KR102386190B1 - 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체 - Google Patents

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안토닌 포르벨스키
바클라프 카들레치
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Abstract

터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체는, 웨이스트게이트 시트 및 보어를 포함하는 터빈 하우징; 축방향 면을 포함하는 단차형 보어를 갖는 부싱; 샤프트, 플러그, 및 아암을 포함하는 웨이스트게이트로서, 샤프트는 단부, 제1 축방향 면, 저널부, 제2 축방향 면, 및 숄더부를 포함하고, 제1 축방향 면은 단부 직경 및 저널부 직경에 의해 적어도 부분적으로 획정되며, 제2 축방향 면은 저널부 직경 및 숄더부 직경에 의해 적어도 부분적으로 획정되는 것인 웨이스트게이트; 부싱의 단차형 보어의 축방향 면과 샤프트의 제1 축방향 면 사이에서 샤프트의 단부의 축방향 길이 둘레에서 반경 방향으로 배치된 메시 스페이서; 및 샤프트의 단부에 결합되는 제어 아암을 포함하고, 부싱의 축방향 길이는 메시 스페이서와 제어 아암 사이에 배치된다.

Description

터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체{TURBOCHARGER TURBINE WASTEGATE ASSEMBLY}
관련 출원
본 출원은 본 명세서에 참조로 포함된, 2016년 7월 24일자로 출원된 출원 번호 제15/218,045호를 갖는 동시 계류 중인 미국 특허 출원의 일부 연속 출원이며, 이 출원은 본 명세서에 참조로 포함된, 2016년 7월 24일자로 출원된 출원 번호 제15/218,048호를 갖는 동시 계류 중인 미국 특허 출원의 일부 연속 출원이다.
기술분야
본 명세서에 개시된 주제는 전반적으로 내연 기관용 터보기계류, 특히 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체에 관한 것이다.
터보차저 터빈 웨이스트게이트는 통상적으로 적어도 일부 배기 가스가 선택적으로 터빈을 우회하게 하도록 제어될 수 있는 밸브이다. 그러한 밸브는 터보차저의 부품일 수 있는 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체 등의 조립체의 부품일 수 있다. 배기 터빈이 (예컨대, 터보차저에서와 같이) 내연 기관으로의 유입 압력을 증가시키기 위해 압축기를 구동하는 경우, 웨이스트게이트는 부스트 압력을 제어하는 수단을 제공한다.
소위, 내부 웨이스트게이트는 적어도 부분적으로 터빈 하우징에 통합되어 있다. 내부 웨이스트게이트는 통상적으로 플래퍼 밸브(flapper valve; 예컨대, 플러그), 크랭크 아암, 샤프트 또는 로드, 및 액추에이터를 포함한다. 웨이스트게이트의 플러그는 흔히 배기 바이패스 개구 둘레에 배치된 평탄한 시트(예컨대, 밸브 시트 또는 웨이스트게이트 시트)에 대해 안착되는 평탄한 디스크 형상의 표면을 포함하지만, 다양한 플러그는 (예컨대, 웨이스트게이트 시트의 평면을 지나서) 배기 바이패스 개구로 연장되는 돌출부를 포함할 수 있다.
폐쇄 위치에서, 웨이스트게이트 플러그는 (예컨대, 고압 배기 공급부로부터 저압 구역으로 배기 가스의 누출을 방지하도록) 배기 바이패스 개구를 효과적으로 밀봉하기에 충분한 힘으로 웨이스트게이트 시트(예컨대, 안착면)에 안착되어야 한다. 흔히, 내부 웨이스트게이트는 (예컨대, 2개의 분리되었지만 아직 연결된 구성요소들로서) 아암으로부터 플러그로 힘을 전달하도록 구성된다 엔진 작동 중에, 웨이스트게이트에 대한 부하 요건은 압력차에 따라 달라진다. 높은 부하 요건은 웨이스트게이트의 운동학 구성요소에서 높은 기계적 응력을 발생시킬 수 있는데, 이는 몇몇의 경우에는 (예컨대, 엔진 제조업체가 요구하는) 신뢰성 수준을 충족시키기 위해 상당히 과대한 구성요소 설계의 원인이 된다. 가솔린 엔진 용례를 위한 웨이스트게이트 구성요소의 신뢰성은 작동 온도 및 배기 가스 맥동 수준이 상당히 높아질 수 있는 경우에 특히 중요하다.
웨이스트게이트, 웨이스트게이트 구성요소 및 웨이스트게이트 관련 프로세스의 다양한 예가 본 명세서에서 설명된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 제거 또는 경감하기 위한 것이다.
본 명세서에 설명된 다양한 방법, 디바이스, 조립체, 시스템, 장치 등과, 그 균등물에 대한 보다 완벽한 이해는 첨부 도면에 도시된 예와 함께 취할 때에 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 이루어질 수 있다.
도 1은 제어기 및 차량의 일례와 함께 터보차저와 내연 기관의 다이어그램이다.
도 2는 웨이스트게이트를 포함하는 조립체의 일례의 일련의 도면이다.
도 3은 웨이스트게이트를 포함하는 조립체의 일례의 일련의 도면과 웨이스트게이트의 일례의 도면이다.
도 4는 터보차저의 일례의 사시도이다.
도 5는 데이터 플롯의 일례이다.
도 6은 조립체의 일례의 절취도이다.
도 7은 메시 스페이서의 예의 일련의 도면이다.
도 8는 부싱의 일례의 단면도이다.
도 9은 상이한 상태에서 메시 스페이서의 일례의 일련의 도면이다.
도 10은 웨이스트게이트의 일례 및 예시적인 조립체의 부품으로서 메시 스페이서의 일례의 평면도 및 절취도이다.
도 11은 하우징의 일례 및 예시적인 조립체의 부품으로서 부싱의 일례의 절취도이다.
도 12는 조립체의 일례의 절취도이다.
도 13은 조립체의 일례의 절취도이다.
도 14는 조립체의 일례의 절취도이다.
터보차저는 흔히 내연 기관의 출력을 증가시키는 데에 사용된다. 도 1을 참조하면, 일례로서, 시스템(100)은 내연기관(110)과 터보차저(120)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 시스템(100)이 엔진실 내에 배치되고, 예컨대 승객실(105) 후방에 배치된 배기 출구(109)로 배기 가스를 지향시키는 배기 도관(103)에 연결된 차량(101)의 부품일 수 있다. 도 1의 예에서, 배기 가스를 처리하도록(예컨대, 분자들의 촉매 변환을 통해 방출물을 감소시키는 등을 행하도록) 처리 유닛(107)이 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 내연 기관(110)은 샤프트(112)를 (예컨대, 피스톤을 통해) 작동 가능하게 구동시키는 하나 이상의 연소 챔버를 수용하는 엔진 블럭(118) 뿐만 아니라 엔진 블럭(118)을 향하는 공기 유동로를 제공하는 흡기 포트(114) 및 엔진 블럭(118)으로부터 배기 가스의 유동로를 제공하는 배기 포트(116)를 포함한다.
터보차저(120)는 배기 가스로부터 에너지를 추출하고 흡입 공기에 에너지를 제공하도록 작용할 수 있고, 흡입 공기는 연료와 결합하여 연소 가스를 형성할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 터보차저(120)는 공기 입구(134), 샤프트(122), 압축기 휠(125)용의 압축기 하우징 조립체(124), 터빈 휠(127)용의 터빈 하우징 조립체(126), 다른 하우징 조립체(128), 및 배기 출구(136)를 포함한다. 하우징(128)은 압축기 하우징 조립체(124)와 터빈 하우징 조립체(126) 사이에 배치되기 때문에 중앙 하우징 조립체로서 지칭될 수 있다. 샤프트(122)는 다양한 구성요소를 포함하는 샤프트 조립체일 수 있다. 샤프트(122)는, 터빈 휠(127)의 회전이 [예컨대, 샤프트(122)에 의해 회전 가능하게 연결되는] 압축기 휠(125)의 회전을 유발하도록 하우징 조립체(128) 내에 [예컨대, 하나 이상의 보어 벽에 의해 획정된 보어 내에] 배치된 베어링 시스템[예컨대, 저널 베어링(들), 롤링 요소 베어링(들) 등]에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 일례로서, 중앙 하우징 회전 조립체(CHRA; center housing rotating assembly)는 압축기 휠(125), 터빈 휠(127), 샤프트(122), 하우징 조립체(128) 및 다양한 다른 구성요소들[예컨대, 압축기 휠(125)과 하우징 조립체(128) 사이의 축방향 지점에 배치된 압축기측 플레이트]을 포함할 수 있다.
도 1의 예에서, 가변적인 기하 형태 조립체(129)는 부분적으로 하우징 조립체(128)와 하우징 조립체(126) 사이에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 그러한 가변적인 기하 형태 조립체는 터빈 하우징 조립체(126) 내의 터빈 휠 공간에 이르는 통로의 기하 형태를 변경시키기 위한 베인 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 일례로서, 가변적인 기하 형태 압축기 조립체가 제공될 수 있다.
도 1의 예에서, 웨이스트게이트 밸브(또는 단순히 웨이스트게이트)(135)는 터빈 하우징 조립체(126)의 배기 입구에 근접하게 위치 설정된다. 웨이스트게이트 밸브(135)는 배기 포트(116)로부터의 적어도 일부 배기 가스가 터빈 휠(127)을 우회하게 하도록 제어될 수 있다. 종래의 고정식 노즐 터빈, 고정식 베인 노즐 터빈, 가변 노즐 터빈, 트윈 스크롤 터보차저 등에는 다양한 웨이스트게이트, 웨이스트게이트 구성요소 등이 적용될 수 있다.
도 1의 예에서, 예컨대, 배기 가스가 압축기 휠(125)의 상류 위치로 유동하게 하도록 하나 이상의 밸브(117)가 선택적으로 제공될 수 있는 배기 가스 재순환(EGR; exhaust gas recirculation) 도관(115)이 또한 도시되어 있다.
도 1은 또한 배기 터빈 하우징 조립체(152)로의 배기 가스 유동을 위한 예시적인 장치(150) 및 배기 터빈 하우징 조립체(172)로의 배기 가스 유동을 위한 다른 예시적인 장치(170)를 도시한다. 장치(150)에서, 실린더 헤드(154)는 실린더로부터 터빈 하우징 조립체(152) 로 배기 가스를 지향시키는 통로(156)를 포함하며, 장치(170)에서는 매니폴드(176)가, 예컨대 임의의 별개의 중간 길이의 배기 가스 배관이 없이 터빈 하우징 조립체(172)의 장착을 제공한다. 예시적인 장치(150, 170)에서, 터빈 하우징 조립체(152, 172)는 웨이스트게이트, 가변적인 기하 형태 조립체 등에 사용하도록 구성될 수 있다.
