KR100382090B1 - 가변용량 터빈의 가변 노즐기구 - Google Patents

가변용량 터빈의 가변 노즐기구 Download PDF

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진나이야스아끼
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 엑츄에이터측의 노즐 구동부재와 복수의 노즐 베인을 연결하는 연결부재와, 상기 노즐 베인과의 연결부를 소성변형을 수반하지 않고 고강도를 가짐과 동시에, 지그 등의 각별한 조립 주요 기구를 필요로 하지 않고 적은 조립 공정 수와 저비용으로 고정밀도의 결합구조를 이루는 가변용량 터빈의 가변 노즐기구를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그 해결수단으로서, 가변용량 터빈의 가변 노즐기구에 있어서, 엑츄에이터측의 노즐 구동부재와 복수의 노즐 베인을 각각 연결하는 복수의 연결부재를 구비하고, 상기 연결부재에 형성된 구멍측 걸림면을 갖는 결합구멍에 노즐 베인의 회전축에 형성되고 축측 걸림면을 갖는 결합축부를, 상기 결합구멍 및 결합축부에 소성변형을 수반하지 않고 또한 상기 구멍측 걸림면과 축측 걸림면을 맞닿게 함으로써 상기 연결부재와 상기 노즐 베인을 상대 회전할 수 없도록 끼우고, 선단부에 빠짐방지 처리를 한 것을 특징으로 한다.

Description

가변용량 터빈의 가변 노즐기구 {VARIABLE NOZZLE MECHANISM OF VARIABLE CAPACITY TURBINE}
본 발명은 내연기관의 과급기 (배기 turbo charger) 등에 사용되고, 작동가스를 터빈 케이싱에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤로부터, 날개각이 변화될 수 있도록 이루어진 복수의 노즐 베인을 거쳐 터빈 로터에 반경방향으로 유동시켜, 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 래디얼 유형의 가변용량 터빈에 있어서의 가변 노즐기구의 구조에 관한 것이다.
과급기가 부착된 내연기관에서는, 기관에서 나온 배기가스 유량과 과급기의 최적작동 조건이 되는 가스유량과의 매칭을 이루기 위해서, 소용돌이 형상의 스크롤로부터 터빈 로터에 보내지는 배기가스 유량을 기관의 운전상태에 따라서 가변으로 하는 가변용량 터빈을 구비한 과급기가 최근에 많이 사용되고 있다.
이러한 가변용량 터빈을 구비한 과급기는, 도 5, 도 6 에 나타내어진 기본구조를 구비하고 있고, 동일 도면에서 10 은 터빈 케이싱, 11 은 상기 터빈 케이싱 (10) 의 외주부에 소용돌이 형상으로 형성된 스크롤이다. 12 는 터빈 로터이고, 도시하지 않은 콤프레서와 동일 축으로 형성되어 센터 케이싱에 베어링 (모두 도시 생략) 을 통하여 회전이 자유롭게 지지되어 있다.
2 는 노즐 베인으로서, 상기 스크롤 (11) 의 내주측에 터빈의 원주방향 등간격으로 복수 장 배치됨과 동시에, 이 내주단부에 형성된 노즐 축 (02) 이 상기 터빈 케이싱 (10) 에 고정된 노즐 마운트 (4) 에 회전운동할 수 있도록 지지되고, 그 날개각을 변화시키도록 되어 있다. 14 는 상기 터빈 케이싱 (10) 에 고정되어 상기 터빈 로터 (12) 에서 팽창 작업을 한 배기가스를 기 (機) 외로 송출하기 위한 안내로를 형성하는 가스출구 케이싱이고, 16 은 가스출구이다.
3 은 원반형상으로 형성된 링크 플레이트로서, 상기 터빈 케이싱 (10) 에 회전 가능하도록 지지됨과 동시에, 레버 플레이트 (1) 의 보스부 (6) 가 끼워지는 긴 구멍 (03) 이 터빈의 원주방향 등간격으로 형성되어 있다.
7 은 상기 노즐 베인 (2) 을 구동하는 엑츄에이터 (07) (도시 생략) 의 출력단인 엑츄에이터 로드로서, 상기 엑츄에이터 로드 (7) 의 왕복운동은 구동레버 (06) 및 크랭크 컨트롤 (5) 및 구면 이음매로 이루어지는 연결부 (17) 에 의하여 회전운동으로 변환되어 상기 링크 플레이트 (3) 에 전달되도록 되어 있다.
