KR20110063163A

KR20110063163A - 가변 터보 과급기

Info

Publication number: KR20110063163A
Application number: KR1020090120118A
Authority: KR
Inventors: 손진욱; 장원석; 차정화; 공진국; 우수형; 김영남; 양재춘
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-06-10

Abstract

본 발명은 가변 터보 과급기에 관한 것으로, 원주 방향을 따라 일면을 향해 돌출된 돌출부가 형성된 노즐 링; 상기 노즐 링의 상기 일면에서 상기 돌출부 내측에 안착되는 유니슨 링; 상기 노즐 링의 타면에 구비되는 베인; 상기 베인에 연결되어 상기 노즐 링을 관통하여 구비되는 베인 축; 상기 베인 축과 연결되며, 상기 유니슨 링에 회전 가능하게 결합하는 베인 암; 및 상기 유니슨 링이 상기 노즐 링에 상대 회전하도록 하는 작동부;를 포함한다.

가변 터보 과급기, VGT{variable geometry turbocharger}

Description

가변 터보 과급기{ＶＧＴ； variable geometry turbocharger}

본 발명은 가변 터보 과급기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구성을 단순화 하여 열변형에 강한 가변 터보 과급기에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관에서는 실린더의 하강행정에서 생기는 실린더 안의 부압(負壓)으로 혼합기 또는 공기를 빨아들인다. 이것을 내추럴 에스퍼레이션(natural aspiration) 또는 노멀 에스퍼레이션(normal aspiration)이라고 한다. 그러나 밸브가 열려 있는 짧은 시간 안에 충분한 흡기가 어려워, 펌프로 적극적으로 밀어 넣으면 실린더의 용적효과가 올라가고, 이와 함께 실효압축비, 폭발압력도 올라가서 출력이 향상된다. 이것이 슈퍼차징(supercharging:過給)이고, 이러한 슈퍼차징을 위해 차량에 장착되는 장치를 터보 과급기 또는 터보 챠저(turbocharger)라고 한다.

이러한 터보 과급기는 엔진의 작동 상태에 따라 흡기량을 조절할 수 있는 가변 터보 과급기(VGT; variable geometry turbocharger)로 발전하였는데, 가변 터보 과급기는 센터 하우징과 터보 하우징 중간에 장착되어 유니슨 링(unison ring)의 구동에 따라 회동하는 베인(vane)이 포함된 가변 베인 노즐 어셈블리와 가변 노즐 어셈블리를 지리하며 터빈 블레이드의 공기 흐름을 안내하는 인서트(insert)를 포함한다.

그런데, 종래의 가변 터보 과급기는 부품수가 많고 구성이 복잡하여 열팽창에 취약한 단점이 있다.

또한, 인서터, 가이드 체결축 등이 어긋나 구성되어 체결력이 약한 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구성으로 제작 단가를 낮추며 열변형에 강한 가변 터보 과급기를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가변 터보 과급기는 원주 방향을 따라 일면을 향해 돌출된 돌출부가 형성된 노즐 링; 상기 노즐 링의 상기 일면에서 상기 돌출부 내측에 안착되는 유니슨 링; 상기 노즐 링의 타면에 구비되는 베인; 상기 베인에 연결되어 상기 노즐 링을 관통하여 구비되는 베인 축; 상기 베인 축과 연결되며, 상기 유니슨 링에 회전 가능하게 결합하는 베인 암; 및 상기 유니슨 링이 상기 노즐 링에 상대 회전하도록 하는 작동부;를 포함할 수 있다.

상기 가변 터보 과급기는 상기 유니슨 링과 결합하여 상기 돌출부 내측에 접촉하는 복수개의 롤러;를 더 포함할 수 있다.