도 1에서, 제어기(190)의 일례가 하나 이상의 프로세서(192), 메모리(194) 및 하나 이상의 인터페이스(196)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러한 제어기는 엔진 제어 유닛(ECU; engine control unit)의 회로와 같은 회로를 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 다양한 방법 또는 기술이 제어기와 함께, 예컨대 제어 로직을 통해 선택적으로 구현될 수 있다. 제어 로직은 하나 이상의 엔진 작동 조건(예컨대, 터보 rpm, 엔진 rpm, 온도, 부하, 윤활유, 냉각 등)에 따라 좌우될 수 있다. 예컨대, 센서는 정보를 하나 이상의 인터페이스(196)를 통해 제어기(190)에 전달할 수 있다. 제어 로직은 이러한 정보에 의존할 수 있으며, 차례로 제어기(190)는 제어 신호를 출력하여 엔진 작동을 제어할 수 있다. 제어기(190)는 윤활유 유동, 온도, 가변적인 기하 형태 조립체(예컨대, 가변적인 기하 형태 압축기 또는 터빈), 웨이스트게이트(예컨대, 액추에이터를 통해), 전기 모터, 또는 엔진, 터보차저(또는 터보차저들) 등과 관련된 하나 이상의 다른 구성요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 터보차저(120)는, 예컨대 제어기(190)의 인터페이스 또는 인터페이스들(196)에 연결될 수 있는 하나 이상의 액추에이터 및/또는 하나 이상의 센서(198)를 포함할 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트(135)는 전기 신호, 압력 신호 등에 응답하는 액추에이터를 포함하는 제어기에 의해 제어될 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트용 액추에이터는, 예컨대 전력이 필요없이 작동될 수 있는 기계적 액추에이터일 수 있다(예컨대, 도관을 통해 공급되는 압력 신호에 응답하도록 구성된 기계식 액추에이터를 고려한다).
도 2는 플랜지(211), 보어(212), 입구 도관(213), 터빈 휠 개구(214), 나선형 벽(215), 배기 출구 개구(216), 슈라우드 벽(220), 노즐(221), 나선형 벽(215)에 의해 부분적으로 형성된 볼루트(222; volute), 웨이스트게이트 시트(226)로 연장되는 웨이스트게이트 벽(223), 및 배기 챔버(230)를 포함하는 터빈 하우징(210)을 포함하는 조립체(200)의 일례를 도시한다. 도 2의 예에서, 터빈 하우징(210)은 단일 피스 또는 다중 피스 하우징일 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징(210)은 (예컨대, 샌드 캐스팅 또는 다른 캐스팅 프로세스를 통해 형성된) 주조 구성요소일 수 있다. 터빈 하우징(210)은 보어(212), 터빈 휠 개구(214), 배기 출구 개구(216), 챔버(230) 등과 같은 특징부를 획정할 수 있는 다양한 벽을 포함한다. 특히, 웨이스트게이트 벽(223)은 입구 도관(213)과 유체 연통하는 웨이스트게이트 통로를 획정하고, 웨이스트게이트 제어 연결 기구(240)와 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)는 (예컨대, 배기 가스를 웨이스트게이팅하기 위해) 웨이스트게이트 통로를 개폐하도록 구성된다.
도 2의 예에서, 웨이스트게이트 제어 연결 기구(240)는 터빈 하우징(210)의 보어(212)에 의해 수용되도록 구성된 부싱(242), 제어 암(244) 및 페그(246)를 포함하고, 웨이스트 게이트 아암 및 플러그(250)는 샤프트(252), 샤프트 단부(253), 아암(254), 및 플러그(256)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 부싱(242)은, 예컨대 샤프트(252)의 회전을 지지하고, 외부 공간으로부터 챔버(230)를 밀봉하는 등을 행하기 위해 보어(212)와 샤프트(252) 사이에 배치된다. 보어(212), 부싱(242), 및 샤프트(252)는 직경 또는 직경들 뿐만 아니라 하나 이상의 길이에 의해 각각 한정될 수 있다. 예컨대, 샤프트(252)는 직경(Ds)을 포함하고, 보어(212)는 직경(DB)을 포함하며, 부싱(242)은 내경(Dbi) 및 외경(Dbo)을 포함한다. 도 2의 예에서, 다양한 구성요소들이 조립될 때에, 직경들은 DB > Dbo > Dbi > Ds와 같이 될 수 있다. 길이에 관해서, 샤프트(252)의 길이는 부싱(242)의 길이를 초과하고, 부싱의 길이는 보어(212)의 길이를 초과한다. 이러한 길이는 샤프트 축선(zs), 부싱 축선(zb) 및 보어 축선(zB)에 대하여 정의될 수 있다. 도시된 바와 같이, 부싱(242)은 샤프트(252)의 숄더와 제어 연결 기구(240)의 제어 아암(244) 사이에 축방향으로 배치된다.
도 2의 예에서, 간극(Δz)은 부싱(242)의 표면과 제어 아암(244)의 표면 사이에 도시되어 있고, 간극은, 예컨대 웨이스트게이트 시트(226)에 대한 플러그(256)의 셀프 센터링을 용이하게 하도록 샤프트(252)의 축방향 움직임을 허용한다.
일례로서, 조립체(200)는 내연 기관(예컨대, 도 1의 예를 참조)의 배기 도관 또는 다른 구성요소에 끼워질 수 있어 배기 가스는 볼루트(222)로 지향되는 입구 도관(213)을 통해 수신된다. 볼루트(222)로부터, 배기 가스는 개구(214)를 통해 터빈 하우징(210) 내에 배치된 터빈 휠로 노즐(221)을 통해 지향되어 슈라우드 벽(220)에 의해 부분적으로 획정된 터빈 휠 공간에서 유동하고 팽창한다. 이어서, 배기 가스는 챔버(230)로 유동한 다음 배기 출구 개구(216)를 통해 터빈 하우징(210) 밖으로 유동함으로써 터빈 휠 공간을 빠져나갈 수 있다.
웨이스트게이팅에 관하여, [예컨대, 페그(246)에 연결된 액추에이터에 의한] 제어 연결 기구(240)의 작동 시에, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)는, 수용된 배기 가스의 적어도 일부가 노즐(221)을 통해 터빈 휠 공간으로 유동되기보다는 웨이스트게이트 벽(223)에 의해 획정된 웨이스트게이트 통로에서 웨이스트게이트 시트(226)를 지나서 챔버(230)로 유동될 수 있도록 회전될 수 있다. 이어서, 배기 가스의 웨이스트게이팅된 부분은 배기 출구 개구(216)를 통해 터빈 하우징(210)을 빠져나갈 수 있다(예컨대, 그리고 일부가 재순환되는 차량의 배기 시스템 등으로 나아간다).
일례로서, 제어 연결 기구(240)는 플러그(256)를 웨이스트게이트 시트(226)를 향한 방향으로 강제 이동시키도록 작용하는 힘을 가할 수 있다. 예컨대, 액추에이터는 플러그(256)를 웨이스트게이트 시트(226)로부터 멀어지게 회전시키도록(예컨대, 웨이스트게이팅을 위해) 적어도 일부가 제어 가능하게 극복될 수 있는 힘을 가하는 편향 메카니즘(예컨대, 스프링 등)을 포함할 수 있다. 일례로서, 액추에이터는 터보차저에 장착될 수 있다(예컨대, 압축기 조립체 등에 장착될 수 있다). 일례로서, 액추에이터는, 예컨대 축선을 따라 이동되는 로드를 포함하는 선형 액추에이터일 수 있다. 플러그, 샤프트, 제어 연결 기구 및 그러한 로드의 배향에 따라, 플러그를 폐쇄 위치에 유지하기 위하여, 로드는 (예컨대, 도 2의 예에서와 같이 제어 연결 기구로부터 멀어지게) 하방 힘을 가할 수 있거나, 또는 로드는 (예컨대, 제어 연결 기구를 향해) 상방 힘을 가할 수 있다. 예컨대, 제어 연결 기구(240)의 제어 아암(244)[예컨대, 그리고 페그(246)]이 샤프트(252)에 대해 플러그(256)와 동일한 “측면”에 배향되어 있는 경우, [예컨대, 페그(246)를 통해] 제어 아암(244)에 인가되는 하방 힘은 플러그(256)를 웨이스트게이트 시트(226)에 대해 폐쇄 위치에 유지하도록 작용될 수 있는 반면, 예컨대 플러그와 제어 아암 사이에 대략 180도 스팬이 존재하는 경우, 제어 아암에 인가되는 상방 힘은 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 폐쇄 위치에 유지하도록 작용할 수 있다.
일례로서, 액추에이터의 로드는 제어 연결 기구가 플러그[예컨대, 플러그(256) 참조]에 힘을 가하게 하는 힘을 제어 연결 기구에 가하도록 편향될 수 있어, 플러그는 웨이스트게이트[예컨대, 웨이스트게이트 시트(226) 참조]에 대해 안착된다. 그러한 예에서, 액추에이터는 샤프트가 플러그를 웨이스트게이트 시트로부터 멀어지게 회전시키도록 로드를 편향시키는 힘을 적어도 부분적으로 극복할 수 있다. 예컨대, 도 2에서, 웨이스트게이팅을 시작하기 위하여, 전체 플러그(256)는 샤프트(252)의 축선을 중심으로 회전하여 [예컨대, 플러그(256)의 임의의 부분이 웨이스트게이트 시트(226)에 의해 획정되는 웨이스트게이트 개구로 이동하는 일 없이] 웨이스트게이트 시트(226)로부터 멀어지게 이동된다. 일례로서, 플러그(256)의 이동은 배기 압력에 의해 촉진될 수 있다. 예컨대, 폐쇄 위치에서, 플러그(256)는 압력이 플러그(256) 아래에서 보다 높고 플러그(256) 위에서 보다 낮은 압력차를 경험한다. 그러한 예에서, 플러그(256) 아래의 압력은 제어 연결 기구(240)를 통해 플러그(256)에 가해진 폐쇄력에 의해 반대되는 방향으로 작용한다[예컨대, 압력차는 플러그(256)를 개방 위치를 향해 편향시키도록 작용한다]. 따라서, 플러그(256)에 인가된 폐쇄력은 플러그(256) 아래쪽으로부터의 압력을 극복해야 한다. 또한, 샤프트(252)가 약간의 유극(예컨대, Δz 등을 참조)을 포함할 수 있는 경우, 플러그(256)에 인가되는 폐쇄력은 (예컨대, 밀봉을 용이하게 하기 위해, 배기 가스 누출을 피하기 위해 등) 플러그(256)가 웨이스트게이트 시트(226)에 대해 셀프 센터링하게 할 수 있다.
