KR20110111501A - 가변 용량형 배기 터보 과급기 - Google Patents

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Abstract

가변 노즐 기구를 체결하는 볼트가 느슨해지지 않는 가변 용량형 배기 터보 과급기. 가변 용량형 배기 터보 과급기는, 터빈 하우징 (1), 터빈 로터 (3), 터빈 샤프트 (3A), 터빈 샤프트를 지지하는 베어링 (5), 베어링 하우징 (4), 및 배기가스의 흐름을 조정하는 가변 노즐 기구 (8) 를 구비하고 있다. 가변 노즐 기구 (8) 는, 노즐 (6), 노즐 마운트 (7), 레버 플레이트 (11) 및 드라이브 링 (10) 을 구비하고 있다. 터빈 하우징 (1) 의 내통부 (1a) 에는, 노즐 (6) 의 선단이 맞닿는 노즐 플레이트 (9) 가 형성된다. 노즐 마운트 (7) 와 노즐 플레이트 (9) 사이에는, 관통 구멍 (7a) 및 관통 나사구멍 (9a) 과 동축으로 슬리브 부재 (12) 가 형성된다. 노즐 마운트 (7) 와 노즐 플레이트 (9) 는 관통 구멍 (7a), 슬리브 부재 (12) 및 관통 나사구멍 (9a) 을 이 순서대로 통과하는 체결 볼트 (B) 에 의해 함께 연결된다. 슬리브 부재 (12) 중 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 (9) 와 접하는 부분의 두께가 슬리브 부재 (12) 의 중앙부의 두께보다 더 두껍다.

Description

가변 용량형 배기 터보 과급기{VARIABLE CAPACITY TYPE EXHAUST TURBO-SUPERCHARGER}
본 발명은, 노즐 베인의 익각 (翼角) 이 변화 가능하게 구성된 가변 용량형 배기 터보 과급기에 관한 것이다.
종래, 차량용 내연기관 등에 사용되는 비교적 소형의 터보 과급기에서는, 엔진으로부터의 배기가스를, 터빈 하우징에 형성된 스크롤에 충전하고, 그 스크롤의 내주 측에 형성된 복수의 노즐 베인을 통해 공급하여, 그 노즐 베인의 내주 측에 형성된 터빈 로터에 작용시킨다. 그리고, 복수의 노즐 베인의 익각을 변화시킬 수 있는 가변 노즐 기구가 사용된다. 가변 노즐 기구를 구비한 반경류형 (radial flow type) 가변 용량 배기 터보 과급기가 종종 이용되고 있다. 예를 들어, 이러한 타입의 가변 노즐 기구가 특허문헌 1 내지 3 에 기재되어 있다.
도 5 는, 상기한 가변 노즐 기구를 포함하는 종래의 배기 터보 과급기의 일례를 나타내고 있다. 이 도면은 회전축선을 따른 단면도이다. 도 5 는 두꺼운 다통 (multi-cylindrical) 형상의 터빈 하우징 (1) 을 구비하고 있는 터보 과급기를 보여주고 있다. 터빈 하우징 (1) 의 외주 측에는 나선형 구성으로 스크롤 (2) 이 형성되어 있다. 터빈 하우징의 내주 측에는, 반경류형의 터빈 로터 (3) 가 형성되어 있다. 터빈 로터 (3) 는 터빈 샤프트 (3A) 에 장착되며, 터빈 샤프트는, 회전축심 (K) 을 가지며, 압축기 (도시 생략) 와 동축으로 배치된다. 터빈 샤프트 (3A) 는 베어링 (5) 을 개재하여 베어링 하우징 (4) 에 회전할 수 있도록 지지된다.
베어링 하우징 (4) 의 배면에는 고리형의 오목부가 형성되어 있다. 오목부에는, 노즐 (6) 및 노즐 마운트 (7) 등을 갖는 가변 노즐 기구 (8) 가 수납된다. 여기서는, 회전축심 (K) 주위에 복수의 노즐 (6) 이 등간격으로 형성되어 있다. 또한, 노즐 (6) 은, 터빈의 반경 방향에서 스크롤 (2) 의 내주 측에 위치되어 있다. 각각의 노즐 (6) 은 노즐 베인 (6a) 과 노즐 샤프트 (6b) 를 포함하고 있다. 노즐 샤프트 (6b) 는, 베어링 하우징 (4) 에 고정된 노즐 마운트 (7) 에 회전 가능하게 지지된다. 그리고, 가변 노즐 기구 (8) 에 의해 노즐 베인 (6a) 의 익각이 변화될 수 있다.
