KR20160026810A - 터빈 웨이스트게이트 - Google Patents

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KR20160026810A
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Abstract

방법이, 샤프트에 작동 가능하게 연결되는 제어 아암에 힘을 가하는 단계; 샤프트로부터의 힘의 적어도 일부를, 아암을 통해서, 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트에 관련하여 위치하게 되는 플러그로 전달하는 단계; 접촉이 플러그와 웨이스트게이트 시트 사이에 존재하는, 샤프트, 아암 및 플러그의 상대적 위치들에 대한 평형 상태(isostatic condition)를 유지시키는 단계; 및 상기 평형 상태에서, 용접을 통해, 샤프트, 아암 및 플러그의 상대적 위치들을 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

터빈 웨이스트게이트{TURBINE WASTEGATE}
본 명세서에 개시된 발명의 대상은 일반적으로, 내연기관을 위한 터보기계류에 그리고, 특히 터빈 웨이스트게이트에 관한 것이다.
전형적으로, 터빈 웨이스트게이트는, 적어도 일부 배기가스가 터빈을 우회하는 것을 선택적으로 허용하도록 제어될 수 있는, 밸브이다. 배기 터빈이 내연기관으로의 유입 압력을 증대시키기 위해 압축기를 구동시키는 경우(예컨대, 과급기에서처럼), 웨이스트게이트는 증대 압력(boost pressure)을 제어하는 수단을 제공한다.
소위 내부 웨이스트게이트는, 적어도 부분적으로 터빈 하우징에 통합된다. 내부 웨이스트게이트는 전형적으로, 플래퍼 밸브(flapper valve)(예컨대, 플러그), 크랭크 아암, 샤프트 또는 로드와, 및 액추에이터를 포함한다. 웨이스트게이트의 플러그는 흔히, 배기 우회 개구부 둘레에 배치되는 편평한 시트(예컨대, 밸브 시트 또는 웨이스트게이트 시트)에 대항하여 안착되는, 편평한 디스크형 표면을 포함하지만, 다양한 플러그들이 배기 우회 개구부 내로 연장되는(예컨대, 웨이스트게이트 시트의 평면을 지나서) 돌출 부분을 포함할 수 있다.
폐쇄 위치에서, 웨이스트게이트 플러그는, 배기 우회 개구부를 효과적으로 밀봉시키기에(예컨대, 고압 배기 공급부로부터 저압 구역으로의 배기가스의 누출을 방지하기에) 충분한 힘을 갖고, 웨이스트게이트 시트(예컨대, 안착면)에 대해 안착되어야 한다. 흔히, 내부 웨이스트게이트는, 힘을 (예컨대, 2개의 별개이지만 연결되는 부품들로서의) 아암으로부터 플러그로 전달하도록 구성된다. 엔진 작동 도중에, 웨이스트게이트를 위한 부하 요건은 차압에 따라 변화한다. 높은 부하 요건은 웨이스트게이트의 운동학적 부품들에 높은 기계적 응력을 생성시킬 수 있고, 그러한 사실은, 일부 경우에서, 신뢰도 수준(예컨대, 엔진 제조자에 의해 요구되는 바와 같은)을 충족시키기 위해 상당히 과도한 크기의 부품 설계로 이끌어 왔다. 가솔린 엔진 적용들을 위한 웨이스트게이트 부품들의 신뢰도는, 작동 온도와 배기 맥동 레벨이 매우 높을 수 있는 경우에, 특히 중요하다.
웨이스트게이트, 웨이스트게이트 부품들, 그리고 웨이스트게이트 관련 공정들에 대한 다양한 예들이, 본 명세서에서 설명된다.
일례로서, 본 발명의 방법은, 샤프트에 작동 가능하게 결합되는 제어 아암에 힘을 가하는 단계; 샤프트로부터의 힘의 적어도 일부를, 아암을 경유하여, 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트에 관련하여 위치하게 되는 플러그로 전달하는 단계; 접촉이 플러그와 웨이스트게이트 시트 사이에 존재하는, 샤프트, 아암 및 플러그의 상대적 위치들에 대한 위한 평형 상태(isostatic condition)를 유지시키는 단계; 및 상기 평형 상태에서, 용접을 통해, 상기 샤프트, 상기 아암 및 상기 플러그의 상기 상대적 위치들을 고정시키는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 그러한 방법은, 플러그를 아암에 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 예로서, 평형 상태 도중에 수행된 단일 용접부는 2 이상의 부품의 상대적 위치들을 고정시키는 작용을 할 수 있다. 일례로서, 평형 상태 도중에 수행된 복수의 용접부는 2 이상의 부품의 상대적 위치들을 고정시키는 작용을 할 수 있다.
본 명세서에 설명되는 다양한 방법들, 디바이스들, 조립체들, 시스템들, 배치 구성들 등과, 이들의 균등물들에 대한 보다 완전한 이해가, 첨부된 도면들에 도시된 예들과 관련하여 취해질 때, 뒤따르는 상세한 설명을 참조함에 의해 이루어질 수 있다.
도 1은 과급기와 내연기관을 제어기 및 차량의 일례와 함께 보이는 도면이고;
도 2는 웨이스트게이트를 구비하는 조립체의 일례에 대한 일련의 도면이며;
도 3은 웨이스트게이트를 구비하는 조립체의 일례에 대한 일련의 도면이고;
도 4는 유닛을 형성하기 위해 조립될 수 있는 부품들의 예들에 대한 일련의 도면이며;
도 5는 유닛을 형성하기 위해 조립될 수 있는 부품들의 예들에 대한 일련의 도면이고;
도 6은 유닛을 형성하기 위해 조립될 수 있는 부품들의 예들에 대한 일련의 도면이며;
도 7은 주조 공정의 부품들의 예들에 대한 일련의 도면이고;
도 8은 예시적인 방법들의 일련의 블록도이며;
도 9는, 도 4, 도 5, 도 6에 대응하는, 예시적인 유닛들에 대한 일련의 사시도이며;
도 10은 웨이스트게이트를 구비하는 조립체의 일례에 대한 일련의 절개도이며;
도 11은 유체 유동과 관련한 웨이스트게이트의 일례에 대한 일련의 도면이고;
도 12는 두 개의 스크롤을 구비하는 조립체의 일례에 대한 일련의 도면이며;
도 13은 두 개의 스크롤을 구비하는 조립체의 일례와 웨이스트게이트의 일례에 대한 일련의 도면이며; 그리고
도 14는 웨이스트게이트를 구비하는 조립체의 일례에 대한 도면이다.
