KR20070024438A - 가변용량형 배기 터보과급기 및 가변노즐 기구의구성부재를 제조하는 방법 - Google Patents

가변용량형 배기 터보과급기 및 가변노즐 기구의구성부재를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레버 플레이트 혹은 구동 링 전부에 형성된 연결 핀부와 상기 연결 핀부에 결합되어 있는 홈의 접촉 면의 마찰을 감소시키기 위한 수단이 사용되며, 구동 링의 미끄러짐에 의해서 야기되는 가변 노즐 기구에서 있을 수 있는 오작동의 가능성을 방지하기 위하여, 노즐 마운트로부터 상기 레버 플레이트을 향해서 구동일의 미끄러짐을 방지하는 수단을 가진 가변 용량형 배기 터보과급기를 제공하는 것이다.
본 발명에서, 상기 가변 노즐 기구의 상기 레버 플레이트와 상기 구동 링 사이가 연결되게 하는 연결 핀부는, 압출 혹은 정밀 주조에 의해서 상기 레버 플레이트 혹은 상기 구동 링 전부에 형성되어 있으며, 적어도 연결 핀부 혹은 각 연결 핀부가 안에 결합된 각 홈이 표면 경화 처리되며, 이 표면 강화 처리는 코팅 도포를 포함한다.
가변 용량형 배기 터보 과급기

Description

가변용량형 배기 터보과급기 및 가변노즐 기구의 구성부재를 제조하는 방법 {VARIABLE-THROAT EXHAUST TURBOCHARGER AND METHOD FOR MANUFACTURING CONSTITUENT MEMBERS OF VARIABLE THROAT MECHANISM}
도 1a 는 레버 플레이트측에서 바라본 본 발명의 가변 노즐 기구의 제 1 실시형태의 정면도이고, 도 1b 는 도 1a 의 선 A-A 를 따라서 취한 단면도이다.
도 2a 는 레버 플레이트측에서 바라본 본 발명의 가변 노즐 기구의 제 2 실시형태의 정면도이고, 도 2b 는 도 2a 의 선 A-A 를 따라서 취한 단면도이다.
도 3a 는 레버 플레이트측에서 바라본 본 발명의 가변 노즐 기구의 정면도이고, 도 3b 는 도 2a 의 선 A-A 를 따라서 취한 단면도이며, 도 3c 는 제 3 실시형태의 변형예의 도 3a 의 선 C-C 를 따라서 취한 단면도이다.
도 4a 는 레버 플레이트측에서 바라본 본 발명의 가변 노즐 기구의 제 2 실시형태의 정면도이고, 도 4b 는 도 4a 의 선 D-D 를 따라서 취한 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 가변 노즐 기구를 구비한 가변용량형 배기 터보과급기의 길이방향 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
30. 터빈 케이싱
31. 압축기 하우징
32. 터빈 샤프트
34. 터빈 로터
35. 압축기
36. 베어링 하우징
38. 스크롤
본 발명은 내연기관용 배기 터보과급기에 적용되고, 복수의 노즐 베인의 블레이드 각도를 변화시키는 가변노즐 기구가 설치된 가변용량형 배기 터보과급기의 레버 플레이트 및 구동링의 구성품에 관한 것이고, 가변노즐 기구의 조립방법에 관한 것이다.
본 발명의 출원인에 의해서 적용된 일본 공개특허공보 제 2000-285804 호 (이하, 종래기술 문헌 1 이라 함) 에는 복수의 노즐 베인의 블레이드 각도를 변화시키는 가변노즐 기구가 설치된 가변용량형 배기 터보과급기의 레버 플레이트와 구동 링의 구성품에 관한 기술이 개시되어 있다. 또한, 일본 공개특허공보 제 2002-332866 호 (이하, 종래기술 문헌 2 라 함) 에도 공지되어 있다.
상기 종래기술 문헌 1 에 개시된 기술에서, 터보 과급기는 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트와 액츄에이터에 의해서 회전 가능한 환형 구동링을 포함하는 가변노즐 기구에 의해서 회전 가능하게 지지된 복수의 노즐 베인과, 연결되는 구동링 의 각각의 연결핀과 한쪽 단부에서 결합되는 홈을 각각 구비한 레버 플레이트를 포함하고, 이에 따라 노즐 베인의 블레이드 각도가 각각의 레버 플레이트를 선회시키도록 구동 링을 회전시킴으로써 변화되고, 이 블레이드 각도는 레버 플레이트의 선회에 의해서 변화되며, 여기서, 연결핀 또는 핀들은 이들이 모체, 즉 레버 플레이트 또는 구동링과 일체형으로 형성되도록 사출성형 또는 정밀 성형에 의해서 레버 플레이트 및 구동링 중의 어느 하나에 형성된다.
상기 종래기술 문헌 2 에 개시된 기술에서, 터보과급기는 터보 로터를 회전시키도록 터보과급기내로 도입되고, 엔진으로부터 배기되는 배기가스의 유동속도를 조절하는 가변 블레이드 각도 노즐 베인과, 배기 터빈의 바깥 둘레 부분에 배열된 가변 블레이드 각도 노즐 베인을 회전 가능하게 지지하는 터빈 프레임과, 배기가스의 유동속도를 조절하도록 노즐 베인을 회전시키는 가변노즐 기구를 포함하며, 이에 따라 배기가스의 속도는 저회전속도에서 균일한 고출력이 얻어질 수 있도록 가변 블레이드 각도 노즐 베인에 의해서 배기흐름을 조절함으로써 증가되고, 그리고 터보과급기의 배기 가이드 조립체는 카바이드 또는 니트라이드로 표면을 피복하도록 표면처리된다.
그러나, 특허문헌 1 의 기술에서, 레버 플레이트 또는 구동 링에 연결핀(들)이 압출 또는 정밀 주조로 형성되어 연결핀(들)은 모재(즉, 레버 플레이트 또는 구동링)와 일체로 형성되는데, 하지만 연결핀의 마모와 이 연결핀이 결합되는 연결 플레이트의 홈의 마모에 대한 대응책은 개시되어 있지 않다.
