KR101858167B1

KR101858167B1 - 배기가스 터보차저

Info

Publication number: KR101858167B1
Application number: KR1020137015299A
Authority: KR
Inventors: 레이프 하이딩스펠더; 토마스 램; 랄프 크리스트만; 네르민 오스마노비치
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2018-05-15
Also published as: US9359909B2; CN103189613B; JP5925212B2; KR20140004648A; US20130243572A1; DE112011103421T5; JP2013545035A; WO2012078363A3; CN103189613A; DE112011103421T8; WO2012078363A2

Abstract

본 발명은 압축기(2); 터빈 하우징(4)을 갖는 터빈(3); 압축기측 플랜지 및 터빈측 플랜지(6)를 갖는 베어링 하우징(5); 조정 링(8)을 갖는 VTG 카트리지(7); 및 조정 축(9)을 구비하고, 상기 조정 축(9)은 베어링 하우징(5)의 터빈측 플랜지(6)를 통해 안내되고, 상기 조정 축(9)은 VTG 카트리지(7)의 조정 링(8) 에 체결되는 내측 레버(10)를 가지며, 그리고 상기 조정 축(9)은 작동기(13)의 작동 요소(12)에 연결되는 외측 레버(11,11', 11", 11"')를 가지며, 상기 외측 레버(11,11', 11",11"')는 조정 축(9)의 관련된 축 부분(15)이 체결되는 개방된 둥근 고정 리셉터클(14)을 갖는 배기가스 터보차저(1)에 관한 것이다.

Description

배기가스 터보차저{EXHAUST-GAS TURBOCHARGER}

본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른 배기가스 터보차저에 관한 것이다.

도 13은 일반적인 배기가스 터보차저(ATL)를 사시 및 도식적으로 약간 단순화한 도면으로서 보여준다. 배기가스 터보차저(ATL)는 종래와 같이, 압축기(V) 및 베어링 하우징(LG)을 가지며, 베어링 하우징은 터빈에 의해 터빈 하우징과 붙어있으며, 터빈은 그러나 도 13에 도시되어 있지 않다. 다수의 가이드 블레이드가 배열된 공간을 한정하는 디스크(7A) 및 블레이드 베어링 링(7B)을 갖는 소위 VTG 카트리지(7)가 터빈 하우징측 플랜지(F_TG)상에 배열되어 있으며, 여기서 다수의 가이드 블레이드 중 하나를 도면번호 (7C)로 표시한다. 엔진의 부하상태에 따라 가이드 블레이드들(7C)의 위치를 변경시키기 위하여 작동기(AK)(제어 캡슐 또는 전기 작동기)에 의해 작동될 수 있는 조정 링(8)이 또한 블레이드 베어링 링(7B)상에 장착된다.

상기 작동을 위하여, 도 15에 도시된 조정가능 조정 축(V_W)이 부시(B)를 통해서 터빈 하우징측 플랜지(F_TG)에 장착된다. 조정 축(V_W)은 조정 링(8)에 체결되는 내측 레버(H_I)를 지탱한다. 게다가, 위에 기술된 조정 운동을 조정 링에 전달할 수 있도록 하기 위하여, 작동 부재, 예를 들면 작동기(AK)의 작동 봉에 연결된 외측 레버(H_A)가 조정 축(V_W)의 타단에 체결(고정)된다.

조정 축(V_w)은 터보차저(ATL)의 조립에 앞서 외측 레버(HA)와 내측 레버(HI)에 전통적으로 용접되어, 레버들 사이의 규정된 용접 각도를 이루며, 상기 각도는 도 16에 예를 들어 23°로 특정되어 있다.

