KR20100021528A

KR20100021528A - 가변 노즐 기구

Info

Publication number: KR20100021528A
Application number: KR20107001191A
Authority: KR
Inventors: 노리유키 하야시; 야스아키 진나이; 히로시 스즈키; 유키 이시이
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-02-24
Also published as: JP4875602B2; KR101221179B1; US8348601B2; JP2009144615A; EP2180159B1; CN101796279B; EP2180159A4; BRPI0815566A2; CN101796279A; WO2009078211A1; US20100202874A1; EP2180159A1

Abstract

드라이브 링을 회전 운동시켜 노즐 날개각을 변화화시킬 때에, 드라이브 링의 내주면과 마운트의 외주면 사이에 발생하는 접촉 하중을 저감시킬 수 있고, 드라이브 링을 매끄럽게 회전 운동시킬 수 있어, 마모량 및 구동력을 저감시키는 것. 또, 엔진 진동 등의 외력 작용시에 드라이브 링에 발생하는 충격력을 저감시켜, 파손 위험을 저감시키는 것. 드라이브 링 (14) 의 내측 주연부에, 둘레 방향을 따라 절결부 (19) 가 복수 형성되어 있으며, 또한, 상기 절결부 (19) 와 절결부 (19) 사이에 위치하는 내주면 (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f, 14g, 14h) 중, 상기 드라이브 링 (14) 을 회전 운동시키는 구동력이 입력되었을 때에, 마운트의 외주면과의 접촉 하중이 커지는 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 의 내경이, 상기 외주면의 외경보다 커지도록 형성되어 있다.

Description

가변 노즐 기구{VARIABLE NOZZLE MECHANISM}

본 발명은 노즐을 회전 운동시켜 노즐 날개각을 변화시킴으로써, 터빈 로터에 대한 연소 가스 (유체) 의 유속을 변화시키는 기능을 가지며, 가변 용량 터보 차저 (예를 들어, 배기 가스 터빈 과급기) 를 구성하는 가변 용량 터빈에 사용되는 가변 노즐 기구에 관한 것이다.

이 발명은 배양 처리 장치 및 자동 배양 장치에 관한 것이다.

가변 용량 터빈에 사용되는 가변 노즐 기구로는, 예를 들어 특허 문헌 1, 2 에 개시된 것이 알려져 있다.

특허문헌1일본공개특허공보2006－161811호 특허문헌2일본공개특허공보2004－270472호

상기 특허 문헌에 개시된 발명에서는, 드라이브 링의 내경이 마운트 (지지 부재) 의 외경보다 약간 커지도록 구성되어 있다.

한편, 터보 차저는 엔진대 상에 설치되기 때문에, 엔진으로부터 진동을 받는다. 드라이브 링은 매끄러운 회전 운동이 필요하기 때문에, 예를 들어 마운트 등의 주위의 부품과 간극을 갖고 조립되어 있는데, 외부로부터 진동을 받으면 간극을 갖고 접하는 주위의 부품에 충돌하여 충돌 하중이 발생한다. 만약 엔진 진동이 과대해지면 접촉 하중이 과대해지고, 결과적으로 드라이브 링이 파손되는 경우도 생각할 수 있다.

드라이브 링에 발생하는 충격 하중은 드라이브 링의 질량과 관계가 있어, 드라이브 링의 경량화는 충격 하중 저감에 유효하다. 드라이브 링의 경량화 방법으로서, 드라이브 링의 내경측에 절결부를 형성하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 내경측에 절결부를 형성하면, 내경측의 가공 정밀도가 저하되는 것을 생각할 수 있다. 내경측의 가공 정밀도가 나쁘면, 드라이브 링을 회전 운동시키고자 하는 힘이 작용하였을 때, 드라이브 링이 마운트와의 간극만큼 이동할 때에, 드라이브 링 내주면이 마운트 외주면을, 쐐기를 박아넣는 듯한 형태로 사이에 끼우는 현상이 발생할 가능성이 있고, 그 결과 드라이브 링을 회전 운동시키기 위한 작은 구동력에 대해서도 드라이브 링과 마운트 사이에 큰 접촉력이 발생할 가능성이 있다. 그 결과, 회전 운동에 수반하는 마찰 저항이 과대해져, 회전 운동이 곤란한 상태에 빠질 가능성도 있다. 이러한 상태는, 구동력의 작용 방향에 대하여 경사진 각도를 이루는 두 면에 접촉하는 경우에 발생하기 쉽다.

