KR101967782B1 - 내연기관에 사용하는 배기가스 터보차저 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관에 사용하는 배기가스 터보차저 및 배기가스 터보차저의 조립 및/또는 설정 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 배기가스 터보차저는, 조절 메커니즘; 및 조절 메커니즘을 구동하기 위한 것으로서, 제1 부분 및 제2 부분을 구비한 제어 막대를 포함하는 액추에이터 장치를 포함한다. 제어 막대의 제2 부분은 제1 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 방식으로 설계된 안내부를 가진다. 또한, 제2 부분은 적어도 하나의 구멍을 가지며, 제1 부분은 적어도 하나의 구멍에 배치된 용접 또는 조립 조인트에 의해 제2 부분에 연결된다.

Description

내연기관에 사용하는 배기가스 터보차저{EXHAUST-GAS TURBOCHARGER FOR USE WITH AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 특히 내연기관에 사용하는 터보차저 및 터보차저의 조립 및 설정 방법에 관한 것이다.
DE 10 2007 018 618 A1에는 내연기관을 위한 터보차저의 널리 알려진 구성이 기술되어 있다. 이러한 터보차저는 터빈 휠을 구비한 반경류 터빈 및 샤프트에 의해 터빈 휠에 결합되고 압축기 임펠러를 구비한 반경방향 압축기로 필수적으로 구성된다. 터빈 휠은 내연기관으로부터의 배기가스 유동에 의해 구동되고, 샤프트를 통해 내연기관의 흡기부에 배치된 압축기 임펠러를 구동한다. 이러한 유형의 터보차저는 일반적으로 내연기관의 출력을 증가시키는 데에 사용된다.
터빈을 조절하기 위해, 터빈을 통과하는 배기가스 유동을 조정할 수 있다. 배기가스 유동의 조정을 위해 터빈 측에 바이패스가 배치되어, 배기가스 중 적어도 일부가 터빈을 지나 유도되도록 한다. 우회된 배기가스의 양은 조절 메커니즘에 의해, 예컨대 "웨이스트게이트 밸브"(또는 바이패스 밸브)에 의해 조절된다. 특정 조건에서, 이러한 메커니즘은 배기가스의 일부를 바이패스를 통해 터빈 주위에서 배기부 내로 직접 안내한다. 그로 인해 예를 들어 터보차저의 과도한 회전 속도 및 내연기관의 기계적 또는 열적 과부하를 방지할 수 있다.
조절 메커니즘은 액추에이터 장치를 통해 제어될 수 있다. 이는 일반적으로 조절 메커니즘 내부에 힘 또는 운동을 전달하기 위한 제어 막대를 포함한다. 제어 막대 및 밸브를 결합하기 위한 설계의 변형은 매우 다양하다.
터보차저의 조립 중, 조절 메커니즘은 일반적으로 수동으로 설정된다. DE 10 2007 018 618 A1 또는 실제로 EP 1949926에 공지된 바와 같이, 제어 막대는 밸브에 조정 가능하게 결합될 수 있다. 이는 예를 들어 제어 막대 상의 나사산 및 결합 메커니즘의 상응하는 대응부에 의해 달성될 수 있다(도 3 참조). 이러한 과정 및 이러한 설계의 문제점은, 조절 메커니즘과의 계면에 대해 보안이 되지 않는다는 점이다. 따라서, 예를 들어 더 높은 엔진 출력을 달성하기 위해서 제어 막대와 결합 메커니즘 사이의 조정 가능 연결부를 조정하는 것만으로 최종 사용자가 터보차저의 설정을 변경할 수 있다. 터보차저가 손상되고 그로 인해 내연기관이 손상되는 경우, 예컨대 최종 사용자에 의한 승인 받지 않은 변형을 입증하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 부주의한 행동으로 인한 손상이 정당하지 않은 품질 보증 클레임으로 이어질 수 있다. 이러한 차후의 조정을 피하는 것이 중요하다. 또한, 예컨대 조립 및 설정 또는 고정의 측면에서 조절 메커니즘의 위치 및 정렬을 개선함으로써 터보차저의 설치 및 설정 조건을 최적화하는 것이 중요하다. 이는 예를 들어 로봇 또는 다른 자동화 수단을 이용하도록 할 수 있다. 또 다른 요인은 나사산 막대 또는 다른 나사 타입의 해결책에 의해 조정 가능한 조절 메커니즘을 위한 종래의 해결책을 만드는 것과 관련된 상대적으로 높은 비용이다(도 3 참조).
본 발명은 청구범위 제1항에 청구된 것과 같은 터보차저에 관한 것이다. 또한 본 발명은 청구범위 제15항에 청구된 것과 같은 내연기관 및 제16항에 청구된 것과 같은 터보차저의 설정 방법에 관한 것이다. 종속 청구항들은 본 발명의 유리한 실시예에 관한 것이다.
본 발명의 배기가스 터보차저는 내연기관에 사용하기 위한 것이며, 조절 메커니즘 및 조절 메커니즘을 구동하기 위한 액추에이터 장치를 포함하고, 액추에이터 장치는 제1 부분 및 제2 부분을 가진 제어 막대를 포함한다. 제어 막대의 제2 부분은, 제1 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 방식으로 설계된 안내부를 가진다. 또한, 제2 부분은 적어도 하나의 구멍을 가지며, 제1 부분은 적어도 하나의 구멍에 배치된 용접 또는 조립 조인트에 의해 제2 부분에 연결된다. 영구적인 용접 조인트 또는 일부 다른 조립 조인트에 의해 제1 부분을 제2 부분에 연결함으로써, 두 개의 부분을 서로에 대해 차후에 조정하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해 터보차저 및 내연기관의 원하지 않는 과부하를 방지할 수 있다.