일반적인 배기가스 터보차저(ATL)에서, 그러나, 배기가스 터보차저(ATL)의 조립 상태에서 VTG 카트리지(7)를 규정된 정지점으로 조정하고 그래서 작동기(AK)를 설정하기 위한 올바른 용접각도를 찾는 것이 불가능하다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 배기가스 터보차저의 조립상태에서, VTG 카트리지를 앞서 규정된 정지점으로 조정하고 그래서 제어 캡슐을 설정하기 위한 올바른 용접 각도를 정확하게 찾을 수 있는, 청구항 1의 전제부에 특정된 타입의 배기가스 터보차저를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징부들에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 구성에 의해서, 조정 축에 초기에 내측 레버가 제공되고 조정 축을 베어링 하우징의 터빈 측 플랜지에 삽입하는 것이 가능하다. 그리고 나서 배기가스 터보차저는, 외측 레버를 조정 축에 고정시키는 것을 제외하고는, 완전하게 조립될 수 있다. 그리고 나서 외측 레버의 개방된 둥근 고정 리셉터클은 조정 축의 관련 축 부분상에 놓여질 수 있다. 그것에 의해, 배기가스 터보차저의 조립상태에서, VTG 카트리지를 규정된 정지점으로 조정하고 그래서 작동기를 설정하기 위한 올바른 용접 각도를 찾는 것이 가능하다. 이것은, VTG 카트리지가 정지점에 놓여있고 그리고 작동기, 특히 제어 캡슐이 해당하는 제어압을 통하여 위치된 후에, 외측 레버가 조정 축에, 반경방향으로 고정되도록 연결, 특히 용접될 수 있기 때문이다.

이것은 외측 레버가 조정 축의 반경방향 안내를 위한 역할을 할 수 있고 또한 축방향 안내를 위한 역할을 할 수 있으며 그래서 조정 축이 베어링 하우징의 터빈-하우징 측 플랜지에서 안내되는 부시를 갖는 스톱(stop)을 형성하는 장점을 갖는다.

종속항 2 내지 9는 본 발명에 따른 배기가스 터보차저의 유리한 개선사항들을 개시한다.

외측 레버에 이형이음 부분(cranked portion:구부러진 부분)이 제공된다면, 이것은 작동기의, 특히 캡슐의 축방향 설치공간이 제한되지 않는 장점을 갖는다.

도 13에 근거하여 일반적인 공지기술의 인식과 관련하여, 상기 면에 도시된 VTG 카트리지(7) 및 그의 부품들(7A 내지 7C 및 8)은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저에 사용된다는 점을 주목하여야 한다.

본 발명은 또한 압축기 및 베어링 하우징 외에, 터빈을 갖는 배기가스 터보차저의 VTG 터보차저의 조정 축을 장착하는 방법에 관한 것이다.

이 점에 대하여, 우선 공지기술을 도시하는 도 17 내지 도 19의 도면을 참고하여 설명한다.

도 17은 첫째로, 특히 상당히 작은 배기가스 터보차저 구조 크기들의 경우에, 베어링 하우징(LG)의 압축기-측 플랜지(F_VG)와 터빈-측 플랜지(F_TG)사이의 거기에 표시된 설치공간(EBR)은 매우 제한적이라는 것을 보여준다. 그 결과, 밀드 공극(milled clearance)(FF)이 압축기-측 플랜지(FVG)상에 요구되며 조정 축 부시 장착은 두 단계로 이루어져야 한다. 도 19의 도시에 따라, 단계1에서, 베어링 하우징(LG)의 터빈-하우징-측 플랜지(F_TG)의 부시(B)는, 외측 레버를 구비한 조정 축이 부시(B)에 삽입될 수 있도록, 부분적으로만 눌러진다. 그리고 나서 단계2에서, 부시(B)가 말단 부분으로 눌러지고 그 후에 내측 레버는 부시(B)를 관통하여 안내되는 조정 축(VW)의 그 말단에 용접된다. 그러므로, 배기가스 터보차저의 조립 후에 카트리지의 역행성 설정(retroactive setting)은 더 이상 가능하지 않다.

그러므로, 본 발명의 목적은 또한 행하는 데 더 간단하고 그래서 신뢰성이 향상된, 배기가스 터보차저의 VTG 카트리지용 조정 축을 장착하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 10의 특징부들에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법의 장점은 조정 축을 장착할 때 생기게 되는 데 그 이유는 내측 레버가 부착된 후에 상기 조정 축이 터빈 측으로부터 터빈-측 베어링 하우징 플랜지의 부시안으로 삽입될 수 있고 그 결과 임의로 제공될 수 있는 피스톤 링이 상당히 더 용이하게 압착될 수 있기 때문이다.