도 7 은 상기 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 의 결합양태의 종래기술의 일례를 나타내고, 상기 노즐 베인 (2) 의 회전축을 구성하는 노즐 축 (02) 의 축단부에는 원형단면의 결합축부 (033) 가 형성되어 있다. 한편, 레버 플레이트 (1) 에는 상기 결합축부 (033) 가 끼워지는 결합구멍 (031) 이 천공되어 있다. 상기 결합구멍 (031) 은 도 7b 에 나타낸 바와 같이 원주방향을 따라서 톱니부 (034) 가 형성되어 있다.
그리고, 상기 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 를 결합할 때에는, 도 7a 의 Y 화살표와 같이 레버 플레이트 (1) 의 결합구멍 (031) 에 노즐 축 (02) 의 결합축부 (033) 를 밀어 넣고, 결합구멍 (031) 의 톱니부 (034) 를 결합축부 (039) 의 외주에 끼우고, 또한 결합축부 (033) 의 축단부를 압착 또는 용접함으로써 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 의 상대회전을 저지하여 양자를 고정시킨다.
이러한 가변용량 터빈은 그 대부분이 차량용 내연기관의 과급기의 배기 터빈으로 사용되는데, 상기 과급기는 소형이기 때문에, 상기 노즐 베인 (2) 의 노즐 축 (02) 및 결합축부 (033) 도 소형이고, 강도 면에서 큰 힘을 가할 수는 없다.
그런데, 도 7 에 나타내어진 종래기술에서는, 레버 플레이트 (1) 의 결합구멍 (031) 에 노즐 축 (02) 의 결합축부 (033) 를 밀어 넣고, 결합구멍 (031) 의 톱니부 (034) 를 결합축부 (033) 의 외주에 끼우고, 다시 결합축부 (033) 의 축단부를 압착 또는 용접시켜 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 의 상대회전을 저지하여 양자를 고정시킴으로써 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 를 결합하고 있다.
즉, 상기 종래기술에서는, 결합구멍 (031) 의 톱니부 (034) 를 결합축부(033) 의 외주에 끼워 양자를 소성 변형시킴으로써 노즐 베인 (2) 의 노즐 축 (02) 과 레버 플레이트 (1) 를 고정시키기 때문에, 결합축부 (033) 를 결합구멍 (031) 에 밀어 넣을 때에는 커다란 힘이 필요하다. 그래서 이러한 종래기술에서는 상기한 바와 같이 소직경의 결합축부 (033) 와 결합구멍 (031) 을 큰 힘으로 밀어 맞춤으로써 양자를 고정시키는 점에서 노즐 축 (02) 에 경사가 발생하고, 또한 상기 결합축부 (033) 와 결합구멍 (031) 의 결합부에 커다란 회전력이 작용하면 톱니부 (034) 가 뜯겨지고, 상기 결합축부 (033) 와 결합구멍 (031) 의 결합부에서 파손이 일어나는 문제점이 발생하기 쉽다.
또한 이러한 노즐 베인 (2) 은 배기 가스에 노출되어 고온으로 되어 있는 점에서, 상기 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 를 결합하고 있는 결합축부 (033) 와 결합구멍 (031) 의 결합부도 고온이 된다. 그래서, 전술한 바와 같이 상기 결합부가 소성변형에 의한 결합인 점에서 이 부분의 고온강도가 낮아지고, 상기한 바와 같은 노즐 베인 (2)의 결합축부 (033)에서의 파손이 발생되기 쉽다.
게다가 이러한 가변용량 터빈은 날개각을 고정밀도로 제어할 것이 요구되는 점에서 상기 종래기술에서는 상기 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 의 조립 시에 지그를 사용하여 양자간의 상대각도를 설정하고 있고, 이 때문에 많은 조립 공정 수를 요구함과 동시에, 상기 지그 등의 각별한 조립상의 주요 기구를 필요로 하여 비용이 상승된다.
