KR101677145B1 - 배기가스 터보차저 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 배기가스 터보차저(1)로, 유입 덕트(4)로 둘러싸인 터빈 휠(3)을 가지는 터빈(2)과, 상기 유입 덕트(4)를 구획하는 디스크(6) 및 날개 베어링 링(vane bearing ring)(7)을 가지는 VTG 카트리지(5)를 포함하고, 상기 VTG 카트리지는, 상기 유입 덕트(4) 내에 배치되고 회전 날개 샤프트(9)에 의해 상기 날개 베어링 링(7)에 장착되는 복수의 날개(vane)(8)를 가지고, 상기 날개 샤프트(9)는 날개 레버(10)에 연결되며, 상기 날개 레버(10)는 각 날개(8)를, 상기 날개 베어링 링(7)에 대하여 동축 배치되어 있는 조절링(13)에 연결하고, 상기 VTG 카트리지는, 상기 조절링(13)에 대하여 조절 토크를 전달하는 조절 레버(14)를 가지고, 상기 조절 레버(14)는 작동 핀(actuation pin)(17)과 계합하는 홈(16)을 포함하며, 상기 작동핀(17)은 상기 조절 레버(14)의 높이에서 다각형 단면을 가지는, 배기가스 터보차저에 관한 것이다.

Description

배기가스 터보차저{EXHAUST-GAS TURBOCHARGER}
본 발명은 제 1항에 개시된 배기가스 터보차저 및 제 9항에 개시된 VTG 카트리지에 관한 것이다.
이와 같은 배기가스 터보차저는 가이드 날개(guide vane)를 조절링으로 조절하는 가변터빈용량(VTG)을 가진다. 이 경우, 작동 핀은 조절 레버의 홈 안으로 들어가게 된다.
본 발명의 목적은, 조절 레버와 작동 핀 사이의 접촉 마모를 최소한으로 억제하는, 제 1항에 개시된 구성을 가지는 타입의 배기가스 터보차저 및 제 9항에 개시된 구성을 가지는 VTG 카트리지를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 독립청구항에 기재된 특징에 의해 달성할 수 있다.
종속청구항은 본 발명에 있어서 유익한 효과를 창출하는 구성을 포함한다.
제 9항 및 제 10항은 독립적으로 시판 가능한 본 발명의 VTG 카트리지를 정의한다.
본 발명에 있어서, 작동 핀이 둥근 단면 대신 다각형 단면을 가지는 경우, 작동 핀과 조절 레버 간의 마모를 억제할 수 있다는 사실이 밝혀져 있다. 다각형 단면에 의해 작동 핀은 곡률반경이 크고 둥그런 측면을 가지게 된다. 해당 측면의 곡률반경은, 둥근 단면을 가지는 기존 핀의 곡률반경보다 훨씬 크다. 곡률반경이 커졌기 때문에 작동 핀과 조절 레버 사이의 일점부하(point loading)가 감소하므로, 마모량도 감소하게 된다.
본 발명에 있어서, 다각형 단면은 반드시 날카로운 모서리를 가지는 다각형일 필요는 없다. 본 발명에 있어서, 작동 핀의 모퉁이(corner)는 둥글어도 좋다. 나아가 작동 핀의 측면도 평면적인 윤곽을 가지는 것보다는 바깥쪽으로 휘어진 둥근 모양인 것이 바람직하다.
조절 레버는 작동 핀을 수용하는 홈을 가지는 것이 바람직하다. 홈은 임의의 폭을 가진다. 상술한 바와 같이, 다각형 단면의 측면은 제 1 곡률반경을 가지는 둥근 모양인 것이 바람직하다. 제 1 곡률반경은 상기 폭의 최소한 1.5배인 것이 좋다. 이로 인해 다각형 단면은 조절 레버에 대하여 가능한 범위 내에서 최대의 제 1 곡률반경을 가지고, 마모 또는 재질손실을 억제할 수 있게 된다.
구체적으로는, 해당 단면은 “원형곡선(orbiform curve)”이라 불리는 모양을 채택하고 있다. 이로 인해, 작동 핀과 조절 레버의 접촉을 최소한도로 억제할 수 있다.
