KR101265581B1

KR101265581B1 - 터보차져의 가변노즐장치

Info

Publication number: KR101265581B1
Application number: KR1020110036999A
Authority: KR
Inventors: 노태현; 권성; 김성수
Original assignee: (주)계양정밀
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2013-05-22
Also published as: KR20120119191A

Abstract

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치는 하우징에 장착되고 중심부 측에 터빈휠이 위치하는 노즐링과, 노즐링에 회동가능하게 장착되는 회동축을 구비한 메인베인과, 노즐링에 회동가능하게 장착되는 종동축을 구비한 서브베인과, 회동축을 회동시키는 회동부를 포함하는 것이 바람직하며, 종동축은 회동축보다 터빈휠에 근접하여 장착되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치는 메인베인의 회전과 연동되어 회전되는 서브베인을 설치하여 메인베인을 회전시키는 경우, 메인베인을 따라 유입되는 배기가스가 메인베인의 후면에서 맴돌지 않고 바로 터빈으로 유입될 수 있으며, 배기가스의 유입속도를 보다 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

터보차져의 가변노즐장치{VARIABLE NOZZLE DEVICE OF TURBOCHARGER}

본 발명은 터보차져의 가변노즐장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베인에 연동되어 구동되는 종동베인을 구비한 터보차져의 가변노즐장치에 관한 것이다.

터보차져는 배기가스가 가지고 있는 에너지를 이용하여 터빈휠을 회전시키고, 터빈휠에 연결된 컴프레셔에 의해 공기를 가압하는 장치로서, 엔진의 연소실로 가압된 공기를 공급하여 엔진의 충진효율을 향상시킴으로써 출력을 증대할 수 있도록 한다.

터보차져는 엔진의 운전상태에 따라 배기가스가 제공할 수 있는 에너지가 변화하므로 이를 엔진의 운전상태에 따라 적절히 조절하여 엔진을 보다 효율적으로 운전할 수 있도록 하기 위해서 터빈 노즐을 가변하여 배기가스가 터빈에 제공하는 에너지를 조절할 수 있도록 하고 있다. 터빈 노즐을 가변시키는 방법으로는 배기가스가 터빈으로 공급되는 유로에 설치된 다수개의 베인을 회동시킴으로써, 터빈으로 공급되는 배기가스의 유입속도를 조절하도록 하는 방법이 주로 사용되고 있다.

이와 같은 종래 구조로 이루어진 터보차져의 가변노즐장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(1)에 대해 고정된 노즐링(10)에 각각 회동가능하게 설치되어 터빈휠(2)로 공급되는 배기가스의 유동속도를 조절하는 다수개의 베인(3)을 구비한 구조로 구성된다. 또한, 노즐링(10)과 동심축을 이루고 노즐링(10)에 회동 가능하게 설치되는 드라이브링(20)과, 베인(3)의 회동축(30)에 일체로 연결되며 드라이브링(20)을 향해 연장되는 레버플레이트(40)로 이루어진다.

노즐링(10)은 중심부에 관통공(11)이 형성된 링 형상을 가지며 다수개의 회동축(30)이 회전가능하게 장착된다. 회동축(30)의 일측 끝단에는 베인(3)이 장착되어 터빈휠(2)로 안내되는 배기가스의 속도를 조절한다. 회동축(30)의 타측 끝단에는 레버플레이트(40)가 고정된다.

드라이브링(20)을 향해 연장된 레버플레이트(40)의 끝단은 드라이브링(20)의 일측면에서 돌출된 구동돌기(21) 사이에 끼워진다. 드라이브링(20)은 외부에 장착되어 베인(3)을 회동시키는데 필요한 동력을 발생시키는 액츄에이터와 연결된다.

노즐링(10)의 일측면에 회전가능하게 장착된 드라이브링(20)의 이탈을 방지하기 위해 노즐링(10)에는 다수개의 마운트핀(50)이 장착된다. 마운트핀(50)은 중간부에 드라이브링(20)이 축방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 확장된 단면을 갖는 걸림턱(51)이 형성된다.

상기와 같이 구성된 터보차져의 가변노즐장치가 작동되는 도중에 베인(3)이 일정각도이상 회동하게 되면 터빈휠(2)에 접촉될 위험이 있기 때문에 이를 방지하기 위해 베인(3)의 회동각도를 제한할 필요가 있다. 베인(3)의 회동각도를 제한하기 위해 레버플레이트(40)의 일측끝단부에는 소정의 높이만큼 돌출된 걸림돌기(31)가 형성된다. 걸림돌기(31)는 베인(3)이 터빈휠(2)에 접촉되지 않는 한도까지 최대한 회동된 상태에서 관통공(11)에 끼워진 하우징(1) 부와 접촉될 수 있는 높이까지 돌출된다. 걸림돌기(31)에 의해 레버플레이트(40)의 회동각도가 제한됨으로써 베인(3)의 회동각도와 드라이브링(20)의 회전각도가 제한되는 것이다.