본 발명은 이러한 종래기술의 과제를 감안하여, 엑츄에이터측의 노즐 구동부재와 복수의 노즐 베인을 연결하는 연결부재와, 상기 노즐 베인과의 연결부가 소성변형을 수반하지 않고 고강도를 가짐과 동시에, 지그 등의 각별한 조립 주요기구를 필요로 하지 않고 적은 조립 공정 수와 저비용으로 고정밀도의 결합구조를 이루는 가변용량 터빈의 가변 노즐기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1 은 본 발명에 관계되는 가변용량 터빈이 부착된 과급기의 가변 노즐기구에 있어서의 노즐 베인과 레버 플레이트의 결합부의 제 1 실시형태를 나타내고, 도 1a 는 그 사시도, 도 1b 는 도 1a 의 Z-Z 선 단면도,
도 2 는 상기 결합부의 제 2 실시예를 나타내고, 도 2a 는 레버 플레이트의 평면도, 도 2b 는 도 1a 의 Z-Z 선 단면도,
도 3 은 상기 결합부의 제 3 실시예를 나타내고, 도 3a 는 레버 플레이트의 평면도, 도 3b 는 노즐 축부의 사시도,
도 4 는 본 발명에 관계되는 가변용량 터빈이 부착된 과급기의 가변 노즐기구의 요부 단면도,
도 5 는 상기 가변용량 터빈이 부착된 과급기의 회전축심을 따른 요부 단면도,
도 6 은 도 5 의 A-A 단면도,
도 7 은 종래 기술을 나타낸 도 1 대응도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 레버 플레이트 2 : 노즐 베인
02 : 노즐 축 3 : 링크 플레이트
03 : 긴 구멍 4 : 노즐 마운트
05 : 코킹부 6 : 보스부
7 : 엑츄에이터 로드 10 : 터빈 케이싱
11 : 스크롤 12 : 터빈 로터
13 : 링크실 31,35 : 결합구멍
32,36 : 구멍측 걸림면 33,37 : 결합축부
34,38 : 축측 걸림면 41 : 결합구멍 세레이션 (serration)
42 : 결합축부 세레이션 100 : 가변 노즐기구
본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위하여, 제 1 항에 기재된 발명으로서, 터빈 케이싱에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤과, 상기 스크롤의 내주측에 터빈의 원주방향을 따라서 배치됨과 동시에 상기 터빈 케이싱에 회전운동할 수 있도록 지지되어 날개각을 변화시킬 수 있게 되어 있는 복수의 노즐 베인과, 상기 노즐 베인의 내주측에 회전이 자유롭도록 형성된 터빈 로터를 구비하고, 작동가스를 상기 스크롤로부터 노즐 베인을 거쳐 터빈 로터로 반경 방향으로 유동시켜 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 가변용량 터빈에 있어서, 엑츄에이터에 연결되고 상기 엑츄에이터에 의하여 터빈축심 둘레에 회전운동할 수 있도록 된 노즐 구동부재와 상기 복수의 노즐 베인을 각각 연결하는 복수의 연결부재를 구비하고, 상기 연결부재에 형성되어 평면 또는 곡면으로 이루어지는 구멍측 걸림면을 갖는 결합구멍에, 상기 노즐 베인의 회전축에 형성되고 상기 구멍측 걸림면에 대응하는 형상의 축측 걸림면을 갖는 결합축부를, 상기 결합구멍 및 결합축부에 소성변형을 수반하지 않고 또한 상기 구멍측 걸림면과 축측 걸림면을 맞닿게 함으로써, 상기 연결부재와 상기 노즐 베인을 상대 회전할 수 없도록 끼우고, 선단부에 빠짐방지 처리를 하는 것을 특징으로 하는 가변용량 터빈의 가변 노즐기구를 제안한다.
제 2 항 내지 제 4 항에 기재된 발명은, 상기 노즐 베인과 연결부재의 결합부의 구체적인 구성에 관한 것으로서, 제 2 항에 기재된 발명은, 제 1 항에서 상기 결합구멍 및 결합축부를, 대향하는 2 면에 상기 구멍측 걸림면 및 축측 걸림면이 형성된 2 개의 맞닿음면으로 이루어지는 단면 형상의 결합부로 구성한 것을 특징으로 한다.
제 3 항에 기재된 발명은, 제 1 항에 있어서, 상기 결합구멍 및 결합축부를, 상기 결합축부의 1 면을 절결하여 상기 축측 걸림면으로 함과 동시에, 상기 결합구멍에는 상기 축측 걸림면에 맞닿을 수 있도록 상기 구멍측 걸림면을 1 면 형성하여 이루어지는 단면 형상의 결합부로 구성한 것을 특징으로 한다.
제 4 항에 기재된 발명은, 제 1 항에 있어서, 상기 결합구멍 및 결합축부를, 상기 결합축부의 외주를 따라서 형성된 복수의 세레이션 (serration) 의 외톱니를 상기 축측 걸림면으로 함과 동시에, 상기 결합구멍의 내주를 따라서 형성되고 상기 세레이션의 외톱니와 맞물리는 복수의 세레이션의 내톱니를 상기 구멍측 걸림면으로 한 세레이션 결합부로 구성한 것을 특징으로 한다
이러한 발명에 의하면, 연결부재의 결합구멍에 노즐 베인의 결합축부를, 상기 결합구멍의 구멍측 걸림면과 결합축부의 축측 걸림면을 맞닿게 하여 끼우기 때문에, 노즐 베인과 연결부재는 소성변형을 수반하지 않고 기하학적으로 결합됨으로써 작은 힘으로 상기 결합구멍과 결합축부를 상대 회전할 수 없도록 끼워맞춤과 동시에, 서로 맞닿는 2 개의 구멍측 걸림면 및 축측 걸림면에 의하여 노즐 베인측의 회전력을 받게 할 수 있다.
