KR102078255B1

KR102078255B1 - 배기가스 터보차저

Info

Publication number: KR102078255B1
Application number: KR1020157015258A
Authority: KR
Inventors: 디트마르 메츠
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2020-04-08
Also published as: US20150292350A1; CN104870776B; JP6588826B2; JP2019143633A; US9896957B2; CN104870776A; JP2015535569A; JP6857678B2; WO2014081602A1; KR20150088269A; DE112013005166T5

Abstract

본 발명은, 유입 덕트(4)로 둘러싸이는 터빈 휠(3)을 구비한 터빈(2); 유입 덕트(4)를 한정하는 디스크(6) 및 베인 베어링 링(7), 및 유입 덕트(4)에 배열되고 회전 가능한 베인 샤프트(9)에 의해 베인 베어링 링(7)에 장착된 다수의 베인(8)을 포함하며, 상기 베인 샤프트는 베인 레버(10)에 연결되고, 상기 베인 레버의 레버 헤드(11)는 베인 베어링 링(7)을 외측에서 둘러싸는 조정 링(13)의 대응하는 홈(12)에 맞물리는 것인, VTG 카트리지(5); 및 조정 링(13)과 베인 베어링 링(7) 사이의 레이디얼 베어링을 포함하는 배기가스 터보차저(1)에 관한 것으로, 이 때 두 개의 최소 유량 정지부(25, 26)가 서로에 대해 선택 가능한 각도의(angular) 간격(α)을 갖고 베인 베어링 링(7) 상에 배치된다.

Description

배기가스 터보차저{EXHAUST-GAS TURBOCHARGER}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 배기가스 터보차저에 관한 것이다.

이러한 배기가스 터보차저의 경우, 가이드 베인들이 조정 링에 의해 조정되는 가변 터빈 구조(VTG)가 구비된다. 가변 터빈 구조를 구비한 상기 유형의 배기가스 터보차저가 차량에 사용되는 경우, 엔진의 사용 수명에 걸쳐 안정적으로 유지되는, 가능한 한 가장 낮은 배기가스 배출("최소 유량 배출")의 정확한 교정을 얻는 것이 매우 중요하다.

이를 감안하여, 본 발명의 목적은, 터보차저의 사용 수명에 걸쳐 안정적으로 유지되는, 가능한 한 가장 낮은 배기가스 배출의 정확한 교정을 가능하게 하는, 청구범위 제1항의 전제부에 나타난 유형의 배기가스 터보차저를 제공하는 데에 있다.

이러한 목적은 청구범위 제1항의 특징들에 의해 달성된다.

본 발명의 맥락에서 수행된 시험에 따르면, 가변 터빈 구조를 통한 배출은, 정지부의 제공뿐만 아니라 조정 링의 장착, 특히 상기 장착 시 반경방향 유극의 크기에 좌우된다.

그러므로 본 발명에 따르면, 바람직하게는 가변 터빈 구조의 내측 레버로부터 가능한 가장 큰 거리 상에 배치되는 두 개의 최소 유량 정지부가 사용되며, 이는 최소 유량 정지부에서의 위치에서 조정 링의 각(angular) 위치가 작은 반경방향 편향으로 인해 정밀하게 정의되고, 조정 링 베어링 상에서의 마모가 더 이상 가능한 가장 낮은 배기가스 배출(최소 유량 배출)에 영향을 미치지 않는다는 이점을 가져온다.

종속 청구항들은 본 발명의 유리한 개선예들을 포함한다.

최소 유량 정지부에서 조정 링이 이동 자유도 측면에서 확실하게 죄어지도록, 본 발명에 따라 제공된 두 개의 최소 유량 정지부는 평행한 정지 에지를 가지는 것이 바람직하다.

그러면 다른 임의의 나머지 가능한 변위들은 더 이상 배출을 변화시키지 않고, 배출에 유의한 변화를 가져오지 않는다.

청구범위 제4항 및 제5항은, 독립적으로 시판 가능한 대상으로서 본 발명에 따른 VTG 카트리지를 정의한다.