상기 종래기술에서, 구동링은 레버 플레이트의 측면과 노즐 마운트의 측면 사이에서 축선방향으로 상기 노즐 마운트에 인접하여 배치된다. 그러나, 노즐 마운트로부터 구동링이 레버 플레이트 쪽으로 미끄러져 빠지는 것을 막을 수 있는 방안은 제시되어 있지 않다.
특허문헌 2 에 개시된 기술에서는, 표면을 탄화물 또는 질화물로 피복하기 위해 배기 안내 어셈블리의 구성 부재를 표면처리하는 것이 개시되어 있는데, 하지만 가변 블레이드각 노즐 베인 및 터빈 프레임의 피복만이 언급되어 있을 뿐, 가동부재를 통해 회전력을 가변 블레이드각 노즐 베인에 전달하는 전달부재의 표면처리에 대해서는 언급이 없다.
또한, 특허문헌 2 의 기술에서는, 링부재를 제공하고 회전부재를 상기 링부재와 터빈 프레임의 플랜지 사이에 개재하고, 회전부재가 터빈 프레임 쪽으로 밀림으로써, 회전부재가 터빈 프레임으로부터 떨어지는 것이 방지된다. 따라서, 링부재를 제공할 필요가 있고, 이는 비용과 무게의 증가를 초래하고 또한 조립을 복잡하게 만든다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 감안하여 특허문헌 1, 2 에 개시된 기술을 개선시키고자 하는 것이다. 본 발명의 목적은, 레버 플레이트 또는 구동링과 일체로 형성된 연결핀부 및 이 연결핀부와 결합하는 홈이 이들의 접촉면의 마모가 감소될 수 있도록 처리되어 있으며, 또한 노즐 마운트에서 구동링이 레버 플레이트 쪽으로 미끄러져 빠지는 것을 막아서 구동링의 빠짐으로 있을 수 있는 가변 노즐 기구의 오작동의 발생을 방지할 수 있는 수단을 구비한 가변 용량형 배기 터 보과급기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운드에 의해 회전가능하게 지지되는 복수의 노즐 베인들; 액추에이터에 연결되어 회전되는 환형의 구동 링; 상기 노즐 베인의 숫자와 동일한 수이며, 일단은 연결핀을 통해 상기 구동 링과 연결핀이 결합된 홈에 연결되고, 타단은 상기 노즐 베인에 연결되는 레버플레이트; 를 포함하며, 상기 레버 플레이트는 상기 구동 링을 회전함으로써 진동하고 상기 노즐 베인의 날 각도를 조절하도록 상기 레버 플레이트의 진동에 의해 회전되는 가변용량형 배기 터보 과급기에 있어서, 상기 연결핀은 압출에 의해, 또는 상기 레버 플레이트의 연결 핀 부분으로서 정밀 주조에 의해 상기 구동 링과 일체로 형성되거나, 또는 상기 연결핀들은 압출에 의해 상기 구동 링과 일체로 형성되거나, 또는 구동 링의 연결 핀으로서 정밀 주조에 의해 상기 레버 플레이트와 일체로 형성되고, 연결핀 부분들이 결합되는 구동 링의 레버 플레이트/핀 부분들의 연결 핀 부분 또는 레버 플레이트의 구동 링/ 홈의 구동 링 또는 홈의 적어도 하나는 확산 코팅을 포함하는 표면 강화처리된다.
본 발명에서는, 구체적으로는, 상기 구동 링이 상기 레버 플레이트와 노즐 마운트가 그 축방향으로 나란한 상태에서 상기 레버 플레이트와 노즐 마운트 사이에 배치되고, 접속 핀부가 상기 레버 플레이트 또는 상기 구동 링의 측면으로부터 돌출하여 당해 레버 플레이트 또는 구동 링과 일체로 형성되고, 이로써 상기 레버 플레이트의 접속 핀부 또는 상기 구동 링의 핀부가 구동 핀의 홈 또는 레버 플레이트의 홈에 결합하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 전술한 바와 같이 구성된 가변노즐 기구를 구비한 가변용량형 배기 터보과급기를 제조하는 방법을 제안한다. 이 방법에서는, 하나의 접속 핀부는, 그 평탄면상의 일 지점에서 가압하여 핀부가 타측의 평탄면으로부터 돌출되도록 레버 플레이트와 단일편으로 레버 플레이트에 형성되거나, 또는 레버 플레이트와 단일편으로 레버 플레이트의 평탄면상에서 정밀 주조를 행함으로써 형성되거나 하며, 또는 복수의 접속 핀부는 그 평탄면상의 복수의 지점에서 가압하여 핀부가 구동 링의 타측의 평탄면으로부터 돌출되도록 구동 링과 단일편으로 구동 링에 형성되거나, 또는 구동 링과 단일편으로 구동 링의 평탄면상에서 정밀 주조를 행함으로써 형성되며, 레버 플레이트의 접속 핀부/구동 링의 핀부 또는 구동 링의 홈/레버 플레이트의 홈중 적어도 하나는 확산 코팅을 포함한 표면경화처리가 실시된다.
본 발명에 따르면, 접속 핀부는, 레버 플레이트 또는 구동 링의 재료로서 인성을 지니고 있으나 비교적 연성이며 또한 압출이 용이한 강재료를 사용함으로써, 레버 플레이트 또는 구동 링에 압출성형을 행함으로써, 또는 정밀 주조에 의해, 모재, 레버 플레이트 또는 구동 링과의 일체적인 제조가 용이하다. 또한, 적어도 접속 핀부 또는 이 접속 핀부가 결합하는 홈을 확산 코팅을 포함한 표면경화처리를 실시함으로써, 그 접촉표면의 경도가 증가하고 또한 접촉표면의 마모가 감소된다.