과급기는 내연기관의 출력을 증가시키기 위해 자주 사용되고 있다. 도 1을 참조하면, 하나의 예로서, 시스템(100)이 내연기관(110)과 과급기(120)를 구비할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 차량(101)의 일부일 수 있고, 이 경우 시스템(100)은 엔진실 내에 배치되며 그리고 예를 들어 객실(105) 뒤에 위치하게 되는 배기 출구(109)로 배기가스를 지향시키는 배기 도관(103)에 연결된다. 도 1의 예에서, 처리 유닛(107)이, 배기가스를 처리하기 위해(예컨대, 분자들 등의 촉매 변환 등을 거쳐 배출물을 감소시키기 위해) 제공될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 내연기관(110)은, 샤프트(112)를 (예컨대, 피스톤을 거쳐) 작동가능하게 구동시키는 하나 이상의 연소실을 수용하는 엔진 블록(118) 뿐만 아니라, 엔진 블록(118)으로의 공기를 위한 유동 경로를 제공하는 흡기 포트(114) 및 엔진 블록(118)으로부터의 배기가스를 위한 유동 경로를 제공하는 배기 포트(116)를 구비한다.
과급기(120)는, 배기가스로부터 에너지를 추출하도록 그리고 연소 가스를 형성하기 위해 연료와 조합될 수 있는 흡기에 그 에너지를 제공하도록, 작용할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 과급기(120)는, 공기 유입구(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. 상기 하우징 조립체(128)는, 압축기 하우징 조립체(124)와 터빈 하우징 조립체(126) 사이에 배치됨에 따라, 중앙 하우징 조립체로 언급될 수 있다. 샤프트(122)는, 다양한 부품들을 구비하는 샤프트 조립체일 수 있다. 샤프트(122)는, 상기 하우징 조립체(128) 내에(예컨대, 하나 이상의 보어 벽에 의해 형성되는 보어 내에) 배치되는 베어링 시스템(예컨대, 저널 베어링(들), 구름 요소 베어링(들), 등)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있고, 이에 따라, 터빈 휠(127)의 회전이 (예컨대, 샤프트(122)에 의해 회전 가능하게 결합되는 것과 같이) 압축기 휠(125)의 회전을 야기하도록 한다. 일례로, 중앙 하우징 회전 조립체(CHRA: center housing rotating assembly)가, 압축기 휠(125), 터빈 휠(127), 샤프트(122), 하우징 조립체(128) 및 다양한 다른 부품들(예컨대, 압축기 휠(125)과 하우징 조립체(128) 사이의 축방향 위치에 배치되는 압축기 측판)을 구비할 수 있다.
도 1의 예에서, 가변 형상 조립체(variable geometry assembly)(129)가, 부분적으로 하우징 조립체(128)와 터빈 하우징 조립체(126) 사이에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 그러한 가변 형상 조립체는, 터빈 하우징 조립체(126) 내의 터빈 휠 공간으로 이어지는 통로들의 기하학적 형상을 변경시키기 위한 베인들(vane) 또는 다른 부품들을 구비할 수 있다. 일례로서, 가변 형상 압축기 조립체가 제공될 수 있다.
도 1의 예에서, 웨이스트게이트 밸브(또는 간단히 웨이스트게이트)(135)는 터빈 하우징 조립체(126)의 배기가스 입구에 인접하게 위치하게 된다. 웨이스트게이트 밸브(135)는, 배기 포트(116)로부터의 배기가스의 적어도 일부가 터빈 휠(127)을 우회하는 것을 허용하도록 제어될 수 있다. 다양한 웨이스트게이트들과 웨이스트게이트 부품들 등이, 종래의 고정식 노즐 터빈, 고정식 베인 노즐 터빈, 가변 노즐 터빈, 트윈 스크롤 과급기 등에 적용될 수 있을 것이다.
도 1의 예에, 배기가스 재순환(EGR: exhaust gas recirculation) 도관(115)이 도시되며, 이것은, 배기가스가 예컨대 압축기 휠(125)의 상류 위치로 유동하는 것을 허용하도록, 선택적으로 하나 이상의 밸브(117)를 갖도록, 제공될 수 있다.
도 1은, 배기 터빈 하우징 조립체(152)로의 배기가스 유동을 위한 예시적인 장치(150)와, 배기 터빈 하우징 조립체(172)로의 배기가스의 유동을 위한 다른 예시적인 장치(170)를 또한 도시하고 있다. 장치(150)에서는, 실린더 헤드(154)가, 배기가스를 실린더로부터 배기 터빈 하우징 조립체(152)로 지향시키기 위한 통로(156)를 내부에 구비하는 가운데, 장치(170에서는, 매니폴드(176)가, 배기 터빈 하우징 조립체(172)의 장착을 위해, 예를 들어 임의의 분리된 중간 길이의 배기 배관이 없이, 제공된다. 예시적인 장치들(150, 170)에서, 배기 터빈 하우징 조립체들(152, 172)은, 웨이스트게이트, 가변 형상 조립체 등과 함께 사용하도록 구성될 수 있다.
도 1에, 제어기(190)의 일례가, 하나 이상의 프로세서(192), 메모리(194), 및 하나 이상의 인터페이스(196)를 구비하는 것으로, 도시되어 있다. 그러한 제어기는, 엔진 제어 유닛(ECU: engine control unit)의 회로와 같은, 회로를 구비할 수 있다. 본 명세서에서 설명되고 있는 바와 같이, 다양한 방법들 또는 기술들이 선택적으로, 예를 들어 제어 로직을 통해서, 제어기와 함께 구현될 수 있다. 제어 로직은, 하나 이상의 엔진 작동 조건(예컨대, 터보 rpm, 엔진 rpm, 온도, 부하, 윤활제, 냉각, 등)에 의존할 수 있다. 예를 들어, 센서들은, 하나 이상의 인터페이스(196)를 경유하여 제어기(190)로 정보를 전달할 수 있다. 제어 로직은, 그러한 정보에 의존할 수 있으며, 그리고 결과적으로 제어기(190)가 엔진 작동을 제어하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어기(190)는, 윤활제 유동, 온도, 가변 형상 조립체(예컨대, 가변 형상 압축기 또는 터빈), 웨이스트게이트(예컨대, 액추에이터를 경유함), 전기 모터, 또는, 엔진, 과급기(또는 과급기들) 등과 연관되는 하나 이상의 다른 부품들을 제어하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 과급기(120)는, 예를 들어 제어기(190)의 인터페이스(196) 또는 인터페이스들에 결합될 수 있는, 하나 이상의 액추에이터 및/또는 하나 이상의 센서(198)를 구비할 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트(135)는, 전기 신호, 압력 신호 등에 응답하는 액추에이터를 구비하는, 제어기에 의해 제어될 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트를 위한 액추에이터는, 예를 들면, 전력에 대한 필요없이 작동할 수 있는 기계식 액추에이터(예컨대, 도관을 경유하여 공급되는 압력 신호에 응답하도록 구성되는 기계식 액추에이터를 고려할 수 있음)일 수 있다.
