KR101951074B1 - 내연 기관 - Google Patents

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KR101951074B1
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미햐엘 그라이너
올리버 힌리히스
야스퍼 캄마이어
페터 알베르티
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폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 연소 엔진, 배기가스 라인, 신선 기체 라인, 배기가스 라인 내에 통합된 터빈을 갖춘 터보차저 및 신선 기체 라인 내에 통합된 압축기, 그리고 압축기 유입부의 횡단면을 조정할 수 있는 트림 플레이트(trim plate, 12)를 구비한 내연 기관에 관한 것으로, 본 발명에 따른 내연 기관은 저압 배기가스 재순환 장치를 구비한 것이 특징이며, 상기 저압 배기가스 재순환 장치에 의해 배기가스가 터빈의 하류에서 배기가스 라인으로부터 제거되고, 압축기의 상류에서 신선 기체 라인 내로 유입될 수 있으며, 저압 배기가스 재순환 장치의 개구부가 트림 플레이트(12)의 영역 내에 배치된다.

Description

내연 기관{INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 연소 엔진, 배기가스 라인, 신선 기체 라인, 배기가스 라인 내에 통합된 터빈을 갖춘 터보차저(turbocharger) 및 신선 기체 라인 내에 통합된 압축기, 그리고 압축기 유입부의 횡단면을 조정할 수 있는 트림 플레이트(trim plate)를 구비한 내연 기관에 관한 것이다.
압축기 내에서는, 연소 엔진의 신선 기체 라인을 통해서 공급되는 신선 기체가 압축된다. 이때, 압력 상승은 압축기 임펠러의 회전수 및 임펠러를 통해 안내되는 신선 기체의 질량 유동율(mass flow rate)에 따라 좌우된다. 압축기 특성 맵의 서지 한계(surge limit) 방향으로, 원주 속도에 비례하여 감소하는 유입 속도로 인해 임펠러 블레이드 전연(leading edge)에서의 유입은 토출측에서 증가하는 형태로 실시되며, 다시 말해 유입 발생률이 계속 증가한다. 작동점 의존적인 발생률의 한계값부터, 즉 서지 한계부터는 전연에서의 흐름이 분열되고 압축기 내에서의 흐름이 불안정해진다.
서지 한계 영역에서는, 압축기의 하우징 윤곽 영역에서 운동량(momentum)이 적은 유체의 역류 구역이 형성된다. 이와 같은 소위 역류 기포는 와류 및 혼합 손실에 의해 서지 한계의 방향으로 압축기 효율의 저하를 야기한다. 그러나 임펠러의 허브(hub) 윤곽의 영역에서는, 서지 한계 가까이에서도 운동량이 풍부하고 손실이 비교적 적은 코어 흐름이 압축기를 통과하며, 상기 코어 흐름이 질량 유동률 및 압력 형성을 결정한다.
트림 플레이트는, 압력비가 높을 때 압축기 특성 맵의 서지 한계를 낮은 질량 유동율의 방향으로 이동시키는 데 이용된다. 그와 동시에, 트림 플레이트는 서지 한계의 영역에서 압축기 효율의 상승을 야기할 수 있다. 이를 위해 트림 플레이트는, 압축기 임펠러가 유입되는 유입 단면적을 변동시킬 수 있는 장치를 포함한다. 이와 같은 방식으로 획득된 트림 플레이트의 노즐 효과에 의해, 제어 간섭이 증가함에 따라(유입 단면적의 축소) 압축기 유입량이 압축기 임펠러의 허브 근처의 유동 단면적에 더 강하게 집중될 수 있다. 그럼으로써, 역류 기포의 운동력이 적어 손실을 수반하는 영역으로 더 적은 유체가 흘러가게 되고, 허브에 가까운 영역에서 코어 흐름이 가속됨으로써 추가로 안정화된다. 허브 근처 영역에서의 압축기 흐름의 가속은 추가로 압축기 유입분을 흡기측으로 이동시키며, 이는 지속적인 흐름 안정화에 기여할 수 있다. 코어 흐름의 안정화는, 압축기 특성 맵의 서지 한계를 배기가스 질량 유동율이 더 적은 쪽으로 원하는 만큼 이동시킬 수 있게 한다. 제어 간섭을 원치 않는(트림 플레이트가 완전히 개방된) 경우에는, 압축기 상류에서 신선 기체 라인의 전체 횡단면이 최대한 개방됨으로써, 압축기 유입부에서는 가능한 한 추가의 마찰 손실 또는 스로틀링 손실이 발생하지 않는다. 그렇기 때문에, 압축기 효율 및 압축기 특성 맵의 폭에 제동 한계의 방향으로 트림 플레이트에 의해 부정적인 영향이 크게 미치지 않는다.