상기 작동부는 엑추에이터; 상기 엑추에이터에 연결된 제1 레버; 및 상기 제1 레버에 연결된 제2 레버;를 포함하고, 상기 제2 레버는 상기 노즐 링 및 상기 유니슨 링과 회전 가능하게 연결되어, 상기 엑추에이터의 작동에 따라 상기 노즐 링과 상기 유니슨 링의 상대적인 위치를 회전시킬 수 있다.

상기 가변 터보 과급기는 결합 홈이 형성된 센터 하우징; 상기 센터 하우징과 결합하는 터빈 하우징; 및 상기 터빈 하우징 내에 구비되어 상기 노즐 링과 노즐부를 형성하는 인서트;를 더 포함하고, 상기 돌출부에는 결합 돌기가 형성되어 상기 결합 홈에 끼워져 결합할 수 있다.

상기 가변 터보 과급기는 센터 하우징; 상기 센터 하우징과 결합하는 터빈 하우징; 및 상기 터빈 하우징 내에 구비되어 상기 노즐 링과 노즐부를 형성하는 인서트;를 더 포함하고, 상기 센터 하우징의 내주면과 상기 인서트의 외주면에는 각각 나사산이 형성되어 결합할 수 있다.

상기 돌출부에는 결합 돌기가 형성되며, 상기 돌출부에는 결합 홈이 형성되어 상기 결합 돌기가 상기 결합 홈에 끼워져 결합할 수 있다.

상기 터빈 하우징과 상기 인서트 사이에는 가스켓이 구비될 수 있다.

상기 터빈 하우징의 내주면과 상기 인서트의 외주면에는 각각 나사산이 형성되어 결합할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 가변 터보 과급기에 의하면, 간단한 구성으로 제작 단가를 낮출 수 있다.

특히, 종래의 가이드, 가이드 핀, 노즐 링 핀 등의 부품이 삭제되어 제작 공정을 단순화 할 수 있고, 열에 의한 변형이 최소화될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 가변 터보 과급기의 일부 평면도이고, 도2는 도1의 A-A라인을 따른 단면도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 가변 터보 과급기의 단면도이고, 도4는 본 발명의 실시예에 의한 가변 터보 과급기의 인서트의 사시도이다.

도1 내지 도4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가변 터보 과급기는 원주 방향을 따라 일면을 향해 돌출된 돌출부(12)가 형성된 노즐 링(nozzle ring; 10), 상기 노즐 링(10)의 상기 일면에서 상기 돌출부(12) 내측에 안착되는 유니슨 링(unison ring; 20), 상기 노즐 링(10)의 타면에 구비되는 베인(vane; 40), 상기 베인(40)에 연결되어 상기 노즐 링(10)을 관통하여 구비되는 베인 축(42), 상기 베인 축(42)과 연결되며, 상기 유니슨 링(20)에 회전 가능하게 결합하는 베인 암(vane arm; 44) 및 상기 유니슨 링(20)이 상기 노즐 링(10)에 상대 회전하도록 하는 작동부(50)를 포함한다.

또한, 상기 유니슨 링(20)과 결합하여 상기 돌출부(12) 내측에 접촉하는 복수개의 롤러(30)가 구비되며, 상기 롤러(30)에 의하여 상기 유니슨 링(20)이 상기 노즐 링(10)에 대하여 상대 회전시 보다 원활히 회전할 수 있다.

상기 작동부(50)는 상기 엑추에이터(52), 상기 엑추에이터(52)에 연결된 제1 레버(54) 및 상기 제1 레버(54)에 연결된 제2 레버(56)를 포함하고, 상기 제2 레버(56)는 상기 노즐 링(10) 및 상기 유니슨 링(20)과 회전 가능하게 연결(도1의 B 및 C 참조)되어, 상기 엑추에이터(52)의 작동에 따라 상기 노즐 링(10)과 상기 유니슨 링(20)의 상대적인 위치를 회전시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 유니슨 링(20)이 상기 돌출부(12)내에서 안착되어 상대 회전이 가능하므로 상기 유니슨 링(20)을 지지하기 위한 별도의 장착 지지구성이 불필요하므로 제작 단가를 낮추고, 열변형을 고려한 설계 제한이 줄어드는 효과가 있다.

