KR20140035268A - 터빈 웨이스트게이트 - Google Patents

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허니웰 인터내셔널 인코포레이티드
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Abstract

조립체는 보어, 웨이스트게이트 시트 및 상기 웨이스트게이트 시트로 연장하는 웨이스트게이트 통로를 포함하는 터빈 하우징; 상기 보어에 의해 수용하도록 구성된 부싱; 상기 부싱에 의해 수용하도록 구성된 회전가능한 웨이스트게이트 샤프트; 상기 웨이스트게이트 샤프트로부터 연장되는 웨이스트게이트 아암; 및 상기 웨이스트게이트 아암으로부터 연장되는 웨이스트게이트 플러그를 구비할 수 있으며, 상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 웨이스트게이트 통로를 덮기 위해 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉하도록 토러스(torus)의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비한다. 또한, 장치, 조립체, 시스템, 방법 등에 대한 각종 다른 예들이 개시된다.

Description

터빈 웨이스트게이트{TURBINE WASTEGATE}
본원에 개시된 요지는 일반적으로 내연기관용 터보기계류에 관한 것이며, 특히, 터빈 웨이스트게이트에 관한 것이다.
일반적으로, 터빈 웨이스트게이트는 터빈을 바이패스(bypass)하기 위해 적어도 일부 배기가 선택적으로 이루어지도록 제어될 수 있는 밸브이다. 배기 터빈이 내연기관으로 입구 압력을 부스팅(boosting)하는 압축기를 구동시키는 경우에, 웨이스트게이트는 부스트 압력(boost pressure)을 제어하는 수단을 제공한다.
소위 내부 웨이스트게이트는 터빈 하우징 내에 적어도 부분적으로 일체화된다. 일반적으로, 내부 웨이스트게이트는 플래퍼 밸브(flapper valve), 크랭크 아암, 샤프트(또는 로드) 및 액추에이터를 구비한다. 폐쇄 위치에서, 웨이스트게이트 플래퍼 또는 플러그는 배기 바이패스를 효과적으로 시일(예컨대, 고압 배기 공급부로부터 저압 영역으로의 배기물의 누출을 방지)하기에 충분한 힘으로 안착될 필요가 있다. 종종, 내부 웨이스트게이트는 아암으로부터 플러그로 힘을 전달하도록 구성된다. 엔진이 작동할 때, 웨이스트게이트를 위한 부하 요건은 차압(pressure differential)으로 변경된다. 높은 부하 요건은 웨이스트게이트의 운동학적 구성요소에서 높은 기계적 응력을 발생시킬 수 있고, 그 점에서 (예컨대, 엔진 제조자에 의해 요구되는 바와 같이) 신뢰도 수준에 부합하도록 상당히 과도한 크기의 구성요소 설계로 이어진다. 가솔린 엔진 적용에 대한 웨이스트게이트 구성요소의 신뢰도는 작동 온도(operational temperatures)와 배기 맥동 레벨(exhaust pulsation levels)이 매우 높아질 수 있는 경우에 특히 중요하다.
웨이스트게이트 및 웨이스트게이트 구성요소의 각종 예가 본원에 기술되고, 이는 운동에너지의 향상, 배기 누출량의 감소 등을 선택적으로 제공할 수 있다.
본원에 기술된 각종 방법, 장치, 조립체, 시스템, 구성체 등과, 그의 동등물에 대한 보다 복합적인 이해는 첨부하는 도면에서 도시된 예시들을 수반할 때 하기 상세한 설명을 참조하여 이루어질 수 있다.
도 1은 제어기와 함께 터보 과급기 및 내연기관에 대한 다이아그램.
도 2는 웨이스트게이트를 구비하는 조립체의 일례에 대한 일련의 도면.
도 3은 도 2의 조립체의 일부에 대한 절개 단면도.
도 4는 웨이스트게이트 아암 및 플러그의 일례에 대한 일련의 도면.
도 5는 도 4의 웨이스트게이트 아암 및 플러그의 측면도.
도 6은 터빈 하우징의 일례에 대한 절개 단면도.
도 7은 2가지의 다른 배향에서 웨이스트게이트 아암 및 플러그의 일련의 절개 단면도.
도 8은 2가지의 다른 배향에서 웨이스트게이트 아암 및 플러그의 일련의 절개 단면도.
도 9는 웨이스트게이트 아암 및 플러그와, 그의 프로파일의 일례에 대한 일련의 다이어그램.
도 10은 플러그의 프로파일의 예에 대한 일련의 도면.
도 11은 시트의 프로파일의 예에 대한 일련의 도면.
도 12는 터빈 웨이스트게이트 플러그 및 시트의 예에 대한 일련의 도면.
터보 과급기는 종종 내연기관의 출력을 증가시키는데 이용된다. 도 1을 참조하면, 시스템(100)은 내연기관(110)과 터보 과급기(120)를 구비한다. 내연기관(110)은 (예컨대, 피스톤을 거쳐) 샤프트(112)를 작동가능하게 구동시키는 하나 이상의 연소실을 수용하는 엔진 블록(118)을 구비한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 흡기 포트(114)는 엔진 블록(118)으로의 공기의 유동 경로를 제공하는 한편, 배기 포트(116)는 엔진 블록(118)으로부터의 배기를 위해 유동 경로를 제공한다.