도 2는, 플랜지(211), 보어(212), 유입 도관(213), 터빈 휠 개구부(214), 나선형 벽(215), 배기가스 배출 개구부(216), 슈라우드 벽(220: shroud wall), 노즐(221), 부분적으로 나선형 벽(215)에 의해 형성되는 소용돌이부(volute)(222), 웨이스트게이트 시트(226)로 연장되는 웨이스트게이트 벽(223), 및 배기 챔버(230)를 구비하는, 터빈 하우징(210)을 구비하는 조립체(200)의 일례를 도시한다. 도 2의 예에서, 터빈 하우징(210)은, 단일 부품(single piece) 또는 복수 부품(multi-piece) 하우징일 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징(210)은 주조품(예컨대, 샌드 주조 또는 다른 주조 공정을 통해 형성됨)일 수 있다. 터빈 하우징(210)은, 보어(212), 터빈 휠 개구부(214), 배기가스 배출 개구부(216), 배기 챔버(230) 등과 같은, 특징부들을 한정할 수 있는 여러 개의 벽을 구비한다. 특히, 웨이스트게이트 벽(223)은 유입 도관(213)과 유체 연통 상태에 놓이는 웨이스트게이트 통로를 한정하며, 여기서 웨이스트게이트 제어 링크 장치(240)와 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)가 웨이스트게이트 통로를 개폐하도록(예컨대, 배기가스를 웨이스트게이팅하도록) 구성된다.
도 2의 예에서, 웨이스트게이트 제어 링크 장치(240)는, 터빈 하우징(210)의 보어에 의해 수용되도록 구성되는 부싱(242)과, 제어 아암(244) 및 페그(peg)(246)를 구비하며, 그리고 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)는, 샤프트(252), 샤프트 단부(253), 아암(254) 및 플러그(256)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 부싱(242)은, 예컨대, 샤프트(252)의 회전을 지지하는 것, 배기 챔버(230)를 외부 공간으로부터 밀봉시키는 것 등을 위해, 보어(212)와 샤프트(252) 사이에 배치된다. 보어(212), 부싱(242), 및 샤프트(252)는 각각, 직경 또는 직경들 뿐만 아니라 하나 이상의 길이에 의해 한정될 수 있다. 예를 들면, 샤프트(252)는 직경(DS)을 구비하고, 보어(212)는 직경(DB)을 구비하며, 부싱(242)은 내경(Dbi)과 외경(Dbo)을 구비한다. 도 2의 예에서, 여러 부품들이 조립되었을 때, 상기 직경들은 DB > Dbo > Dbi > DS일 수 있다. 길이와 관련하여, 샤프트(252)의 길이는 부싱(242)의 길이를 초과하고, 부싱의 길이는 보어(212)의 길이를 초과한다. 그러한 길이들은, 샤프트 축(zS), 부싱 축(zb), 및 보어 축(zB)과 관련하여 한정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 부싱(242)은 샤프트(252)의 숄더와 웨이스트게이트 제어 링크 장치(240)의 제어 아암(244) 사이에 축방향으로 배치된다.
도 2의 예에서, 간극(Δz)이 부싱(242)의 표면과 제어 아암(244)의 표면 사이에 도시되며, 이는, 예컨대 웨이스트게이트 시트(226)에 대한 플러그(256)의 셀프 중심 정렬을 용이하게 하기 위한, 샤프트(252)의 축방향 이동을 허용한다.
일례로서, 조립체(200)는, 배기가스가 유입 도관(213)을 경유하여 받아들여지고 소용돌이부(222)로 유도되도록, 플랜지(211)를 경유하여 내연기관(예컨대, 도 1의 예를 참조)의 배기 도관 또는 다른 부품에 조립될 수 있다. 소용돌이부(222)로부터의 배기가스는, 부분적으로 슈라우드 벽(220)에 의해 한정되는 터빈 휠 공간 내에서 유동하고 팽창하도록, 개구부(214)를 경유하여 터빈 하우징(210) 내에 배치되는 터빈 휠로, 노즐(221)을 경유하여 유도된다. 이어서 배기가스는, 배기 챔버(230)로 그리고 그 후 배기가스 배출 개구부(216)를 경유하여 터빈 하우징(210) 밖으로 유동함으로써, 터빈 휠 공간을 빠져나간다.
웨이스트게이팅(wastegating)과 관련하여, 웨이스트게이트 제어 링크 장치(240)의 구동(예컨대, 페그(246)에 결합된 액추에이터에 의한)에 의해, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)는, 받아들인 배기가스의 적어도 일부가, 터빈 휠 공간으로 노즐(221)을 통과하는 대신에, 웨이스트게이트 벽(223)에 의해 한정되는 웨이스트게이트 통로 내에서, 웨이스트게이트 시트(226)를 지나서 그리고 배기 챔버(230) 내로 유동할 수 있도록, 회전하게 될 수 있다. 이어서, 배기가스의 웨이스트게이트된 부분은, 배기가스 배출 개구부(216)를 경유하여 터빈 하우징(210)을 빠져나간다(예컨대, 차량의 배기 시스템으로 통과하고, 부분적으로 재순환되는 등).
일례로서, 제어 링크 장치(240)는, 웨이스트게이트 시트(226)를 향하는 방향으로 플러그(256)를 압박하도록 작용하는, 힘을 가할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터가, 플러그(256)를 웨이스트게이트 시트(226)로부터 멀어지게 회전시키기 위해(예컨대, 웨이스트게이팅을 위해) 제어 가능하게 극복될 수 있는, 힘을 가하는 편향 기구(예컨대, 스프링 등)를 포함할 수 있다. 일례로서, 액추에이터는 과급기에 장착될 수 있다(예컨대, 압축기 조립체 등에 장착됨). 일례로서, 액추에이터는, 예컨대, 축선을 따라 이동하는 로드를 포함하는, 선형 액추에이터일 수 있다. 플러그를 폐쇄 위치에서 유지시키기 위한, 플러그, 샤프트, 제어 링크 장치 및 상기 로드의 지향성에 의존하여, 상기 로드는, 하향(예컨대, 도 2의 예에서와 같이 제어 링크 장치로부터 멀어지는)의 힘을 가하거나, 또는 상기 로드는 상향(예컨대, 제어 링크 장치를 향하는)의 힘을 가할 수 있다. 예를 들어, 제어 링크 장치(240)의 제어 아암(244)(예컨대, 그리고 페그(246))이 샤프트(252)에 관련한 플러그(256)와 같은 동일한 "측부" 상으로 지향하게 되는 경우, 제어 아암(244)(예컨대, 페그(246)를 경유하여)에 가해지는 하향의 힘은 플러그(256)를 웨이스트게이트 시트(226)에 관련한 폐쇄 위치에 유지시키도록 작용할 수 있고; 반면에, 플러그와 제어 아암 사이에, 예를 들어, 약 180도의 간격(span)이 존재하는 경우, 제어 아암에 가해지는 상향의 힘은 플러그를 웨이스트게이트 시트에 관련한 개방 위치에 유지시키도록 작용할 수 있다.