이하에서는 센터 하우징과 인서트의 결합 등에 대하여 설명한다.

상기 가변 터보 과급기는 결합 홈(62)이 형성된 센터 하우징(60), 상기 센터 하우징(60)과 결합하는 터빈 하우징(70) 및 상기 터빈 하우징(70) 내에 구비되어 상기 노즐 링(10)과 노즐부(16)를 형성하는 인서트(80)를 더 포함하고, 상기 돌출부(12)에는 결합 돌기(14)가 형성되어 상기 결합 홈(62)에 끼워져 결합한다.

상기 결합 홈(14)과 상기 결합 돌기(14)에 의하여 다른 결합 기구, 예를 들어 볼트 등의 사용을 줄일 수 있어 제작 공정을 줄일 수 있고, 부품수를 줄일 수 있어 제작 단가를 낮출 수 있다.

상기 노즐부(16)에서는 상기 베인(40)의 작동 각도에 따라 터빈 블레이트(90)로 유입되는 배기가스의 속도 또는 진행 방향을 조절하게 된다.

또한, 상기 가변 터보 과급기는 상기 센터 하우징(60)의 내주면과 상기 인서트의 외주면(80)에 각각 센터 하우징 나사산(64)과 인서트 나사산(82)이 형성되어 결합할 수 있다.

상기 나사산들(64,82)에 의하여 상기 센터 하우징(60)과 인서트(82)의 결합시, 결합을 위한 볼트 또는 용접 등의 과정을 생략하고 간단히 조립이 가능하여 생산 공정수가 줄어들고, 실링(sealing)을 위한 별도의 부재를 설치할 필요가 없어 생산 비용 절감이 가능하다.

상기 터빈 하우징(70)과 상기 인서트(80) 사이에는 가스켓(86)이 구비될 수도 있고, 도5에 도시된 본 발명의 변형 실시예에 의한 가변 터보 과급기와 같이, 상기 터빈 하우징(70)의 내주면과 상기 인서트(80)의 외주면에 각각 터빈 하우징 나사산(72)과 와 인서트 나사산(84)가 형성되어 결합할 수도 있으며, 이러한 나사산을 이용하면 앞서 설명한 바와 같이, 결합을 위한 볼트 또는 용접 등의 과정을 생략하고 간단히 조립이 가능하여 생산 공정수가 줄어들고, 실링(sealing)을 위한 별도의 부재를 설치할 필요가 없어 생산 비용 절감이 가능하다.

본 발명의 실시예에 의한 가변 터보 과급기의 작동을 살피면, 상기 작동부(50)는 상기 제2 레버(46)를 밀거나 당겨 상기 유니슨 링(20)이 상기 돌출부(12)내에서 상기 노즐 링(10)과 상대적으로 회전하게 하며, 이에 따라 상기 유니슨 링 과 연결된 베인 암(44)이 회전하여 상기 베인(40)의 상대적인 각도가 변하게 된다.

그러면, 상기 노즐부(16)에서 상기 베인(40)의 작동 각도에 따라 터빈 블레이트(90)로 유입되는 배기가스의 속도 또는 진행 방향을 조절하게 되며, 즉, 저속에서는 보다 터빈을 효율적으로 회전시키기 상기 베인(40)이 좁은 통로를 형성하게 되고, 고속에서는 상기 터빈 블레이트(90)로 유입되는 배출가스의 흐름 방향을 조절하여 상기 터빈 블레이트(90)가 기준치 이상으로 회전하지 않도록 하며, 상기 터빈 블레이트(90)의 회전은 샤프트(100)를 통해 미도시한 컴브레서를 회전시키게 된다.