본 발명의 추가적인 상세사항, 특징 및 이점들은 도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시예의 설명으로부터 명백해진다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 터보차저를 개략적으로 매우 단순하게 나타낸 도면을 보여준다.
도 2는 VTG 카트리지의 평면 사시도를 보여준다.
도 3은 도 2에 따른 VTG 카트리지의 부분 확대도를 보여준다.
도 4는 도 3에 상응하는, VTG 카트리지의 부분도를 보여준다(정지부는 나타나 있지 않음).
도 5는 본 발명에 따른 VTG 카트리지의 저면도를 보여준다.
도 6은 정지 에지의 평행 구성을 설명하기 위한 것으로, 도 5에 상응하는, 본 발명에 따른 VTG 카트리지의 저면도를 보여준다.

도 1은, 터보차저 회전축(L)을 가지는, 본 발명에 따른 배기가스 터보차저(1)를 개략적으로 매우 단순하게 나타낸 기본 도면을 보여준다.

배기가스 터보차저(1)는 또한, 소위 VTG 카트리지(5)가 구비된 유입 덕트(4)로 둘러싸인 터빈 휠(3)을 포함하는 터빈(2)을 구비한다. 이러한 VTG 카트리지(5)에 대해서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여 이하에 상세히 설명하기로 한다.

배기가스 터보차저(1)는 물론, 베어링 하우징(26)에 회전 가능하게 장착되며 일 단부에서는 터빈 휠(3)을 지탱하고 다른 단부에서는 압축기(27)의 압축기 휠(28)을 지탱하는 로터(25)와 같은, 배기가스 터보차저의 다른 모든 일반적인 부품 또한 구비한다. 이들 부품은 본 발명의 원리를 설명하는 데에는 중요하지 않으므로, 도 1에는 마찬가지로 개략적으로 매우 단순화된 형태로만 나타낸다.

VTG 카트리지에 대해서는, 언급한 바와 같이 도 2 내지 도 4를 참조하여 이하에 상세히 설명하기로 하며, 마찬가지로 매우 개략적으로 단순화된 형태로 나타나 있다.

VTG 카트리지란, 베인 베어링 링(7)과 디스크(6) 사이에서 배기가스가 터빈 휠(3)로 이동하기 위한 유입 덕트(4)를 한정하는 구조적 단위를 의미하는 것으로 이해한다. 또한 이러한 유형의 VTG 카트리지는, 유입 덕트(4)에 배열된 복수의 베인을 구비하며, 이 중에서 도 4는 상응하는 참조번호를 가진 모든 베인 중 대표적인 예로서 하나의 베인(8)을 보여준다. 베인(8)은 베인 베어링(7)에서 폐쇄 위치와 개방 위치 간에 회전 이동될 수 있다. 이를 위해, 베인(8)은 회전축을 각각 갖는 베인 샤프트(9)를 가진다. 베인 샤프트(9)는 결과적으로 베인 레버들(10)에 연결되며, 그 중 두 개의 베인 레버가 각각의 경우 도 2에 참조번호 10으로 도시된다. 도 2에 나타난 바와 같이, 도시된 실시예에서는 각각의 경우 동일한 설계를 가진, 바람직하게는 크랭크식 베인 레버 10개가 구비된다.

각각의 베인 레버(10)는, 조정 링(13)의 대응하는 홈(12)에 맞물리는 레버 헤드(11)를 가진다. 도 2는 이 점에 있어서, 조정 링(13)이 베인 베어링 링(7)을 외측에서, 즉 베인 베어링 링의 외주를 따라 둘러싸는 것을 보여준다.

조정 링(13)의 반경방향 장착을 위해, 베인 레버들(10)에 의해 형성된 반경방향 베어링이 제공된다. 이를 위해, 베인 레버(10)는 롤링 레버로서 형성되고, 이의 레버 헤드(11)는 조정 링(13)의 홈(12)에서 지지된다.

도 2 및 도 3에서, 레버 헤드(11)에는 각각 둥근 형태를 가진 단부면(14)이 구비된다. 이들 둥근 단부면(14)은 각각의 대응하는 홈(12)의 반대면(15)과 구름 접촉하며, 이러한 구름 접촉은 도 3에서 화살표 KW로 나타내었다.

