KR101829719B1

KR101829719B1 - 터보차저

Info

Publication number: KR101829719B1
Application number: KR1020127031875A
Authority: KR
Inventors: 레이프 하이딩스펠더; 토마스 램
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2011-05-18
Publication date: 2018-02-19
Also published as: US9388708B2; JP2013526679A; US20130051988A1; CN102906392B; DE112011101698T5; CN102906392A; WO2011146555A3; WO2011146555A2; JP5787988B2; KR20130117647A

Abstract

본 발명은 가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터보차저(1)에 관한 것으로, 터보차저는: 배기가스용 공급 덕트(9)를 구비한 터빈 하우징(2); 터빈 하우징(2) 내에 회전 가능하게 장착된 터빈 로터(4); 및 터빈 로터(4)를 외부에서 반경방향으로 둘러싸는 가이드 격자(18)로, 블레이드 베어링 링(6), 각각의 경우 블레이드 베어링 링(6) 내에 장착된 하나의 블레이드 샤프트(8)를 구비한 다수의 가이드 블레이드(7), 일 단이 블레이드 샤프트(8)에 체결되며 타 단이 조절링(5)의 연관 맞물림 리세스(24)와 맞물려 배치될 수 있는 레버 헤드(23)를 각각 구비한 연관 블레이드 레버(20)들에 의해 가이드 블레이드(7)들에 연결되어 작동하는 조절링(5), 및 적어도 가이드 블레이드(7)들을 통해 형성된 노즐 횡단면들을 통해 최소 통류를 조절하는 정지부(25)를 구비한 가이드 격자를 포함하며, 여기서 정지부(25)는 변형 가능한 아치형 조절 섹션(26)이 배치되는 고정 페그(32)를 포함한다.

Description

터보차저{TURBOCHARGER}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 터보차저에 관한 것이다.

상기 유형의 터보차저는 EP 1 564 380 A1호에 알려져 있다. 상기 문헌은 조절링의 약화를 방지하기 위해 정지부(stop)를 제안하고, 정지부는 조절링에 일체로 연결되며, 폭이 가변될 수 있는 웨브로 이루어지거나, 조절 가능한 그러브 나사(grub screw)를 구비할 수 있다. 상기 설계는 조절 가능한 정지부의 가능성을 어느 정도까지 적절히 산출하지만, 이와 같이 형성된 정지부는 사실상 거의 실현 불가능하다. 그 이유는, 먼저 공간적 조건으로 인해 그러브 나사의 삽입이 제한되어, 단일부품 정지부에 암나사를 추가로 구비해야 하고, 또한 수행된 조절을 고정할 수 있도록 그러브 나사용 잠금 부재를 구비할 필요가 있기 때문이다. 실제로, 굉장히 엄격한 공간적 조건으로 인해 상당한 비용을 수반하므로 바람직하지 않다.

그러나, 공지된 터보차저에서는 정지부가 조절링 상에 일체로 형성되기 때문에, 예컨대 가이드 격자(guide grate)의 단부 위치를 변경하려 하거나 변경할 필요가 있다면, 가이드 격자의 조립 후 정지부의 돌기를 재가공하는 것이 가능하긴 하지만, 비교적 높은 비용으로만 가능하다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 가이드 격자 또는 가이드 장치의 조립을 단순화할 수 있는 청구범위 제1항의 전제부에 명시된 유형의 터보차저를 제공하는 데에 있고, 여기서 적어도 최소 통류의 간단하고 정밀한 조절이 가이드 장치 단독에 의해 가능해야 한다.

상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해 달성된다.