하기에 설명된 구멍의 유리한 실시예들의 경우, 이들 실시예는 두 개 이상의 구멍에도 적용될 수 있는 것으로 생각될 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 적어도 하나의 구멍은 안내부의 영역에 배치될 수 있다. 제어 막대의 제2 부분은 적어도 두 개의 구멍, 즉 2개, 3개, 또는 그보다 많은 구멍을 포함할 수 있으며, 용접 또는 조립 조인트가 각각의 구멍에 배치될 수 있거나, 또는 용접 또는 조립 조인트는 모든 구멍을 가로질러 연장될 수 있고, 이 때 구멍들은 선택적으로 제1 부분의 종축에 평행한 축 상에 배치된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 적어도 하나의 구멍은 세장형 구멍일 수 있다. 세장형 구멍의 종축은 제1 부분의 종축에 평행하게 이어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제2 부분은 연결부를 포함할 수 있다. 이는 제어 막대를 조절 메커니즘의 다른 요소들에 연결하는 데에 사용될 수 있다. 연결부는 제2 부분에서 안내부의 반대측에 배치될 수 있다. 연결부는 중심선을 갖는 연결 구멍을 가질 수 있다. 유리하게 연결부는 볼 조인트를 위한 베어링 또는 가요성 연결부를 포함하고, 그로 인해 조절 메커니즘의 다른 요소, 예컨대 결합 장치에 대한 적절한 연결을 가능하게 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 구멍의 중심 또는 구멍들의 중심들은 연결 구멍의 중심선 및 제1 부분의 종축에 의해 정의된 평면에 놓일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 구멍의 중심 또는 구멍들의 중심들은, 연결 구멍을 통과하여 중심선에 수직이며 제1 부분의 종축을 포함하는 평면에 놓일 수 있다. 용접을 위한 이러한 구멍 또는 구멍들의 배치를 통해, 간단하고 적어도 부분적으로 자동화된 조립, 설정 및 고정이 가능하게 될 수 있다. 따라서 수동 조립 및 설정을 위한 비용을 줄일 수 있다.
유리한 선택지로서, 제1 부분의 종축에 평행한 자유도를 제외하고, 안내부는 제2 부분에 대해 제1 부분의 위치를 고정시킬 수 있다. 이로 인해 제1 부분의 종축에 평행하게 제2 부분에 대해 제1 부분을 이동시킬 수 있고, 동시에 제2 부분의 안내부에 의해 제1 부분이 지지된다. 이는 용접 또는 조립 조인트에 의해 두 부분을 설정 및 고정하는 과정을 용이하게 한다. 유리한 선택지로서, 제1 부분은 금속 시트, 다각형 막대 또는 둥근 막대로서 구현될 수 있다. 안내부는 슬리브 형상의 설계로 이루어질 수 있으며, 슬리브 형상의 안내부는 선택적으로 제1 부분의 일 영역을 완전히 둘러싼다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제2 부분은 스탬핑부 또는 스탬핑되어 절곡된 부분으로 제조될 수 있다. 제2 부분은 제1 부분의 종축에 수직인 축을 중심으로 절곡시켜 제조될 수 있다. 절곡 작업 후, 안내부는 제2 부분의 상부측 및 하부측에 의해 형성될 수 있다.
대안으로, 제2 부분은 서로 수직인 두 개의 축을 중심으로 두 번 절곡시키거나 또는 상이하게 정렬된 다양한 축들을 중심으로 여러 번 절곡시킴으로써 제조될 수 있다. 유리하게, 제2 부분은 절곡 작업 후 적어도 하나의 조립 조인트에 의해 고정될 수 있다. 조립 조인트는 리벳 조인트, 나사 조인트, 락 심(lock seam) 조인트, 접착 본딩 조인트, 납땜 조인트 또는 용접 조인트일 수 있다. 용접 조인트는 레이저 용접 조인트, 아크 용접 조인트, 저항 용접 조인트, 전자빔 용접 조인트 또는 확산 용접 조인트 또는 종래 기술에서 알려진 일부 다른 용접 조인트일 수 있다. 유리하게, 적어도 하나의 조립 조인트가 연결부 주위의 영역에 배치되지만 안내부 주위의 영역에는 배치되지 않는다. 한편으로 이로 인해 제2 부분을 위한 재료를 절약할 수 있고, 다른 한편으로 이러한 배치는 안내부의 전체 영역에서 특정 위치에 구멍 또는 구멍들을 위치시킬 수 있게 한다. 안내부를 슬리브 형상으로 설계하는 경우, 예를 들어, 조절 메커니즘의 조립, 설정 및 고정에 최적화된 임의의 원하는 위치에 (세장형) 구멍을 위치시킬 수 있다. 적어도 하나의 구멍을 직접 스탬핑부로 기계가공할 수 있다. 이는 제2 부분을 위한 제조 공정을 단순하게 할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 완전한 구멍을 펀칭 또는 드릴링함으로써 심지어 절곡 작업 전에 적어도 하나의 구멍을 충분히 형성할 수 있다. 대안으로, 적어도 하나의 구멍은 또한 두 개의 절반부로 구성될 수 있으며, 제2 부분의 두 에지 영역은 절곡 작업 후 최종적인 구멍을 형성한다.
제2 부분의 대안적인 실시예에서, 제2 부분은 고정 방식으로 서로 연결된 두 개의 개별적인 부분들로 구성될 수 있으며, 이 때 두 개의 개별적인 부분은 선택적으로 스탬핑부이다. 전술된 제2 부분의 대안과 달리, 두 개의 개별적인 부분들로 제조할 경우, 제2 부분의 제조에서 절곡 작업을 생략할 수 있다. 이 경우, 두 개의 개별적인 부분은 적어도 하나의 연결 조인트를 통해 함께 고정될 수 있다. 적어도 하나의 연결 조인트는 리벳 조인트, 나사 조인트, 납땜 조인트, 락 심 조인트, 접착 본딩 조인트 또는 용접 조인트일 수 있다. 용접 조인트는 레이저 용접 조인트, 아크 용접 조인트, 저항 용접 조인트, 전자빔 용접 조인트 또는 확산 용접 조인트 또는 종래 기술에서 알려진 일부 다른 용접 조인트일 수 있다. 유리하게, 적어도 하나의 연결 조인트가 연결부 주위의 영역에 배치되지만 안내부 주위의 영역에는 배치되지 않는다. 이는 조립, 설정 및 고정을 위한 비용이 절감되고 위치 결정이 최적화된다는 전술된 장점을 제공한다. 적어도 하나의 구멍은 예컨대 완전한 구멍을 펀칭함으로써 두 개의 개별적인 부분 중 하나로 직접 기계가공될 수 있고, 또는 두 개의 개별적인 부분들 각각은 구멍의 하나의 절반부를 포함한다.