공지 방법과 관련하여, 터빈 측의 조립 공간이 제한되지 않고 따라서 자동 또는 수동 장착을 위한 충분한 자유 공간이 얻어지고, 그 결과 신뢰성이 향상된다.

게다가, 외측 레버의 조정 축의 자유단에의 반경방향 연결의 결과, 베어링 하우징 플랜지들 사이의 공간이 더 잘 이용될 수 있고 그 결과 도 18에 근거하여 설명한 바와 같이, 베어링 하우징의 밀드 공극(18) 및 부시의 두 단계 누름(pressing-in)을 없앨 수 있다. 이것은 장착 공정을 상당히 단순화시킬 수 있다.

조정 축과 내측 레버로 구성된 구조적 장치는 모든 구조 크기들에 대하여 표준 부품으로 동일하게 형성될 수 있으며, 반면에 외측 레버만이 고객에 특정된 방식(customer-specific manner)으로 설계될 필요가 있다는 점에서 본 발명에 따른 방법의 추가 유리한 점이 생긴다. 종속항들 11 내지 14는 본 발명에 따른 방법의 유리한 개선들에 관한 것이다.

외측 레버는 고객 특정 설계의 부품으로서, 바람직하게는 제조비가 저렴하고 용접하기 용이한 판상 금속 구조재일 수 있다. 유사하게, 외측 레버는 제어 캡슐 유격(play)의 축방향 보상을 제공하기 위하여 보상 볼(compensating ball)을 구비할 수 있다.

본 발명의 추가 상세내용, 특징 및 장점은 도면에 근거한 예시적인 실시예들의 다음의 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저의 실시예의 부분 사시적인 도면이다.
도 2는 배기가스 터보차저의 조정 축의 사시적인 도면이다.
도 3은 상기 부품들의 조립 전에 조정 축과 외측 레버의, 도 2에 대응하는 도면이다.
도 4는 상기 부품들의 연결 후에 조정 축과 외측 레버의 사시적인 평면도이다.
도 5는 연결 후에 외측 레버와 조정 축의 정면도이다.
도 6은 외측 레버의 변형 실시예로서 도 5에 대응하는 도면이다.
도 7은 조정 축의 제2 실시예로서 도 2에 대응하는 도면이다.
도 8은 베어링 하우징 플랜지의 부시에서 장착 상태의 도 7에 따른 조정 축의 도면이다.
도 9는 외측 레버가 장착된 상태에서 도 7에 따른 조정 축의 사시도이다.
도 10은 도 9에 따른 배열체의 정면도이다.
도 11은 외측 레버의 추가 실시예의 사시도이다.
도 12은 보상 볼을 갖는 외측 레버의 도면으로, 도 11에 대응하는 도면이다.
도 13 내지 도 19는 공지기술을 설명하기 위한 공지 배기가스 터보차저 및 그의 부품들의 도면이다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저(1)를 보여주는 부분도이다. 배기가스 터보차저(1)는 압축기(2)와 터빈(3)을 가지며, 상기 터빈은 터빈 휠(도면들에는 도시되지 아니함)이 배열되는 터빈 하우징(4)을 갖는다.

압축기(2)의 하우징과 터빈 하우징 사이에, 압축기-측 플랜지(선택적 도시로 도 1에는 도시되지 아니함)와 도시된 터빈-측 플랜지(6)를 갖는 베어링 하우징(5)이 배열되어 있다.

도시된 배기가스 터보차저(1)는 설계면에서 공지된 배열체들에 대응하는 가변 터빈 구조를 갖는 차저(charger)이기 때문에, 상기 부품들(터빈 하우징(4)에 배열되어 있어 도 1에 도시되지 아니함)에 관해 도 13(부품들(7,7A,7B,7C,8))과 관련되어 작성된 설명들을 참고할 수 있다.

