KR100457293B1 - 터보차저의 터빈 블레이드 냉각구조 - Google Patents

Abstract

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 배기가스의 온도상승에 의해서 터보차저의 터빈 블레이드에 균열이 발생되거나 열팽창되는 것을 방지하기 위하여 블로어 측의 공기를 블레이드의 내부로 유도하여 블레이드를 냉각하는 터보차저의 터빈 블레이드 냉각구조에 관한 것으로,

배기가스의 배출압력에 의해 터빈이 회전되며, 터빈과 동축으로 형성된 블로어에서 흡입공기를 가압하여 연소실로 공급하는 터보차저에 있어서,

내부에 공기가 통과되기 위한 공간이 형성되어지되, 상기 공간의 내측면에는 공기가 유입되기 위한 유입구가 형성되고, 그 배면측에는 상기 공간을 통과한 공기가 배출되기 위한 유출구가 형성되는 터빈 블레이드와;

부압에 의해서 블로어 측의 공기가 상기한 터빈 블레이드 측으로 유입되도록 블로어 측이 개방된 채로 회전축을 관통하여 형성되는 공기유입 홀과;

상기한 터빈 블레이드의 공간과 상기 공기유입 홀을 연통시키기 위해 터빈 로터의 몸체 내측으로 환형의 연결통로;가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

터보차저의 터빈 블레이드 냉각구조{Cooling apparatus for turbine blade of turbo charger}

본 발명은 터보차저의 터빈 블레이드 냉각구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스의 온도상승에 의해서 터보차저의 터빈 블레이드에 균열이 발생되거나 열팽창되는 것을 방지하기 위하여 블로어 측의 공기를 블레이드의 내부로 유도하여 블레이드를 냉각하는 터보차저의 터빈 블레이드 냉각구조에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진에는 출력향상을 위한 터보차저가 장착되는데, 상기한 터보차저(100)는 도 3과 같이 배기가스에 의해 회전되는 터빈(10)과 실린더에 공기를 압송하는 블로어(20)가 하나의 회전축(30)에 결합된다. 상기한 터빈(10)과 블로어(20) 및 회전축(30)은 각각 터빈 케이스(11), 블로어 케이스(21), 베어링 케이스(31)로 감싸여진다. 그리고 상기한 터빈(10)의 로터(12)와 블로어(20)의 로터 (22)에는 각각 블레이드(13,23)가 형성되는데, 터빈(10)측의 터빈 블레이드(13)는 배기가스에 의해 터빈의 로터(12)를 회전시키고, 블로어(20)측의 블레이드(23)는 유입되는 흡입공기를 가압하게 되는 것이다.

즉, 엔진에서 배출되는 배기가스가 배기 매니폴드에서 상기한 터빈 케이스 (11)로 유입되어 터빈(10)을 고속으로 회전시키는데, 이 때 터빈(10)과 동축으로 연결된 블로어(20)도 동시에 고속회전되어 블로어 케이스(21)의 공기 흡입구에서 공기를 빨아 들인다. 이렇게 흡입된 공기는 블로어(20)의 회전에 의해 가압되어 연소실 측으로 공급되므로서 공기의 체적효율이 증가되어 엔진의 연비와 성능을 향상시키게 된다.

특히, 상기와 같은 터보차저(100)는 주로 디젤 엔진에서만 적용되었지만, 최근에 와서는 가솔린 엔진에도 적용되는 경우가 증가하고 있다.

그런데 가솔린 엔진의 경우에는 배기가스의 온도가 디젤 엔진의 배기가스 온도보다 100~200℃ 정도 높게 생성되는 것이 일반적이다. 따라서 배기가스에 직접적으로 부딪치게 되는 터빈의 블레이드에는 냉각이 필요하게 된다. 그러나 종래의 터보차저에는 터빈 블레이드를 냉각하기 위한 별도의 장치가 마련되어 있지 않았다.

따라서 엔진의 성능향상 욕구가 증가에 의해 배기가스의 온도는 점차적으로 상승되지만 터빈 블레이드를 구성하는 재질온도의 한계치가 이를 극복하지 못하게 되므로서 블레이드에는 균열이 발생되거나 열팽창 형상이 발생된다. 이렇게 블레이드가 변형되므로서 터빈 케이스에 블레이드가 부딪치게 되어 손상되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 배기가스의 온도상승에 의해서 터보차저의 터빈 블레이드에 균열이 발생되거나 열팽창되는 것을 방지하기 위하여 블로어 측의 공기를 블레이드의 내부로 유도하여 블레이드를 냉각하는 터보차저의 터빈 블레이드 냉각구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

배기가스의 배출압력에 의해 터빈이 회전되며, 터빈과 동축으로 형성된 블로어에서 흡입공기를 가압하여 연소실로 공급하는 터보차저에 있어서,

내부에 공기가 통과되기 위한 공간이 형성되어지되, 상기 공간의 내측면에는 공기가 유입되기 위한 유입구가 형성되고, 그 배면측에는 상기 공간을 통과한 공기가 배출되기 위한 유출구가 형성되는 터빈 블레이드와;

부압에 의해서 블로어 측의 공기가 상기한 터빈 블레이드 측으로 유입되도록 블로어 측이 개방된 채로 회전축을 관통하여 형성되는 공기유입 홀과;

상기한 터빈 블레이드의 공간과 상기 공기유입 홀을 연통시키기 위해 터빈 로터의 몸체 내측으로 환형의 연결통로;가 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 형성되는 터보차저의 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 터빈의 확대단면도.

