KR101669886B1 - 가변 터빈 구조를 가진 터보차저 - Google Patents

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Abstract

가변 터빈 구조를 가진 터보차저(15)는, 블레이드 베어링 링(2), 및 유동 덕트(4)를 형성하도록 블레이드 베어링 링(2)에 고정될 수 있는 원판(3)을 구비한 블레이드 베어링 링 장치(1); 및 유동 덕트(4)의 소정의 폭(B)을 설정하도록 블레이드 베어링 링(2) 및 원판(3) 사이에 배치되며, 유동 덕트(4)의 폭(B)에 대응하는 높이(H)를 가진 스페이서 프로파일(7)들을 가진 가이드 링(6)으로 설계된 스페이서 장치(5)를 포함한다.

Description

가변 터빈 구조를 가진 터보차저{TURBOCHARGER WITH VARIABLE TURBINE GEOMETRY}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 가변 터빈 구조(variable turbine geometry, VTG)를 가진 터보차저에 관한 것이다.
EP-A-1 236 866호에 알려진 상기 유형의 터보차저의 VTG 카트리지는, 블레이드와 레버를 구비한 가이드 장치, 및 터빈 하우징측 원판을 포함한다. 원판을 블레이드 베어링 장치의 블레이드 베어링 링에 체결하는 공정은 일반적인 터보차저에서 나사 또는 용접에 의해 이루어진다. 블레이드 베어링 링 및 원판 사이에 형성되며 VTG의 블레이드들이 위치되는 유동 덕트의 소정의 폭을 설정할 수 있도록, 스페이서 장치가 구비된다. 종래 기술에서, 상기 스페이서 장치는 스페이서 슬리브들, 단차진 볼트들, 또는 용접 핀들로 구성된다. 주조 스페이서 부재가 또한 알려져 있다.
그러나, 상기 주지의 장치는 비교적 부품수가 커서 제조 및 조립이 어렵다는 단점을 가진다. 예컨대, 나사산 핀들이 스페이서 장치로 구비된 경우, 이러한 목적으로, 보어, 나사산, 및 블레이드 베어링 링 및 원판의 연관된 외경의 확대를 제공하기 위해 조립 단계를 수행할 필요가 있다. 여기서, 적어도 3개의 조립 핀들이 가이드 장치에 장착되어야 하고, 상기 나사산 핀들이 이후 간격 치수로 원판에 용접되어 변형 측정되어야 한다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 부품수를 줄일 수 있고, 조밀한 치수를 유지하면서 상기 부품들의 제조 및 조립 단계를 기술적으로 단순화할 수 있는 청구범위 제1항의 전제부에 명시된 유형의 터보차저를 제조하는 데에 있다.
상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 터보차저의 특정한 이점들은 결과적으로 필요 부품수의 감소, 가공 단계수의 감소, 및 조립 비용의 감소의 달성을 포함한다. 또한, 카트리지의 외경을 줄이는 것이 가능하고, 이는 재료량 및 필요 설치 공간에 유리한 효과를 미친다.
아울러, 유선형 설계는 가이드 장치 내의 기체 동역학의 개선을 가져오고, 그에 따라 전체 터보차저의 열역학의 개선을 가져온다.
최종적으로, 핀들이 스페이서 장치로 사용되는 전술한 주지의 카트리지에 비해 비조립형 설계, 스페이서 웨브 수, 및 프로파일 형상의 결과로서, 상기 이점은 회전 가능한 블레이드들의 덕트의 안정성의 개선을 포함한다.
본 발명에 따른 가이드 링을 회전 가능한 블레이드들의 링에 대해 스페이서 장치로서 위치결정하는 공정은, 블레이드 베어링 링의 외경에 위치결정홈을 구비하는 것만을 요구한다.
조립 단계로서는, 가이드 링을 원판 및 블레이드 베어링 링 상에 끼워 넣는 공정만을 필요로 한다.
종속항들은 본 발명의 유리한 양상들에 관한 것이다.
가이드 링은 바람직하게 2개의 링 부품을 포함하고, 이들은 바람직하게 원형 링 형상의 설계로 이루어진다. 상기 링 부품들은 프로파일부들에 의해 서로 연결되며, 상기 장치는 주조 부품 또는 판금 부품으로 형성될 수 있다.
원판 및 블레이드 베어링 링의 지지를 제공하는 프로파일부들은 바람직하게 유선형 설계로 이루어진다. 따라서, 프로파일부들은 유동을 목표한 방식으로 가변 터빈 구조의 블레이드 링 내로 편향시킬 수 있다. 가이드 링의 링 부품들은 도입부에 전술한 바와 같이 블레이드 베어링 링 또는 원판 상에 끼워질 수 있다. 여기서, 프로파일부들이 부품들의 축방향 위치결정을 제공하는 동안, 링 부품들은 반경방향 지지를 제공한다.
다른 실시형태에서, 터빈 하우징측 링은 일체형 원판으로 형성될 수 있다. 상기 실시형태에서, 가이드 링은 바람직하게 주조 부품으로 형성되며, 상기 주조 부품은 링 부품으로서 프로파일부들 및 제2 링 부품에 일체로 연결된 원판을 구비한다.
