KR20030020389A - 판금 쉬라우드가 구비된 가변 노즐 터보차저 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 중앙 하우징(18)에 고정되는 베이스(38)와 상기 베이스(38)에 고정되는 인서트(64)에 의해 형성되는 터빈 입구 노즐에 있는 베인을 포함하는 카트리지(34)를 사용한 가변 노즐 터보차저에 관한 것이다. 분리된 배기 하우징(24)은, 입구 및 출구로 터보차저 터빈 휠을 구동하는 배기 가스를 제공하기 위해서, 상기 인서트(64) 외부의 상기 카트리지(34)에 수용된다.

Description

판금 쉬라우드가 구비된 가변 노즐 터보차저 {VARIABLE NOZZLE TURBOCHARGER WITH SHEET METAL SHROUD}

터보차저에 있어서, 종종 효율과 작동 범위를 개선하기 위하여 배기 가스 유동을 터빈으로 흐르도록 하는 것이 바람직하다. 배기 가스 유동을 제어하기 위해 가변 노즐의 다양한 구조가 적용되어 왔다. 종래의 터보차저에서 성공적으로 사용되어 온 연구방법으로는, 상기 터빈 입구 주위에 환상으로 배치되고 주로 상기 베인들 사이의 통로의 스로트(throat) 영역을 변화시키도록 제어되는 다수 개의 회전 베인에 관한 것이 있다. 가변 노즐을 이용하는 이러한 방법으로의 다양한 접근이, 스위하트(Swihart) 등의 미국 특허 번호 제4,679,984호 "가변 노즐 터빈을 위한 구동 시스템"과, 본 출원과 양수인이 같은 플레리(Fleury)의 미국 특허 번호제4,804,316호 "가변 노즐 터보차저의 회전 베인 구동 메커니즘을 위한 서스펜션"에 개시되어 있다.

다수 개의 베인 가변 노즐 터보차저가 전반적으로 효율과 터보차저의 성능을 크게 향상시켰지만, 베인의 지지 및 구동 구조가 복잡하여 제조 비용이 증가하였고, 때때로 유지 보수에 문제가 발생하였다. 부가적으로, 베인 지지 구조의 터빈 하우징으로의 연결은 터빈 하우징 설계 및 구조에 있어서 유연성을 제한한다. 터빈 하우징은, 차량관련 응용분야에 있어서 배기 시스템 성능에 악영향을 끼칠 수 있는 중요한 열 부하를 구성한다. 더욱이, 터빈 하우징을 배기 다기관과 통합시킴으로써 차량 터보차저 설치를 위한 부품 수 및 복잡함을 감소시킬 수 있다. 따라서, 구동 시스템을 개선하기 위해 터빈 하우징과 독립적으로 가변 노즐 구조 지지대를 배치하여 신뢰성을 증가시키고 상기 배치를 적용하는 터보차저의 제조 단가를 감소시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 대체로 가변 터빈 입구 결합구조가 구비되는 터보차저(turbocharger)의 분야에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명에서는 터빈 하우징과는 독립적인 가변 입구 베인(vane) 지지대의 구조적인 배치가 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 터보차저의 실시예의 평면도이다.

도 2a는 배기 하우징, 중앙 하우징 및 베어링 시스템에 의해 지지되는 터빈 축 휠 조립체가 구비된 카트리지 조립체가 자세하게 도시된 중심선 주위로의 측면 반단면도이다.

도 2b는 상기 카트리지를 보다 상세하게 보여주는 도 2a로부터 회전된 평면에서의 측면 반단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예가 도시된 조립체의 배기 하우징이 부분적으로 제거된 중앙 하우징과 카트리지의 입체도이다.

도 4는 가변 결합구조 노즐 베인이 보이도록 인서트가 절개된 중앙 하우징과 카트리지 조립체의 제2도이다.

도 5는 가변 결합구조 베인 암, 부분 유니슨 링 및 베인 크랭크 조립체가 도시된 저면 입체도이다.

본 발명에 따른 가변 결합구조 터보차저는, 일단에 터빈 휠이 장착되고 타단에 압축기 임펠러가 장착되는 축을 지지하는 베어링 조립체를 수반하는 중앙 보어가 구비된 중앙 하우징으로 구성된다. 상기 임펠러를 둘러싸는 압축기 하우징은 상기 중앙 하우징에 부착되고, 공기 입구 및 압축 공기 출구가 구비된다.