이로써, 노즐 베인측의 회전력 등에 의하여, 상기 결합구멍과 결합축부의 결합부에 피로 파괴 (fatigue fracture) 를 일으키지 않고, 또한 노즐 축에 경사 등을 발생시키지 않고, 노즐 구동부재측으로부터의 구동력을 연결부재를 통하여 노즐 베인에 원활하게 전달할 수 있도록 할 수 있고, 또한 상기 결합구멍과 결합축부의 결합부는 고온 하에서도, 상기 결합부가 소성변형을 수반하지 않는 기하학적인 결합이기 때문에 상기 회전력 등에 의한 상기 결합부의 파손을 피할 수 있고, 내구성이 큰 연결부재와 노즐 베인의 결합구조를 얻을 수 있다.
나아가 이러한 가변용량 터빈은 노즐 베인의 날개각을 고정밀도로 제어하는 것을 필요로 하는데, 이러한 발명에 의하면 노즐 베인측의 결합축부의 축측 걸림면과, 연결부재측의 결합구멍의 구멍측 걸림면을 맞닿게 함으로써 노즐 베인과 연결부재를 미리 설정된 관계에서 기하학적으로 결합하므로, 종래기술과 같이 상기 노즐 베인과 연결부재를 조립할 때 지그를 사용하여 양자간의 상대각도를 설정할 것을 필요로 하지 않아 조립공정이 저감됨과 동시에, 상기 지그 등의 각별한 조립 주요 기구가 필요 없게 되어 장치 비용이 저감된다.
제 3 항과 같이 구성하면, 노즐 베인과 연결부재의 상대 회전을 저지하는 축측 걸림면 및 이에 맞닿는 구멍측 걸림면을 1 면 형성하면 되므로, 상기 걸림면에서 받는 허용 회전력은 작아지고 가공공정수가 저감된다.
또한 제 4 항과 같이 구성하면, 통상의 세레이션 톱니를 가공하면 되므로, 가공이 간단해지고 세레이션의 내톱니와 세레이션의 외톱니가 끼워지는 위치를 변화시킴으로써, 노즐 베인측과 노즐 구동부재측의 상대 위치를 쉽게 조정할 수 있다.
이하에서 본 발명을 도면에 나타낸 실시예를 사용하여 상세하게 설명하기로 한다. 단, 이 실시예에 기재된 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특정 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며 단순한 설명예에 지나지 않는다.
도 1 은 본 발명의 가변용량 터빈이 부착된 과급기의 가변 노즐기구에 있어서의 노즐 베인과 레버 플레이트의 결합부에 대한 제 1 실시형태를 나타내고, 도 1a 는 그 사시도, 도 1b 는 Z-Z 선 단면도이다. 도 2 는 상기 결합부의 제 2 실시예를 나타내고, 도 2a 는 레버 플레이트의 평면도, 도 2b 는 도 1a 의 Z-Z 선 단면도이다. 도 3 은 상기 결합부의 제 3 실시예를 나타내고, 도 3a 는 레버 플레이트의 평면도, 도 3b 는 노즐 축부의 사시도이다. 도 4 는 본 발명에 관계되는 가변용량 터빈이 부착된 과급기의 가변 노즐기구의 요부 단면도이다. 도 5 는 상기 가변용량 터빈이 부착된 과급기의 회전축심을 따른 요부 단면도이고, 도 6 은 도 5 의 A-A 단면도이다.
도 5 내지 도 6 에 있어서, 10 은 터빈 케이싱, 11 은 상기 터빈 케이싱 (10) 의 외주부에 소용돌이 형상으로 형성된 스크롤이다. 12 는 래디알 유형의 터빈 로터이고, 도시하지 않은 콤프레서와 동축에 형성된 센터 케이싱에 베어링 (모두 도시 생략) 을 통하여 회전이 자유롭도록 지지되어 있다.