적어도 가이드 블레이드들에 의해 형성된 노즐 횡단면들을 통해 최소 통류를 설정할 수 있는 정지부를 가이드 격자 내에 고정될 수 있는 변형 가능한 부품으로 설계하기 때문에, 가이드 격자의 조립 후, 요구된 정지 위치를 정밀하게 설정하기 위해 상기 정지부를 간단한 방식으로 재가공할 수 있는데, 이는 상기 정지부가 가이드 격자에 일체로 연결되지 않기 때문이다. 따라서, 가이드 격자의 양단부 위치 중 하나를 재조절할 필요가 있다면, 원하는 단부 위치를 위해 사전 형성된 정지부를 선택하여 조립하거나, 또는 소성 변형 공정에 의해 사전 장착된 정지부에 원하는 치수를 부여하는 것이 간단한 방식으로 가능하다.

그에 따라, 먼저, 정지부 또는 조절부를 비용효율적으로 판금으로 제조할 수 있다는 이점이 있다. 이후, 정지부는 블레이드 베어링 링에 장착되고, 목적상 구비된 공구에 의해 코킹(calking)될 수 있으며, 조절 섹션의 굽힘(flexing)으로 인해 조절부 또는 정지부의 폭 변화가 일어난다. 여기서, 정밀한 변형은 조절링을 위한 소정의 단부 정지부의 형성으로 이어지고, 그에 따라 사용자의 요구에 부합하는 카트리지의 최소 처리량의 정밀한 설정으로 이어진다.

또한, 정지부는 종래 기술에 비해 현저히 단순화된 구성으로 이루어질 수 있으므로 제조 및 조립 비용이 감소한다는 이점이 있다.

게다가, 블레이드 베어링 링의 가공량이 감소한다는 이점이 있다.

원칙적으로, 정지부는 하우징 내에 고정되는 블레이드 베어링 링 또는 가동 조절링에 고정될 수 있다. 그에 따라, 이후, 정지부의 돌기는 조절링의 대응하는 정지 표면들 또는 블레이드 레버의 체결링들과 상호 작용하게 된다.

아울러, 전체 가이드 장치를 카트리지로서 완전히 사전 조립할 수 있고, 이후 상기 카트리지가 터빈 하우징 내에 삽입되기 전에 최소 통류를 설정할 수 있다는 이점이 있다.

그러므로, 최소 통류는 터빈 하우징 및 예컨대 베어링 하우징과 같은 터보차저의 기타 부품들과 무관하게 설정된다. 또한, 베어링 하우징과 터빈 하우징 간의 연결 부품 위치는 최소 통류 조절에 더 이상 영향을 미치지 않는다. 마찬가지로, 조절 레버 및 조절 레버와 조절링의 맞물림 부분의 마모가 최소 통류량에 영향을 미치지 않는다.

종속항들은 본 발명의 유리한 양상들에 관련된다.

특히 바람직한 실시예에서, 정지부의 조절 섹션은 예컨대 적어도 대략적으로는 반원 설계로 이루어질 수 있는 아치형 중앙부를 구비한다. 이 실시예에서, 반경방향으로 돌출된 조절 플랭크들이 상기 아치형 중앙부의 양단부 영역에 마련되고, 조절을 위해 코킹력이 조절 플랭크들에 가해질 수 있다. 이런 방식으로, 조절 섹션의 폭 변화 및 그에 따른 특히 사용자의 요구에 부합하는 최소 통류의 변화를 위해, 아치형 중앙부의 아치 형상의 치수를 의도적으로 변경할 수 있다.

여기서, 바람직하게, 정지부를 블레이드 베어링 링 내에 이미 가압 고정할 수 있거나, 또는 블레이드 베어링 링 내에 고정하기 전에 조절을 수행할 수도 있다.

정지부의 제1 실시예에서, 아치형 중앙부는 단일층 설계로 이루어질 수 있고, 사전 형성 단계에서 사전 형성되고, 이후의 가압 단계에서 마감처리될 수 있다. 여기서, 정지부의 고정 페그에 끼워맞춤 리세스가 구비될 수 있고, 그에 따라 블레이드 베어링 링 내에 조립되는 중에, 적절하다면, 끼워맞춤 리세스에 삽입될 수 있는 돌기가 구비될 수 있는 끼워맞춤 보어 내의 견고한 안착이 보장될 수 있다.