터보 과급기(120)는 배기로부터 에너지를 추출하여 연소 가스를 형성하도록 연료와 조합될 수 있는 공기를 유입하는 에너지를 제공하도록 작동할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 터보 과급기(120)는 공기 입구(134), 샤프트(122), 압축기 휠(125)을 위한 압축기 하우징 조립체(124), 터빈 휠(127)을 위한 터빈 하우징 조립체(126), 또 다른 하우징 조립체(128), 및 배기 출구(136)를 구비한다. 또 다른 하우징 조립체(128)는 압축기 하우징 조립체(124)와 터빈 하우징 조립체(126) 사이에 배치될 때 중앙 하우징 조립체(center housing assembly)로서 지칭될 수 있다. 샤프트(122)는 각종 구성요소를 구비하는 샤프트 조립체일 수 있다. 샤프트(122)는 또 다른 하우징 조립체(128) 내에(예컨대, 하나 이상의 보어 벽에 의해 형성된 보어 내에) 배치된 베어링 시스템(예컨대, 저널 베어링(들), 롤링 요소 베어링(들), 등)에 의해 회전가능하게 지지될 수 있음으로써, 터빈 휠(127)의 회전으로 인해 (예컨대, 샤프트(122)에 의해 회전가능하게 결합되는 바와 같이) 압축기 휠을 회전시킨다. 일례로서, 중앙 하우징 회전 조립체(center housing rotating assembly: CHRA)는, 압축기 휠(125), 터빈 휠(127), 샤프트(122), 또 다른 하우징 조립체(128) 및 각종 다른 구성요소(예컨대, 압축기 휠(125)과 또 다른 하우징 조립체(128) 사이의 축방향 위치에 배치된 압축기측 플레이트)를 구비할 수 있다.
도 1의 예에서, 가변 기하학적 조립체(variable geometry assembly)(129)는 또 다른 하우징 조립체(128)와 터빈 하우징 조립체(126) 사이에 적어도 부분적으로 배치되는 것으로 도시된다. 이와 같은 가변 기하학적 조립체는 터빈 하우징 조립체(126) 내의 터빈 휠 공간으로 안내하는 통로의 기하학적 형상을 변경하도록 베인 또는 다른 구성요소를 구비할 수 있다. 일례로서, 가변 기하학적 압축기 조립체가 제공될 수 있다.
도 1의 예에서, 웨이스트게이트 밸브(또는 단순히 웨이스트게이트)(135)는 터빈 하우징 조립체(126)의 배기 입구에 인접하도록 위치설정된다. 웨이스트게이트 밸브(135)는 터빈(126)을 바이패스하기 위해 배기 포트(116)로부터의 적어도 일부의 배기물을 허용하도록 제어될 수 있다. 각종 웨이스트게이트, 웨이스트게이트 구성요소 등은 종래의 고정식 노즐 터빈(fixed nozzle turbine), 고정식 베인 노즐 터빈(fixed-vaned nozzle turbine), 가변 노즐 터빈(variable nozzle turbine), 트윈 스크롤 터보 과급기(twin scroll turbocharger) 등에 적용될 수 있다.
도 1의 예에서, 배기 가스 재순환(exhaust gas recirculation: EGR) 도관(115)이 또한 도시되며, 이는 예컨대 압축기 휠(125) 상류의 위치로 배기물이 유동하게 하도록 하나 이상의 밸브(117)를 선택적으로 구비할 수 있다.
또한, 도 1은 배기 터빈 하우징 조립체(152)로의 배기물의 유동을 위한 일례의 구성체(150)와, 배기 터빈 하우징 조립체(172)로의 배기물의 유동을 위한 또 다른 예의 구성체(170)를 도시한다. 구성체(150)의 경우에, 실린더 헤드(154)는 실린더로부터 배기 터빈 하우징 조립체(152)로 배기물을 지향시키도록 그 내부의 통로를 구비하는 반면, 구성체(170)의 경우에, 매니폴드(176)는, 예컨대 배기 배관의 임의 분리된 중간 길이 없이 배기 터빈 하우징 조립체(172)의 장착을 위해 제공한다. 구성체(150)와 구성체(170)의 예에서, 배기 터빈 하우징 조립체(152, 172)는 웨이스트게이트, 가변 기하학적 조립체 등과 함께 사용되도록 구성될 수 있다.
