KR20120099617A - 다단 터보차저 장치 - Google Patents
다단 터보차저 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20120099617A KR20120099617A KR1020127001010A KR20127001010A KR20120099617A KR 20120099617 A KR20120099617 A KR 20120099617A KR 1020127001010 A KR1020127001010 A KR 1020127001010A KR 20127001010 A KR20127001010 A KR 20127001010A KR 20120099617 A KR20120099617 A KR 20120099617A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- turbine
- housing unit
- inner shell
- compressor
- pressure
- Prior art date
Links
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 18
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 16
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 claims 10
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/013—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
- F01D11/04—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/105—Final actuators by passing part of the fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/12—Cooling
- F01D25/125—Cooling of bearings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
- F01D25/14—Casings modified therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
- F01D25/162—Bearing supports
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/004—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust drives arranged in series
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
- F02B37/162—Control of the pumps by bypassing charging air by bypassing, e.g. partially, intake air from pump inlet to pump outlet
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
- F02B39/005—Cooling of pump drives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
- F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
- F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2230/00—Manufacture
- F05D2230/50—Building or constructing in particular ways
- F05D2230/53—Building or constructing in particular ways by integrally manufacturing a component, e.g. by milling from a billet or one piece construction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/40—Use of a multiplicity of similar components
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Supercharger (AREA)
Abstract
본 발명은, 터빈 하우징(26A), 베어링 하우징(27A), 압축기 하우징(28A)을 구비한 고압 터보차저(20); 및 터빈 하우징(26B), 베어링 하우징(27B), 압축기 하우징(28B)을 구비한 저압 터보차저(21)를 포함하며, 배기가스를 운반하기 위한 일체형 내부 쉘(23)이 터빈 하우징들(26A, 26B)에 구비되는 것인 다단 터보차저 장치(1)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 내연기관용 다단 터보차저 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 주지된 통상의 다단 터보차저 장치는 일반적으로 직렬로 배치된 2개 이상의 터보차저로 구성된다. 상기 시스템, 특히 폐쇄된 고압 터빈 바이패스 밸브 하류에 발생하는 배기가스 누출은, 터보차저 장치가 모든 작동 상태에서 최적으로 기능하는 것을 방지한다. 종래 기술에서, 상기 누출은, 사용된 바이패스 밸브가 밸브 시트에서 누출이 매우 적다는 점에서 방지된다. 그러나, 배기가스 유동 덕트와 터빈 하우징 사이에 열전달을 저감하기 위해 공극을 가지며, 마찬가지로 공극에 둘러싸인 고압 터빈 바이패스 밸브를 구비하는 종래 기술의 다단 터보차저 장치에서도, 고압 터빈 바이패스 밸브를 둘러싼 공극을 통해, 폐쇄된 고압 터빈 바이패스 밸브 하류에 상당한 배기가스 누출이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 주지된 터보차저 장치에 비해 효율이 개선된 다단 터보차저 장치를 제공하는 데에 있다.
상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해 달성된다.
종속 청구항들은 본 발명의 유리한 양상에 관한 것이다.
터빈 하우징 내에 배기가스를 운반하기 위한 일체형 내부 쉘을 배치하면, 터빈으로의 배기가스 공급이 최적화되기 때문에 효율이 개선된다. 또한, 종래 기술의 터보차저 장치에 비해, 터빈 하우징 영역의 배기가스 누출량이 상당히 감소한다. 아울러, 일체형 내부 쉘로 인해, 특히 터빈 하우징 유닛 및 베어링 하우징 유닛에 대한 단열을 개선하는 것이 가능하다.
본 발명의 다른 상세들, 이점들 및 특징들은 첨부 도면에 기반한 예시적인 실시형태들에 대한 후술하는 설명에 의해 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다단 터보차저 장치의 제1 실시형태의 개략적으로 단순화된 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다단 터보차저 장치의 제2 실시형태의 개략적으로 단순화된 도면이다.
도 3은 종래 기술의 다단 터보차저 장치의 개략적으로 단순화된 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 다단 터보차저 장치의 제1 실시형태의 개략적으로 단순화된 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 다단 터보차저 장치의 제2 실시형태의 개략적으로 단순화된 도면이다.
도 3은 종래 기술의 다단 터보차저 장치의 개략적으로 단순화된 도면이다.