따라서, 각 레버 플레이트의 접속 핀부 또는 구동 링의 부분이 한번의 가공처리로 이루어지는 압출 또는 정밀 주조에 의해 각 레버 플레이트 또는 구동 링과 용이하게 일체로 형성될 수 있는 한편, 접촉표면의 경도를 증가시켜 접촉표면의 마모를 억제함으로써 접속 핀부와 홈과의 접촉표면의 내구성을 크게 할 수 있으며, 그 결과, 접속 핀이 개별적으로 제공되어 레버 플레이트 또는 구동 링에 고정되는 가변노즐 기구에 비하여, 조립에 드는 수고 및 비용을 줄이고, 부품의 제조비용을 줄일 수 있다.
본원에 있어서, 상기 구동 링은 상기 레버 플레이트 및 이 레버 플레이트와 나란한 노즐 마운트와 축방향으로의 노즐 마운트 사이에 배치되고, 리벳이 그 외측면에서 노즐 마운트에 고정되어, 구동 링의 외측면이 리벳의 안착면과 접촉하게 되어 구동 링이 축방향으로 이동하지 못하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 구동 링의 외측면 및 노즐 마운트의 외측면을 가로질러 활보하도록 리세스가 형성되고, 이 리세스 각각에 리벳 각각의 헤드가 수용되는 것이 바람직하다.
이와 같은 본 발명에 따라서, 다수의 리벳을 노즐 마운트의 측면에 고정하도록 하는 매우 컴팩트하고, 비용절감적이며, 경량인 수단에 의해 구동 링이 축방향으로 미끄러지는 것이 확실히 방지될 수 있고, 그 결과 구동 링이 축방향으로 미끄러짐으로써 유발되는 가변 노즐 기구의 오작동 발생이 방지된다.
상기 구동 링은 상기 레버 플레이트 및 이 레버 플레이트와 나란한 노즐 마운트와 축방향으로의 노즐 마운트 사이에 배치되고, 노즐 마운트의 외측부에 다수의 부분적인 원주방향 홈이 제공되어, 부분적인 원주방향 홈내에 구동 링을 수용하고 또한 구동 링이 축방향으로 이동하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 다수의 결합부가 제공되는 것이 바람직하고, 상기 결합부는 구동 링 또는 노즐 마운트에 각각 제공된 볼록부 및 오목부로 구성되어, 상기 볼록부와 오 목부를 결합시키고 노즐 마운트에 대하여 구동 링을 축방향으로 이동시킴으로써 구동 링이 노즐 마운트에 끼워맞춰질 수 있고, 그로 인해 구동 링을 노즐 마운트에 끼워맞춘 후 구동 링을 회전 방향으로 이동시킴으로써 구동 링이 상기 부분적인 원주방향 홈에 결합하게 된다.
전술한 바와 같이 구성된 가변 노즐 기구가 장착된 가변용량형 배기 터보과급기의 제조 방법으로서, 상기 레버 플레이트, 및 레버 플레이트와 나란히 외측부에 다수의 부분적인 원주방향 홈이 제공된 노즐 마운트와 축방향으로의 노즐 마운트 사이에 구동 링이 배치되고, 다수의 결합부가 제공되며, 상기 결합부는 구동 링 또는 노즐 마운트 각각에 제공된 볼록부 및 오목부로 구성되어, 볼록부와 오목부를 결합시키고 노즐 마운트에 대하여 구동 링을 축방향으로 이동시킴으로써 구동 링이 노즐 마운트에 끼워맞춰질 수 있고, 그로 인해 구동 링을 노즐 마운트에 끼워맞춘 후 구동 링을 회전 방향으로 소정의 각만큼 이동시킴으로써 구동 링이 상기 부분적인 원주방향 홈에 결합하게 되어, 구동 링이 축방향으로 미끄러지는 것을 방지하며, 상기 레버 플레이트는 구동 링에 부착되고 노즐 베인의 노즐 샤프트에 연결되고, 상기 노즐 샤프트는 노즐 마운트를 관통하며, 노즐 마운트는 레버 플레이트와 노즐 베인 사이에 끼워져 있다.
본 발명에 따르면, 구동링을 노즐 마운트의 측면부에서 부분적인 둘레 홈으로의 결합시킴으로써, 구동링이 축방향으로 미끄러지는 것이 부가적인 부재를 요구하지 않는 방법으로 긍정적으로 방지되어 부재의 수 및 비용의 증가를 초래하지 않으며, 가변노즐 기구의 오작동의 발생이 방지될 수 있다.
나아가, 연결 핀부의 표면 또는 연결부가 PVD 공정 (물리적 기상 증착 공정) 이나 CVD 공정 (화학적 기상 증착 공정) 에 의하여 그 안으로 연결부가 결합된 홈의 표면에 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다.
이처럼 본 발명에 따르면, 연결 핀부의 표면 또는 PVD 공정이나 CVD 공정에 의하여 연결 핀부가 그 안으로 결합된 홈의 표면에 경화 코팅층이 형성됨에 의하여, 접촉 표면의 내마모성이 증가된다.
본 발명에 따르면, 연결 핀부 및 연결 핀부가 그 안으로 결합된 홈의 접촉 표면의 경도는, 접촉 표면을 확산 코팅을 포함하는 표면 경화 처리하여 증가될 수 있다. 따라서, 접촉 표면의 마모를 억제하기 위하여 상기 접촉 표면의 경도를 증가시킴으로써 접촉 표면의 높은 내구성을 유지하면서, 하나의 공정 단계로 구성된 압출에 의해서 또는 정밀 주조에 의해 각 연결 핀부는 각 레버 플레이트 또는 구동링과 일체로 쉽게 형성될 수 있으며, 결과적으로 연결핀이 개별적으로 제공되어 레버 플레이트 또는 구동링에 고정되는 가변노즐 기구와 비교하여 조립 노동시간 및 조립 비용이 감소될 수 있고 부재의 수 및 부재의 제조 비용이 감소될 수 있다.