도 1에서, 제어기(190)의 일례는 하나 이상의 프로세서(192), 메모리(194) 및 하나 이상의 인터페이스(interface)(196)를 구비하는 것으로 도시된다. 이와 같은 제어기는 엔진 제어 유닛(engine control unit: ECU)의 회로와 같은 회로를 구비할 수 있다. 본원에 기술한 바와 같이, 각종 방법 또는 기술은 예컨대, 제어 로직을 통한 제어기와 함께 선택적으로 실시될 수 있다. 제어 로직은 하나 이상의 엔진 작동 조건(예컨대, 터보 rpm, 엔진 rpm, 온도, 부하, 윤활제, 냉각 등)에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 센서는 하나 이상의 인터페이스(196)를 거쳐 제어기(190)로 정보를 전달할 수 있다. 제어 로직은 이러한 정보에 의존할 수 있어서, 제어기(190)는 엔진 작동을 제어하는 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어기(190)는 윤활제 흐름, 온도, 가변 기하학적 조립체(예컨대, 가변 기하학적 압축기 또는 터빈), 웨이스트게이트(예컨대, 액추에이터를 거침), 전기 모터 또는 엔진, 터보 과급기(들) 등과 관련된 하나 이상의 다른 구성요소들을 제어하도록 구성될 수 있다.
도 2는 조립체(200)의 일례를 도시하며, 상기 조립체는 플랜지(211), 보어(212), 입구 도관(213), 터빈 휠 개구(214), 나선형 벽(215), 배기 출구 개구(216), 슈라우드 벽(220), 노즐(221), 나선형 벽(215)에 의해 부분적으로 형성된 볼류트(volute)(222), 웨이스트게이트 시트(226)로 연장되는 웨이스트게이트 벽(223) 및 배기 챔버(230)를 구비하는 터빈 하우징(210)을 구비한다. 도 2의 예에서, 터빈 하우징은 단일 피스(single piece) 또는 멀티 피스(multi-piece)일 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징(210)은 (예컨대, 샌드 주조 또는 다른 주조 공정을 거쳐 형성된) 주조품일 수 있다. 터빈 하우징(210)은 보어(212), 터빈 휠 개구(214), 배기 출구 개구(216), 배기 챔버(230) 등과 같은 특징부를 형성할 수 있는 각종 벽을 구비한다. 특히, 웨이스트게이트 벽(223)은 입구 도관(213)과 유체 연통하는 웨이스트게이트 통로를 형성하며, 여기서 웨이스트게이트 제어 링키지(240)와 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)는 (예컨대, 웨이스트게이팅 배기를 위해) 웨이스트게이트 통로를 개폐하도록 구성된다.
도 2의 예에서, 웨이스트게이트 제어 링키지(240)는 터빈 하우징(210)의 보어에 의해 수용되도록 구성된 부싱(242), 컨트롤 아암(244) 및 페그(peg)(246)를 구비하고, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)는 샤프트(252), 샤프트 단부(253), 아암(254) 및 플러그(256)를 구비한다. 도시한 바와 같이, 부싱(242)은, 예컨대 샤프트(252)의 회전을 지지하고, 외부 공간으로부터 배기 챔버(230)를 시일하는 등을 위해 보어(212)와 샤프트(252) 사이에 배치된다. 보어(212), 부싱(242) 및 샤프트(252)는 하나 이상의 길이뿐만 아니라, 직경(들)에 의해 각각 형성될 수 있다. 예컨대, 샤프트(252)는 직경(DS)을 구비하고 보어(212)는 직경(DB)를 구비하는 한편, 부싱은 내경(Dbi)과 외경(Dbo)를 구비한다. 도 2의 예에서, 각종 구성요소가 조립될 때, DB > Dbo > Dbi > Ds의 순서이다. 길이와 관련하여, 샤프트(252)의 길이는 부싱(242)의 길이를 초과하고, 부싱(242)의 길이는 보어(212)의 길이를 초과한다. 이와 같은 길이는 샤프트 축(zs), 부싱 축(zb) 및 보어 축(zB)에 대해 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이, 부싱(242)은 샤프트(252)의 숄더와 웨이스트게이트 제어 링키지(240)의 제어 아암(244) 사이에 축방향으로 배치된다.
일례로서, 조립체(220)는 플랜지(211)를 거쳐 내연기관의 배기 도관에 끼워맞춰질 수 있으므로, 배기물은 입구 도관(213)을 거쳐 수용되어 볼류트(222)로 지향된다. 볼류트(222)로부터, 개구(214)를 거쳐 터빈 하우징(210) 내에 배치된 터빈 휠로 배기물이 노즐(221)을 거쳐 지향됨으로써, 슈라우드 벽(220)에 의해 부분적으로 형성된 터빈 휠 공간 내에서 유동하여 확장된다. 그 다음, 배기물이 배기 챔버(230)로의 유동에 의해 터빈 휠 공간으로부터 배출되고, 그 후 배기 출구 개구(216)를 거쳐 터빈 하우징(210)의 외부로 배출된다. 웨이스트게이팅(wastegating)에 관하여, (예컨대, 페그(246)에 결합된 액추에이터에 의해) 웨이스트게이트 제어 링키지(240)의 작동 시에, 수용된 배기물의 적어도 일부가 노즐(221)을 통해 터빈 휠 공간으로라기 보다는 웨이스트게이트 시트(226)를 지나 그리고 배기 챔버(230) 내로 웨이스트게이트 벽(223)에 의해 형성된 웨이스트게이트 통로 내로 유동할 수 있도록 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)가 회전될 수 있다. 그 다음, 배기물의 웨이스트게이트된 부분은 배기 출구 개구(216)를 거쳐 터빈 하우징(210)으로부터 배출될 수 있다.