도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 홈의 반대면(15)은 각각의 경우 평면 형태를 가진다.

도 3에서 2개의 추가적인 화살표 KS₁ 및 KS₂는 레버 헤드(11)와 각각의 대응하는 홈(12) 사이의 측면 접촉점을 보여준다. 이들 접촉점(KS₁, KS₂)은 레버 헤드(11)의 측벽(16, 17)과 홈(12)의 대응하는 측벽(18, 19) 사이에 발생하며, 이들 측벽(18, 19)은 각각 반대면(15)에 인접한다. 도 2에 나타난 바와 같이, 홈(12)은, 결과적으로 측벽(18, 19)에 인접하며 반대면(15)에 실질적으로 평행하게 이어지는 후방벽(24)에 의해 막혀 있다.

도 4는 바람직하게는 크랭크식의 베인 레버(10)가 결과적으로 롤링 레버의 형태인 실시예를 보여주며, 레버 헤드(11)는 홈(12)에 지지되지만, 도 4에서 자세히 알 수 있는 바와 같이, 이러한 지지는 측면 구름 베어링 지지점(KW₁, KW₂)에 제공된다. 레버 헤드(11)의 이러한 구름 베어링 지지점(KW₁, KW₂)은 도 4에서 마찬가지로 알 수 있는 바와 같이, 홈(12)의 에지 영역(20, 21) 상에서 지지된다.

또한, 이 실시예에서 레버 헤드(11)는 각각 중앙 리세스(23)를 가지고, 이러한 리세스에 조정 링(13)의 대응하는 러그(22)가 맞물리며, 그 결과 베인의 조정을 위한 힘이 전달된다.

두 실시예에 공통적으로, 베인 레버(10)는 각각 바람직하게는 크랭크식의 레버 형태이고, 스탬핑 또는 성형된 부품의 형태로 제조될 수 있다.

또한 두 실시예에서, 조정 링(13)은 베인 베어링 링(7)에 의해 축방향으로 장착된다. 이를 위해, 베인 베어링 링(7)은 조정 링(13) 상에 안착되는 베어링 세그먼트(24, 도 2 참조)를 가진다.

도 5는 본 발명에 따른 VTG 카트리지(5)의 저면 사시도를 보여주며, 상기 도면은 카트리지(5)를 통한 가능한 가장 낮은 배출을 설정하기 위한 두 개의 정지부(25, 26)의 배치를 보여주고, 상기 정지부(25, 26)는 보통 "최소 유량 정지부"로 지칭된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 최소 유량 정지부(25, 26)는 베인 베어링 링(7) 상에 배치된다. 베인 베어링 링(7)의 중심점(M₇)으로부터 최소 유량 정지부의 중심점(M₂₅, M₂₆)으로 볼 때, 상기 최소 유량 정지부(25, 26)는 서로에 대해 각도(α)를 형성하며, 이러한 각도는 구조적 조건 또는 다른 요구사항에 따른 설계 측면에서 자유롭게 선택될 수 있다.

도 6에 예시된 다른 실시예에서, 조정 링(13) 상의 정지 에지(27, 28)는, 최소 유량 정지부(25, 26)와 접촉했을 때 조정 링(13)의 유의한 반경방향 편향이 발생하지 않고 따라서 베인 베어링 링(7)에 대한 동축 위치가 유지되도록, 평행하게 형성된다. 여기서, 도 6에서 상세히 알 수 있는 바와 같이, 정지 에지(27, 28)는 각각 최소 유량 정지부(25, 26)와 각각 접촉하게 되는 조정 링 리세스(29, 30)의 정지 에지이다. 상기 정지 에지(27, 28)의 평행 구성은 도 6에서 평행선(P₂₇, P₂₈)으로 표시된다.

상기 기재된 개시내용 외에도, 본 발명의 개시내용을 보충하기 위해 도 1 내지 도 5에 예시적으로 나타낸 발명을 명백히 참조한다.