표면 경화에 있어서, 강-대-강 접촉의 경우에, 접촉 표면은 점착 (점착 마모 (adhesive wear)) 에 의해 심각하게 마모되는 경향이 있으나, 접촉 부품의 표면이 표면 경화 처리될 때, 표면에 세라믹 또는 금속간 화합물이 생성됨에 의해 표면이 경화되어 점착 마모가 완화된다. 표면 경화에 의하여 미끄럼 접촉에 의하여 유발되는 표면의 거칠어짐 (coarsening) 이 억제되기 때문에, 접촉 부재의 타 부재의 표면이 표면 경화 처리되지 않을 때에도 표편상의 스크래치의 발생이 줄어들 수 있으며 점착 마모의 발생이 완화될 수 있다.
따라서, 접촉 부재의 표면만을 표면 경화 처리함으로써 접촉 표면의 마모의 감소를 기대할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면, 다수의 리벳을 노즐 마운트의 측면에 고정하는 매우 간결하고 비용이 절감되는 방법에 의하여 또는 구동링을 노즐 마운트의 측면부에서 부분적인 둘레 홈으로의 결합시킴으로써 추가적인 부재를 요구하지 않아 부재의 수 및 비용이 증가되지 않는 방법에 의하여, 구동링이 축방향으로 미끄러지는 것이 긍정적으로 방지될 수 있으며 가변노즐 기구의 오작동의 발생이 방지될 수 있다.
이제부터 본 발명의 바람지한 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 실시형태에 있어서 구성 부분의 특별히 한정된 치수, 재료, 상대적인 위치 등은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 설명을 위한 것으로 해석되어야 한다.
도 5 는 본 발명에 따른 가변 노즐 기구를 구비한 가변용량형 배기 터보과급기의 길이방향 단면도이다.
도 5 에 있어서, 도면부호 '30' 은 터빈 케이싱을 나타내고, '38' 은 터빈 케이싱 (30) 의 주변부에 나선형으로 형성된 스크롤 (scroll) 을 나타낸다. 도면부호 '34' 는 방사유동식 (radial flow type) 의 터빈 로터를, '35 는 압축기를, '32' 는 터빈 로터 (34) 를 압축기 (35) 에 연결하는 터빈 샤프트를, '31' 은 압축기 하우징을, 그리고 '36' 은 베어링 하우징을 각각 나타낸다.
터빈 로터 (34) 를 압축기 (35) 에 연결하는 터빈 샤프트는 베어링 하우징 (36) 및 두 개의 베어링 (37, 37) 에 의해 회전가능하게 지지된다. 도면부호 '8' 은 배기 가스 유출부를 나타내고, '40' 은 배기 터보 차저의 회전 축선을 나타낸다.
도면부호 '2' 는 노즐 베인 (nozzle vane) 을 나타내고, 복수의 노즐 베인이 스크롤 (38) 의 내측 주변부에 동일한 간격으로 배치되어 있으며, 노즐 베인의 측면에 형성된 노즐 샤프트 (2a) 가 터빈 케이싱 (30) 에 고정된 노즐 마운트 (2) 에 의해 회전가능하게 지지된다.
참조 번호 "41" 은 엑츄에이터, 참조 번호 "33" 은 엑츄에이터 로드, 그리고 참조 번호 "39" 는 엑츄에이터 로드 (33) 를 구동 링 (3) 에 연결하는 구동 기구 이며, 구동 기구는 엑츄에이터 로드의 왕복 운동을 구동 링의 회전 운동으로 변환한다.
참조 번호 "100" 은 노즐 베인 (2) 의 블레이드 각을 변화시키기 위한 가변노즐이다.
도 5 에 도시된 바와 같이 구성된 가변노즐 기구가 장착된 가변용량형 배기 터보과급기의 작동시, 내연기관 (도시되지 않음) 으로부터의 배기 가스는 스크롤 (38) 로 장입되어, 스크롤 (38) 의 주두 (volute) 를 따라 유동한다. 배기 가스는 터빈 로터의 외주면으로부터 터빈 로터 (34) 내로 노즐 베인 (2) 사이의 통로 를 통해 유동하며, 터빈 로터 (34) 에서 팽창 작업에 의해 반경 내부방향으로 유동하고, 배기 가스 출구 (8) 를 통해 외부로 축선방향을 따라 배출된다.
가변용량형 배기 터보과급기의 제어는 엑츄에이터 (41) 에 의해 이루어지며, 엑츄에이터는 노즐 베인 (2) 의 블레이드 각을 각 위치로 바꾸도록 작동되어, 배기 가스가 요구되는 유속으로 노즐 베인 (2) 사이에서 통로를 통해 유동하게 하며, 상기 블레이드 각은 블레이드 각 제어 수단 (도면에 도시되지 않음) 에 의해 결정된다. 엑츄에이터 로드 (33) 의 왕복 운동은 구동 기구 (39) 의 미디움에 의해 구동 링의 회전 운동으로 변환된다.
구동 링의 회전에 의해 각각의 레버 플레이트 (1) 는 각각의 노즐 샤프트 (2a) 를 회전시키기 위해, 연결 핀부 (10 또는 11) 를 통해 노즐 샤프트 (2a) 각각의 중심 축선을 중심으로 회전한다. 노즐 베인은 노즐 샤프트의 회전에 의해 회전되며, 상기 요구되는 각 위치로 블레이드 각을 바꾼다.
본 발명은 가변용량형 터빈 등을 통해 유동하는 배기 가스의 유속을 제어하는 가변노즐 기구 (100) 의 개선에 관한 것이다.
[제 1 실시형태]
도 1a 는 레버 플레이트 측에서 본, 본 발명의 가변노즐 기구의 제 1 실시형태의 정면도이고, 도 1b 는 도 1a 에서 선 A-A 를 따른 단면도이다.
참조 번호 "100" 은 노즐 베인 (2) 의 블레이드 각을 변화하기 위한 가변노즐 기구이며, 다음과 같이 구성된다.
참조 번호 "3" 은 환상 형상으로 형성된 구동 링이며, 노즐 마운트 (5) 에 의해 회전식으로 지지된다. 홈 (3y) 은 동일한 간격으로 구동 링 (3) 의 주변부에서 제공되며, 다음에 설명될 연결 각각의 핀부 (10) 에는 홈이 각각 결합된다. 참조 번호 "3z" 는 구동 기구 (39) 의 링크가 결합된 구동 홈이다.
