KR20120086725A

KR20120086725A - 터보차저

Info

Publication number: KR20120086725A
Application number: KR1020127015279A
Authority: KR
Inventors: 토마스 램
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-08-03
Also published as: WO2011066129A2; DE112010004596T5; JP2013512386A; WO2011066129A3; KR101671832B1; US8992166B2; CN102597454B; JP5764569B2; CN102597454A; US20120251299A1

Abstract

본 발명은 가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터보차저(1)에 관한 것으로, 상기 터보차저는 배기가스 공급 덕트(9)를 구비한 터빈 하우징(2); 터빈 하우징(2) 내에 회전 가능하게 장착된 터빈 로터(4); 및 터빈 로터(4)를 외부에서 반경방향으로 둘러싸는 가이드 격자(18)로, 블레이드 베어링 링(6), 각각의 경우 하나의 블레이드 샤프트(8)가 블레이드 베어링 링(6) 내에 장착된 다수의 가이드 블레이드(7), 일 단에서 블레이드 샤프트(8)들에 체결되며 타 단에서 조절링(5)의 연관 맞물림 리세스(24)와 맞물려 배치될 수 있는 레버 헤드(23)를 각각 구비하는 연관 블레이드 레버(20)들에 의해 가이드 블레이드(7)들에 연결되어 작동하는 조절링(5), 및 적어도 가이드 블레이드(7)들에 의해 형성된 노즐 횡단면들을 통해 최소 통류를 설정하며 부분 중공 조절핀으로 형성된 정지부(25)를 구비한 가이드 격자(18)를 포함한다.

Description

터보차저{TURBOCHARGER}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 터보차저에 관한 것이다.

상기 유형의 터보차저가 EP 1 564 380 A1호에 알려져 있다. 상기 문헌은 조절링의 약화를 방지하기 위해 정지부(stop)를 제안하되, 상기 정지부는 조절링에 일체로 연결되며, 웨브로 이루어지고, 폭이 가변될 수 있거나, 조절 가능한 웜 스크류를 구비할 수 있다. 상기 설계는 조절 가능한 정지부의 가능성을 소정의 방식으로 충분히 산출하지만, 이런 방식으로 구성된 정지부는 사실상 거의 실현 불가능하다. 그 이유는 먼저 공간적 조건이 웜 스크류의 삽입을 요구하고, 이는 추가로 일체형 정지부의 내부 나사산의 구비를 요구하며, 아울러 실행된 설정을 고정할 수 있도록 웜 스크류를 위한 잠금 부재를 제공할 필요가 있기 때문이다. 이는 실제로 굉장히 엄격한 공간적 조건으로 인해 상당한 비용을 수반하고, 따라서 바람직하지 않다.

그러나, 주지의 터보차저에서는, 정지부를 조절링 상에 일체로 형성한 결과로, 예컨대 가이드 격자(guide grate)의 단부 위치의 수정이 이루어져야 하는 경우, 가이드 격자의 조립 후 정지부의 돌기의 재가공이 가능할지라도, 비교적 높은 비용에 의해서만 가능할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 가이드 격자 또는 가이드 장치의 조립의 단순화를 가능하게 하는 청구범위 제1항의 전제부에 명시된 유형의 터보차저를 제공하는 데에 있고, 여기서 적어도 최소 통류(throughflow)의 간단하고 정밀한 설정이 가이드 장치 단독에 의해서 가능해야 한다.

상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해 달성된다.

적어도 가이드 블레이드들에 의해 형성된 노즐 횡단면들을 통해 최소 통류를 설정할 수 있는 정지부가 가이드 격자 내에 고정될 수 있는 변형 가능한 부품으로 설계되므로, 상기 정지부는 가이드 격자의 조립 후에 필요 정지 위치를 정밀하게 설정하기 위해 간단한 방식으로 재가공될 수 있고, 이는 상기 정지부가 가이드 격자에 일체로 연결되지 않기 때문이다. 따라서, 가이드 격자의 두 단부 위치 중 하나를 재조절하는 것이 필요한 경우, 원하는 단부 위치(좁음-둥금-넓음)를 위해 사전 변형된 정지부가 간단한 방식으로 선택 및 장착될 수 있거나, 또는 기장착된 정지부가 소성 변형 공정에 의해 원하는 치수를 가질 수 있다.