또한 노즐링(10)에는 적어도 하나의 스토퍼(12)가 장착된다. 스토퍼(12)는 소정의 높이로 돌출되어 베인(3)이 터빈휠(2)에 접촉되지 않는 한도까지 최대한 회동된 상태에서 레버플레이트(40)에 접촉되어 레버플레이트(40)가 더 이상 회동되지 못하도록 구속하는 역할을 수행한다. 레버플레이트(40)는 스토퍼(12)와 접촉되고 충돌을 견딜 수 있도록 충분한 두께와 강성을 갖아야 한다.

그러나 상기와 같은 종래 구조의 가변노즐장치는 도 3에 도시된 바와 같이 터빈휠(2)에 공급되는 배기가스양을 최소화 시킬 수 있도록 베인(3)을 최대한 닫힌 상태로 변환하면 베인(3)의 날개 끝단과 터빈휠(2)의 간격이 멀어지게 되면서, 베인(3)에 의해 안내된 배기가스가 터빈휠(2) 측으로 곧바로 유입되지 못하고, 터빈휠(2) 날개 끝단과 베인(3)의 날개 끝단 사이의 공간인 내부공간을 수 차례 맴돈 후에 터빈휠(2)로 안내되므로 압력손실이 발생되어 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

첫재, 터빈으로 유입되는 배기가스의 유입속도를 조절하기 위하여 베인을 회전시키는 경우, 베인을 따라 유입되는 배기가스가 베인의 후면에서 맴돌지 않고 바로 터빈으로 유입될 수 있도록 하고자 한다.

둘째, 베인의 회전각도에 따라 회전되는 종동베인을 설치하여 터빈으로 유입되는 배기가스의 속도를 보다 효율적으로 제어할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치는 하우징에 장착되고 중심부 측에 터빈휠이 위치하는 노즐링과, 노즐링에 회동가능하게 장착되는 회동축을 구비한 메인베인과, 노즐링에 회동가능하게 장착되는 종동축을 구비한 서브베인과, 회동축을 회동시키는 회동부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치의 종동축은 회동축보다 터빈휠에 근접하여 장착되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치의 메인베인의 일단에는 홈이 형성되고, 서브베인의 타단에는 홈에 삽입되는 돌기가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치의 메인베인과 서브베인은 상호 회동가능하게 핀으로 결합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치의 메인베인과 서브베인은 상호 결합되어 익형을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치의 회동부는 회동축을 회동시킬 수 있도록 일측이 회동축과 연결되는 레버플레이트와, 노즐링에 회전가능하게 배치되고, 레버플레이트를 회동시킬 수 있도록 레버플레이트의 타측이 연결된 드라이브링과, 드라이브링을 회전시키는 액추에이터를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치는 메인베인의 회전과 연동되어 회전되는 서브베인을 설치하여 메인베인을 회전시키는 경우, 메인베인을 따라 유입되는 배기가스가 메인베인의 후면에서 맴돌지 않고 바로 터빈으로 유입될 수 있으며, 배기가스의 유입속도를 보다 효율적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 종래 구조의 터보차져를 단면하여 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터보차져의 가변노즐장치를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 터보차져의 가변노즐장치를 도시한 배면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예인 터보차져의 가변노즐장치를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 메인베인이 최대한 열린 상태를 도시한 상태도이다.
도 6은 도 4에 도시된 메인베인이 최소한 열린 상태를 도시한 상태도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치에 관하여 구체적으로 설명하겠다.

도 4는 본 발명의 일 실시예인 터보차져의 가변노즐장치를 도시한 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 메인베인이 최대한 열린 상태를 도시한 상태도이고, 도 6은 도 4에 도시된 메인베인이 최소한 열린 상태를 도시한 상태도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터보차져의 노즐장치는 하우징에 장착되고 중심부 측에 터빈휠(2)이 위치하는 노즐링(20)과, 노즐링(20)에 회동가능하게 장착되는 회동축(131)을 구비한 메인베인(130)과, 노즐링(20)에 회동가능하게 장착되는 종동축(141)을 구비한 서브베인(140)과, 회동축(131)을 회동시키는 회동부를 포함한다.

노즐링(20)은 메인베인(130)과 서브베인(140)이 결합되는 것으로 도 1에 도시된 바와 같이 터보처져의 하우징(1)에 결합된다. 이러한 노즐링(20)의 중심에는 터빈휠(2)이 위치한다.

메인베인(130)은 노즐링(20)에 복수 개가 결합되어 메인베인(130)의 각도를 가변시켜 터빈휠(2)을 통해 유입되는 배기가스의 유입속도를 조절한다.

서브베인(140)은 각각의 메인베인(130)에 연동가능하게 결합되어 메인베인(130)의 회전시 배기가스의 유로를 형성하는 것으로, 메인베인(130)과 같이 노즐링(20)에 회전가능하게 결합된다.

종래의 터보차져의 가변노즐장치의 배면도인 도 3에 도시된 바와 같이 종래의 베인(2)은 본 발명의 터보차져의 가변노즐장치와 같이 메인베인(130)과 서브베인(140)으로 분할되어 구성되지 않아 베인(3)의 회전시, 베인(3)과 베인(3) 사이의 공간을 통해 유입된 배기가스가 바로 터빈휠로 유입되지 못하고 베인(3)의 후면에서 맴돌게 되어 베인(3)의 후면의 압력을 증가시켜 효율적인 배기가스의 유입을 이룰 수 없는 문제가 있었다.