대안적인 실시예에서, 중앙부는 2층 개방형 설계로 이루어지며, 이를 위해 정지부는 판금 부품으로부터 접혀질 수 있고, 이후 그 저단부가 블레이드 베어링 링의 대응하는 보어에 압입될 수 있는 라운드 형상으로 금형에 의해 형성될 수 있다. 이 경우에도, 2층 아치형 중앙부는 설치 상태에서 코킹력이 가해질 수 있는 조절 플랭크들을 구비하고, 그에 따라 이 실시예에서도 최소 유동의 설정을 위해 2층 중앙부의 아치 형상을 의도적으로 변경할 수 있다.

최종적으로, 바람직하게는 판금으로 제조된 2개의 절반부들이 가압 공정 중에 멀리 이격되는 것을 방지하기 위해 2개의 클램프들이 추가로 구비된 2층 아치형 중앙부를 포함하는 본 발명에 따른 정지부의 다른 실시예 역시 가능하다. 상기 클램프들은 2층 중앙부의 아치형 부분의 조절 플랭크들에 인접하고, 단부측 각진 유지 핑거들에 의해, 중앙부의 다른 아치형 절반부의 조절 플랭크들 뒤에서 맞물리고, 그에 따라 전술한 이격 방지가 이루어질 수 있다.

청구범위 제10항 및 제12항은 각각의 경우 별도로 마케팅될 수 있는 목적으로서 가이드 격자와 정지부를 각각 정의하고 있다.

본 발명의 다른 상세들, 이점들, 및 특징들은 첨부 도면에 기반하는 예시적인 실시예들의 후술하는 설명에서 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 터보차저의 기본 설계의 단면 사시도를 도시한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가이드 격자의 일부를 도시한다.
도 4는 판금 부품으로 사전 변형된 상태의 본 발명에 따른 정지부의 제1 실시예의 사시도를 도시한다.
도 5는 마감처리된 상태의 정지부의 도 4에 대응하는 도면을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 정지부의 제2 실시예의 사시도를 도시한다.
도 7은 도 6에 따른 정지부의 실시예가 장착된 가이드 격자의 평면도를 도시한다.
도 8은 정지부가 가이드 격자에 설치된 후 코킹력에 의해 변형된 상태의 가이드 격자의 도 7에 대응하는 도면을 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 정지부의 제3 실시예의 사시도를 도시한다.

도 1은 터빈 하우징(2), 및 베어링 하우징(19)을 통해 터빈 하우징에 연결된 압축기 하우징(3)을 구비한 본 발명에 따른 터보차저(1)를 도시한다. 하우징들(2, 3, 19)은 회전축(R)을 따라 배치된다. 피봇축 또는 블레이드 샤프트(8)를 가진 다수의 가이드 블레이드(7)들이 원주 상에 분포되는 반경방향 외부 가이드 격자(18)의 일부로서 배치된 블레이드 베어링 링(6)을 보여주기 위해, 터빈 하우징(2)의 부분 단면도를 도시한다. 이런 방식으로, 엔진의 배기가스를 공급하는 노즐 횡단면들이 가이드 블레이드(7)들의 위치에 따라 더 크거나 더 작게 형성되며, 여기서 배기가스는 공급 덕트(9)를 통해 공급되고 중앙 연결 부품(10)을 통해 회전축(R)의 중심에 장착된 터빈 로터(4)에 더 많거나 더 적게 토출되어, 터빈 로터(4)에 의해 동일한 샤프트 상에 안착된 압축기 로터(17)를 구동한다.

