KR100448366B1 - Vane angle control device for viable nozzle turbine - Google Patents
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Abstract
가변 노즐 터빈에 설치되는 베인의 배치각도를 자동으로 조절하여 엔진의 출력효율을 최대화할 수 있도록 하는 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치를 제공할 목적으로,In order to provide a vane angle adjusting device of a variable nozzle turbine which automatically adjusts the placement angle of vanes installed in the variable nozzle turbine to maximize the output efficiency of the engine.
엔진의 배기 매니폴드로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 배기가스 공급관과 일체로 터빈 케이스가 구성되며, 상기 터빈 케이스 내부에 터빈이 회전축을 통하여 상기 블로어와 연결되어 덮개로 덮어져 구성되는 가변 노즐 터빈의 터빈 케이스의 내부에서 상기 덮개에 대하여 회전 가능하게 구성되는 회전 링에 의해 작동하는 다수개의 회전캠에 연결축을 통하여 상기 터빈의 외측에 일정간격으로 배치되어 설치되는 베인의 회전 각도를 제어하기 위한 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치에서,The turbine case is integrally formed with the exhaust gas supply pipe so that the exhaust gas can be supplied from the exhaust manifold of the engine, and the turbine is connected to the blower through the rotating shaft and covered with a cover inside the turbine case. Variable nozzle for controlling the rotation angle of the vanes are disposed at regular intervals on the outside of the turbine through a connecting shaft to a plurality of rotary cams operated by a rotary ring rotatably configured with respect to the cover inside the turbine case In the vane angle adjuster of the turbine,
상기 터빈 케이스의 덮개 외부 일측에 장착브라켓을 통하여 장착되는 전류 증폭기와; 상기 전류 증폭기에 양단이 연결되며, 상기 터빈 케이스 내부에서는 상기 다수개의 회전캠에 대하여 변위가변 작동수단을 통하여 연결되어 상기 전류 증폭기로부터 인가되는 전류신호에 따라 회전캠의 회전각도를 조절하는 변위가변 링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치를 제공한다.A current amplifier mounted on an outer side of the cover of the turbine case through a mounting bracket; Both ends are connected to the current amplifier, and the turbine variable case is connected to the plurality of rotary cams through a displacement variable operation means to adjust the rotation angle of the rotary cam according to the current signal applied from the current amplifier. It provides a vane angle adjusting device of the variable nozzle turbine, characterized in that consisting of.
Description
본 발명은 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈의 배기측에 설치되어 터빈의 입구 및 출구측의 온도와 압력신호에 따라 베인의 각도를 조절하여 주는 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vane angle adjusting device of a variable nozzle turbine, and more particularly, to a variable nozzle turbine installed at an exhaust side of a turbine to adjust a vane angle according to temperature and pressure signals at the inlet and outlet sides of the turbine. The vane angle control device.
일반적으로 디젤엔진에는 흡입되는 공기의 충진 효율을 증대시키기 위하여배기가스에 의하여 작동되어 흡기를 과급시키도록, 엔진의 배기 매니폴드 측에 설치되는 터빈과, 엔진의 흡기 매니폴드 측에 설치되는 블로어를 회전축으로 연결하고, 이 회전축을 저널 베어링으로 지지하는 구조의 터보 차져를 이용하여 터보 차져 시스템을 적용하고 있다.In general, a diesel engine includes a turbine installed on the exhaust manifold side of the engine and a blower installed on the intake manifold side of the engine to operate by the exhaust gas to supercharge the intake air in order to increase the filling efficiency of the intake air. The turbocharger system is applied using a turbocharger having a structure connected to a rotating shaft and supporting the rotating shaft with a journal bearing.
이러한 터보 차져 시스템은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 터빈(101)과 블로어(103)로 구성되는 터보 차져(105)는 상기 터빈(101)이 엔진(107)의 배기 매니폴드(109)로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 연결되고, 상기 블로어(103)는 에어 클리너(111)로부터 신기를 흡입하여 인터쿨러(113)를 통하여 엔진(107)에 신기를 공급하기 위하여 흡기 매니폴드(115)와 연결된다.This turbocharger system, as shown in Figure 5, the turbocharger 105 composed of the turbine 101 and the blower 103 is the turbine 101 from the exhaust manifold 109 of the engine 107 It is connected to receive the exhaust gas, the blower 103 is connected to the intake manifold 115 to suck the fresh air from the air cleaner 111 to supply fresh air to the engine 107 through the intercooler 113. do.