제2 부분의 대안적인 실시예에서, 제2 부분은 주물, 금속 사출 성형품, 소결된 부분 또는 선삭가공된 부분일 수 있다.
적어도 하나의 구멍은 드릴링, 펀칭 또는 밀링될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 배기가스 터보차저는 공통 축(axle) 또는 샤프트를 통해 압축기 임펠러를 구동하기 위한 터빈을 포함할 수 있다. 연결 구멍의 중심선은 터빈의 축에 실질적으로 평행하게 이어질 수 있다. 대안으로, 연결 구멍의 중심선은 터빈의 축에 실질적으로 수직으로 이어질 수 있다. 터빈의 축과 관련하여 연결 구멍의 중심선을 다르게 정렬할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 배기가스 터보차저는 터빈을 위한 바이패스 덕트 및 바이패스 덕트 내의 폐쇄 장치를 포함할 수 있다. 조절 메커니즘은 바이패스 덕트를 통한 유동을 조절하기 위하여 폐쇄 장치를 적어도 부분적으로 개방 및 폐쇄하는 데 적합할 수 있다. 조절 메커니즘은 폐쇄 장치에 제어 막대를 연결하는 적어도 하나의 결합 장치를 포함할 수 있다. 폐쇄 장치는 플랩 또는 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 액추에이터 장치는 구동 수단을 포함할 수 있다. 구동 수단은 유압 또는 공압 제어 캡슐 또는 전기 작동 유닛을 포함할 수 있다. 구동 수단은 터빈의 하우징 또는 하우징 부분 및/또는 압축기 임펠러의 하우징 또는 하우징 부분에 부착될 수 있다.
제1 및 제2 부분 사이의 전술된 용접 또는 조립 조인트는, 적용 및/또는 융합된 재료로 형성된, 제1 부분과 제2 부분 사이의 재료 연결부를 포함할 수 있다. 적용 및/또는 융합된 재료는 제1 부분으로부터 구멍 또는 구멍들을 통과하여 제2 부분 상으로 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제2 부분은 일단 장착되면 터보차저의 터빈을 위한 하우징과 터보차저의 압축기 임펠러를 위한 하우징 사이의 영역에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 이러한 위치 결정은 터보차저의 콤팩트한 구성을 보장할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 액추에이터 장치는 구동 수단에 의해 개시된 운동 및/또는 힘을 제어 막대를 통해 조절 메커니즘으로 전달하는 데 적합할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 내연기관은 전술된 배기가스 터보차저의 실시예를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 전술된 배기가스 터보차저의 조립 및/또는 설정 방법을 기술하며, 이러한 방법은 다음의 단계들을 특징으로 한다.
먼저, 구동 수단 및 제1 부분이 배기가스 터보차저에 부착된다. 구동 수단은 그 후, 구동 수단에 연결된 제1 부분이 적절한 작업 위치로 이동되는 방식으로 구동된다. 그 후, 제2 부분의 안내부를 이용하여 제1 및 제2 부분을 서로에 대해 종축항향으로 이동시킴으로써 제2 부분은 제1 부분에 대해 소정의 위치에 배치되며, 이 때 소정의 위치는 제1 부분의 작업 위치에 의해 결정된다. 일단 이러한 위치에 도달하면, 제2 부분은 용접 또는 조립 조인트에 의해 소정의 위치에서 제1 부분에 부착된다.
이들 양태 및 이를 달성하는 방식을 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명에서 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저를 보여준다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 터보차저의 제어 막대의 실시예들을 보여준다.
도 3은 종래 기술에 따른 제어 막대의 일 실시예를 보여준다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저를 보여준다.
본 발명의 배기가스 터보차저(10)는 내연기관에 사용된다. 알려진 방식으로, 터보차저는 터빈 하우징(50)을 구비한 터빈 및 연관된 하우징(60)을 구비한 압축기 임펠러를 가진다. 또한, 배기가스 터보차저(10)는 조절 메커니즘 및 이러한 조절 메커니즘을 구동하기 위한 액추에이터 장치(20)를 가지며, 구동 장치(20)는 제1 부분(110) 및 제2 부분(120)을 구비한 제어 막대(100)를 가진다. 제어 막대의 제2 부분(120)은, 제1 부분(110)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 방식으로 설계된 안내부(130)를 가진다. 또한, 제2 부분(120)은 적어도 하나의 구멍(140)을 가지며, 제1 부분(110)은 적어도 하나의 구멍(140)에 배치된 용접 또는 조립 조인트(본 발명을 더 잘 이해하기 위해 도면에 도시되지 않음)에 의해 제2 부분(120)에 연결되어 있다. 영구 용접 조인트 또는 일부 다른 조립 조인트를 통해 제1 부분(110)을 제2 부분(120)에 연결함으로써, 차후에 두 부분을 서로에 대해 조정하는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 터보차저의 원래의 설정이 보존되며, 따라서 터보차저 및 내연기관의 과부하를 방지할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 제1 부분(110) 및 제2 부분(120)으로 구성된 제어 막대(100)를 확대하여 보여준다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 구멍(140)은 안내부(130)의 영역에 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 제어 막대(100)의 제2 부분(120)은 2개, 3개 또는 그보다 많은 구멍을 가질 수 있고, 각각의 구멍에 용접 또는 조립 조인트가 배치될 수 있거나, 또는 용접 또는 조립 조인트가 모든 구멍을 지나 연장될 수 있다. 구멍들은 선택적으로 제1 부분(110)의 종축(111)에 평행한 축 상에 배치될 수 있다.