본 발명에 따른 다단 터보차저 장치(1)의 제1 실시형태가 도 1을 참조하여 이하에 설명될 것이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 다단 터보차저 장치(1)는, 고압 터빈(4)이 샤프트(14)에 의해 고압 압축기(10)에 연결된 고압 터보차저(20), 및 저압 터빈(6)이 샤프트(15)에 의해 저압 압축기(9)에 연결된 저압 터보차저(21)를 구비한다. 고압 터빈(4)과 저압 터빈(6)은 공통의 터빈 하우징 유닛(26)에 배치되고, 상기 터빈 하우징 유닛은 고압 터보차저(20)의 터빈 하우징 섹션(26A) 및 저압 터보차저(21)의 터빈 하우징 섹션(26B)으로 나뉘어진다. 열에 의해 팽창할 수 있는 내부 쉘(23)이 터빈 하우징 유닛(26)의 내부에 삽입되고, 상기 내부 쉘(23) 내에서 뜨거운 엔진 배기가스(Ag)가 고압 터빈(4) 및 저압 터빈(6)을 통해 흐른다. 다단 터보차저 장치(1)의 상기 제1 실시형태의 내부 쉘(23)은, 내부 쉘(23) 중 공극(22)에 인접한 면에 마련되는 전체 실링 재킷(23A)을 구비한다.
터빈 하우징 유닛(26)과 베어링 하우징 유닛(27)에 대해, 엔진 배기가스(A)에 의해 가열되는 내부 쉘(23)을 단열하는 공극(22)이, 내부 쉘(23)의 실링 재킷(23A)과 터빈 하우징 유닛(26) 및 또한 베어링 하우징 유닛(27) 사이에 형성된다. 아울러, 터빈 하우징 유닛(26)과 베어링 하우징 유닛(27)에는 각각 냉각 덕트(24, 25)가 형성되고, 상기 냉각 덕트에는 냉각수가 흘러 터빈 하우징 유닛(26)과 베어링 하우징 유닛(27)의 온도를 낮추거나, 또는 상기 온도를 터보차저 장치(1)의 모든 작동 상태에서 허용 가능한 레벨로 유지한다.
또한, 고압 터빈(4)의 바이패스(5)가 고압 터보차저(20)의 터빈 하우징 섹션(26A)에 형성되고, 상기 바이패스(5)는 조절 밸브(5a)를 구비하여, 조절 밸브(5a)가 개방될 때, 엔진 배기가스(A)가 이를 통해 고압 터빈(4)을 우회한다. 더욱이, 웨이스트게이트 장치(7)가 저압 터보차저(21)의 터빈 하우징 섹션(26B)에 형성되고, 상기 웨이스트게이트 장치(7)의 내부에 웨이스트게이트 밸브(7a)가 배치된다. 웨이스트게이트 밸브(7a)가 개방될 때, 엔진 배기가스(A) 유동의 일부가 저압 터빈(6)을 우회하여 배기구(8)로 직접 흐를 수 있다(도 3 참조).
고압 터보차저(20)의 샤프트(14) 및 저압 터보차저(21)의 샤프트(15)는, 고압 터보차저(20)의 베어링 하우징 섹션(27A) 및 저압 터보차저(21)의 베어링 하우징 섹션(27B)으로 조립된 공통의 베어링 하우징 유닛(27)에 장착된다.
고압 터보차저(20)의 고압 압축기(10) 및 저압 터보차저(21)의 저압 압축기(9)는, 고압 터보차저(20)의 압축기 하우징 섹션(28A) 및 저압 터보차저(21)의 압축기 하우징 섹션(28B)으로 조립되고 압축기 커버(29)에 의해 폐쇄되는 공통의 압축기 하우징 유닛(28)에 배치된다. 도 1의 도시에서 알 수 있는 바와 같이, 고압 압축기(10)는 또한 베어링 하우징 유닛(27)에 부분적으로 형성되고, 저압 압축기(9)는 또한 압축기 커버(29)에 부분적으로 형성된다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 공기(L)가 압축기 커버(29)에 형성된 덕트(16)를 통해 외부로부터 저압 압축기(9)로 공급되는데, 상기 덕트(16)는 추가 프로파일에 걸쳐 저압 압축기(9)와 고압 압축기(10) 사이의 압축기 하우징 유닛(28)에 형성되어, 고압 압축기(10) 하류의 베어링 하우징 유닛(27), 압축기 하우징 유닛(28), 및 압축기 커버(29)를 통해 진행된다. 아울러, 압축기 바이패스 덕트(11)가 고압 압축기(10) 영역에서 압축기 커버(29)에 형성되며, 압축기 바이패스 밸브(11a)를 포함한다. 상기 압축기 바이패스 덕트(11)를 통해 충전 공기(L)가 고압 압축기(10) 주위에서 전체적으로 또는 부분적으로 운반되어, 다량의 공기 유동 시에 고압 압축기(10)의 스로틀링(throttling)을 방지할 수 있다.