참조 부호 "1" 은, 수효로 홈 (3y) 에 대응하여, 구동 링 (3) 의 주변부 상에 배치된 레버 플레이트를 나타낸다.
각각의 레버 플레이트 (1) 는, 그 레버 플레이트의 표면상에 형성된 커넥팅 핀 부분 (10) 을 원주 외측에 가지며, 노즐 베인 (2) 의 노즐 샤프트 (2a) 는 그 내측에서 레버 플레이트 (1) 에 고정된다.
참조 부호 "6" 은 고리 모양으로 형성된 서포트 플레이트이며, 참조 부호 "7" 은 서포트 플레이트 (6) 를 노즐 마운트 (5) 에 연결하기 위한 노즐 서포트를 나타낸다.
도 1b 에서 보는 바와 같이, 가변 노즐 기구 (100) 에서 레버 플레이트 (1) 는 축방향 외측 (도 5 에서, 배기 가스 배출측 (8)) 에 배치되며, 구동 링 (3) 은 레버 플레이트 (1) 의 일측면과 노즐 마운트 (5) 의 일측면 사이에서 레버 플레이트 (1) 및 노즐 마운트 (5) 와 함께 그 축 방향으로 나란히 배치된다.
커넥팅 핀 부분 (10) 은 압출에 의해 성형되며, 레버 플레이트 (1) 의 평탄면 상의 일 지점은, 그 타방의 평탄면 상에 원통형의 돌출부를 얻기 위해, 프레스 기에 의해 프레스 되어 그 위에 오목부 (10a) 를 형성하게 되고, 따라서, 커넥팅 핀 부분 (10) 은 모재료, 즉, 레버 플레이트 (1) 와 일체(one piece)로 성형된다.
상기 레버 플레이트는, 정밀 주조에 의해 제조되어, 그 레버 플레이트와 일 체로 된 커넥팅 핀 부분 (10) 을 얻을 수도 있다.
구동 링 (3) 의, 커넥팅 핀 부분 (10) 중 적어도 한 주변부 및 커넥팅 핀 부분 (10) 안으로 결합될 홈 (3y) 의 표면은, 크롬 확산 코팅, 알루미늄 확산 코팅, 바나듐 확산 코팅, 니오븀 확산 코팅, 붕소(boron) 확산 코팅, 질화 처리, 또는 상기 확산 코팅 및 탄소 처리(carburizing) 등이 결합된 처리 등을 거친다.
전술한 구성의 가변 노즐 기구 (100) 를 제조하기 위해, 커넥팅 핀 부분 (10) 은, 프레스기에 의해, 레버 플레이트 (1) 의 평탄면상의 일 지점을 프레스함으로써 그 레버 플레이트 (1) 로부터 돌출하도록 일체로 형성되며, 그 레버 플레이트의 타방 평탄면 상에는 원통형의 오목부 (10a) 가 형성된다. 홈 (3y) 은 기계가공에 의해 구동 링 (3) 위에 형성되거나 또는 구동 링을 정밀 주조에 의해 제조할 때, 정밀 주조에 의해 성형된다.
그리고 나서, 구동 링 (3) 의, 커넥팅 핀 부분 (10) 중 적어도 한 주변부 및 커넥팅 핀 부분 (10) 안으로 결합될 홈 (3y) 의 표면은, 전술한 바와 같은 표면 경화처리를 거치게 된다.
[제 2 실시형태]
도 2a 는, 레버 플레이트 측에서 바라본, 본 발명에 따른 가변 노즐 기구의 제 2 실시형태의 전면도이고, 도 2b 는, 도 2a 의 A-A 선을 따른 단면도이다.
제 2 실시형태에서, 구동 링 (3) 의 편평면에서 동일한 간격으로 원주 방향으로 늘어선 복수의 스폿(spot) 은 원통형의 가압부 (3a) 를 형성시키기 위해서 프레스에 의해 가압되며, 다른 측 편평면에서 원통형 돌출부를 얻기 위해서 이 각각 은 제 1 실시형태의 그것과 유사하며, 그래서, 연결 핀부 (11) 는 모재, 즉 구동 링 (3) 을 지닌 일부재로 형성된다. 레버 플레이트 (1) 의 각각은 그의 외측에서 두 분기부를 가지도록 형성되어 있어서, 구동 링 (3) 의 연결 핀부 (11) 의 하나와 연결될 홈 (1b) 를 형성한다.
다른 부분은 제 1 실시형태에 대한 구조와 동일하며, 제 1 실시형태의 구조와 유사한 구성 요소부는 각각 동일 도면부호로 표시되어 있다.
제 1 및 제 2 실시형태에 따르면, 연결 핀부 (10 (11)) 는, 레버 플레이트 (1) 또는 구동 링 (3) 에 압출성형을 실시하거나 또는 정밀 주조로 실시하여, 가공하기에 억세나 비교적 부드럽고 쉬운 레버 플레이트 (1) 또는 구동 링 (3) 강 재료로서 사용되어 모재와 쉽게 일체로 형성될 수 있다.
또한, 연결 핀부 (10 (11)) 가 확산 코팅부를 포함하는 표면 경화부와 연결되는 하나 이상의 연결 핀부 (10 (11)) 또는 홈을 처리하여, 이들의 접촉면은 경도가 증가되며, 홈들의 표면들 사이에서 접착이 일어나며, 연결 핀부 (10 또는 (11)) 의 접촉면의 마모로 인하여 연결 핀부는 방지되며, 홈 (3y (또는 1b) 은 감소될 수 있다.
그래서, 각 연결 핀부 (10) 또는 부분 (11) 은 프로세싱의 일 단계로 이루어진 압출 또는 정밀 주조에 의해 각 레버 플레이트 (1) 또는 구동 링 (3) 과 일체로 쉽게 형성될 수 있으며, 접촉면의 마모가 방지되도록 연결부 (10 또는 (11)) 및 홈 (3y (또는 1b)) 의 접촉면의 경도를 증가시켜 접촉 면의 높은 내구성을 얻을 수 있어, 연결핀이 개별 제공되며 또한 레버 플레이트 또는 구동 링에 고정된 다양한 처 리 기계와 비교하여, 조립 시간 및 조립 가격이 감소되며 부품 점수 및 부품의 제조가격이 감소될 수 있다.