일례로서, 액추에이터의 로드는 제어 링크 장치에 힘을 가하도록 편향될 수 있으며, 이러한 편향은 제어 링크 장치가 플러그(예컨대, 플러그(256) 참조) 상에 힘을 가하도록 야기하여, 그에 따라 플러그가 웨이스트게이트 시트(예컨대, 웨이스트게이트 시트(226) 참조)에 안착되도록 한다. 그러한 예에서, 액추에이터는 로드를 편향시키는 힘을 적어도 부분적으로 극복할 수 있고, 이에 따라 샤프트가 플러그를 웨이스트게이트 시트로부터 멀어지게 회전하도록 한다. 예를 들어, 도 2에서, 웨이스트게이팅을 시작하기 위해, 전체 플러그(256)가 샤프트(252)의 축을 중심으로 회전하며 그리고 웨이스트게이트 시트(226)로부터 멀어지게 이동한다(예컨대, 플러그(256)의 어떤 부분도 웨이스트게이트 시트(226)에 의해 한정되는 웨이스트게이트 개구부 내로 이동하지 않고). 일례로서, 플러그(256)의 멀어지는 이동은, 배기 압력에 의해 촉진될 수 있다. 예를 들면, 폐쇄 위치에서, 플러그(256)는, 압력이 플러그(256) 아래에서 더 높고 플러그(256) 위에서 더 낮은, 압력차를 겪는다. 그러한 예에서, 플러그(256) 아래에서의 압력은, 제어 링크 장치(240)를 통해 플러그(256)에 작용하게 되는 폐쇄력에 대향하게 되는 방향으로 작용한다(예컨대, 압력차는 플러그(256)를 개방 위치를 향해 편향시키도록 작용함). 따라서, 플러그(256)에 작용하게 되는 폐쇄력은, 플러그(256) 아래로부터의 압력을 극복해야 한다. 나아가, 샤프트(252)가 어느 정도의 유격(예컨대, Δz 등을 참조)을 구비할 수 있는 경우, 플러그(256)에 작용하게 되는 폐쇄력은, 플러그(256)가 웨이스트게이트 시트(226)에 관련하여 셀프 중심 정렬하도록 야기할 수 있다(예컨대, 밀봉을 촉진하기 위해서, 배기가스 누출을 방지하기 위해서, 등).
도 2의 예에서, 보어(212), 부싱(242) 및 샤프트(252)의 축선들은 정렬(예컨대, 공통 축선을 한정)된 것으로 도시되지만, 조립, 작동 등의 도중에, 얼마간의 오정렬이 일어날 수 있다. 일례로, 여러 부품들(예컨대, 플러그, 아암, 샤프트, 보어, 부싱 등) 사이의 간극들(clearance)이, 시간의 경과와 더불어, 변할 수 있다. 그러한 변화를 야기할 수 있는 힘들은, 공기역학적 여기(aerodynamic excitation), 고온, 온도 사이클링(예컨대, -20℃ 미만의 온도에서 1000℃ 초과의 온도로의), 화학적 부식(chemical attack), 마찰, 재료의 열화 등을 포함한다. 적어도 전술한 이유들로 인해, 배기 터빈 조립체의 수명 기간에 걸쳐 웨이스트게이트 개구부의 효과적 밀봉을 유지하는 것이 어려울 수 있다. 온도와 관련하여, 고온에서의 문제점은 일반적으로 마모 및 기능상의 손실 그리고 결과적인 누출, 제어성의 결여, 또는 누출과 제어성 결여의 조합을 포함한다.
일례로서, 플러그는 접촉 부분과 공기역학적 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플러그는, 폐쇄 상태에서 웨이스트게이트 시트의 표면과 접촉하는 접촉 부분으로서의 반경 부분(radiused portion) 및 개방 상태에서 웨이스트게이트 시트의 표면에 관련하여 유동 경로를 한정하는 공기역학적 부분을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 공기역학적 부분은, 폐쇄 상태에서 웨이스트게이트 통로 내로 연장(예컨대, 웨이스트게이트 통로를 한정하는 표면, 웨이스트게이트 시트의 표면 등과 접촉하지 않고)될 수 있다. 일례로서, 조립체에서, 그러한 플러그는 (일례로, 폐쇄된 상태에서) 웨이스트게이트 시트에 관하여 셀프 중심 정렬하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 시트의 표면은, 플러그의 접촉 부분의 셀프 중심 정렬을 용이하게 할 수 있는, 원추형일 수 있다. 일례로서, 하나 이상의 간극이, 부싱에 관련하여, 웨이스트게이트 샤프트를 위한 조립체 내에 존재할 수 있으며, 따라서 웨이스트게이트 샤프트가, 웨이스트게이트 샤프트에 작동 가능하게 결합되는 웨이스트게이트 플러그의 웨이스트게이트 시트에 관한 셀프 중심 정렬을 허용하는 방식으로, 움직일 수 있도록 한다.
도 3은, 도 2의 조립체(200)의 웨이스트게이트 아암 및 플러그(250)와 상이한, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(350)를 포함하는 어셈블리(300)의 일례를 도시하고 있다. 특히, 웨이스트게이트 아암과 플러그(350)는, 실질적으로 반구형의 쉘 부분(357)을 포함하는, 플러그(356)를 포함한다.
도 3의 예에서, 조립체(300)는, 장착 플랜지(311); 보어(312); 유입 도관(313); 터빈 휠 개구부(314); 나선형 벽(315); 배기가스 배출 개구부(316); 슈라우드 벽(320); 노즐(321); 부분적으로 나선형 벽(315)에 의해 형성되는 소용돌이부(322); 웨이스트게이트 통로(325)를 (예컨대, 적어도 부분적으로) 한정하는 웨이스트게이트 벽(323)으로서, 웨이스트게이트 통로(325)와 배기 챔버(330) 사이의 접촉면일 수 있는 웨이스트게이트 시트(326)까지 연장되는 것인, 웨이스트게이트 벽(323)을 구비하는, 터빈 하우징(310)을 포함한다.
도 3의 예에서, 터빈 하우징(310)은 단일 부품(single piece) 또는 다수 부품(multi-piece) 하우징일 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징(310)은, 주조품(예컨대, 샌드 주조 또는 다른 주조 공정을 거쳐 형성됨)일 수 있다. 터빈 하우징(310)은, 보어(312), 터빈 휠 개구부(314), 배기가스 배출 개구부(316), 배기 챔버(330) 등과 같은 특징부들을 한정할 수 있는, 여러 벽들을 구비한다. 특히, 웨이스트게이트 벽(323)은 적어도 부분적으로 유입 도관(313)과 유체 연통 상태에 놓이는 웨이스트게이트 통로(325)를 한정하며, 웨이스트게이트 통로에서, 웨이스트게이트 제어 링크 장치(340) 그리고 웨이스트게이트 아암 및 플러그(350)가 웨이스트게이트 통로를 개폐하도록(예컨대, 배기가스를 웨이스트게이팅하도록) 구성된다.