트림 플레이트를 이용한 서지 한계의 이동 및 그와 동시에 압축기 효율의 상승에 의해, 동적 응답 특성 및 과급된 내연 기관의 부분 부하 모드가 개선될 수 있다. 개선된 시스템 효율에 의해, 부분 부하 영역에서 배기가스의 배압이 강하하고, 그로 인해 내연 기관의 소비가 감소한다. 효율 상승 및 서지 한계의 이동을 통해, 더 낮은 엔진 회전수에서 이미 최대 엔진 토크에 도달할 수 있고, 이로써 내연 기관의 과도 응답 특성이 개선될 수 있다.
동종의 내연 기관이 독일 공개 특허 출원 제DE 10 2010 026 176 A1호로부터 공지되어 있다. 이 문서에 공개된 트림 플레이트는, 한 실시예에서 복수의 얇은 판으로 형성된 원뿔을 포함한다. 이들 얇은 판은 2개의 층으로 배치되며, 이때 각 층의 얇은 판들이 서로 이격되고, 두 층이 서로에 대해 회전 오프셋됨에 따라, 하나의 층의 판들이 다른 개별 층의 판들의 간격을 덮는다. 종축 방향으로 변위 가능하고, 판들을 외부 면에서 둘러싸는 링을 이용해서, 원뿔의 배출구 횡단면을 형성하는 판의 단부들이 반경방향으로 변위될 수 있다. 그 결과, 배출구 횡단면의 크기가 변경됨으로써 압축기의 임펠러에 유입되는 유입 단면적의 크기도 변동한다.
최근의 연소 엔진에서는, 법으로 규정된 가스 배출 한계값에 도달하기 위해, 저압 배기가스 재순환 장치(Low-Pressure Exhaust Gas Recirculation, LP-EGR)의 사용이 증가하고 있다. 터보차저의 터빈 하류에서 제거된 배기가스가 터보차저의 압축기 전방의 유입부를 통해 유입되고, 상기 압축기에 의해 신선 기체가 흡인된다. 이 경우 재순환된 배기가스의 유입은, 신선 기체 내에 원치 않는 응축물 형성을 방지하거나 적게 유지하기 위해, 가급적 압축기 전방 근처에서 이루어져야 한다. LP-EGR 비율의 제어를 위해, 압축기 유입부 전방의 LP-EGR 유입부 내에 대개 제어 밸브가 통합된다.
LP-EGR의 공급 라인뿐만 아니라 트림 플레이트도 기능과 관련하여 압축기 임펠러 전방에 가급적 밀착 배치되어야 하며, 이는 설치 공간 상황이 상충되는 결과를 가져온다.
상기와 같은 선행 기술에 근거하는 본 발명의 과제는, LP-EGR을 종래의 내연 기관에 통합할 수 있는 바람직한 가능성을 제공하는 것이다.
상기 과제는, 독립 특허 청구항 1에 따른 내연 기관에 의해 해결된다. 이 내연 기관의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이며, 본 발명에 대한 이하의 설명에서 기술된다.
(하나 이상의) 연소 엔진, (하나 이상의) 배기가스 라인, (하나 이상의) 신선 기체 라인, 배기가스 라인 내에 통합된 (하나 이상의) 터빈을 갖춘 (하나 이상의) 터보차저 및 신선 기체 라인 내에 통합된 (하나 이상의) 압축기(특히 원심 압축기), 그리고 압축기 유입부의 단면적을 변동시킬 수 있는 (하나 이상의) 트림 플레이트를 구비한 동종의 내연 기관이 본 발명에 따라 (하나 이상의) 저압 배기가스 재순환 장치(LP-EGR)를 구비하며, 이 저압 배기가스 재순환 장치에 의해 배기가스가 터빈의 하류에서 배기가스 라인으로부터 제거되고, 압축기의 상류에서 신선 기체 라인 내로 유입될 수 있으며, 이때 LP-EGR의 (하나 이상의) 개구부가 트림 플레이트의 영역 내에, 다시 말해 트림 플레이트와 동일한, 또는 압축기 유입부의 단면적을 변동시키는 트림 플레이트 부재와 동일한, 신선 기체 라인의 섹션 내에 배치된다.