또한, 베어링 하우징측 링은 전체 카트리지를 터빈 하우징 및 베어링 하우징 사이에 클램핑할 수 있도록 플랜지를 구비할 수 있다. 여기서, 터빈 하우징 및 카트리지 간의 밀봉(가이드 링 상류의 배기가스 압력 및 회전 가능한 블레이드들 하류의 배기가스 압력의 밀봉)이 바람직하게 추가적인 시일에 의해 제공된다. 가이드 링이 추가적인 플랜지를 구비한 경우, 주조 부품 설계가 바람직하다.
또한, 바람직하게, 가이드 링의 링 부품은 바람직하게 굽힘부 형태의 위치결정 보조구를 구비할 수 있다. 상기 위치결정 보조구는 블레이드 베어링 링의 적절한 홈과 맞물려 배치될 수 있다. 원판은 마찬가지로 회전 고정된 위치결정을 제공하기 위해 상기 유형의 홈을 구비할 수 있다.
전술한 모든 설계 변형예에 있어서, 프로파일부들은 링 부품들에 의해 한정된 내부 환상 챔버의 내측 반경방향으로 돌출되고, 그에 따라 카트리지의 조립 상태에서는 상기 프로파일부들이 유동을 회전 가능한 블레이드들로 편향시켜 유동 유입을 개선하도록 가변 터빈 구조의 블레이드들 사이의 공간 내로 돌출된다.
가이드 링이 형상제약형 제조 공정(주조 공정)에 의해 제조된 경우, 프로파일들은 후속 가공이 버어(burr) 및 추가 단계 없이 한 번의 척킹 공정에서 가능하도록 설계될 수 있다. 그 결과로, 폐재료를 최소화한다.
대안으로, 가이드 링을 성형 제조 공정(변형 및 펀칭)에 의해 제조할 수 있다. 여기서, 기본 형상은 굽힘, 압착, 심가공(deep drawing)과 같은 변형 공정에 의해 형성된다. 프로파일들은 펀칭 및 변형에 의해 형성된다. 그로 인해, 재료 사용을 최소화할 수 있다. 여기서, 가이드 링의 설계에 적합한 제조 공정은 낮은 단가로 높은 생산율을 보장한다. 주변 부품들에서, 보어나 나사산과 같은 추가적인 설계 특징부 또는 그 제조가 필요하지 않다.
청구범위 제11항은 독립적으로 처리될 수 있는 목적으로 블레이드 베어링 링 장치를 정의하고 있다.
본 발명의 다른 상세, 특징, 이점은 아래의 도면에 기반한 예시적인 실시형태의 후술하는 설명에서 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 터보차저의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 블레이드 베어링 링 장치의 분해 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 터보차저 또는 본 발명에 따른 블레이드 베어링 링 장치의 제2 실시형태의 부분 단면도를 도시한다.
도 4는 도 3에 따른 실시형태에 사용된 가이드 링의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 블레이드 베어링 링 장치 또는 본 발명에 따른 터보차저의 제1 실시형태의 부분 평면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 가이드 링의 다른 실시형태의 부분도를 도시한다.
도 7은 도 4에 대응하는 가이드 링의 대안적인 실시형태의 도면을 도시한다.
도 8은 도 7에 대응하는 본 발명에 따른 가이드 링의 또 다른 실시형태의 도면을 도시한다.
가변 터빈 구조를 가진 터보차저의 모든 설계상의 상세에 대한 완전한 설명이 본 발명에 따른 설계 원리의 후술하는 설명에 필요하지 않기 때문에, 본 발명에 따른 터보차저(15)의 기본 부품들만이 도 1에 표시되어 있고, 상기 터보차저는 종래와 같이 압축기 하우징(17) 내의 압축기 휠(16), 샤프트(19)용 필요 베어링들을 구비한 베어링 하우징(18), 및 터빈 하우징(21) 내의 터빈 휠(20)을 포함한다. 상기 터보차저는 또한 이른바 VTG 카트리지를 포함하고, 상기 VTG 카트리지는 회전 가능한 블레이드와 레버, 터빈 하우징측 원판, 블레이드 베어링 링, 및 조절 링을 포함한다. 상기 부품들은 하기 도면에 기반하여 상세히 설명될 것이다. 상기 유형의 터보차저의 그 밖의 부품들은 본 발명의 원리를 완전히 이해하기 위해 본 발명의 설명에 필요한 것은 아니지만, 본 발명에 따른 터보차저(15)에 마찬가지로 구비되는 것이 자명하다.
도 2는 본 발명에 따른 블레이드 베어링 링 장치(1)의 구성을 더 잘 설명할 수 있도록 분해도를 도시한다.
블레이드 베어링 링 장치(1)는 블레이드들이 회전 가능하게 장착된 블레이드 베어링 링(2)을 포함하며, 하나의 블레이드가 전체 블레이드들을 대표하여 도면 부호 10으로 나타나 있다.