구멍들에 관한 추가 상세사항들을 특히 하기에 설명한다. 하나의 구멍에 대해 인용된 모든 설명들은 두 개 이상의 구멍들에도 상응하는 방식으로 적용될 수 있으며, 이러한 사실이 각각의 지점에서 명확히 강조되지 않고 도면들에는 나타나 있지 않더라도 해당된다.
도 2a 및 도 2b는 또한 적어도 하나의 구멍(140)을 세장형 구멍으로서 보여준다. 도 2b에 나타난 세장형 구멍(140)의 종축(141)은 제1 부분의 종축에 평행하게 이어질 수 있다.
제어 막대(100)의 제2 부분(120)은 연결부(150)를 가진다. 이는 도 1에 명백히 나타난 바와 같이 조절 메커니즘의 다른 요소들에 제어 막대(100)를 연결하는 데에 사용된다. 연결부(150)는 제2 부분(120)에서 안내부(130)의 반대측에 위치된다. 연결부(150)는 중심선(152)을 갖는 연결 구멍(151)을 가진다. 조절 메커니즘의 다른 요소들의 실시예에 따라, 연결부(150)는 부착의 목적으로 볼 조인트를 위한 베어링 또는 가요성 연결부를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 조절 메커니즘의 다른 요소들, 예컨대 결합 장치(40)에 대한 적절한 연결부를 생성하는 것이 가능하다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 구멍의 종축(140)(또는 구멍이 세장형 구멍이 아닌 경우 단지 중앙)은, 연결 구멍을 통과하는 중심선(152)에 수직이고 제1 부분(110)의 종축(111)을 포함하는 평면에 있다. 이러한 용접을 위한 구멍 또는 구멍들의 배치를 통해, 간단하고 적어도 부분적으로 자동화된 조립, 설정 및 고정이 가능하게 될 수 있다. 예를 들어, 로봇이 용접을 설정 및/또는 적용할 수 있다. 대안적인 실시예(도면에는 도시되지 않음)에서, 구멍의 중앙은, 연결 구멍(152)의 중심선(152) 및 제1 부분(110)의 종축(111)에 의해 정의된 평면에 놓일 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 안내부(130)는 제1 부분(110)의 종축(111)에 평행한 자유도를 제외하고, 제2 부분(120)에 대해 제1 부분(110)의 위치를 고정한다. 이는 제1 부분(110)의 종축(111)에 평행하게 제2 부분(120)에 대해 제1 부분(110)이 병진이동하는 것으로, 두 부분의 서로에 대한 이동을 제한한다(도 2a 및 도 2b에 화살표로 표시함). 동시에, 제2 부분(120)의 안내부(130)는 제어 막대(100)의 제1 부분(110)을 지지한다. 이는 용접 또는 조립 조인트를 통해 두 부분을 설정 및 고정하는 과정을 용이하게 한다. 유리한 선택지로서, 제1 부분은 금속 시트, 다각형 막대 또는 둥근 막대로서 구현될 수 있다. 안내부는 예를 들어 슬리브 형상의 설계로 이루어질 수 있으며, 슬리브 형상의 안내부는 선택적으로 제1 부분의 일 영역을 완전히 둘러싼다(도 2a 및 도 2b 참조).
제어 막대(100)의 제2 부분(120)은 스탬핑부 또는 스탬핑되어 절곡된 부분으로 제조될 수 있다. 이 경우, 제2 부분(120)은 제1 부분(110)의 종축(111)에 수직인 축을 중심으로 절곡시킴으로써 제조될 수 있다. 절곡 작업 후, 안내부는 제2 부분(120)의 상부측 및 하부측에 의해 형성될 수 있다. 대안으로, 서로에 대해 수직인 두 개의 축을 중심으로 두 번 절곡시킴으로써 또는 다르게 정렬된 다양한 축을 중심으로 여러 번 절곡시킴으로써 제2 부분을 제조하는 것 또한 가능하다.
대안적인 실시예(도 2a 참조)에서, 제2 부분(120)은 고정 방식으로 서로 연결된 두 개의 개별적인 부분(120a, 120b)으로 구성되며, 두 개의 개별적인 부분(120a, 120b)은 선택적으로는 스탬핑부이다. 제2 부분(120)에 대하여 전술된 대안과는 달리, 두 개의 개별적인 부분(120a, 120b)으로 제조되는 경우, 제2 부분(120)의 제조에서 절곡 작업을 생략할 수 있다.
절곡 작업 후, 제2 부분(120)의 단부들을 연결 조인트(123)를 통해 서로 고정하거나, 또는 제2 부분(120)의 두 개의 개별 부분(120a, 120b)을 조립한 후에 이를 수행한다. 도 2a는 4개의 연결 조인트(123) 전체를 보여준다. 그러나, 다른 실시예에서는 더 적은 개수, 예컨대 단 하나, 또는 실제로는 4개보다 더 많은 연결 조인트를 제공하는 것도 가능하다. 연결 조인트는 리벳 조인트, 나사 조인트, 락 심 조인트, 접착 본딩 조인트, 납땜 조인트 또는 용접 조인트일 수 있다. 용접 조인트가 사용되는 경우, 이는 레이저 용접 조인트, 아크 용접 조인트, 저항 용접 조인트, 전자빔 용접 조인트 또는 확산 용접 조인트 또는 종래 기술에서 알려진 일부 다른 용접 조인트일 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 연결 조인트(123)는 연결부 주위의 영역에 위치되지만 안내부(130) 주위의 영역에는 위치되지 않는다. 한편으로 이로 인해 예를 들어 제2 부분을 위한 재료를 절약할 수 있다. 다른 한편으로 안내부(130)의 영역에 연결 조인트를 위한 재료 또는 표면이 사용되지 않으므로, 이러한 배치는 안내부(130)의 전체 영역에서 특정 위치에 구멍(140)을 위치시킬 수 있게 한다. 안내부(130)를 슬리브 형상으로 설계하는 경우, 예를 들어, 조절 메커니즘의 조립, 설정 및 고정에 최적화된 안내부(130)의 전체 원주를 따라 임의의 원하는 위치에 구멍(140)을 위치시킬 수 있다.