2 는 노즐 베인으로서, 상기 스크롤 (11) 의 내주측에 터빈의 원주방향 등간격으로 복수 장 배치됨과 동시에, 이 날개 단부에 형성된 노즐 축 (02) 이 상기 터빈 케이싱 (10) 에 고정된 노즐 마운트 (4) 에 회전운동할 수 있도록 지지되고, 후술하게 되는 수단에 의하여 그 날개각을 변화시키도록 되어 있다. 14 는 상기 터빈 케이싱 (10) 에 고정되어 상기 터빈롤러 (12) 에서 팽창작업을 한 배기가스를 기 외로 송출하기 위한 안내로를 형성하는 가스출구 케이싱이고, 16 은 가스출구이다.
3 은 원반 형상으로 형성된 링크 플레이트로서, 상기 터빈 케이싱 (10) 에 회전할 수 있도록 지지됨과 동시에, 후술하게 되는 레버 플레이트 (1) 의 보스부 (6) 가 끼워지는 긴 구멍 (03) 이 터빈의 원주방향 등간격으로 형성되어 있다. 상기 긴 구멍 (03) 은 그 중심선이 터빈의 축심을 통하는 반경 방향선에 대하여, 일정 각도 경사지게 형성되고, 링크 플레이트 (3) 로부터 레버 플레이트 (1) 로의 구동력의 전달저항을 저감시킨다.
7 은 상기 노즐 베인 (2) 을 구동하는 엑츄에이터 (07) (도시 생략) 의 출력단인 엑츄에이터 로드로서, 상기 엑츄에이터 로드 (7) 의 왕복운동은 구동 레버 (06) 및 크랭크 컨트롤 (5) 및 구면 이음매로 이루어지는 연결부 (17) 에 의하여 회전운동으로 변환되어 상기 링크 플레이트 (3) 에 전달되도록 되어 있다.
이러한 구성으로 이루어지는 가변용량 터빈이 부착된 과급기에서, 내연기관 (도시 생략) 으로부터의 배기가스는 상기 스크롤 (11) 에 들어가고, 상기 스크롤 (11) 의 소용돌이를 따라서 둘레를 돌면서 노즐 베인 (2) 에 유입된다. 그리고 상기 배기가스는 상기 노즐 베인 (2) 의 날개 사이를 흘러가고 상기 터빈 로터 (12) 로 그 외주측으로부터 유입되고, 중심측을 향하여 반경 방향으로 흘러 상기 터빈 로터 (12) 에서 팽창 작업을 행한 후, 축 방향으로 유출되어 가스출구 케이싱(16) 에 안내되어 기 외로 송출된다.
이러한 가변용량 터빈의 용량을 제어할 때에는, 상기 엑츄에이터에 대하여 상기 노즐 베인 (2) 을 흐르는 배기가스의 유량이 소정의 유량이 되는 상기 노즐 베인 (2) 의 날개각을, 날개각 제어수단 (도시 생략) 에 의하여 설정한다. 이러한 날개각에 대응하는 엑츄에이터의 왕복 변위는 엑츄에이터 로드 (7), 구동 레버 (06), 크랭크 컨트롤 (5) 및 구면 이음매로 이루어지는 연결부 (17) 에 의하여 회전운동으로 변환되어 상기 링크 플레이트 (3) 에 전달되고, 상기 링크 플레이트 (3) 가 회전 구동된다.
상기 링크 컨트롤 (3) 의 회전에 의하여, 상기 링크 플레이트 (3) 의 긴 구멍 (03) 에 끼워져 있는 상기 각 레버 플레이트 (1) 의 보스부 (6) 가 상기 긴 구멍 (03) 내를 회전운동하고 그리고 슬라이드하면서 원주방향으로 이동되어진다. 이러한 보스부 (6) 의 이동에 의하여 상기 노즐 축 (02) 에 근원부를 고정시키고 있는 아암 형상의 상기 레버 플레이트 (1) 를 통하여 상기 노즐 축 (02) 이 회전되고, 이로써 노즐 베인 (2) 이 회전운동하여 상기 엑츄에이터에 의하여 설정된 날개각에 변화가 주어진다.
본 발명은 이상과 같이 구성된 가변용량 터빈의 가변 노즐기구의 개량에 관한 것으로서, 도 4 에 있어서 100 은 가변 노즐기구이고, 다음과 같이 구성되어 있다.
3 은 원반형상으로 형성된 링크 플레이트로서, 상기와 같이 엑츄에이터 로드 (7) 에 연결부 (17) 등을 통하여 터빈축심 둘레로 회전운동할 수 있도록 연결되고,터빈의 원주방향 등간격으로 (부등간격일 수도 있음) 긴 구멍 (03) 이 천공되어 있다. 2 는 상기 스크롤 (11) 의 내주측에 터빈의 원주방향 등간격으로 복수 장 배치된 노즐 베인으로서, 이 날개단부에 형성된 노즐 축 (02) 이 상기 노즐 마운트 (4) 에, 상기 링크실 (13) 내와의 사이의 가스 시일용의 시일부 (4a) 를 통하여 회전운동할 수 있도록 지지되어 있다.