배기가스 터보차저는 또한 베어링 하우징(5)의 터빈-측 플랜지(6)를 통해 안내되는 조정 축(9)을 가진다. 도 1의 선택된 도시로 인해, 조정 축(9)의 유일한 도시 부품들은 자유단(23)과 축 부분(15)이고, 따라서 조정 축(9)의 전체적인 도시에 대해, 특히 도 2를 참고할 수 있다.

조정 축(9)이 VTG 카트리지(7)의, 도 13에 도시된, 조정링(8)에 체결되는 내측 레버를 갖는다는 것은 특히 도 1 내지 도 5의 병치(竝置)로부터 볼 수 있다.

또한, 조정 축(9)은 도 1, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 외측 레버(11)를 가진다. 상기 외측 레버(11)는 도 1로부터 볼 수 있는 바와 같이 작동기(13)(제어 캡슐 또는 전기 작동기)의 작동 요소(12)에 연결된다.

외측 레버(11)가 개방된 둥근 고정 리셉터클(14)을 갖는다는 것은 특히 도 3 내지 도 5의 병치로부터 볼 수 있다. 여기에서, "개방되고 둥근" 고정 리셉터클(14)이 실질적으로 반원형 설계이고 후크 형태로 이루어진 구성을 의미하는 것으로 이해될 수 있음이 특히 도 3에서 보여지며, 여기서 둥근 부분은 형상 및 치수면에서 조정 축(9)의 축 부분(15)에 짝맞추어지고, 축 부분은 개방된 둥근 고정 리셉터클(14)에 의해 둘레에 체결되며, 이와 관련해서는 특히 도 3 내지 도 5를 병치시켜 참고한다. 외측 레버(11)의 상기 설계는 배기가스 터보차저(1)의 완벽한 사전 조립과 그에 따른 작동기(13)에 대한 개선된 설치 능력을 허용하는데, 이것은 조립 후에 VTG 카트리지가 정지 위치 내에 배치될 수 있기 때문인데, 이를 위해 조정 축(9)의 자유단(23)이 공구 리셉터클(24)을 갖는다. 본 예에서, 공구 리셉터클(24)은 예를 들어 개방형(open-ended) 렌치에 의해 체결될 수 있는 2면각으로 형성되고, 따라서 배기가스 터보차저(1)의 조립된 상태에서 조정 축(9)을 회전시키는 것과 그에 따라 VTG 카트리지 및 작동기(13)를 설정하는 것이 가능해진다.

축 부분(15)에 대한 외측 레버(11) 또는 외측 레버의 고정 리셉터클(14)의 최종 고정을 위해, 고정 리셉터클(14)은 특히 도 4에서 볼 수 있는 통로 리세스(16)를 가지며, 도 4에서 상기 통로 리세스(16)는 타원형 라인으로 개략적으로 표시되어 있다. 통로 리세스(16)가 배열되는 고정 리셉터클(14)의 영역에서 상기 통로 리세스(16)가 재질 두께 전체에 걸쳐 연장되고, 따라서 통로 리세스(윈도우)(16)에 의해 노출된 축 부분(15)이 도 1, 도 4 및 도 5에 보인다는 것을 도시를 통하여 알 수 있다. 최종 고정을 위해, 고정 리셉터클(14)은 상기 통로 리세스(16)에서 용접 연결에 의해 축 부분에 연결될 수 있다.

도 1 내지 도 5 및 도 6에 따른 실시예에서, 고정 리셉터클(14)의 맞은편에 배열되는 외측 레버(11)의 그 단부(20)에는, 작동기(13)를 VTG 카트리지에 작동 연결하기 위해 작동 요소(작동 로드)(12)의 연결기구(19)에 체결되는 페그(peg)(18)가 제공되어 있다.

고정 리셉터클(14)의 축 부분(15)에의 연결, 특히 용접은 외부로부터 반경방향으로 수행될 수 있으며, 이 때문에 공지의 접근방식과 관련하여 조립의 현저한 단순화를 얻을 수 있는데, 그 이유는 베어링 하우징(5)의 압축기-측 플랜지와 터빈-측 플랜지 사이의 비교적 작은 공간에도 불구하고 통로 리세스(16)와 축 부분(15)이 외부로부터 반경방향으로 쉽게 접근할 수 있기 때문이다.