공통의 터빈 하우징 유닛(26), 베어링 하우징 유닛(27), 압축기 하우징 유닛(28) 중 서로 실질적으로 평행하게 형성된 연결면들은, 나사 연결, 용접 연결, 접착 연결, 및/또는 클램핑 연결에 의해 서로 연결되지만, 도 1에 도시되어 있지 않다.
주변 공극(22)에 대해 전체 실링 재킷(23A)을 구비한 내부 쉘(23)의 경우, 고압 터빈(4)의 바이패스(5)의 조절 밸브(5a)가 내부 쉘(23)에 통합되어, 조절 밸브(5a)가 폐쇄될 때, 실질적으로 배기가스가 고압 터빈(4)을 통과하지 않고는 고압 터빈(4) 상류의 영역(A)으로부터 고압 터빈(4) 하류의 영역(C)으로 전달될 수 없다.
또한, 저압 터빈(6)의 웨이스트게이트 밸브(7a)가 내부 쉘(23)에 통합되어, 웨이스트게이트 밸브(7a)가 폐쇄될 때, 실질적으로 배기가스가 저압 터빈(6)을 통과하지 않고는 저압 터빈(6) 상류의 영역(C)으로부터 저압 터빈(6) 하류의 영역(D)으로 전달될 수 없다.
더욱이, 내부 쉘(23)은 완전히 실링되므로, 배기가스가 고압 터빈(4) 상하류의 영역들(A, B) 및 저압 터빈(6) 상하류의 영역들(C, D)로부터 주변 공극(23) 영역(E)으로 빠져나가거나, 또는 고압 터빈(4) 또는 저압 터빈(6) 또는 고압 터빈 조절 밸브(5a) 또는 저압 터빈 바이패스 밸브(7a)를 우회하거나 주변 환경으로 배출될 수 없다. 내부 쉘(23)은 열에 따라 팽창 및 수축할 수 있도록 설계되어, 실링 성능을 잃지 않고 온도 사이클 중에 발생하는 열응력을 보상한다. 여기서, 내부 쉘(23)은 가능한 한 큰 열팽창이 가능해야 한다.
또한, 내부 쉘(23)의 모든 부분, 및 내부 쉘(23)의 다양한 부분이 서로 결합되고 내부 쉘(23)이 시작 및 종료되는 연결부는, 실링 성능을 잃지 않고 높은 압력 및 압력 충격을 견디어야 한다.
아울러, 내부 쉘(23) 내의 모든 연결부는 가열된 부품의 열팽창으로 인한 움직임에도 실링을 제공해야 한다.
더욱이, 내부 쉘(23)의 실링면을 내부 쉘(23)의 부품 수에 따라 특별히 설계하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 다단 터보차저 장치의 제2 실시형태가 도 2를 참조하여 이하에 설명될 것이다. 여기서, 동일한 구성요소는, 도 1에 도시된 제1 실시형태와 동일한 참조 부호에 의해 나타낸다. 제2 실시형태는, 내부 쉘(23)에 부분 실링 재킷(23B)이 구비되며 고압 터빈(4)의 하류에 가스 배리어(30)가 구비된다는 점에서 전술한 제1 실시형태와 다르다.
부분 실링 재킷(23B)을 구비한 내부 쉘(23)을 포함하는 상기 제2 실시형태에서, 적어도 고압 터빈 조절 밸브(5a)를 내부 쉘(23)에 통합하는 것이 또한 가능하다.