노즐 베인 (6a) 은, 노즐 마운트 (7) 와 이 노즐 마운트 (7) 에 연결된 고리형 노즐 플레이트 (9) 사이에 배치된다. 노즐 플레이트 (9) 는 터빈 하우징 (1) 의 내통부 (inner cylindrical portion) 의 선단부에 부착되어 있다.
노즐 마운트는 전방면에 융기부를 갖는다. 융기부에는, 원반 형상으로 형성된 드라이브 링 (10) 이 회전 가능하게 지지된다. 드라이브 링 (10) 에는, 레버 플레이트 (11) 가 걸어 맞춰진다. 레버 플레이트 (11) 는, 도 6 에서 확대하여 나타내는 바와 같이, 만곡부 (11a) 및 걸어맞춤용 돌기부 (11b) 를 포함한다. 걸어맞춤용 돌기부 (11b) 는 드라이브 링 (10) 의 홈부 (10a) 에 걸어 맞춰진다.
또한, 레버 플레이트 (11) 는 레버 플레이트의 내주 측에 회전축심 (K) 을 따라 형성된 관통 구멍을 갖고 있다. 이 관통 구멍에, 노즐 샤프트 (6b) 의 선단측에 형성된 고정부 (6c) 가 삽입된다.
도 7 은, 도 6 의 화살표 A 로부터 본 형상이다. 도 7 에 나타낸 바와 같이, 원반 형상의 노즐 마운트 (7) 에는, 반경방향 중심 부근에 드라이브 링 (10) 이 형성되어 있다. 드라이브 링 (10) 에는, 레버 플레이트 (11) 가 연결 되어 있다. 레버 플레이트 (11) 의 회전축심 (K) 측에는 노즐 (6) 의 고정부 (6c) 가 걸어 맞춰진다. 도 7 은 회전축심 (K) 주위에 형성된 12 개의 레버 플레이트 (11) 를 보여주고 있다. 드라이브 링 (10) 을 회전시킴으로써 노즐 (6) 의 개도가 조정된다.
도 5 내지 도 7 을 통해 설명한 구성을 갖는 가변 노즐 기구를 포함하는 가변 용량형 배기 터보 과급기의 작동 중에 있어서, 엔진 (도시 생략) 으로부터의 배기가스는 스크롤 (2) 에 들어가서, 그 스크롤 (2) 의 나선형 통로를 따라 소용돌이치게 되고, 그리고 나서 노즐 베인 (6a) 을 통해 도입된다. 그리고 나서, 배기가스는, 베인들 사이의 간극을 통해 흐른 후, 터빈 로터 (3) 에 외주로부터 터빈 로터 (3) 에서 흐르게 된다. 그 다음으로, 배기가스는 터빈 로터 (3) 의 중심을 향해 반경 방향으로 흘러서, 터빈 로터 (3) 에 팽창을 행한다. 그리고 나서, 배기가스는 축방향을 따라 흐르고 가스 출구로 안내되어, 터보 과급기 외부로 배출된다.
전술한 가변 용량형 배기 터보 과급기의 용량을 제어하기 위해, 노즐 베인 (6a) 을 통과하는 배기가스의 유속을 희망하는 유속으로 조절하도록, 노즐 베인 (6a) 의 익각이 익각 제어기 (도시 생략) 에 의해 설정된다. 그에 따라 설정된 익각에 대응하는 액츄에이터의 왕복 변위가 드라이브 링 (10) 에 전달되어 드라이브 링 (10) 이 회전하게 된다.
드라이브 링 (10) 의 회전에 의해, 드라이브 링 (10) 에 형성된 홈부 (10a) 에 걸어 맞춤된 돌기부 (11b) 를 개재하여 레버 플레이트 (11) 가 노즐 샤프트 (6b) 주위에서 회전하게 된다. 노즐 샤프트 (6b) 의 회전에 의해, 노즐 베인 (6a) 이 회전하게 되어, 노즐 베인 (6a) 의 익각이 변하게 된다.