도 6에 따른 실시예는 도 1 내지 도 5의 실시예와 실질적으로 일치하며, 따라서 동일한 참조번호들이 모든 대응하는 부품들에 대해 사용된다. 그러나, 도 6에 따른 실시예에서, 외측 레버(11')는 이종이음부(cranked portion)(17)를 구비하고 있는데, 그 목적은 작동기 또는 제어 캡슐(13)의 축방향 설치 공간이 제한되지 않도록 보장하기 위함이다. 또한, 외측 레버(11)가 조정 축(9)의 반경방향 안내뿐만 아니라 축방향 안내를 제공하고, 따라서 터빈-하우징-측 플랜지(6)에 배열되며 조정 축(9)을 안내하는 부시(25)와 함께 스톱(stop)을 형성하는 것은 도 6으로부터, 그리고 또한 도 5로부터 분명해진다.

본 발명에 따른 방법은 도 7 내지 도 12에 기초하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다.

도 7 로부터 알 수 있는 바와 같이. 먼저 내측 레버(10)가 조정 축(9')에 연결, 특히 용접된다.

조정 축(9') 및 그에 고정된 내측 레버(10)로 구성된 구성요소는 도 8의 화살표 F_마운팅의 방향으로 베어링 하우징(5)의 터빈-하우징-측 플랜지(6)의 부시(25) 내에 삽입되고, 여기서 기밀링(26)은 선택적으로 미리 조정 축(9')에 부착된다.

도 9 및 도 10에 따르면, 그리고 나서, 외측 레버(11')는, 일측이 개방되고 둥근 형상으로 이루어진 그의 고정 리셉터클(14)이 조정 축(9')의 관련 축 부분(15)에 놓인 상태에서, 배치된다. 도 9에 관하여, 이 점에 있어서, 이 도면에서 터빈-하우징-측 플랜지(6)는 외측 레버(11')의, 일측이 개방되고 둥근 형상으로 이루어진 고정 리셉터클(14)이, 관련 축 부분(15)에 어떻게 놓이는지 또는 자리잡고 있는지를 사시도에 명확히 하기 위하여 생략되었다고 언급되고 있는데, 그 이유는 고정 리셉터클(14)의 내부 원주면이 치수 및 형상 면에서 상기 축 부분(15)에 짝맞추어지기 때문이다.

이미 상술한 바와 같이, 도 9 및 도 10은 유사하게 고정 리셉터클(14)이 이미 상술한 것과 유사하게, 반경방향으로 축 부분(15)에 용접될 수 있도록 하는 통로 리세스(16)를 도시하고 있는데, 이것이 종래 기술에 관련하여 접근성의 큰 개선으로 인해 조립을 매우 단순화한다.

도 11 및 도 12는 다시 외측 레버(11')를 도시한 것으로, 이 경우, 외측 레버(11')는 고정 리셉터클(14)의 맞은편에 배치된 단부(20)에, 작동기(13)의 작동요소(12)의 대응 형성된 상대물이 삽입될 수 있는 고정 리세스(21)를 구비한다.

도 12에 도시된 특히 바람직한 실시예에서, 상기 고정 리세스 또는 상기 고정 러그(lug)(21)는 또한 보상 볼(22)을 구비한다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 외측 레버(11" 및 11"')에 관한 두 실시예는 레버 재료의 비틀림에 의해 형성된 중앙 부분(26)을 가진다.

개시내용을 보충하기 위해, 본 발명의 상기 기재된 개시내용에 추가하여, 도 1 내지 도 13의 개략적인 도시를 명백히 참고할 것이다.