특정용도의 차량에 사용하는 경우, 작동 핀을 슬라이딩 블록으로 구성한다. 다각형 단면은 상기 슬라이딩 블록 상에 형성된다.
본 발명의 상세사항, 특성 및 이점을 하기의 첨부도면을 참조하면서 실시형태를 통해 한층 명확하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 배기가스 터보차저를 극도로 간략화하여 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 VTG 카트리지의 투시도이다.
도 3은 도 2에 나타난 VTG 카트리지의 부분확대도이다.
도 4는 도 2에 나타난 VTG 카트리지의 부분측면도이다.
도 5는 도 2에 나타난 작동 핀의 평면도이다.
도 6은 기존의 작동 핀과 본 발명에 따른 작동 핀을 비교하는 비교도이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저 1을 극도로 간략화하여 도시한 개략도로, 해당 터보차저는 회전축 1을 가진다.
배기가스 터보차저 1은 소위 말하는 VTG 카트리지 5를 가지는 유입 덕트 4에 둘러싸인 터빈 휠 3으로 이루어진 터빈 2도 포함한다. VTG 카트리지 5에 관해서는, 도 2~6을 참조하여 하기에서 상세하게 설명할 것이다.
배기가스 터보차저 1은 일반 배기가스 터보차저가 공통적으로 포함하는 부품, 예를 들어 베어링 하우징 21에 회전 가능하게 장착되어 한쪽 단부로는 터빈 휠 3을, 반대쪽 단부로는 컴프레서 18의 컴프레서 휠 19를 지지하는 로터 20 역시 포함하고 있다. 이들 부품은, 본 발명의 원리 설명에서는 중요한 구실을 하지 않으므로, 도 1에 간략하게만 도시하였다.
VTG 카트리지 5는 날개 베어링 링 7과 디스크 6 사이에 위치하며, 유입 덕트 4 내에서 터빈 휠 3으로 통하는 배기가스 통로를 구획하는 구조유닛에 해당한다. 아울러 이와 같은 타입의 VTG 카트리지 5는, 유입 덕트 4의 내부에 배치된 복수의 날개 8을 가진다. 도 2 및 도 4는, 참조번호 8이 매겨진 모든 날개의 대표예로서 날개 8 하나를 도시하고 있다. 날개 8은, 날개 베어링 링 7에서, 폐쇄위치와 개방위치 사이를 회전 가능한 방식으로 이동한다. 이를 위해, 날개 8은 각각 회전축을 가지는 날개 샤프트 9를 가진다. 날개 샤프트 9는 차례대로 날개 레버 10에 연결되어 있다. 도 2는 날개 레버 두 개에 각각 참조번호 10을 부여하였다. 도 2에 나타난 실시형태에 의한 VTG 카트리지는, 크랭크 모양 날개 레버 10 열 개를 가지는 것이 바람직하며(디자인은 동일), 또한 그에 대응하여 날개 8도 열 개를 가진다.
각 날개 레버 10은 조절링 13에서 대응하는 조절링 홈 12와 계합하는 레버 헤드 11을 가진다. 도 2는, 조절링 13이 바깥쪽에서, 다시 말해 외연을 따라 날개 베어링 링 7을 둘러싼 모양을 도시하고 있다.
조절링 13을 반경방향으로 장착하기 위해 레이디얼 베어링(radial bearing)을 채택하였다. 레이디얼 베어링은 날개 레버 10에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 날개 레버 10은 롤링 레버(rolling lever)로서 형성되고, 레버 헤드 11은 조절링 13의 조절링 홈 12에서 지지된다. 도 2 및 도 4는, 날개 베어링 링 7 상의, 날개 레버 10의 베어링면에 대면하는 평면에 조절링 홈 12가 배치된 모양을 도시하고 있는데, 이로 인해 본 실시형태의 날개 레버 10이 크랭크 모양 구조를 가지게 된다.