가변 터보 과급기의 보다 상세한 작동과 구성은 본 발명의 요지를 벗어난 것으로 생략하기로 한다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

도1은 본 발명의 실시예에 의한 가변 터보 과급기의 일부 평면도이다.

도2는 도1의 A-A라인을 따른 단면도이다.

도3은 본 발명의 실시예에 의한 가변 터보 과급기의 단면도이다.

도4는 본 발명의 실시예에 의한 가변 터보 과급기의 인서트의 사시도이다.

도5는 본 발명의 변형 실시예에 의한 가변 터보 과급기의 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 노즐 링 12: 돌출부

14: 결합 돌기 20: 유니슨 링

30: 롤러 40: 베인

42: 베인 축 44: 베인 암

50: 작동부 52: 엑추에이터

54: 제1 레버 56: 제2 레버

60: 센터 하우징 62: 결합 홈

64: 센터 하우징 나사산 70: 터빈 하우징

72: 터빈 하우징 나사산 80: 인서트

82, 84: 인서트 나사산 86: 가스켓

90: 터빈 블레이트 100: 샤프트

Claims

원주 방향을 따라 일면을 향해 돌출된 돌출부가 형성된 노즐 링;

상기 노즐 링의 상기 일면에서 상기 돌출부 내측에 안착되는 유니슨 링;

상기 노즐 링의 타면에 구비되는 베인;

상기 베인에 연결되어 상기 노즐 링을 관통하여 구비되는 베인 축;

상기 베인 축과 연결되며, 상기 유니슨 링에 회전 가능하게 결합하는 베인 암; 및

상기 유니슨 링이 상기 노즐 링에 상대 회전하도록 하는 작동부;

를 포함하는 가변 터보 과급기.
제1항에서,

상기 가변 터보 과급기는

상기 유니슨 링과 결합하여 상기 돌출부 내측에 접촉하는 복수개의 롤러;

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 터보 과급기.
제2항에서,

상기 작동부는

엑추에이터;

상기 엑추에이터에 연결된 제1 레버; 및

상기 제1 레버에 연결된 제2 레버;

를 포함하고,

상기 제2 레버는 상기 노즐 링 및 상기 유니슨 링과 회전 가능하게 연결되며, 상기 엑추에이터의 작동에 따라 상기 노즐 링과 상기 유니슨 링의 상대적인 위치를 회전시키는 것을 특징으로 하는 가변 터보 과급기.
제1항내지 제3항 중 어느 하나의 항에서,

상기 가변 터보 과급기는

결합 홈이 형성된 센터 하우징;

상기 센터 하우징과 결합하는 터빈 하우징; 및

상기 터빈 하우징 내에 구비되어 상기 노즐 링과 노즐부를 형성하는 인서트;

를 더 포함하고,

상기 돌출부에는 결합 돌기가 형성되어 상기 결합 홈에 끼워져 결합하는 것을 특징으로 하는 가변 터보 과급기.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에서,

상기 가변 터보 과급기는

센터 하우징;

상기 센터 하우징과 결합하는 터빈 하우징; 및

상기 터빈 하우징 내에 구비되어 상기 노즐 링과 노즐부를 형성하는 인서트;

를 더 포함하고,

상기 센터 하우징의 내주면과 상기 인서트의 외주면에는 각각 나사산이 형성되어 결합하는 것을 특징으로 하는 가변 터보 과급기.
제5항에서,

상기 돌출부에는 결합 돌기가 형성되며,

상기 돌출부에는 결합 홈이 형성되어 상기 결합 돌기가 상기 결합 홈에 끼워져 결합하는 것을 특징으로 하는 가변 터보 과급기.
제5항에서,

상기 터빈 하우징과 상기 인서트 사이에는 가스켓이 구비된 것을 특징으로 하는 가변 터보 과급기.
제5항에서,

상기 터빈 하우징의 내주면과 상기 인서트의 외주면에는 각각 나사산이 형성되어 결합하는 것을 특징으로 하는 가변 터보 과급기.