[제 3 실시형태]
도 3a 는 레버 플레이트 측에서 본 본 발명의 다양한 노즐 기구의 제 3 실시형태이며, 도 3b 는 도 3a 의 선 A-A 를 따라 취한 단면도이다. 도 3c 는 제 3 실시형태의 변형예의 도 3a 의 선 C-C 를 따라 취한 단면도이다. 제 3 실시형태의 도 3a 의 선 A-A 를 따른 영역은 도 1b 및 도 2b 에 도시된 것과 동일하다.
제 3 실시형태에는, 제 1 및 제 2 실시형태의 경우와 마찬가지로, 구동 링 (3) 은 축방향으로 레버 플레이트 (1) 와 노즐 탑재부 (5) 를 지니고 나란히 레버 플레이트 (1) 의 측면과 노즐 탑재부 (5) 의 측면 사이에 배치되어 있으며, 복수의 리벳 (12) 은 구동 링 (3) 의 외측면 (3a) 이 리벳 (12) 의 시이트 면과 접촉할 수있도록 외측면에서 노즐 탑재부 (5) 에 고정되어 있어, 레버 플레이트 측을 향하여 구동 링이 미끄러져 나가는 것이 방지된다.
제 3 실시형태에 있어서, 리세스 (13) 가 상기 구동링 (3) 의 외측면 (3c) 과 노즐 마운트 (5) 의 외측면 (5c) 을 건너뛰도록 형성되고, 각 리벳의 머리부는 상기 각 리세스에 수용되며, 이렇게 함으로써 상기 리벳의 머리부가 레버 플레이트 (1) 의 외측면 보다 돌출되는 것을 방지된다.
제 3 실시형태에 따르면, 축방향으로 상기 구동링 (3) 이 미끄러져 빠져나오는 것이 상기 노즐 마운트 (5) 에 고정된, 매우 치밀하고, 비용 절감되며, 무게가 가벼운 복수의 리벳 (12) (도 3a 에는 4개의 리벳이 도시되어 있음) 에 의해 확실 히 방지될 수 있으며, 구동링 (3) 이 축방향으로 미끄러져 빠져나옴에 의해 발생하는 노즐 스로트 기구 (100) 의 오동작이 방지된다.
다른 구성은 제 1 실시형태와 동일하며, 제 1 실시형태와 유사한 구성부는 각각 동일한 도면부호를 사용하였다.
[제 4 실시형태]
도 4a 는 레버 플레이트 측에서 바라본, 본발명에 따른 가변노즐 기구의 제 2 실시형태의 정면도이고, 도 4b 는 도4a 의 D-D 선을 따라 자른 단면도이다. 제 4 실시형태의 도 3a 의 A-A 선을 따른 부분은 도 1b 에 도시된 부분과 동일하다.
제 4 실시형태에 있어서, 구동링 (3) 은 상기 레버 플레이트 (1) 의 측면과 노즐 마운트 (5) 의 측면 사이에 레버 플레이트 (1) 와 나란히 배치되어 있고, 축방향의 노즐 마운트 (5) 는 제 1 및 제 2 실시형태와 동일하며, 복수의 부분 원주방향 홈 (15) 이 상기 노즐 마운트 (5) 의 외측부에 제공된다. 상기 구동링 (3) 은 상기 부분 원주방향 홈 (15) 에 수용되며, 홈 (15) 의 측면에 의해 레버 플레이트 (1) 를 향하여 미끄러져 빠져나가는 것을 방지한다.
보다 구체적으로, 도 4a 에 도시된 바와 같이, 복수의 결합부 (14) 가 제공되고, 이 결합부는 상기 구동링 (3) 의 내부 주변에 형성된 복수의 오목부 (14a) 와 상기 노즐 마운트 (5) 의 외측면부 (5z) 에 형성된 복수의 볼록부 (14b) 를 포함하며, 상기 부분 원주방향 홈 (15) 의 외벽에 형성된 볼록부 (14b) 와 상기 부분 원주방향 홈 (15) 의 바닥은 상기 노즐 마운트 (5) 의 계단부의 외부 주변과 일치 한다.
제 4 실시형태의 가변노즐 기구 (100) 를 조립할 때, 구동 링 (3) 은 구동 링 (3) 의 오목부 (14a) 가 노즐 마운트 (5) 의 볼록부 (14b) 와 결합된 채로 노즐 마운트 쪽으로 밀리며, 상기 노즐 마운트 (5) 는 노즐 마운트 (5) 의 단차부의 내부 둘레에서 구동 링 (3) 과 끼워맞춤된다. 그리고, 구동 링의 내부 둘레부가 부분적 원주 홈 (15) 과 결합하여 구동 링 (3) 이 축선 방향에서 미끄러지는 것을 방지하도록, 구동 링 (3) 은 상기 노즐 마운트 (5) 에 대하여 특정 회전 각도만큼 회전된다. 그리고 레버 플레이트 (1) 는 구동 링 (3) 에 부착되고, 노즐 마운트 (5) 를 관통하는 노즐 샤프트 (2a) 와 연결되고, 노즐 마운트 (2) 를 사이에 끼운다.
다른 것은 제 1 실시형태의 구성과 동일하며, 제 1 실시형태와 유사한 구성부는 각각 동일한 도면부호로 나타내었다.
제 4 실시형태에 따르면, 구동 링 (3) 은, 부가 부품을 요구함이 없이, 따라서 부품의 수나 비용의 증가 없이 구동 링 (3) 의 축선 방향에서의 미끄러짐을 확실히 방지할 수 있다. 노즐 마운트 (5) 의 측면부 (5z) 에 형성된 부분적 원주 홈 (15) 에 구동 링 (3) 을 결합시킴으로써, 가변노즐 기구의 작동 실패의 발생을 방지할 수 있다.