그리고 상기 터빈(101)측으로 공급되는 배기가스를 배출하기 위한 배출관로 (117)와, 상기 신기를 흡입하기 위하여 에어 클리너(111)와 연결되는 흡입관로(119)가 구성된다.In addition, a discharge pipe 117 for discharging the exhaust gas supplied to the turbine 101 side, and a suction pipe 119 connected to the air cleaner 111 to suck the fresh air are configured.
따라서 엔진(107)의 배기가스 배출압에 의해 상기 터보 차져(105)의 터빈 (101)이 회전하면, 이와 회전축(121)을 통하여 연결된 블로어(103)가 회전하면서 에어 클리너(111)로부터 신기를 공급받아 인터쿨러를 거치도록 하여 흡기 매니폴드 (115)로 압축 냉각 공기를 과급하도록 이루어진다.Therefore, when the turbine 101 of the turbocharger 105 is rotated by the exhaust gas discharge pressure of the engine 107, the blower 103 connected through the rotary shaft 121 rotates and the air is blown from the air cleaner 111. It is supplied to pass through the intercooler is made to supercharge the compressed cooling air to the intake manifold (115).
그런데, 상기한 바와 같은 종래의 터보 차져 시스템에서 상기 터빈(101)은 그 회전 속도가 배기 매니폴드(109)를 통하여 배출되는 배기가스의 양에 의해서만 결정되므로 엔진(107)의 회전 속도가 낮은 구간에서는 배기 압력이 낮아 흡입공기를 압축하지 못하고, 오히려 터빈(101)이 저항체로 작용되어 토크가 작아지는 문제점이 있어, 최근에는 터빈 케이스 내에 부압 액츄에이터(미도시)등의 각도 조절장치에 의해 배치각도를 가변할 수 있는 베인(미도시)을 적용하여 배기가스의 배출 유속을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 가변 노즐 터빈을 적용하고 있는 추세이다.However, in the conventional turbocharger system as described above, since the rotation speed of the turbine 101 is determined only by the amount of exhaust gas discharged through the exhaust manifold 109, the section of the engine 107 has a low rotation speed. In the case of low exhaust pressure, the intake air cannot be compressed, but the turbine 101 acts as a resistor, thereby reducing the torque. In recent years, the arrangement angle is controlled by an angle adjusting device such as a negative pressure actuator (not shown) in the turbine case. By applying a vane (not shown) that can be varied is a trend to apply a variable nozzle turbine to enable the efficient use of the exhaust flow rate of the exhaust gas.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 가변 노즐 터빈에 적용되는 베인을 회전시켜 베인 각도를 조절하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가변 노즐 터빈에 설치되는 베인의 배치각도를 자동으로 조절하여 엔진의 출력효율을 최대화할 수 있도록 하는 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치를 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created to control the vane angle by rotating the vanes applied to the variable nozzle turbine as described above, an object of the present invention is to automatically adjust the placement angle of the vanes installed in the variable nozzle turbine of the engine It is to provide the vane angle control device of the variable nozzle turbine to maximize the output efficiency.
도 1은 본 발명이 적용된 가변 노즐 터빈의 부분 절개 사시도이다.1 is a partial cutaway perspective view of a variable nozzle turbine to which the present invention is applied.
도 2는 본 발명에 따른 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치의 제1작동 상태의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a first operating state of the vane angle adjusting device of the variable nozzle turbine according to the present invention.
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.
도 4는 본 발명에 따른 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치의 제2작동 상태의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a second operating state of the vane angle adjusting device of the variable nozzle turbine according to the present invention.
도 5는 일반적인 터보 챠저 시스템의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a general turbocharger system.