아울러, 여기서, 고압 터빈(4) 영역 내의 공극(22) 영역(E)으로부터 저압 터빈(6) 영역 내의 공극(22) 영역(F)으로의 유동이 가능하지 않도록 하나 이상의 가스 배리어(30)를 구현하는 것이 가능하다. 고압 터빈 조절 밸브(5a)가 폐쇄될 때, 조절 밸브(5a) 상하류에 상당한 압력차가 발생하고, 그에 따라 고압 터빈(4) 상류의 영역(A)과 고압 터빈(4) 영역 내의 공극(22) 영역(E)과 고압 터빈(4) 하류의 영역(B), 및 저압 터빈 상하류의 영역들(C, D, F) 사이에 상당한 압력차가 발생한다. 가스 배리어로 인해, 배기가스가 고압 터빈(4) 영역 내의 공극(22) 영역(E)을 통해, 그리고 저압 터빈(6) 영역 내의 공극(22) 영역(F)을 통해 조절 밸브(5a)를 우회하는 것이 가능하지 않다.
고압 터빈(4) 상류의 영역(A) 및 저압 터빈(6) 상류의 영역(C) 주위에 실링 재킷을 구비하지 않은 내부 쉘(23)의 더 간단하고 더 비용효율적이지만 누출을 완전히 방지하진 않은 이러한 실시형태에서는, 영역(E)에서 영역(F)까지 가스 배리어(30)를 통한 가스 누출이 가능하지 않지만, 가스 배리어(30) 상류의 영역들(A, E) 및 가스 배리어(30) 하류의 영역들(C, F) 사이에 약간의 누출 또는 압력 등화가 허용 가능한 작은 정도로 발생한다.
실링 재킷이 없는 내부 쉘(23) 중 단지 단열하는 영역들(A, C)(고압 터빈 상류 및 저압 터빈 상류)은 제한 없이 팽창 및 수축하는 특성을 가진 "부동(floating)" 요소로 설계될 수 있다. 이런 방식으로, 상기 요소들에는 단지 약간의 열응력만이 발생한다.
고압 터빈(4) 하류의 영역(B) 및 저압 터빈(6) 하류의 영역(D) 주위의 내부 쉘(23)은, (고압 터빈(4) 영역 내의) 공극(22) 영역(E)으로부터 (고압 터빈(4) 하류의) 영역(B)으로의 유동을 방지하기 위해 완전한 실링 성능을 가져야 한다. 상기 영역들(B, D)의 크기 또는 체적은 상응하여 최소화된다.
또한, 내부 쉘(23) 내의 "병목(bottleneck)" 위치에서 가스 배리어(30)는 필요한 실링면이 최소화되도록 형성된다.
더욱이, 가스 배리어 상에 금속 시일을 사용하는 것이 가능하며, 상기 금속 시일은 열팽창을 흡수할 수 있지만, 냉각된 인접 하우징들에 대해 여전히 내부 쉘(23)을 실링한다.
대안적으로, 고압 터빈 조절 밸브(5a)의 하우징 주위에 가스 배리어(30)의 필요 공극(23)을 실링하기 위한 적절한 유동 배리어 기능을 가진 탄성 단열재, 예를 들어 섬유 매트를 이용하는 것이 가능하며, 이 때 상응하는 유동 배리어 기능을 가진 기타 재료들이 또한 대안적으로 사용될 수 있다.
또한, 가스 배리어(30) 영역을 냉각시키는 것이 유리한데, 이는 상기 영역이 가열된 내부 쉘(23) 및 냉각된 외부 하우징들 사이의 주접촉 영역들 중 하나이기 때문이다.
가스 배리어(30)는 바람직하게 자체 실링 기능이 작동 중에 고압 터빈(4) 상류의 영역(A) 및 저압 터빈(6) 상류의 영역(C) 사이의 압력차의 도움을 받도록 설계된다.
아울러, 가스 배리어(30)는 바람직하게 스프링력의 압력에 의해 실링을 제공하도록 설계될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명에 따른 다단 터보차저 장치의 실시형태들에서, 과열 방지를 위해 냉각 덕트들(24, 25)을 구비한 터빈 하우징 유닛(26)과 베어링 하우징 유닛(27) 사이에 샌드위치처럼 배치된 내부 쉘(23) 내에서만 뜨거운 배기가스 유동이 흐른다. 대안적으로, 냉각 덕트들(24, 25)이 또한 서로 연결될 수 있다. 다른 가능한 실시형태들에서, 하우징 유닛들(26, 27, 28)이 또한 본원에 설명된 실시형태들에서와 상이하게 나뉘어질 수 있다. 더욱이, 대안적으로, 모든 하우징 유닛을 냉각시키거나, 또는 배기가스 유동 덕트의 단지 일부분만을 공극에 의해 단열시키는 것이 가능하다.