[제 5 실시형태]
본 발명의 제 5 실시형태에서, 도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이 가변 노즐 기구 (100) 가 구비된 가변용량형 배기 터보과급기에서, PVD 공정 (물리적 이 온 흡착 공정, physical ion adsorption processing) 또는 CVD (화학적 이온 흡착 공정, chemical ion adsorption processing) 에 의해 코팅층이 연결 핀부 (10 또는 11) 의 표면, 또는 홈 (3y 또는 1b) 의 표면에 (또는 이들 표면 모두에) 형성된다.
제 5 실시형태에 따르면, PVD 또는 CVD 공정에 의해 연결 핀부 (10) 가 그 안으로 결합되는 홈 (3y 또는 1b) 과 결합되는 연결 핀부 (10 또는 11) 의 접촉 표면상에 경코팅층을 형성함으로써, 접촉면의 내마모성이 증가한다.
본 발명에 따르면, 가변용량형 배기 터보과급기가 제공되며, 상기 가변용량형 배기 터보과급기에서는 연결 핀부의 접촉면의 마모를 감소시킬 수 있는 수단이 사용되며, 상기 연결 핀부는, 상기 연결 핀부가 결합되는 홈 및 구동 링 또는 레버플레이트와 일체로 형성되며, 상기 가변용량형 배기 터보과급기에서는 노즐 마운트로부터 레버 플레이트 쪽으로 구동 링의 미끄러짐을 방지하여 구동 링의 미끄러짐에 의한 가변 노즐 기구의 오작동의 발생을 방지하는 수단이 제공된다.
본 발명은 레버 플레이트 또는 구동링과 일체로 형성된 연결핀부 및 이 연결핀부와 결합하는 홈이 이들의 접촉면의 마모가 감소될 수 있도록 처리되어 있으며, 또한 노즐 마운트에서 구동링이 레버 플레이트 쪽으로 미끄러져 빠지는 것을 막아서 구동링의 빠짐으로 있을 수 있는 가변 노즐 기구의 오작동 발생을 방지할 수 있다.

Claims (9)

  1. 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운드에 의해 회전가능하게 지지되는 복수의 노즐 베인들;
    액추에이터에 연결되어 회전되는 환형의 구동 링;
    상기 노즐 베인의 숫자와 동일한 수이며, 일단은 연결핀을 통해 상기 구동 링과 연결핀이 결합된 홈에 연결되고, 타단은 상기 노즐 베인에 연결되는 레버플레이트를 포함하며,
    상기 레버 플레이트는 상기 구동 링을 회전함으로써 진동하고 상기 노즐 베인의 날 각도를 조절하도록 상기 레버 플레이트의 진동에 의해 회전되는 가변용량형 배기 터보 과급기에 있어서,
    상기 연결핀은 압출에 의해, 또는 상기 레버 플레이트의 연결 핀 부분으로서 정밀 주조에 의해 상기 구동 링과 일체로 형성되거나, 또는 상기 연결핀들은 압출에 의해 상기 구동 링과 일체로 형성되거나, 또는 구동 링의 연결 핀으로서 정밀 주조에 의해 상기 레버 플레이트와 일체로 형성되고,
    연결핀 부분들이 결합되는 구동 링의 레버 플레이트/핀 부분들의 연결 핀 부분 또는 레버 플레이트의 구동 링/ 홈의 구동 링 또는 홈의 적어도 하나는 확산 코팅을 포함하는 표면 강화처리 되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 배기 터보 과급기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 링은 축 방향으로 상기 레버 플레이트 및 노즐 마운트와 나란히 상기 레버 플레이트와 노즐 마운트 사이에 배치되고,
    연결핀 부분 또는 부분들은 레버 플레이트 또는 구동 링의 측면으로부터 돌출되도록 형성되고, 레버 플레이트 또는 구동 링의 재료와 일체로 형성되며,
    상기 레버 플레이트의 상기 연결 핀 부분들 또는 상기 구동 링의 핀 부분들은 구동 핀의 홈 또는 레버 플레이트의 홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 배기 터보 과급기.
  3. 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운드에 의해 회전가능하게 지지되는 복수의 노즐 베인들;
    액추에이터에 연결되어 회전되는 환형의 구동 링;
    상기 노즐 베인의 숫자와 동일한 수이며, 일단은 연결핀을 통해 상기 구동 링과 연결핀이 결합된 홈에 연결되고, 타단은 상기 노즐 베인에 연결되는 레버플레이트;를 포함하며,
    상기 레버 플레이트는 상기 구동 링을 회전함으로써 진동하고 상기 노즐 베인의 날 각도를 조절하도록 상기 레버 플레이트의 진동에 의해 회전되는 가변용량형 배기 터보 과급기의 제조 방법에 있어서,
    상기 연결 핀 부분은 평면 상의 점을 압축함으로써 레버 플레이트와 일체로 레버 플레이트에 형성되어 핀 부분이 평면의 다른 부분으로부터 돌출되도록 하거 나, 상기 레버 플레이트와 일체로 레버 플레이트의 평면에 정밀 주조되어 형성되거나,
    복수의 연결 핀 부분들이 평면의 복수의 점들을 압축함으로써 일체로 구동 링에 형성되도록 하여 핀 부분들이 구동 링의 다른 측 평면으로부터 돌출되거나 구동 링과 일체로 구동 링의 평면에 정밀 주조되어 형성된 후,
    구동 링의 레버 플레이트/핀 부분들의 연결 핀 부분 또는 레버 플레이트의 구동 링/ 홈의 구동 링 또는 홈의 적어도 하나는 확산 코팅을 포함하는 표면 강화처리 하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 배기 터보 과급기의 제조 방법.