베이스 및 인서트를 구비한 카트리지는 상기 압축기 하우징의 반대편에서 상기 중앙 하우징에 부착된다. 상기 카트리지는 베이스와 인서트로 구성된다. 배기입구 노즐 및 노즐을 상호 형성하는 상기 베이스와 인서트는 배기 출구에 상기 터빈 휠에 일치하는 공기역학적 궤적을 구성한다.

내부 노즐 벽에 실질적으로 평행한 제1 면으로부터 연장된 회전 포스트들이 구비된 다수 개의 베인들은 상기 가변 노즐을 제공한다. 상기 포스트는 상기 내부 노즐 벽 상의 상기 베이스 내에 있는 원주 방향으로 이격된 간극에 수용된다. 상기 포스트에는, 상기 중앙 하우징과 상기 베이스 사이에 사용되는 유니슨 링에 있는 만곡부에 연결되도록 연장된 구동 암이 구비된다.

상기 유니슨 링은 상기 유니슨 링 내의 슬롯을 연결하는 구동 암이 구비된 크랭크에 의해 구동된다. 상기 크랭크는, 상기 구동 암이 반경 방향의 슬롯에서 움직이도록 하고, 상기 유니슨 링이 회전 운동 하도록 하는 반경 방향 슬롯에 수직한 힘을 전달하면서 제1 위치로부터 제2 위치로 지속적으로 움직일 수 있다.

판금 배기 하우징은, 상기 노즐로의 배기 가스를 위한 입구를 제공하면서, 상기 중앙 하우징 상의 카트리지 상에 설치된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 본 발명의 실시예는, 볼트(16)에 의해 고정되는 둘 이상의 클램프(14)를 사용하는 백플레이트(backplate)(12)에 연결되는 압축기 하우징(10)으로 구성된다. 상기 백플레이트는 여러 개의 볼트(20)와 씰 링(22)으로 중앙 하우징(18)에 부착된다. 도시된 실시예에서 판금 배기 하우징(24)은, 볼트(28)에 의해 고정되는 밴드(26)를 사용하여 상기 중앙 하우징에 연결된다. 상기 터보차저로 공급되는 배기 가스 또는 다른 고에너지 가스는 입구(32)를 통하여 상기 배기 하우징으로 들어간다.

도 2a, 도 2b, 도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 부재번호 34가 가리키는 카트리지는 상기 중앙 하우징 상에 장착된다. 터빈 휠 및 축 조립체(30)는, 상기카트리지 내에 달려있는 터빈 휠에 구비된 베어링에 의해 수반된다. 다수 개의 베인(36)들이 카트리지 베이스(38) 상에 구비된다. 상기 베인들은, 내부 입구 노즐 벽을 형성하는 베이스 상의 평면(43)에서, 상기 베인들로부터 구멍(42)들로 연결되는 포스트(40) 주위를 회전한다. 구동 암(44)은 상기 베인 포스트로부터 연장되어 유니슨 링(48)에 있는 만입부(46)로 연결된다. 구동 크랭크(50)는, 상기 링의 회전을 위하여 상기 유니슨 링에 있는 슬롯(56)을 연결하는 핀(54)을 수반하는 레버 암(52)의 일단에 종결된다. 상기 크랭크는, 중앙 하우징에 있는 보스(58)로부터 연장되어 부쉬(60)를 통하여 엑츄에이터에 의해 연결된 외부 암(62)에서 종결된다.