LP-EGR의 개구부가 트림 플레이트 내부에 통합됨으로써, 트림 플레이트뿐만 아니라 LP-EGR의 개구부도 압축기 임펠러의 유입측에 가급적 가깝게 배치될 수 있다. 그럼으로써, 상기 두 구성요소의 설치 공간 상충이 해소된다.
내연 기관의 본 발명에 따른 한 실시예를 통해, 이하에서 기술되는 바와 같은 추가의 장점들이 더 획득될 수 있다. 특히 바람직하게는, 트림 플레이트를 이용해서 신선 기체 라인 내부로 유입되는 배기가스의 양도 개회로 제어 혹은 폐회로 제어할 수 있도록, 개구부의 통합 및 트림 플레이트의 형상이나 압축기 유입부의 단면적을 조정하는 요소의 형상을 선택하는 점이 제안될 수 있다. 그에 따라, 압축기 유입량을 조정하는 가동 요소는 바람직하게 상기 요소가 LP-EGR을 위한 개회로 제어 밸브 또는 폐회로 제어 밸브로서 이용되도록 배치되고 형성될 수 있다. 그러한 구성은 특히 유리하게 변형될 수 있는데, 그 이유는 LP-EGR이 유용하게 사용될 수 있는 연소 엔진의 작동 영역들이 서지 한계 근처에서 압축기의 상응하는 모드와 규칙적으로 상호연관되기 때문이다. 특히, LP-EGR-비의 상승은 압축기 특성 맵 내 압축기 작동점의 서지 한계 방향으로의 이동과 상호연관될 수 있고, 그 결과 바람직하게 압축기 유입부의 횡단면이 축소되면 트림 플레이트가 배기가스 관류 횡단면을 확장할 수 있게 된다. 그에 따라, LP-EGR을 통해 재순환된 배기가스의 양은 트림 플레이트에 의한 유입부 횡단면의 축소에 비례해서 증가할 수 있다.
압축기의 작동을 위한 유입부 횡단면의 축소가 더 이상 불필요하고, 그에 따라 스로틀링 손실을 피하기 위해서도 이와 같은 유입부 횡단면의 축소가 방지되어야 하는 연소 엔진의 작동 상태에서는, LP-EGR을 통한 규칙적인 배기가스 재순환도 더 이상 불필요하다. 그렇기 때문에, 바람직하게는 트림 플레이트를 이용해서 관류 횡단면을 완전히 폐쇄할 수 있게 된다.
한 바람직한 실시예에서, 트림 플레이트는 관형 하우징(신선 기체 라인의 한 섹션) 내부에 배치된 깔때기 모양의 벽 시스템을 가질 수 있으며, 상기 벽 시스템의 배출구 횡단면은 상기 벽 시스템이 더 많이 확장되거나 더 조금 확장됨으로 인해 조정될 수 있으며, 이 경우 배기가스를 위한 관류 횡단면은 벽 시스템과 하우징 사이에 형성된다. 특히 바람직하게, 이때 LP-EGR의 개구부가 벽 시스템의 영역에 배치될 수 있다. 그에 따라, 벽 시스템은 LP-EGR을 위한 EGR-밸브의 밸브 몸체로서 이용될 수 있으며, 이 경우 벽 시스템은 확장이 완전하게 이루어졌을 때, 다시 말해 압축기 임펠러의 유입 단면적이 최대일 때 하우징의 한 섹션을 밸브 시트로서 이용한다. 이는, 트림 플레이트를 이용해서 재순환되는 배기가스의 제어가 구조적으로 간단하게 그리고 그로 인해 경제적으로 구현된다. 심지어 트림 플레이트가 EGR-밸브의 기능을 담당할 수 있는 경우에도 별도의 EGR-밸브가 제공될 수 있다. 이는, LP-EGR의 제어가 트림 플레이트 또는 EGR-재순환에 미치는 트림 플레이트의 영향과 무관하게 실시되어야 하는 경우에 특히 바람직할 수 있다.
한 바람직한 실시예에서, 벽 시스템은 원주 방향으로 상호 간격을 두고 환형으로 배치된 복수의 제1 벽 요소 및 원주 방향으로 상호 간격을 두고 환형으로 배치된 복수의 제2 벽 요소를 가질 수 있으며, 이때 제2 벽 요소들은 제1 벽 요소들의 간격을 덮는다. 또한, 트림 플레이트는 (예컨대 전기식, 압축 공기식 또는 유압식으로 작동되는) 조정 장치를 구비할 수 있으며, 이 조정 장치에 의해 배출구 횡단면을 형성하는 제1 및/또는 제2 벽 요소의 단부들이 반경 방향으로 변위될 수 있다. 이러한 방식으로, 조정 가능한 깔때기 모양의 벽 시스템이 구조적으로 간단하게 만들어질 수 있으며, 이러한 벽 시스템은 예컨대 탄성 중합체와 같은 고탄성 재료를 사용하지 않고도 충분히 만들 수 있다. 따라서, 벽 요소들은 바람직하게 대체로 강성인 재료 및 특히 금속(들)(예컨대 강)으로 형성될 수 있다.
조정 장치는 위치 식별 장치를 구비할 수 있으며, 이 위치 식별 장치는, 연소 엔진의 작동점에 맞춘 트림 플레이트의 목표 지향적 세팅을 위해, 내연 기관의 전자 제어 시스템(예컨대 엔진 제어 장치)에 벽 시스템의 개별 위치를 피드백할 수 있다.
벽 요소의 배출구 단면적 조정으로부터 도출되는 각도 변화를 수용할 수 있도록, 더욱 바람직하게는, 벽 요소들이 벽 시스템의 유입구 횡단면을 형성하는 단부에 회전 가능하게 지지될 수 있다.
이 경우 특히 바람직하게는, 적어도 소수의 벽 요소가 로커(rocker) 형태로 지됨으로써, 배출구 횡단면을 형성하는 이들 벽 요소의 단부들이 반경 방향으로 내측으로 이동할 때, 유입구 횡단면을 형성하는 이들 벽 요소의 단부들은 반경 방향 외측으로 이동할 수 있으며, 이는 (하나 이상의) 스프링 요소의 탄성 예압과 결부되어 있다. 그럼으로써, 벽 시스템이 개방된 위치로 스프링 가압되는 회전 가능한 지지가 간단하게 실현될 수 있다.
벽 요소들은 벽 시스템의 유입구 횡단면을 형성하는 단부에 (적어도 부분적으로) 단단히 고정될 수도 있으며, 이 경우 벽 요소들의 탄성 변형에 의한 각도 변화가 수용된다. 이 경우에는 변형이 비교적 적기 때문에, 각도 변화의 수용은 벽 요소들이 예컨대 금속(들)으로 형성된 경우에도 실현될 수 있다. 그럼으로써, 경우에 따라서는 벽 시스템을 개방된 위치로 가압하기 위한 추가의 스프링 요소가 생략될 수 있다.
바람직하게는, 벽 요소들이 U자 모양의 횡단면을 가질 수 있으며, 이 경우 각각의 제1 벽 요소의 자유 레그의 단부들이 각각 하나의 제2 벽 요소 상에 (그리고 그와 반대로) 올려진다. 그럼으로써, 제1 벽 요소와 제2 벽 요소 간에 이루어지는 미끄럼 방식의 상대 운동을 위한 저항이 작게 유지될 수 있다. 또한, 그로 인해 벽 시스템의 최대 확장이 제한될 수 있다.
조정 장치의 구조적으로 간단한 한 바람직한 실시예는 하나 또는 복수의 가이드 홈을 갖는 조정 링을 포함할 수 있으며, 이 경우 제1 및/또는 제2 벽 요소는, 조정 링의 회전이 배출구 횡단면을 형성하는 제1 및/또는 제2 벽 요소의 단부들이 반경 방향으로 이동하도록 가이드 홈 내에서 안내된다.
청구항 제7항 내지 제11항에 따른 트림 플레이트의 실시예들은 트림 플레이트의 영역에 있는 LP-EGR의 개구부와 무관하며, 공지된 트림 플레이트들에 비해 관련 장점들을 갖는다. 따라서 이 실시예들은 공지된 트림 플레이트들과 무관한 발명들이다.
본 발명은, 도면에 도시된 실시예들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1은 완전히 개방된 배출구 횡단면을 갖는 트림 플레이트 및 본 발명에 따른 내연 기관의 압축기를 제1 실시예에서 개략도로 보여주며;
도 2는 도 1에 따른 트림 플레이트를 도 1의 절단 평면 Ⅱ-Ⅱ를 따라서 절단하여 도시한 횡단면도를 보여주고;
도 3은 도 1에 따른 트림 플레이트 및 압축기로 이루어져 있지만, 트림 플레이트의 배출구 횡단면이 축소된 상태의 유닛을 보여주며;
도 4는 도 3에 따른 트림 플레이트를 도 3의 절단 평면 Ⅳ-Ⅳ를 따라서 절단하여 도시한 횡단면도를 보여주고;
도 5는 완전히 개방된 배출구 횡단면을 갖는 트림 플레이트 및 본 발명에 따른 내연 기관의 압축기를 제2 실시예에서 보여주며;
도 6은 도 5에 따른 트림 플레이트 및 압축기로 이루어져 있지만, 트림 플레이트의 배출구 횡단면이 축소된 상태의 유닛을 보여주고;
도 7은 본 발명에 따른 내연 기관을 위한 트림 플레이트의 조정 장치 및 조정 가능한 벽 시스템을 제3 실시예에서 제1 사시도로 보여주며; 그리고
도 8은 도 7에 따른 벽 시스템 및 조정 장치로 이루어진 유닛을 제2 사시도로 보여준다.
도 1 및 도 3은, 원심 압축기(10)를 개략적인 종단면도로 그리고 본 발명에 따른 내연 기관을 위한 트림 플레이트(12)의 제1 실시예를 보여준다.
트림 플레이트(12)는 튜브 모양의 하우징(14)을 포함하고, 이 하우징은 원심 압축기(1)의 상류에서 내연 기관의 신선 기체 라인 내부에 통합될 수 있다. 이때, 하우징(14)은 하류 쪽으로 직접 유입구 측에서 원심 압축기(10)에 연결되어 있다. 하우징(14) 내부에는 벽 시스템(16)이 배치되어 있고, 이 벽 시스템은 본 실시예에서 절반 쉘 모양의 혹은 블레이드 모양의 2개의 벽 요소(18)를 포함하며, 이들 벽 요소는 자신의 상류 쪽 단부에서 하우징(14)의 내부 면에 회전 가능하게 지지되어 있다. 이들 단부에서 2개의 벽 요소(18)는 실질적으로 반원 형태의 횡단면을 갖는다. 벽 요소(18)의 부분 원 형태의 횡단면의 길이는 하류 쪽 단부의 방향으로 가면서 연속으로 단축되며, 이 경우 도 1 내지 도 4의 위쪽에 도시된 벽 요소(18)의 길이 단축 폭은 아래 벽 요소(18)의 길이 단축 폭보다 더 크다. 이는, 벽 요소(18)들이 도면에 도시되지 않은 조정 장치에 의해 내부로 피봇팅 될 수 있음으로써, 하류 쪽 자유 단부들이 [트림 플레이트의 종축(20)을 기준으로] 반경 방향 내부로 이동할 때에, 상부 벽 요소(18)가 하부 벽 요소(18) 내부에 잠길 수 있게 한다(도 4 참조). 이러한 피봇팅 동작에 의해서는, 벽 시스템(16) 혹은 트림 플레이트(12)의 배출구 횡단면의 크기가 도 1에 도시된 바와 같은 완전히 개방된 위치에 비해 축소된다(도 3 참조). 그와 동시에, 배출구 횡단면의 형태 변경은 실질적으로 원 형태로부터 타원 형태로 이루어진다. 배출구 횡단면의 축소는, 트림 플레이트(12)를 관류하는 신선 기체가 원심 압축기(10)의 임펠러(22)의 중앙 섹션에 집중되게끔 하고, 이로써 트림 플레이트(12)가 완전히 개방된 위치에 비해서 원심 압축기(10)의 유입 단면적을 축소시킨다.