도 2~4를 합쳐보면, 본 발명에 의한 배기가스 터보차저 1, 또는 본 발명에 의한 VTG 카트리지 5가, 조절 샤프트 15에 조작 가능하게 연결되고(도 3을 참조) 조절 링 13으로 조절 토크를 전달하는 조절 레버 14를 추가로 포함하는 것을 알 수 있다. 조절 샤프트 15는, 적합한 기존 액츄에이터에 의해 작동한다. 해당 액츄에이터는, 본 발명의 원리를 설명하는 데 있어 반드시 필요한 요소가 아니므로, 도 2~4에 간략화하여 도시하였다.
조절 레버 14는 조립 상태에서 조절링 13에 인접하고 작동 핀 17과 계합하는 홈 16을 가지는 제 1 단부영역 14A를 포함한다. 작동 핀 17은 조절링 13에 고정되는데, 이 경우, 조절링 13에 용접되는 것이 바람직하다.
도 2~4에 도시되어 있는 바와 같이, 홈 16은 한쪽이 열려 있기 때문에, 특히 도 3에 나타난 것처럼 제 1 단부영역 14A은 포크 모양의 구조를 가지게 된다. 조절 레버 14의 홈 16은, 폭 W를 가진다.
조절 레버 14는, 날개 베어링 링 7에 인접하고, 구체적으로는 날개 베어링 링 7의 상방에 배치되고, 조절 샤프트 15가 고정되는 오목부 18를 가지는, 제 2 단부영역 14B를 추가로 포함한다. 도 2에서는 오목부 18만을 도시하고 있지만, 도 3은 오목부 18에 조절 샤프트 15가 들어가 있는 배치를 개략적으로 나타내고 있다. 조절 샤프트 15는, 예를 들어 오목부 18에 용접되어 있어도 좋다.
구체적으로, 도 3 및 도 5는 다각형 단면을 가지는 작동 핀 17의 정확한 구조를 도시하고 있다. 다각형 단면은 세 개의 측면 19와, 그에 따른 세 개의 모서리 20으로 구획된다. 측면 19와 모서리 20은, 양쪽 모두 둥근 모양이다. 측면 19에서 작동 핀 17은 제 1 곡률반경 R1을 가진다. 모서리 20에서, 작동 핀 17은 제 2 곡률반경 R2를 가진다. 도 5에 도시되어 있는 것처럼, 작동 핀 17의 단면은, 원형 곡선의 형상을 가진다.
도 3은, 도 2와는 반대로, 폐쇄된 주머니 모양의 조절링홈 12를 도시하고 있다. 단, 이와 같은 상세구조는 본 발명에는 영향을 미치지 않는다.
도 3에 도시되어 있듯이, 조절 레버 14는 작동 핀 17의 다각형 단면의 측면 19와 맞서고 있다. 제 1 곡률반경 R1에 의해, 측면 19는, 이를테면 기존의 둥근 단면보다 훨씬 큰 곡률반경을 가지게 된다.
도 6은, 기존의 둥근 단면과 본 발명에 따른 다각형 단면을 상세하게 비교하고 있다. 도 6을 구성하는 도면 두 개는, 양쪽 모두 재질 손실, 혹은 마모 21을 도시하고 있다. 다각형 단면은 기존의 둥근 단면의 곡률반경보다 큰 제 1 곡률반경 R1을 채택하고 있으므로, 재질 손실 21을 억제할 수 있다.
본 발명의 본 명세서는, 명세서에 명기된 개시내용 외에도, 도 1~6의 도시 전부를 명확하게 인용하고 있다.