도면번호의 설명

1 배기가스 터보차저

2 압축기

3 터빈

4 터빈 하우징

5 베어링 하우징

6 터빈-측 플랜지

7 VTG 카트리지(가변 터빈 구조(VTG)의 카트리지)

7A 디스크

7B 블레이드 베어링 링

7C 가이드 블레이드

8 조정 링

9, 9' 조정 축

10 내측 레버

11,11', 11", 11"' 외측 레버

12 작동 요소(작동 로드)

13 작동기

14 고정 리셉터클

15 축 부분

16 통로 리세스

17 이종이음부

18 페그(peg)

19 연결 기구

20 외측 레버의, 고정 리셉터클(14) 반대측에 배치된 단부

21 고정 리세스 / 고정 러그

22 보상 볼

23 자유단

24 공구 리셉터클

25 부시

26 중심 영역

H_A 외측 레버

H_I 내측 레버

F_TG 터빈-하우징-측 플랜지

V_W 조정 축

EBR 설치 공간

F_VG 압축기-하우징-측 플랜지

B 부시

LG 베어링 하우징

FF 밀드 공극 C

Claims

압축기(2);
터빈 하우징(4)을 갖는 터빈(3);
압축기측 플랜지 및 터빈측 플랜지(6)를 갖는 베어링 하우징(5);
조정 링(8)을 갖는 VTG 카트리지(7); 및
조정 축(9);을 구비하고,
- 상기 조정 축(9)은 베어링 하우징(5)의 터빈측 플랜지(6)를 통해 안내되고,
- 상기 조정 축(9)은 VTG 카트리지(7)의 조정 링(8)에 체결되는 내측 레버(10)를 가지며, 그리고
- 상기 조정 축(9)은 작동기(13)의 작동 요소(12)에 연결되는 외측 레버(11,11', 11", 11"')를 가지며,
상기 외측 레버(11,11', 11", 11"')는 조정 축(9)의 관련된 축 부분(15)이 체결되는 개방된 둥근 고정 리셉터클(14)을 갖는 배기가스 터보차저.
제1항에 있어서,
고정 리셉터클(14) 및 축 부분(15)은 용접되는 배기가스 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서,
고정 리셉터클(14)은 통로 리세스(16)를 갖는 배기가스 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서,
외측 레버(11')는 이종이음부(17)를 구비하는 배기가스 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서,
외측 레버(11,11")는, 고정 리셉터클(14)의 맞은편에 배치된 그의 단부(20)에, 작동 요소(12)의 연결 기구(19)에 체결되는 페그(18)를 구비하는 배기가스 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서,
외측 레버(11", 11"')는, 고정 리셉터클(14)의 맞은편에 배치된 그의 단부(20)에 고정 러그(21)를 구비하는 배기가스 터보차저.
제6항에 있어서,
보상 볼(22)이 고정 러그(21)에 배치되는 배기가스 터보차저.
제1항 또는 제2항에 있어서,
조정 축(9)은, 축 부분(15)에 인접하여 배치된 그의 자유단(23)에 공구 리셉터클(24)을 구비하는 배기가스 터보차저.
제8항에 있어서,
공기 리셉터클(24)은 2면각으로 형성되는 배기가스 터보차저.
터빈(3)을 갖는 배기가스 터보차저(1)의 VTG 카트리지(7)용 조정 축(9,9')을 장착하는 방법으로서,
조정 축(9,9')의 일 단부에 내측 레버(10)를 연결하는 단계;
배기가스 터보차저(1)의 터빈측으로부터 배기가스 터보차저(1)의 베어링 하우징(5)의 터빈측 플랜지(6)의 베어링 부시(25) 안으로 조정 축(9,9')을 삽입하는 단계;
외측 레버(11,11', 11", 11"')의 개방된 둥근 고정 리셉터클(14)을 조정 축(9,9')의 관련된 축 부분(15)에 배치하는 단계; 및
고정 리셉터클(14)을 축 부분(15)에 반경방향으로 연결하는 단계를 갖는 방법.
제10항에 있어서,
고정 리셉터클(14) 및 축 부분(15)의 연결은 용접에 의해 이루어지는 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
고정 리셉터클(14) 및 축 부분(15)의 연결은 고정 리셉터클(14) 내에 형성된 통로 리세스(16)를 통해 이루어지는 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
조정 축(9)의 자유단(23)은 연결이 이루어지기 전 특정의 위치를 설정하는 공구 리셉터클(24)을 구비하는 방법.
제13항에 있어서,
공구 리셉터클(24)은 2면각으로 형성되는 방법.