1 배기가스 터보차저
2 터빈
3 터빈 휠
4 유입 덕트
5 VTG 카트리지
6 디스크
7 베인 베어링 링
8 베인
9 베인 샤프트
10 베인 레버
11 레버 헤드
12 홈
13 조정 링
14 둥근 단부면
15 반대면
16, 17 측벽
18, 19 측벽
20, 21 에지 영역
22 러그
23 리세스
24 베어링 세그먼트
25, 26 최소 유량 정지부
27, 28 정지 에지
29, 30 조정 링 리세스
KS₁ 및 KS₂ 베인의 조정을 위한 측면 접촉점
KW 구름 베어링을 위한 접촉점
KW₁ 및 KW₂ 구름 베어링을 위한 접촉점
L 터보차저 종축
M₇ 베인 베어링 링의 중심점
M₂₅, ₂₆ 최소 유량 정지부의 중심점
P₂₇, P₂₈ 평행선

Claims

유입 덕트(4)로 둘러싸이는 터빈 휠(3)을 구비한 터빈(2);
유입 덕트(4)에 배열되고 회전 가능한 베인 샤프트(9)에 의해 베인 베어링 링(7)에 장착된 다수의 베인(8)을 포함하며, 상기 베인 샤프트는 베인 레버(10)에 연결되고, 상기 베인 레버의 레버 헤드(11)는 베인 베어링 링(7)을 외측에서 둘러싸는 조정 링(13)의 대응하는 홈(12)에 맞물려서, 조정 링(13)의 회전이 베인(8)을 회전시키는 것인, VTG 카트리지(5); 및
조정 링(13)을 베인 베어링 링(7)에 반경방향으로 장착하기 위한 베인 레버들(10)에 의해 형성되는 레이디얼 베어링을 포함하는 배기가스 터보차저에 있어서,
두 개의 최소 유량 정지부(25, 26)가 서로에 대해 선택 가능한 각도의(angular) 간격(α)을 갖고 베인 베어링 링(7) 상에 배치되고, 각각의 최소 유량 정지부(25, 26)는 VTG 카트리지의 가능한 한 가장 낮은 배기가스 배출의 위치에서 조정 링(13)에 접촉하여 회전을 정지하도록 위치하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 터보차저.
제1항에 있어서,
최소 유량 정지부(25, 26)는 핀의 형태인 것을 특징으로 하는, 배기가스 터보차저.
제1항에 있어서,
레이디얼 베어링은 베인 레버들(10)의 레버 헤드(11) 및 각각의 대응하는 홈(12)의 반대면(15) 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 터보차저.
제1항에 있어서,
조정 링 리세스(29, 30)는 평행한 정지 에지(27, 28)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기가스 터보차저.
유입 덕트(4)를 한정하는 디스크(6) 및 베인 베어링 링(7); 및
유입 덕트(4)에 배열되고, 베인 베어링 링(7)을 외측에서 둘러싸는 조정 링(13)의 대응하는 홈(12)에 맞물리는 레버 헤드(11)를 가진 베인 레버(10)에 연결된 회전 가능한 베인 샤프트(9)에 의해 베인 베어링 링(7)에 장착되어서, 조정 링(13)의 회전에 의해 회전하는, 다수의 베인(8); 및
조정 링(13)과 베인 베어링 링(7) 사이의 레이디얼 베어링을 포함하는, 배기가스 터보차저(1)의 VTG 카트리지에 있어서,
두 개의 최소 유량 정지부(25, 26)가 서로에 대해 선택 가능한 각도의 간격(α)을 갖고 베인 베어링 링(7) 상에 배치되고, 각각의 최소 유량 정지부(25, 26)는 VTG 카트리지의 가능한 한 가장 낮은 배기가스 배출의 위치에서 조정 링(13)에 접촉하여 회전을 정지하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 VTG 카트리지.
제5항에 있어서,
최소 유량 정지부(25, 26)는 핀의 형태이고,
최소 유량 정지부(25, 26)와 접촉하게 되는, 조정 링(13)의 조정 링 리세스(29, 30)는 평행한 정지 에지(27, 28)를 갖는 것을 특징으로 하는 VTG 카트리지.