본 발명은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 드라이브 링을 회전 운동시켜 노즐 날개각을 변화시킬 때에, 드라이브 링의 내주면과 마운트의 외주면 사이에 발생하는 접촉 하중의 증가를 저감시킬 수 있어, 드라이브 링을 매끄럽게 회전 운동시킬 수 있으며, 접촉 하중 증가에 수반하는 마모량 및 구동력의 증가를 방지할 수 있는 가변 노즐 기구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이하의 수단을 채용하였다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구는, 노즐을 회전 운동시켜 노즐 날개각을 변화시킴으로써, 터빈 로터에 대한 유체의 유속을 변화시키는 가변 노즐 기구로서, 상기 터빈 로터를 지지하는 베어링 하우징에 고정된 마운트에 지지됨과 함께, 내주면의 일부가, 상기 마운트의 외주면의 일부와 맞닿으면서, 상기 마운트에 대하여 회전 운동하는 드라이브 링을 구비하여 이루어지고, 상기 드라이브 링의 내측 주연부에, 둘레 방향을 따라 절결부가 복수 형성되어 있으며, 또한, 상기 절결부와 절결부 사이에 위치하는 내주면 중, 상기 드라이브 링을 회전 운동시키는 구동력이 입력되었을 때에, 상기 외주면과의 접촉 하중이 커질 수 있는 영역의 내경이, 다른 내주면의 내경보다 커지도록 형성되어 있다.

상기 가변 노즐 기구에 있어서, 드라이브 링의 내주면 중 상기 외주면과의 접촉 하중이 커질 수 있는 영역은, 개략적으로 상기 내주면의 중심을 통과하며, 또한, 상기 드라이브 링을 회전 운동시키는 구동력의 작용 선과 대략 평행한 선과 교차되지 않는 영역임과 함께, 상기 내주면의 중심을 통과하며, 또한, 상기 드라이브 링을 회전 운동시키는 구동력의 작용 선과 대략 직교하는 선과 교차되지 않는 영역, 즉 내주면 중, 둘레 방향의 접선이 구동력의 작용 방향에 대하여 경사진 각도를 이루는 영역이다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구에 의하면, 드라이브 링이 회전 운동할 때에, 드라이브 링의 내주면과 마운트의 외주면 사이에 발생하는 접촉 하중을 저감시킬 수 있고, 드라이브 링을 보다 매끄럽게 회전 운동시킬 수 있어, 마모량 및 구동력을 저감시킬 수 있다. 즉, 드라이브 링 및 마운트의 장수명화 (연명화) 를 도모할 수 있어, 기구 전체 (가변 노즐 기구) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 드라이브 링의 내측 주연부에, 둘레 방향을 따라 복수의 절결부를 형성하도록 하여, 드라이브 링을 경량화할 수 있어, 외력 작용시의 파손 위험을 저감시킬 수 있다.

상기 가변 노즐 기구에 있어서, 상기 외주면과의 접촉 하중이 커질 수 있는 영역에, 판두께를 증가시키는 후육부가 형성되어 있으면 더욱 바람직하다.

이러한 가변 노즐 기구에 의하면, 마운트의 외주면과의 접촉 하중이 커질 수 있는 영역의 판두께가 증가되어, 마운트의 외주면과의 접촉 면적의 증가가 도모되어 있으므로, 단위 면적당 접촉 하중을 저감시킬 수 있어, 드라이브 링의 마모량을 저감시킬 수 있으며, 드라이브 링의 장수명화 (연명화) 를 도모할 수 있게 되어, 기구 전체 (가변 노즐 기구) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명에 관한 가변 노즐 기구에서는, 엔진 과대 진동에 수반하는 드라이브 링의 파손 방지가 하나의 목적이 되어 있는데, 파손은 드라이브 링에 과대한 응력이 발생하였을 때에 발생한다. 응력은 드라이브 링의 판두께에도 의존하기 때문에, 드라이브 링의 중량이 과대해지지 않는 범위에서 판두께를 늘리는 것은 파손 방지에 유효하다.

드라이브 링의 내주면의 내경을 크게 한 부분은, 내주면이 마운트와 직접 접촉하지 않기 때문에, 내주면의 가공 정밀도가 요구되지 않는다. 그 때문에, 예를 들어, 판의 절곡 등을 실시하여 국소적으로 후육부를 형성함으로써, 드라이브 링의 발생 응력을 저감시킬 수 있어, 드라이브 링의 파손에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

상기 가변 노즐 기구에 있어서, 상기 구동력이 입력되는 부위의 주변 영역에, 판두께를 증가시키는 후육부가 형성되어 있으면 더욱 바람직하다.

이러한 가변 노즐 기구에 의하면, 드라이브 링을 회전 운동시키는 구동력이 입력되는 부분의 판두께가 증가되어, 구동력을 전달하는 부재와의 접촉 면적의 증가가 도모되어 있으므로, 단위 면적당 접촉 하중을 저감시킬 수 있고, 구동력을 전달하는 부재와 접촉하는 부분의 마모량을 저감시킬 수 있기 때문에, 드라이브 링의 장수명화 (연명화) 를 도모할 수 있게 되어, 기구 전체 (가변 노즐 기구) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 가변 노즐 기구에 있어서, 상기 외주면과의 접촉 하중이 커지는 영역에, 상기 드라이브 링이 상기 마운트로부터 탈락되는 것을 방지하는 탈락 방지 핀의 헤드부와 맞닿는 돌출부가 형성되어 있으면 더욱 바람직하다.