양 실시형태들에서, 고압 터빈(4)과 저압 터빈(6) 또는 저압 압축기(9)와 고압 압축기(10)는 각각 가변적인 터빈 기하형상을 가질 수 있고, 이는 고압 터빈(4)의 경우 예로서 도 3에 참조 부호 4a로 표시되어 있다. 아울러, 압축기 바이패스 밸브(11a)는 자동 밸브 또는 조절 밸브일 수 있고, 웨이스트게이트 밸브(7a)는 비용 절감을 위해 일부 장치에서 생략될 수 있다.
도 3은 종래 기술의 다단 터보차저 장치의 개략적으로 단순화된 도면으로, 예를 들어 디젤 엔진의 통상의 2단 터보차저 시스템에 사용된 것이다. 여기서, 동일한 구성요소는, 도 1 및 도 2와 동일한 참조 부호에 의해 나타낸다. 도 3에 도시된 다단 터보차저 장치(10)는, 배기 매니폴드(3)로부터 배기구(8)를 통해 토출구로 흐르는 엔진(2) 배기가스(A)의 유동 프로파일, 및 흡기 라인(16)을 통해 엔진(2)의 흡기 매니폴드(13)로 흐르는 유입 공기(L)의 유동 프로파일을 나타낸다. 상기 통상의 터보차저 장치는 다수의 유사한 설계 및 변형으로 알려져 있지만, 이들의 구성은 본원에서 더 상세히 설명되지 않을 것이다.
본 발명에 따른 다단 터보차저 장치는, 터빈 하우징, 바이패스 밸브, 및 웨이스트게이트 밸브 영역에서의 상당한 누출 감소 및 배기 덕트와 인접 하우징 부품 사이의 추가적인 단열 최적화로 인해, 종래 기술의 주지된 터보차저 장치에 비해 상당한 효율 개선을 보인다.
상기 개시내용을 보완하기 위해, 도 1 및 도 2의 본 발명의 개략적인 도시를 명확하게 참조한다.
참조 부호 설명
1 다단 터보차저 장치
2 엔진
3 배기 매니폴드
4 고압 터빈
4a 가변 터빈 기하형상
5 고압 터빈의 바이패스
5a 조절 밸브
6 저압 터빈
7 웨이스트게이트 장치
7a 웨이스트게이트 밸브
8 배기구
9 저압 압축기
10 고압 압축기
11 압축기 바이패스 덕트
11a 압축기 바이패스 밸브
12 충전 공기 냉각기
13 흡기 매니폴드
14 고압 터보차저의 샤프트
15 저압 터보차저의 샤프트
16 덕트
20 고압 터보차저
21 저압 터보차저
22 공극
23 내부 쉘
23A 전체 실링 재킷
23B 부분 실링 재킷
24 터빈 하우징 유닛의 냉각 덕트
25 베어링 하우징 유닛의 냉각 덕트
26 터빈 하우징 유닛
26A 고압 터보차저의 터빈 하우징 섹션
26B 저압 터보차저의 터빈 하우징 섹션
27 베어링 하우징 유닛
27A 고압 터보차저의 베어링 하우징 섹션
27B 저압 터보차저의 베어링 하우징 섹션
28 압축기 하우징 유닛
28A 고압 터보차저의 압축기 하우징 섹션
28B 저압 터보차저의 압축기 하우징 섹션
29 압축기 커버
30 가스 배리어
Ag 엔진 배기가스
L 흡입 공기
Claims (11)
- 터빈 하우징(26A), 베어링 하우징(27A), 압축기 하우징(28A)을 구비한 고압 터보차저(20); 및
터빈 하우징(26B), 베어링 하우징(27B), 압축기 하우징(28B)을 구비한 저압 터보차저(21)를 포함하며,
배기가스를 운반하기 위한 일체형 내부 쉘(23)이 터빈 하우징들(26A, 26B)에 구비되는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제1항에 있어서,
내부 쉘(23)은 공극(22)에 둘러싸인 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
내부 쉘(23)은 전체 실링 재킷(23A)을 포함하는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제3항에 있어서,
실링 재킷(23A)은 내부 쉘(23) 중 공극(22)에 인접한 면에 마련되는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제1항에 있어서,
부분 실링 재킷(23B)이 내부 쉘(23)에 구비되고, 가스 배리어(30)가 고압 터빈(4)의 하류에 구비되는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제1항에 있어서,
터빈 하우징들(26A, 26B)은 적어도 하나의 터빈 하우징 유닛(26)을 형성하도록 결합되고/되거나, 베어링 하우징들(27A, 27B)은 적어도 하나의 베어링 하우징 유닛(27)을 형성하도록 결합되고/되거나, 압축기 하우징들(28A, 28B)은 적어도 하나의 압축기 하우징 유닛(28)을 형성하도록 결합되는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제6항에 있어서,
터빈 하우징 유닛(26), 베어링 하우징 유닛(27), 및 압축기 하우징 유닛(28)은 나사 연결, 용접 연결, 접착 연결 또는 클램핑 연결에 의해 서로 연결되는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
고압 터보차저(20)의 고압 터빈(4)은, 바이패스 밸브(5a)를 구비한 일체형 바이패스(5)를 포함하는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
저압 터보차저(21)의 저압 터빈(6)은 일체형 웨이스트게이트 장치(7)를 포함하는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 냉각 덕트(20)가 베어링 하우징 유닛(11)에 구비되는 것인 다단 터보차저 장치(1). - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 냉각 덕트(21)가 터빈 하우징 유닛(10)에 구비되는 것인 다단 터보차저 장치(1).