제2 부분이 스탬핑되어 절곡된 부분으로 제조되는 경우, 구멍(140)은 스탬핑부로 직접 기계가공될 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 부분을 위한 제조 공정이 단순화될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 완전한 구멍을 펀칭 또는 드릴링함으로써 심지어 절곡 작업 전에 적어도 하나의 구멍이 완전히 형성될 수 있다. 대안으로, 구멍은 두 개의 절반부로 구성될 수 있으며, 제2 부분의 두 에지 영역은 절곡 작업 후 최종적인 구멍을 형성한다.
두 개의 개별적인 부분(120a, 120b)으로 구성된 제2 부분(120)의 실시예에서, 마찬가지로 구멍은 예컨대 완전한 구멍을 펀칭함으로써 두 개의 개별적인 부분 중 하나로 직접 기계가공될 수 있거나, 또는 두 개의 개별적인 부분은 각각 구멍의 하나의 절반부를 포함할 수 있다(도 2a 참조).
도 2b는 제2 부분의 대안적인 실시예를 보여주며, 여기서 제2 부분은 주물, 금속 사출 성형품, 소결된 부분 또는 선삭가공된 부분이다. 구멍(140)은 예를 들어 드릴링, 펀칭 또는 밀링될 수 있다.
배기가스 터보차저는 또한 공통 축 또는 샤프트를 통해 압축기 임펠러를 구동하기 위한 터빈을 가진다. 액추에이터 장치(20)의 제어 막대(100)는 터보차저(10)에 다양한 방식으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 연결 구멍(151)의 중심선(152)은 터빈의 축에 실질적으로 평행하게 이어질 수 있다. 대안으로, 연결 구멍(151)의 중심선(152)은 터빈의 축에 실질적으로 수직으로 이어질 수 있다. 터빈의 축과 관련하여 연결 구멍(151)의 중심선(152)을 다르게 정렬할 수도 있다.
배기가스 터보차저는 또한 터빈을 위한 바이패스 덕트 및 바이패스 덕트 내의 폐쇄 장치를 가진다. 조절 메커니즘과 함께, 액추에이터 장치(20)는 바이패스 덕트를 통한 내연기관으로부터의 배기가스 유동을 조절하기 위하여 폐쇄 장치를 적어도 부분적으로 개방 및 폐쇄하도록 설계된다. 이를 위해 조절 메커니즘은 폐쇄 장치에 제어 막대(100)를 연결하는 결합 장치(40)를 가진다. 폐쇄 장치는 플랩 또는 밸브로 설계될 수 있다.
힘을 인가하거나 운동을 생성하기 위해, 액추에이터 장치는 구동 수단(30)을 가진다. 구동 수단(30)은 유압 또는 공압 제어 캡슐 또는 전기 또는 전기기계 구동 유닛일 수 있다. 예를 들어 가압 캡슐이 사용되는 경우, 터보차저는 (압축기 측 또는 터빈 측에서) 작동 유체의 압력 중 하나를 통해 스스로 조절될 수 있다. 다른 구동 수단이 사용되는 경우, 조절 메커니즘을 훨씬 더 정밀하게 제어하고 예를 들어 배기 촉매를 예열하기 위해 예를 들어 낮은 회전 속도에서도 폐쇄 장치(예컨대, 웨이스트게이트)의 개방을 가능하게 할 수 있다. 이러한 유형의 구동 수단들은 예를 들어 압축기 상의 압력 센서를 통해, 또는 엔진 제어기를 통해 직접적으로 제어될 수 있다. 구동 수단(30)은 압축기 임펠러의 하우징(60)에 부착된다. 대안으로, 터빈의 하우징(50) 또는 하우징(50, 60) 둘 다 또는 내연기관에 구동 수단(30)이 부착될 수도 있다.
제1 및 제2 부분(110, 120) 사이의 전술된 용접 또는 조립 조인트는, 적용 및/또는 융합된 재료로 형성된, 제1 부분(110)과 제2 부분(120) 사이의 재료 연결부를 생성한다. 적용 및/또는 융합된 재료는 제1 부분(110)으로부터 구멍(140) 또는 구멍들을 통과하여 제2 부분(120) 상으로 연장될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제2 부분(120)은 일단 장착되면 터보차저의 터빈을 위한 하우징(50)과 터보차저의 압축기 임펠러를 위한 하우징(60) 사이의 영역에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다(도 1 참조). 이러한 위치 결정은 콤팩트한 터보차저 구성을 가능하게 한다.
터보차저(10)의 작동 중, 액추에이터 장치(20)는 구동 수단(30)에 의해 개시된 운동 및/또는 힘을 제어 막대(100)를 통해 조절 메커니즘에 전달한다.
제어 막대(100) 및 그에 결합된 구성요소들은 바람직하게 금속 재료로 제조된다. 대안으로, 이들 구성요소를 적어도 부분적으로 내열 플라스틱 및/또는 복합 재료로 제조하는 것도 가능하다.
차량에서의 사용을 위해, 도 1에 도시된 터보차저는 내연기관에 결합된다. 결합은 다양한 방식으로 여러 내연기관들과 조합하여 달성될 수 있다.
도 1에 도시된 전술한 배기가스 터보차저의 조립 및/또는 설정 방법을 이하에 설명한다.