상기 각각의 노즐 축 (02) 의 노즐 베인 (2) 반대 측단부에 상기 복수의 레버 플레이트 (1) 의 결합부가 후술하게 되는 수단에 의하여 고정되어 있다. 상기 레버 플레이트 (1) 의 타단부에 형성된 보스부 (6) 는 상기 링크 플레이트 (3) 의 긴 구멍 (03) 에 회전 그리고 슬라이드할 수 있도록 끼워져 있다.
그리고, 상기 레버 플레이트 (1) 및 링크 플레이트 (3) 는 상기 스크롤 (11) 보다도 내주측에 형성된 링크실 (13) 내에, 상기 노즐 베인 (2) 과 링크 플레이트 (3) 간에 레버 플레이트 (1) 가 배치되어, 상기 노즐 베인 (2) 에 대하여 터빈축 방향으로 배열 형성되어 있다.
본 발명에서는, 전술한 바와 같이 구성된 가변 노즐기구 (100) 의 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 의 결합부를 개량한다.
즉, 이러한 결합부를 상세하게 나타낸 도 1 에 있어서, 1 은 레버 플레이트로서, 그 일단 측에는 상기 링크 플레이트 (3) 의 긴 구멍 (03) 에 끼워지는 보스부 (6) 가 형성되고, 타단 측에는 결합구멍 (31) 이 상기 보스부 (6) 의 축심과 평행하게 관통 형성되어 있다. 상기 결합구멍 (31) 은 대향하는 2 면에 평행하는 구멍측 걸림면 (32) 을 갖는 동전형상으로 형성되어 있다.
한편, 상기 노즐 베인 (2) 의 노즐 축 (02) 의 축단부에는, 상기 결합구멍 (31) 에 끼워지는 결합축부 (33) 가 형성되어 있다. 상기 결합축부 (33) 는 이것이 끼워지는 상기 결합구멍 (31) 과 동일한 형상인 동전 형상으로 형성되고, 상호 평행한 축측 걸림면 (34) 이 상기 구멍측 걸림면 (32) 에 맞닿음으로써, 상기 레버 플레이트 (1) 와 노즐 베인 (2) 을 상대 회전할 수 없도록 끼운다. 또한, 결합축부 (33) 를 결합구멍 (31) 내에 끼운 후에는, 도 4 에 나타낸 바와 같이 결합축부 (33) 의 선단을 압착함 (05 는 코킹부) 으로써 빠져나가는 것을 방지하고 있다. 이 빠져나감 방지에 관해서는 결합축부 (33) 의 선단을 경미하게 용접하는 등으로 대신할 수도 있다.
이러한 실시예에 있어서, 상기 레버 플레이트 (1) 의 결합구멍 (31) 에 노즐 베인 (2) 의 결합축부 (33) 를 끼울 때에는, 상기 결합구멍 (31) 의 상기 구멍측 걸림면 (32) 과 결합축부 (33) 의 축측 걸림면 (3) 을, 노즐 베인 (2) 의 날개각과 링크 플레이트 (3) 의 회전각이 소요관계가 되도록 기하학적으로 설정하여 맞닿게 끼우고, 결합축부 (33) 의 선단을 압착함 (05 는 코킹부) 으로써 빠져나가는 것을 방지한다. 이 빠져나감 방지에 관해서는 결합축부 (33) 의 선단을 경미하게 용접하는 등으로 대신할 수도 있다.
이러한 실시예에 의하면, 레버 플레이트 (1) 의 결합구멍 (31) 에 노즐 베인 (2) 의 결합축부 (33) 를, 상기 결합구멍 (31) 의 구멍측 걸림면 (32) 과 결합축부 (33) 의 축측 걸림면 (34) 을 맞닿게 끼우므로, 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 는 소성변형을 수반하지 않고 기하학적으로 결합됨으로써, 작은 힘으로 상기결합구멍 (31) 과 결합축부 (33) 를 상대 회전할 수 없도록 끼울 수 있음과 동시에, 서로 맞닿는 2 개의 구멍측 걸림면 (32) 과 축측 걸림면 (34) 에 의하여 노즐 베인 (2) 측의 회전력을 받을 수 있다.