  4. 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트에 의해 회전 가능하도록 지지된 다수의 노즐 베인과, 액츄에이터에 의해 회전 가능하도록 지지되고 환상 구동 링과, 상기 노즐 베인의 수와 동일한 수의 레버 플레이트를 포함하며,
    상기 레버 플레이트는 연결 핀과 홈으로 연결핀이 결합되는 방향으로 노즐 베인에 연결된 단부에서 구동링의 각 단부에 연결되어 있으며, 구동 링을 회전시킴으로써 흔들리게 되고, 상기 노즐 베인은 노즐 베인의 날개각을 변화시키기 위해 상기 레버 플레이트의 흔들림에 의해 회전하게 되는 가변 노즐 기구를 구비한 가변 용량형 배기 터보 과급기에 있어서,
    상기 구동링은 상기 레버 플레이트와 노즐 마운트 사이에서 나란하게 레버 플레이트와 노즐 마운트와 축방향으로 형성되어 있으며,
    리벳이 노즐 마운트의 외부면에 결합하고 있어서, 구동링 (3) 의 외부측이 상기 리벳의 안착면과 접촉하여 축방향으로의 움직임을 방지하는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 구동링의 외부면과 상기 노즐 마운트의 외부면을 교차하여 걸쳐 있는 리세스가 형성되어 있으며, 각 리벳의 머리부가 상기 리세스에 각각 수용되는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  6. 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트에 의해 회전 가능하도록 지지된 다수의 노즐 베인과, 액츄에이터에 의해 회전 가능하도록 지지되고 환상 구동 링과, 상기 노즐 베인의 수와 동일한 수의 레버 플레이트를 포함하며,
    상기 레버 플레이트는 연결 핀과 홈으로 연결핀이 결합되는 방향으로 노즐 베인에 연결된 단부에서 구동링의 각 단부에 연결되어 있으며, 구동 링을 회전시킴으로써 흔들리게 되고, 상기 노즐 베인은 노즐 베인의 날개각을 변화시키기 위해 상기 레버 플레이트의 흔들림에 의해 회전하게 되는 가변 노즐 기구를 구비한 가변 용량형 배기 터보 과급기에 있어서,
    상기 구동링은 상기 레버 플레이트와 노즐 마운트 사이에서 나란하게 레버 플레이트와 노즐 마운트와 함께 축방향으로 형성되어 있으며,
    일부가 곡면인 다수의 홈이 상기 노즐 마운트의 외측부에 형성되어 있어서, 구동링이 이에 수용되고, 구동링의 축방향 움직임이 방지되는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구를 구비한 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    다수의 결합부가 제공되고, 상기 결합부는 구동 링 또는 노즐 마운트에 각각 제공된 볼록부 및 오목부로 구성되며, 볼록부와 오목부가 결합되고, 노즐 마운트에 대하여 구동 링을 축방향으로 이동시킴으로써 구동 링이 노즐 마운트에 끼워맞춰지고, 구동 링이 노즐 마운트에 끼워 맞춰진 후에 구동 링을 회전 방향으로 이동시킴으로써 구동 링이 상기 부분적으로 원주 방향 홈에 결합되는 것을 특징으로 하는 가변용량형 배기 터보과급기.
  8. 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트에 의해 회전할 수 있도록 지지된 다수의 노즐 베인;
    액츄에이터에 의해 연결되고 회전되는 고리 모양 구동 링; 및
    노즐 베인의 수와 동일하며 각각이 한쪽 끝부분은 결합핀과 결합핀이 연결된 홈을 통해 구동 링에 연결되고, 다른쪽 끝부분은 노즐 베인에 연결되는 레버 플레이트를 포함하고, 레버 플레이트는 구동 링을 회전시킴으로써 진동하고 노즐 베인은 노즐 베인의 블레이드 각을 변화시키기 위해 레버 플레이트의 진동에 의해 회전되는 가변노즐 기구가 장착된 가변 용량형 배기 터보 과급기의 제조 방법에 있어서,
    상기 레버 플레이트 및 노즐 마운트 사이에 구동 링이 배치되고, 상기 노즐 마운트의 외측부에는 레버 플레이트와 노즐 마운트의 축방향으로 나란히 다수의 부 분 원주방향 홈이 제공되며, 다수의 결합부가 제공되고, 상기 결합부는 구동 링 또는 노즐 마운트 각각에 제공된 볼록부 및 오목부로 구성되고, 볼록부와 오목부를 결합시키고 노즐 마운트에 대해 구동 링을 축방향으로 이동시킴으로써 구동 링이 노즐 마운트에 끼워 맞춰지고, 구동 링이 노즐 마운트에 끼워 맞춰진 후 구동 링을 회전 방향으로 소정의 각만큼 이동시킴으로써 구동 링이 상기 부분 원주방향 홈에 결합하게 되어, 구동 링이 축방향으로 미끄러지는 것을 방지하게 되며, 상기 레버 플레이트는 상기 구동 링에 부착되고 노즐 베인으로 된 노즐 샤프트에 연결되고, 상기 노즐 샤프트는 노즐 마운트를 관통하며, 노즐 마운트는 레버 플레이트와 노즐 베인 사이에 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 가변 용량형 배기 터보 과급기의 제조 방법.
  9. 터빈 케이싱에 고정된 노즐 마운트에 의해서 회전 가능하게 지지된 다수의 노즐 베인, 엑츄에이터에 연결되고 상기 엑츄에이터에 의해서 회전되는 환형 구동링 및 상기 노즐 베인의 개수와 일치하는 개수의 레버 플레이트을 구비한 가변 노즐 기구를 구비한 가변 용량형 배기 터보과급기에 있어서,
    각 상기 레버 플레이트은 한 단부가 연결 핀 및 상기 연결 핀이 안에 결합되어 있는 홈을 통하여 상기 구동링에 연결되어 있으며, 다른 단부는 상기 노즐 베인에 연결되어 있고, 상기 레버 플레이트은 상기 구동 링의 회전에 의해서 흔들리며, 상기 노즐 베인은 상기 레버 플레이트의 흔들림에 의해서 회전되어 상기 노즐 베인의 블래이드 각을 변하게 하며,
    상기 연결 핀부의 표면 혹은 상기 연결 핀이 안에 결합되어 있는 상기 홈의 표면 중 하나에 코팅층이 PVD 공정 (physical vapor deposition processing) 혹은 CVD 공정 (chemical vapor deposition processing) 에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변용량형 배기 터보 과급기.
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