먼저, 구동 수단(30) 및 제어 막대(100)의 적어도 제1 부분(110)이 배기가스 터보차저(10)에 부착된다. 이 시점에서, 제어 막대(120)의 제1 부분(110)은 제2 부분(120)의 안내부(130) 내에 이동될 수 있다. 이는 구동 수단(30)에 의해 제어 막대(100)의 제1 부분(110)이 안내부(130)에 대해 임의의 원하는 축방향 위치로 이동될 수 있게 한다. 구동 수단(30)의 구동에 의해, 구동 수단(30)에 연결된 제1 부분(110)은 적절한 작업 위치로 이동된다. 이러한 작업 위치에 근거하여, 제2 부분(120)은 소정의 위치에 배치된다. 이는 제2 부분(120)의 안내부(130)를 사용하여 제1 부분(110)에 대한 제2 부분(120)의 종방향 이동(도 2a 및 도 2b에서 화살표 참조)에 의해 달성된다. 정렬 후에, 제2 부분(120)은 용접 또는 조립 조인트에 의해 제1 부분(110) 상의 소정의 위치에 고정된다. 예를 들어 용접 조인트가 예컨대 로봇에 의한 저항 용접에 의해 매우 신속하게 자동화된 방식으로 적용될 수 있다. 대안으로, 예컨대 겹침 이음부(flared joint)를 조립 조인트로서 제공할 수 있다. 그러나, 제어 막대(100)의 제1 부분(110) 및 제2 부분(120)은 임의의 다른 용접 방법에 의해, 납땜 방법에 의해 또는 심지어 접착 본딩 방법에 의해 고정될 수도 있다. (구성요소를 파괴하지 않고는) 조인트가 해제될 수 없도록 보장될 필요가 있고, 그로 인해 배기가스 터보차저의 설정을 변경하기 위해 승인 받지 않고 조인트를 해제하는 것을 방지할 수 있게 되거나, 또는 이러한 일이 일어난 경우 이를 증명하기가 매우 쉽게 된다. 그로 인해 개입에 대한 강화된 안전이 보장되며, 품질 보증 클레임을 방지할 수 있다.
본 발명을 상기에 기술하고 첨부된 특허청구범위에 정의하였지만, 본 발명을 다음의 실시예들에 따라 대안적으로 정의할 수도 있음을 이해할 것이다:
1. 조절 메커니즘; 및
조절 메커니즘을 구동하기 위한 것으로서, 제1 부분 및 제2 부분을 구비한 제어 막대를 포함하는 액추에이터 장치를 포함하되,
제2 부분은 제1 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 방식으로 설계된 안내부를 가지고,
제2 부분은 적어도 하나의 구멍을 가지며, 제1 부분은 적어도 하나의 구멍에 배치된 용접 또는 조립 조인트에 의해 제2 부분에 연결되는, 내연기관에 사용되는 배기가스 터보차저.
2. 실시예 1에 있어서, 적어도 하나의 구멍은 안내부의 영역에 배치되는, 배기가스 터보차저.
3. 실시예 1 또는 2에 있어서, 제2 부분은 적어도 두 개의 구멍을 포함하고, 각각의 구멍에 용접 또는 조립 조인트가 배치되거나 또는 용접 또는 조립 조인트가 모든 구멍을 지나 연장되며, 적어도 두 개의 구멍은 선택적으로 제1 부분의 종축에 평행한 축 상에 배치되는, 배기가스 터보차저.
4. 실시예 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 구멍은 세장형 구멍인, 배기가스 터보차저.
5. 실시예 4에 있어서, 세장형 구멍의 종축은 제1 부분의 종축에 평행하게 이어지는, 배기가스 터보차저.
6. 실시예 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 제2 부분은 연결부를 포함하는, 배기가스 터보차저.
7. 실시예 6에 있어서, 연결부는 제2 부분에서 안내부의 반대측에 배치되는, 배기가스 터보차저.
8. 실시예 5 또는 6에 있어서, 연결부는 중심선을 갖는 연결 구멍을 가지는, 배기가스 터보차저.
9. 실시예 8에 있어서, 구멍의 중심 또는 구멍들의 중심들은 연결 구멍의 중심선 및 제1 부분의 종축에 의해 정의된 평면에 놓이는, 배기가스 터보차저.
10. 실시예 8에 있어서, 구멍의 중심 또는 구멍들의 중심들은 연결 구멍을 통과하는 중심선에 수직이고 제1 부분의 종축을 포함하는 평면에 놓이는, 배기가스 터보차저.
11. 실시예 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 안내부는 제1 부분의 종축에 평행한 자유도를 제외하고, 제2 부분에 대한 제1 부분의 위치를 고정하는, 배기가스 터보차저.
12. 실시예 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 제1 부분은 금속 시트, 다각형 막대 또는 둥근 막대인, 배기가스 터보차저.
13. 실시예 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 안내부는 슬리브 형상으로 설계되고, 슬리브 형상의 안내부는 선택적으로 제1 부분의 일 영역을 완전히 둘러싸는, 배기가스 터보차저.
14. 실시예 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 제2 부분은 스탬핑부 또는 스탬핑되어 절곡된 부분으로 제조되는, 배기가스 터보차저.
15. 실시예 1 내지 14 중 어느 하나에 따른 배기가스 터보차저를 포함하는 내연기관.
16. 실시예 1 내지 14 중 어느 하나에 따른 배기가스 터보차저의 조립 및/또는 설정 방법에 있어서,
구동 수단 및 제1 부분을 배기가스 터보차저에 부착하는 단계;
구동 수단에 연결된 제1 부분이 적절한 작업 위치로 이동되는 방식으로 구동 수단을 구동하는 단계;
제2 부분의 안내부를 이용하여 제1 및 제2 부분을 서로에 대해 종방향으로 이동시킴으로써 제2 부분을 제1 부분에 대해 소정의 위치에 배치하며, 이 때 소정의 위치는 제1 부분의 작업 위치에 의해 결정되는 것인 단계;
제2 부분을 용접 또는 조립 조인트에 의해 소정의 위치에서 제1 부분에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 실시예 14에 있어서, 제2 부분은 제1 부분의 종축에 수직인 축을 중심으로 절곡시킴으로써 제조되는, 배기가스 터보차저.