아울러, 블레이드 베어링 링 장치(1)는 원판(3)을 포함한다. 블레이드(10)들을 위한, 소정의 폭(B, 도 4에 도시됨)을 가진 유동 덕트(4, 도 3에 도시됨)를 형성할 수 있도록, 블레이드 베어링 링 장치(1)는 가이드 링(6)으로 설계된 스페이서 장치(5)를 구비한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 가이드 링(6)은 2개의 링 부품(6A, 6B)을 포함하되, 상기 링 부품들은 서로 이격되어 배치되고, 바람직하게 원형 링 형상의 설계로 이루어진다. 다수의 프로파일부가 링 부품들(6A, 6B) 사이에 구비되며, 하나의 프로파일부가 전체 프로파일부들을 대표하여 도면 부호 7로 나타나 있다. 일례로, 총 10개의 프로파일부(7)가 링 부품들(6A, 6B) 사이에 구비된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 링 부품들(6A, 6B)은 프로파일부(7)들에 의해 서로 연결된다. 프로파일부(7)들은 예컨대 도 5의 평면도에서 확인할 수 있는 바와 같이 유선형 가이드 프로파일로 설계된다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 프로파일부(7)들은 링 부품들(6A, 6B)에 의해 한정된 내부 공간(2) 내로 돌출되도록 배치 및 설계되고, 그에 따라 조립 상태에서는, 예컨대 도 5에서 마찬가지로 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 프로파일부들이 블레이드(10)들 사이의 영역 내로 돌출되고, 그로 인해 배기가스 유동을 목표한 방식으로 가이드 장치의 블레이드 중간 공간들 내로 편향시킬 수 있다.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 블레이드 베어링 링 장치(1)의 실시형태에서, 가이드 링(6)은 블레이드 베어링 링(2) 및 원판(3) 상에 끼워질 수 있다. 이러한 목적으로, 블레이드 베어링 링(2)은 축방향 견부 또는 원주홈을 구비하고, 원판(3)은 외경이 가이드 링(6)의 링 부품(6B) 내에 위치된 채로 끼워질 수 있다. 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 블레이드 베어링 링 장치(1) 또는 본 발명에 따른 터보차저(15)의 제2 실시형태를 도시한다.
도 3 및 도 4를 병치하여 확인할 수 있는 바와 같이, 가이드 링(6)은 다시 프로파일부(7)들에 의해 서로 연결된 2개의 링 부품(6A, 6B)을 포함한다. 이 실시형태에서, 가이드 링(6)은 또한 링 부품들(6A, 6B)의 외경보다 더 큰 외경을 가진 플랜지(9)를 구비한다. 상기 플랜지(9)는 예컨대 웨브(11)들에 의해 링 부품(6A)에 연결된다. 가이드 링(6)의 이러한 실시형태는 바람직하게 일체형 주조 부품이다.
도 3은 베어링 하우징(18) 및 터빈 하우징(21) 사이에 플랜지(9)에 의해 클램핑된 가이드 링(6)의 설치 상태를 도시한다. 도 3은 또한 유동 덕트(4)의 폭(B)이 도 4에 나타난 프로파일부(7)들의 높이(H)에 의해 결정됨을 보여준다. 아울러, 도 3에 도시된 바와 같이, 이 실시형태에서는 시일(8)이 바람직하게 원판(3) 및 터빈 하우징(21) 사이에 구비된다.
전술한 바와 같이, 도 5의 평면도는 프로파일부(7)들의 있을 수 있는 유선형 형상을 도시하되, 상기 프로파일부들은 설치 상태에서 정렬로 인해 블레이드(10)들 사이의 영역 내로 돌출되고, 그에 따라 배기가스 유동을 목표한 방식으로 회전 가능한 블레이드들로 공급할 수 있다.
도 6은 판금 가이드 링 형태의 가이드 링(6)을 구비한 카트리지의 실시형태를 도시한다.
도 7은 원판(3)에 의해 링 부품(6B)이 형성된 가이드 링(6)의 다른 대안적인 실시형태를 도시한다. 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 원판(3)은 이후 프로파일부(7)들을 통해 링 부품(6A)에 연결된다. 이 실시형태는 바람직하게 주조 부품으로 형성된다.
대조적으로, 도 8은 성형 제조 공정에 의해 제조된 본 발명에 따른 가이드 링(6)의 실시형태를 도시한다. 상기 가이드 링(6)은 실질적으로 도 2에 따른 실시형태에 대응하지만, 여기에서는 굽힘부(12, 13) 형태의 위치결정 보조구들을 추가로 구비하며, 상기 굽힘부들은 가이드 링(6)이 조립될 때 블레이드 베어링 링(2) 또는 원판(3)의 해당 절개부들 또는 홈들(도 8에 미도시)과 맞물린다. 원판(3)의 경우, 절개부는 추가적인 비틀림 방지 부재의 역할을 한다.
전술한 모든 실시형태에서, 각각의 경우, 동일한 도면 부호가 대응하는 요소에 제공된다.
아울러, 본 발명의 앞서 기재된 개시내용 외에도, 도 1 내지 도 8에서 본 발명의 개략도를 명확히 참조한다.
부호의 설명
1 블레이드 베어링 링 장치
2 블레이드 베어링 링
3 원판
4 유동 덕트
5 스페이서 장치
6 가이드 링
6A, 6B 링 부품
7 스페이서 프로파일
8 시일
9 플랜지/칼라
10 블레이드
11 웨브
12 굽힘부
13 굽힘부
14 위치결정 보조구
15 터보차저
16 압축기 휠
17 압축기 하우징
18 베어링 하우징
19 샤프트
20 터빈 휠
21 터빈 하우징
22 내부 공간
23 견부 또는 원주홈