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009031025 | 2009-06-29 | ||
DE102009031025.8 | 2009-06-29 | ||
PCT/US2010/039146 WO2011008411A2 (en) | 2009-06-29 | 2010-06-18 | Multi-stage turbocharger arrangement |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20120099617A true KR20120099617A (ko) | 2012-09-11 |
KR101677141B1 KR101677141B1 (ko) | 2016-11-17 |
Family
ID=43450055
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020127001010A KR101677141B1 (ko) | 2009-06-29 | 2010-06-18 | 다단 터보차저 장치 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9057319B2 (ko) |
KR (1) | KR101677141B1 (ko) |
CN (1) | CN102459843B (ko) |
DE (1) | DE112010002761T5 (ko) |
WO (1) | WO2011008411A2 (ko) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10316741B2 (en) * | 2010-10-14 | 2019-06-11 | Ford Global Technologies, Llc | Turbocharged combustion system |
DE102010062415B4 (de) * | 2010-12-03 | 2020-03-12 | Continental Automotive Gmbh | Abgasturboladervorrichtung |
US20130000299A1 (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | Caterpillar Inc. | Heat shield apparatus |
DE102012203701A1 (de) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Man Diesel & Turbo Se | Abgasturboladermodul und damit ausgerüstete Brennkraftmaschine |
AU2013325122B2 (en) * | 2012-09-28 | 2015-10-08 | Lunair Pty Limited | Thrust propulsion system |
JP2016003573A (ja) * | 2014-06-13 | 2016-01-12 | トヨタ自動車株式会社 | 過給機 |
US9441534B2 (en) * | 2014-10-09 | 2016-09-13 | GM Global Technology Operations LLC | Cooled two-stage turbocharging system |
DE102016212249B4 (de) | 2016-07-05 | 2024-05-02 | Ford Global Technologies, Llc | Zweistufig aufladbare direkteinspritzende Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine |
CN108757156A (zh) * | 2018-04-10 | 2018-11-06 | 中国北方发动机研究所(天津) | 一种涡轮箱新型的旁通结构 |
CN114555925B (zh) * | 2019-08-19 | 2024-05-24 | 涡轮增压***瑞士有限公司 | 多级涡轮增压组件 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01178723A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-14 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | ターボチャージャーの冷却構造 |
JP2007002791A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Toyota Motor Corp | タービンハウジング |
KR20080028473A (ko) * | 2006-08-10 | 2008-03-31 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 다단 과급식 배기 터보 과급기 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2372962A1 (fr) * | 1976-12-01 | 1978-06-30 | Semt | Dispositif formant groupe de suralimentation pour moteur a combustion interne |
US4930315A (en) * | 1987-05-29 | 1990-06-05 | Usui Kokusai Sangyo Kabushiki Kaisha | Turbo-charger engine system |
US5577900A (en) * | 1994-05-25 | 1996-11-26 | Gec- Alsthom Diesels Ltd. | Turbocharged internal combustion engine |
JP3597752B2 (ja) * | 2000-04-19 | 2004-12-08 | アイシン高丘株式会社 | タービンハウジング |
US6282899B1 (en) * | 2000-09-21 | 2001-09-04 | Caterpillar Inc. | Scrolless compressor housing |
DE102004027593A1 (de) | 2004-06-05 | 2005-12-29 | Man B & W Diesel Ag | Motorenanlage mit Abgasturboaufladung und Betrieb eines SCR-Katalysators |
US7644585B2 (en) | 2004-08-31 | 2010-01-12 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency | Multi-stage turbocharging system with efficient bypass |
US8387385B2 (en) * | 2004-08-31 | 2013-03-05 | The United States Of America, As Represented By The Administrator Of The U.S. Environmental Protection Agency | Efficient bypass valve for multi-stage turbocharging system |