18. 실시예 17에 있어서, 절곡 작업 후, 안내부는 제2 부분의 상부측 및 하부측에 의해 형성되는, 배기가스 터보차저.
19. 실시예 14에 있어서, 제2 부분은 서로 수직인 두 개의 축을 중심으로 두 번 절곡시킴으로써 제조되는, 배기가스 터보차저.
20. 실시예 14 또는 17 내지 19 중 어느 하나에 있어서, 절곡 작업 후, 제2 부분은 적어도 하나의 조립 조인트에 의해 고정되는, 배기가스 터보차저.
21. 실시예 20에 있어서, 조립 조인트는 리벳 조인트, 나사 조인트, 락 심 조인트, 접착 본딩 조인트, 납땜 조인트 또는 용접 조인트인, 배기가스 터보차저.
22. 실시예 21에 있어서, 용접 조인트는 레이저 용접 조인트, 아크 용접 조인트, 저항 용접 조인트, 전자빔 용접 조인트 또는 확산 용접 조인트인, 배기가스 터보차저.
23. 실시예 20 내지 22 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 조립 조인트는 연결부 주위의 영역에 배치되지만 안내부 주위의 영역에는 배치되지 않는, 배기가스 터보차저.
24. 실시예 14 또는 17 내지 23 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 구멍은 스탬핑부로 직접 기계가공되는, 배기가스 터보차저.
25. 실시예 24에 있어서, 적어도 하나의 구멍은, 예를 들어 완전한 구멍을 펀칭 또는 드릴링함으로써, 심지어 절곡 작업 전에 완전히 형성되는, 배기가스 터보차저.
26. 실시예 24에 있어서, 적어도 하나의 구멍은 두 개의 절반부로 구성되며, 제2 부분의 두 에지 영역은 절곡 작업 후 최종적인 구멍을 형성하는, 배기가스 터보차저.
27. 실시예 1 내지 실시예 14에 있어서, 제2 부분은 고정 방식으로 서로 연결된 두 개의 개별적인 부분으로 구성되며, 두 개의 개별적인 부분은 선택적으로 스탬핑부인, 배기가스 터보차저.
28. 실시예 27에 있어서, 두 개의 개별적인 부분은 적어도 하나의 연결 조인트에 의해 함께 고정되는, 배기가스 터보차저.
29. 실시예 28에 있어서, 적어도 하나의 연결 조인트는 리벳 조인트, 나사 조인트, 납땜 조인트, 락 심 조인트, 접착 본딩 조인트 또는 용접 조인트인, 배기가스 터보차저.
30. 실시예 29에 있어서, 용접 조인트는 레이저 용접 조인트, 아크 용접 조인트, 저항 용접 조인트, 전자빔 용접 조인트 또는 확산 용접 조인트인, 배기가스 터보차저.
31. 실시예 28 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 연결 조인트는 연결부 주위의 영역에 배치되지만 안내부 주위의 영역에는 배치되지 않는, 배기가스 터보차저.
32. 실시예 27 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 구멍은 예컨대 완전한 구멍을 펀칭함으로써 두 개의 개별적인 부분 중 하나로 직접 기계가공되는, 배기가스 터보차저.
33. 실시예 27 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 두 개의 개별적인 부분은 각각 구멍의 하나의 절반부를 포함하는, 배기가스 터보차저.
34. 실시예 1 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 제2 부분은 주물, 금속 사출 성형품, 소결된 부분 또는 선삭 가공된 부분인, 배기가스 터보차저.
35. 실시예 1 내지 13 또는 실시예 16 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 구멍은 드릴링, 펀칭 또는 밀링되는, 배기가스 터보차저.
36. 실시예 6 내지 14 또는 실시예 17 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 연결부는 볼 조인트를 위한 베어링 또는 가요성 연결부를 포함하는, 배기가스 터보차저.
37. 실시예 1 내지 14 또는 실시예 17 내지 34 중 어느 하나에 있어서, 공통 축을 통해 압축기 임펠러를 구동시키기 위한 터빈을 포함하는, 배기가스 터보차저.
38. 실시예 37에 있어서, 연결 구멍의 중심선은 터빈의 축에 실질적으로 평행하게 이어지는, 배기가스 터보차저.
39. 실시예 37에 있어서, 연결 구멍의 중심선은 터빈의 축에 실질적으로 수직으로 이어지는, 배기가스 터보차저.
40. 실시예 1 내지 14 또는 실시예 17 내지 39 중 어느 하나에 있어서, 터빈을 위한 바이패스 덕트 및 바이패스 덕트 내의 폐쇄 장치를 포함하는, 배기가스 터보차저.
41. 실시예 40에 있어서, 조절 메커니즘은 바이패스를 통한 유동을 조절하기 위해 폐쇄 장치를 적어도 부분적으로 개방 및 폐쇄하는 데 적합한, 배기가스 터보차저.
42. 실시예 40 또는 41에 있어서, 조절 메커니즘은 폐쇄 장치에 제어 막대를 연결하는 적어도 하나의 결합 장치를 포함하는, 배기가스 터보차저.
43. 실시예 40 내지 42 중 어느 하나에 있어서, 폐쇄 장치는 플랩 또는 밸브를 포함하는, 배기가스 터보차저.
44. 실시예 1 내지 14 또는 실시예 17 내지 43 중 어느 하나에 있어서, 액추에이터 장치는 구동 수단을 포함하는, 배기가스 터보차저.
45. 실시예 44에 있어서, 구동 수단은 유압 또는 공압 제어 캡슐 또는 전기 구동 유닛을 포함하는, 배기가스 터보차저.
46. 실시예 44 및 45 중 어느 하나에 있어서, 구동 수단은 터빈의 하우징에 부착되는, 배기가스 터보차저.
