KR101031635B1 - 가변 노즐 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상대적으로 적은 수의 부품과 간단한 구조로, 원주상에 배치된 베인들의 각도를 일괄적으로 변경시킬 수 있도록 하여, 상대적으로 높은 동력 전달 효율로 원활하고 안정된 베인들의 각도 조절이 가능하며, 조립성을 크게 향상시키고, 조립 불량 발생율과, 고장 및 파손의 가능성을 크게 저감시킬 수 있도록 한다.

베인, 노즐, 터보차져

Description

가변 노즐 장치{Variable Nozzle Apparatus}

본 발명은 가변 노즐 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관의 터보차져 등에서 배기가스 등과 같은 유체의 유동을 조절하여 터빈과 같은 회전체의 회전을 제어할 수 있도록 하는 가변 노즐 장치에 관한 기술이다.

가변 노즐 장치는 종래에 내연기관의 과급을 위한 터보차져에 많이 사용되고 있다. 즉, 내연기관의 배기가스를 터보차져의 터빈으로 제공할 때, 공급되는 배기가스의 유동을 조절함으로써, 터빈의 회전을 제어할 수 있도록 하는 것이다.

종래의 가변 노즐 장치는 중앙에 위치한 터빈 주위에 다수의 베인이 배치되어, 이 베인들의 외측으로부터 내측의 터빈으로 흐르는 배기가스의 흐름을 상기 베인의 각도를 변경함으로써 조절할 수 있도록 되어 있다.

종래 상기 베인들의 각도를 조절하기 위한 메커니즘으로는 다수의 베인들 각각에 회전링크를 설치하고, 상기 회전링크들을 일괄적으로 회동시킬 수 있는 구동링을 구비하여, 별도의 외부링크장치로 상기 구동링을 회전시킴에 의해 베인들의 각도가 동시에 변경되도록 하는 것이 사용되고 있다.

상기한 바와 같은 가변 노즐 장치의 구동 메커니즘은 모든 베인들을 각각의 위치에서 터빈에 대해 동일한 각도로 회동되도록 하기 위해, 다수의 부품이 사용되어 그 구조가 복잡하고 조립 작업성이 떨어지며, 조립 불량 발생율과, 고장 및 파손의 가능성이 상대적으로 높다. 또한 다수 부품들을 통한 조작에 따른 동력 전달 효율의 저하를 피하기 어렵다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상대적으로 적은 수의 부품과 간단한 구조로, 원주상에 배치된 베인들의 각도를 일괄적으로 변경시킬 수 있도록 하여, 상대적으로 높은 동력 전달 효율로 원활하고 안정된 베인들의 각도 조절이 가능하며, 조립성을 크게 향상시키고, 조립 불량 발생율과, 고장 및 파손의 가능성을 크게 저감시킬 수 있도록 한 가변 노즐 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 가변 노즐 장치는

베인들의 회전축이 회동 가능하게 고정된 마운트링과;

상기 베인들의 각 회전축에서 각각 돌출되는 작동아암과;

상기 마운트링의 축방향을 따라 직선 이동함에 따라 상기 작동아암을 상기 베인의 회전축에 대하여 회동시킬 수 있도록 구성된 작동부재;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 베인들의 회전축은 상기 마운트링의 축방향과 평행하게 상기 마운트링에 단일원을 이루며 등간격으로 배치되고;

상기 작동아암은 상기 베인의 회전축에 수직하게 돌출된 구조로 할 수 있다.

상기 작동부재는 상기 마운트링에 동심축을 이루어 배치되고, 상기 베인들의 작동아암들이 끼워져서 가이드되는 가이드부가 구비되며, 상기 가이드부는 상기 마운트링의 축방향에 대하여 경사지게 형성된 구조로 할 수 있다.

상기 작동아암은 상기 베인이 상기 마운트링에 정상적인 작동 가능상태로 배치된 상태에서 상기 베인의 회전축으로부터 상기 마운트링의 외측으로 돌출된 원형단면의 아암으로 이루어지며;

상기 작동부재는 상기 마운트링보다 큰 직경의 링으로 형성되어, 상기 가이드부가 상기 링에 형성된 다수의 경사홈으로 이루어지도록 할 수 있다.