일례로서, 조립체(300)는, 배기가스가 유입 도관(313)을 경유하여 받아들여지고 소용돌이부(322)로 유도되도록, 예컨대, 플랜지(예컨대, 도 2의 플랜지(211) 참조)를 경유하여, 내연기관(예컨대, 도 1의 예를 참조)의 배기 도관 또는 다른 부품에 조립될 수 있다. 소용돌이부(322)로부터의 배기가스는, 부분적으로 슈라우드 벽(320)에 의해 한정되는 터빈 휠 공간 내에서 유동하고 팽창하도록, 개구부(314)를 경유하여 터빈 하우징(310) 내에 배치되는 터빈 휠로, 노즐(321)을 경유하여, 유도된다. 이어서 배기가스는, 배기 챔버(330)로 그리고 그 후 배기가스 배출 개구부(316)를 경유하여 터빈 하우징(310) 밖으로, 유동함으로써 터빈 휠 공간을 빠져나간다.
웨이스트게이팅과 관련하여, 웨이스트게이트 제어 링크 장치(340)의 구동(예컨대, 페그(346)에 결합되는 액추에이터에 의한)에 의해, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(350)는, 받아들인 배기가스의 적어도 일부가, 터빈 휠 공간으로 노즐(321)을 통과하는 대신에, 웨이스트게이트 통로(325)(예컨대, 웨이스트게이트 벽(323)에 의해 적어도 부분적으로 한정되는 것과 같은) 내에서, 웨이스트게이트 시트(326)를 지나서 그리고 배기 챔버(330) 내로 유동할 수 있도록, 회전하게 될 수 있다. 이어서, 배기가스의 웨이스트게이트된 부분은, 배기가스 배출 개구부(316)를 경유하여 터빈 하우징(310)을 빠져나간다(예컨대, 차량의 배기 시스템으로 통과하고, 부분적으로 재순환되는 등).
도 3의 예에서, 웨이스트게이트 제어 링크 장치(340)는, 터빈 하우징(310)의 보어에 수용되도록 구성되는 부싱(342)과, 제어 아암(344) 및 페그(346)를 구비하고; 웨이스트게이트 아암과 플러그(350)는, 샤프트(352), 샤프트 단부(353), 아암(354) 및 플러그(356)를 구비한다. 도시된 바와 같이, 부싱(342)은, 샤프트(352)의 회전을 지지하고 배기 챔버(330)를 외부 공간으로부터 밀봉시키는 것 등을 위해, 예컨대, 보어(312)와 샤프트(352) 사이에 배치된다. 보어(312), 부싱(342), 및 샤프트(352)는 각각, 직경 또는 직경들 뿐만 아니라 하나 이상의 길이에 의해 한정될 수 있다. 예를 들면, 샤프트(352)는 직경(DS)을 구비하고, 보어(312)는 직경(DB)을 구비하며, 부싱(342)은 내경(Dbi)과 외경(Dbo)을 구비한다. 도 3의 예에서, 다양한 부품들이 조립되었을 때, 상기 직경들은 DB > Dbo > Dbi > DS일 수 있다. 길이와 관련하여, 샤프트(352)의 길이는 부싱(342)의 길이를 초과하고, 부싱의 길이는 보어(312)의 길이를 초과한다. 그러한 길이들은, 샤프트 축(zS), 부싱 축(zb), 및 보어 축(zB)과 관련하여 한정될 수 있다.
확대된 절개도에서, 샤프트(352)는, 부싱(342)의 축(zb)과 오정렬될 수도 있는, 축(zs)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 예를 들어, 부싱(342)은, 하우징(310)의 보어(312)에 관해 최소한의 반경 방향 간극을 가지고 수용되는 가운데, 샤프트(352)와 부싱(342)의 내표면 사이에 반경 방향 간극(예컨대, 더 큰 반경 방향 간극)이 존재할 수 있다. 그러한 방식으로, 샤프트(352)는 부싱(342)의 축 그리고 예컨대 보어(312)의 축에 관하여 기울어질 수 있다. 도 3의 예에, 접점들(359-1, 359-2)이 도시되며, 이 접점들은 부싱(342)의 축에 대한 샤프트(352)의 축의 기울어짐과 관련한 오정렬의 최대 범위를 결정한다. 일례로서, 그러한 기울어짐은 기울기 각(Δφ)으로 나타낼 수 있다.
도 3의 확대 절개도는 또한, 축 방향 위치에 배치되는 부싱(342)의 외향 단부 및 축 방향 위치에 배치되는 제어 아암(344)의 내향 표면 사이에 존재하는 축 방향 간극(Δz)을 도시한다. 그러한 예에서, 축 방향 간극은, 이러한 두 개의 축 방향 위치들 간의 차이에 의해 한정될 수 있다. 도 3의 예에 도시된 바와 같이, 샤프트(352)는 축 방향으로 이동할 수 있고, 여기서 축 방향 거리는, 축 방향 간극(Δz)을 부분적으로 한정하는, 부싱(342)의 단부에 의해 부분적으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 제어 아암(344)의 내향 표면은 부싱(342)의 상기 외향 단부와 접촉할 수 있고, 이는 결국 샤프트(352)의 축 방향 내향 이동을 제한할 수 있다.
도 3의 예에 도시된 바와 같이, 샤프트(352)는 기울어질 수 있고 축 방향으로 이동할 수 있으며, 여기서 그러한 이동은 제한될 수 있다(예컨대, Δz 및 Δφ 참조). 일례로서, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(350)는, 제어 아암(344)에 작용하게 되는 힘(예컨대, 샤프트(352)를 통해 웨이스트게이트 아암 및 플러그(350)에 전달됨)에 응답하여, 웨이스트게이트 시트(326)에 관하여 셀프 중심 정렬하도록 작용할 수 있다. 그러한 예에서, 셀프 중심 정렬은, 샤프트(352)의 축 방향 및/또는 각도 방향 이동을 허용하는 간극 범위 내에서, 웨이스트게이트의 효과적인 밀봉을 위해 발생할 수 있다.
일례로, 작동적인 사용 도중에, 여러 부품들(예컨대, 플러그, 아암, 샤프트, 보어, 부싱 등) 사이의 하나 이상의 간극이 변할 수 있다. 이와 같은 변화를 발생시킬 수 있는 힘들은, 공기역학적 여기, 고온, 온도 사이클링(예컨대, -20℃ 미만의 온도에서 1000℃ 초과 온도로의), 화학적 침식, 마찰, 재료의 열화 등을 포함한다. 적어도 전술한 이유들로 인해, 배기 터빈 조립체의 수명 기간에 걸쳐 웨이스트게이트 개구부의 효과적 밀봉을 유지하는 것이 어려울 수 있다. 온도와 관련하여, 고온에서의 문제점들은 일반적으로, 마모 및 기능상의 손실 그리고 결과적인 누출, 제어성의 결여, 또는 누출과 제어성의 결여의 조합을 포함한다.