47. 실시예 44 및 45 중 어느 하나에 있어서, 구동 수단은 압축기 임펠러의 하우징에 부착되는, 배기가스 터보차저.
48. 실시예 1 내지 14 또는 실시예 17 내지 47 중 어느 하나에 있어서, 용접 또는 조립 조인트는 적용 및/또는 융합된 재료에 의해 형성된, 제1 부분과 제2 부분 사이의 재료 연결부를 포함하는, 배기가스 터보차저.
49. 실시예 48에 있어서, 적용 및/또는 융합된 재료는 제1 부분으로부터 구멍 또는 구멍들을 통해 제2 부분 상으로 연장되는, 배기가스 터보차저.
50. 실시예 1 내지 14 또는 실시예 17 내지 49 중 어느 하나에 있어서, 제2 부분은 터보차저의 터빈을 위한 하우징과 터보차저의 압축기 임펠러를 위한 하우징 사이의 영역에 적어도 부분적으로 배치되는, 배기가스 터보차저.
51. 실시예 44 내지 50 중 어느 하나에 있어서, 액추에이터 장치는 구동 수단에 의해 개시된 이동 및/또는 힘을 제어 막대를 통해 조절 메커니즘에 전달하는 데 적합한, 배기가스 터보차저.

Claims (16)

  1. 내연기관에 사용되는 배기가스 터보차저(10)로서,
    조절 메커니즘; 및
    상기 조절 메커니즘을 구동하기 위한 것으로서, 제1 부분(110) 및 제2 부분(120)을 구비한 제어 막대(100)를 포함하는 액추에이터 장치(20)를 포함하되,
    제2 부분(120)은 상기 제1 부분을 적어도 부분적으로 둘러싸는 방식으로 설계된 안내부(130)를 가지고,
    제2 부분(120)은 적어도 두 개의 구멍(140)을 가지며, 제1 부분(110)은 상기 적어도 두 개의 구멍(140) 중 적어도 하나의 구멍에 배치된 용접 또는 조립 조인트에 의해 제2 부분(120)에 연결되고,
    상기 제2 부분은 고정 방식으로 서로 연결된 두 개의 개별적인 부분으로 구성되고,
    상기 두 개의 개별적인 부분은 적어도 하나의 연결 조인트에 의해 서로 연결되고, 상기 적어도 하나의 연결 조인트는 연결부 둘레의 영역에 배치되지만 상기 안내부 둘레의 영역에는 배치되지 않고,
    상기 용접 또는 조립 조인트는, 융합된 재료에 의해 형성된, 상기 제1 부분과 제2 부분 사이의 재료 연결부를 포함하는, 배기가스 터보차저.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 구멍(140)은 상기 안내부의 영역에 배치되는, 배기가스 터보차저.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 구멍에 용접 또는 조립 조인트가 배치되거나 또는 용접 또는 조립 조인트가 모든 구멍을 지나 연장되며, 상기 적어도 두 개의 구멍은 선택적으로 상기 제1 부분의 종축(111)에 평행한 축 상에 배치되는, 배기가스 터보차저.
  4. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 구멍(140)은 세장형 구멍인, 배기가스 터보차저.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세장형 구멍의 종축(141)은 상기 제1 부분의 종축(111)에 평행하게 이어지는, 배기가스 터보차저.
  6. 제1항에 있어서,
    제2 부분(120)은 연결부(150)를 포함하는, 배기가스 터보차저.
  7. 제6항에 있어서, 상기 연결부는 제2 부분(120)에서 안내부(130)의 반대측에 배치되는, 배기가스 터보차저.
  8. 제5항에 있어서,
    연결부(150)는 중심선(152)을 갖는 연결 구멍(151)을 가지는, 배기가스 터보차저.
  9. 제8항에 있어서,
    구멍(140)의 중심 또는 구멍들의 중심들은 연결 구멍(151)의 중심선(152) 및 제1 부분(110)의 종축(111)에 의해 정의된 평면에 놓이는, 배기가스 터보차저.
  10. 제8항에 있어서,
    구멍(140)의 중심 또는 구멍들의 중심들은 연결 구멍(151)을 통과하는 중심선(152)에 수직이고 제1 부분(110)의 종축(111)을 포함하는 평면에 놓이는, 배기가스 터보차저.
  11. 제1항에 있어서,
    안내부(130)는 제1 부분(110)의 종축(111)에 평행한 자유도를 제외하고, 제2 부분(120)에 대한 제1 부분(110)의 위치를 고정하는, 배기가스 터보차저.
  12. 제1항에 있어서,
    제1 부분(110)은 금속 시트, 다각형 막대 또는 둥근 막대인, 배기가스 터보차저.
  13. 제1항에 있어서,
    안내부(130)는 슬리브 형상으로 설계되고, 상기 슬리브 형상의 안내부는 선택적으로 제1 부분(110)의 일 영역을 완전히 둘러싸는, 배기가스 터보차저.
  14. 제1항에 있어서,
    제2 부분(120)은 스탬핑부 또는 스탬핑되어 절곡된 부분으로 제조되는, 배기가스 터보차저.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배기가스 터보차저(10)를 포함하는 내연기관.
  16. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배기가스 터보차저(10)의 조립 및/또는 설정 방법에 있어서,
    구동 수단(30) 및 제1 부분(110)을 배기가스 터보차저(10)에 부착하는 단계;
    상기 구동 수단에 연결된 제1 부분(110)이 적절한 작업 위치로 이동되는 방식으로 구동 수단(30)을 구동하는 단계;
    제2 부분(120)의 안내부(130)를 이용하여 상기 제1 및 제2 부분을 서로에 대해 종방향으로 이동시킴으로써 제2 부분(120)을 제1 부분(110)에 대해 소정의 위치에 배치하며, 이 때 상기 소정의 위치는 상기 제1 부분의 작업 위치에 의해 결정되는 것인 단계;
    제2 부분(120)을 용접 또는 조립 조인트에 의해 상기 소정의 위치에서 제1 부분(110)에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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