[특허문헌 1] JP2008-128065A [특허문헌 2] JP2008-215083A [특허문헌 3] US2860827
그러나, 도 5 내지 도 7 에 나타낸 종래의 가변 용량형 배기 터보 과급기에서는, 가변 노즐 기구가 고온에 노출되고, 이로 인해 가변 노즐 기구의 내부 부품이 열변형된다. 이로 인해, 슬리브 부재 (12) 가 압축 변형되거나, 슬리브 부재와 노즐 플레이트 (9) 또는 노즐 마운트 (7) 사이의 접촉면이 함몰하거나, 노즐 플레이트 (9) 가 뒤틀릴 수 있다. 이로써, 노즐 베인 (6a) 과 노즐 마운트 (7) 또는 노즐 플레이트 (9) 사이의 공간이 감소할 수 있다. 공간이 과도하게 적어지게 되면, 노즐 베인 (6a) 이 작동 불량을 일으킬 수 있다. 또한, 도 5 에 나타낸 체결 볼트 (B) 가 터빈 하우징 (1) 과 베어링 하우징 (4) 에 의해 둘러싸인 공간에 존재하고, 따라서 체결 볼트 (B) 가 고온으로 되어, 열팽창되거나 엔진 진동에 의해 느슨해질 수 있다.
이러한 종래 기술의 과제를 감안하여, 본 발명의 목적은, 가변 노즐 기구의 내부 부품의 변형에 기인한 작동 불량이 발생하지 않으며 가변 노즐 기구를 체결하는 볼트가 느슨해지지 않는, 가변 용량형 배기 터보 과급기를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위한 것이다.
본 발명은, 내연기관의 배기가스가 도입되는 터빈 하우징, 터빈 하우징 내에 형성되고 배기가스에 의해 회전되는 터빈 로터, 일 단부가 상기 터빈 하우징 내에 삽입되어 상기 터빈 로터에 부착되는 터빈 샤프트, 터빈 샤프트를 지지하는 베어링, 상기 터빈 하우징에 연결되어 상기 베어링을 수납하는 베어링 하우징, 및 베어링 하우징에 고정되어 상기 터빈 로터에 대한 배기가스의 흐름을 조정하는 가변 노즐 기구를 포함하는 가변 용량형 배기 터보 과급기로서, 상기 가변 노즐 기구는, 노즐, 노즐을 지지하는 노즐 마운트, 노즐과 걸어 맞춰지는 레버 플레이트, 및 레버 플레이트와 걸어 맞춰지는 드라이브 링을 포함하고, 상기 터빈 하우징은 내통부와 외통부를 갖는 2중 통 구조이고, 상기 터빈 하우징의 내통부에는, 상기 노즐의 선단이 맞닿는 고리형의 노즐 플레이트가 형성되고, 상기 노즐 마운트와 상기 노즐 플레이트에는, 관통 구멍 및 관통 나사구멍이 각각 형성되고, 상기 노즐 마운트와 상기 노즐 플레이트 사이에는, 상기 관통 구멍 및 상기 관통 나사구멍과 동축으로 슬리브 부재가 배치되고, 상기 노즐 마운트와 상기 노즐 플레이트는 상기 관통 구멍, 상기 슬리브 부재 및 상기 관통 나사구멍에 기재된 순서대로 삽입된 체결 볼트에 의해 연결되고, 상기 슬리브 부재는, 상기 노즐 마운트 및 상기 노즐 플레이트와 접하는 부분의 두께가 중앙부의 두께보다 두껍게 되도록 형성되는 가변 용량형 배기 터보 과급기를 제공한다.
본 발명에 따르면, 슬리브 부재의 단부 중 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 (9) 와 접촉하는 면적이 넓어지고, 따라서 단위 면적당 접촉 면적에 작용하는 압력이 저감되어 함몰과 같은 접촉면의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 접촉면의 함몰은 노즐 단부면 (end surface) 들 사이의 공간을 줄일 수 있고, 이로 인해, 노즐 고착이 발생할 수 있다. 또한, 슬리브 부재의 중앙부가 가스 통로에 노출되고 슬리브 부재의 단부의 두께보다 더 얇은 두께를 가지므로, 배기가스의 난류가 억제될 수 있고 터빈의 성능 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 슬리브 부재가 각 단부에서, 슬리부 부재의 상기 각 단부가 그 단부의 외주를 향해 점점 얇아지도록 플랜지 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이로써, 플랜지의 외주 측이 더 큰 탄성을 가져서, 슬리브 부재 (12) 와 각각의 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 사이의 압력의 분포가 더욱 균일하게 된다. 그 결과, 플랜지의 외주 에지 근방에서의 강한 충격과 그 충격에 기인하는 소성 변형을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 슬리브 부재가 상기 노즐 마운트, 상기 노즐 플레이트 및 상기 체결 볼트보다 더 낮은 강성의 재료로 이루어지는 것이 또한 바람직하다.