상기 작동부재에는 상기 작동부재를 상기 마운트링의 축방향을 따라 왕복직선운동시키는 액츄에이터가 연결된 구조로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가변 노즐 장치는

베인들의 회전축이 회동 가능하게 고정된 마운트링과;

상기 베인들의 각 회전축에서 각각 돌출되는 작동아암과;

상기 마운트링에 동심축을 이루어 배치되고, 상기 베인들의 작동아암들이 끼워져서 가이드되는 가이드부가 구비되며, 상기 가이드부는 상기 마운트링의 축방향에 대하여 경사지게 형성된 작동부재;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 작동아암은 상기 베인이 상기 마운트링에 정상적인 작동 가능상태로 배치된 상태에서 상기 베인의 회전축으로부터 상기 마운트링의 외측으로 돌출된 원형단면의 아암으로 이루어지며;

상기 작동부재는 상기 마운트링보다 큰 직경의 링으로 형성되어, 상기 가이드부가 상기 링에 형성된 다수의 경사홈으로 이루어진 구조로 할 수 있다.

상기 작동부재에는 상기 작동부재를 상기 마운트링의 축을 중심으로 왕복회동시키는 액츄에이터가 연결된 구조로 할 수 있다.

본 발명은 상대적으로 적은 수의 부품과 간단한 구조로, 단일원상에 배치된 베인들의 각도를 일괄적으로 변경시킬 수 있도록 하여, 상대적으로 높은 동력 전달 효율로 원활하고 안정된 베인들의 각도 조절이 가능하며, 조립성을 크게 향상시키고, 조립 불량 발생율과, 고장 및 파손의 가능성을 크게 저감시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기 베인들의 회동 각도를 조절하기 위해 작동부재를 조작하는 액츄에이터의 작동방향을 상기 마운트링의 축방향을 따라 배치할 수 있어서 가변 노즐 장치가 반경방향으로 대형화되는 것을 방지하고 보다 컴팩트한 구성이 가능하도록 할 수 있음은 물론, 상기 액츄에이터를 상기 작동부재를 회동시킴에 의해서도 베인의 회동 각도를 조절할 수 있도록 구성할 수도 있어서, 가변 노즐 장치가 탑재될 필요가 있는 곳의 상황에 맞게 자유로운 설계가 가능하도록 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 실시예의 가변 노즐 장치는 베인(1)들의 회전축(3)이 회동 가능하게 고정된 마운트링(5)과; 상기 베인(1)들의 각 회전축(3)에서 각각 돌출되는 작동아암(7)과; 상기 마운트링(5)의 축방향을 따라 직선 이동함에 따라 상기 작동아암(7)을 상기 베인(1)의 회전축(3)에 대하여 회동시킬 수 있도록 구성된 작동부재(9)를 포함하여 구성된다.

상기 베인(1)들의 회전축(3)은 상기 마운트링(5)의 축방향과 평행하게 상기 마운트링(5)에 단일원을 이루며 등간격으로 배치되고, 상기 작동아암(7)은 상기 베인(1)의 회전축(3)에 수직하게 돌출된 구조이다.

물론, 상기 베인(1)들을 사이에 두고 상기 마운트링(5)의 맞은편에는 노즐플레이트나 터빈하우징과 같이 상기 마운트링(5)과 함께 상기 베인(1)들 사이를 통과하는 유체의 통로를 이루는 부재가 위치하여 노즐을 형성하게 되며, 상기 베인(1)들의 내측에는 터빈 등이 구비된다.

참고로, 여기서 축방향이라 함은 상기 마운트링(5)의 중심축 방향을 말한다.

본 실시예에서, 상기 작동아암(7)은 상기 베인(1)이 상기 마운트링(5)에 정상적인 작동 가능상태로 배치된 상태에서 상기 베인(1)의 회전축(3)으로부터 상기 마운트링(5)의 외측으로 돌출된 원형단면의 아암으로 이루어진다.

상기 작동부재(9)는 상기 마운트링(5)에 동심축을 이루어 배치되고, 상기 베인(1)들의 작동아암(7)들이 끼워져서 가이드되는 가이드부(11)가 구비되며, 상기 가이드부(11)는 상기 마운트링(5)의 축방향에 대하여 경사지게 형성된다.

즉, 상기 작동부재(9)는 상기 마운트링(5)보다 큰 직경의 링으로 형성되어, 상기 가이드부(11)가 상기 링에 형성된 다수의 경사홈으로 이루어진 구조이다.

따라서, 상기 작동부재(9)를 상기 마운트링(5)의 축방향을 따라 왕복직선운동시키는 액츄에이터가 연결되면, 상기 액츄에이터의 작동에 의해 상기 베인(1)을 회동시킬 수 있게 된다.

즉, 상기 액츄에이터에 의해 상기 작동부재(9)가 상기 마운트링(5)과 상대회동 없이 축방향으로 직선운동하게 되면, 상기 베인(1)의 작동아암(7)은 상기 작동부재(9)의 경사홈에 의해 가이드되어 상기 베인(1)이 회동하게 하는 것이다.