이로써, 노즐 베인 (2) 측의 회전력 등에 의하여, 상기 결합구멍 (31) 과 결합축부 (33) 의 결합부에 피로 파괴를 일으키지 않고, 또한 노즐 축 (02) 에 경사 등을 발생시키지 않고, 링크 플레이트 (3) 측으로부터의 구동력을 레버 플레이트 (1) 를 통하여 노즐 베인 (2) 에 원활하게 전달할 수 있고, 또한 상기 결합구멍 (31) 과 결합축부 (33) 의 결합부는 고온하에서도 상기 결합부가 소성변형을 수반하지 않는 기하학적인 결합이기 때문에 상기 회전력 등에 의한 상기 결합부의 파손을 피할 수 있고, 내구성이 큰 레버 플레이트 (1) 와 노즐 베인 (2) 의 결합구조를 얻을 수 있다.
나아가, 이러한 가변용량 터빈은 노즐 베인 (2) 의 날개각을 고정밀도로 제어할 필요가 있는데, 이러한 실시예에 의하면 노즐 베인 (2) 측의 결합축부 (33) 의 축측 걸림면 (34) 과, 레버 플레이트 (1) 측의 결합구멍 (31) 의 구멍측 걸림면 (32) 을 맞닿게 함으로써, 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 를 미리 설정된 관계에서 기하학적으로 결합하므로, 종래기술과 같이 상기 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 의 조립시에 지그를 사용하여 양자간의 상대 각도를 설정할 필요가 없고, 조립 공정 수가 저감됨과 동시에, 상기 지그 등의 각별한 조립 주요 기구가 필요 없게 되어 장비 비용이 저감된다.
또한, 상기 결합구멍 (31) 과 결합축부 (33) 를 긴 원 또는 타원으로 구성할수도 있다.
도 2 에 나타낸 상기 노즐 베인과 레버 플레이트의 결합부의 제 2 실시예에서는, 상기 레버 플레이트 (1) 의 결합구멍 (35) 및 여기에 끼워지는 노즐 베인 (2) 의 결합축부 (37) 의 형상을, 상기 결합축부 (37) 의 1 면을 절결하여 축측 걸림면 (38) 을 형성함과 동시에, 상기 결합구멍 (35) 에는 상기 축측 걸림면 (38) 에 맞닿을 수 있도록 구멍측 걸림면 (36) 을 1 면 형성한 단면 형상으로 구성하고 있다.
이러한 실시예에서는, 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 의 상대회전을 저지하는 축측 걸림면 (38) 및 여기에 맞닿는 구멍측 걸림면 (36) 을 1 면 형성하면 되므로, 상기 걸림면 (38, 36) 에서 받는 허용 회전력은 작아지나, 가공공정수가 줄어든다.
도 3 에 나타낸 상기 노즐 베인과 레버 플레이트의 결합부의 제 3 실시예에서는, 상기 레버 플레이트 (1) 의 결합구멍을 복수의 세레이션의 내톱니로 이루어지는 결합구멍 세레이션 (41) 으로 하고, 여기에 끼워지는 노즐 베인 (2) 의 결합축부를 축부의 외주를 따라서 형성된 복수의 세레이션의 외톱니로 이루어지는 결합축부 세레이션 (42) 으로 구성하여, 결합구멍 세레이션 (41) 과 결합축부 세레이션 (42) 을 톱니로 끼워 맞추고, 상기 노즐 베인 (2) 과 레버 플레이트 (1) 의 상대 회전을 저지하고 있다. 이러한 실시예에서는 통상의 세레이션 톱니를 가공하면 되므로 가공이 간단하고, 세레이션의 내톱니와 세레이션의 외톱니를 끼워 맞추는 위치를 바꿈으로써 노즐 베인 (2) 측과 링크 플레이트 (3) 측의 상대 위치를 쉽게조정할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 의하면 노즐 베인과 연결부재는 소성변형을 수반하지 않고 기하학적으로 결합됨으로써, 작은 힘으로 상기 연결부재의 결합구멍과 노즐 베인의 결합축부를 상대 회전시킬 수 없도록 끼워맞춤과 동시에, 서로 맞닿는 2 개의 구멍측 걸림면 및 축측 걸림면에 의하여 노즐 베인측의 회전력을 받게 할 수 있다.