도 2의 예에서, 보어(212), 부싱(242) 및 샤프트(252)의 축선은 정렬된(예컨대, 공통 축선을 획정하는) 것으로 도시되어 있지만, 조립, 작동 등 중에, 약간의 오정렬이 발생할 수 있다. 예컨대, 시간이 경과함에 따라, 다양한 구성요소들(예컨대, 플러그, 아암, 샤프트, 보어, 부싱 등) 사이의 클리어런스가 변화할 수 있다. 그러한 변화를 야기할 수 있는 힘은 공기 역학적 여기, 고온, 온도 순환(예컨대, 섭씨 영하 20도에서 1000도까지의 온도), 화학적 공격, 마찰, 재료 열화 등을 포함한다. 적어도 전술한 이유로, 배기 터빈 조립체의 수명 동안 웨이스트게이트 개구의 효과적인 밀봉을 유지하는 것이 어려울 수 있다. 온도에 관하여, 고온에서의 문제는 일반적으로 마모와 기능 손실, 및 이에 따른 누출, 제어성 결여 또는 누출과 제어 불능의 조합을 포함한다.
일례로서, 플러그는 접촉부와 공기 역학적 부분을 포함할 수 있다. 예컨대, 플러그는 폐쇄 상태에서 웨이스트게이트 시트의 표면과 접촉하는 접촉부로서의 반경부와, 개방 상태에서 웨이스트게이트 시트의 표면에 대하여 유동로를 획정하는 공기 역학적 부분을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 공기 역학적 부분은 폐쇄 상태에서 (웨이스트게이트 통로를 획정하는 표면, 웨이스트 게이트 시트의 표면 등과 접촉하는 일 없이) 웨이스트게이트 통로로 연장될 수 있다. 일례로서, 조립체에서, 그러한 플러그는 (예컨대, 폐쇄 상태에서) 웨이스트게이트 시트에 대해 셀프 센터링하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 시트의 표면은 플러그의 접촉부의 셀프 센터링을 용이하게 할 수 있는 원추형일 수 있다. 일례로서, 하나 이상의 클리어런스가 부싱에 대해 웨이스게이트 샤프트의 조립체에 존재할 수 있어, 웨이스트게이트 샤프트는 웨이스트게이트 샤프트에 작동 가능하게 연결되는 웨이스크게이트 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 셀프 센터링하게 하는 방식으로 이동될 수 있다.
도 3은 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)의 일례의 도면과 함께 도 2의 조립체(200)의 일부의 도면을 도시한다. 전술한 바와 같이, 웨이스트 게이트 아암 및 플러그(250)는 샤프트(252), 샤프트 단부(253), 아암(254) 및 플러그(256)를 포함할 수 있다. 일례로서, 웨이스트 게이트 아암 및 플러그(250)는 모노블럭 웨이스트 게이트 아암 및 플러그일 수 있는데, 모노블럭은 (예컨대, 금속 스톡의 기계 가공 또는 다른 프로세스를 통해) 단일의 유닛형 “블럭”으로 제조되거나, 또는 (예컨대, 주조 또는 다른 프로세스를 통해) 단일의 유닛형 구성요소로서 형성되는 구성요소를 지칭하며, 이는 최종 형태 또는 거의 최종 형태일 수 있다. 일례로서, 샤프트는 별개로 형성되고, 아암 및 플러그를 포함하는 모노블럭 구성요소에 끼워지는 구성요소일 수 있다. 그러한 예에서, 샤프트는 아암 및 플러그의 이동과 별개로 샤프트의 이동을 물리적으로 방지하는 방식으로 끼워질 수 있다. 일례로서, 모노블럭 아암 및 플러그 및/또는 모노블럭 샤프트, 아암 및 플러그는 HK 30 합금(예컨대, 0.20 - 0.50의 C, 24.0 - 27.0의 Cr, 19.0 - 22.0의 Ni, 0.75 - 1.30의 Si, 1.50 이하의 Mn, 0.20 - 0.30의 Mo, 잔부인 Fe, 및 선택적으로 1.00 - 1.75의 Nb(이들 값은 중량%) 등의 재료로 제조될 수 있다.
도 3의 예에서, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)는 숄더(255)를 포함한다. 그러한 숄더는 환형의 축방향 면일 수 있는 축방향 면을 획정할 수 있다. 일례로서, 숄더(255)는 부싱(242)의 단부에 접경할 수 있다. 일례로서, 샤프트(252)는 샤프트(253)의 단부로부터 숄더(255)까지 획정된 길이를 갖는 것으로 고려될 수 있거나, 또는 샤프트(253)의 단부로부터, 예컨대 아암(254)의 중앙선까지 획정된 길이를 갖는 것으로 고려될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 치수(ΔSP)는 샤프트(252)의 종축을 중심으로 하는 회전이 치수(ΔSP)일 수 있는 반경에 의해 정의된 원호를 따라 플러그(256)의 회전을 유발하는 샤프트 대 플러그 치수일 수 있다.
내연 기관 용례에서 구현되는 바와 같이, 웨이스트게이트 조립체의 구성요소들의 일부 오정렬이 발생할 수 있다. 도 3에서, 샤프트(252)는 부싱(242)의 축선(zb)과 오정렬될 수 있는 축선(zs)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 예컨대, 부싱(242)은 하우징(210)의 보어(212)에 대해 최소 반경 방향 클리어런스를 두고 수용될 수 있고, 반경 방향 클리어런스(예컨대, 더 큰 반경 방향 클리어런스)가 샤프트(252)와 부싱(242)의 내부면 사이에 존재할 수 있다. 그러한 방식에서, 샤프트(252)는 부싱(242)의 축선, 및 예컨대 보어(212)의 축선(zB)에 대해 경사질 수 있다. 일례로서, 접촉점은 부싱(242)의 축선(zb)에 대한 샤프트(252)의 축선(zs)의 경사에 관하여 오정렬의 최대 범위를 결정할 수 있다. 일례로서, 그러한 경사는 경사각(Δφ)으로 표현될 수 있다.
일례로서, 축방향 간극(Δz)이 축방향 위치에 배치된 부싱(242)의 외향 단부와 축방향 위치에 배치된 제어 아암(244)의 내향면 사이에 존재할 수 있다. 그러한 예에서, 축방향 간극은 이들 2개의 축방향 위치 사이의 차이에 의해 형성될 수 있다. 일례로서, 샤프트(252)는 축방향으로 이동될 수 있고, 이 경우, 축방향 거리는 축방향 간극(Δz)을 부분적으로 형성하는 부싱(242)의 단부에 의해 부분적으로 제한될 수 있다. 예컨대, 제어 아암(244)의 내향면은 부싱(242)의 단부에 접촉할 수 있고, 부싱의 단부는 다시 샤프트(252)의 축방향 내향 이동을 제한할 수 있다.
언급한 바와 같이, 샤프트(252)는 경사질 수 있고 축방향으로 이동될 수 있는데, 그러한 이동은 (예컨대, Δz 및 Δφ를 통해) 제한될 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)는 제어 아암(244)에 인가되는 힘[예컨대, 이 힘은 일체형이든 또는 작동 가능하게 연결되는 샤프트(252)를 통해 웨이스게이트 아암 및 플러그(250)에 전달됨]에 응답하여 웨이스트게이트 시트(226)에 대해 셀프 센터링하도록 작용할 수 있다. 그러한 예에서, 셀프 센터링은 샤프트(252)의 축방향 이동 및/또는 소정 각도 이동을 허용하는 클리어런스의 범위 내에서 웨이스트게이트의 효과적인 밀봉을 위해 발생할 수 있다.
일례로서, 작동 사용 중에, 다양한 구성요소들(예컨대, 플러그, 아암, 샤프트, 보어, 부싱 등) 사이의 하나 이상의 클리어런스가 변화할 수 있다. 그러한 변화를 야기할 수있는 힘은 공기 역학적 여기, 고온, 온도 순환(예컨대, 섭씨 영하 20도에서 1000도까지의 온도), 화학적 공격, 마찰, 재료 열화 등을 포함한다. 전술한 이유로, 배기 터빈 조립체의 수명 동안 웨이스트게이트 개구의 효과적인 밀봉을 유지하는 것이 어려울 수 있다. 온도에 관하여, 고온에서의 문제는 일반적으로 마모와 기능 손실, 및 이에 따른 누출, 제어성 결여 또는 누출과 제어 불능의 조합을 포함한다.
일례로서, 하나 이상의 피스가 블랭크(예컨대, 블랭크 바아, 스톡 등)로부터 형성될 수 있다. 일례로서, 하나 이상의 피스는 (예컨대, 냉각 시에 경화될 수 있는 용융 재료로) 주조될 수 있다. 일례로서, 피스의 구성 재료는 금속일 수 있다. 일례로서, 피스의 구성 재료는 합금일 수 있다. 일례로서, 재료(예컨대, 금속, 합금 등)는 작동 조건(예컨대, 배기 가스 터빈의 작동 조건) 및, 예컨대 다른 피스에 용접되는 능력에 기초하여 선택될 수 있다. 일례로서, 유닛은 고온 금속 및/또는 고온 합금으로 형성될 수 있다. 일례로서, 피스는, 예컨대 NiCrFe계 합금(예컨대, HASTALLOYTM 재료, INCONELTM 재료 등) 또는 다른 합금과 같은 합금으로 형성될 수 있다. 일례로서, 피스는 스테인레스강 또는 다른 유형의 강으로 형성될 수 있다.
일례로서, 2개 이상의 구성요소들 사이에 용접부가 형성될 수 있고, 용접부는 내연 기관(예컨대, 가솔린, 디젤, 플렉스 연료(flex-fuel), 이종 연료 등)에 작동 가능하게 연결되는 터보차저의 배기 가스 터빈의 작동 조건(예컨대, 온도 등)을 견딜 수 있다.