가이드 블레이드(7)들의 위치 또는 운동을 제어하기 위해 구동 장치(11)가 구비된다. 상기 구동 장치는 임의의 원하는 설계로 이루어질 수 있지만, 바람직한 실시예에서는 제어 하우징(12)을 구비하고, 이에 체결된 플런저 부재(14)의 제어 운동을 제어하여, 상기 운동을 블레이드 베어링 링(6) 뒤에 위치하는 조절링(5)에 전달하여 상기 조절링의 약간의 회전 운동으로 변환한다. 블레이드 베어링 링(6)과 터빈 하우징(2)의 환형부(15) 사이에 가이드 블레이드(7)용 자유 공간(13)이 형성된다. 블레이드 베어링 링(6)은 상기 자유 공간(13)을 보장할 수 있도록 일체로 형성된 스페이서(16)들을 포함한다. 일례로, 3개의 스페이서(16)가 블레이드 베어링 링(6)의 원주 주위에 각각의 경우 120°의 각도 간격으로 배치된다. 그러나, 원칙적으로, 상기 스페이서(16)는 더 많거나 더 적게도 구비될 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가이드 격자(18)의 실시예의 일부를 확대된 비율로 도시한다.

상기 가이드 격자(18)의 전체 블레이드 레버들을 대표하여 하나의 블레이드 레버(20)를 도시하되, 상기 블레이드 레버의 일 단에는 블레이드 샤프트(8)의 일 단이 고정되는 리세스(22)를 가진 체결링(21)이 구비된다.

블레이드 레버(20)의 레버 헤드(23)는 조절링(5)의 맞물림 리세스(24)에 배치되어 조절링(5)과 맞물리게 된다.

아울러, 도 2 및 도 3은 가이드 격자(18) 내에 배치된 정지부(25)를 도시한다.

도 3에 상세히 도시된 바와 같이, 정지부(25)는 양측에서 반경방향으로 돌출된 조절 플랭크들(27, 28)을 구비한 아치형 조절 섹션(26)을 포함하고, 예컨대 최소 통류의 조절을 수행하기 위해 필요하다면 적절한 공구들을 이용하여 화살표(V)로 나타낸 코킹력이 상기 조절 플랭크들에 가해질 수 있다.

도 4는 판금 부품으로 사전 형성된 상태의 본 발명에 따른 정지부(25)의 제1 실시예를 도시한다. 그러므로, 정지부(25)는 사전 형성된 상태의 고정 페그(33)와 반경방향으로 돌출된 조절 플랭크들(27, 28)과 중앙부(33)를 구비한 조절 섹션(26)을 포함한다.

도 5는 전술한 부분들(26, 27, 28, 33, 32)이 최종 형상을 취하고 있는 마감처리된 상태를 도시한다. 상기 도면에 의하면, 특히 중앙부(33)가 아치형 설계로 이루어진 것이 명백하고, 이 경우에는 거의 반원형 형상이 얻어진다.

전술한 조절 플랭크들(27, 28)이 상기 중앙부(33)의 양단부 영역에 구비되며, 종방향 중심선(L)의 관점에서 바라볼 때 반경방향 외부로 연장되므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙부(33)의 곡률을 변경하기 위해 코킹력(V)이 상기 조절 플랭크들(27, 28)에 작용할 수 있다.

또한, 도 5는 고정 페그(32)의 전장(L)에 걸쳐 연장되는 끼워맞춤 리세스(34)를 도시한다. 상기 끼워맞춤 리세스(34)는 조립된 상태에서 조절링의 대응부와 맞물릴 수 있지만, 이러한 대응부 없이도 견고한 억지 끼워맞춤이 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 정지부(25)의 제2 실시예의 사시도를 도시한다. 상기 실시예에서, 정지부(25)는 판금 부품으로부터 접히고, 이후 그 저단부가 블레이드 베어링 링(6)의 대응하는 보어에 압입될 수 있는 고정 페그(32)의 라운드 형상으로 금형(도 6에 미도시)에 의해 형성될 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 이 경우, 연관된 조절 플랭크들(27, 28 또는 27', 28')을 가진 2개의 중앙부들(33, 33')을 구비한 2층 실시예가 제공된다.