이로써, 노즐 베인측의 회전력 등에 의하여, 상기 결합구멍과 결합축부의 결합부에 피로 파괴를 일으키지 않고, 또한 노즐 축에 경사 등을 발생시키지 않고, 노즐 구동부재측으로부터의 구동력을 연결부재를 통하여 노즐 베인에 원활하게 전달할 수 있고, 또한 상기 결합부는 고온하에서도 상기 결합부가 소성변형을 수반하지 않는 기하학적인 결합이기 때문에 상기 회전력 등에 의한 상기 결합부의 파손을 피할 수 있고, 내구성이 큰 연결부재와 노즐 베인의 결합구조를 얻을 수 있다.
나아가 노즐 베인측의 결합축부의 축측 걸림면과, 연결부재측의 결합구멍의 구멍측 걸림면을 맞닿게 함으로써, 노즐 베인과 연결부재를 미리 설정된 관계에서 기하학적으로 결합하므로, 종래기술과 같이 상기 노즐 베인과 연결부재를 조립할 때, 지그를 사용하여 양자간의 상대각도를 설정할 것을 필요로 하지 않아 조립공정이 저감됨과 동시에, 상기 지그 등의 각별한 조립 주요 기구가 필요 없게 되어 장치 비용이 저감된다.
제 3 항과 같이 구성하면, 노즐 베인과 연결부재의 상대 회전을 저지하는 축측 걸림면 및 이에 맞닿는 구멍측 걸림면을 1 면 형성하면 되므로, 상기 걸림면에서 받는 허용 회전력은 작아지고 가공공정수가 저감된다.
또한 제 4 항과 같이 구성하면, 통상의 세레이션 톱니를 가공하면 되므로, 가공이 간단해지고, 세레이션의 내톱니와 세레이션의 외톱니가 끼워지는 위치를 변화시킴으로써, 노즐 베인측과 노즐 구동부재측의 상대 위치를 쉽게 조정할 수 있다.

Claims (4)

  1. 터빈 케이싱에 형성된 소용돌이 형상의 스크롤과, 상기 스크롤의 내주측에 터빈의 원주방향을 따라서 배치됨과 동시에 상기 터빈 케이싱에 회전운동할 수 있도록 지지되어 날개각을 변화시킬 수 있게 되어 있는 복수의 노즐 베인과, 상기 노즐 베인의 내주측에 회전이 자유롭도록 형성된 터빈 로터를 구비하고, 작동가스를 상기 스크롤로부터 노즐 베인을 거쳐 터빈 로터로 반경 방향으로 유동시켜 상기 터빈 로터를 회전 구동하도록 구성된 가변용량 터빈에 있어서,
    엑츄에이터에 연결되고 상기 엑츄에이터에 의하여 터빈축심 둘레에 회전운동할 수 있도록 된 노즐 구동부재와 상기 복수의 노즐 베인을 각각 연결하는 복수의 연결부재를 구비하고, 상기 연결부재에 형성되어 평면 또는 곡면으로 이루어지는 구멍측 걸림면을 갖는 결합구멍에, 상기 노즐 베인의 회전축에 형성되고 상기 구멍측 걸림면에 대응하는 형상의 축측 걸림면을 갖는 결합축부를, 상기 결합구멍 및 결합축부에 소성변형을 수반하지 않고 또한 상기 구멍측 걸림면과 축측 걸림면을 맞닿게 함으로써, 상기 연결부재와 상기 노즐 베인을 상대 회전할 수 없도록 끼우고, 선단부에 빠짐방지 처리를 하는 것을 특징으로 하는 가변용량 터빈의 가변 노즐기구.
  2. 제 1 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 결합구멍 및 결합축부를, 대향하는 2 면에 상기 구멍측 걸림면 및 축측 걸림면이 형성된 2 개의 맞닿음 면으로 이루어지는 단면 형상의 결합부로 구성한 것을 특징으로 하는 가변용량 터빈의 가변 노즐기구.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 결합구멍 및 결합축부를, 상기 결합축부의 1 면을 절결하여 상기 축측 걸림면으로 함과 동시에, 상기 결합구멍에는 상기 축측 걸림면에 맞닿을 수 있도록 상기 구멍측 걸림면을 1 면 형성하여 이루어지는 단면 형상의 결합부로 구성한 것을 특징으로 하는 가변용량 터빈의 가변 노즐기구.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 결합구멍 및 결합축부를, 상기 결합축부의 외주를 따라서 형성된 복수의 세레이션의 외톱니를 상기 축측 걸림면으로 함과 동시에, 상기 결합구멍의 내주를 따라서 형성되고 상기 세레이션의 외톱니와 맞물리는 복수의 세레이션의 내톱니를 상기 구멍측 걸림면으로 한 세레이션 결합부로 구성한 것을 특징으로 하는 가변용량 터빈의 가변 노즐기구.
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