도 2의 예에서, 보어(212), 부싱(242) 및 샤프트(252)의 축들은 정렬(예컨대, 공통 축을 형성)된 것으로 도시되지만, 조립, 작동 등이 이루어질 때, 일부 오정렬이 발생할 수 있다. 예컨대, 각종 구성요소들(예컨대, 플러그, 아암, 샤프트, 보어, 부싱 등) 사이의 간극(clearance)은 시간이 경과함에 따라 변경될 수 있다. 이와 같은 변화를 발생시킬 수 있는 힘은 공력 여기(aerodynamic excitation), 고온, 온도 사이클링(예컨대, -20도 미만의 온도 내지 1000도를 초과하는 온도), 화학 침식(chemical attack), 마찰, 재료의 열화 등을 포함한다. 적어도 전술한 이유들로 인해, 배기 터빈 조립체의 수명에 있어서 웨이스트게이트 개구를 효과적으로 시일하기는 어려울 수 있다. 온도와 관련하여, 고온에서의 문제점은 일반적으로 마모, 마찰 손실 및 그에 수반되는 누출, 제어성의 결여 또는 누수 및 비제어성의 조합을 포함한다.
도 3은 도 2의 조립체(200)의 일부의 확장된 절개 단면도를 도시한다. 도시한 바와 같이, 플러그(256)는 웨이스트게이트 시트(226) 내에 안착함으로써, 웨이스트게이트 벽(223)에 의해 형성된, 터빈 하우징(210)의 부분인 웨이스트게이트 통로를 시일한다.
도 4는 도 2의 조립체의 웨이스트게이트 아암 및 플러그의 평면도와 측면도를 도시한다. 도시한 바와 같이, 샤프트(252)는 길이(Δzs)에 걸쳐 직경(Ds)을 갖는다. 아암(254)은 숄더(255)로부터 샤프트(252)로부터 축방향 외측으로 이격하여 연장되고, 플러그로 반경방향 하측으로 연장된다. 축방향 치수(Δza)는 숄더(255)로부터 플러그(256)의 중심선까지의 거리인 것으로 도 4의 예에 도시된다. 플러그(256)는 외경(Dpo)을 갖는 것으로 도시한다. 치수(ΔSP)는 샤프트(252)의 축(zs)과 플러그(256)의 중심선 사이의 오프셋(offset)으로서 평면도에 도시된다. 치수(ΔSP)는, 예컨대 아암(254)의 회전축과 플러그(256)의 중심선 사이의 치수로서 빗변(hypotenuse)을 형성하는 삼각형의 레그일 수 있다. 또한, 도 4는 각종 다른 특징들, 예컨대, 숄더, 윤곽부 등과 같은 샤프트의 특징들을 나타낸다.
도 5는 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)의 또 다른 측면도를 도시한다. 도 5의 예에서, 플러그(256)의 프로파일은 내경(Dpi)을 형성할 수 있는 반경부와 원추부를 구비하는 것으로 도시된다. 도시한 바와 같이, 원추부는 원추각(φp)에 따라 형성될 수 있는 한편, 반경부는 반경(R)에 대해 형성될 수 있다. 일례로서, 반경부는 토로이달부(toroidal portion) 또는 토로이달 표면(toroidal surface)으로 지칭될 수 있다. 토로이달부가 도 4의 예에서 원추부로 연장되지만, 토로이달부는 반경부로서 연속될 수 있거나 또는 비원추부 또는 다른 부부으로 연장될 수 있다. 일례로서, 플러그는 플러그의 내경과 외경 사이에 배치된 토로이달 표면(예컨대, 내경(Dpi)과 외경(Dpo) 사이에 배치된 토로이달 표면)을 구비할 수 있다.
도 6은 터빈 하우징(210)의 단면도, 특히 보어(212)와 웨이스트게이트 시트(226) 사이의 관계를 도시하며, 이러한 특징부는 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)와 같은 웨이스트게이트 아암 및 플러그와 연동한다. 도 6의 예에 도시한 바와 같이, 웨이스트게이트 벽(223)은 웨이스트게이트 시트(226)로 연장되며, 상기 시트는 원추각(φ0)으로 배치된 원추 섹션부의 직경(Do)을 구비한다. 일례로서, 조립체는 약 60도의 원추각을 갖는 원추부(cone portion)를 갖는 플러그를 구비할 수 있는 한편, 웨이스트게이트 시트는 약 100도의 원추각을 갖는 원추부를 구비할 수 있다. 이와 같은 예에서, 플러그의 토로이달부와 웨이스트게이트 시트의 원추부 사이의 접촉에 의해 밀봉이 성취되기 때문에, 2개의 원추부들 사이에는 접촉이 발생할 수 있거나 또는 발생하지 않을 수 있다.
