KR20100112366A - 가변 노즐 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상대적으로 적은 수의 부품과 간단한 구조로, 원주상에 배치된 베인들의 각도를 일괄적으로 변경시킬 수 있도록 하여, 상대적으로 높은 동력 전달 효율로 원활하고 안정된 베인들의 각도 조절이 가능하며, 조립성을 크게 향상시키고, 조립 불량 발생율과, 고장 및 파손의 가능성을 크게 저감시킬 수 있도록 한다.

베인, 터보차져, 과급

Description

가변 노즐 장치{Variable Nozzle Apparatus}

본 발명은 가변 노즐 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관의 터보차져 등에서 배기가스 등과 같은 유체의 유동을 조절하여 터빈과 같은 회전체의 회전을 제어할 수 있도록 하는 가변 노즐 장치에 관한 기술이다.

가변 노즐 장치는 종래에 내연기관의 과급을 위한 터보차져에 많이 사용되고 있다. 즉, 내연기관의 배기가스를 터보차져의 터빈으로 제공할 때, 공급되는 배기가스의 유동을 조절함으로써, 터빈의 회전을 제어할 수 있도록 하는 것이다.

종래의 가변 노즐 장치는 중앙에 위치한 터빈 주위에 다수의 베인이 배치되어, 베인들의 외측으로부터 내측의 터빈으로 흐르는 배기가스의 흐름을 상기 베인의 각도를 변경함으로써 조절할 수 있도록 되어 있다.

종래 상기 베인들의 각도를 조절하기 위한 메커니즘으로는 다수의 베인들 각각에 회전링크를 설치하고, 상기 회전링크들을 일괄적으로 회동시킬 수 있는 구동링을 구비하여, 별도의 외부링크장치로 상기 구동링을 회전시킴에 의해 베인들의 각도가 동시에 변경되도록 하는 것이 사용되고 있다.

상기한 바와 같은 가변 노즐 장치의 구동 메커니즘은 모든 베인들을 각각의 위치에서 터빈에 대해 동일한 각도로 회동되도록 하기 위해, 다수의 부품이 사용되어 그 구조가 복잡하고 조립 작업성이 떨어지며, 조립 불량 발생율과, 고장 및 파손의 가능성이 상대적으로 높다. 또한 다수 부품들을 통한 조작에 따른 동력 전달 효율의 저하를 피하기 어렵다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상대적으로 적은 수의 부품과 간단한 구조로, 원주상에 배치된 베인들의 각도를 일괄적으로 변경시킬 수 있도록 하여, 상대적으로 높은 동력 전달 효율로 원활하고 안정된 베인들의 각도 조절이 가능하며, 조립성을 크게 향상시키고, 조립 불량 발생율과, 고장 및 파손의 가능성을 크게 저감시킬 수 있도록 한 가변 노즐 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 가변 노즐 장치는

일측면에 원주방향을 따라 베인들의 회동축이 회동 가능하게 삽입되는 축삽입홈이 다수 구비된 제1링과;

상기 제1링의 축삽입홈에 삽입되는 회동축이 돌출되어 형성되고 상기 회동 축과 평행하게 가이드핀이 돌출되어 형성된 다수의 베인과;

상기 제1링과 동심축을 이루어 결합되고, 상기 베인들의 가이드핀들이 각각 삽입되어 상기 제1링과의 상대 회동시 상기 베인을 상기 축삽입홈을 중심으로 회동시키도록 형성된 다수의 캠홈이 원주방향을 따라 배치된 제2링;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 베인의 회동축과 상기 가이드핀은 상기 베인으로부터 동일한 방향으로 돌출되어 형성되고;

상기 제1링의 축삽입홈이 형성된 면과 상기 제2링의 캠홈이 형성된 면은 서로 단일 평면을 이루도록 결합된 구조로 할 수 있다.

상기 제1링과 제2링은 반경방향과 일측 축방향으로 상호 구속되는 요철구조로 결합된 구조로 할 수 있다.

상기 제2링의 캠홈이 형성된 부분은 상기 제1링의 축삽입홈이 형성된 부분의 내측에 위치하도록 결합된 구조로 할 수 있다.

상기 제1링과 제2링 중 어느 하나는 고정되고, 나머지 하나는 외력에 의해 상기 고정된 것에 대해 상대적인 회동이 가능하도록 외부동력전달체에 연결된 구조로 할 수 있다.

