KR20090052986A - 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기에 관한 것으로 보다 구체적으로는 일반 엔진의 실린더에 흡입하는 공기가 피스톤의 흡입력에 의해서 흐르게 되는 유체의 운동에너지로 원반통공휠 터빈의 회전동력을 얻고 동일축에 결합된 압축용 임펠러를 구동하여 흡입공기가 흐르는 속도와 압력을 증가하므로 흡입공기량을 증가시키는 터보차저 과급기이다.

실린더에 흡입되는 공기가 유동하는 유체의 운동에너지를 얻기 위해 내부에 유체가 지나는 다수의 경로를 갖는 회전드럼과, 회전드럼에 축방향으로 고정되게 설치되어 흡입공기가 흐르는 유체운동으로 회전드럼을 고속으로 회전시킴으로서 동일축상에 결합된 승압용 임펠러를 구동하여 흡입공기를 많이 들어가게 하는 터보차저 임펠러를 포함하는 구조와 작동 특성으로 피스톤 엔진의 실린더에 들어가는 공기의 속도와 압력을 엔진속도에 따라 자동으로 비례제어되는 작용을 특징으로 하는 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기 를 제공한다.

실린더, 피스톤, 과급기, 터보차저, 터보형, 원반, 통공휠, 유체, 에너지, 유체운동, 직진성, 유동, 드럼, 축, 하우징

Description

원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기{Turbo charge use rotatory power circle disc thru hole turbine}

본 발명은 내연기관 엔진의 흡입공기 흐름으로 회전력을 얻고 자체회전력에 의해서 흡입공기량을 증가시키는 과급기에 관한것이다

터보일터쿨러 차량에 응용하는 터보차저 또는 슈퍼차저를 이용하는 과급기의 제조및 설치기술

본 발명은 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기 에 관한 것으로 보다 구체적으로는 일반 엔진의 실린더에 흡입하는 공기가 피스톤의 흡입력에 의해서 흐르게 되는 유체의 운동에너지로 원반통공휠 터빈의 회전동력을 얻고 동일축에 결합된 압축용 임펠러를 구동하여 흡입공기가 흐르는 속도와 압력을 증가하므로 흡입공기량을 증가시키는 터보차저 과급기이다.

실린더에 흡입되는 공기가 유동하는 유체의 운동에너지를 얻기 위해 내부에 유체가 지나는 다수의 경로를 갖는 회전드럼과, 회전드럼에 축방향으로 고정되게 설치되어 흡입공기가 흐르는 유체운동으로 회전드럼을 고속으로 회전시킴으로서 동일축상에 결합된 승압용 임펠러를 구동하여 흡입공기를 많이 들어가게 하는 터보차저 임펠러를 포함하는 구조와 작동 특성으로 피스톤 엔진의 실린더에 들어가는 공기의 속도와 압력을 엔진속도에 따라 자동으로 비례제어되는 작용을 특징으로 하는 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기 를 제공한다.

원반통공휠 터빈으로 흡입공기의 운동에너지를 이용하여 회전동력을 얻고 자체 회전동력으로 동일축상의 압축기를 구동하여 엔진실린더에 들어가는 흡입공기를 과급시킨다

내연기관 엔진 실린더에 흡입공기를 많이 넣음으로 연료를 완전연소로 유도하여 배기가스매연이 감소되며, 실린더에서 순간점화로 인한 연소시에 폭발압력이 높여서 엔진출력을 증가시키는 터보차저 기능을 간결하고 효율적으로 처리하는 특징의 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기를 제공한다

상술한 본 발명의 목적으로 달성하기 위하여, 내연기관 실린더 엔진에 흡입되는 공기가 흐르는 운동에너지로 구동되는 원반통공휠터빈의 회전동력을 얻어서 동일축상의 승압용압축기를 구동하여 흡입공기량을 증가시키는데,

엔진속도에 비례하여 흡입공기가 흐르는 운동속도와 공기량이 동시에 조절 되기 때문에 저속에서는 적게 과급하며, 고속에서는 강한 속도로 과급하여 엔진에 서 필요한 과급 공기량이 자동 제어됨을 특징으로 하여 전체적으로 내연기관엔진의 실린더에 흡입되는 공기량을 증가시켜서 연소효율을 높이는 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기를 제공한다.

