

나사(7)의 길이 방향 치수(L₁)는 차폐판(8)의 단면으로부터 벽면 부재(5b)의 나사 수납 오목부의 저면과의 치수(T₃)보다 길게 설계되어 있고, 예를 들어 나사(7)가 흔들려도 나사 구멍(7a)으로부터 나사(7)가 빠져나오지 않도록 구성되어 있다.

또한, 나사(7)가 흔들려서 차폐판(8) 측으로 튀어나와서 날개차(4) 측에 이르도록 해도 날개차(4)가 회전하고 있는 동안에는 여기를 흐르는 공기의 흐름이 강하므로 외측으로 압출되어 날개차(4)에 접촉하지 않게 된다.

벽면 부재(5b)는 그 날개차 측표면을 미리 절삭 가공하여 통상의 사용 온도 근방에서의 열팽창만큼 날개차와의 극간(T)이 영으로 되도록 하여 조립하는 것도 가능하지만 본 실시예에서는 날개차 자체에 절삭 가공 기능을 갖게 했다.

즉, 벽면 부재(5b)의 표면과 콤프레서 날개차(4)와의 사이의 극간(T)이 조립 부착시에 영으로 되도록 설계하고, 주형에서 성형된 벽면 부재(5b)는 전혀 무가공으로 콤프레서 하우징(5)에 조립 부착했다. 그리고, 자동차에의 조립 부착 전에 반드시 실시되는 회전 시험과 마찬가지의 시험을 행하고 콤프레서 날개차(4)에 의해 벽면 부재(5b)의 표면을 절삭하여 소정의 형상으로 조정했다.

회전 시험에서는 콤프레서 날개차(4)를 최대 약 160,000 rpm까지 회전수를 상승시켰다. 이때, 벽면 부재(5b)의 표면은 0.03 mm 내지 0.05 mm의 절삭흔이 남았다. 이 절삭흔은 콤프레서의 입구측보다 출구측 쪽이 얕았다. 또한, 각 부품의 제작 오차를 고려한 몇회의 시험 결과, 초기의 극간(T)을 영으로 설계하는 0.05 mm 내지 0.15 mm의 절삭흔이 발생하는 것을 판명했다.

또한, 콤프레서 운전시의 공기의 단열 압축에 따라 콤프레서 하우징의 온도 상승에 의해 수지제의 벽면 부재(5b)가 열팽창하는 것도 알았다. 당연히 상기 절삭흔에는 그 분량도 포함되어 있다.

그래서, 먼저 벽면 부재(5b)의 설계치를 상기 두가지(출구측과 입구측과의 불균일성, 열팽창률)를 고려한 값으로 변경했다.

즉, 상온보다 80 ℃의 온도 상승을 내다보고 열팽창률을 계산하고 먼저 이팽창분만큼 반경(R₁)을 크게 설계했다.

또한, 그 반경은 콤프레서의 입구측보다 출구측 쪽이 작게 되도록 설계했다.

이 실시예에서는 상온에서의 조립 부착 상태에서 벽면 부재(5b) 표면과 콤프레서 날개차(4)와의 사이에는 미소 극간(T)이 생기고, 이 극간(T)은 입구측보다 출구측 쪽이 조금 작게 되어 있다.

이 예의 콤프레서에서도 마찬가지의 회전 시험을 행하였으나 콤프레서 출구측의 일부에 약 0.02 mm의 절삭흔만 남았다.

이러한 초기 절삭을 마친 동일 콤프레서를 그 후에 수회에 걸쳐 마찬가지의 회전 시험을 행하였으나 절삭흔의 증가는 보이지 않았다.

이상의 시험을 벽면 부재(5b)의 재질을 변경하여 실시한 결과를 표 1에 나타냈다.

재질항목	PPS(폴리페닐렌설파이드)	PPS(폴리페닐렌설파이드)	PTFE(폴리테트라플로로에틸렌)	PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트)
재질항목	무충전	글래스강화		무충전
날개차와의 간섭	간섭시의 피절삭성	◎	○	×	△
	날개차의 손상	변형, 마모없음	마모	변형	마모
	경도(D785)	90∼100	90∼100	58	80∼90
고온시의 변형		○(중)	◎(소)	○	△(대)
	열변형온도(시험방법 D785)	250 ℃ 이상	250 ℃ 이상	50 ℃ 이상	220 ℃ 이상
	연속 사용 온도(시험방법 UL746B)	210 ℃ 이상	210 ℃ 이상	250 ℃ 이상	140 ℃ 이상
	선팽창 계수 x 10^-5(시험방법 UL746B)	2∼7	1∼6	10∼17	2∼5
종합평가	◎	○	×	△

상기 표 1에 도시된 과급기는 상기 PPS를 사용한 벽면 재료를 갖는 콤프레서가 부착된 회전 시험과 마찬가지의 회전 시험을 행하고, 초기 절삭을 마친 것을 사용하여 표 1에 도시된 연속 사용 온도에서 연속 운전했다. 표 1의 고온시의 변형은 그 결과를 나타낸다.