상기한 바와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명의 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치는, 엔진의 배기 매니폴드로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 배기가스 공급관과 일체로 터빈 케이스가 구성되며, 상기 터빈 케이스 내부에 터빈이 회전축을 통하여 상기 블로어와 연결되어 덮개로 덮어져 구성되는 가변 노즐 터빈의 터빈 케이스의 내부에서 상기 덮개에 대하여 회전 가능하게 구성되는 회전 링에 의해 작동하는 다수개의 회전캠에 연결축을 통하여 상기 터빈의 외측에 일정간격으로 배치되어 설치되는 베인의 회전 각도를 제어하기 위한 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치에서,The vane angle adjusting device of the variable nozzle turbine of the present invention for realizing the above object comprises a turbine case integrally formed with an exhaust gas supply pipe so that exhaust gas can be supplied from an exhaust manifold of an engine. Through a connecting shaft to a plurality of rotary cams operated by a rotating ring configured to be rotatable with respect to the cover in the turbine case of the variable nozzle turbine is configured to be connected to the blower through the rotary shaft and covered with a cover therein. In the vane angle adjusting device of the variable nozzle turbine for controlling the rotation angle of the vanes are arranged disposed at a predetermined interval outside the turbine,
상기 터빈 케이스의 덮개 외부 일측에 장착브라켓을 통하여 장착되는 전류 증폭기와; 상기 전류 증폭기에 양단이 연결되며, 상기 터빈 케이스 내부에서는 상기 다수개의 회전캠에 대하여 변위가변 작동수단을 통하여 연결되어 상기 전류 증폭기로부터 인가되는 전류신호에 따라 회전캠의 회전각도를 조절하는 변위가변 링으로 이루어지는 것을 특징으로 하며,A current amplifier mounted on an outer side of the cover of the turbine case through a mounting bracket; Both ends are connected to the current amplifier, and the turbine variable case is connected to the plurality of rotary cams through a displacement variable operation means to adjust the rotation angle of the rotary cam according to the current signal applied from the current amplifier. Characterized in that consists of,
상기 변위가변 링은 그 재질이 형상기업합금 소재로 이루어지며, 상기 전류 증폭기로부터 인가되는 전류신호에 따라 그 형상이 원형의 링 상태에서 수축 및 팽창되며, 수축시에는 일정 구간마다 절곡부가 형성되는 것을 특징으로 하며,The displacement variable ring is made of a shape-alloy alloy material, the shape is contracted and expanded in a circular ring state in accordance with the current signal applied from the current amplifier, and when the contraction is formed a bent portion at a certain interval Features,
상기 변위가변 작동수단은 상기 덮개에 일측 선단이 힌지 체결되는 각각의 회전캠에 그 길이 방향으로 형성되는 슬롯형상의 레일과; 상기 변위가변 링의 변위가변 시, 상기 레일을 따라 이동 가능하게 장착되며, 상단 일측에는 관통홀을 형성하여 상기 변위가변 링이 이 관통홀을 통과하여 끼워지는 롤러로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The variable displacement operation means includes a slot-shaped rail formed in the longitudinal direction of each rotary cam hinged to one side of the cover; When the displacement of the variable displacement ring is mounted to be movable along the rail, the upper side is formed with a through-hole characterized in that the displacement variable ring is made of a roller fitted through the through hole.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.BEST MODE Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명이 적용된 가변 노즐 터빈의 부분 절개 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치의 제1작동 상태의 구성도로서, 먼저, 본 발명이 적용되는 가변 노즐 터빈(1)의 구성은 터보 차져의 일측 블로어(3)와 연결되며, 엔진(미도시)의 배기 매니폴드로부터 배기가스를 공급받을 수 있도록 배기가스 공급관(5)과 일체로 터빈 케이스가(7) 구성되며, 상기 터빈 케이스(7) 내부에 터빈(9)이 회전축(11)을 통하여 상기 블로어(3)와 연결되어 덮개(13)로 덮어져 구성된다.1 is a partial cutaway perspective view of a variable nozzle turbine to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a configuration diagram of a first operating state of a vane angle adjusting device of a variable nozzle turbine according to the present invention. First, a variable nozzle to which the present invention is applied The turbine 1 is connected to one side blower 3 of the turbocharger, and the turbine case is integrally formed with the exhaust gas supply pipe 5 so as to receive the exhaust gas from the exhaust manifold of the engine (not shown) (7). The turbine 9 is connected to the blower 3 through the rotary shaft 11 and covered with a cover 13 inside the turbine case 7.