다시 말하면, 이는 제조 후, 즉 제조 상태에서 조절핀이 초기에 적어도 대략 원형의 횡단면, 이상적으로는 정확히 원형의 횡단면을 가지며, 상기 원형 횡단면이 부분 중공 설계로 인해, 조절핀의 중심점을 통해 진행되며 서로 수직인 두 변형 방향으로 변형될 수 있음을 의미한다. 그러므로, 타원형을 형성하도록 조절핀의 원형 횡단면을 변형시킬 수 있고, 그로 인해 원하는 조립 치수를 더 좁게 만들 수 있다. 이런 목적으로, 90° 회전에 의해 조절핀을 압착할 수 있는 압착 공구를 사용할 수 있고, 그에 따라 조절핀은 더 넓어지고, 타원형을 형성하는 변형이 다시 이루어진다. 너무 많이 압착된 조절핀을 앞서 언급된 바와 같이 수정할 수도 있다.

이는 먼저 정지부를 형성하는 조절핀이 종래 기술에 비해 구성 면에서 현저히 단순화되어 제조 및 조립 비용을 절감한다는 이점을 가져온다.

또한, 블레이드 베어링 링의 가공량의 감소라는 최종 이점이 있고, 전술한 바와 같이, 조절핀이 두 방향으로 압축될 수 있다.

마지막으로, 조절핀의 눈금(graduation)이 확장될 수 있고, 그에 따라 부품 감소라는 이점이 있다.

바람직한 실시형태에서, 조절핀의 부분 중공 형상은 특히 낮은 변형력을 초래한다.

원칙적으로, 정지부는 하우징 내에서 정지된 블레이드 베어링 링 또는 가동 조절링에 고정될 수 있다. 이후, 정지부의 돌기는 그에 따라 조절링의 대응하는 정지면들 또는 블레이드 레버들의 체결링들과 상호 작용한다.

또한, 전체 가이드 장치가 카트리지로 완전히 사전 조립될 수 있고, 이후 상기 카트리지가 이후 터빈 하우징에 삽입되기 전에 최소 통류를 설정할 수 있다는 최종 이점이 있다.

그러므로, 최소 통류의 설정은 터빈 하우징, 및 예컨대 베어링 하우징과 같은 터보차저의 다른 부품들과 무관하게 이루어진다. 아울러, 베어링 하우징 및 터빈 하우징 간의 연결 부품의 위치는 최소 통류 설정에 더 이상 영향을 미치지 않는다. 마찬가지로, 조절 레버 및 조절링 상의 맞물림부의 마모는 최소 통류의 품질에 영향을 미치지 않는다.

종속항들은 본 발명의 유리한 양상들에 관한 것이다.

청구범위 제10항 및 제12항은 독립적으로 처리될 수 있는 목적으로서 각각의 경우 가이드 격자 및 정지부를 각각 정의하고 있다.

본 발명의 다른 상세, 이점, 특징은 아래의 도면에 기반한 예시적인 실시형태의 후술하는 설명에서 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 터보차저의 기본 설계의 단면 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 가이드 격자의 부분도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 조절핀의 평면도를 도시한다.
도 4는 도 3에 따른 조절핀의 단면도를 도시한다.
도 5 및 도 6은 제조 상태(F)로부터 다양한 조립 상태(M)로의 본 발명에 따른 조절핀의 변형 가능성을 설명하기 위한 평면도를 도시한다.

도 1은 터빈 하우징(2), 및 베어링 하우징(19)을 통해 터빈 하우징에 연결된 압축기 하우징(3)을 구비한 본 발명에 따른 터보차저(1)를 도시한다. 하우징들(2, 3, 19)은 회전축(R)을 따라 배치된다. 원주에 걸쳐 분포되며 피벗축 또는 블레이드 샤프트(8)를 가진 다수의 가이드 블레이드(8)를 구비한 반경방향 외부 가이드 격자(18)의 일부로서 블레이드 베어링 링(6)의 배치를 설명하기 위해, 터빈 하우징(2)의 부분 단면도를 도시한다. 이런 방식으로, 가이드 블레이드(7)들의 위치에 따라 더 크거나 더 작으며, 엔진의 배기가스와 함께 더 많이 또는 더 적게 회전축(R)의 중심에 장착된 터빈 로터(4)에 작용하는 노즐 횡단면들이 형성되고, 여기서 배기가스는 터빈 로터(4)를 통해 동일한 샤프트 상에 안착된 압축기 로터(17)를 구동하기 위해 공급 덕트(9)를 통해 공급되어 중앙 연결 부품(10)을 통해 토출된다.

구동 장치(11)가 가이드 블레이드(7)들의 위치 또는 이동을 제어하기 위해 구비된다. 상기 구동 장치(11)는 임의의 원하는 설계로 이루어질 수 있지만, 바람직한 실시형태에서는 체결된 플런저 부재(14)의 제어 이동을 제어하는 제어 하우징(12)을 구비하여, 상기 플런저 부재(14)의 이동을 블레이드 베어링 링(6) 뒤에 위치된 조절링(5)의 근소한 회전 이동으로 변환한다. 가이드 블레이드(7)들을 위한 자유 공간(13)이 터빈 하우징(2)의 환상부(15) 및 블레이드 베어링 링(6) 사이에 형성된다. 상기 자유 공간(13)을 보장할 수 있도록, 블레이드 베어링 링(6)은 일체로 형성된 스페이서(16)들을 구비한다. 일례로, 3개의 스페이서(16)가 각각의 경우 120°의 각도 간격으로 블레이드 베어링 링(6)의 원주 상에 배치된다. 그러나, 원칙적으로, 상기 유형의 스페이서(16)를 더 많거나 더 적게 구비하는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 가이드 격자(18)의 실시형태의 부분도를 확대 축척으로 도시한다.

상기 가이드 격자(18)의 전체 가이드 블레이드들을 대표하여 하나의 블레이드 레버(20)를 도시하되, 상기 블레이드 레버는 블레이드 샤프트(8)의 일 단이 고정되는 리세스(22)를 가진 체결링(21)을 일 단에 구비한다.

블레이드 레버(20)의 레버 헤드(23)가 조절링의 맞물림 리세스(24)에 배치되어 조절링(5)과 맞물린다.

또한, 도 2는 변형 가능한 조절핀 형태의 정지부(25)의 배치를 도시한다.

도 3에 상세히 도시된 바와 같이, 정지부(25)는 제조 상태에서 적어도 대략 원형의 횡단면을 가진 조절부(26)를 구비하고, 여기서 조절부는 원주 방향으로 진행되는 리세스(27) 내에 형성된다. 또한, 도 3은 각도(α)를 리세스(27)의 범위에 대한 측정값으로 도시한다. 여기서, 리세스(27)는 적어도 180°의 각도(α)에 걸쳐 연장될 수 있고, 또한 도시된 실시형태에서는 대략 300°의 각도(α)에 걸쳐 연장될 수 있다. 최대 각도(α)는 정지부(25)의 기계적 안정성에 의해 결정된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 리세스(27)는 조절부(26)의 전체 높이(H)에 걸쳐 연장된다.

아울러, 조절부(26)는 고정못(fixing peg, 32)을 구비하고, 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 고정못은 조절부(26)의 중앙에 배치되며, 단부면(28)으로부터 연장된다. 고정못(32)을 블레이드 베어링 링(6)의 보어에 체결하는 공정은 예컨대 억지 끼워맞춤에 의해 이루어지고, 그에 따라 상대 이동이 불가능하다.

바람직한 실시형태에서, 정지부(25)는 부분 중공의 단차진 핀으로 형성된다. 정지부(25)는 판금으로 제조될 수 있다.

도 5는 압착 공구(미도시)에 의해 부분 중공 정지부(25)의 횡단면에 측방향으로 인가되는 압착력의 효과를 보여준다. 압착력이 가이드 장치(18)의 원주 방향으로 인가된 결과로, 정지부(25)의 횡단면은 파선(M)으로 나타낸 타원 형상을 가진다. 상기 타원 형상은 압착 공정 후 압착 방향으로 원하는 변형 정도를 형성한다.

또한, 도 6은, 도 5의 변형 방향에 대해 90° 회전되며 가이드 장치(18)의 반경 방향으로 진행되는 제2 변형 방향을 보여준다. 정지부(25)에 대한 압착력은 다시 도면에 파선으로 나타낸 타원 형상(M)을 초래한다. 여기에 나타낸 바와 같은 압착 공정 후의 치수는 마찬가지로 가이드 장치(18)의 원주 방향으로의 정지부(25)의 타원형의 치수에 의해 결정된다.

개시내용을 보충하기 위해, 도 1 내지 도 6에서 본 발명의 개략도를 명확히 참조한다.

부호의 설명

1 터보차저

2 터빈 하우징

3 압축기 하우징

4 터빈 로터

5 조절링

6 블레이드 베어링 링

7 가이드 블레이드

8 블레이드 샤프트

9 공급 덕트

10 축방향 연결 부품

11 구동 장치

12 제어 하우징

13 가이드 블레이드(7)들을 위한 자유 공간

14 플런저 부재

15 터빈 하우징(2)의 환상부

16 스페이서/스페이서 캠

17 압축기 로터

18 가이드 격자/가이드 장치

19 베어링 하우징

20 블레이드 레버

21 체결링

22 리세스

23 레버 헤드

24 맞물림 리세스

25 정지부

26 조절부

27 리세스

28 단부면

29, 30 정지 캠

31 홈

32 고정못

Claims

가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터보차저(1)에서,
배기가스 공급 덕트(9)를 구비한 터빈 하우징(2);
터빈 하우징(2) 내에 회전 가능하게 장착된 터빈 로터(4); 및
터빈 로터(4)를 외부에서 반경방향으로 둘러싸는 가이드 격자(18)로, 블레이드 베어링 링(6), 각각의 경우 하나의 블레이드 샤프트(8)가 블레이드 베어링 링(6) 내에 장착된 다수의 가이드 블레이드(7), 일 단에서 블레이드 샤프트(8)들에 체결되며 타 단에서 조절링(5)의 연관 맞물림 리세스(24)와 맞물려 배치될 수 있는 레버 헤드(23)를 각각 구비하는 연관 블레이드 레버(20)들에 의해 가이드 블레이드(7)들에 연결되어 작동하는 조절링(5), 및 적어도 가이드 블레이드(7)들에 의해 형성된 노즐 횡단면들을 통해 최소 통류를 설정하며 부분 중공 조절핀으로 형성된 정지부(25)를 구비한 가이드 격자(18)를 포함하는 터보차저.
제1항에 있어서,
조절핀(25)은, 원주 방향으로 진행되는 리세스(27) 내에 배치되며 제조 상태(F)에서 적어도 대략 원형인 조절부(26)를 포함하는 것인 터보차저.
제2항에 있어서,
리세스(27)는 조절부(26)의 전체 높이(H)를 통해 연장되는 것인 터보차저.
제2항 또는 제3항에 있어서,
리세스(27)는 적어도 180°의 각도(α)에 걸쳐 연장되는 것인 터보차저.
제4항에 있어서,
리세스(27)는 대략 300°의 각도(α)에 걸쳐 연장되는 것인 터보차저.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
조절부(26)는 고정못(32)을 포함하는 것인 터보차저.
제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
고정못(32)은 가이드 격자(18)에 대한 고정 연결부를 포함하는 것인 터보차저.
제7항에 있어서,
고정못(32)은 조절부(26)의 중앙에 배치되며, 조절부(26)의 단부면(28)으로부터 연장되는 것인 터보차저.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
조절핀(25)은 판금으로 제조되는 것인 터보차저.
가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터보차저(1)의 터빈 로터(4)를 외부에서 반경방향으로 둘러싸는 터보차저(1)를 위한 가이드 격자(18)에서,
블레이드 베어링 링(6);
각각의 경우 하나의 블레이드 샤프트(8)가 블레이드 베어링 링(6) 내에 장착된 다수의 가이드 블레이드(7);
일 단에서 블레이드 샤프트(8)들에 체결되며 타 단에서 조절링(5)의 연관 맞물림 리세스(24)와 맞물려 배치될 수 있는 레버 헤드(23)를 각각 구비하는 연관 블레이드 레버(20)들에 의해 가이드 블레이드(7)들에 연결되어 작동하는 조절링(5); 및
적어도 가이드 블레이드(7)들에 의해 형성된 노즐 횡단면들을 통해 최소 통류를 설정하며, 적어도 부분 중공 조절핀으로 형성된 정지부(25)를 포함하는 가이드 격자.
제10항에 있어서,
제2항 내지 제9항의 특징부들 중 적어도 하나의 특징부를 포함하는 가이드 격자.
가변 터빈 구조(VTG)를 가진 터보차저(1)의 터빈 로터(4)를 외부에서 반경방향으로 둘러싸는 터보차저(1)를 위한 가이드 격자(18)의 정지부에서,
가이드 격자(18)는, 블레이드 베어링 링(6), 각각의 경우 하나의 블레이드 샤프트(8)가 블레이드 베어링 링(6) 내에 장착된 다수의 가이드 블레이드(7), 및 일 단에서 블레이드 샤프트(8)들에 체결되며 타 단에서 조절링(5)의 연관 맞물림 리세스(24)와 맞물려 배치될 수 있는 레버 헤드(23)를 각각 구비한 연관 블레이드 레버(20)들에 의해 가이드 블레이드(7)들에 연결되어 작동하는 조절링(5)을 포함하며,
정지부(25)는 적어도 부분 중공 조절핀으로 형성되는 것인 정지부.
제12항에 있어서,
제2항 내지 제9항의 특징부들 중 적어도 하나의 특징부를 포함하는 정지부.