일례로서, 플러그는, 예컨대 반구형의 형상(예컨대, 실질적으로 반구형 쉘 플러그, 실질적으로 반구형 솔리드 플러그 등)과 같은 형상을 포함할 수 있다. 일례로서, 플러그는 웨이스트게이트 시트와 접촉할 수 있는 볼록면을 형성하는 환상면 부분을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 플러그는, 예컨대 볼록면이 웨이스트게이트 시트와 접촉하는 웨이스트게이트 통로에 대해 플러그가 폐쇄 배향으로 있을 때에 웨이스트게이트 통로의 일부 내로 적어도 부분적으로 연장될 수 있는 돌출부를 포함할 수 있다. 일례로서, 플러그는, 예컨대 웨이스트게이트 통로를 향하는 돔형 오목면일 수 있는 오목면을 포함할 수 있다. 일례로서, 오목면은 웨이스트게이트 시트와 접촉할 수 있는 볼록면의 내부일 수 있다. 일례로서, 오목면은 압력을 분배하도록 작용할 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 통로 내로 연장될 수 있는 볼록면은 상이한 방식으로 압력을 분배하도록 작용될 수 있다. 예컨대, 배기 가스가 유동하여 볼록면에 충돌할 때에, 압력 또는 힘이 배기 가스 유동에 대해 플러그 상에서 전체 최대값 또는 국부 최대값으로 있을 수 있는 압력 또는 힘 점과 일치할 수도 있는 하나 이상의 정체점이 형성될 수 있다.
도 4는 액추에이터(401), 구동 로드(402), 액추에이터 연결 기구(403), (예컨대, 터보차저 샤프트 등을 위한 베어링, 베어링들 등을 수용하기 위한) 중앙 하우징(407) , 압축기 하우징(409), 보어(412), 나선형 벽(415)(예컨대, 볼루트를 부분적으로 획정함), 배기 출구 개구(416), 웨이스트게이트 시트(426)로 연장되는 웨이스트게이트 벽(423) 및 배기 챔버(430)를 포함하는 터빈 하우징(410)을 포함하는 조립체(400)의 일례를 도시한다.
도 4의 예에서, 터빈 하우징(410)은 단일 피스 또는 다중 피스 하우징일 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징(410)은 (예컨대, 샌드 캐스팅 또는 다른 캐스팅 프로세스를 통해 형성된) 주조 구성요소일 수 있다. 도시된 바와 같이, 터빈 하우징(410)은 보어(412), 터빈 휠 개구(214), 배기 출구 개구, 챔버(430) 등과 같은 특징부를 획정할 수 있는 다양한 벽을 포함한다. 특히, 웨이스트게이트 벽(423)은 입구 도관(213)과 유체 연통하는 웨이스트게이트 통로를 획정하고, 웨이스트게이트 제어 연결 기구(440)와 웨이스트게이트 샤프트, 아암 및 플러그 유닛(450)은 (예컨대, 배기를 웨이스트게이팅하기 위해) 웨이스트게이트 통로를 개폐하도록 구성된다.
도 4의 예에서, 웨이스트게이트 제어 연결 기구(440)는 터빈 하우징(410)의 보어(412)에 의해 수용되도록 구성된 부싱(442), 제어 암(444) 및 페그(446)를 포함하고, 웨이스트 게이트 샤프트, 아암 및 플러그 유닛(450)은 샤프트(452), 샤프트 단부(453), 아암(454), 및 플러그(456)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 부싱(442)은, 예컨대 샤프트(452)의 회전을 지지하고, 외부 공간으로부터 챔버(430)를 밀봉하는 등을 행하기 위해 보어(412)와 샤프트(452) 사이에 배치된다. 보어(412), 부싱(442), 및 샤프트(452)는 직경 또는 직경들 뿐만 아니라 하나 이상의 길이에 의해 각각 한정될 수 있다.
일례로서, 조립체(400)는 플랜지를 통해 내연 기관(예컨대, 도 1의 예를 참조)의 배기 도관 또는 다른 구성요소에 끼워질 수 있어, 배기 가스는 나선형 벽(415)에 의해 적어도 부분적으로 획정될 수 있는 볼루트(415; 예컨대, 또는 볼루트들)로 배기 가스를 지향시킬 수 있는 입구 도관(213)을 통해 수신된다. 일례로서, 볼루트(예컨대, 또는 볼루트들)는 터빈 하우징(410) 내에 배치된 터빈 휠로 배기 가스를 (예컨대, 노즐 또는 노즐들을 통해) 지향시킬 수 있고, 배기 가스는 터빈 하우징(410)에 의해 부분적으로 획정되는 터빈 휠 공간에서 유동하고 팽창할 수 있다. 이어서, 배기 가스는 챔버(430)로 유동한 다음 배기 출구 개구(416)를 통해 터빈 하우징(410) 밖으로 유동함으로써 터빈 휠 공간을 빠져나갈 수 있다.
웨이스트게이팅에 관하여, [예컨대, 페그(446)에 작동 가능하게 연결된 액추에이터 연결 기구(403)에 의한] 제어 연결 기구(440)의 작동 시에, 웨이스트게이트 샤프트, 아암 및 플러그 유닛(450)은, 수용된 배기 가스의 적어도 일부가 노즐을 통해 터빈 휠 공간으로 유동되기보다는 웨이스트게이트 벽(423)에 의해 획정된 웨이스트게이트 통로에서 웨이스트게이트 시트(426)를 지나서 챔버(430)로 유동될 수 있도록 회전될 수 있다. 이어서, 배기 가스의 웨이스트게이팅된 부분은 배기 출구 개구(416)를 통해 터빈 하우징(410)을 빠져나갈 수 있다(예컨대, 그리고 일부가 재순환되는 차량의 배기 시스템 등으로 나아간다).
일례로서, 제어 연결 기구(440)는 플러그(456)를 웨이스트게이트 시트(426)를 향한 방향으로 강제 이동시키도록 작용하는 힘을 가할 수 있다. 예컨대, 액추에이터(401)는 플러그(456)를 웨이스트게이트 시트(426)로부터 멀어지게 회전시키도록(예컨대, 웨이스트게이팅을 위해) 적어도 일부가 제어 가능하게 극복될 수 있는 힘을 가하는 편향 메카니즘(예컨대, 스프링 등)을 포함할 수 있다. 일례로서, 액추에이터(401)는 조립체(400)에 장착될 수 있다. 일례로서, 액추에이터는, 예컨대 축선을 따라 로드를 이동시키는 선형 액추에이터일 수 있다. 플러그, 샤프트, 제어 연결 기구 및 그러한 로드의 배향에 따라, 플러그를 폐쇄 위치에 유지하기 위하여, 로드는 (예컨대, 도 4의 예에서와 같이 제어 연결 기구로부터 멀어지게) 하방 힘을 가할 수 있거나, 또는 로드는 (예컨대, 제어 연결 기구를 향해) 상방 힘을 가할 수 있다. 예컨대, 제어 연결 기구(440)의 제어 아암(444)[예컨대, 그리고 페그(446)]이 샤프트(452)에 대해 플러그(456)와 동일한 “측면”에 배향되어 있는 경우, [예컨대, 페그(446)를 통해] 제어 아암(444)에 인가되는 하방 힘은 플러그(456)를 웨이스트게이트 시트(426)에 대해 폐쇄 위치에 유지하도록 작용될 수 있는 반면, 예컨대 플러그와 제어 아암 사이에 대략 180도 스팬이 존재하는 경우, 제어 아암에 인가되는 상방 힘은 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 폐쇄 위치에 유지하도록 작용할 수 있다.
일례로서, 액추에이터(401)의 로드(402)는 제어 연결 기구(440)가 플러그(456)에 힘을 가하게 하는 힘을 제어 연결 기구(440)에 가하도록 편향될 수 있어, 플러그(456)는 웨이스트게이트 시트에 대해 안착된다. 그러한 예에서, 액추에이터(401)는 샤프트(452)가 플러그(456)를 웨이스트게이트 시트로부터 멀어지게 회전시키도록 로드(402)를 편향시키는 힘을 적어도 부분적으로 극복할 수 있다. 예컨대, 도 4에서, 웨이스트게이팅을 시작하기 위하여, 전체 플러그(456)는 샤프트(452)의 축선을 중심으로 회전하여 [예컨대, 플러그(456)의 임의의 부분이 웨이스트게이트 시트(426)에 의해 획정되는 웨이스트게이트 개구로 이동하는 일 없이] 웨이스트게이트 시트(426)로부터 멀어지게 이동된다. 일례로서, 플러그(456)의 이동은 배기 압력에 의해 촉진될 수 있다. 예컨대, 폐쇄 위치에서, 플러그(456)는 압력이 플러그(456) 아래에서 보다 높고 플러그(456) 위에서 보다 낮은 압력차를 경험한다. 그러한 예에서, 플러그(456) 아래의 압력은 제어 연결 기구(440)를 통해 플러그(456)에 가해진 폐쇄력에 의해 반대되는 방향으로 작용한다[예컨대, 압력차는 플러그(456)를 개방 위치를 향해 편향시키도록 작용한다]. 따라서, 플러그(456)에 인가된 폐쇄력은 플러그(456) 아래쪽으로부터의 압력을 극복해야 한다. 또한, 샤프트(452)가 약간의 유극(예컨대, 축방향 유극 등)을 포함할 수 있는 경우, 플러그(456)에 인가되는 폐쇄력은 플러그(456)가 웨이스트게이트 시트(426)에 대해 이동하게 할 수 있다.
일례로서, 방법은 샤프트, 아암 및 플러그를 포함하는 웨이스트 게이트의 인시츄 용접(in situ welding)을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 웨이스트게이트는 적어도 아암과 플러그가 유닛형 피스인 모노블럭 웨이스트게이트일 수 있다. 그러한 예에서, 모노블럭 웨이스트게이트는 치수에 의해 한정될 수 있는 샤프트, 아암 및 플러그를 포함하는 단일 구성요소일 수 있다. 그러한 치수는 샤프트를 수용할 수 있는 보어를 포함하고 웨이스트게이트 통로를 덮기 위해 플러그를 안착시킬 수 있는 웨이스트게이트 시트를 포함하는 터빈 하우징에 대한 모노블럭 웨이스트게이트의 배향을 제한할 수 있다.
일례로서, 모노블럭 웨이스트게이트 아암 및 플러그는 내구성과 시스템 운동학에 의해 생성되는 소음에 미치는 영향 면에서 3피스 아암 및 플러그 설계와 비교할 때에 다양한 이점을 제공할 수 있다.