이로써, 슬리브 부재가 노즐 마운트 및 노즐 플레이트보다 먼저 변형되고, 따라서 슬리브 부재와 각각의 노즐 마운트 및 노즐 플레이트 사이의 접촉 압력이 저감된다. 그 결과, 슬리브 부재와 노즐 마운트 및 노즐 플레이트의 노즐 단부면 사이의 공간의 감소를 더 억제할 수 있다.
본 발명의 가변 용량형 배기 터보 과급기에 있어서, 상기 슬리브 부재는 상기 체결 볼트보다 더 작은 선팽창 계수의 재료로 이루어지는 것이 또한 바람직하다.
이러한 방식에서, 배기가스에 직접 노출되는 슬리브 부재의 온도가 체결 볼트 (B) 의 온도보다 더 높게 되고, 따라서 슬리브 부재의 열 팽창이 크게 되고 슬리브 부재와 각각의 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 (9) 사이의 접촉 압력이 높아지기 쉽다. 그러므로, 접촉 압력이 높아지는 것을 방지하기 위해, 슬리브 부재가 낮은 선팽창 계수의 재료로 이루어진다. 그 결과, 접촉면의 소성 변형으로 인한 노즐 단부면들의 공간의 감소를 억제할 수 있다.
또한, 상기 체결 볼트는 노즐 플레이트의 표면으로부터 돌출한 선단을 갖고, 체결 볼트의 선단은 스웨이징 (swaging) 되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 노즐 플레이트의 관통 나사구멍에 체결 볼트가 나사 결합되므로, 체결 볼트가 느슨해짐으로 인한 노즐 플레이트의 과도한 진동을 방지할 수 있다. 또한, 노즐 마운트와 노즐 플레이트를 체결하기 위한 부품의 파손 위험을 줄일 수 있다. 더욱이, 체결 볼트의 선단이 스웨이징되기 때문에, 가변 노즐 기구를 체결하는 체결 볼트의 느슨해짐을 확실하게 방지할 수 있다.
노즐 플레이트가 터보 과급기의 하류측의 노즐 플레이트의 표면에 형성된 리브를 갖는 것이 또한 바람직하다.
본 발명에 따르면, 노즐 플레이트의 표면에 리브가 형성되므로, 운전 동안 노즐 플레이트의 열변형을 억제하고 노즐 단부면에서의 공간의 감소를 억제할 수 있다. 또한, 엔진 등의 고주파수의 진동의 외력이 존재하는 경우, 노즐 마운트와 노즐 플레이트를 체결하는 체결 볼트 (B) 에서 동적 하중을 줄일 수 있고, 이로써 체결 볼트의 파손에 대한 신뢰성이 높아진다.
본 발명에 있어서, 노즐 플레이트의 리브가 노즐 플레이트의 원주 방향 및 노즐 플레이트의 반경 방향 중 적어도 하나를 따라 형성되는 것이 또한 바람직하다.
본 발명에 따르면, 원주 방향으로 형성된 리브에 의해 노즐 플레이트의 원주 방향에서의 변형이 균일화 및 억제될 수 있는 한편, 반경 방향으로 형성된 리브에 의해 노즐 플레이트의 반경 방향에서의 만곡을 억제할 수 있다.
본 발명의 가변 용량형 배기 터보 과급기에서는, 가변 노즐 기구의 부품의 변형에 기인한 고장이 발생하지 않는다. 또한, 가변 노즐 기구를 체결하는 체결 볼트에 느슨해짐이나 손상이 발생하지 않는다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 가변 용량형 배기 터보 과급기의 바람직한 제 1 실시형태를 나타내는 설명도이다. 도 1 의 (A) 는, 가변 용량형 배기 터보 과급기의 주요부의 단면도이고, 도 1 의 (B) 는, 슬리브 부재의 확대도이다.
도 2 는, 본 발명에 관련된 가변 용량형 배기 터보 과급기의 바람직한 제 2 실시형태를 나타내는 설명도이다.
도 3 은, 본 발명의 가변 용량형 배기 터보 과급기의 제 3 실시형태를 나타내는 설명도이다.
도 4 는, 노즐 플레이트에 형성된 리브를 나타내는 설명도이다. 도 4 의 (a) 는, 원주 방향으로 리브가 형성된 노즐 플레이트를 나타내고 있다. 도 4 의 (b) 는, 원주 방향 및 반경 방향으로 형성된 리브를 갖는 노즐 플레이트를 나타내고 있다. 도 4 의 (c) 는, 도 4 의 (b) 에 나타낸 것과 함께, 원주 방향으로 형성된 다른 리브를 갖는 노즐 플레이트를 나타내고 있다.