도 7은 조립체(200) 내의 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)의 2가지의 변위된 배향을 도시하는바, 특히 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)의 샤프트(252)의 축은 예컨대 보어(212)의 축(예컨대, 그리고 보어(212) 내에 배치된 부싱(242)의 축)과 정렬되지 않는다.
배향(710, 730)에 있어서, 플러그(256)와 웨이스트게이트 시트(226) 사이에는 접촉이 존재한다. 특히, 플러그(256)의 반경부(예컨대, 토로이달부)와 웨이스트게이트 시트(226)의 원추부 사이에는 접촉이 존재한다. 일례로서, 배향(710, 730)은 보어의 보어 축에 대해 최대한의 각도 오정렬(예컨대, ±5도)(예컨대, 보어 내에 배치된 부싱의 부싱 축에 대한 몇 가지의 각도 오정렬)(예컨대, ±1도)을 나타낼 수 있다. 기술된 바와 같이, 다양한 이유로 인해 몇 가지의 오정렬이 발생할 수 있다(예컨대, 조립 시, 작동 시 등).
도 8은 조립체(200) 내에 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)의 2가지의 변위된 배향을 도시하는바, 특히 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)의 샤프트(252)의 축은 예컨대 보어의 축(예컨대, 그리고 보어(212) 내에 배치된 부싱(242)의 축)과 정렬되지 않는다.
배향(810, 830)에 있어서, 플러그(256)와 웨이스트게이트 시트(226) 사이에는 접촉이 존재한다. 특히, 플러그(256)의 반경부(예컨대, 토로이달부)와 웨이스트게이트 시트(226)의 원추부 사이에는 접촉이 존재한다. 일례로서, 배향(810, 830)은 보어의 보어 축에 대해 최대한의 변위 오정렬(예컨대, Δ)(예컨대, ±1.6 mm), 예컨대 보어 내에 배치된 부싱의 부싱 축에 대한 몇 가지 변위 오정렬(예컨대, ±0.1 mm)을 나타낼 수 있다.. 기술된 바와 같이, 다양한 이유로 인해 몇 가지의 오정렬이 발생할 수 있다(예컨대, 조립 시, 작동 시 등).
일례로서, 웨이스트게이트 아암 및 플러그는 터빈 하우징의 보어 내에 배치된 부싱 내부의 극한 위치(extreme position)를 구비하면서, 웨이스트게이트 통로를 밀봉할 목적으로 (예컨대, 수용가능한 성능을 위해 적절한 밀봉) 웨이스트게이트 시트와의 접촉을 유지할 수 있다.
도 9는 일체형 웨이스트게이트 아암 및 플러그 또는 웨이스트게이트 아암 및 플러그 조립체일 수 있는 웨이스트게이트 아암 및 플러그(950, 970)의 예들을 도시한다. 조립체로서, 플러그부(956)는 부착식 베이스(972 또는 992)를 구비할 수 있고, 상기 베이스부로부터 아암(970 또는 990)이 스템(974 또는 994)에 끼워맞추는 위치에서 스템(974 또는 994)이 연장되어, 부착식 구성요소(976 또는 996)를 거쳐 스템(974 또는 994)에 고정된다(예컨대, 압입 끼워맞춤 링 등). 예시적인 웨이스트게이트 아암 및 플러그(970)에서, 부착식 베이스(992)의 표면은 구형부의 일부에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다, 이와 같은 예에서, (예컨대, 스템(994)에 대해 몇 가지 양의 간극(들)에 의해 제공되는 바와 같이) 아암(990)에 대한 플f러그부(956)에 몇 가지의 피봇팅(pivoting)이 제공될 수 있다.
도 9의 예에서, 플러그부(956)는 토로이달부("t")와, 예컨대 선택적으로 원추부("C")를 구비한다. 도시한 바와 같이, 선택적인 원추부는 각(φc), 높이(hc) 및 하부 직경(Dcl)과 상부 직경(Dcu) 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다. 도 9의 예에서, 토로이달부는 직경(Dt)과 반경(Rt)에 의해 형성될 수 있고, 여기서 예컨대 토로이달부는 원형 토러스(circular torus)에 의해 형성될 수 있다.
도 10은 시트 프로파일(1015, 1025, 1035, 1045)의 일부 예와 함께 플러그(1010, 1020, 1030, 1040)의 토로이달부의 몇 가지 예를 도시한다. 또한, 도 10은 해당하는 토로이달부와 유사할 수 있는 그리드형 표면을 도시한다.