언급한 바와 같이, 플러그는, 예컨대 구체의 일부 또는 원환체의 일부일 수 있는 볼록면을 포함할 수 있다. 그러한 볼록면은 웨이스트게이트 통로를 차단하기 위하여 폐쇄 배향에서 웨이스트게이트 시트와 접촉할 수 있는 접촉면 또는 밀봉면인 것으로 고려될 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 시트는 원뿔의 일부에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 예컨대, 웨이스트게이트 시트는 원추형 웨이스트게이트 시트일 수 있다. 그러한 예에서, 플러그의 볼록면은, 예컨대 부분적으로 샤프트 및 아암을 통해 플러그에 인가되는 힘으로 인해 웨이스트게이트 시트에 대해 셀프 센터링될 수 있다.
일례로서, 방법은, 예컨대 용접을 통한 구성요소들의 인시츄 결합을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 방법은 플러그에 대해 힘을 인가하여 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 안착시키는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 공구(예컨대, 로드, 지그 등)을 사용하여 플러그에 대해 힘을 인가하고 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 안착시킬 수 있다. 그러한 방안은 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 실질적으로 센터링하기 위해 힘을 인가하도록 작용될 수 있고, 플러그가 실질적으로 센터링되어 있는 동안에 용접이 수행되어 구성요소들을 결합시킬 수 있다. 일례로서, 힘의 인가는 조립체의 축방향 유극을 감소시키도록 작용될 수 있다.
도 5는 2개의 상이한 웨이스트게이트 조립체(510, 520)와 관련하여 내연 기관에 의해 발생된 토크 대 시간의 예시적인 플롯(500)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 웨이스트게이트 조립체(520)는 약간의 누출을 나타내는 웨이스트게이트 조립체(510)와 비교할 때에 내연 기관이 소정 레벨의 토크(예컨대, 토크 목표, TTarget)을 달성하는 시간을 감소시키는 방식으로 작동할 수 있다. 더 적은 시간에 관해서, 웨이스트게이트 조립체(520)는 시밍(shimming) 방안을 이용하여 조립된다. 이러한 방안은 웨이스트게이트 통로의 적절한 밀봉(예컨대, 웨이스트게이트 통로를 폐쇄하기 위해 웨이스트게이트 시트에 대해 안착되는 플러그 부분)으로 인해 목표 시간(예컨대, tTarget 참조) 내에 원하는 수준의 토크가 달성되는 조립체(510)보다 적은 시간에 원하는 수준의 토크를 달성하게 한다. 예시적인 플롯(500)에서, 시간 대 토크의 프로파일은 배기 압력의 크기와 관련된 작동 조건의 변화에 대응한다. 예시적인 플롯(500)은, 터보 차지 내연 기관의 작동 시에 원하는 양의 밀봉이 나타나도록 모노블럭 아암 및 플러그를 포함하는 조립체의 원하는 클리어런스를 제조 방법이 어떻게 달성할 수 있는지를 입증한다. 그러한 조립체는 아암 및 플러그를 별개의 피스로 포함하는 조립체와 비교할 때에 마모, 덜거덕거림(예컨대, 소음), 시간 경과에 따른 성능 저하가 적을 수 있다. 일례로서, 모노블럭 아암 및 플러그 방안은, 예컨대 평탄한 표면 플러그 및 평탄한 표면 웨이스트게이트 시트와 대조할 때에, 플러그의 일부로서의 원환체와 웨이스트게이트 시트의 일부로서의 원뿔을 포함할 수 있다.
도 6은 웨이스트게이트(605), 터빈 하우징(610), 제어 아암(640), 부싱(660), 및 메시 스페이서(670)를 포함하는 조립체(600)의 일례의 절취도이다. 그러한 조립체는 터보차저 터빈 하우징 조립체의 부품일 수 있는 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체일 수 있다. 예컨대, 터빈 하우징(610)은 웨이스트게이트(605) 및 관련 구성요소들을 지지, 수용 등을 하도록 다양한 특징부를 포함할 수 있다. 일례로서, 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체는 터보차저의 하나 이상의 하우징에 부착되는 조립체일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 웨이스트게이트(605)는 샤프트(650), 아암(680), 및 플러그(690)를 포함하고, 샤프트(650)는 단부(652), 단부(653), 저널부(654), 및 숄더부(659)를 포함하며, 여기서 제1 축방향 면(655)은 단부 직경(de)과 저널부 직경(dj)에 의해 적어도 부분적으로 획정되고, 제2 축방향 면(657)은 저널부 직경과 숄더부 직경(dss)에 의해 적어도 부분적으로 획정된다. 도시된 바와 같이, 저널부(654)는 하나 이상의 저널 표면(655, 657)을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 터빈 하우징(610)은 보어(612), 외부면(617), 및 내부면(619)을 포함하고, 보어(612)는 외부면(617)과 내부면(619) 사이에서 연장된다. 터빈 하우징(610)은 또한 내부면(619)을 따라 획정되는 웨이스트게이트 시트(626)를 포함한다. 도 6의 예에서, 플러그(690)는 웨이스트게이트 시트(626) 내에 안착된다[예컨대, 플러그(690)의 표면이 웨이스트게이트 시트(626)의 표면과 접촉한다].
도 6에 도시된 바와 같이, 제어 아암(640)은 대향 표면(642, 644) 및 대향 표면(642, 644) 사이에서 연장되는 보어(643)를 포함한다. 도 6의 예에서, 용접부(645)는 제어 아암(640)을 웨이스트게이트(605)의 샤프트(650)의 단부(653)에 고정시킨다. 그러한 장치에서, 단부(653)의 적어도 일부는 제어 아암(640)의 보어(643)에 의해 수용되고, 하나 이상의 다른 장치가 제어 아암(640)을 웨이스트게이트(605)의 샤프트(650)에 고정시키는 데에 사용될 수 있다는 점이 주목된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 부싱(660)은 축방향 면일 수 있는 대향 단부(662, 664) 사이에서 연장되는 단차형 보어(661)를 포함한다. 예컨대, 단부(662)는 단차형 보어(661)의 소직경부 둘레의 축방향 면일 수 있고 단부(664)는 단차형 보어(661)의 대직경부 둘레의 축방향 면일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 축방향 면(667)은 단부(662, 664) 사이에 그리고 단차형 보어(661) 내에 배치된다. 축방향 면(667)은 단차형 보어(661)의 2개의 부분 사이에 형성되는 카운터보어의 숄더 등의 숄더일 수 있다.
도 6의 예에 도시된 바와 같이, 조립체(600)는, 외부면(617), 웨이스트게이트 시트(626)를 포함하는 내부면(619), 및 외부면(617)과 내부면(619) 사이에서 연장되는 보어(612)를 포함하는 터빈 하우징(610); 터빈 하우징(610)의 보어(612) 내에 적어도 부분적으로 배치되며 축방향 면(667)을 포함하는 단차형 보어(661)를 포함하는 부싱(660); 샤프트(650), 아암(680), 및 플러그(690)를 포함하는 웨이스트게이트(605)로서, 아암(680)은 샤프트(650)로부터 연장되고 플러그(690)는 아암(680)으로부터 연장되며, 샤프트(650)는 단부(653), 제1 축방향 면(655), 저널부(654), 제2 축방향 면(657), 및 숄더부(659)를 포함하고, 제1 축방향 면(655)은 단부 직경(de) 및 저널부 직경(dj)에 의해 적어도 부분적으로 획정되며, 제2 축방향 면(657)은 저널부 직경(dj) 및 숄더부 직경(dss)에 의해 적어도 부분적으로 획정되는 것인 웨이스트게이트(605); 부싱(660)의 단차형 보어(661)의 축방향 면(667)과 샤프트(650)의 제1 축방향 면(655) 사이에서 샤프트(650)의 단부(653)의 축방향 길이 둘레에서 반경 방향으로 배치된 메시 스페이서(670); 및 샤프트(650)의 단부(653)에 결합되는 제어 아암(640)을 포함하고, 부싱(660)의 축방향 길이는 메시 스페이서(670)와 제어 아암(640) 사이에 배치된다.
도 6의 예에서, 샤프트(650)는, 예컨대 단부(652)로부터 샤프트(650)가 아암(680)으로 천이되는 숄더부(659)의 표면까지 측정된 축방향 길이(zs)에 의해 획정될 수 있다. 샤프트(650)의 다른 축방향 길이는 단부(652)로부터 제2 축방향 면(657)까지 측정될 수 있다. 샤프트(650)의 또 다른 축방향 길이는 제1 축방향 면(655)으로부터 제2 축방향 면(657)까지 측정될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 축방향 간극(Δz)이 부싱(660)의 단부(664)와 샤프트(650)의 제2 축방향 면(657) 사이에 존재할 수 있다. 일례로서, 축방향 간극(Δz)은 조절 가능한 파라미터일 수 있다. 예컨대, 축방향 간극(Δz)은 조립 중에 대략 0의 거리로부터 대략 1 mm 이하까지 설정될 수 있다(예컨대, 대략 0.01 mm 내지 대략 0.5 mm의 범위가 고려된다). 일례로서, 축방향 간극(Δz)은 부싱(660)의 단부(664)가 샤프트(650)의 제2 축방향 면(657)과 접촉하는 경우에는 존재하지 않을 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서(670)의 하나 이상의 치수는 축방향 간극(Δz)이 존재하는지의 여부 및/또는 예컨대 축방향 간극(Δz)의 크기를 결정하도록 선택될 수 있다. 일례로서, 축방향 간극(Δz)은 플러그(690)가 웨이스트게이트 시트(626)에 안착되는 방식에 따라 존재할 수 있다. 예컨대, 웨이스트게이트(605)의 플러그(690)에 힘이 인가되는 경우, 축방향 간극이 형성되거나 형성되지 않을 수 있다. 그러한 예에서, 플러그(690)는 원뿔형 프로파일과 같은 웨이스트게이트 시트(626)의 표면 프로파일과 접촉하는 도넛형 표면 프로파일과 같은 표면 프로파일을 포함할 수 있다.