도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 중앙부들(33, 33')은 조절 플랭크들이 서로 대향하여 위치되고, 도 8은 정지부(25)가 블레이드 베어링 링(6) 내에 고정된 후 최소 통류의 반작용 조절을 수행할 수 있도록, 중앙부들(33, 33')의 아치 형상이 코킹력(V)의 적용을 통해 도 7의 상태에 비해 변화된 조립 상태를 보여준다. 또한, 아치 형상의 변화 및 그에 따른 조절부(26)의 폭의 변화가 중앙부들(33, 33') 사이의 자유 공간의 확대로부터 명백하다.

최종적으로, 도 9는 기본 설계의 측면에서 도 6에 대응하는 본 발명에 따른 정지부(25)의 제3 실시예를 도시한다. 이와 관련하여, 제2 실시예의 전술한 설명을 전체적으로 참조할 수 있다.

도 9에 따른 제3 실시예는 2개의 클램프들(40, 41)을 일례로 중앙부(33) 또는 조절 플랭크들(27, 28) 상에 구비하는 것을 특징으로 한다.

이를 위해, 클램프들(40, 41)은 각각의 경우 하나의 연장형 웨브(38)를 포함한다. 여기서, 연장형 웨브(36)는 적어도 실질적으로 직각으로 조절 플랭크(27)에 인접하며, 그 자유단에는 각지거나 구부러진 유지 핑거(39)가 구비된다. 이에 상응하여, 클램프(41)는 마찬가지로 제2 중앙부(33)의 방향으로 조절 플랭크(28)로부터 실질적으로 직각으로 연장되는 연장형 웨브(36)를 포함한다. 연장형 웨브(36)의 자유단에도 각지거나 구부러진 유지 핑거(37)가 구비된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 연장형 웨브들(36, 38)은 유지 핑거들(37, 39)에 의해 조절 플랭크들(28', 27') 주위에 맞물리므로, 이 실시예에서는 정지부(25)의 2개의 판금 절반부들이 가압 공정 중에 멀리 이격되지 않게 할 수 있다.

개시내용을 보완하기 위해, 도 1 내지 도 9에서 본 발명의 개략적인 도해를 명확히 참조한다.