본 발명의 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기는 통공각도를 다르게 구성되는데, 직선으로 통공된 회전기능의 임펠러와 경사각으로 통공된 승압기능의 임펠러로 가공된 다른 기능의 임펠러가 한축에 결합되어있다.

또한, 엔진실린더에 들어가는 흡입공기는 유체의 방향전환 노즐판의 외곽에 동심원으로 다수의 유입경로 통공휠에 경사진 각도로 직진하는 것과, 터빈 회전자휠의 입구공에 대한 유체의 통공은 회전용임펠러(113)는 직선통공이며, 승압용임펠러(111, 112)는 30˚ ∼ 50˚ 로 구성되며, 흡입공기 방향전환 노를판(114)의 통공은 분사각이 30˚ 인 것을 또한 특징으로 한다.

터빈휠 회전자의 유입경로와 유출경로는 회전용임펠러(113)는 직선형이고 출구공의 승압용임펠러(111, 112)는 와선형인 것을 특징으로 한다.

또한, 원반통공휠 회전동력을 이용하는 과급기(100)의 중심을 유지하고 지지하기 위한 흡입/ 토출 공기의 격리판(115)과 결합설치용 고정축(116)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 흡입공기방향전환노즐판(114)은 유입경로와 대응하는 승압용 임펠러(111, 112)의 출구통공 및 유출경로와 대응하는 회전용 임펠러(113)의 입구공을 갖는 것을 특징으로 하고, 승압용 임펠러(111, 112)의 출구통공은 결합설치용 고정축(116)방향에 경사지고 회전용 임펠러(113)의 입구통공은 직선통공으로 구성된 것을 특징으로 하며, 결합설치용 고정축(116)에 관통되게 끼워진 베어링(117)이 삽입 설치되는 보스부를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 승압용 임펠러(111, 112)와 회전용임펠러(113)는 결합설치용고정축(116)에 관통되게 끼워진 베어링(117)이 삽입 설치되는 보스부를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기에 대하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기(100)는 승압용임펠러(111, 112), 회전용임펠러(113), 흡입공기 방향전환 노즐판(114), 흡입/토출 공기의 격리판(115), 결합설치용 고정축(116) 및 베어링 (117)들을 포함한다.

도 1과 같이, 회전자는 엔진실린더에 흡입되는 흡입공기가 흐르면서 발생하는 운동에너지를 얻어 회전하면서 그 회전동력으로 동일축상에 결합된 압축기를 구동하기위한 것으로, 회전용임펠러(113), 승압용임펠러(111, 112) 및 베어링(117)을 구비한다.

회전자는 원반형으로, 중앙에 길이방향으로 축공이 형성되고, 축공에 결합설치용고정축(116)이 압입결합과 같은 방식으로 고정되게 결합된다. 축공의 주변에는 도 2, 도 5에 구체적으로 도시한 바와 같이, 원반의 외곽에 흡입공기가 들어가면서 우회나선방향으로 전환하도록 흡입공기방향전환 노즐판(114)에 다수의 유체통로들이 경사각으로 형성되어 되어 있다. 유체통로들은 동심원을 중심으로 동일한 규격 으로 가공하는데, 드릴 가공과 같은 가공방법을 이용하거나 프레스로 펀칭하여 일정 직경을 갖도록 천공되어진다.