도 6의 예에서, 제어 아암(640)의 표면(644)은 부싱(660)의 단부(662)[예컨대, 부싱(660)의 단부 표면]에 대해 위치 설정될 수 있다. 그러한 예에서, 표면(644)은, 예컨대 용접부(645)의 형성 중에 단부(662)와 접촉할 수 있다. 그러한 예에서, 표면(644)과 단부(662)는 제로 클리어런스로 있을 수 있다. 메시 스페이서(670)가 자유 스탠딩 상태로부터 축방향으로 압축되는 경우, 메시 스페이서(670)는 샤프트(650)를 내부 공간을 향한 방향으로 축방향 내향으로 편향시키는 힘을 가할 수 있다. 그러한 힘은 샤프트(650)가 부싱(660)에 대해 로딩되는 하중이라고 지칭될 수 있다. 조립[예컨대, 용접부(645)의 형성] 시에, 그러한 하중은 예하중으로 지칭될 수 있다. 그러한 방안은 표면(644)과 단부(662) 사이에 클리어런스를 형성하게 할 수 있는 제어 아암(640)의 동적 축방향 이동의 양을 감소시키는 데에 도움을 줄 수 있으며, 이때 클리어런스의 감소 및 표면(644)과 단부(662) 사이의 접촉은 원치않는 노이즈를 발생시킬 수 있다. 일례로서, 온도(예컨대, 열 팽창)와 관련된 축방향 이동이 발생할 수 있다. 예컨대, 샤프트(650)가 (예컨대, 열 팽창 계수에 따라) 온도의 증가에 응답하여 축방향으로 팽창하는 경우, 팽창 속도는 작동 조건(예컨대, 배기 펄스, 제어기 동작, 차량 진동 등)의 변화에 응답하여 발생하는 운동 속도(예컨대, 동적 축방향 이동) 보다 비교적 작을 수 있다.
일례로서, 예하중의 양은, 원한다면, 부싱(660)의 단부(664)와 샤프트(650)의 제2 축방향 면(657) 사이에 클리어런스[예컨대, 축방향 간극(Δz)]를 유지하는 데에 일조할 수 있다. 그러한 예하중, 또는 작동 중의 하중은 원치않는 노이즈를 발생시킬 수 있는 단부(664)와 제2 축방향 면(657) 사이의 접촉을 유발할 수 있는 동적 축방향 이동을 감소시키는 데에 일조할 수 있다. 일례로서, 조립 시에, 클리어런스는 허용 오차의 범위 내에 있을 것으로 예상될 수 있는 잔류 클리어런스(예컨대, 잔류 축방향 간극)로 지칭될 수 있고, 작동 중에 그러한 클리어런스는 하나 이상의 작동 조건에 따라 변경될 수 있다는 점이 주목된다. 그러한 클리어런스는 웨이스트게이트(605)가 최적으로(예컨대, 배기 가스의 누출없이, 배기 가스의 누출이 감소된 상태로, 배기 가스의 누출이 최소인 상태로 등) 작동하도록 웨이스트게이트 시트(626) 상에 플러그(690)의 적절한 안착을 허용할 수 있다. 잔류 클리어런스(예컨대, 잔류 축방향 간극)는, 원한다면 그리고 필요에 따라, 샤프트(650)에 대한 제어 아암(640)의 고정 시에 웨이스트게이트 시트(626)에 대한 플러그(690)의 상태에 대응할 수 있는데, 이 상태는 메시 스페이서(670)에 의해 가해지는 예하중의 양에 대응할 수 있다. 예컨대, 플러그(690)가 웨이스트게이트 시트(626)에 대해 적절하게 안착되어 원하는 정적 상태를 달성하도록 웨이스트게이트(605)에 힘이 인가될 수 있는데, 샤프트(650)에 대한 제어 아암(640)의 고정은 (예컨대, 대응하는 구성요소들의 위치 및 메시 스페이서 예하중을 갖는) 상기 원하는 정적 상태에서 발생한다.
도 6의 조립체(600)는 메시 스페이서(670)를 이용하여 모노블럭 웨이스트게이트(예컨대, 플래퍼 밸브)일 수 있는 웨이스트게이트(605)를 조립 프로세스 중에 메시 스페이서(670)의 가요성을 통해 웨이스트게이트 시트(626) 내로 적절하게 위치 설정할 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서(670)는 부품간 치수 편차를 보정하고 적절한 밀봉을 보장하는 데에 일조할 수 있다. 터보차저의 작동 수명 중에, 메시 스페이서(670)는 (예컨대, 예하중, 하중 등을 가하는 것을 통해) 정해진 위치를 유지하는 데에 일조할 수 있다. 메시 스페이서(670)는 변형 가능한 금속 와이어, 변형 가능한 발포체 등으로 구성되는 금속 메시 스페이서일 수 있다(예컨대, 금속 및/또는 합금 메시가 고려된다). 메시 스페이서(670)는 대략 800℃까지의 온도를 견딜 수 있는 재료로 제조될 수 있다. 그러한 메시 스페이이서는 메시 스페이서가 조립체 내에서 편향력을 가할 수 있도록 그러한 온도까지 가요성일 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서(670)는 조립 시에(예컨대, 예하중) 그리고 작동 중에(예컨대, 작동 하중) 하중(예컨대, 힘) 또는 편향력을 가할 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서(670)는 웨이스트게이트(605)의 고착을 감소시키도록 작용하는 고착 방지 메카니즘일 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서(670)의 가요성은 하우징(610)의 보어(612) 내에서 샤프트(650)의 회전에 응답하여, 온도 변화에 응답하여(예컨대, 상이한 재료들이 상이한 열 팽창 계수 등을 보일 수 있다는 점이 주목됨), 및/또는 하나 이상의 다른 조건에 응답하여 발생할 수 있는 비교적 작은 양의 이동을 허용할 수 있다. 메시 스페이서(670)는 바람직하지 않은 진동 및, 예컨대 노이즈를 감소시키는 데에 일조할 수 있다. 그러한 바람직하지 않은 거동의 감소는 제어성 및 작동 수명을 향상시킬 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서(670)는 다양한 유형의 동작을 감쇠하도록(예컨대, 축방향 외향으로 외부 공간을 향하는 샤프트(650)의 축방향 이동을 감쇠하도록, 부싱(660) 내에 샤프트(650)의 축방향 경사 이동을 감쇠하도록 등) 작용하는 댐퍼로서 작동할 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서(670)는 배기 가스 유동에 대한 방해물로서 작동될 수 있다. 그러한 예에서, 메시 스페이서(670)가 압축될 때에, 그 다공성(예컨대, 자유 공간)이 감소되어 배기 가스 유동에 관해 보다 구불구불한 경로(들)를 만들 수 있다. 그러한 방안은 터빈 하우징(610)의 내부 공간으로부터 외부 공간(예컨대, 주위 공간, 환경 등)으로 배기 가스의 누출을 감소시키는 데에 일조할 수 있다. 배기 가스의 누출 감소는 환경 성능을 향상시킬 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서(670)는 고정되지 않고 위치 설정될 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서(670)는 메시 스페이서(670)를 하나 이상의 다른 구성요소에 용접하지 않고 조립체(600) 내에 포함될 수 있다. 그러한 예에서, 메시 스페이서(670)는 하나 이상의 다른 구성요소에 대해 물리적으로 고정되 않고 힘에 응답하여 이동될 수 있기 때문에 부동 메시 스페이서(floating mesh spacer)로서 지칭될 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서(670)는 사용 가능할 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서(670)가 부동 메시 스페이서인 경우, 조립체(600)의 하나 이상의 다른 구성요소로부터 고정 해제하지 않고 제거될 수 있는데, 그러한 고정 해제는 메시 스페이서가 조립체의 하나 이상의 다른 구성요소에 용접되거나 달리 고정된 경우에 요구될 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서(670)는 스테인레스강 또는 INCONEL® 합금과 같은 재료로 제조될 수 있다. 일례로서, 작동 중에, 샤프트(650)는 다수의 각도로 회전할 수 있다. 예컨대, 샤프트(650)를 대략 60도 이하로(예컨대, 대략 45도의 최대 회전이 고려됨) 회전시킬 수 있는 제어 아암(640)에 작동 가능하게 연결된 제어기가 고려된다. 일례로서, 제어기는 샤프트(650)가 단위 시간당 각도(예컨대, 또는 단위 시간당 라디안)의 회전 속도로 회전하게 할 수 있다. 예컨대, 초당 대략 100도 이하의 회전 속도가 고려된다(예컨대, 초당 대략 50도의 회전 속도가 고려된다). 일례로서, 조립체(600)를 포함하는 터보차저의 작동 중에, 메시 스페이서(670)는 일정량의 변형을 겪을 수 있다. 축방향 변형에 관하여, 대략 2 mm 이하, 대략 1mm 정도 등의 변형량이 고려된다. 예컨대, 축방향으로 대략 0.5 mm의 추정된 메시 스페이서 변형을 포함하는 조립체가 고려된다. 일례로서, 설계/조립 파라미터일 수 있는 추정된 메시 스페이서 변형은 축방향 간극이 사용되는지의 여부에 따라 좌우될 수 있다[예컨대, 축방향 간극(Δz) 참조]. 축방향 간극이 존재하지 않는 경우, 메시 스페이서는 상당한 양의 축방향 변형을 겪지 않으면서 하중을 가할 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서는 (예컨대, 샤프트의 일부가 배치되는 부싱의 단차형 보어의 축선에 대하여) 샤프트를 축방향으로 안정화시키도록 작용할 수 있는 하중(예컨대, 편향력)을 가할 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서는 강성에 기초하여 선택될 수 있다. 예컨대, 와이어의 양, 와이어의 직경, 와이어의 권선 형태 등이 강성을 결정할 수 있다. 강성은 메시 스페이서가 인가된 힘에 응답하여 변형에 저항하는 정도에 관하여 메시 스페이서의 견고성을 정의할 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서를 특성화하는 데에 스프링 상수가 사용될 수 있다.
도 7은 메시 스페이서(670, 701, 702, 703)의 예의 일련의 도면이다. 메시 스페이서(670)는 압축 와이어로 제조될 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서(670)는 미리 결정된 범위까지 탄력적일 수 있다(예컨대, 탄성 메시 스페이서). 예컨대, 메시 스페이서(670)는 제1 형상을 갖고, 제1 형상에서 제2 형상으로의 대응하는 변화와 함께 힘이 가해질 때 에너지를 흡수한 다음, 힘을 제거한 후에 제1 형상으로 복귀할 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서(670)는 부분적으로 압축성을 특징으로 할 수 있는데, 압축성은 선택적으로 대략 0일 수 있거나 또는 힘이 메시 스페이서(670)의 축방향 치수를 압축할 수 있는 스프링 상수와 유사한 값일 수 있지만, 미리 결정될 수 있고 힘에 대해 비선형일 수 있는 제한된 양이다. 예컨대, 메시 스페이서는 압축되지 않은 상태의 압축되지 않은 축방향 길이 및 압축된 상태의 압축된 축방향 길이에 의해 부분적으로 한정될 수 있다. 터보차저의 작동 중에, 메시 스페이서는 압축되지 않은 축방향 길이와 압축된 축방향 길이 사이의 범위에 있는 축방향 길이로 될 수 있다. 일례로서, 이들 두 길이 사이의 차이는, 예컨대 1 mm 미만, 예컨대 약 0.5 mm 미만, 예컨대 약 0.1 mm 미만, 또는 예컨대 약 0.05 mm 미만인 축방향 거리일 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서는 축방향 변형에 대한 횡방향 변형을 한정하는 포아송 비(Poisson ratio)에 의해 적어도 부분적으로 특성화될 수 있다. 예컨대, 축방향에서의 압축 시에, 메시 스페이서는 횡방향으로 팽창할 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서는 미리 결정된 압축되지 않은 작동 축방향 길이 및 미리 결정된 압축된 작동 축방향 길이를 포함하는 탄성 링형 메시 스페이서일 수 있으며, 축방향 길이들 사이의 차이는 특정한 축방향 거리보다 작다.
일례로서, 메시 스페이서는 메시 스페이서의 측면의 표면(예컨대, 접촉 표면)이 솔리드 링과 비교하여 감소되도록 압축된 와이어로 구성될 수 있다. 그러한 예에서, 마찰은 솔리드 스페이서와 비교할 때에 감소될 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서가 탄력적인 경우, 메시 스페이서는 샤프트의 축방향 이동과 관련된 축방향 추력 에너지와 같은 에너지를 흡수하도록 작용할 수 있다. 그러한 예에서, 메시 스페이서는 에너지를 감쇠하고 조립체의 하나 이상의 구성요소의 마모를 감소하는 데에 일조할 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서는 가스(예컨대, 배기 가스)의 통과를 위한 구불구불한 경로를 형성할 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서는 가스의 통과를 방해하도록 작용할 수 있는 하나 이상의 구불구불한 경로를 형성할 수 있다. 그러한 예에서, 메시 스페이서가 압축성인 경우, 경로는 변경될 수 있고, 예컨대 압축될 때에 가스 유동을 더 크게 방해할 수 있다. 언급한 바와 같이, 메시 스페이서는 축방향 압축 또는 팽창의 양이 반경방향 팽창 또는 압축의 양에 각각 대응하는 포아송 비(예컨대, 포아송 효과)에 의해 적어도 부분적으로 특성화될 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서는 금속, 합금, 탄소 섬유, 세라믹 또는 복합 재료로 제조될 수 있다. 일례로서, 구성 재료 및/또는 메시 스페이서의 형상이 포아송 비를 결정할 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서는 메쉬 스페이서의 형상 및, 예컨대 메시 스페이서가 어떻게 구성되었는지(예컨대, 와이어의 양, 메시 링을 형성하는 압축력 등)에 의해 결정되는 포아송 비를 가질 수 있다.
도 7의 예에서, 메시 스페이서(743)는 금속 링(예컨대, 금속, 합금), 세라믹 링 또는 복합 재료 링일 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서는 금속제이고 자기 윤활 강(예컨대, 저 마찰강 합금)으로 형성될 수 있다. 일례로서, 부싱은 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 일례로서, 부싱은 자기 윤활 강으로 제조될 수 있다. 일례로서, 부품(예컨대, 메시 스페이서, 부싱 등)은 주조 및/또는 소결될 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징은 금속 또는 합금으로 제조될 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징은 주철 또는 캐스트 스테인레스강일 수 있다. 일례로서, 웨스트게이트 시트는, 예컨대 원하는 마무리를 달성하도록 기계 가공될 수 있다.
도 7은 축방향 및 반경 방향 치수를 포함할 수 있는, 메시 스페이서(670)에 관한 치수(701)의 다양한 예를 도시한다. 도 7은 샤프트(650)의 단부(653)의 치수와 같은 샤프트 치수에 관한 메시 스페이서의 크기의 다양한 예를 도시한다.
도 7은 메시 스페이서의 단면 프로파일의 다양한 예를 도시한다. 도시된 바와 같이, 단면 프로파일은 직선형 및/또는 곡선형 주변부를 포함할 수 있다. 언급한 바와 같이, 메시 스페이서의 형상은 메시 스페이서의 거동(예컨대, 정적 거동 및/또는 동적 거동)에 영향을 미칠 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서의 형상 및/또는 크기는 메시 스페이서의 거동을 결정할 수 있는 파라미터로서 사용될 수 있다. 예컨대, 원하는 힘 대 축방향 길이 관계를 달성하도록 메시 스페이서를 형성하는 것이 고려된다. 그러한 예에서, 메시 스페이서는 그 축방향 면들 중 하나 이상 근처에 더 작은 단면적을 가질 수 있어 더 적은 재료가 압축되고 이에 따라 더 적은 힘의 변화가 발생되는 반면, 추가의 축방향 압축이 발생함에 따라, 단면적이 증가하여 더 많은 재료가 압축되고 이에 따라 더 큰 힘의 변화가 발생된다. 그러한 예에서, 메시 스페이서는 원하는 방식으로 축방향 압축에 응답하여 보다 강해질 수 있다. 다른 예로서, 2개의 대향하는 축방향 단부들 사이에 있을 수 있는 목부를 갖는 메시 스페이서가 고려된다. 그러한 예에서, 목부는 목부의 축방향 압축이 축방향 단부의 임의의 실질적인 양의 축방향 압축 전에 발생하도록 더 작은 단면적으로 될 수 있다. 그러한 예에서, 목부의 압축 시에, 더 큰 단면적을 갖는 축방향 단부들 중 한쪽 또는 양쪽을 통해 추가의 압축이 발생할 수 있다. 도 7에서, 목부와 축방향 단부를 갖는 메시 스페이서의 예는 실시예(703)의 최하부로서 도시되어 있다. 그러한 메시 스페이서는 하나 이상의 피쳐(예컨대, 형상, 형상들, 크기, 크기들 등)를 통해 맞춤형 강성 곡선을 제공할 수 있다.
도 8은 다양한 치수와 함께 부싱(660)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 단차형 보어(661)는 직경(Dbi2)에 배치된 보어 표면(663) 및 직경(Dbi1)에 배치된 보어 표면(665)을 포함한다. 축방향 면(667)은 보어 표면(665)의 직경과 대략 동일한 내부 치수를 가지며 보어 표면(663)의 직경과 대략 동일한 외부 치수를 갖는 환형의 축방향 면일 수 있다.
도 9은 상이한 상태(910, 920, 930)에서 메시 스페이서(670)의 일례의 일련의 도면이다. 도시된 바와 같이, 상태(910)는 압축되지 않은 상태로 간주될 수 있고, 상태(920)는 일정량의 하중이 가해지는 조립된 상태로 간주될 수 있으며, 상태(930)는 작동력이 상태(920)와 비교하여 메시 스페이서(670)를 압축시키는 작동 상태로 간주될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 메시 스페이서(670)의 다공성은 상태에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서(670)의 다공성은 상태(910)로부터 상태(920)로 그리고 상태(930)로 이동할 때에 감소될 수 있다. 그러한 진행에서[예컨대, 상태(920)로부터 상태(930)로], 잠재적인 배기 가스 누출의 경로 또는 경로들의 꼬부라짐(tortuosity)이 감소될 수 있다.
상태(920)에서, 메시 스페이서(670)의 압축에 의해 가해지는 힘[예컨대, 하중(FL)]에 응답하는 반응력(FR)이 제어 아암(640)에 가해지는 것으로 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 포아송 비가 메시 스페이서(670)에 대해 정의될 수 있다. 그러한 변형은 배기 가스의 누출을 감소시키고 및/또는 부싱(660)에 대해 샤프트(650)를 센터링하는 데에 일조할 수 있다.
도 10, 도 11, 도 12, 도 13 및 도 14는 다양한 구성요소들을 조립하여 도 6의 조립체(600)와 같은 조립체를 형성할 수 있는 방법의 일례의 일부일 수 있다. 예컨대, 도 10의 조립체(1000), 도 11의 조립체(1100), 도 12의 조립체(1200), 도 13의 조립체(1300) 및 도 14의 조립체(1400)에 따라 방법이 수행될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 조립체(1000)는 웨이스트게이트(605)와, 웨이스트게이트(605) 상에 위치 설정될 수 있는 메시 스페이서(670)를 포함한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 조립체(1100)는 터빈 하우징(605)과, 터빈 하우징(610) 내에 삽입될 수 있는 부싱(660)을 포함한다. 부싱(660)은, 예컨대 하나 이상의 고정 메카니즘(예컨대, 용접, 크림핑 등)을 통해 터빈 하우징(610)에 고정될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 조립체(1200)는 하우징(605), 웨이스트게이트(605), 부싱(660) 및 메시 스페이서(670)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 도 10의 조립체(1000)는 부싱(660) 내에 삽입될 수 있고, 부싱은 터빈 하우징(610)에 고정될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 조립체(1300)는 웨이스트게이트(605)에 대해 위치 설정될 수 있는 제어 아암(640)과 함께 도 12의 조립체(1200)의 구성요소를 포함한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 조립체(1400)는 도 13의 조립체(1300)의 구성요소를 포함하고, 하나 이상의 힘은 하나 이상의 공구를 통해 인가될 수 있다. 예컨대, 공구는 웨이스트게이트(605)의 플러그(690)를 터빈 하우징(610)의 웨이스트게이트 시트(626)에 대해 압박하여 적절한 안착 및 밀봉을 보장하도록 사용될 수 있다. 그러한 방안에서, 제어 아암(640)은 웨이스트게이트(605)의 샤프트(650)의 단부에 고정될 수 있다. 도 6의 예에 관해 언급한 바와 같이, 고정은 메시 스페이서(670)가 예하중을 가하는 방식으로 발생할 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서(670)는 중력의 영향 하에 웨이스트게이트(605)의 축방향 이동을 감소시키기에 충분한 하중을 인가할 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서(670)는 샤프트(650)의 회전축이 중력과 실질적으로 정렬될 때에 웨이스트게이트(605)의 실질적인 변화가 발생하지 않도록 충분한 강성(예컨대, 그리고 압축)으로 될 수 있다. 예컨대, 조립체(1400)가 차량 내에 설치되고 차량이 (예컨대, 언덕 등에서) 그 배향을 변화시키는 경우, 웨이스트게이트(605)는 중력으로 인한 그 축방향 위치의 실질적인 변화 없이 필요에 따라 축방향으로 위치 설정된 상태를 유지할 수 있다. 그러한 메시 스페이서가 없는 경우, 웨이스트게이트(605)가 축방향으로 슬라이드하고 하나 이상의 축방향 클리어런스가 존재한다.