도 4, 도 5, 도 6은, 웨이스트게이트 샤프트, 아암 및 플러그의 유닛들(402, 502, 602)의 예들을 도시하고 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유닛(402)은, 샤프트(420), 아암(440) 및 플러그(460)로부터 조립될 수 있다. 샤프트(420)는, 제어 아암 측 단부(422), 제1 부분(424), 제2 부분(426), 및 웨이스트게이트 측 단부(428)를 포함한다. 샤프트(420)는, 길이(Δzs), 외경(d1), 웨이스트게이트 측 단부 직경(d2)를 구비하고, 여기서 경사면 또는 모따기면이 상기 외경(d1)에서부터 웨이스트게이트 측 단부 직경(d2)까지 변화될 수 있다. 아암(440)은, 예컨대, 길이(Δza)에 걸쳐, 측부(442)로부터 측부(448)까지 연장되는, 직경(d1)을 갖는 보어(441)를 포함한다. 도 4의 예에서, 아암(440)은 또한, 직경(d2)을 갖는 개구부(443) 및 텅측 단부(444)까지 연장되는 텅 부분(예컨대, 치수(Δx) 참조)을 포함하고, 여기서, 개구부(445)는 상면(446)과 하면(447) 사이에 걸친 범위를 가지며 그리고 직경(d3)을 갖는다. 플러그(460)는, 직경(d1)을 갖는 표면(464) 위에서 연장되는 페그(463)의 페그 단부(462)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 페그(463)는 직경(d2) 및 높이(Δzp)를 갖는다. 도 4의 예에서, 플러그(460)는 플러그 표면(466)과 공기역학적 표면(468)을 포함한다. 플러그(460)는 외경(d1)을 갖는다. 플러그 표면(466)은, 일례로, 원환체의 일부분일 수 있으며, 공기역학적 표면(468)은, 일례로, 구 또는 수정된 구의 일부분일 수 있다. 일례로서, 공기역학적 부분은, 구형 캡, 수정된 구형 캡 등일 수 있다. 일례로서, 아암(440)의 하면(447)은 실질적으로 평탄할 수 있으며(예컨대, 평면), 표면(464)은 아암(440)의 하면(447)과 접경할 수 있는 정합 표면 구역을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 아암(440)의 텅 부분의 개구부(445) 내에서, 페그(463)를 위한 정렬이, 달성될 수 있다. 예를 들어, 페그(463)는 개구부(445) 내로, 억지끼워맞춤으로 또는, 예컨대, 아암(440)에 관한 플러그(460)의 축선의 기울어짐을 허용할 수 있는 크기의 간극을 갖고, 조립될 수 있다. 간극이 존재하는 경우, 페그(463)의 기울기가, 예를 들어, 웨이스트게이트 시트에 관한 플러그(460)의 정렬을 위해(예컨대, 밀봉을 향상시키기 위해) 제공될 수 있다.
유닛(402)은, 아암(440)을 샤프트(420)에 결합시키고 플러그(460)를 아암(440)에 결합시킴으로써, 형성될 수 있다. 예를 들어, 샤프트(420)는 적어도 부분적으로 아암(440)의 보어(441) 내에 삽입될 수 있으며 그리고 용접이 샤프트(420)를 아암(440)에 고정시키기 위해 개구부(443)를 통해 수행될 수 있다. 플러그(460)의 페그(463)는 아암(440)의 개구부(445)에 의해 수용될 수 있다. 일단 수용되면, 용접이 플러그(460)를 아암(440)에 고정시키기 위해(예컨대, 플러그(460)를 아암(440)에 결합시키는 하나 이상의 용접부를 형성하기 위해) 수행될 수 있다. 일례로서, 용접부가, 페그(463)에 관해 및/또는 표면(464)에 관해(예컨대, 아암(440)의 텅 부분에 대해) 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 유닛(502)은, 샤프트(520) 및, 아암(540)과 플러그(560)를 포함하는 서브 유닛으로 조립될 수 있다. 샤프트(520)는, 제어 아암 측 단부(522), 제1 부분(524), 제2 부분(526), 및 웨이스트케이트 측 단부(528)를 포함한다. 샤프트(520)는 길이(Δzs), 외경(d1), 웨이스트게이트 측 단부 직경(d2)를 구비하고, 여기서 경사면 또는 모따기면이 상기 외경(d1)에서부터 웨이스트게이트 측 단부 직경(d2)까지 변화될 수 있다.
서브 유닛(530)에 있어서, 아암(540)은, 예컨대, 길이(Δza)에 걸쳐서, 측부(542)로부터 측부(548)까지 연장되는, 직경(d1)을 갖는 보어(541)를 포함한다. 도 5의 예에서, 아암(540)은 또한 직경(d2)을 갖는 개구부(543) 및 플러그(560)까지 연장되는 텅 부분(555)을 포함한다. 일례로서, 치수(Δx)는, 플러그(560)의 환형 "중첩" 부분(예컨대, 전이부가 아암(540)으로부터 플러그(560)까지 발생하는 경우)에 대응할 수 있다.
도 5의 예에서, 플러그(560)는 플러그 표면(566) 및 쉘의 표면일 수 있는 공기역학적 표면(568)을 포함하며, 여기서 플러그(560)는 내부 쉘 표면(564)을 포함한다. 플러그(560)는 외경(d1)을 가지며 그리고 축 방향 플러그 거리(Δzp)만큼 연장된다. 플러그 표면(566)은, 일례로서, 원환체의 일부분일 수 있고, 공기역학적 표면(568)은, 일례로서, 구 또는 수정된 구의 일부분일 수 있다.
유닛(502)은, 서브 유닛(530)을 샤프트(520)에 결합시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 샤프트(520)는 적어도 부분적으로 아암(540)의 보어(541) 내에 삽입될 수 있으며 그리고 용접이 샤프트(520)를 아암(540)에 고정시키기 위해 개구부(543)를 통해 수행될 수 있다. 일례로서, 보어(541)는 축선을 통해서 부분적으로 한정될 수 있고, 여기서 샤프트의 축선은 실질적으로 보어(541)의 축선과 정렬될 수 있다. 일례로서, 간극이 샤프트(520)의 제2 부분(526)의 외표면과 보어(541)의 내표면 사이에 존재할 수 있다. 일례로서, 용접은, 예컨대 선택적으로 상기 샤프트와 보어의 축선들이 실질적으로 정렬되는 경우에 또는 임의의 크기의 기울기가, 플러그(560)의 폐쇄 지향을 위해 플러그(560)를 웨이스트게이트 시트에 관하여 위치시키도록 작용할 수 있는, 상기 두 개의 축선들 사이에 존재하는 경우에, 샤프트(520)의 위치를 보어(541)에 대해 고정시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 유닛(602)은, 샤프트(620) 및 아암(640)을 포함하는 서브 유닛(610), 그리고 플러그(660)로부터 조립될 수 있다. 샤프트(620)는, 제어 아암 측 단부(622), 제1 부분(624), 제2 부분(626), 및 웨이스트케이트 측 단부(628)를 포함한다. 샤프트(620)는 길이(Δzs) 및 외경(d1)을 구비한다. 아암(640)은, 예컨대, 길이(Δza)에 걸쳐서, 측부(642)로부터 측부(648)까지 연장되는, 웨이스트게이트 단부 치수(d2)를 구비한다. 도 6의 예에서, 아암(640)은 또한, 텅측 단부(644)까지 연장되는 텅 부분(예컨대, 치수(Δx) 참조)을 포함하고, 여기서, 개구부(645)는 상면(646)과 하면(647) 사이에 걸친 범위를 가지며 그리고 직경(d3)을 갖는다.
플러그(660)는 직경(d1)을 갖는 표면(664) 위에서 연장되는 페그(663)의 페그 단부(662)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 페그(663)는 직경(d2) 및 높이(Δzp)를 갖는다. 도 6의 예에서, 플러그(660)는 플러그 표면(666) 및 공기역학적 표면(668)을 포함한다. 플러그(660)는 외경(d1)을 갖는다. 플러그 표면(666)은, 일례로서, 원환체의 일부분일 수 있고, 공기역학적 표면(668)은, 일례로서, 구 또는 수정된 구의 일부분일 수 있다.
유닛(602)은, 플러그(660)를 서브 유닛(610)의 아암(640)에 결합시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 플러그(660)의 페그(663)는 아암(640)의 개구부(645)에 의해 수용될 수 있다. 일단 수용되면, 용접이 플러그(660)를 아암(640)에 고정시키기 위해 수행될 수 있다. 일례로서, 용접부가, 페그(663)에 관해 및/또는 표면(664)에 관해(예컨대, 아암(640)의 텅 부분에 관해) 형성될 수 있다. 일례로서, 아암(640)의 하면(647)은 실질적으로 평탄할(예컨대, 평면) 수 있고, 표면(664)은 아암(640)의 하면(647)에 접경할 수 있는 정합 표면 구역을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 아암(640)의 텅 부분의 개구부(645) 내에서, 페그(663)를 위한 정렬이 달성될 수 있다. 일례로, 페그(663)는 개구부(645) 내로, 억지끼워맞춤으로 또는, 예컨대, 아암(640)에 관한 플러그(660)의 축선의 기울어짐을 허용할 수 있는 크기의 간극을 갖고, 조립될 수 있다. 간극이 존재하는 경우, 페그(663)의 기울기가, 예를 들어, 웨이스트게이트 시트에 관한 플러그(660)의 정렬을 위해(예컨대, 밀봉을 향상시키기 위해) 제공될 수 있다.
일례로서, 여러 가지 부품들은, 예컨대 왁스 주조 공정 또는 다른 주조 공정(예, 발포체(foam) 등)과 같은 공정을 이용하여 제조될 수 있다.
일례로서, 클러스터가 주조될 복수의 부품들을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 매몰 주조(investment casting) 또는 로스트 왁스 주조(lost wax casting)에서, 방법은, 패턴들(예컨대, 왁스 등과 같은 재료로 이루어짐)을 조립하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 접근법은, 한 번(예컨대, 매 주조 사이클, 등)에 복수 부품의 제조를 허용한다. 일례로서, 패턴들의 조립체가, 탕구(sprue)(예컨대, 왁스 탕구 등을 고려할 수 있음)에 부착시킬 수 있으며, 여기서의 결과물은, 클러스터, 패턴 클러스터, 또는 트리라고 언급될 수 있다.
일례로서, 클러스터는, 예컨대 매몰주물(investment)을 형성하기 위해, 하나 이상의 처리(예를 들면, 코팅 등)에 종속될 수 있다. 매몰주물은 예컨대, 코팅, 스터코(stuccoing), 및 경화를 거쳐서 생산될 수 있다. 코팅은, 클러스터를 내화 재료의 슬러리 내로 침지시키는 것을 포함할 수 있고, 이 경우에서 내화 재료는, 매끄러운 표면 마감을 제공하는 것, 세부 부분들을 재현하는 것 등을 위해 사용될 수 있다. 내화 재료로 처리된 클러스터는 이어서, 예컨대 세라믹 입자로 (예컨대, 유동층(fluidized bed), 강우 샌더(rainfall sander), 손 등에 의해) 스터코된다. 그러한 예에서, 입자들은 이어서 경화하도록 허용될 것이다.
일례로서, 왁스를 사용하여 형성되는 매몰주물은, 매몰주물 클러스터 주형일 수 있는, 매몰주물 주형을 준비하기 위해 왁스 제거될 수 있다. 그러한 주형은, 이후 예를 들어 진동 테이블을 이용하여 콤팩트해질 수 있는, 모래 또는 그 밖의 다른 재료를 수용할 수 있는 용기 내에 배치될 수 있다. 일단 콤팩트해지면, 용융 재료가, 하나 이상의 부품을 형성하기 위해, 매몰주물 주형 내로 주입될 수 있다. 예를 들어, 매몰주물 클러스터 주형은 부품들의 트리를 형성하기 위해 사용될 수 있으며, 개별 부품들은 트리로부터 떼어내질 수 있다.
일례로서, 단일 블록(monoblock)의 샤프트, 아암 및 플러그 유닛이, 주조 공정을 통해 제작될 수 있다. 그러나, 상기 단일 블록의 크기는 주조 공정에서의 "패킹(packing)"(예컨대, 트리 하나 당 부품의 개수, 트리의 크기 등)에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 주조 공정을 위한 주어진 고정된 챔버 크기(예컨대, 샌드 챔버 등) 하에서, 특정 개수의 부품(예를 들어, 유닛)이 매 주조 사이클에서 제작될 수 있다.
일례로서, 샤프트, 아암, 및 플러그는, 부품들의 적어도 하나가 주조되는 것인, 두 개 이상의 부품에 의해 형성될 수 있다. 그러한 예에서는, 개별 주조 부품의 크기가 단일 블록의 샤프트, 아암 및 플러그 유닛의 크기보다는 작으며, 매 주조 사이클에서 형성되는 부품들의 개수는 증가될 수 있다. 그러한 접근법은 주조 비용을 감소시킬 수 있다.
일례로서, 샤프트, 아암 및 플러그 중의 두 개 이상의 부품을 터빈 하우징에 대해 조립하는 방법은, 단일 블록의 샤프트, 아암 및 플러그 유닛을 설치하는 방법과 비교할 때, 특별한 주문에 따르는 부품들의 배치 구성을 생성할 만들 수 있다.