이러한 가변 노즐 터빈(1)의 구성에서 본 발명에 따른 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 터빈 케이스(7)의 내부에서 상기 덮개(13)에 대하여 회전 가능하게 구성되는 회전 링(15)에 의해 작동하는 다수개의 회전캠(17)에 연결축(19)을 통하여 상기 터빈(9)의 외측에 일정간격으로 배치되는 베인(21)이 설치되며, 이 베인(21)의 회전 각도를 제어하기 위하여, 상기 터빈 케이스(7)의 덮개(13) 외부 일측에 장착브라켓(23)을 통하여 전류 증폭기(41)가 장착된다.In the configuration of the variable nozzle turbine 1, the vane angle adjusting device of the variable nozzle turbine according to the present invention is rotatable with respect to the cover 13 in the turbine case 7 as shown in FIG. The vanes 21 are arranged at a predetermined interval on the outside of the turbine 9 through the connecting shaft 19 to the plurality of rotary cams 17 operated by the rotary ring 15 is configured, the vanes In order to control the rotation angle of the 21, the current amplifier 41 is mounted to the outer side of the cover 13 of the turbine case 7 through a mounting bracket 23.
그리고 상기 전류 증폭기(41)에 양단이 연결되는 변위가변 링(27)이 상기 터빈 케이스(7) 내부에서 상기 다수개의 회전캠(17)에 대하여 변위가변 작동수단을 통하여 연결되는데, 이 변위가변 링(27)은 상기 전류 증폭기(41)로부터 인가되는 전류신호에 따라 회전캠(17)의 회전 각도를 조절하게 된다.In addition, a displacement variable ring 27 having both ends connected to the current amplifier 41 is connected to the plurality of rotary cams 17 in the turbine case 7 through displacement variable operation means. Reference numeral 27 adjusts the rotation angle of the rotary cam 17 according to the current signal applied from the current amplifier 41.
즉, 상기 변위가변 링(27)은 그 재질이 형상기업합금 소재로 이루어지며, 상기 전류 증폭기(41)로부터 인가되는 전류신호에 따라 그 형상이 원형의 링 상태에서 수축 및 팽창되며, 수축시에는, 도 4에서와 같이, 일정 구간마다 절곡부(31)가 형성되면서 수축되고, 팽창시에는 상기 절곡부(31)가 펴지면서 팽창된다.That is, the displacement variable ring 27 is made of a shape-alloy material, the shape is contracted and expanded in a circular ring state in accordance with the current signal applied from the current amplifier 41, , As shown in FIG. 4, the bent portion 31 is contracted while being formed at predetermined intervals, and when the bent portion is expanded, the bent portion 31 is expanded.
그리고 상기 변위가변 작동수단은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 덮개(13)에 일측 선단이 힌지(33) 체결되는 각각의 회전캠(17)에 그 길이 방향으로 슬롯형상의 레일(35)이 형성되며, 상기 레일(35)에는 상기 변위가변 링(27)의 변위가변 시, 상기 레일(35)을 따라 이동 가능하게 내마모성과 절연성이 우수한 세라믹 롤러(37)가 장착되는데, 이 때, 상기 롤러(37)는 그 상단 일측에 관통홀(39)을 형성하여 상기 변위가변 링(27)이 이 관통홀(39)을 통과하여 끼워지게 된다.And the displacement variable operation means, as shown in Figure 3, the rail 35 of the slot-like in the longitudinal direction to each of the rotary cams 17, one end of which is fastened to the hinge (33) fastened to the cover (13) Is formed, the rail 35 is equipped with a ceramic roller 37 having excellent wear resistance and insulation to move along the rail 35 when the displacement of the displacement variable ring 27, wherein, The roller 37 forms a through hole 39 at one side of the upper end thereof so that the displacement variable ring 27 is fitted through the through hole 39.
따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치에 의하면, 엔진이 고속구간에서는 엔진제어유닛(미도시)으로부터 그에 해당하는 전기신호를 입력받아 전류 증폭기(41)에서 상기 형상기억합금 소재의 변위가변 링(27)에 전류신호를 출력하게 된다.Therefore, according to the vane angle adjusting device of the variable nozzle turbine according to the present invention having the configuration as described above, the current amplifier 41 receives the electrical signal corresponding to the engine from the engine control unit (not shown) in the high-speed section At the output of the current signal to the variable displacement ring 27 of the shape memory alloy material.