흡입공기의 유입경로들은 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이 베어링(117)의 외경에 맞추어 가공하여 압입결합된 회전용임펠러(113)와 승압용임펠러1단(111)이 일체형이며, 승압용임펠러 2단(112)은 도 1, 도 2에서 도시한 형상으로 제작되어 승압용임펠러 1단의 암나사 홈에 승압용임펠러 2단의 숫나사 부분을 스크류로 결합되는데, 이렇게 승압용 임펠러를 2단 구성을 하는 것은 흡입공기방향전환 노즐판(114)의 입구통공에서 들어오는 흡입공기를 더 강하게 더 많은 양을 엔진실린더에 과급하기 위함이다.

실제 제작에 있어, 원반회전자에 직선형태의 구멍을 뚫는 것은 어렵지 않으나, 와선형태로 경사지는 구멍을 길게 뚫는 것은 매우 어렵다. 따라서 도 2, 도 5에서 도시된 바와 같이 흡입공기방향전환 노즐판(114)에 와선형태의 경로를 2개의 직선구간으로 나누어 각각 직선형태로 가공한 후 이들을 조합하여 와선형태에 가깝게 형성한다. 이때, 구간은 작게 나눌수록 경로가 와선에 가까운 형태를 지닐 수 있으나, 경제성과 제작성을 고려하여 적당한 수의 구간으로 나누는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 2개의 구간으로 나누어 제작하였다. 이렇게 나누어 제작된 소정 폭의 원반통공휠과 흡입공기방향전환 노즐팜(114)의 경사각의 나선통공을 갖는 유닛들은 소정의 방법을 통해 각 경로들이 매끄럽게 이어지도록 고정되게 결합된다.

베어링(117)의 내측은 흡입공기 방향전환 노즐판(114)에 압입 결합된 결합설 치용 고정축(116)에 끼워지고, 베어링(117)의 외측은 회전용임펠러(113)와 승압용임펠러 1단(111)사이에 압입 결합되어 임펠러의 유닛의 자유로운 회전을 돕는다. 본 실시예에서는 볼베어링을 도시하고 있으나 베어링(117)으로 같은 형태의 공기베어링을 사용할 수도 있다.

고정자 프레임은 회전용임펠러(113), 승압용임펠러 1단(111), 승압용임펠러 2단(112)의 3개의 임펠러유닛이 베어링(117)으로 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하며, 고정자프레임의 전체구성은 흡입/토출 공기의 격리판(115)과 흡입공기방향전환노즐판(114)의 중심통공에 끼워 결합설치용 고정축(116)을 서로 맞추어 압입결합으로 본딩처리 또는 고정볼트로 결합 체결한다.

원반톡공휠 회전자의 구성은 회전용임펠러(113)에 직선으로 통공된 다수의 유입통공과 승압용임펠러(111, 112)에 경사각으로 통공되는 다수의 유출통공들이 동심원으로 결합설치용 고정축(116)에서 동일 간격으로 다수의 통공이 위성과 같은 형태로 천공된다.

흡입공기방향전환 노즐판(114)에는 원반통공휠 회전자에 천공된 통공과 같은 동심원으로 결합설치용 고정축(116)에서 동일 거리에 동일 간격으로 다수의 노즐통공을 천공하는데, 흡입공기방향전환 노즐판(114)에 통공되는 노즐통공의 전체 단면적은 내염기관 엔진 공기흡입관의 단면적을 고려하여 전체 단면적이 같도록 계산된 수량과 통공의 규격으로 구성된다.

원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기(00)는 베어링(117)의 내경에 결합된 고정자유닛과, 베어링(117)의 외경에 결합된 회전자 임펠러유닛으로 전체세 트를 구성하며, 내연기관엔진에 부착하는 것은 흡입공기필터의 내부 원통형의 공간에 장착하는데, 장착되는 것은 도 1에 도시한바와 같이 점선으로 표시한 공기필터에 결합되어 공기필터를 통째로 엔진에 교체한다.

다음, 상술한 구성을 갖는 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기의 동력발생장치의 작용에 대하여 설명한다.