도 5 는, 종래의 가변 용량형 배기 터보 과급기를 나타내는 설명도이다.
도 6 은, 도 5 의 노즐 마운트 부근의 확대도이다.
도 7 은, 도 6 의 화살표 A 로부터 본 사시도이다.
이하에서, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다. 그러나, 치수, 재료, 형상, 상대 위치 등은, 특별히 기재되지 않는 한, 본 발명의 범위를 설명하기 위한 것일 뿐 한정하려는 것은 아니다.
[바람직한 제 1 실시형태]
도 1 은, 본 발명에 관련된 가변 용량형 배기 터보 과급기의 바람직한 제 1 실시형태를 나타내는 설명도이다. 도 1 은 회전축심 (K) 을 따른 단면도이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 터보 과급기는, 내연기관의 배기가스가 도입되는 다층 실린더 형상의 터빈 하우징 (1) 을 갖는다. 터빈 하우징 (1) 의 상류측의 외주부에는, 나선 형상의 스크롤 (2) 이 형성되어 있다. 터빈 하우징 (1) 의 상류측의 내주부에는, 반경류형의 터빈 로터 (3) 가 형성되어 있다. 터빈 로터 (3) 는 배기가스에 의해 회전된다. 터빈 로터 (3) 는 터빈 샤프트 (3A) 의 일 단부에 배치되어 있다. 터빈 샤프트 (3A) 의 상기 단부는 터빈 하우징 (1) 내에 삽입된다. 터빈 샤프트 (3A) 는, 회전축심 (K) 이며 압축기 (도시 생략) 와 동축으로 배치되어 있는 회전 중심을 갖는다. 또한, 터빈 샤프트 (3A) 는, 베어링 (5) 를 개재하여 베어링 하우징 (4) 에서 회전 가능하게 지지된다.
베어링 하우징 (4) 은 그의 배면에 형성된 고리형의 오목부를 갖는다. 오목부에는, 노즐 (6), 노즐 (6) 을 지지하는 노즐 마운트 (7) , 노즐 플레이트 (9) , 드라이브 링 (10), 및 노즐 (6) 이나 드라이브 링 (10) 에 걸어 맞춰지는 레버 플레이트 (11) 등을 포함하는 노즐 어셈블리로서 가변 노즐 기구 (8) 가 배치된다. 가변 노즐 기구 (8) 는, 베어링 하우징 (4) 에 고정되고, 배기가스의 흐름을 조정한다.
회전축심 (K) 주위에 복수의 노즐 (6) 이 동일한 간격으로 떨어져 있다. 또한, 노즐 (6) 은, 터보 과급기의 반경 방향에서 스크롤 (2) 의 내주 측에 위치되어 있다. 노즐 (6) 은 노즐 베인 (6a) 과 노즐 샤프트 (6b) 를 각각 포함하고 있다. 노즐 샤프트 (6b) 는, 베어링 하우징 (4) 에 고정된 노즐 마운트 (7) 에 회전 가능하게 지지된다. 이로써, 가변 노즐 기구 (8) 는 노즐 베인 (6a) 의 익각을 변화시킬 수 있다.
노즐 베인 (6a) 은, 노즐 마운트 (7) 와 이 노즐 마운트 (7) 에 연결된 노즐 플레이트 (9) 사이에 배치되어 있다. 노즐 플레이트 (9) 는 터빈 하우징 (1) 내통부의 외부에 끼워 맞춰진다.
노즐 마운트 (7) 의 선단의 융기부에는, 드라이브 링 (10) 이 회전 가능하게 배치되어 있다. 드라이브 링 (10) 은 레버 플레이트 (11) 와 걸어 맞춤된다.
또한, 레버 플레이트 (11) 는 레버 플레이트 (11) 의 내주 측에 회전축심 (K) 을 따라 형성된 관통 구멍을 갖는다. 각각의 관통 구멍에는, 노즐 샤프트 (6b) 의 선단측에 형성된 고정 부재 (6c) 가 삽입된다.
상기 구조로 이루어지는 가변 노즐 기구를 구비한 가변 용량형 배기 터보 과급기의 작동 동안, 배기가스는 엔진 (도시 생략) 으로부터의 스크롤에 도입되어, 스크롤 (2) 의 나선형 통로를 따라 흐르면서 노즐 베인 (6a) 에 도입된다. 그리고 나서, 배기가스는, 노즐 베인 (6a) 들 사이의 간극을 통해 터빈 로터 (3) 에 외주측으로부터 흐르고, 중심을 향해 반경 방향으로 흐르면서 터빈 로터 (3) 에 팽창 일을 한 후, 가스 배출구로 안내되어 터보 과급기의 외부로 배출된다.