그러면, 상기 변위가변 링(27)은 저항으로 작용하여 발생하는 열에 의해 열 탄성 작용하여, 상기 도 2에서와 같이, 팽창하게 되며, 이에 따라, 상기 변위가변 링(27)에 연결된 롤러는 회전캠(17) 상에 구성된 슬롯형상의 레일(35)을 따라 외측으로 이동하면서, 상기 회전캠(17)을 시계방향(고속방향)으로 회전시키게 되며, 이에 상기 베인(21)은 회전캠(17) 및 연결축(19)에 의해 베인 각도(α)가 커지도록 회전하여 상기 터빈(9)에 공급되는 배기가스의 입사각을 조절하게 되는 것이다.Then, the displacement variable ring 27 is thermally elastically acted by heat generated by acting as a resistance, and as shown in FIG. 2, expands, and thus, the roller connected to the displacement variable ring 27 is a rotary cam. The rotary cam 17 is rotated clockwise (high speed direction) while moving outward along the slot-shaped rail 35 formed on the 17, and the vanes 21 are rotated cams 17. And the vane angle α is increased by the connecting shaft 19 to adjust the incident angle of the exhaust gas supplied to the turbine 9.
한편, 엔진이 저속구간으로 이동하게 되면, 엔진제어유닛(미도시)으로부터 그에 해당하는 전기신호를 입력받은 전류 증폭기(41)는 상기 형상기억합금 소재의 변위가변 링(27)에 소정의 전류신호를 출력하게 된다.On the other hand, when the engine moves to a low speed section, the current amplifier 41 receives the corresponding electric signal from the engine control unit (not shown) is a predetermined current signal to the displacement variable ring 27 of the shape memory alloy material Will print
그러면, 상기 변위가변 링(27)은 저항으로 작용하여 발생하는 열에 의해 열 탄성 작용하여 상기 도 4에서와 같이, 수축하게 되며, 이에 따라, 상기 변위가변 링(27)에 연결된 롤러(37)는 회전캠(17) 상에 구성된 슬롯형상의 레일(35)을 따라 내측으로 이동하면서, 상기 회전캠(17)을 반 시계방향(저속방향)으로 회전시키게 되며, 이에 상기 베인(21)은 회전캠(17)) 및 연결축(19)에 의해 베인 각도(-α)가 작아지도록 회전하여 상기 터빈(9)에 공급되는 배기가스의 입사각을 조절하게 되는것이다.Then, the displacement variable ring 27 is thermally elastically acted by heat generated by acting as a resistance to contract, as shown in FIG. 4, and thus, the roller 37 connected to the displacement variable ring 27 is While moving inward along the slot-shaped rail 35 formed on the rotary cam 17, the rotary cam 17 is rotated counterclockwise (low speed direction), and the vane 21 is rotated cam. (17)) and the connecting shaft 19 is rotated so that the vane angle (-α) is reduced to adjust the incident angle of the exhaust gas supplied to the turbine (9).
여기서 상기 배기가스의 입사각은 별도로 도시하지는 않았으나, 고속에서는 터빈(9)에 완만하게 공급될 수 있도록 하고, 저속에서는 터빈(9)에 직접적으로 작용할 수 있도록 하여 터빈의 출력을 조절할 수 있도록 하는데 기인한다.Although the incident angle of the exhaust gas is not separately illustrated, the exhaust gas may be gently supplied to the turbine 9 at high speed, and may be directly acted on the turbine 9 at low speed to adjust the output of the turbine. .
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 노즐 터빈의 베인 각도 조절장치에 의하면, 가변 노즐 터빈에 설치되는 베인의 각도 조절을 엔진제어유닛의 신호에 따라 전류 증폭기에서 출력되는 전류신호에 따른 형상기억합금 소재의 변위가변 링의 열 탄성변형을 이용한 액츄에이팅 작동을 적용함으로서, 정밀한 제어 및 자동 조절이 가능하여 엔진의 출력효율을 최대화할 수 있는 효과가 있다.According to the vane angle adjusting device of the variable nozzle turbine according to the present invention as described above, the shape memory alloy material according to the current signal output from the current amplifier to adjust the angle of the vane installed in the variable nozzle turbine in accordance with the signal of the engine control unit By applying the actuation operation using the thermoelastic deformation of the variable displacement ring of the, precise control and automatic adjustment is possible, thereby maximizing the output efficiency of the engine.
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2001
- 2001-12-19 KR KR10-2001-0081283A patent/KR100448366B1/en not_active IP Right Cessation
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100901 Year of fee payment: 7 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |