KR20040037773A - 터보 차저의 오일 리크 방지장치 - Google Patents

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KR20040037773A
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이상동
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현대자동차주식회사
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    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
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Abstract

본 발명은 함으로써 컴프레서 휠 배면에 형성되는 압력과 센터 하우징 내부 압력 차이를 해소하여 안정적인 터보 차저 운전 및 엔진의 내구 신뢰성을 향상시키는 터보 차저의 오일 리크 방지장치에 관한 것으로, 터보 차저의 컴프레서 휠 배면에 인접되도록 장착되며, 상기 컴프레서 휠 배면에 인접되는 중심부에 인접되는 위치에 형성되는 관통부를 갖는 백 플레이트와; 상기 관통부에 결합되어 컴프레서 고압단과 연결되어 상기 컴프레서 고압단으로부터 공급되는 압력을 상기 컴프레서 휠 배면으로 안내하는 연결관을 포함하여 구성한다.

Description

터보 차저의 오일 리크 방지장치{OIL LEAK PREVENTION DEVICE OF TURBOCHARGER}
본 발명은 터보 차저에 관한 것으로서, 특히 터보 차저의 오일 리크 방지장치에 관한 것이다.
통상적으로, 디젤 엔진에서의 공연비는 분위기 온도에 더불어 점화지연을 지배하며, 이는 연소 및 배출물 특성과 연관되고 동일한 엔진 회전 속도에서 부하의증가에 따라 연료량도 증가하기 때문에 적절한 공연비 제어는 매우 중요하다.
자연 급기식 디젤 엔진에서의 공연비는 엔진 회전 속도에 따라 증가하는 공기량에 맞추어 부하에 따라 분사량을 조정함으로써 제어된다.
그러나, 터보 차저 엔진에서는 과급된 공기량이 동일한 엔진 회전 속도에서도 달라지므로, 이에 따라 변하는 공기량에 따라 분사량도 제어된다.
이러한 터보 차저 엔진에 사용되는 터보 차저 가운데 베리어블 지오메트리 터보 차저(VGT ; Variable Geometry Turbocharger)가 있다.
베리어블 지오메트리 터보 차저(VGT)는 저속 영역에서의 특성을 향상시킬 수 있고, 과급 공기량의 제어 범위가 넓은 특징이 있어 최근에 주목받고 있다.
이는 공연비의 제어를 분사량과 함께 과급압도 웨이스트 게이트 터보 차저(WGT)에 비하여 탄력적인 제어가 가능하기 때문이다.
상기한 바와 같이 베리어블 지오메트리 터보 차저(VGT)는 저속 영역의 공기량 증대와 고속 영역의 과도한 과급 해소를 위해 사용하며, 전자제어에 의한 전영역 공기량 제어가 가능하다.
이러한 베리어블 지오메트리 터보 차저(VGT)가 장착된 엔진의 회전수(w)가 증대하게되면, 도 1에 도시된 바와 같이 컴프레서 휠(120)(Compressor Wheel) 배면에는 원심력에 의해 중심방향으로 진공 압력(배면 압력 ; P1)이 형성된다.
부스터 압력(Boost Pressure ; P0)이 높은 경우는 일반적으로 대기 압력 이하로 저하되기 어려우나 엔진 모터링(Engine Motoring), 베리어블 지오메트리 터보 차저(VGT)의 저속/저부하 영역, 흡기계 오염 등의 인자가 작용할 경우 대기 압력수준의 센터 하우징 내부 압력(P2 ; ≒대기 압력)보다 낮아져 센터 하우징의 윤활 오일이 백 플레이트(110)(Back Plate)를 통해 컴프레서 휠(120) 측으로 유출된다.
이러한 현상은 일반적인 터보 차저의 오일 리크(Oil Leak) 현상이다.
도 1과 도 2를 참조하면, P2 > P1인 영역에서 피스톤 링(130) 및 링 그루브를 통해 오일이 센터 하우징에서 컴프레서 휠(120) 측으로 유출되는 것을 알 수 있다.
위와 같은 방법을 사용할 때 종래 기술에 따라 오일 리크로 인한 엔진의 문제점은 다음과 같다.
먼저, 오일 소모량 증대로 인한 오일 교환주기가 짧아지게 된다.
그리고, 인터쿨러 내부, 흡기 포터, 흡기 밸브 상부, 특히 배기 가스 재순환(EGR) 적용시 흡기 포트와 흡기 밸브의 카본 퇴적과 같이 흡기 계통을 오염시켜 엔진 성능에 영향을 준다.
또한, 피스톤의 톱 랜드 및 톱 링 그루브에 오일이 연소되어 하드 카본이 퇴적되는 문제점이 있었다.