가변 용량형 배기 터보 과급기의 용량을 제어하기 위해, 노즐 베인 (6a) 을 통해 배기가스가 소정의 속도로 흐르도록 노즐 베인 (6a) 의 익각을 설정하고, 익각 제어기 (도시 생략) 에 의해 익각을 변경한다. 익각에 대응하는 액츄에이터의 왕복 변위는 드라이브 링 (10) 에 전달되어, 드라이브 링 (10) 이 회전된다.
드라이브 링 (10) 의 회전에 의해, 드라이브 링 (10) 에 걸어 맞춰진 레버 플레이트 (11) 가 노즐 샤프트 (6b) 주위에서 회전되고, 노즐 샤프트 (6b) 의 회전에 의해 노즐 베인 (6a) 이 회전한다. 이런 식으로, 익각이 변화된다.
바람직한 실시형태에서, 터빈 하우징 (1) 은 내통부 (1a) 와 외통부 (1b) 를 갖는 2중 통 구조로 되어 있다. 터빈 하우징 (1) 의 내통부 (1a) 에는, 노즐 (6) 의 선단에 맞닿는 고리형의 노즐 플레이트 (9) 가 형성되어 있다. 노즐 마운트 (7) 와 노즐 플레이트 (9) 에는, 관통 구멍 (7a) 및 관통 나사구멍 (9a) 이 각각 형성되어 있다. 관통 나사구멍은 체결 볼트가 관통 나사구멍을 통해 체결될 수 있도록 형성된다. 노즐 마운트 (7) 와 노즐 플레이트 (9) 사이에는, 관통 구멍 (7a) 및 관통 나사구멍 (9a) 과 동축으로 슬리브 부재 (12) 가 배치되어 있다. 노즐 마운트 (7) 와 노즐 플레이트 (9) 는 관통 구멍 (7a), 슬리브 부재 (12) 및 관통 나사구멍 (9a) 에 이 순서대로 삽입된 체결 볼트 (B) 에 의해 연결되고, 슬리브 부재 (12) 는, 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 (9) 와 접하는 부분의 반경 방향의 두께가 중앙부의 두께보다 두껍게 되도록 형성되어 있다. 이로써, 슬리브 부재 (12) 의 단부 중, 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 (9) 와 접하는 면적이 더 넓게 되고, 따라서 단위 면적당 접촉면에 미치는 압력이 저감되어 함몰과 같은 접촉면의 변형의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 접촉면의 함몰은 노즐 단부면들 사이의 공간의 감소로 연결될 수 있고, 이로 인해 노즐 고착이 발생할 수 있다. 더욱이, 가스 유로에 노출되는 슬리브의 중앙부가 비교적 작기 때문에, 배기가스의 난류가 억제될 수 있고 터빈 성능의 저하를 방지할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 슬리브 부재 (12) 는 각 단부에서, 슬리부 부재의 상기 각 단부가 그 단부의 외주를 향해 점점 얇아지도록 플랜지 형상으로 형성된다. 즉, 플랜지의 외주 측이 더 큰 탄성을 가져서, 슬리브 부재 (12) 와 각각의 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 사이의 압력의 분포가 더욱 균일하게 된다. 그 결과, 플랜지의 외주 에지 근방에서의 강한 충격과 그 충격에 기인하는 소성 변형을 방지할 수 있다.
슬리브 부재 (12) 가 노즐 마운트 (7), 노즐 플레이트 및 체결 볼트 (B) 보다 더 낮은 강성을 갖는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 슬리브 부재 (12) 가 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 (9) 보다 먼저 변형되고, 이로써 슬리브 부재 (12) 와 각각의 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 (9) 사이의 접촉 압력이 저감된다. 그 결과, 노즐의 단부면과 노즐 플레이트 표면 사이의 공간의 감소를 더 억제할 수 있다.
더 구체적으로는, 체결 볼트 (B) 와 슬리브 부재 (12) 의 재료 선택으로서, 체결 볼트 (B) 는 Ni기 (Ni-based) 내열합금 또는 석출경화형 내열강일 수 있고, 슬리브 부재 (12) 는 오스테나이트계 스테인리스강일 수 있다.
슬리브 부재 (12) 가 체결 볼트 (B) 보다 더 작은 선팽창 계수의 재료로 이루어지는 것이 또한 바람직하다. 터보 과급기의 운전 동안, 배기가스에 직접 노출되는 슬리브 부재의 온도가 체결 볼트 (B) 의 온도보다 더 높게 되고, 따라서 슬리브 부재 (12) 가 열팽창하고, 슬리브 부재와 각각의 노즐 마운트 (7) 및 노즐 플레이트 (9) 사이의 접촉 압력이 높아지기 쉽다. 그러므로, 접촉 압력이 높아지는 것을 방지하기 위해, 슬리브 부재 (12) 가 더 낮은 선팽창 계수를 갖는 재료로 이루어진다. 그 결과, 접촉면의 소성 변형에 기인하는 노즐 단부면의 공간의 감소를 억제할 수 있다.
체결 볼트 (B) 와 슬리브 부재 (12) 의 재료의 선택으로서, 예를 들어, 체결 볼트 (B) 가 오스테나이트계 스테인리스강일 수 있고, 슬리브 부재 (12) 가 페라이트계 스테인리스강일 수 있다. 대안적으로는, 선팽창 계수의 차이를 고려하여, 체결 볼트 (B) 와 슬리브 부재 (12) 에 스테인리스강을 이용할 수 있다.
[바람직한 제 2 실시형태]
도 2 는, 본 발명의 가변 용량형 배기 터보 과급기의 바람직한 제 2 실시형태를 나타내고 있다. 바람직한 제 2 실시형태에서는, 바람직한 제 1 실시형태와 동일한 부품에 동일한 도면부호를 사용하고, 그에 대한 설명은 생략한다.
바람직한 제 2 실시형태에서는, 체결 볼트 (B) 는 노즐 플레이트 (9) 의 표면으로부터 돌출한 선단을 갖고, 체결 볼트 (B) 의 선단은 스웨이징되어 있다.
이러한 구성에서, 노즐 플레이트 (9) 의 관통 나사구멍 (9a) 에 체결 볼트 (B) 가 나사 결합되므로, 체결 볼트의 느슨해짐으로 인한 노즐 플레이트 (9) 의 과도한 진동을 방지할 수 있다. 또한, 노즐 마운트 (7) 와 노즐 플레이트 (9) 를 체결하기 위한 부품의 파손 위험을 줄일 수 있다. 더욱이, 체결 볼트 (B) 의 선단이 스웨이징되어 있기 때문에, 가변 노즐 기구 (8) 를 체결하는 체결 볼트 (B) 의 느슨해짐을 확실하게 방지할 수 있다.
이 방법을 바람직한 제 1 실시형태와 함께 이용하면, 체결 볼트 (B) 가 스웨이징될 때 생성되는 하중으로 인한 슬리브 부재 (12) 와 노즐 플레이트 (9) 또는 노즐 마운트 (7) 의 접촉면의 변형을 억제할 수 있어 효과적이다.
[바람직한 제 3 실시형태]
도 3 은, 본 발명의 가변 용량형 배기 터보 과급기의 바람직한 제 3 실시형태를 나타내고 있다. 또한, 바람직한 제 3 실시형태에서는, 바람직한 제 1 실시형태에서 이미 설명한 부품에 동일한 도면부호를 사용하고, 그에 대한 설명을 생략한다.
바람직한 제 3 실시형태에서는, 노즐 플레이트 (9) 는 터보 과급기 하류측의 노즐 플레이트 (9) 의 표면에 형성된 리브 (9b) 를 갖고 있다. 더 구체적으로는, 도 4 의 (a) 에 나타낸 바와 같이, 원반 형상의 노즐 플레이트 (9) 의 내주 에지에 고리 형상의 리브 (9b) 가 형성되어 있다. 리브 (9b) 는 노즐 플레이트 (9) 의 일부로서 노즐 플레이트 (9) 와 함께 일체로 형성되어 있지만, 리브 (9b) 를 별도로 제조하여 그 리브 (9b) 를 노즐 플레이트 (9b) 에 장착하는 것도 또한 가능하다.
리브 (9b) 를 형성하는 대신 노즐 플레이트를 더 두껍게 하는 경우에 비해, 노즐 플레이트 (9) 를 더 가볍게 할 수 있다.
바람직한 실시형태에 따르면, 노즐 플레이트 (9) 의 표면에 리브 (9b) 를 형성하므로, 운전 중에 노즐 플레이트의 열변형을 억제하고 또한 노즐 단부면의 공간의 감소를 억제할 수 있다. 또한, 엔진 등의 고주파수를 갖는 진동의 외력이 존재하는 경우, 노즐 마운트 (7) 와 노즐 플레이트 (9) 를 체결하는 체결 볼트 (B) 에서 동적 하중을 저감할 수 있고, 이로써 체결 볼트 (B) 의 파손에 대한 신뢰성이 향상된다.