그러나 본 실시예에 따른 터보차져의 가변노즐장치는 종래의 베인(3)을 메인베인(130)과 서브베인(140)으로 구성하고, 메인베인(130)이 회전되어, 배기가스가 메인베인(130)과 메인베인(130) 사이의 공간으로 유입되는 경우, 서브베인(140)에 의해 터빈휠(2) 측으로 바로 유입될 수 있도록 유로를 형성하여 메인베인(130) 후면의 압력을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이러한 메인베인(130)과 서브베인(140)은 노즐링(20)에 회동축(131)과 종동축(141)을 매개로 결합되며, 종동축(141)은 회동축(131)보다 터빈휠(2)에 근접하여 장착된다. 따라서 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 종동축(141)에 결합된 서브베인(140)이 회동축(130)에 결합된 메인베인(130)보다 터빈휠(2)에 근접하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 메인베인(130)의 일단에는 도 5의 확대도에 도시된 바와 같이 홈(132)이 형성되고, 서브베인(140)의 타단에는 홈(132)에 삽입되는 돌기(142)가 형성되는 것이 바람직하다.

홈(132)과 돌기(142)는 메인베인(130)의 회전시 서브베인(140)이 연동되어 회전할 수 있도록 하는 것으로, 서브베인(140)의 돌기(142)는 메인메인(130)의 홈(132)에 삽입되어 메인베인(130)의 회동시 서브베인(140)을 회전시킨다.

앞에서 설명한 바와 같이 메인베인(130)과 서브베인(140)에는 홈(132)과 돌기(142)를 형성할 수도 있으나, 메인베인9130)과 서브베인(140)은 핀(도면 미도시)를 이용하여 상호 결합 될 수도 있다.

본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치의 메인베인(130)과 서브베인(140)은 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 메인베인(130)의 회전시 메인베인(130)과 메인베인(130) 사이의 공간으로 유입되는 공기가 원활하게 유입될 수 있도록 도 6에 도시된 바와 같이 메인베인(130)과 서브베인(140)은 상호 결합되어 익형을 형성할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

터보차져의 가변노즐장치의 회동부는 회동축(131)을 회동시킬 수 있는 한 다양한 형태의 회동부를 채용할 수 있으나 본 발명에 따른 터보차져의 가변노즐장치의 회동부는 회동축(131)을 회동시킬 수 있도록 일측이 회동축(131)과 연결되는 레버플레이트(40)와, 노즐링(20)에 회전가능하게 배치되고, 레버플레이트(40)를 회동시킬 수 있도록 레버플레이트(40)의 타측이 연결된 드라이브링(20)과, 드라이브링(20)을 회전시키는 액추에이터(도면 미도시)를 포함한다.

따라서 액추에이터의 구동시 드라이브링(20)은 회전하게되며, 드라이브링(20)의 회전시 레버플레이트(40)는 회동축(131)을 회동시켜 메인베인(130)의 각도를 조절한다. 이때 서브베인(140)이 연동되어 회전함은 앞에서 설명한 바와 같다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2 : 터빈흴 20 : 노즐링
40 : 레버플레이트 110 : 노즐링
130 : 메인베인 131 : 회동축
140 : 서브베인 141 : 종동축

Claims

하우징에 장착되고 중심부 측에 터빈휠(2)이 위치하는 노즐링(20);
상기 노즐링(20)에 회동가능하게 장착되는 회동축(131)을 구비한 메인베인(130);
상기 노즐링(20)에 회동가능하게 장착되는 종동축(141)을 구비한 서브베인(140); 및
상기 회동축(131)을 회동시키는 회동부;를 포함하고,
상기 종동축(141)은 상기 회동축(131)보다 터빈휠(2)에 근접하여 장착되는 것을 특징으로 하는 터보차져의 가변노즐장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 메인베인(130)의 일단에는 홈(132)이 형성되고, 상기 서브베인(140)의 타단에는 상기 홈에 삽입되는 돌기(142)가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차져의 가변노즐장치.
제1항에 있어서,
상기 메인베인(130)과 서브베인(140)은 상호 회동가능하게 핀으로 결합되는 것을 특징으로 하는 터보차져의 가변노즐장치.
제1항에 있어서,
상기 메인베인(130)과 상기 서브베인(140)은 상호 결합되어 익형을 형성하는 것을 특징으로 하는 터보차져의 가변노즐장치.
제1항에 있어서,
상기 회동부는
상기 회동축(131)을 회동시킬 수 있도록 일측이 상기 회동축(131)과 연결되는 레버플레이트(40);
상기 노즐링(20)에 회전가능하게 배치되고, 상기 레버플레이트(40)를 회동시킬 수 있도록 상기 레버플레이트(40)의 타측이 연결된 드라이브링(20) 및
상기 드라이브링(20)을 회전시키는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차져의 가변노즐장치.