예시적인 프로파일(1010)에 대해, 토로이달부는 원형에 상응하고, 예시적인 프로파일(1020)에 대해, 토로이달부는 타원형에 상응하고, 예시적인 프로파일(1030)에 대해, 토로이달부는 내측으로 경사진 타원형에 상응하고, 예시적인 프로파일(1040)에 대해, 토로이달부는 외측으로 경사진 타원형에 상응한다. 도 10의 프로파일(1010, 1020, 1030, 1040)의 예에서, 두꺼운 실선은, 예컨대 플러그(256)와 같은 플러그의 프로파일일 수 있는 프로파일을 나타낸다. 시트 프로파일(1015, 1025, 1035, 1045)과 관련하여, 점선은, 예컨대 웨이스트게이트 시트(226)와 같은 시트의 프로파일일 수 있는 프로파일을 나타낼 수 있다.
도 11은 플러그 프로파일(1115, 1125, 1135, 1145)의 일부 예와 함께 웨이스트게이트 시트(1110, 1120, 1130, 1140)의 시트 프로파일의 일부 예를 도시한다. 또한, 도 11은 해당하는 시트 프로파일과 유사할 수 있는 그리드형 표면을 도시한다. 예시적인 프로파일(1110)에 대해, 시트는 원형에 상응하는 토로이달부에 의해 형성될 수 있고, 예시적인 프로파일(1120)에 대해, 시트는 타원형에 상응하는 토로이달부에 의해 형성될 수 있고, 예시적인 프로파일(1130)에 대해, 시트는 외측으로 틸팅된 타원형으로 순응하는 토로이달부에 의해 형성될 수 있고, 예시적인 프로파일(1140)에 대해, 시트는 타원형에 상응하는 토로이달부에 의해 형성될 수 있다(예컨대, 프로파일(1120)의 예에 비해 90도 회전됨). 도 11의 프로파일(1110, 1120, 1130, 1140)의 예에서, 두꺼운 실선은, 예컨대 웨이스트게이트 시트(226)와 같은 시트의 프로파일일 수 있는 프로파일을 나타낸다. 플러그 프로파일(1115, 1125, 1135, 1145)과 관련하여, 상기 플러그 프로파일은, 예컨대 플러그(256)와 같은 플러그의 프로파일일 수 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 플러그는 원추형 프로파일(conical profile) 또는 구형 프로파일(spherical profile)일 수 있다. 각종 다른 실시예에 도시한 바와 같이, 플러그는 토로이달 프로파일을 구비할 수 있다.
도 12는 터빈 웨이스트게이트(1210, 1230, 1250)의 몇 가지의 예를 도시한다. 예(1210)에서, 플러그(1212)는 원추 형상을 구비하고, 시트(1214)는 반경 형상(예컨대, 토로이달 표면의 일부)을 구비한다. 예(1230)에서, 플러그(1232)는 반경 형상(예컨대, 토로이달 표면의 일부)을 구비하고, 시트(1234)는 원추 형상을 구비한다. 예(1250)에서, 플러그(1252)는 반경 형상(예컨대, 구형 표면의 일부)을 구비하고, 시트(1254)는 원추 형상을 구비한다. 도 12의 예에서, 토러스는 반경(또는 장축과 단축) 및 직경에 의해 형성될 수 있고, 구형부는 반경에 의해 형성될 수 있는바, 구형 섹션부는 구형부를 절단하는 표면에 의해 형성될 수 있다는 것이다. 일례로서, 콘부 또는 원추부는 각도 및 축에 의해 형성될 수 있고, 예컨대 축을 따르는 위치(들)에 의해 형성될 수 있다.
일례로서, 조립체는, 보어, 웨이스트게이트 시트 및 상기 웨이스트게이트 시트로 연장하는 웨이스트게이트 통로를 포함하는 터빈 하우징; 상기 보어에 의해 수용하도록 구성된 부싱; 상기 부싱에 의해 수용하도록 구성된 회전가능한 웨이스트게이트 샤프트; 상기 웨이스트게이트 샤프트로부터 연장되는 웨이스트게이트 아암; 및 상기 웨이스트게이트 아암으로부터 연장되는 웨이스트게이트 플러그를 구비할 수 있으며, 상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 웨이스트게이트 통로를 덮기 위해 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉하도록 토러스(torus)의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비한다. 이러한 조립체에서, 상기 웨이스트게이트 샤프트, 상기 웨이스트게이트 아암 및 상기 웨이스트게이트 플러그는 일체형 구성요소일 수 있다.
일례로서, 웨이스트게이트 플러그는 원추부의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비할 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 시트는 원추부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비할 수 있다.
일례로서, 웨이스트게이트 플러그는 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비할 수 있으며, 상기 일부는 상기 웨이스트게이트 플러그의 내경과 외경 사이에 배치된다.
일례로서, 조립체는 축을 갖는 웨이스트게이트 샤프트를 구비할 수 있으며, 터빈 하우징은 축을 갖는 보어를 구비한다. 이러한 예에서, 상기 축들의 기설정된 각도 오정렬의 경우에, 웨이스트게이트 플러그는 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비할 수 있으며, 그 프로파일을 따라, 상기 웨이스트게이트 플러그는 웨이스트게이트 통로를 덮도록 웨이스트게이트 시트와 접촉을 제공한다.