이러한 가변 노즐 기구에 의하면, 돌출부를 형성함으로써 드라이브 링과 마운트 및 탈락 방지 핀의 간극을 저감시킬 수 있어, 엔진 진동 등의 외력 작용시에 발생하는 충격력을 저감시켜 드라이브 링의 파손 위험을 저감시킬 수 있다.

상기 가변 노즐 기구에 있어서, 상기 탈락 방지 핀의 헤드부와, 상기 드라이브 링 및 상기 마운트 사이에, 충격 흡수 부재가 배치되어 있으면 더욱 바람직하다.

이러한 가변 노즐 기구에 의하면, 돌출부 등을, 예를 들어 압출 성형 등에 의해 가공할 필요가 없어지므로, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있어, 제조 비용의 저감화를 도모할 수 있으며, 또한 돌출부를 형성한 경우와 마찬가지로, 엔진 진동 등의 외력 작용시에 발생하는 충격력을 저감시켜 드라이브 링의 파손 위험을 저감시킬 수 있다.

상기 가변 노즐 기구에 있어서, 상기 돌출부의 표면 및/또는 상기 탈락 방지 핀의 헤드부의 이면 전체에, 표면 경화 가공이 이루어져 있으면 더욱 바람직하다.

이러한 가변 노즐 기구에 의하면, 돌출부의 표면 및/또는 헤드부의 이면에 스크래치가 생기는 것을 방지할 수 있다.

또, 드라이브 링 및 탈락 방지 핀의 내마모성을 향상시킬 수 있으므로, 드라이브 링 및 탈락 방지 핀의 장수명화 (연명화) 를 도모할 수 있어, 기구 전체 (가변 노즐 기구) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

상기 가변 노즐 기구에 있어서, 상기 드라이브 링의 외측 주연부에, 상기 노즐의 노즐 날개각을 조작하는 레버 플레이트를 수용하는 절결부 또는 관통공이 둘레 방향을 따라 복수 형성되어 있으면 더욱 바람직하다.

이러한 가변 노즐 기구에 의하면, 드라이브 링의 경량화를 도모할 수 있음과 함께, 기구 전체 (가변 노즐 기구) 의 경량화를 도모할 수 있다.

또, 드라이브 링이 경량화되고, 또한 드라이브 링이 보다 매끄럽게 회전 운동하게 되므로, 드라이브 링을 구동하는 구동력을 저감시킬 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

본 발명에 관한 가변 용량 터보 차저는, 드라이브 링의 외력에 의한 파손 위험을 저감시킴과 함께, 드라이브 링이 회전 운동할 때에, 드라이브 링의 내주면과 마운트의 외주면 사이에 발생하는 접촉 하중을 저감시킬 수 있고, 드라이브 링을 보다 매끄럽게 회전 운동시킬 수 있어, 마모량 및 구동력을 저감시킬 수 있는 가변 노즐 기구를 구비하고 있다.

본 발명에 관한 가변 용량 터보 차저에 의하면, 가변 노즐 기구의 보수 점검 (메인터넌스) 내지는 교환 간격이 연장되게 되므로, 장치 전체 (가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저) 의 보수 점검 비용의 저감화를 도모할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 가변 노즐 기구를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 가변 노즐 기구의 신뢰성 향상에 수반하여, 장치 전체의 신뢰성도 향상되게 된다.

또한, 본 발명에 관한 가변 노즐 기구를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 가변 노즐 기구의 경량화에 수반하여, 장치 전체의 경량화도 도모할 수 있게 된다.

나아가 또한, 본 발명에 관한 가변 노즐 기구를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 드라이브 링을 구동하는 구동력이 적어도 되므로, 러닝 코스트의 저감도 도모할 수 있게 된다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구에 의하면, 드라이브 링의 경량화에 의해 외력 작용시의 파손 위험을 저감시킬 수 있음과 함께, 드라이브 링을 회전 운동시켜 노즐 날개각을 변화시킬 때에, 드라이브 링의 내주면과 마운트의 외주면 사이에 발생하는 접촉 하중을 저감시킬 수 있고, 드라이브 링을 매끄럽게 회전 운동시킬 수 있어, 마모량 및 구동력을 저감시킬 수 있다는 효과를 나타낸다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 가변 노즐 기구의 요부 평면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 구성하는 드라이브 링의 평면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 구성하는 드라이브 링의 평면도이다.
도 4A 는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 구성하는 드라이브 링을 나타내는 평면도이다.
도 4B 는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 구성하는 드라이브 링을 나타내는 도면으로서, 도 4A 의 IV－IV 화살표의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 구성하는 드라이브 링의 평면도이다.
도 6A 는 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 구성하는 드라이브 링을 나타내는 평면도이다.
도 6B 는 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 구성하는 드라이브 링을 나타내는 도면으로서, 도 6A 의 VI－VI 화살표의 단면도이다.
도 7A 는 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 나타내는 요부 평면도이다.
도 7B 는 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 나타내는 도면으로서, 도 7A 의 VII－VII 화살표의 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명에 관한 가변 노즐 기구의 제 1 실시형태에 대하여, 도 1 및 도 2 를 참조하면서 설명한다.