도 3은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

40 : 터보차저 50 : 터빈

51 : 로터 52 : 연결통로

53 : 터빈 블레이드 54 : 공간

55 : 유입구 56 : 유출구

60 : 블로어 70 : 회전축

71 : 공기유입 홀

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 형성되는 터보차저의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 터빈의 확대단면도로서, 도면 중에 표시되는 도면부호 40은 본 발명에 의한 터보차저를 지시하는 것이다.

상기한 터보차저(40)는 종래와 같이 일측에는 배기가스의 배출압력에 의해 회전되는 터빈(50)이 형성되고, 다른 일측에는 흡입공기를 가압하기 위한 블로어(60)가 형성된다. 상기한 터빈(50) 및 블로어(60)의 로터(51,61)에는 각각 바람개비 모양의 블레이드(53,63)가 형성된다. 이와 같은 블레이드(53,63)는 유선형으로 별도로 제작되어 로터(51,61)에 결합되어지는데 8~10개의 블레이드(53,63)가 하나의 로터(51,61)에 형성된다.

특히, 상기한 터빈(50) 측의 터빈 블레이드(53)는 그 내부로 공기가 통과되기 위한 공간(54)이 형성되며, 이 공간(54)으로 공기가 유입되도록 하기 위한 유입구(55)와 공기가 배출되도록 하기 위한 유출구(56)가 형성된다. 상기한 유입구(55)는 터빈 블레이드(53)가 터빈(50)의 로터(51)에 접하게 되는 내측에 형성되고, 유출구(56)는 상기 터빈 블레이드(53)의 배면측에 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 공간(54)이 형성되는 터빈 블레이드(53)는 그 유입구(55)가 로터(51)에 형성된 연결통로(52)와 연통되어지도록 결합된다. 상기 연결통로(52)는 로터(51)의 도중에 형성되는 것인데, 이것을 환형으로 형성되어 방사상으로 결합되는 각각의 터빈 블레이드(53)에 골고루 공기가 분배될 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 연결통로(52)로 공기가 공급되도록 하기 위해서 터빈(50)의 회전축(70)에는 길이방향으로 공기유입 홀(72)가 형성된다. 상기 공기유입 홀(72)의 일단은 블로어(60) 측으로 개방되어 배출가스의 부압에 의해서 블로어 측의 공기가 터빈 블레이드(53)의 공간(54)으로 유도될 수 있도록 형성된다.

이상과 같이 형성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

터보차저가 장착된 엔진이 시동되면 배기가스의 압력에 의해서 상기한 터보차저(40)의 터빈(50)이 회전되고, 상기 터빈(50)과 동축으로 연결된 블로어(60)가 회전되므로서 에어클리너를 통과한 공기를 가압하여 연소실로 공급하게 된다.

이 과정에서 상기한 터빈(50)의 터빈 블레이드(53) 유출구(56)에는 배기가스의 배출압력에 의한 부압이 형성되고, 이 부압은 터빈 로터(51)의 연결통로(52)와 회전축(70)의 공기유입 홀(72)로 전달되어 블로어(60) 측의 공기가 흡입되어진다.

상기와 같이 공기유입 홀(72)로 흡입된 공기는 터빈 블레이드(53)의 공간(54)으로 전달되어 상기한 터빈 블레이드(53)를 냉각하게 된 후, 상기한 유출구(56)를 통해 빠져나간 후 배기가스에 혼합되어 배기파이프로 배기되어진다.

따라서 터빈 블레이드(53)가 블로어(60) 측에서 유입되는 공기에 의해서 냉각되므로서 고온의 배기가스에 의해 상기한 터빈 블레이드가 변형되는 것이 방지된다.

상기와 같이 형성되는 본 발명은 블로어측으로 유입되는 공기가 부압에 의해서 블레이드의 내부에 형성된 공간으로 전달되어지므로서 블레이드가 냉각되어 고온의 배기가스에 의해 블레이드가 열팽창되거나 내부에 균열이 발생되는 형상이 방지되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 배기가스의 배출압력에 의해 터빈이 회전되며, 터빈과 동축으로 형성된 블로어에서 흡입공기를 가압하여 연소실로 공급하는 터보차저에 있어서,

   내부에 공기가 통과되기 위한 공간(54)이 형성되어지되, 상기 공간(54)의 내측면에는 공기가 유입되기 위한 유입구(55)가 형성되고, 그 배면측에는 상기 공간 (54)을 통과한 공기가 배출되기 위한 유출구(56)가 형성되는 터빈 블레이드(53)와;

   부압에 의해서 블로어(60) 측의 공기가 상기한 터빈 블레이드(53) 측으로 유입되도록 블로어(60) 측이 개방된 채로 회전축(70)을 관통하여 형성되는 공기유입 홀(72)과;

   상기한 터빈 블레이드(53)의 공간(54)과 상기 공기유입 홀(72)을 연통시키기 위해 터빈 로터(51)의 몸체 내측으로 환형의 연결통로(52);가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 터빈 블레이드 냉각구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 연결통로(52)는 환형으로 형성되어 상기한 각각의 터빈 블레이드(53) 유입구(55)와 연통되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 터빈 블레이드 냉각구조.