아래 벽 섹션(18)은, 트림 플레이트(12)의 벽 섹션(16)의 영역에서 그 하우징(14) 내부와 연통되는 LP-EGR의 EGR-밸브로서도 이용된다. 트림 플레이트(12)가 완전히 개방된 상태에서는, 아래 벽 요소(18)가 LP-EGR의 개구부(24)를 완전히 덮음으로써, 결국 배기가스 재순환은 실질적으로 전혀 이루어지지 않게 된다. 트림 플레이트(12)의 배출구 횡단면이 점차 축소됨에 따라, 아래 벽 요소(18)는 부분 원 모양으로 확장되는 환형 갭을 개방시키고, 이 환형 갭을 통해서 배기가스가 LP-EGR로부터 원심 압축기(10) 내부로 유입될 수 있다.
도 5 및 도 6은, 원심 압축기(10) 및 트림 플레이트(12)를 도 1 내지 도 4에 따른 실시예에 대해 변형된 실시예에서 보여준다.
트림 플레이트(12)는 하우징(14)을 포함하고, 이 하우징은 원심 압축기(10)의 하우징(26)에 의해 형성된 수용부 내부에 움직일 수 없게 배치되어 있다. 트림 플레이트(12)의 하우징(14) 내부에는 깔때기 모양의 벽 시스템(16)이 배치되어 있으며, 이 벽 시스템은 부분 원 모양의 횡단면을 갖는 스트립 형태의 복수의 벽 요소(28, 30)로부터 형성되어 있다. 벽 시스템(16)은 도 7 및 도 8에 도시되어 있는 바와 같은 벽 시스템(16)에 상응한다. 벽 요소(28, 30)는 동축의 원 모양의 2개 층 내부에 배치되어 있고, U자 모양의 횡단면을 갖는데, 다시 말해 이들 층은 각각 횡단면 상으로 볼 때 부분 원 모양의 스트립 형태의 베이스 섹션 외에, 이 베이스 섹션으로부터 대략 직각으로 연장되는 2개의 레그를 더 포함하며, 이 경우 내부에 놓인 제1 층의 (제1) 벽 요소(28)의 레그들은 반경 방향 외부로 향하고 있는 한편, 외부에 놓인 제2 층의 (제2) 벽 요소(30)의 레그들은 반경 방향 내부로 향하고 있다. 2개 층 각각의 벽 요소(28, 30)는 또한 서로에 대해 간격을 두고 배치되어 있으며, 이 경우에는 2개 층 사이에 회전 오프셋(rotational offset)이 제공되어 있음으로써, 결과적으로 각각의 층의 벽 요소(28, 30)는 각각 다른 층의 중간 공간을 덮는다. 그럼으로써, 실질적으로 폐쇄된 깔때기 모양의 벽 시스템(16)이 나타난다. 2개 층의 벽 요소(28, 30)는 레그의 비교적 면적이 작은 단부 에지를 통해 서로 접촉하고, 이로써 벽 요소(28, 30)는 상대적으로 저항 없이 서로의 위로 미끄러질 수 있다. 또한, 벽 요소(28, 30)의 레그는 벽 시스템(16)의 확장을 제한하는 단부 스토퍼를 형성한다.