도 1 은 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구의 요부 평면도, 도 2 는 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구를 구성하는 드라이브 링의 평면도이다.

가변 노즐 기구는, 노즐을 회전 운동시켜 노즐 날개각을 변화시킴으로써, 터빈 로터에 대한 연소 가스 (유체) 의 유속을 변화시키는 기능을 가지며, 도시되지 않은 가변 용량 터보 차저 (예를 들어, 배기 가스 터빈 과급기) 를 구성하는 가변 용량 터빈에 사용된다.

가변 용량 터보 차저는, 가변 용량 터빈 (Variable Geometry Turbine) 과 컴프레서를 주된 요소로 하여 구성된 것이다.

가변 용량 터빈과 컴프레서란, 베어링 하우징을 개재하여 연결되어 있음과 함께, 이 베어링 하우징 내에는, 베어링에 회전 지지된 터빈 로터가 삽입 통과되어 있다.

컴프레서는, 터빈 로터의 일단측에 장착된 컴프레서 휠과, 이 컴프레서 휠을 둘러싸도록 형성된 컴프레서 케이싱을 주된 요소로 하여 구성된 것이다.

한편, 가변 용량 터빈은, 터빈 로터의 타단측에 장착된 터빈 휠과, 이 터빈 휠을 둘러싸도록 형성된 터빈 케이싱과, 터빈 휠에 유입되는 연소 가스의 유속을 변화시키는 가변 노즐 기구를 구비하고 있다.

그런데, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (10) 는 마운트 (11) 와, 베인 (12) 과, 레버 플레이트 (13) 와, 드라이브 링 (14) 과, 탈락 방지 핀 (리벳 : 15 : 도 7B 참조) 을 구비하고 있다.

마운트 (11) 는, 평면에서 보았을 때 고리형을 나타내는 판 형상의 부재로서, 그 외측 주연부에는, 일측 (도 1 에 있어서 지면 앞쪽) 으로 돌출되고 평면에서 보았을 때 고리형을 나타내는 돌출부 (후육부 : 16 : 도 7B 참조) 가 형성되어 있다. 또, 이 마운트 (11) 는, 도시되지 않은 고정 수단을 개재하여 베어링 하우징에 고정되어 있다.

베인 (12) 은, 마운트 (11) 의 둘레 방향을 따라 등간격 (본 실시형태에서는 30 도 간격) 으로 배치되어 있음과 함께, 도시되지 않은 회전 운동축 (피벗) 을 개재하여 마운트 (11) 에 자유롭게 회전 운동할 수 있도록 장착되어 있다.

레버 플레이트 (13) 는, 드라이브 링 (14) 의 회전 운동에 수반하여 베인 (12) 을 회전 운동축 둘레로 회전 운동시키는 부재로서, 그 일 단부 (一端部 : 반경 방향 내측의 단부) 에는, 베인 (12) 의 회전 운동축이 접속 (연결) 되어 있고, 그 타 단부 (他端部 : 반경 방향 외측의 단부) 에는, 타측 (도 1 에 있어서 지면 뒷쪽) 으로 연장되고, 드라이브 링 (14) 의 외측 주연부에 형성된 제 1 오목부 (절결부 : 17) 내에 끼워 넣는 핀 (18) 이 접속 (연결) 되어 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 드라이브 링 (14) 은, 그 외측 주연부에 형성된 복수개 (본 실시형태에서는 12 개) 의 제 1 오목부 (17) 와, 그 내측 주연부에 형성된 복수개 (본 실시형태에서는 11 개) 의 제 2 오목부 (절결부 : 19) 를 구비하고 있다.

제 1 오목부 (17) 는, 평면에서 보았을 때 대략 정사각형 형상을 나타내는 절결로서, 둘레 방향을 따라 등간격 (본 실시형태에서는 30 도 간격) 으로 배치되어 있고, 각 제 1 오목부 (17) 내에는, 대응하는 레버 플레이트 (13) 의 핀 (18) 이 끼워 넣어지도록 되어 있다.

또, 이들 제 1 오목부 (17) 중, 하나의 제 1 오목부 (17a) 와, 이것과 이웃하는 다른 제 1 오목부 (17b) 의 중간부에는, 제 3 오목부 (20) 가 형성되어 있다. 제 3 오목부 (20) 는, 평면에서 보았을 때 대략 직사각형 형상을 나타내는 절결로서, 이 제 3 오목부 (20) 내에는, 드라이브 링 (14) 을 둘레 방향으로 회전 운동시키는, 도시되지 않은 크랭크축의 일 단부가 끼워 넣어지도록 되어 있다.