공기필터를 통해 엔진의 공기관 입구에서 들어오는 흡입공기는 점선으로 표시된 공기필터의 내부 원통에서 방향을 전환하여 엔진의 실린더로 들어가는데 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기(100)를 통과 하면서 흡입공기가 흐르는 속도를 가속시켜서 흡입공기량을 증가시킨다.

공기필터를 통해서 내부 원통부에 들어온 공기는 흡입공기방향전환 노즐판(114)을 통과 하면서 우회나선 경사각으로 전환되면서 원반통공휠의 회전자에 분사되어 회전용임펠러(113)의 직선 통공들을 밀어서 회전시키는데 회전용임펠러(114)의 직선통공은 경사각으로 흐르는 흡입공기에 의해서 강한 회전동력을 획득하여 고속으로 승압용임펠러(111, 112)를 회전시킨다.

원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기의 회전자에 결합된 회전용임펠러(113)와 승압용임펠러(111)과 승압용임펠러2단(112)은 결합체로 함께 회전하면서 다음의 모든 작용이 함께 일어나는데, 회전용임펠러(113)의 통공휠은 직선통공이며, 동일체로 결합된 승압용임펠러1단(111, 112)의 통공휠은 경사각으로 천공된 경사통공임으로 승압용임펠러(111, 112)에서 선풍기나 압축기와 같은 작용으로 유체운동을 일으켜서 흡입공기가 흐르는 속도를 승압(가속)하여 엔진의 실린더로 들 어가는 흡입공기량을 증가시킨다.

이상, 바람직한 실시예와 작동원리를 도면을 참조하면서 본 발명의 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기(100)에 대해 설명하였지만, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경, 수정 또는 변형이 가능함은 유체공학기술에 관련된 당업자에게 명백하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원반통공휠터빈의 회전동력을 이용하는 과급기의 전체구성의 결합상태를 표기한 측면도;

도 2는 도 1의 전체구성을 각 부분품별로 나열하여 결합되는 상태를 조립순서에 따라서 배열한 조립 부분품의 측면도;

도 3은 도 1의 회전자에서 경사각 통공형 임펠러의 통공상태를 연계하여 표기한 측면도와 평면도;

도 4는 도 1의 회전자에서 직선 통공형 임펠러의 통공상태를 연계하여 표기한 측면도와 평면도;

도 5는 도 1의 터보형 회전자에 유입되는 유체를 우회나선방향으로 유도하는 통공상태를 표기한 노즐판 구성의 측면도와 평면도;

Claims (1)

1. 엔진실린더에 들어가는 흡입공기의 운동에너지를 이용하여 회전력을 얻고 자체 회전력으로 승압용 임펠러를 회전시켜 흡입공기량을 과급시켜서 내연기관 엔진의 연소상태를 개선하여 엔진출력을 높이는 것으로,

   내연기관의 출력을 높이는데 필요한 폭발압력을 높이는데 요구조건의 3요소(1.산소=흡입공기, 2.인화물질=연료, 발화온도=점화플러그 온도))중에서 불완전 요인이 발생할 우려가 전혀 없는 출력증강 방법으로 산소(흡입공기)량을 증가하여 완전연소를 유도하는데,

   원반통공휠로 구성된 터보형 임펠러를 구성하고, 흡입공기가 직진하면서 흐르는 운동에너지로 회전동력을 획득하는 수단으로 다각도의 통공경로를 갖는 원반통공휠회전자; 및

   상기 원반통공휠회전자에 회전용임펠러와 승압용임펠러를 일체식으로 결합하여 베어링의 외경에 압입 결합되고,

   경사각 통공이 천공된 흡입공기 방향전환노즐판과 흡입/토출 공기의 격리판을 결합설치용 고정측에 압입하여 고정자프레임으로 설치되며,

   상기 원반통공휠회전자가 베어링으로 자유롭게 회전함과 동시에 승압용임펠러의 유체운동을 가속시키는 작용이 함께 일어나는 것을 특징으로 하는 원반통공휠 터빈의 회전동력을 이용하는 과급기.

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