완전히 개방된 상태에서도 깔때기 모양인 벽 시스템(16)의 확장은 더 많이 혹은 더 조금 이루어지며, 다시 말해 벽 요소(28, 30)의 하류 쪽 자유 단부의 반경 방향 이동은 도 5 및 도 6에 따른 실시예에서 슬라이딩 링(32)에 의해 이루어지며, 이 슬라이딩 링은 벽 요소(28, 30)를 외측에서 둘러싸고, 조정 장치(34)에 의해 자신의 종축의 방향으로 이동할 수 있다. 벽 요소(28, 30)의 상류 쪽 단부들이 회전 가능하게 혹은 피봇팅 가능하게 지지되어 있음으로써, 결과적으로 자유 단부들의 반경 방향 이동에 의해 설정되는 각도 변경은 벽 요소(28, 30)의 변형에 의해 보상되지 않는다. 회전 가능한 지지 또는 로커 형태의 지지를 위한 지지 요소로서는, 벽 요소(28, 30)의 개수에 상응하는 개수의 슬롯 모양의 개구를 갖는 지지 링(36)이 이용되며, 상기 슬롯 모양의 개구를 관통해서 벽 요소(28, 30)의 좁고 긴 단부 섹션들이 연장된다. 예컨대 탄성 중합체로 이루어진 스프링 링(38)에 의해서는, 벽 시스템(16)이 자신의 완전히 개방된 위치(도 5 참조)로 이동된다. 스프링 링(38)은 각각의 제1 벽 요소(28)의 단부 섹션에 의해 대략 반원 모양으로 둘러싸인다. 벽 요소(28, 30)가 지지 링(36) 내부에 로커 형태로 지지되기 때문에, 벽 요소(28, 30)의 자유 단부들의 내부로 향하는 반경 방향 이동 동작은 단부 섹션들의 외부로 향하는 반경 방향 이동 동작을 야기하고, 이로써 스프링 링(38)의 탄성 예압(의 증가)과 함께 탄성적인 원주 확장을 야기한다.
원심 압축기(10)의 하우징(26) 내부에서는, 본 발명에 따른 내연 기관의 LP-EGR에 연결하기 위해서 제공된 개구부 채널(40)이 뻗는다. 개구부 채널(40)은 벽 시스템(16)의 영역에서 트림 플레이트(12)의 하우징(14) 내부와 연통된다. 이로써, 개구부 채널(40)로부터 배출되는 배기가스는 벽 시스템(16)을 환상으로 둘러싸는 환형 공간(42)(annular space) 내부에서 확장될 수 있다. 트림 플레이트(12)가 완전히 개방된 상태에서는, 벽 요소(28, 30)의 자유 단부들이 원심 압축기(10)의 한 유입구 채널의 한 에지(44)에 접한다. 그럼으로써, 배기가스가 환형 공간(42)으로부터 원심 압축기(10)의 유입구 채널 내부로 넘쳐 흐르는 현상이 전반적으로 피해진다. 벽 요소(28, 30)의 자유 단부들이 반경 방향 내부로 이동함으로 인해 트림 플레이트(12)의 배출구 횡단면이 점차 축소됨에 따라, 원 모양으로 확장되는 환형 갭이 개방되고, 이 환형 갭을 통해서 배기가스가 환형 공간(42)으로부터 원심 압축기(10) 내부로 유입될 수 있다.
도 7 및 도 8에는, 도 5 및 도 6에 따른 트림 플레이트(12)에서 사용될 수 있는 바와 같은 조정 장치(34)의 한 대안 실시예가 도시되어 있다. 조정 장치(34)는 조정 링(46)을 포함하고, 이 조정 링은 제2 벽 요소(30)의 개수에 상응하는 개수의, 비스듬하게 뻗는 가이드 홈(48)을 구비한다. 각각의 가이드 홈(48) 내부에는 가이드 볼트(50)가 이동 가능하게 지지되어 있다. 가이드 볼트(50)는 각각 하나의 고정 암(52)을 통해서 제2 벽 요소(30)들 중 하나에 연결되어 있다. 가이드 홈(48)이 비스듬하게 정렬됨으로써, 조정 링(46)의 회전은 가이드 볼트(50) 및 그와 더불어 제2 벽 요소(30)의 반경 방향 이동 동작을 야기한다. 반경 방향 내부로 이동할 때 제2 벽 요소(30)는 제1 벽 요소(28)와 함께 움직인다. 그와 달리 반경 방향 외부로 이동하는 경우, 스프링 링(38)을 이용한 작동은 제1 벽 요소(28)가 제2 벽 요소(30)의 동작을 따라가게끔 해준다.