또한, 도 2 중의 실선 화살표 (A) 는, 크랭크축의 이동 방향 (즉, 구동력의 작용 방향) 을 나타내고 있다.

제 2 오목부 (19) 는, 평면에서 보았을 때 반원 형상을 나타내는 절결 (중량 감소) 로서, 제 1 오목부 (17) 와 제 1 오목부 (17) 의 중간부이며, 또한, 제 3 오목부 (20) 가 형성되어 있지 않은 부분 (장소) 에, 둘레 방향을 따라 등간격 (본 실시형태에서는 30 도 간격) 으로 형성되어 있다.

또, 본 실시형태에서는, 제 3 오목부 (20) 의 반경 방향 내측에 위치하는 드라이브 링 (14) 의 내주면 (14a), 및 제 3 오목부 (20 : 구동력이 입력되는 부위) 에서 90 도, 180 도, 270 도 둘레 방향으로 떨어져 있는 부분 (장소) 에 위치하는 (즉, 드라이브 링 중심을 통과하고 크랭크축의 이동 방향 (A) 과 평행한 선 상 및 드라이브 링 중심을 통과하고 크랭크축의 이동 방향 (A) 과 직교하는 선 상에 위치하는) 제 2 오목부 (19) 의 양 이웃에 형성된 드라이브 링 (14) 의 내주면 (14b, 14c, 14d) 은, 마운트 (11) 의 돌출부 (16) 의 외주면 (16a) 과 회전 운동할 수 있을 정도로 맞닿도록 (접촉하도록) 형성되어 있다. 즉, 이들 내주면 (14b, 14c, 14d) 의 내경이, 외주면 (16a) 의 외경과 (대략) 동일해지도록 형성되어 있다. 이에 반하여, 제 3 오목부 (20) 로부터 45 도, 135 도, 225 도, 315 도 둘레 방향으로 떨어져 있는 부분 (장소) 에 위치하는 드라이브 링 (14) 의 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 은, 마운트 (11) 의 돌출부 (16) 의 외주면 (16a) 과 맞닿지 않도록 (접촉하지 않도록) 형성되어 있다. 즉, 이들 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 의 내경이, 내주면 (14b, 14c, 14d) 보다 커지도록 (외주면 (16a) 의 외경보다 커지도록) 형성되어 있다. 기준으로는, 드라이브 링 (14) 의 내주면 중, 내주면의 중심 (C) 를 통과하며, 또한, 드라이브 링 (14) 을 회전 운동시키는 구동력의 작용 방향 (작용선 : A) 과 평행한 선에 대하여, 대략 30 도의 각도로 교차되는 선과 대략 60 도의 각도로 교차되는 선 사이에 위치하는 영역의 내경을, 그 이외의 영역의 내경보다 커지도록 형성하면 바람직하다.

또한, 본 실시형태에서는, 제 3 오목부 (20) 로부터 90 도, 180 도, 270 도 둘레 방향으로 떨어져 있는 부분에 내주면이 존재하지 않기 때문에, 제 3 오목부 (20) 로부터 90 도, 180 도, 270 도 둘레 방향으로 떨어져 있는 부분에 위치하는 제 2 오목부 (19) 의 양 이웃에 형성된 드라이브 링 (14) 의 내주면 (14b, 14c, 14d) 이 마운트 (11) 의 돌출부 (16) 의 외주면 (16a) 과 맞닿도록 (접촉하도록) 되어 있다. 그러나, 제 3 오목부 (20) 로부터 90 도, 180 도, 270 도 둘레 방향으로 떨어져 있는 부분에 내주면이 존재하는 경우에는, 그 내주면이 마운트 (11) 의 돌출부 (16) 의 외주면 (16a) 과 맞닿게 (접촉하게) 된다.

탈락 방지 핀 (15) 은, 드라이브 링 (14) 이 마운트 (11) 로부터 탈락되는 것을 방지하기 위한 부재로서, 원반 형상의 헤드부 (15a) 와, 둥근 막대 형상의 축부 (15b : 도 7B 참조) 를 구비하고 있다. 탈락 방지 핀 (15) 은, 둘레 방향을 따라 등간격 (본 실시형태에서는 90 도 간격) 으로 배치되어 있고, 축부 (15b) 의 일 단부는 마운트 (11) 에 고정되어 있다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (10) 에 의하면, 제 3 오목부 (20) 에 구동력 (드라이브 링 (14) 을 회전 운동시키는 힘) 이 입력되었을 때에, 드라이브 링 (14) 의 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 의 내경이 내주면 (14a, 14b, 14c, 14d) 의 내경보다 작아지면, 먼저 드라이브 링 (14) 의 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 이 마운트 (11) 에 접촉하여, 드라이브 링 (14) 이 마운트 (11) 를 사이에 끼우는 듯한 상태가 되어 과대 하중이 발생할 가능성이 있기 때문에, 마운트 (11) 의 돌출부 (16) 의 외주면 (16a) 과의 접촉 하중이 높아질 가능성이 있는 드라이브 링 (14) 의 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 의 내경이, 외주면 (16a) 의 외경보다 커지도록 형성되어 있다.

