KR101736253B1

KR101736253B1 - 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징

Info

Publication number: KR101736253B1
Application number: KR1020157034551A
Authority: KR
Inventors: 발데머 헨케; 패트릭 훼커; 스테판 뮤엔츠; 마티아스 크롤; 베르너 르와빌; 홀거 오버슈에르
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드; 아이솔라이트 게엠베하
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2017-05-16
Also published as: US9841033B2; WO2014186129A1; DE112014002067T5; CN105593475A; JP2016518553A; JP6060315B2; KR20160044434A; CN105593475B; US20160115823A1; DE112014002067B4

Abstract

본 발명은 배기가스 터보과급기(15)의 터빈 하우징(1)에 관한 것으로, 본 터빈 하우징은, 금속 외측 쉘(8)에 의해 범위 한정되고 내벽(9)을 갖는 터빈 볼류트(volute)(7); 및 내벽(9)에 배치되고 열절연 코어(6A, 6B)를 갖는 열절연 층(10)을 가지며, 열절연 코어는 볼류트 내부 공간(11) 안으로 향하는 그의 표면(12A, 12B)에서 제 1 판금 쉘(3A, 3B)로 덮여 있으며, 열절연 코어(6A, 6B)는 내벽(9) 쪽을 향하는 표면(13A, 13B, 13'B)에서 제 2 판금 쉘(4A, 4B)로 각각 덮여 있다.

Description

배기가스 터보과급기의 터빈 하우징{TURBINE HOUSING OF AN EXHAUST-GAS TURBOCHARGER}

본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징에 관한 것이다.

이러한 종류의 터빈 하우징이 EP 0 374 603 A1에 알려져 있다. 이 터빈 하우징의 경우, 터빈 볼류트(volute) 안에는 열절연부가 제공되는데, 이 열절연부는 열절연 재료 층을 가지며, 이 층에는 내고온성 금속 층이 배치된다.

열절연 층의 일반적으로 취성적인 재료는 설치를 어렵게 한다는 점이, 상기 구성의 단점이 될 수 있다.

반면에, 본 발명의 목적은, 터빈 하우징의 터빈 볼류트 안에 쉽게 설치될 수 있는 열절연 층을 갖는, 청구항 1 의 전제부에 따른 터빈 하우징을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1 의 특징적 사항으로 달성된다.

열절연 층은, 제조된 후에 터빈 하우징의 터빈 볼류트 안으로 배치될 수 있는 별도의 부품으로서 형성되므로, 설치 공정이 상당히 단순화되며, 그 결과 이와 관련하여, 본 발명에 따른 터빈 하우징에 대한 전체적인 제조비가 감소된다.

이 경우 열절연 코어는 바람직하게는 절연품, 특히 세라믹 코어로서 형성된다.

종속 청구항은 본 발명의 유리한 개량예를 포함한다.

열절연 코어를 둘러싸는 두 판금 쉘의 제공으로 얻어지는 이점으로서, 열절연 코어는 모든 측에서 둘러싸이며, 그래서 열절연 재료는 취성을 갖더라도 둘러싸임으로 안정적으로 유지된다. 또한, 바람직하게는 매우 얇은 벽의 형태로 되어 있는 제 1 및 2 판금 쉘의 제공으로 얻어지는 효과로서, 열절연 층은 낮은 열용량을 갖게 되며, 그 결과 유리하게도 터빈 볼류트의 표면이 빠르게 가열되며 그래서 작동 중에 터빈 하우징은, 배기가스 터보과급기를 구비하는 엔진의 냉간 시동 특성을 악화시키는 열싱크(heat sink)를 더 이상 구성하지 않게 된다.

바람직하게는, 상기 열절연 층은 2개의 절연 부품으로 분할될 수 있고, 각각의 절연 부품은 제 1 및 2 판금 쉘에 의해 둘러싸이는 열절연 코어를 갖는다.

여기서, 상기 판금 쉘은 서로에 연결될 수 있는데, 이러한 목적으로는 용접 연결이 특히 유리하다.

상기 열절연 부품은 가압 가능한 부분에 의해 터빈 볼류트 내부에 고정될 수 있고, 그 가압 가능한 부분은 별도의 가압되는 부분이거나, 또는 본 발명에 따른 배기가스 터보과급기를 형성하기 위해 본 발명에 따른 터빈 하우징에 연결되는 베어링 하우징의 후방벽으로 형성될 수 있다.

상기 터빈 볼류트의 내벽에 돌출부가 제공되는 것이 특히 바람직한데, 이 돌출부는 먼저 치수 및 위치 공차의 실현을 가능하게 해주고 또한 터빈 볼류트의 내벽과 열절연 층 사이의 추가적인 절연 또는 열절연 층의 실현을 가능하게 해준다. 상기 추가적인 절연층은 예컨대 공기 층일 수 있다.

여기서, 상기 돌출부는 터빈 하우징의 주조 과정 중에 또는 터빈 하우징의 주조 후에 절삭 기계가공 공정으로 제조될 수 있다.

청구항 12에는, 독립적으로 출시될 수 있는 대상으로서 배기가스 터보과급기가 기재되어 있다.

본 발명의 추가 상세 내용, 이점 및 특징은 도면을 참조하여 예시적인 실시 형태에 대한 이하의 설명으로부터 알 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 터빈 하우징의 일 절반부를 개략적으로 단순화시켜 도시한 것이다.
도 2 는 본 발명에 따른 터빈 하우징의 사시도를 나타낸다.
도 3 은 터빈 하우징의 평면도를 나타낸다.
도 4 및 5 는 분할면의 가능한 위치를 설명하기 위해, 본 발명에 따른 터빈 하우징을 개략적으로 크게 단순화시켜 도시한 것이다.
도 6 은 본 발명에 따른 터빈 하우징이 제공될 수 있는 본 발명에 따른 배기가스 터보과급기를 개략적으로 크게 단순화시켜 도시한 것이다.

도 1 에서 선택된 도시에서, 도 1 은 본 발명에 따른 터빈 하우징(1)의 상측 절반부를 나타내는데, 이 터빈 하우징은 도 6 에 도시되어 있는 본 발명에 따른 배기가스 터보과급기(15)의 일 부분일 수 있다.

터빈 하우징(1)은, 금속 외측 쉘(8)에 의해 범위 한정되는 터빈 볼류트(volute)(7)를 갖는다. 금속 외측 쉘(8)은 예컨대 주조품일 수 있고 내벽(9)을 갖는다.

상기 터빈 볼류트(7) 안에는, 열절연 층(10)이 배치되어 있는데, 도 1 에 도시되어 있는 예시적인 실시 형태에서 그 열절연 층은 2개의 절연 부품(10A, 10B)으로 분할되어 있다. 각각의 절연 부품(10A, 10B)은 관련된 열절연 코어(6A, 6B)를 각각 가지며, 이들 열절연 코어는 적절한 재료, 특히 섬유 재료 또는 세라믹 재료로 제조될 수 있다.

상기 열절연 코어(6A, 6B) 각각은 2개의 판금 쉘(3A, 3B, 4A, 4B)의 배치에 의해 각각 둘러싸여 있다. 여기서, 판금 쉘(3A, 3B)은 볼류트 내부 공간(11)에 인접하게 배치되며, 따라서 터빈 하우징(1)의 작동 중에 유동 안내 표면을 형성한다. 설치 상태에서, 상기 판금 쉘(4A, 4B)은 상기 내벽(9)에 인접하게 배치되며, 절연 부품(10A, 10B)을 터빈 볼류트(7) 안에 고정시키는 역할을 한다.

도 1 에 상세히 나타나 있는 바와 같이, 판금 쉘(3A)은 열절연 코어(6A)의 표면(12A)(볼류트 내부 공간(11) 쪽을 향함)에 접해 있다. 판금 쉘(4A)은 열절연 코어(6A)의 표면(13A)(내벽(9) 쪽을 향함)에 접해 있다. 모든 측에서 판금 쉘(3A, 4A)에 의해 둘러싸이므로, 서두에서 설명한 열절연 코어(6A)의 안정화가 이루어지고 또한 상기 열절연 코어(6A)의 일 부분이 터빈 볼류트(7) 안으로 들어가는 것이 방지된다.

이에 대응하여, 열절연 코어(6B)는, 따라서 쉘(3B)이 표면(12B)에 접하고 쉘(4B)은 표면(13B) 및 가압 가능한 부분(2)에 인접하여 배치되는 다른 표면(13'B)에 접하도록 구성된다. 절연 부품(10A, 10B)((터빈 하우징(1)과 독립적으로) 제조된 후에 터빈 볼류트(7) 안으로 배치됨)은 상기 가압 가능한 부분(2)에 의해 터빈 볼류트(7) 안에 고정될 수 있다.

여기서, 상기 가압 가능한 부분(2)은 별도의 가압 가능한 부분이거나, 배기가스 터보과급기(15)의 베어링 하우징(17)(도 6 에 도시되어 있음)과 같은 베어링 하우징의 후방벽 일 수 있다.