부호의 설명

1 터보차저

2 터빈 하우징

3 압축기 하우징

4 터빈 로터

5 조절링

6 블레이드 베어링 링

7 가이드 블레이드

8 블레이드 샤프트

9 공급 덕트

10 축방향 연결 부품

11 구동 장치

12 제어 하우징

13 가이드 블레이드(7)용 자유 공간

14 플런저 부재

15 터빈 하우징(2)의 환형부

16 스페이서/스페이서 캠

17 압축기 로터

18 가이드 격자/가이드 장치

19 베어링 하우징

20 블레이드 레버

21 체결링

22 리세스

23 레버 헤드

24 맞물림 리세스

25 정지부

26 조절 섹션

27, 27' 반경방향으로 돌출된 조절 플랭크

28, 28' 반경방향으로 돌출된 조절 플랭크

29, 30 정지 캠

31 홈

32 고정 페그

33, 33' 아치형 중앙부

34 끼워맞춤 보어

35 전이 섹션

36, 38 연장형 웨브

37, 39 유지 핑거

40, 41 클램프

L 종방향 중심선

H 높이

Claims

가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터보차저(1)에 있어서,
배기가스용 공급 덕트(9)를 구비한 터빈 하우징(2);
터빈 하우징(2) 내에 회전 가능하게 장착된 터빈 로터(4); 및
터빈 로터(4)를 외부에서 반경방향으로 둘러싸는 가이드 격자(18)로, 블레이드 베어링 링(6), 각각의 경우 블레이드 베어링 링(6) 내에 장착된 하나의 블레이드 샤프트(8)를 구비한 다수의 가이드 블레이드(7), 일 단이 블레이드 샤프트(8)에 체결되며 타 단이 조절링(5)의 연관 맞물림 리세스(24)와 맞물려 배치될 수 있는 레버 헤드(23)를 각각 구비한 연관 블레이드 레버(20)들을 통해 가이드 블레이드(7)들에 연결되어 작동하는 조절링(5), 및 적어도 가이드 블레이드(7)들에 의해 형성된 노즐 횡단면들을 통해 최소 통류를 조절하는 정지부(25)를 구비한 가이드 격자(18)를 포함하며,
정지부(25)는 변형 가능한 아치형 조절 섹션(26)이 배치되는 고정 페그(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항에 있어서,
조절 섹션(26)은 양측에서 반경방향으로 돌출된 조절 플랭크들(27, 28)이 배치되는 아치형 중앙부(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제2항에 있어서,
고정 페그(32)는 그 전장(L)에 걸쳐 끼워맞춤 리세스(34)가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제2항 또는 제3항에 있어서,
조절 섹션(26)은 연관된 조절 플랭크들(27, 28 및 27', 28')과 함께 쌍으로 서로 대향하여 배치되는 중앙부들(33, 33')을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제4항에 있어서,
전이부(35)가 고정 페그(32)와 조절 섹션(26) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제4항에 있어서,
조절 섹션(26)의 중앙부들(33, 33') 중 하나(33)에는 클램프들(40, 41)이 구비되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제5항에 있어서,
조절 섹션(26)의 중앙부들(33, 33') 중 하나(33)에는 클램프들(40, 41)이 구비되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제6항에 있어서,
클램프들(40, 41)은 하나의 중앙부(33)의 조절 플랭크들(27, 28)로부터 다른 하나의 중앙부(33')로 연장되는 연장형 웨브들(36, 38)을 포함하고, 연장형 웨브들의 자유단에는 각진 유지 핑거들(37, 39)이 구비되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제7항에 있어서,
클램프들(40, 41)은 하나의 중앙부(33)의 조절 플랭크들(27, 28)로부터 다른 하나의 중앙부(33')로 연장되는 연장형 웨브들(36, 38)을 포함하고, 연장형 웨브들의 자유단에는 각진 유지 핑거들(37, 39)이 구비되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
정지부(25)는 판금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 터보차저.
제10항에 있어서,
정지부(25)는 판금으로부터 접히는 것을 특징으로 하는 터보차저.
가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터보차저(1)의 터빈 로터(4)를 외부에서 반경방향으로 둘러싸는 터보차저(1)용 가이드 격자(18)에 있어서,
블레이드 베어링 링(6);
각각의 경우 블레이드 베어링 링(6) 내에 장착된 하나의 블레이드 샤프트(8)를 구비한 다수의 가이드 블레이드(7);
일 단이 블레이드 샤프트(8)에 체결되며 타 단이 조절링(5)의 연관 맞물림 리세스(24)와 맞물려 배치될 수 있는 레버 헤드(23)를 각각 구비한 연관 블레이드 레버(20)들을 통해 가이드 블레이드(7)들에 연결되어 작동하는 조절링(5); 및
적어도 가이드 블레이드(7)들에 의해 형성된 노즐 횡단면들을 통해 최소 통류를 조절하는 정지부(25)를 포함하며,
정지부(25)는 변형 가능한 아치형 조절 섹션(26)이 배치되는 고정 페그(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 격자.
가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터보차저(1)의 터빈 로터(4)를 외부에서 반경방향으로 둘러싸는 터보차저(1)용 가이드 격자(18)의 정지부(25)에 있어서,
가이드 격자(18)는:
블레이드 베어링 링(6);
각각의 경우 블레이드 베어링 링(6) 내에 장착된 하나의 블레이드 샤프트(8)를 구비한 다수의 가이드 블레이드(7); 및
일 단이 블레이드 샤프트(8)에 체결되며 타 단이 조절링(5)의 연관 맞물림 리세스(24)와 맞물려 배치될 수 있는 레버 헤드(23)를 각각 구비한 연관 블레이드 레버(20)들을 통해 가이드 블레이드(7)들에 연결되어 작동하는 조절링(5)을 포함하고,
정지부(25)는 변형 가능한 아치형 조절 섹션(26)이 배치되는 고정 페그(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지부.