상기 제2링의 캠홈은 상기 제1링과 제2링의 상대 회동시, 상기 베인의 선단이 상기 제2링의 내경부에 설치되는 회전체와 간섭하지 않도록 상기 가이드핀의 이동을 제한하도록 형성된 구조로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상대적으로 적은 수의 부품과 간단한 구조로, 원주상에 배치된 베인들의 각도를 일괄적으로 변경시킬 수 있도록 하여, 상대적으로 높은 동력 전달 효율로 원활하고 안정된 베인들의 각도 조절이 가능하며, 조립성을 크게 향상시키고, 조립 불량 발생율과, 고장 및 파손의 가능성을 크게 저감시킬 수 있도록 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명 실시예는 일측면에 원주방향을 따라 베인(1)들의 회동축(3)이 회동 가능하게 삽입되는 축삽입홈(5)이 다수 구비된 제1링(7)과; 상기 제1링(7)의 축삽입홈(5)에 삽입되는 회동축(3)이 돌출되어 형성되고 상기 회동축(3)과 평행하게 가이드핀(9)이 돌출되어 형성된 다수의 베인(1)과; 상기 제1링(7)과 동심축을 이루어 결합되고, 상기 베인(1)들의 가이드핀(9)들이 각각 삽입되어 상기 제1링(7)과의 상대 회동시 상기 베인(1)을 상기 축삽입홈(5)을 중심으로 회동시키도록 형성된 다수의 캠홈(11)이 원주방향을 따라 배치된 제2링(13)을 포함하여 구성된다.

즉, 상호간에 상대 회동이 가능하게 결합되는 제1링(7)과 제2링(13)에 각각 축삽입홈(5)과 캠홈(11)이 형성되도록 하고, 여기에 베인(1)의 회동축(3)과 가이드핀(9)이 각각 삽입되도록 하여, 상기 제1링(7)과 제2링(13)의 상대 회동시 상기 베인(1)의 가이드핀(9)이 상기 캠홈(11)을 따라 이동하면서 상기 베인(1)의 회동을 유발시키도록 한 것이다.

따라서, 상기 베인(1)의 회동 특성은 상기 가이드핀(9)에 대한 캠홈(11)의 형상에 따라 조절될 수 있으며, 종래에 베인(1)의 선단부가 지나치게 터빈쪽으로 진입하여 간섭이 발생하게 되는 것을 방지하기 위해 별도의 스토퍼 등을 구비했던 것을, 별도의 스토퍼 없이 상기 가이드핀(9)과 캠홈(11)의 형상에 의해 제한하는 것이 가능 하므로, 상기 제2링(13)의 캠홈(11)은 상기 제1링(7)과 제2링(13)의 상대 회동시, 상기 베인(1)의 선단이 상기 제2링(13)의 내경부에 설치되는 터빈과 같은 회전체와 간섭하지 않도록 상기 가이드핀(9)의 이동을 제한하도록 형성된 구조로 하는 것이 바람직할 것이다.

상기 베인(1)은 상기 베인의 회동축(3)에 수직한 단면구조가, 도시된 바와 같이 단순한 직선 형상으로 형성될 수도 있지만, S 자형상 등 다양한 곡선 형상을 이루도록 형성되도록 할 수도 있다.

상기 베인(1)의 회동축(3)과 상기 가이드핀(9)은 상기 베인(1)으로부터 동 일한 방향으로 돌출되어 형성되고, 상기 제1링(7)의 축삽입홈(5)이 형성된 면과 상기 제2링(13)의 캠홈(11)이 형성된 면은 서로 단일 평면을 이루도록 결합된 구조이다.

따라서, 상기 베인(1)의 상기 가이드핀(9) 및 회동축(3)이 돌출된 면은 상기 제1링(7)과 제2링(13)이 형성하는 평면을 쓸면서 회동되어 작동되고, 이 평면의 맞은편에는 또 다른 부재에 의한 평면이 상기 베인(1)이 쓸면서 회동될 수 있도록 구비되어 상기 베인(1)들과 함께 배기가스 등과 같은 유체가 통과하는 노즐의 통로를 형성하게 된다.

여기서, 상기 제1링(7)과 제2링(13)의 맞은편에 상기 베인(1)이 쓸면서 회동되는 또 다른 평면을 제공하는 부재는 종래의 터보차져 등에 사용되는 가변 노즐 장치에서와 마찬가지로 터보차져의 케이스나 기타 별도로 삽입된 다른 부재 등이 될 수 있을 것이다.

물론, 상기 베인(1)의 회동축(3)과 상기 가이드핀(9)은 서로 반대방향으로 돌출되고, 상기 제1링(7)과 제2링(13)은 서로 동심축은 이루지만 상기 베인(1)을 사이에 두고 서로 반대방향에 설치되도록 구성하여도, 상기 제1링(7)과 제2링(13)의 상대회동만으로 상기 베인(1)들의 일괄적인 회동 조작이 가능하도록 구성할 수 있을 것이다.