도 1 에 도시되어 있는 특히 바람직한 실시 형태는, 볼류트 내부 공간(11)의 방향으로 향하도록 상기 내벽(9)에 형성되어 있는 돌출부(5, 5', 5")를 또한 갖는다. 이들 돌출부(5, 5', 5")의 제공 결과로, 열절연 코어(6A)는 설치 상태에서 그의 외측 쉘(4A)로 상기 돌출부(5, 5', 5")에 접하게 된다. 이와 관련한 이점으로서, 3개의 추가적인 절연층(21A, 21B, 21C)이 생성되는데, 이들 추가적인 절연층은 예컨대 공기로 충전될 수 있고 터빈 볼류트(7) 또는 그의 외측 쉘(8)과 열절연 코어(6A) 사이의 열적 분리를 제공한다.

본 발명에 따른 터빈 하우징(1)의 제조를 위해, 이 터빈 하우징은 처음에 주조되고, 열절연 층(10), 또는 그의 절연 부품(10A, 10B)이 전술한 방식으로 별도로 제조된다. 원리적으로 열절연 층(10)은 도 1 에 나타나 있는 바와 같은 2개의 절연 부품 뿐만 아니라, 다수의 그러한 절연 부품으로도 분할될 수 있음은 자명하며, 그리고 절연 부품들은 결합되어 터빈 볼류트(7) 안에 고정될 수 있다. 또한, 단일의 일체형 열절연 층(10)도 가능하다.

절연 부품(10A, 10B)이 배치된 후에, 이들 절연 부품은 상기 가압 가능한 부분(2)의 가압으로 터빈 볼류트(7) 안에 고정되며, 예컨대 V-단면 시일의 형태로 되어 있는 시일(14)이 바람직하게 상기 가압 가능한 부분(2)과 터빈 볼류트(7)의 외측 쉘(8) 사이에 제공될 수 있다.

도 2 는 도 1 과 관련하여 이미 설명한 상기 돌출부(5, 5', 5", 5''')의 가능한 위치를 도시하기 위해 본 발명에 따른 터빈 하우징(1)을 사시도로 나타낸 것이다. 이와 관련하여, 그래서 도 2 의 도식적인 도시를 분명 참조할 수 있다.

도 3 은 베어링 하우징 축선 또는 가압 가능한 부분의 축선(A1)에 대한 터빈 하우징 축선(A2)의 가능한 편심 배치(E)를 보여주는데, 이러한 배치에 의해, 나선형으로 인한 반경 방향으로의 터빈 하우징의 불균일한 공간 요건이 부분적으로 보상되기 때문에 공간 요건이 줄어든다.

도 4 및 5 는 터빈 하우징(1)을 개략적으로 크게 단순화시켜 도시한 것으로, 이들 도시에서 터빈 하우징은 터빈 볼류트 부분(7A, 7B)으로 분할되어 있는 분할형 터빈 볼류트를 갖는다. 여기서, 언더컷이 없는 각각의 분할면(TE)이 도 4 및 5 에 나타나 있다. 터빈 볼류트 부분(7A, 7B)은 적절한 방식으로, 예컨대 나사 연결 또는 용접 연결로 서로에 연결될 수 있다.

도 6 은 도 1 ∼ 5 에 기반하여 전술한 원리에 따라 설계될 수 있는 터빈 하우징(1)을 갖는, 본 발명에 따른 위에서 언급한 배기가스 터보과급기(15)를 개략적으로 크게 단순화시켜 도시한 것이다. 통상적인 것 처럼, 상기 터빈 하우징(1)은 축(18)의 일 단부에 배치되는 터빈 휠(16)을 수용하고, 그 축의 다른 단부에는, 압축기 하우징(19) 안에 배치되는 압축기 휠(20)이 배치된다. 여기서, 축(18)은 일반적으로 베어링 하우징(17)에 의해 장착된다.

이리하여, 위의 기재된 개시에 추가로, 그 개시에 대한 보충을 위해 도 1 ∼ 6 에 나타나 있는 본 발명의 도식적인 도시를 분명 참조할 수 있다.

1 터빈 하우징
2 가압 가능한 부분
3A, 3B 내측 판금 쉘
4A, 4B 외측 판금 쉘
5, 5', 5", 5''' 돌출부
6A, 6B 열절연 코어
7 터빈 볼류트
7A, 7B 터빈 볼류트 부분
8 외측 쉘
9 내벽
10 열절연 층
10A, 10B 절연 부품
11 볼류트 내부 공간
12A, 12B, 13A, 13B, 13'B 열절연 코어(6A, 6B)의 표면
14 시일
15 배기가스 터보과급기
16 터빈 휠
17 베어링 하우징
18 축
19 압축기 하우징
20 압축기 휠
21A, 21B, 21C 격리 또는 절연 층
L 배기가스 터보과급기의 길이 방향 축선
E 편심
A1 베어링 하우징 축선 또는 가압 가능한 부분의 축선
A2 터빈 하우징 축선
TE 언더컷이 없는 분할면

Claims

배기가스 터보과급기(15)의 터빈 하우징(1)으로서,
금속 외측 쉘(8)에 의해 한정되고 내벽(9)을 갖는 터빈 볼류트(volute)(7); 및
상기 터빈 볼류트(7)의 내벽(9)에 배치되고 열절연 코어(6A, 6B)를 갖는 열절연 층(10);을 가지며,
상기 열절연 코어(6A, 6B)는 두 개의 판금 쉘(3A, 3B, 4A, 4B)로 완전히 둘러싸이며, 상기 두 개의 판금 쉘 중 제 1 판금 쉘(3A, 3B)은 볼류트 내부 공간(11)을 한정하고, 나머지 제 2 판금 쉘(4A, 4B)은 상기 터빈 볼류트(7)의 내벽(9)을 향하며,
상기 열절연 층(10)은 별도의 부품으로서 형성되고, 형성 후에 상기 볼류트 내부 공간(11)을 한정하도록 터빈 볼류트(7) 내에 배치되는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 1 항에 있어서,
상기 열절연 층(10)은 상기 터빈 볼류트(7) 내에서 조립되는 적어도 2개의 절연 부품(10A, 10B)으로 분할되어 있는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 2 항에 있어서,
상기 절연 부품(10A, 10B)은, 각각 판금 쉘(3A, 4A; 3B, 4B)에 의해 완전히 둘러싸이는 열절연 코어(6A, 6B)를 갖는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 1 항에 있어서,
상기 판금 쉘(3A, 3B; 4A, 4B)은 서로에 연결되는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 4 항에 있어서,
상기 판금 쉘(3A, 3B; 4A, 4B)은 서로에 용접되는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 1 항에 있어서,
상기 열절연 층(10)은 가압가능한 부분(2)에 의해 상기 볼류트 내부 공간(11) 안에 고정되는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 1 항에 있어서,
상기 볼류트 내부 공간(11)의 방향으로 돌출되어 있는 돌출부(5; 5', 5", 5''')가 상기 내벽(9)에 배치되어 있는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 7 항에 있어서,
상기 돌출부(5, 5', 5", 5''')는 주조 또는 절삭 공정으로 제조되는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 7 항에 있어서,
상기 내벽(9)을 향하는 제 2 판금 쉘(4A, 4B)과 내벽(9) 사이에 절연층(21A, 21B, 21C)이 배치되어 있는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 1 항에 있어서,
상기 터빈 볼류트(7)는, 언더컷이 없는 방식으로, 서로에 연결되는 2개의 터빈 볼류트 부분(7A, 7B)으로 분할되어 있는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
제 6 항에 있어서,
상기 가압가능한 부분(2)은 시일(14)을 사이에 두고 터빈 볼류트(7)에 고정되는, 배기가스 터보과급기의 터빈 하우징.
배기가스 터보과급기(15)로서,
압축기 하우징(19);
베어링 하우징(17); 및
터빈 하우징(1)을 가지며,
상기 터빈 하우징(1)은,
금속 외측 쉘(8)에 의해 한정되고 내벽(9)을 갖는 터빈 볼류트(volute)(7); 및
상기 터빈 볼류트(7)의 내벽(9)에 배치되고 열절연 코어(6A, 6B)를 갖는 열절연 층(10);을 가지며,
상기 열절연 코어(6A, 6B)는 두 개의 판금 쉘(3A, 3B, 4A, 4B)로 완전히 둘러싸이며, 상기 두 개의 판금 쉘 중 제 1 판금 쉘(3A, 3B)은 볼류트 내부 공간(11)을 한정하고, 나머지 제 2 판금 쉘(4A, 4B)은 상기 터빈 볼류트(7)의 내벽(9)을 향하며,
상기 열절연 층(10)은 별도의 부품으로서 형성되고, 형성 후에 상기 볼류트 내부 공간(11)을 한정하도록 터빈 볼류트(7) 내에 배치되는, 배기가스 터보과급기.
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