10: 원심 압축기
12: 트림 플레이트
14: 하우징
16: 벽 시스템
18: 벽 요소
20: 종축
22: 임펠러
24: 개구부
26: 하우징
28: 제1 벽 요소
30: 제2 벽 요소
32: 슬라이딩 링
34: 조정 장치
36: 지지 링
38: 스프링 링
40: 개구부 채널
42: 환형 공간
44: 에지
46: 조정 링
48: 가이드 홈
50: 가이드 볼트
52: 고정 암

Claims (10)

  1. 연소 엔진, 배기가스 라인, 신선 기체 라인, 배기가스 라인 내에 통합된 터빈을 갖춘 터보차저 및 신선 기체 라인 내에 통합된 압축기(10), 그리고 압축기 유입부의 횡단면을 조정할 수 있는 트림 플레이트(12)를 구비한 내연 기관에 있어서,
    상기 내연기관은 저압 배기가스 재순환 장치를 구비하며, 상기 저압 배기가스 재순환 장치에 의해 배기가스가 터빈의 하류에서 배기가스 라인으로부터 제거되고, 압축기의 상류에서 신선 기체 라인 내로 유입될 수 있으며, 저압 배기가스 재순환 장치의 개구부가 트림 플레이트(12)의 영역 내에 배치되고,
    트림 플레이트(12)에 의해, 신선 기체 라인 내로 유입되는 배기가스의 양도 제어될 수 있고,
    트림 플레이트(12)의 배출구의 횡단면의 축소는 트림 플레이트(12)를 관류하는 신선 기체가 압축기(10)의 임펠러(22)의 중앙 섹션에 집중되게 하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 트림 플레이트(12)는 압축기 유입부의 횡단면이 축소되면 배기가스용 관류 횡단면을 확대시키는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
  4. 제3항에 있어서, 상기 관류 횡단면은 트림 플레이트(12)에 의해 완전히 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 트림 플레이트(12)는 관형 하우징(14) 내부에 배치된 깔때기 모양의 벽 시스템(16)을 가지며, 상기 벽 시스템(16)의 배출구 횡단면은 상기 벽 시스템(16)이 더 많이 확장되거나 더 조금 확장됨으로 인해 조정될 수 있으며, 배기가스용 관류 횡단면은 상기 벽 시스템(16)과 상기 하우징(14) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
  6. 제5항에 있어서, 저압 배기가스 재순환 장치의 개구부(24)가 외부 면에서 벽 시스템(16)의 영역 내에 배치되거나, 상기 벽 시스템(16)이 원주 방향으로 상호 간격을 두고 환형으로 배치되는 복수의 제1 벽 요소(28) 및 원주 방향으로 상호 간격을 두고 환형으로 배치되는 복수의 제2 벽 요소(30)를 가지며, 상기 제2 벽 요소들(30)이 상기 제1 벽 요소들(28) 사이의 간격을 메우며, 트림 플레이트(12)는, 배출구 횡단면을 형성하는, 제1 벽 요소(28) 또는 제2 벽 요소(30), 또는 제1 벽 요소(28) 및 제2 벽 요소(30)의 단부들이 반경 방향으로 이동될 수 있게 하는 조정 장치(34)를 구비한 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
  7. 제6항에 있어서, 벽 요소(28, 30)는 벽 시스템(16)의 유입구 횡단면을 형성하는 단부에 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
  8. 제7항에 있어서, 벽 요소들(28, 30) 중 적어도 일부가 로커 형태로 지지됨에 따라, 배출구 횡단면을 형성하는 상기 벽 요소(28, 30)의 단부들이 반경 방향으로 내측을 향해 이동되면, 유입구 횡단면을 형성하는 상기 벽 요소(28, 30)의 단부들은 반경 방향 외측으로 이동되며, 이는 스프링 요소의 탄성 초기 응력과 결부되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
  9. 제6항에 있어서, 벽 요소들(28, 30)은 U자형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
  10. 제6항에 있어서, 조정 장치(34)가 하나 또는 복수의 가이드 홈(48)을 갖는 조정 링(46)을 포함하며, 제1 벽 요소(28) 또는 제2 벽 요소(30), 또는 제1 벽 요소(28) 및 제2 벽 요소(30)는, 배출구 횡단면을 형성하는, 제1 벽 요소(28) 또는 제2 벽 요소(30)의 단부들, 또는 제1 벽 요소(28) 및 제2 벽 요소(30)의 단부들이 상기 조정 링(46)의 회전으로 인해 반경 방향으로 이동되도록, 하나 또는 복수의 가이드 홈(48) 내에서 안내되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관.
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