US7360362B2 (en) | 2006-01-20 | 2008-04-22 | Honeywell International, Inc. | Two-stage turbocharger system with integrated exhaust manifold and bypass assembly |
WO2008083769A1 (de) * | 2006-12-21 | 2008-07-17 | Borgwarner Inc. | Mehrstufige turboladeranordnung |
CN101067398A (zh) * | 2007-03-19 | 2007-11-07 | 寿光市康跃增压器有限公司 | 防爆涡轮增压器 |
WO2011008457A2 (en) * | 2009-06-29 | 2011-01-20 | Borgwarner Inc. | Multi-stage turbocharger arrangement |
-
2010
- 2010-06-18 DE DE112010002761T patent/DE112010002761T5/de not_active Ceased
- 2010-06-18 US US13/377,630 patent/US9057319B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-06-18 WO PCT/US2010/039146 patent/WO2011008411A2/en active Application Filing
- 2010-06-18 CN CN201080025767.XA patent/CN102459843B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2010-06-18 KR KR1020127001010A patent/KR101677141B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01178723A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-14 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | ターボチャージャーの冷却構造 |
JP2007002791A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Toyota Motor Corp | タービンハウジング |
KR20080028473A (ko) * | 2006-08-10 | 2008-03-31 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 다단 과급식 배기 터보 과급기 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101677141B1 (ko) | 2016-11-17 |
WO2011008411A2 (en) | 2011-01-20 |
CN102459843A (zh) | 2012-05-16 |
CN102459843B (zh) | 2015-09-02 |
US9057319B2 (en) | 2015-06-16 |
WO2011008411A3 (en) | 2011-04-21 |
DE112010002761T5 (de) | 2012-08-02 |
US20120087785A1 (en) | 2012-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101677141B1 (ko) | 다단 터보차저 장치 | |
US8312721B2 (en) | Exhaust gas assembly | |
US20170241320A1 (en) | Exhaust heat recovery system with bypass | |
RU2580996C2 (ru) | Объединенный теплообменник отопителя кабины и системы рециркуляции выхлопных газов | |
CN101305178B (zh) | 在两个出口通路之间具有操作装置的阀 | |
KR101982138B1 (ko) | 과급 공기 냉각 장치 | |
KR20120099618A (ko) | 다단 터보차저 장치 | |
US20110016859A1 (en) | Exhaust manifold of an internal combustion engine | |
RU2712553C2 (ru) | Впускной узел двигателя (варианты) и способ для двигателя | |
CN209925297U (zh) | 一种集成水冷式涡轮增压器冷却*** | |
CN102312714B (zh) | 车辆用发动机的涡轮增压装置的冷却装置 | |
JP2007040136A (ja) | 過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置 | |
WO2012121925A2 (en) | Multi-stage turbocharger arrangement | |
US20180058340A1 (en) | Supercharged internal combustion engine with compressor, exhaust-gas recirculation arrangement and flap | |
CN107110618A (zh) | 中冷器组件 | |
US20140102093A1 (en) | Multistage turbocharging system | |
CN109072717B (zh) | 用于内燃机的涡轮增压器的涡轮机壳体和涡轮增压器 | |
KR20150020571A (ko) | 액추에이터 로드 밀봉 시스템 | |
KR20170059437A (ko) | 압력파 과급기 | |
US7228684B2 (en) | Internal combustion engine | |
JP3825955B2 (ja) | 排気バイパス構造 | |
WO2014053895A1 (en) | Waste gate valve | |
JP7052700B2 (ja) | Egr装置 | |
JP2010270738A (ja) | 弁装置、内燃機関、及び弁装置の制御方法 | |
US20180135509A1 (en) | Charge air cooler arrangement |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
AMND | Amendment | ||
E601 | Decision to refuse application | ||
AMND | Amendment | ||
X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190924 Year of fee payment: 4 |