물론, 상기 가이드부(11)인 경사홈의 구조는 도시된 실시예와 같이 상기 작동부재(9)를 완전히 관통한 홈의 구조를 할 수도 있지만, 상기 작동부재(9)의 관통하지는 못하는 수준으로 형성하여 작동부재(9)의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 베인(1)은 상기 베인의 회전축(3)에 수직한 단면구조가, 도시된 바와 같이 단순한 직선 형상으로 형성될 수도 있지만, S 자형상 등 다양한 곡선 형상을 이루도록 형성되도록 할 수도 있다.

한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 작동부재(9)에는 상기 작동부재(9)를 상기 마운트링(5)의 축을 중심으로 왕복회동시키는 액츄에이터가 연결되도록 구성할 수도 있을 것이다.

즉, 상기한 바와 같이 상기 작동부재(9)를 상기 마운트링(5)의 축방향을 따라 직선 이동시키는 것이 아니라, 상기 작동부재(9)를 상기 마운트링(5)의 축을 중 심으로 회동시켜도, 상기 베인(1)의 작동아암(7)은 상기 작동부재(9)와 함께 회동되면서 상기 베인(1)의 회동각도를 조절할 수 있는 것이다.

물론, 이 경우에는 상기 작동부재의 가이드부가 상기 마운트링의 축방향을 따라 평행하게 형성되는 것이 보다 바람직할 것이다.

따라서, 본 발명의 가변 노즐 장치는 상기 작동부재(9)를 작동시키는 액츄에이터의 설치위치나 작동방법의 선택의 폭을 넓게 제공하여, 이 가변 노즐 장치를 채용하는 터보차져 등의 장치의 설계 자유도를 넓게 확보해주고, 보다 컴팩트한 구성이 가능하도록 하는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 노즐 장치의 주요 구성을 도시한 도면,

도 2는 도 1의 가변 노즐 장치를 이루는 부품들을 나열하여 설명한 도면,

도 3은 도 1의 가변 노즐 장치의 작동을 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 베인 3; 회전축

5; 마운트링 7; 작동아암

9; 작동부재 11; 가이드부

Claims (11)

1. 베인들의 회전축이 회동 가능하게 고정된 마운트링과;

   상기 베인들의 각 회전축에서 각각 돌출되는 작동아암과;

   상기 마운트링의 축방향을 따라 직선 이동함에 따라 상기 작동아암을 상기 베인의 회전축에 대하여 회동시킬 수 있도록 구성된 작동부재;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 베인들의 회전축은 상기 마운트링의 축방향과 평행하게 상기 마운트링에 단일원을 이루며 등간격으로 배치되고;

   상기 작동아암은 상기 베인의 회전축에 수직하게 돌출된 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 작동부재는 상기 마운트링에 동심축을 이루어 배치되고, 상기 베인들의 작동아암들이 끼워져서 가이드되는 가이드부가 구비되며, 상기 가이드부는 상기 마운트링의 축방향에 대하여 경사지게 형성된 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 작동아암은 상기 베인이 상기 마운트링에 정상적인 작동 가능상태로 배치된 상태에서 상기 베인의 회전축으로부터 상기 마운트링의 외측으로 돌출된 원형단면의 아암으로 이루어지며;

   상기 작동부재는 상기 마운트링보다 큰 직경의 링으로 형성되어, 상기 가이드부가 상기 링에 형성된 다수의 경사홈으로 이루어진 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
5. 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 작동부재에는 상기 작동부재를 상기 마운트링의 축방향을 따라 왕복직선운동시키는 액츄에이터가 연결된 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
6. 베인들의 회전축이 회동 가능하게 고정된 마운트링과;

   상기 베인들의 각 회전축에서 각각 돌출되는 작동아암과;

   상기 마운트링에 동심축을 이루어 배치되고, 상기 베인들의 작동아암들이 끼워져서 가이드되는 가이드부가 구비되며, 상기 가이드부는 상기 마운트링의 축방향에 대하여 경사지게 형성된 작동부재;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 작동아암은 상기 베인이 상기 마운트링에 정상적인 작동 가능상태로 배치된 상태에서 상기 베인의 회전축으로부터 상기 마운트링의 외측으로 돌출된 원형단면의 아암으로 이루어지며;

   상기 작동부재는 상기 마운트링보다 큰 직경의 링으로 형성되어, 상기 가이드부가 상기 링에 형성된 다수의 경사홈으로 이루어진 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,

   상기 작동부재에는 상기 작동부재를 상기 마운트링의 축을 중심으로 왕복회동시키는 액츄에이터가 연결된 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
9. 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 베인은 상기 베인의 회전축에 수직한 단면구조가 직선형인 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
10. 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 베인은 상기 베인의 회동축에 수직한 단면구조가 곡선형인 것

    을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
11. 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항의 가변 노즐 장치를 구비한 것

    을 특징으로 하는 터보차져.

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