이로써, 드라이브 링 (14) 이 회전 운동할 때에, 드라이브 링 (14) 의 내주면과 마운트 (11) 의 돌출부 (16) 의 외주면 (16a) 사이에 발생하는 접촉 하중을 저감시킬 수 있고, 드라이브 링 (14) 을 보다 매끄럽게 회전 운동시킬 수 있어, 마모량 및 구동력을 저감시킬 수 있다. 즉, 드라이브 링 (14) 및 마운트 (11) 의 장수명화 (연명화) 를 도모할 수 있어, 기구 전체 (가변 노즐 기구 (10)) 의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또, 드라이브 링 (14) 의 내측 주연부에, 둘레 방향을 따라 복수의 절결부 (19) 를 형성하도록 하였으므로, 드라이브 링 (14) 을 경량화할 수 있어, 외력 작용시의 파손 위험을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (10) 에 의하면, 드라이브 링 (14) 의 외측 주연부에 복수개의 제 1 오목부 (17) 가 형성되고, 내측 주연부에 복수개의 제 2 오목부 (19) 가 형성되어 있기 때문에, 드라이브 링 (14) 의 경량화를 도모할 수 있으므로, 외력 작용시에 발생하는 부품 간의 충돌에 수반하는 충격 하중을 저감시킬 수 있음과 함께, 가변 노즐 기구 (10) 전체의 경량화를 도모할 수 있다.

나아가 또한, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (10) 에 의하면, 드라이브 링 (14) 이 경량화되고, 또한 드라이브 링 (14) 이 보다 매끄럽게 회전 운동하게 되므로, 드라이브 링 (14) 을 구동하는 구동력을 저감시킬 수 있어, 러닝 코스트를 저감시킬 수 있다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (10) 를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 가변 노즐 기구 (10) 의 보수 점검 (메인터넌스) 내지는 교환 간격이 연장되게 되므로, 장치 전체 (가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저) 의 보수 점검 비용의 저감화를 도모할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (10) 를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 가변 노즐 기구 (10) 의 신뢰성의 향상에 수반하여, 장치 전체의 신뢰성도 향상되게 된다.

또한, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (10) 를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 가변 노즐 기구 (10) 의 경량화에 수반하여, 장치 전체의 경량화도 도모할 수 있게 된다.

나아가 또한, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (10) 를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 드라이브 링 (14) 을 구동하는 구동력이 적어도 되므로, 러닝 코스트의 저감화도 도모할 수 있게 된다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구의 제 2 실시형태에 대하여, 도 3 을 참조하면서 설명한다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (30) 는, 드라이브 링 (14) 대신에, 드라이브 링 (31) 을 구비한다는 점에서 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그 구성 요소들에 대한 설명은 생략한다.

드라이브 링 (31) 은, 그 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 을 형성함과 함께, 이들 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 과 제 1 오목부 (17) 사이에 위치하는 부분의 판두께가 각각, 그 밖의 내주면 (14a, 14b, 14c, 14d) 을 형성함과 함께, 이들 내주면 (14a, 14b, 14c, 14d) 과 제 1 오목부 (17, 17a, 17b) 및 제 3 오목부 (20) 사이에 위치하는 부분의 판두께보다 두꺼워지도록 형성되어, 후육부 (32) 로 되어 있다.

또한, 판두께를 증가시키는 방법으로는, 예를 들어, 반경 방향 내측으로 펼쳐서 제작한 부분을 반경 방향 외측으로 접어젖히는 방법이나, 드라이브 링 (31) 을 제작할 때에 단부 (段部) 로서 형성하는 방법을 들 수 있다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (30) 에 의하면, 판두께 증가부 (32) 에 있어서는 충격력 작용시에 발생하는 응력을 저감시킬 수 있으므로, 드라이브 링 (31) 의 파손 위험을 저감시킬 수 있어, 기구 전체 (가변 노즐 기구 (30)) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 본 실시형태에 있어서, 탈락 방지 핀 (15) 의 헤드부 (15a) 의 이면 (하면) 이, 후육부 (32) 의 표면 (상면) 과 대향하도록, 탈락 방지 핀 (15) 이 배치되어 있으면 더욱 적합하다.

이러한 가변 노즐 기구 (30) 에 의하면, 탈락 방지 핀 (15) 과 드라이브 링 (31) 의 간극이 감소되어, 드라이브 링 (31) 이 충돌하였을 때에 발생하는 충격력이 저감되므로, 드라이브 링 (31) 의 파손 위험을 저감시킬 수 있다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (30) 를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 드라이브 링 (31) 의 진동이 저감되게 되므로, 드라이브 링 (31) 의 손상을 방지할 수 있어, 기구 전체 (가변 노즐 기구 (30)) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

그 밖의 작용 효과는, 상기 서술한 제 1 실시형태와 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구의 제 3 실시형태에 대하여, 도 4A 및 도 4B 를 참조하면서 설명한다.