PPS(무충전) 재제의 벽면 부재는 비교적 경질로서 깨지기 쉽기 때문에 날개차에 의한 절삭이 가능하고 이때 날개차에는 변형도 마모도 생기지 않았다. 열변형 온도는 적어도 250 ℃ 이상이고, 210 ℃의 연속 운전에서도 변형량은 그다지 크지 않았다.

PPS에 그래파이트 또는 글래스울을 혼입한 글래스 강화 PPS를 사용한 경우에, 선팽창 계수가 70 내지 50 % 저하한다. 전체의 경도 그 자체는 PPS재와 거의 다르지 않으나 혼입물과 날개차의 접촉에 의해 생긴 것으로 생각되는 마모흔이 날개차에 조금 있는 것으로 확인되었다. 또한, 온도 상승시의 변형량은 선팽창 계수가 저하된 만큼 변형량도 작아지고, 이는 다른 것과 비교해서 양호한 것이다.

이는 상온 상태로부터 고온 상태까지 벽면 재료와 날개차와의 사이의 극간(T)이 그다지 변화하지 않은 것을 나타내는 것으로, 고온시에 이 극간(T)을 영이 되도록 설계한 경우에도 콤프레서는 비교적 온도가 낮은 범위에서 극간(T)이 그다지 넓지 않아서 높은 효율로 운전할 수 있는 것을 나타낸다.

PTFE(4불화 에틸렌)을 사용한 경우에 매우 점성이 높기 때문에 침식이 생기고 날개차에 변형이 생겼다.

4불화 에틸렌 단수로는 실용화에 난점이 있으나, 예를 들어 모재를 4불화 에틸렌제로 하고, 그 표면에 경질의 PPS재를 용착함으로써 양쪽 재질의 장점을 갖는 벽면 부재를 얻을 수 있다. 이 경우에, 4불화 에틸렌은 충격 완화의 효과를 기대할 수 있다.

PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트)의 무충전재를 사용한 경우에는 변형 온도가 낮아서 고온에서의 변형량이 많고, 날개차가 벽면에 접촉하는 시간이 길어져서 날개차가 마모되었다.

단, 이 PBT에 적합한 혼입 재료가 있으면 글래스 강화 PPS와 마찬가지의 경향을 나타내고 실용에 기여할 수 있는 것으로 생각된다.

또한, 표 1에 표시한 ○, △, × 등의 평가 부호는 본 발명에 포함되는지의 여부를 표시하는 것이 아니고 현상황에서의 실용화를 고려하였을 때 실용화가 용이한지를 평가한 것으로, 평가가 나쁜 것을 본 발명의 범위로부터 제외하는 것은 아니다.

또한, PPS에 대해서는 엔진의 윤활유나 가솔린과 친밀성이 좋고 절삭분이 실린더 내에 침입해도 엔진에 전혀 악영향을 주지 않는 것을 확인했다.

또한, 나사 부재(7)와 나사 수납 오목부의 저면과의 사이에 평와셔(10)를 협지함으로써 나사(7)의 치우침이나 과대 체결에 의한 벽면 부재의 손상을 방지했다.

또한, 벽면 부재(5b)의 부착면 이외의 개소에 설치된 공극은 벽면 부재(5b)의 날개차 측에의 팽창 변형을 적절한 양으로 조정하는 데 도움이 된다. 이 공극이 없으면 금속 하우징 측으로의 팽창분도 전부 날개차 측으로 나타나 버린다. 그 외에도 벽면 부재 자체가 변형, 파손을 일으킬 우려가 있다.

또한, 도4에 도시된 것처럼 3개의 나사에 의해 벽면 부재는 축방향으로 고정되어 있다.

이에 의해서 축방향으로는 수지제 벽면 부재의 두께(T₁) 만큼의 열변형밖에는 생기지 않기 때문에 변형량이 작다.

한편, 직경 방향으로는 고정 나사를 기준으로 수지제 벽면 부재의 치수(L₂) 만큼의 열변형이 생기기 때문에 축방향에 비해 변형량이 크다.

그 때문에, 도3에 도시된 것처럼 수지제의 벽면 부재와 콤프레서 날개차와의 사이의 공극을 축방향의 G₁₀에 대하여 직경 방향의 G₁₁쪽을 크게 하여 변형량의 불균형을 흡수한다.

콤프레서의 성능은 축방향의 공극에 주로 좌우되기 때문에 축방향 불균형을 작게 할 수 있는 것은 성능 상 유리하다.

이상의 본 발명에서는 콤프레서 하우징의 날개차와의 대향면을 PPS 수지재로 별도의 편으로 형성하고, 이를 동일 하우징에 부착하고 통상 운전시의 수지의 열팽창을 이용하여 양자간의 극간을 실질적으로 영에 가까워지도록 구성했다.