일례로서, 조립체는 축을 갖는 웨이스트게이트 샤프트를 구비할 수 있으며, 터빈 하우징은 축을 갖는 보어를 구비한다. 이러한 예에서, 상기 축들의 기설정된 변위 오정렬의 경우에, 웨이스트게이트 플러그는 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비할 수 있으며, 그 프로파일을 따라, 상기 웨이스트게이트 플러그는 웨이스트게이트 통로를 덮도록 웨이스트게이트 시트와 접촉을 제공한다.
일례로서, 웨이스트게이트 플러그는 토러스, 예컨대 장축 길이와 상이한 단축 길이를 갖는 타원형 토러스에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비할 수 있다. 이러한 예에서, 타원형 토러스는 (예컨대, 장축들이 평행하지 않는) 경사 각도를 구비할 수 있다.
일례로서, 웨이스트게이트 플러그의 프로파일은 상기 토러스의 최대 외경에 대한 탄젠트에 의해 형성된 원추 각도를 구비할 수 있다. 이러한 예에서, 웨이스트게이트 시트는 원추 각도를 구비할 수 있으며, 상기 웨이스트게이트 시트의 원추 각도는 상기 웨이스트게이트 플러그의 원추 각도를 초과한다.
일례로서, 조립체는 보어, 웨이스트게이트 시트 및 상기 웨이스트게이트 시트로 연장하는 웨이스트게이트 통로를 포함하는 터빈 하우징; 상기 보어에 의해 수용하도록 구성된 부싱; 상기 부싱에 의해 수용하도록 구성된 회전가능한 웨이스트게이트 샤프트; 상기 웨이스트게이트 샤프트로부터 연장되는 웨이스트게이트 아암; 및 상기 웨이스트게이트 아암으로부터 연장되는 웨이스트게이트 플러그를 구비할 수 있으며, 상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 웨이스트게이트 통로를 덮기 위해 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉하도록 구형부(sphere)의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비한다. 이러한 예에서, 상기 웨이스트게이트 샤프트, 상기 웨이스트게이트 아암 및 상기 웨이스트게이트 플러그는 일체형 구성요소일 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 시트는 원추부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비할 수 있는 한편, 웨이스트게이트 플러그는 구형부에 의해 적어도 부분적으로 형성된 프로파일을 구비할 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 샤프트는 축을 구비할 수 있고, 상기 웨이스트게이트 샤프트의 수용을 위한 보어는 축을 구비할 수 있으며, 상기 축들의 기설정된 각도 오정렬의 경우에, 웨이스트게이트 플러그는 구형부의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 따라, 웨이스트게이트 통로를 덮도록 웨이스트게이트 시트와 접촉을 제공한다. 이러한 예에서, 웨이스트게이트 시트는 원추부에 의해 적어도 부분적으로 형성된 부분을 구비할 수 있다.
일례로서, 조립체는, 보어, 웨이스트게이트 시트 및 상기 웨이스트게이트 시트로 연장하는 웨이스트게이트 통로를 포함하는 터빈 하우징으로서, 상기 웨이시트게이트 시트는 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 포함하는, 상기 터빈 하우징; 상기 보어에 의해 수용하도록 구성된 부싱; 상기 부싱에 의해 수용하도록 구성된 회전가능한 웨이스트게이트 샤프트; 상기 웨이스트게이트 샤프트로부터 연장되는 웨이스트게이트 아암; 및 상기 웨이스트게이트 아암으로부터 연장되는 웨이스트게이트 플러그를 구비할 수 있으며, 상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 웨이스트게이트 통로를 덮기 위해 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉하도록 원추부(cone)의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 구비한다. 이러한 예에서, 상기 웨이스트게이트 샤프트, 상기 웨이스트게이트 아암 및 상기 웨이스트게이트 플러그는 일체형 구성요소일 수 있다. 일례로서, 토러스의 일부는 장축 길이와 상이한 단축 길이를 갖는 타원형 토러스의 일부를 구비할 수 있다. 이러한 예에서, 상기 타원형 토러스는 경사 각도(tilt angle)를 구비할 수 있다.
일례로서, 웨이스트게이트 샤프트는 축을 구비할 수 있고, 상기 웨이스트게이트 샤프트의 수용을 위한 보어는 축을 구비할 수 있으며, 상기 축들의 기설정된 변위 오정렬의 경우에, 웨이스트게이트 플러그는 원추부의 일부에 의해 부분적으로 형성된 상기 프로파일을 따라, 웨이스트게이트 통로를 덮도록 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일에 따라 웨이스트게이트 시트와 접촉을 제공한다.