도 4A 및 도 4B 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (40) 는, 드라이브 링 (14) 대신에, 드라이브 링 (41) 을 구비한다는 점에서 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.

드라이브 링 (41) 은, 제 3 오목부 (20) 의 내주면을 형성함과 함께, 제 3 오목부 (20) 를 둘러싸는 부분의 판두께가, 그 밖의 부분의 판두께보다 두꺼워지도록 형성되어, 후육부 (42) 로 되어 있다.

또한, 판두께를 증가시키는 방법으로는, 예를 들어, 반경 방향 외측으로 펼쳐서 제작한 부분을 반경 방향 내측으로 접어젖히는 방법 (도 4A 참조) 이나, 드라이브 링 (41) 을 제작할 때에 단부로서 형성하는 방법을 들 수 있다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (40) 에 의하면, 드라이브 링 (41) 을 회전 운동시킬 때에 크랭크축의 일 단부와 접촉하여 마모되는 (마모되는 것이 예상되는) 부분의 판두께가 증가되어, 접촉 면적의 증가를 도모할 수 있으므로, 단위 면적당 접촉 하중을 저감시킬 수 있어, 크랭크축의 일 단부와 접촉하는 부분의 마모량을 저감시킬 수 있음과 함께, 드라이브 링 (41) 의 장수명화 (연명화) 를 도모할 수 있게 되어, 기구 전체 (가변 노즐 기구 (40)) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구의 제 4 실시형태에 대하여, 도 5 를 참조하면서 설명한다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (60) 는, 드라이브 링 (14) 대신에, 드라이브 링 (61) 을 구비한다는 점에서 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.

드라이브 링 (61) 은, 그 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 을 형성함과 함께, 이들 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 과 제 1 오목부 (17) 사이에 위치하는 부분에 각각 돌출부 (62) 가 형성되어 있다. 돌출부 (62) 는, 예를 들어 직경 1 ㎜ ∼ 3 ㎜ 정도의 반구 형상을 나타내고 있으며, 이면 (하면) 측으로부터 압출됨으로써 형성되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 탈락 방지 핀 (15) 의 헤드부 (15a) 의 이면 (하면) 이, 돌출부 (62) 의 표면 (상면) 과 대향하며, 또한, 맞닿도록 (접촉하도록) 탈락 방지 핀 (15) 이 배치되어 있다.

이러한 가변 노즐 기구 (60) 에 의하면, 드라이브 링 (61) 이 충돌하였을 때에 발생하는 충격력이 저감되어, 드라이브 링 (61) 의 파손 위험을 저감시킬 수 있다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (60) 를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 드라이브 링 (61) 의 진동이 저감되게 되므로, 드라이브 링 (61) 의 손상을 방지할 수 있어, 기구 전체 (가변 노즐 기구 (60)) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구의 제 5 실시형태에 대하여, 도 6A 및 도 6B 를 참조하면서 설명한다.

도 6A 및 도 6B 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (70) 는, 드라이브 링 (14) 대신에, 드라이브 링 (71) 을 구비한다는 점에서 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 1 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.

드라이브 링 (71) 은, 그 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 을 형성함과 함께, 이들 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 과 제 1 오목부 (17) 사이에 위치하는 부분에 각각 돌출부 (72) 가 형성되어 있다. 돌출부 (72) 는, 도 6B 에 나타내는 바와 같은, 예를 들어 높이 1 ㎜ ∼ 3 ㎜ 정도의 단면 (斷面) 에서 보았을 때 산형 (山型) 형상을 나타내고 있으며, 이면 (하면) 측으로부터 압출됨으로써 (혹은, 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 과 제 1 오목부 (17) 사이에 위치하는 부분이 절곡됨 (만곡됨) 으로써) 형성되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 탈락 방지 핀 (15) 의 헤드부 (15a) 의 이면 (하면) 이, 돌출부 (72) 의 표면 (상면) 과 대향하고, 또한 맞닿도록 (접촉하도록) 탈락 방지 핀 (15) 이 배치되어 있다.

이러한 가변 노즐 기구 (70) 에 의하면, 드라이브 링 (71) 이 충돌하였을 때에 발생하는 충격력이 저감되어, 드라이브 링 (71) 의 파손 위험을 저감시킬 수 있다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (70) 를 구비한 가변 용량 터빈 및 가변 용량 터보 차저에 의하면, 드라이브 링 (71) 의 진동이 저감되게 되므로, 드라이브 링 (71) 의 손상을 방지할 수 있어, 기구 전체 (가변 노즐 기구 (70)) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구의 제 6 실시형태에 대하여, 도 7A 및 도 7B 를 참조하면서 설명한다.