1:배기가스 터보차저
2:터빈
3:터빈 휠
4:유입 덕트
5:VTG 카트리지
6: 디스크
7:날개 베어링 링
8:날개
9:날개 샤프트
10:날개 레버
11:레버 헤드
12:조절링 홈
13:조절링
14:조절 레버
14A, 14B:조절링의 단부영역
15:조절 샤프트
16:홈
17:작동 핀
18:오목부(Recess)
19:측면
20:모서리
21:재질 손실
L:차저 종축
R1:제 1 곡률반경
R2:제 2 곡률반경
W:폭

Claims (9)

  1. 배기가스 터보차저(1)에 있어서,
    유입 덕트(4)로 둘러싸인 터빈 휠(3)을 가지는 터빈(2)과,
    상기 유입 덕트(4)를 구획하는 디스크(6) 및 날개 베어링 링(vane bearing ring)(7)을 가지는 VTG 카트리지(5)를 포함하고,
    상기 VTG 카트리지는, 상기 유입 덕트(4) 내에 배치되고 회전 날개 샤프트(9)에 의해 상기 날개 베어링 링(7)에 장착되는 복수의 날개(vane)(8)를 가지고, 상기 날개 샤프트(9)는 날개 레버(10)에 연결되며, 상기 날개 레버(10)는 각 날개(8)를, 상기 날개 베어링 링(7)에 대하여 동축 배치되어 있는 조절링(13)에 연결하고,
    상기 VTG 카트리지는, 상기 조절링(13)에 대하여 조절 토크를 전달하는 조절 레버(14)를 가지고, 상기 조절 레버(14)는 제 1 단부영역(14A)에 작동 핀(actuation pin)(17)과 계합하는 홈(16)을 포함하며, 상기 홈(16)은 한쪽이 열려 있어 상기 조절 레버(14)의 제 1 단부영역(14A)은 포크 모양의 구조를 가지며,
    상기 작동핀(17)은 상기 조절 레버(14)의 높이에서 다각형 단면을 가지고, 상기 다각형 단면은 세 개의 둥근 측면(rounded side face)(19)과 세 개의 둥근 모서리(20)로 형성되는, 배기가스 터보차저.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다각형 단면은 뢸로 삼각형(Reuleaux triangle)의 형태를 가지는, 배기가스 터보차저.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 조절 레버(14)의 상기 홈(16)은, 상기 작동 핀(17)의 상기 다각형 단면이 들어가는 폭(W)을 가지며, 상기 다각형 단면의 상기 측면(19)은 제 1 곡률반경(R1)을 가지는 둥근 모양이고, 상기 제 1 곡률반경(R1)은 상기 폭(W)의 최소 1.5배인, 배기가스 터보차저.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 조절 레버(14)의 상기 홈(16)은, 상기 작동 핀(17)의 상기 다각형 단면이 들어가는 폭(W)을 가지며, 상기 다각형 단면의 모서리(edge)(20)는 제 2 곡률반경(R2)을 가지는 원형이고, 상기 제 2 곡률반경(R2)은 상기 폭(W)의 최대 0.7배인, 배기가스 터보차저.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 조절 레버(14)가 상기 날개 베어링 링(7) 상에 회전 불가로 장착되어 있고 상기 작동 핀(17)이 상기 조절링(13) 상에 장착되어 있으며, 혹은,
    상기 조절 레버(14)가 상기 조절링(13) 상에 회전 불가로 장착되어 있고 상기 작동핀(17)이 상기 날개 베어링 링(7) 상에 장착되어 있는, 배기가스 터보차저.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 작동 핀(17)은 슬라이딩 블록으로 구성되고, 상기 다각형 단면은 상기 슬라이딩 블록 상에 형성되어 있는, 배기가스 터보차저.
  7. 배기가스 터보차저(1)의 VTG 카트리지(5)에 있어서,
    유입 덕트(4)를 구획하는 디스크(6) 및 날개 베어링 링(7)과,
    상기 유입 덕트(4) 내에 배치되고, 각 날개(8)를 상기 날개 베어링 링(7)에 대하여 동축 배치되어 있는 조절링(13)에 연결하는 날개 레버(10)에 연결되는 회전 날개 샤프트(9)에 의해 상기 날개 베어링 링(7)에 장착되는 복수의 날개(8)와,
    상기 조절링(13)에 대하여 조절 토크를 전달하고, 제 1 단부영역(14A)에 작동 핀(17)과 계합하는 홈(16)을 포함하는 조절 레버(14)를 가지고,
    상기 홈(16)은 한쪽이 열려 있어 상기 조절 레버(14)의 제 1 단부영역(14A)은 포크 모양의 구조를 가지며,
    상기 작동핀(17)은 상기 조절 레버(14)의 높이에서 다각형 단면을 가지고, 상기 다각형 단면은 세 개의 둥근 측면(rounded side face)(19)과 세 개의 둥근 모서리(20)로 형성되는, VTG 카트리지.
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