일반기술

자동차용 스크류형 수퍼차져 로타의 치형

본 기술은 최적 3차함수를 치형 생성인자로 사용한 자동차용 스크류형 수퍼차져 로터(rotor)의 치형에 관한 것이다. 자동차용 수퍼차져(supercharger)는 자연흡입상태의 공기를 압축시켜 자동차용 엔진의 연소실로 유입하는 압축기로서, 주어진 엔진의 크기에 따라 공기의 반입량과 그에 따른 출력을 증가한다. 수퍼차져에서 로터는 핵심역할을 수행하는 중요한 부품으로서 로터 하우징 내부에서 자형 로터와 웅형 로터가 하나의 쌍으로 서로 맞물려 작동한다. 최근, 자동차용 스크류형 수퍼차져 로타의 형상에 대한 연구가 활발히 수행되어 왔으며, 그 결과 자,웅의 스크류형 로터의 치형을 대칭으로 하지 않고 비대칭으로 함으로써 성능을 크게 향상시켰다. 이때 웅형 로터는 그 주요부분이 피치원의 내측에 위치하고 있는 반면, 자형 로터는 그 주요부분이 피치원의 외측에 위치하고 있다. 하지만, 이러한 비대칭의 스크류형 로터는 웅형 로터의 어덴덤(addendum;이끝)이 그 외경보다 비교적 크게 설정되어있으며, 이와 맞물려 있는 자형 로터의 디덴덤(deddendum;이뿌리)도 상대적으로 크게 설정되어 있다. 이와 같이 어덴덤과 디덴덤이 크게 설정되어 있기 때문에, 작동공간의 체적을 증대시키게 되고, 누설 삼각형의 크기를 증대시켜 체적효율과 단열효율을 저하시키는 단점이 있었다. 또한, 생산성 측면에서 볼 때 중요한 인자인 가공성과 그 비용에 있어서, 압력각이"0"으로 되는 부분이 있기 때문에 로타전용가공기를 이용한 로타가공시 매우 열악한 절삭특성을 가지게 되며, 추종측 치형에 점창성 부분이 있어 이 부분에 대한 가공이 어려울 뿐만 아니라, 점창성으로 된 부분은 마모가 심하므로 로타 표면에 많은 손상을 입게 되기 때문에 진공조성의 공간을 크게 해야하는 문제가 있었다. 본 기술에 의하면 최적 3차함수를 로타 치형의 생성인자로 사용함으로써 로타 간의 접촉이 선창성으로 구성되고, 로타간의 면접촉을 크게 하여 내구성을 향상시키고 밀봉면을 최소로 함과 동시에 로타의 미끄럼율을 최소로 하여 동력을 원활하게 함으로써, 진동과 소음을 감소시키고 압축공간을 증가시키며 로타의 무게도 줄이는 효과가 있다 본 기술에 의한 수퍼차져 로타는 웅형(雄形)로타와 자형(雌形)로타가 비대칭으로 구성된다. 웅형로타는 4개의 로브가 달려있는데, 피치원의 반경이 외부원의 반경에 근접하도록 설계되어 있고 시계방향으로 회전한다. 자형로타는 3개의 로브가, 피치원의 반경이 중심반경에 근접하도록 설계되어 웅형로타와 맞물려 시계 반대방향으로 회전하도록 되어 있다. 이 때 서로 맞물려 돌아가는 웅형로타와 자형로타의 치형을 설계할 때, 3차함수의 각각의 상수를 최적화하면, 밀봉면을 증대시키고 진공조성공간과 누설삼각형의 면적을 감소시키는 효과를 가지며, 압축공간을 늘려 체적의 증가를 가져오는 장점을 얻게 된다. 또한 기계가공시 공구의 마모를 줄이고 절삭조건을 향상시킨다. 또한 로타의 치형을 로타축에 수직인 평면으로 구성하여 로타의 전부분이 선창성으로 구성되고, 면접촉을 크게 했기 때문에, 미끄럼율이 감소하고 압축공간이 증가하며 그결과 체적효율과 단열효율이 향상된다. 특히 로타가 고속으로 회전할 때 유리하다.