도 7A 및 도 7B 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (80) 는, 돌출부 (62, 72) 대신에, 탈락 방지 핀 (15) 의 헤드부 (15a) 의 이면 (하면) 과, 드라이브 링 (14) 의 표면 (상면) 및 마운트 (11) 의 돌출부 (16) 의 표면 (상면) 사이에, 충격 흡수 부재 (탄성 부재 : 81) 가 배치되어 있다는 면에서 상기 서술한 제 4 실시형태 및 제 5 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 4 실시형태 및 제 5 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.

충격 흡수 부재 (81) 로는, 예를 들어 접시 스프링이나 와셔 등을 사용할 수 있다. 또, 충격 흡수 부재 (81) 로서 와셔를 사용하는 경우에는, 팽창 흑연 등의 연질 재료로 이루어진 것을 사용하면 더욱 바람직하다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구 (80) 에 의하면, 내주면 (14e, 14f, 14g, 14h) 과 제 1 오목부 (17) 사이에 위치하는 부분의 가공 (예를 들어, 압출 성형) 이 불필요해지므로, 제조 공정의 간략화를 도모할 수 있어, 제조 비용의 저감화를 도모할 수 있다.

그 밖의 작용 효과는, 상기 서술한 제 4 실시형태 및 제 5 실시형태와 동일하므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

본 발명에 관한 가변 노즐 기구의 제 7 실시형태에 대하여 설명한다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구는, 돌출부 (62, 72) 의 표면 및/또는 탈락 방지 핀 (15) 의 헤드부 (15a) 의 이면 (하면) 전체에, 표면 경화 가공이 이루어진다는 면에서, 상기 서술한 제 4 실시형태 및 제 5 실시형태의 것과 상이하다. 그 밖의 구성 요소에 대해서는 상기 서술한 제 4 실시형태 및 제 5 실시형태의 것과 동일하므로, 여기서는 그들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.

표면 경화 처리로는, 예를 들어 내열성이 우수한 CrN 등의 질소계의 PVD (Physical Vapor Deposition) 코팅 등을 사용할 수 있다.

본 실시형태에 관한 가변 노즐 기구에 의하면, 돌출부 (62, 72) 의 표면 및/또는 헤드부 (15a) 의 이면에 스크래치가 생기는 것을 방지할 수 있다.

또, 드라이브 링 (61, 71) 및 탈락 방지 핀 (15) 의 내마모성을 향상시킬 수 있으므로, 드라이브 링 (61, 71) 및 탈락 방지 핀 (15) 의 장수명화 (연명화) 를 도모할 수 있어, 기구 전체 (가변 노즐 기구 (60, 70)) 의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 적절히 필요에 따라 변형 실시, 변경 실시, 조합 실시할 수 있다.

Claims

노즐을 회전 운동시켜 노즐 날개각을 변화시킴으로써, 터빈 로터에 대한 유체의 유속을 변화시키는 가변 노즐 기구로서,
상기 터빈 로터를 지지하는 베어링 하우징에 고정된 마운트에 지지됨과 함께, 내주면의 일부가, 상기 마운트의 외주면의 일부와 맞닿으면서, 상기 마운트에 대하여 회전 운동하는 드라이브 링을 구비하여 이루어지고,
상기 드라이브 링의 내측 주연부에, 둘레 방향을 따라 절결부가 복수 형성되어 있으며,
또한, 상기 절결부와 절결부 사이에 위치하는 내주면 중, 상기 드라이브 링을 회전 운동시키는 구동력이 입력되었을 때에, 상기 외주면과의 접촉 하중이 커질 수 있는 영역의 내경이, 다른 내주면의 내경보다 커지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구.
제 1 항에 있어서,
상기 외주면과의 접촉 하중이 커질 수 있는 영역이, 상기 내주면의 중심을 통과하며, 또한, 상기 드라이브 링을 회전 운동시키는 구동력의 작용 선과 대략 평행한 선과 교차되지 않는 영역임과 함께, 상기 내주면의 중심을 통과하며, 또한, 상기 드라이브 링을 회전 운동시키는 구동력의 작용 선과 대략 직교하는 선과 교차되지 않는 영역인 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 외주면과의 접촉 하중이 커질 수 있는 영역에, 판두께를 증가시키는 후육부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동력이 입력되는 부위의 주변 영역에, 판두께를 증가시키는 후육부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외주면과의 접촉 하중이 커질 수 있는 영역에, 상기 드라이브 링이 상기 마운트로부터 탈락되는 것을 방지하는 탈락 방지 핀의 헤드부와 맞닿는 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구.
제 5 항에 있어서,
상기 탈락 방지 핀의 헤드부와, 상기 드라이브 링 및 상기 마운트 사이에, 충격 흡수 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구.
제 5 항에 있어서,
상기 돌출부의 표면 및/또는 상기 탈락 방지 핀의 헤드부의 이면 전체에, 표면 경화 가공이 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 드라이브 링의 외측 주연부에, 상기 노즐의 노즐 날개각을 조작하는 레버 플레이트를 수용하는 절결부 또는 관통공이 둘레 방향을 따라 복수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가변 노즐 기구.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 가변 노즐 기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 용량 터보 차저.