Claims (13)

  1. 가변 터빈 구조를 가진 터보차저(15)로서,
    블레이드 베어링 링(2), 및 유동 덕트(4)를 형성하도록 블레이드 베어링 링(2)에 고정될 수 있는 원판(3)을 구비한 블레이드 베어링 링 장치(1)를 포함하고,
    상기 블레이드 베어링 링(2) 및 원판(3) 사이에는, 유동 덕트(4)의 소정의 폭(B)을 설정하도록, 스페이서 장치(5)가 배치되며,
    상기 스페이서 장치(5)는 유동 덕트(4)의 폭(B)에 대응하는 높이(H)를 가진 스페이서 프로파일(7)들을 구비한 가이드 링(6)으로 형성되는, 터보차저.
  2. 제1항에 있어서,
    가이드 링(6)은, 이격되어 배치되며 사이에 스페이서 프로파일(7)들이 마련된 2개의 링 부품(6A, 6B)을 포함하는 것인 터보차저.
  3. 제2항에 있어서,
    링 부품들(6A, 6B)은 스페이서 프로파일(7)들에 의해 서로 연결되는 것인 터보차저.
  4. 제2항에 있어서,
    하나의 링 부품(6B)은 원판(3)에 의해 형성되는 것인 터보차저.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로파일부(7)들은 유선형 프로파일을 가진 것인 터보차저.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로파일부(7)들은 가이드 링(6)의 내부 공간(22) 내로 돌출되는 것인 터보차저.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    블레이드 베어링 링(2)은 가이드 링(6)이 끼워질 수 있는 축방향 견부 또는 원주홈(23)을 포함하는 것인 터보차저.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    가이드 링(6)은 링 부품(6B)이 원판(3)의 외경 상에 위치한 채로 끼워질 수 있는 것인 터보차저.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    가이드 링(6)은 베어링 하우징(18) 및 터빈 하우징(21) 사이에 클램핑되기 위해 플랜지(9)를 포함하는 것인 터보차저.
  10. 제9항에 있어서,
    가이드 링(6)은 주조 부품으로 형성되는 것인 터보차저.
  11. 제1항에 있어서,
    가이드 링(6)은 위치결정 보조구(14)를 포함하는 것인 터보차저.
  12. 가변 구조를 가진 터보차저를 위한 블레이드 베어링 링 장치(1)로서,
    블레이드 베어링 링(2), 및 유동 덕트(4)를 형성하도록 블레이드 베어링 링(2)에 고정될 수 있는 원판(3); 및
    상기 블레이드 베어링 링(2) 및 원판(3) 사이에, 유동 덕트(4)의 소정의 폭(B)을 설정하도록 배치되는 스페이서 장치(5);를 포함하며,
    상기 스페이서 장치(5)는 유동 덕트(4)의 폭(B)에 대응하는 높이(H)를 가진 스페이서 프로파일(7)들을 구비한 가이드 링(6)으로 형성되는, 블레이드 베어링 링 장치.
  13. 삭제
KR1020127015149A 2009-11-27 2010-11-10 가변 터빈 구조를 가진 터보차저 KR101669886B1 (ko)

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