상기 제1링(7)과 제2링(13)은 반경방향과 일측 축방향으로 상호 구속되는 요철구조로 결합된 구조이다. 즉, 도 4의 좌우에 각각 예시된 바와 같이 제1링(7)과 제2링(13)이 서로 홈과 돌기를 구비 또는 돌기나 홈 자체를 이루어 서로 결합되도록 함으로써, 조립에 의해 상호간의 동심축 일치가 저절로 이루어지고 반경방향의 구속이 이루어지며, 상호간에 삽입되는 방향으로도 서로 더 이상 삽입되지 않는 상태에서 베인(1)이 결합되는 면이 단일평면을 이루어 일측 축방향으로 상호 구속되는 구조가 되는 것이다.

참고로, 도 1과 도 2에 도시된 실시예에서 상기 제2링(13)의 캠홈(11)이 형성된 부분은 상기 제1링(7)의 축삽입홈(5)이 형성된 부분의 내측에 위치하도록 결합된 구조이다.

여기서, 상기 제1링(7)과 제2링(13) 중 어느 하나는 고정되고, 나머지 하나는 외력에 의해 상기 고정된 것에 대해 상대적인 회동이 가능하도록 외부동력전달체(15)에 연결됨으로써, 상기 제1링(7)과 제2링(13) 사이에 필요에 따라 상대회동을 유발시켜 상기 베인(1)들의 각도를 일괄적으로 제어할 수 있다.

참고로 도 5의 동작 설명도에는 상기 캠홈(11)이 형성되어 있는 제2링(13)이 고정되어 있고, 상기 축삽입홈(5)이 구비된 제1링(7)이 외부동력전달체(15)인 작동로드에 연결되어 상기 작동로드의 직선운동에 따라 상기 제2링(13)에 대해 상대회동이 이루어지는 상태가 묘사되어 있다.

물론, 상기 외부동력전달체(15)인 상기 작동로드는 종래에 가변 노즐 장치를 구동하기 위한 액츄에이터를 구성하는 로드나 링크 등이 될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 노즐 장치의 실시예의 분해 사시도,

도 2는 도 1의 실시예의 조립상태도,

도 3은 도 1의 실시예에 사용된 구성품들을 나열한 도면,

도 4는 제1링과 제2링의 두 결합 실시예를 좌우로 각각 도시한 도면,

도 5는 도 1의 실시예의 작동을 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 베인 3; 회동축

5; 축삽입홈 7; 제1링

9; 가이드핀 11; 캠홈

13; 제2링 15; 외부동력전달체

Claims (8)

1. 일측면에 원주방향을 따라 베인들의 회동축이 회동 가능하게 삽입되는 축삽입홈이 다수 구비된 제1링과;

   상기 제1링의 축삽입홈에 삽입되는 회동축이 돌출되어 형성되고 상기 회동축과 평행하게 가이드핀이 돌출되어 형성된 다수의 베인과;

   상기 제1링과 동심축을 이루어 결합되고, 상기 베인들의 가이드핀들이 각각 삽입되어 상기 제1링과의 상대 회동시 상기 베인을 상기 축삽입홈을 중심으로 회동시키도록 형성된 다수의 캠홈이 원주방향을 따라 배치된 제2링;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 베인의 회동축과 상기 가이드핀은 상기 베인으로부터 동일한 방향으로 돌출되어 형성되고;

   상기 제1링의 축삽입홈이 형성된 면과 상기 제2링의 캠홈이 형성된 면은 서로 단일 평면을 이루도록 결합된 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1링과 제2링은 반경방향과 일측 축방향으로 상호 구속되는 요철구조 로 결합된 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제2링의 캠홈이 형성된 부분은 상기 제1링의 축삽입홈이 형성된 부분의 내측에 위치하도록 결합된 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
5. 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1링과 제2링 중 어느 하나는 고정되고, 나머지 하나는 외력에 의해 상기 고정된 것에 대해 상대적인 회동이 가능하도록 외부동력전달체에 연결된 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
6. 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 베인은 상기 베인의 회동축에 수직한 단면구조가 직선형인 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
7. 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 베인은 상기 베인의 회동축에 수직한 단면구조가 곡선형인 것

   을 특징으로 하는 가변 노즐 장치.
8. 청구항 1 내지 4항 중 어느 한 항의 가변 노즐 장치를 구비한 터보차져.

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