일례로서, 제어 아암(640)은, 샤프트(650)의 단부(653)에 대한 고정 시에, 제어 아암(640)과 부싱(660) 사이에 접촉(예컨대, 제로 클리어런스)이 목표가 되도록 위치 설정될 수 있다. 일례로서, 접촉보다는 클리어런스가 바람직할 수 있다(예컨대, 대략 1 mm 보다 작은 클리어런스가 고려된다). 일례로서, 메시 스페이서가 변형되게 한 후에 제어 아암을 웨이스트게이트의 샤프트에 고정시키는 방식으로 고정 프로세스(예컨대, 용접 등)가 제어 아암과 부싱을 접촉시킬 수 있는데, 샤프트는 부싱의 단차형 보어 내에 적어도 부분적으로 수용된다. 그러한 예에서, 제어 아암/샤프트는 하우징의 웨이스트게이트 시트에 대해 센터링된 위치에서 공간적으로 웨이스트게이트의 플러그와 함께 고정될 수 있고, 웨이스트게이트는 그 일체형 부분으로서 샤프트를 포함하는 모노블럭 웨이스트게이트일 수 있다. 그러한 프로세스는, 예컨대 제어 아암을 웨이스트게이트의 샤프트에 인시츄 용접하는 것을 포함할 수 있다.
일례로서, 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체는, 외부면, 웨이스트게이트 시트를 포함하는 내부면, 및 외부면과 내부면 사이에서 연장되는 보어를 포함하는 터빈 하우징; 터빈 하우징의 보어 내에 적어도 부분적으로 배치되며 축방향 면을 포함하는 단차형 보어를 포함하는 부싱; 샤프트, 플러그, 및 아암을 포함하는 웨이스트게이트로서, 아암은 샤프트로부터 연장되고 플러그는 아암으로부터 연장되며, 샤프트는 단부, 제1 축방향 면, 저널부, 제2 축방향 면, 및 숄더부를 포함하고, 제1 축방향 면은 단부 직경 및 저널부 직경에 의해 적어도 부분적으로 획정되며, 제2 축방향 면은 저널부 직경 및 숄더부 직경에 의해 적어도 부분적으로 획정되는 것인 웨이스트게이트; 부싱의 단차형 보어의 축방향 면과 샤프트의 제1 축방향 면 사이에서 샤프트의 단부의 축방향 길이 둘레에서 반경 방향으로 배치된 메시 스페이서; 및 샤프트의 단부에 결합되는 제어 아암을 포함하고, 부싱의 축방향 길이는 메시 스페이서와 제어 아암 사이에 배치된다. 그러한 예에서, 제어 아암을 샤프트의 단부에 결합시키는 용접부가 포함될 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서는 부싱의 단차형 보어의 축방향 면과 웨이스트게이트의 샤프트의 제1 축방향 면 사이에 하중을 가할 수 있다. 그러한 예에서, 하중은 조립 시에 예하중일 수 있다.
일례로서, 축방향 간극이 부싱의 단부와 웨이스트게이트의 샤프트의 제2 축방향 면 사이에 존재할 수 있다. 그러한 예에서, 축방향 간극은 배기 가스가 유동할 수 있는 내부 공간(예컨대, 웨이스트게이트/웨이스트게이트 시트의 챔버 공간) 내에 있을 수 있다.
일례로서, 부싱의 축방향 길이는 부싱의 하나 이상의 단부가 보어의 하나 이상의 대응하는 단부 개구로부터 축방향 외향으로 연장되도록 터빈 하우징의 보어의 축방향 길이를 초과할 수 있다.
일례로서, 부싱은 터빈 하우징에 대해 축방향으로 배치될 수 있다. 그러한 예에서, 부싱은 부싱이 고정 위치에서 축방향으로 고정된 상태로 유지하도록 축방향으로 배치될 수 있고, 터빈 하우징과 관련하여 부싱에 관해 어느 정도의 열 팽창이 발생할 수 있다.
일례로서, 부싱의 단차형 보어는 제1 보어 부분과 제2 보어 부분을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 제2 보어 부분의 직경은 제1 보어 부분의 직경을 초과할 수 있다. 그러한 예에서, 제2 보어 부분의 축방향 길이는 제1 보어 부분의 축방향 길이를 초과할 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서는 (예컨대, 제1 보어 부분과 제2 보어 부분에 의해 획정되는 바와 같이) 단차형 보어를 포함하는 부싱의 제2 보어 부분 내에 배치될 수 있다. 일례로서, 메시 스페이서의 횡방향 치수는 부싱의 단차형 보어의 제1 보어 부분의 직경을 초과할 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서는 웨이스트게이트의 샤프트의 단부와 접촉할 수 있고, 샤프트는 하우징의 보어 내에 적어도 부분적으로 수용되는 부싱의 단차형 보어 내에 적어도 부분적으로 수용된다.
일례로서, 메시 스페이서는 부동 메시 스페이서일 수 있다. 예컨대, 메시 스페이서는 용접 등의 고정 메카니즘을 통해 다른 구성요소에 물리적으로 결합되지 않고 조립체 내에 위치 설정될 수 있다. 그러한 예에서, 메시 스페이서는 하나 이상의 다른 구성요소의 이동에 응답하면서 하나 이상의 다른 구성요소로부터 독립적으로 이동할 수 있다는 점에서 부동할 수 있다.
일례로서, 메시 스페이서는 압축되지 않은 자유 스탠딩 상태와 압축된 설치 상태를 포함할 수 있다.
일례로서, 웨이스트게이트는 유닛형 구성요소일 수 있다. 예컨대, 웨이스트게이트는 단일 재료 피스로 형성된다는 점에서 모노블럭 웨이스트게이트일 수 있다.
일례로서, 방법은, 웨이스트게이트의 샤프트의 단부 상에 메시 스페이서를 위치 설정하여 제1 서브조립체를 형성하는 단계; 터빈 하우징의 보어 내에 부싱을 포함하는 제2 서브조립체를 제공하는 단계로서, 부싱은 축방향 면을 포함하는 단차형 보어를 포함하는 것인 단계; 제1 서브조립체의 적어도 일부를 단차형 보어 내에 삽입하여 메시 스페이서와 축방향 면을 접촉시키는 단계; 및 제어 아암을 샤프트의 단부에 고정시키는 단계를 포함하고, 메시 스페이서는 하중을 부싱 및 웨이스트게이트에 가한다.
방법, 디바이스, 시스템, 장치 등의 몇몇 예가 첨부 도면에 예시되고 전술한 상세한 설명에 설명되었지만, 개시된 예시적인 실시예는 제한이 아니고 다수의 재배열, 수정 및 대체가 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (16)

  1. 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체로서,
    외부면, 웨이스트게이트 시트를 포함하는 내부면, 및 외부면과 내부면 사이에서 연장되는 보어를 포함하는 터빈 하우징;
    터빈 하우징의 보어 내에 적어도 부분적으로 배치되며 축방향 면을 포함하는 단차형 보어를 포함하는 부싱;
    샤프트, 플러그, 및 아암을 포함하는 웨이스트게이트로서, 아암은 샤프트로부터 연장되고 플러그는 아암으로부터 연장되며, 샤프트는 단부, 제1 축방향 면, 저널부, 제2 축방향 면, 및 숄더부를 포함하고, 제1 축방향 면은 단부 직경 및 저널부 직경에 의해 적어도 부분적으로 획정되며, 제2 축방향 면은 저널부 직경 및 숄더부 직경에 의해 적어도 부분적으로 획정되는 것인 웨이스트게이트;
    부싱의 단차형 보어의 축방향 면과 샤프트의 제1 축방향 면 사이에서 샤프트의 단부의 축방향 길이 둘레에서 반경 방향으로 배치된 메시 스페이서; 및
    샤프트의 단부에 결합되는 제어 아암
    을 포함하고, 부싱의 축방향 길이는 메시 스페이서와 제어 아암 사이에 배치되는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 아암을 샤프트의 단부에 결합시키는 용접부를 포함하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메시 스페이서는 부싱의 단차형 보어의 축방향 면과 샤프트의 제1 축방향 면 사이에 하중을 가하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 부싱의 단부와 샤프트의 제2 축방향 면 사이에 축방향 간극이 존재하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 상기 부싱의 축방향 길이는 터빈 하우징의 보어의 축방향 길이를 초과하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 부싱은 터빈 하우징에 대해 축방향으로 배치되는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 부싱의 단차형 보어는 제1 보어 부분과 제2 보어 부분을 포함하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 보어 부분의 직경은 제1 보어 부분의 직경을 초과하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 보어 부분의 축방향 길이은 제1 보어 부분의 축방향 길이를 초과하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  10. 제7항에 있어서, 상기 메시 스페이서는 제2 보어 부분 내에 배치되는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  11. 제7항에 있어서, 상기 메시 스페이서의 횡방향 치수는 제1 보어 부분의 직경을 초과하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 메시 스페이서는 샤프트의 단부와 접촉하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  13. 제1항에 있어서, 상기 메시 스페이서는 부동 메시 스페이서(floating mesh spacer)인 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  14. 제1항에 있어서, 상기 메시 스페이서는 압축되지 않은 자유 스탠딩 상태와 압축된 설치 상태를 포함하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  15. 제1항에 있어서, 상기 웨이스트게이트는 유닛형 구성요소를 포함하는 것인 터보차저 터빈 웨이스트게이트 조립체.
  16. 방법으로서,
    웨이스트게이트의 샤프트의 단부 상에 메시 스페이서를 위치 설정하여 제1 서브조립체를 형성하는 단계;
    터빈 하우징의 보어 내에 부싱을 포함하는 제2 서브조립체를 제공하는 단계로서, 상기 부싱은 축방향 면을 포함하는 단차형 보어를 포함하는 것인 단계;
    상기 제1 서브조립체의 적어도 일부를 단차형 보어 내에 삽입하여 메시 스페이서와 축방향 면을 접촉시키는 단계; 및
    제어 아암을 샤프트의 단부에 고정시키는 단계
    를 포함하고, 상기 메시 스페이서는 하중을 부싱 및 웨이스트게이트에 가하는 것인 방법.
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