도 2a, 도 2b 및 도 3에 잘 도시된 것과 같이 인서트(64)는, 구멍(68)에 수용되는 볼트(66)에 의해 상기 중앙 하우징에 부착된다. 지지 포스트(70)는, 상기 베이스를 상기 중앙 하우징에 수용되는 스페이서 핀(39)(도 1)에 대하여 압박하면서 상기 베이스를 지지한다. 또한, 상기 인서트의 원주 주위로 뻗어있는 림(71)은 V밴드 클램프에 의해 연결된다. 상기 인서트는 상기 노즐(72)의 외벽을 상기 베인들과 아주 가깝게 결합시킨다. 또한, 상기 인서트는 터빈(73)의 배기 가스 출구에 터빈 휠 상에 블레이드와 일치되는 공기역학적인 궤적을 제공한다. 인서트 및 베인과 구동 요소가 구비된 베이스는, 상기 카트리지를 형성하는데, 상기 카트리지는 상기 중앙 하우징 및 배기 하우징 모두로부터 분리되고, 상기 두 구성요소 사이에 부착된다. 본 발명의 카트리지를 사용함으로써, 도시된 실시예의 판금 배기 하우징과 같은 개선이 가능하고 하면서, 상기 배기 하우징이 종래 기술 설계에 비하여 간략화될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 두 개의 베어링(74) 및 베어링 스페이서(76)가 구비된 베어링 시스템이, 또는 대체 실시예에서는 하나의 베어링이, 상기 중앙 하우징(78)의 중앙 보어에 있는 상기 축 휠 조립체를 지지한다. 또한 상기 축은, 상기 중앙 하우징 및 압축기 백플레이트 사이에 수반되는 지지 베어링(82)을 연결하는 지지 칼라(collar)(80)를 통하여 연장된다. 피스톤 링(84)은 상기 백플레이트에 있는 축 보어로 상기 지지 칼러를 밀봉한다. 상기 압축기 임펠러(86)는 축 휠 조립체에 부착된다.

특허법에서 요구하는 것만큼 본 발명에 대하여 충분히 설명하였는 바, 당해 분야에서 숙련된 기술을 가진 사람이라면 누구나 본 명세서에 개시된 특정 실시예로부터 수정을 가하거나 변경하는 것이 가능하다. 그러한 수정과 변경은 이하의 청구범위에서 정의되는 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (3)

1. 베어링 조립체(74)를 수반하는 중앙 보어가 구비된 중앙 하우징(18);

   일단이 압축기 임펠러(86)에 연결되는 축이 상기 중앙 하우징(18)을 통하여 연장되되, 상기 축의 타단에 연결되고 상기 베어링 조립체(74)에 의해 지지되는 터빈 휠;

   베이스(38)에 부착되는 내부 노즐 및 인서트(64)를 포함한 베이스(38)가 구비되고, 상기 인서트(64)에는 노즐(72)의 외벽이, 상기 터빈 휠에 실질적으로 일치하는 공기역학적 궤적이 구비되는 상기 내부 노즐 벽 및 배기 출구와 이격되어 구비되고, 상기 내부 및 외부 노즐 벽 사이에서 여러 개의 베인(36)을 지지하고, 상기 베인을 회전시키는 수단을 더 포함하는 카트리지(34);

   공기 입구 및 압축공기 출구가 구비되고, 상기 카트리지와 반대방향으로 상기 압축기 임펠러(86)를 둘러싸는 상기 중앙 하우징(18)에 부착되는 압축기 하우징(10); 및

   배기 가스를 위한 입구 및 출구가 구비되고, 상기 중앙 하우징(18)으로부터 상기 카트리지(34)의 바깥쪽에 부착되는 배기 하우징(24)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 판금 쉬라우드가 구비된 가변 노즐 터보차저.
2. 제1항에 있어서, 상기 베인(36)을 회전시키는 수단은,

   내부 노즐 벽 상의 상기 베이스 내에 있는 원주 방향으로 이격된 간극에 수용되고, 내부 노즐 벽에 실질적으로 평행한 각각의 베인(36)의 제1 면으로부터 연장된 회전 포스트(40);

   상기 포스트(40)로부터 연장된 구동 암(44);

   상기 베인(36)의 수에 상응하는 다수 개의 만곡부(46)가 구비되고, 상기 만곡부(46)에는 상기 구동 암(44)이 수용되며, 슬롯(56)이 더 포함되는 유니슨 링(48);

   상기 슬롯(56)에서 움직이는 구동 암(44)이 구비되고, 제1 위치로부터 제2 위치로 지속적으로 움직일 수 있으며, 그 움직임에 의해 상기 구동 암(44)이 상기 슬롯(56)에서 움직이고 상기 유니슨 링(48)이 회전 운동 하도록 하는 상기 슬롯(56)에 수직한 힘을 전달하는 크랭크(40); 및

   상기 크랭크를 움직이게 하는 수단(50)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 판금 쉬라우드가 구비된 가변 노즐 터보차저.
3. 제1항에 있어서, 상기 배기 하우징이 판금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 판금 쉬라우드가 구비된 가변 노즐 터보차저.