그리고, 오일의 불완전 연소로 인해 발생되는 탄화수소 및 스모크(Smoke)와 같은 오염 물질 증대의 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 함으로써 컴프레서 휠 배면에 형성되는 압력과 센터 하우징 내부 압력 차이를 해소하여 안정적인 터보 차저 운전 및 엔진의 내구 신뢰성을 향상시키는 터보 차저의 오일 리크 방지장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 터보 차저의 컴프레서 휠 주변 압력 분포 관계를 도시한 도면.
도 2는 컴프레서 휠의 반경(r) 방향에 따른 부스트 압력(P0), 배면 압력(P1), 센터 하우징 내압(P2)의 관계를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터보 차저의 오일 리크 방지장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 컴프레서 휠의 반경(r) 방향에 따른 부스트 압력(P0), 배면 압력(P1), 센터 하우징 내압(P2)의 관계를 도시한 도면.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 터보 차저의 오일 리크 방지장치에 있어서, 상기 터보 차저의 컴프레서 휠 배면에 인접되도록 장착되며, 상기 컴프레서 휠 배면에 인접되는 중심부에 인접되는 위치에 형성되는 관통부를 갖는 백 플레이트와; 상기 관통부에 결합되어 컴프레서 고압단과 연결되어 상기 컴프레서 고압단으로부터 공급되는 압력을 상기 컴프레서 휠 배면으로 안내하는 연결관을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터보 차저의 오일 리크 방지장치의 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 컴프레서 휠의 반경(r) 방향에 따른 부스트 압력(P0), 배면 압력(P1), 센터 하우징 내압(P2)의 관계를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 터보 차저의 오일 리크 방지장치에 있어서, 백 플레이트(310)(Back Plate), 연결관(320)을 포함하여 구성한다.
백 플레이트(310)는 터보 차저의 컴프레서 휠 장착 공간과 센터 하우징 내압이 작용하는 공간 사이에서 터보 차저의 컴프레서 휠 배면에 인접되도록 장착되며, 컴프레서 휠 배면에 인접되는 중심부에 인접되는 위치에 형성되는 관통부(312)를 갖는다.
관통부(312)는 도 3에 도시된 바와 같이 터보 차저의 컴프레서 휠 배면에 인접되는 위치에 반구형의 홈(314)을 형성한다.
연결관(320)은 관통부(312)에 결합되어 컴프레서 고압단과 연결되어 컴프레서 고압단으로부터 공급되는 압력을 컴프레서 휠 배면의 중심방향으로 안내하는 기능을 한다.
연결관(320)은 고압단과 연결할 수 있는 니플로 구성한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 컴프레서 오일 리크 방지를 위해 컴프레서 고압단을 백 플레이트(310)에 형성된 관통부(312) 및 연결관(320)과 연결시켜 컴프레서 휠 배면을 가압한다.
이러한 가압동작에 따라 컴프레서 휠 배면에 가해지는 압력(P1)은 상승되어 대기 압력 수준의 센터 하우징 내압(P2 ; ≒대기 압력)과 대등하거나 더 높은 압력이 형성된다.
이로 인해 센터 하우징의 윤활 오일이 컴프레서 휠 측으로 유출되는 오일 리크 발생 영역을 배제할 수 있다.
가압에 사용된 고압단측 공기는 컴프레서 휠 배면을 빠져나와 다시 고압단으로 흐르므로 공기량의 손실이나 고압의 압력 손실은 미소하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 터보 차저의 오일 리크 방지장치는 오일 소모 증대를 방지하여 윤활 안정성을 증대시킨다.
또한, 오일 연소에 의한 배기 오염 물질을 저감시켜 피스톤의 카본 퇴적을 개선시키는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 터보 차저의 오일 리크 방지장치에 있어서,
    상기 터보 차저의 컴프레서 휠 배면에 인접되도록 장착되며, 상기 컴프레서 휠 배면에 인접되는 중심부에 인접되는 위치에 형성되는 관통부를 갖는 백 플레이트와;
    상기 관통부에 결합되어 컴프레서 고압단과 연결되어 상기 컴프레서 고압단으로부터 공급되는 압력을 상기 컴프레서 휠 배면으로 안내하는 연결관을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 터보 차저의 오일 리크 방지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관통부는 터보 차저의 컴프레서 휠 배면에 인접되는 위치에 반구형의 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보 차저의 오일 리크 방지장치.
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