첨부한 도면과 전술한 상세한 설명에서 방법, 장치, 시스템, 구성체 등에 대한 몇 가지의 예가 기술되었지만, 기술된 예시적인 실시예에 제한되는 것이 아니라, 다수의 재배치, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (19)

  1. 보어, 웨이스트게이트 시트 및 상기 웨이스트게이트 시트로 연장하는 웨이스트게이트 통로를 포함하는 터빈 하우징;
    상기 보어에 의해 수용하도록 구성된 부싱;
    상기 부싱에 의해 수용하도록 구성된 회전가능한 웨이스트게이트 샤프트;
    상기 웨이스트게이트 샤프트로부터 연장되는 웨이스트게이트 아암; 및
    상기 웨이스트게이트 아암으로부터 연장되는 웨이스트게이트 플러그
    를 포함하며,
    상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 웨이스트게이트 통로를 덮기 위해 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉하도록 토러스(torus)의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 포함하는,
    조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 샤프트, 상기 웨이스트게이트 아암 및 상기 웨이스트게이트 플러그는 일체형 구성요소를 포함하는,
    조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로파일은 원추부의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 포함하는,
    조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 시트는 원추부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 포함하는,
    조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 상기 프로파일은 상기 웨이스트게이트 플러그의 내경과 외경 사이에 배치되는,
    조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 샤프트는 축을 포함하고, 상기 보어는 축을 포함하고,
    상기 축들의 기설정된 각도 오정렬의 경우에, 상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 상기 프로파일을 따라, 상기 웨이스트게이트 통로를 덮도록 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉을 제공하는,
    조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 샤프트는 축을 포함하고, 상기 보어는 축을 포함하고,
    상기 축들의 기설정된 변위 오정렬의 경우에, 상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 상기 프로파일을 따라, 상기 웨이스트게이트 통로를 덮도록 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉을 제공하는,
    조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 토러스의 일부는 장축 길이와 상이한 단축 길이를 갖는 타원형 토러스의 일부를 포함하는,
    조립체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 타원형 토러스는 경사 각도(tilt angle)를 포함하는,
    조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 플러그의 상기 프로파일은 상기 토러스의 최대 외경에 대한 탄젠트에 의해 형성된 원추 각도를 포함하며,
    상기 웨이스트게이트 시트는 원추 각도를 포함하고, 상기 웨이스트게이트 시트의 원추 각도는 상기 웨이스트게이트 플러그의 원추 각도를 초과하는,
    조립체.
  11. 보어, 웨이스트게이트 시트 및 상기 웨이스트게이트 시트로 연장하는 웨이스트게이트 통로를 포함하는 터빈 하우징;
    상기 보어에 의해 수용하도록 구성된 부싱;
    상기 부싱에 의해 수용하도록 구성된 회전가능한 웨이스트게이트 샤프트;
    상기 웨이스트게이트 샤프트로부터 연장되는 웨이스트게이트 아암; 및
    상기 웨이스트게이트 아암으로부터 연장되는 웨이스트게이트 플러그
    를 포함하며,
    상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 웨이스트게이트 통로를 덮기 위해 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉하도록 구형부(sphere)의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 포함하는,
    조립체.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 샤프트, 상기 웨이스트게이트 아암 및 상기 웨이스트게이트 플러그는 일체형 구성요소를 포함하는,
    조립체.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 시트는 원추부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 포함하는,
    조립체.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 샤프트는 축을 포함하고, 상기 보어는 축을 포함하고,
    상기 축들의 기설정된 각도 오정렬의 경우에, 상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 구형부의 일부에 의해 부분적으로 형성된 상기 프로파일을 따라, 상기 웨이스트게이트 통로를 덮도록 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉을 제공하는,
    조립체.
  15. 보어, 웨이스트게이트 시트 및 상기 웨이스트게이트 시트로 연장하는 웨이스트게이트 통로를 포함하는 터빈 하우징으로서, 상기 웨이시트게이트 시트는 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 포함하는, 상기 터빈 하우징;
    상기 보어에 의해 수용하도록 구성된 부싱;
    상기 부싱에 의해 수용하도록 구성된 회전가능한 웨이스트게이트 샤프트;
    상기 웨이스트게이트 샤프트로부터 연장되는 웨이스트게이트 아암; 및
    상기 웨이스트게이트 아암으로부터 연장되는 웨이스트게이트 플러그
    를 포함하며,
    상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 웨이스트게이트 통로를 덮기 위해 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉하도록 원추부(cone)의 일부에 의해 부분적으로 형성된 프로파일을 포함하는,
    조립체.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 샤프트, 상기 웨이스트게이트 아암 및 상기 웨이스트게이트 플러그는 일체형 구성요소를 포함하는,
    조립체.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 토러스의 일부는 장축 길이와 상이한 단축 길이를 갖는 타원형 토러스의 일부를 포함하는,
    조립체.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 타원형 토러스는 경사 각도(tilt angle)를 포함하는,
    조립체.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 샤프트는 축을 포함하고, 상기 보어는 축을 포함하고,
    상기 축들의 기설정된 변위 오정렬의 경우에, 상기 웨이스트게이트 플러그는 상기 원추부의 일부에 의해 부분적으로 형성된 상기 프로파일을 따라, 상기 웨이스트게이트 통로를 덮도록 상기 토러스의 일부에 의해 부분적으로 형성된 상기 프로파일에 따라 상기 웨이스트게이트 시트와 접촉을 제공하는,
    조립체.
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