바람직한 제 3 실시형태에서는, 리브 (9b) 가 노즐 플레이트에 원주 방향으로 형성되어 있다. 그러나, 리브 (9b) 의 형성 방법 및 배치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 리브 (9b, 9c) 는 노즐 플레이트 (9) 의 원주 방향과 반경 방향을 따라 형성될 수 있다. 이런 방식에서, 원주 방향으로 형성된 리브 (9b) 에 의해 노즐 플레이트 (9) 의 원주 방향의 변형이 균일화 및 억제될 수 있는 한편, 반경 방향으로 형성된 리브 (9b) 에 의해 노즐 플레이트 (9) 의 반경 방향의 만곡이 억제될 수 있다.
더욱이, 도 4 의 (c) 에 나타낸 바와 같이, 원주 방향의 1 이상의 리브 (9b) 를 동심으로 형성할 수 있다. 그 결과, 노즐 플레이트의 강도가 향상될 수 있다.
예시적인 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시형태로만 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 수정 및 변형이 가능하다.
본 발명의 가변 용량형 배기 터보 과급기에서는, 가변 노즐 기구의 부품의 변형에 기인하는 고장이 발생하지 않는다. 또한, 가변 노즐 기구를 체결하는 체결 볼트에 느슨해짐이나 파손이 발생하지 않는다. 본 발명의 특징적인 구조는, 터빈 하우징, 베어링 하우징 및 노즐 마운트를 구비하는 터보 과급기 전체에 적용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 내연기관의 배기가스가 도입되는 터빈 하우징,
    터빈 하우징 내에 형성되고 배기가스에 의해 회전되는 터빈 로터,
    일 단부가 상기 터빈 하우징 내에 삽입되어 상기 터빈 로터에 부착되는 터빈 샤프트,
    터빈 샤프트를 지지하는 베어링,
    상기 터빈 하우징에 연결되어 상기 베어링을 수납하는 베어링 하우징, 및
    베어링 하우징에 고정되어 상기 터빈 로터에 대한 배기가스의 흐름을 조정하는 가변 노즐 기구
    를 포함하는 가변 용량형 배기 터보 과급기로서,
    상기 가변 노즐 기구는, 노즐, 노즐을 지지하는 노즐 마운트, 노즐과 걸어 맞춰지는 레버 플레이트, 및 레버 플레이트와 걸어 맞춰지는 드라이브 링을 포함하고,
    상기 터빈 하우징은 내통부와 외통부를 갖는 2중 통 구조이고,
    상기 터빈 하우징의 내통부에는, 상기 노즐의 선단이 맞닿는 고리형의 노즐 플레이트가 형성되고,
    상기 노즐 마운트와 상기 노즐 플레이트에는, 관통 구멍 및 관통 나사구멍이 각각 형성되고,
    상기 노즐 마운트와 상기 노즐 플레이트 사이에는, 상기 관통 구멍 및 상기 관통 나사구멍과 동축으로 슬리브 부재가 배치되고,
    상기 노즐 마운트와 상기 노즐 플레이트는 상기 관통 구멍, 상기 슬리브 부재 및 상기 관통 나사구멍에 기재된 순서대로 삽입된 체결 볼트에 의해 연결되고,
    상기 슬리브 부재는, 상기 노즐 마운트 및 상기 노즐 플레이트와 접하는 부분의 두께가 중앙부의 두께보다 두껍게 되도록 형성되는 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브 부재는 각 단부에서, 슬리부 부재의 상기 각 단부가 그 단부의 외주를 향해 점점 얇아지도록 플랜지 형상으로 형성되어 있는 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브 부재는, 상기 노즐 마운트, 상기 노즐 플레이트 및 상기 체결 볼트보다 더 낮은 강성의 재료로 이루어진 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬리브 부재는 상기 체결 볼트보다 더 작은 선팽창 계수의 재료로 이루어진 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 체결 볼트는 노즐 플레이트의 표면으로부터 돌출한 선단을 갖고, 체결 볼트의 선단은 스웨이징 (swaging) 되어 있는 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트는 터보 과급기의 하류측의 노즐 플레이트의 표면에 형성된 리브를 갖는 가변 용량형 배기 터보 과급기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 노즐 플레이트의 리브는 노즐 플레이트의 원주 방향 및 노즐 플레이트의 반경 방향 중 적어도 하나를 따라 형성되어 있는 가변 용량형 배기 터보 과급기.
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