이에 의해, 비교적 간단한 방법으로 효율이 좋은 콤프레서를 갖춘 내연기관의 과급기를 얻을 수 있다.

구체적 구성에서의 특징은 이하와 같다. 벽면 부재의 부착면 이외는 콤프레서 하우징 자체에 접촉되지 않도록 공극을 갖고 대면시킴으로써 열팽창에 의한 과도한 변형이나 크랙, 나아가서는 파손의 발생을 없앨 수 있다.

또한, 부착용의 나사 걸림부를 설치함으로써 나사의 낙하에 의한 엔진의 손상을 방지할 수 있다.

Claims

콤프레서 하우징의 적어도 콤프레서 날개에 대면하는 벽면부를 상기 콤프레서 날개의 재료의 경도보다 연질의 재료로 별도로 형성하고, 상기 벽면 부재를 상기 콤프레서 하우징에 부착 고정하는 것이며, 상기 콤프레서 하우징과 상기 벽면 부재는 부착면에 있어서 부분적으로 밀착하고, 상기 부착면 이외의 부분에는 상기 벽면 부재의 열팽창 혹은 변형을 허용하기 위한 공극이 양자 사이에 마련되어 있는 내연기관의 과급기에 있어서,

상기 콤프레서 하우징의 표면에는 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 상기 벽면 부재가 끼워 넣어져 있으며, 이 벽면 부재가 끼워 넣어진 오목부에는 상기 콤프레서 날개의 구동축에 대해 직각인 면이며, 상기 콤프레서 하우징과 상기 벽면 부재가 서로 접합하는 환형의 접합면이 설치되어 있고, 이 부분에서 서로 고정되고, 상기 콤프레서 날개에 따른 만곡면부와 그에 계속되는 원통면부에서는 상기 벽면 부재와 콤프레서 하우징면의 양자 사이에 공극이 개재되고, 또 상기 벽면 부재의 환형면의 모서리 주위면은 상기 콤프레서 하우징의 오목부 내주면과 공극을 거쳐 대면하고, 또한 상기 벽면 부재의 원통부의 축방향 단부면은 상기 콤프레서 하우징의 오목부의 축방향 단부벽과 공극을 거쳐 대면하고 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기.
콤프레서 하우징의 적어도 콤프레서 날개에 대면하는 벽면부를 상기 콤프레서 날개의 재료의 경도보다 연질의 재료로 별도로 형성하고, 상기 벽면 부재를 상기 콤프레서 하우징에 부착 고정하는 것이며, 상기 콤프레서 하우징과 상기 벽면 부재는 부착면에 있어서 부분적으로 밀착되어, 상기 부착면 이외의 부분에는 상기 벽면 부재의 열팽창 혹은 변형을 허용하기 위한 공극이 양자 사이에 마련되어 있는 내연기관의 과급기에 있어서,

상기 벽면 부재는 적어도 테프론보다 열팽창율이 작은 수지 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 내연 기관의 과급기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 벽면 부재와 상기 콤프레서 날개와의 사이의 간극은 과급기가 상온 하에서는 비교적 크고 운전 상태에서는 실질적인 극간이 영이 되도록 그 벽면 부재의 팽창률이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 콤프레서 하우징 벽면의 적어도 콤프레서 날개의 만곡 프로필부와 대면하는 부분의 벽면에 별도 형성된 벽면 부재가 부착되어서 되는 내연기관용 과급기에 있어서,

상기 벽면 부재의 재질을 폴리페닐렌설파이드를 주성분으로 하는 수지재로 한 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재료로 만든 벽면 부재를 상기 콤프레서하우징에 형성된 나사 구멍에 나사 결합하는 체결용 볼트의 나사 부재에 의해 협착 고정한 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재료로 만든 벽면 부재의 내주면과 상기 콤프레서 날개의 외주부의 만곡 프로필부와의 사이의 미소 극간을 상온에서 상기 콤프레서 날개측 ＞ 콤프레서 날개 출구측으로 되도록 설정한 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.
제5항에 있어서, 상기 나사 부재의 길이는 상기 벽면 부재의 나사 구멍으로부터 상기 나사 부재가 발출되기 전에 대면하는 콤프레서의 차폐판에 접촉하는 길이로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.
제1항에 있어서, 상기 벽면 부재의 환형면을 관통하여 상기 콤프레서 하우징에 이르는 나사 부재에 의해 상기 벽면 부재와 콤프레서 하우징이 나사 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.
제8항에 있어서, 상기 콤프레서 날개의 최대 외경부보다 외측에 위치하는 부위에 상기 콤프레서 하우징과 벽면 부재와의 나사부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.
제8항에 있어서, 상기 벽면 부재의 환형부에는 상기 나사 부재의 나사 머리를 수용하는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사 부재의 길이는 상기 벽면 부재의 나사 구멍으로부터 상기 나사 부재가 발출되기 전에 대면하는 콤프레서의 차폐판에 접촉하는 길이로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급기.