일례로서, 방법은, 웨이스트게이트 샤프트, 아암 및 플러그 유닛을 형성하도록 조립될 수 있는 복수의 개별 부품들을 주조하는 단계, 및 적어도 하나의 부품들을 터빈 하우징에 조립하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 조립 단계 중의 적어도 하나의 작용이, 유닛 중의 플러그가 터빈 하우징의 웨이스트게이트 개구부의 웨이스트게이트 시트에 관해 폐쇄 지향으로 있을 때, 일어날 수 있다. 그러한 방법은, 아암 및 샤프트에 관한 그리고 웨이스트게이트 시트에 관한, 플러그의 조립을 특별한 주문에 따르도록 할 수 있다. 특별한 주문에 따르는 조립은, 플러그와 웨이스트게이트 시트 간의 밀봉을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 폐쇄 지향으로 있는 플러그의 특별한 주문에 따르는 조립은, 배기가스 누출의 위험을 줄일 수 있고, 배기가스 누출의 양 등을 줄일 수 있다. 그러한 접근법은, 보어, 부싱, 제어 아암, 제어 링크 장치, 제어기 등에 관한 샤프트, 아암 및 플러그의 이동을 감소시킬 수 있다. 결국, 의도된 제어성, 배출물, 수명 등이 유지되고 및/또는 개선될 수 있다.
예로서, 하나 이상의 부품은 블랭크(예컨대, 블랭크 바)로부터의 것일 수 있다. 예로서, 하나 이상의 부품은 (예컨대, 냉각 중에 경화될 수 있는 용융 재료로) 주조될 수 있다. 일례로서, 부품의 구성 재료는 금속일 수 있다. 일례로서, 부품의 구성 재료는 합금일 수 있다. 일례로서, 재료(예컨대, 금속, 합금 등)는, 작동 조건(예컨대, 배기가스 터빈의 작동 조건) 및, 예컨대, 다른 부품에 용접되는 능력에 기초하여, 선택될 수 있다. 일례로서, 유닛은, 고온 금속 및/또는 고온 합금으로 형성될 수 있다. 일례로서, 부품은, 예컨대 NiCrFe계 합금(예, 하스탈로이(HASTALLOY: 상표명) 재료, 인코넬(INCONEL: 상표명) 재료 등)과 같은 합금 또는 또는 다른 합금으로 형성될 수 있다. 일례로서, 부품은, 스테인리스 강 또는 다른 종류의 강으로 형성될 수 있다.
도 4의 유닛(402)과 관련하여, 제조는, 유닛(402) 당 세 개의 개별적인 부품(420, 440, 460)을 제작하는 것을 포함할 수 있다. 일례로서, 샤프트는, 요구되는 특성들(예컨대, 허용 오차, 표면 마감 등)을 달성하기 위해 원재료(stock material)(예컨대, 블랭크 등)로부터 선반 가공될 수 있다. 일례로서, 아암(440)은 주조될 수 있으며 그리고 플러그(460)는 주조되거나 또는 예컨대 선반 가공, 기계 가공 등을 통해 형성될 수 있다.
유닛(402)을 형성하기 위해, 일단 아암(440)이 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트와 접촉 상태로 배치되는 플러그(460)에 관하여 폐쇄 지향으로 놓인 상태에서, 용접이 이용될 수 있다. 그러한 예에서, 평형 상태가, 선택적으로 제어기에 의해 구동됨에 따라, 유닛(402)을 위해 달성될 수 있다. 그러한 접근법은 플러그(460)와 터빈 하우징 사이의 누출 위험을 줄일 수 있으며 그리고 하나 이상의 제어 링크 장치 부품 등에 관한 요구되는 허용 공차, 간극 등을 달성할 수 있다. 일례로서, 방법은, 용접 이전에 액추에이터 또는 대용 액추에이터를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
유닛(502)과 관련하여, 제조는, 유닛(502) 당 두 개의 개별적인 부품(520, 530)을 제작하는 것을 포함할 수 있다. 일례로서, 샤프트는, 요구되는 특성(예컨대, 허용 오차, 표면 마감 등)을 달성하기 위해 원재료로부터 선반 가공될 수 있다. 일례로서, 서브 유닛(530)은 주조(예컨대, 왁스 등에 의해)될 수 있다.
유닛(502)을 형성하기 위해, 일단 서브 유닛(530)이 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트와 접촉 상태로 배치되는 플러그(560)에 관하여 폐쇄 지향으로 놓인 상태에서, 용접이 이용될 수 있다. 그러한 예에서, 평형 상태가, 선택적으로 제어기에 의해 구동되는 바와 같이, 유닛(502)을 위해 달성될 수 있다. 그러한 접근법은 플러그(560)와 터빈 하우징 사이의 누출 위험을 줄일 수 있으며 그리고 하나 이상의 제어 링크 장치 부품 등에 관한 요구되는 허용 공차, 간극 등을 달성할 수 있다. 일례로서, 방법은, 용접 이전에 액추에이터 또는 대용 액추에이터를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
일례로서, 얼마간의 유격이 샤프트(520) 및 서브 유닛(530)의 아암(540)의 보어(541) 사이에 존재할 수 있다. 그러한 예에서, 힘이 가해지면, 평형 상태는, 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트에 관한 플러그(660)의 폐쇄 지향 상태에서 달성될 수 있다. 용접이 이용되는 경우, 용접부는, 서브 유닛(530)의 아암(540)의 보어(541) 내에서의 샤프트(520)의 평형 배치를 고정할 수 있다. 일례로서, 힘 다이어그램이, 예를 들어 실질적으로 평형 배치가 달성되는 경우에, 부품들에 작용할 수 있는 다양한 힘들을, 예시할 수 것이다.
유닛(602)과 관련하여, 제조는, 유닛(602) 당 두 개의 개별적인 부품(610, 660)을 제작하는 것을 포함할 수 있다. 일례로서, 서브 유닛(610)은 주조될 수 있고, 이 경우에 샤프트(620)는 요구되는 특성들(예컨대, 허용 오차, 표면 마감 등)을 달성하기 위해 선반 가공될 수 있다. 일례로서, 플러그(560)는 주조되거나 또는 예컨대 선반 가공, 기계 가공 등을 통해 형성될 수 있다.
유닛(602)을 형성하기 위해, 일단 아암(640)이 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트와 접촉 상태로 배치되는 플러그(660)에 관하여 폐쇄 지향으로 놓인 상태에서, 용접이 이용될 수 있다. 그러한 예에서, 평형 상태가, 선택적으로 제어기에 의해 구동되는 바와 같이, 유닛(602)을 위해 달성될 수 있다. 그러한 접근법은 플러그(660)와 터빈 하우징 사이의 누출 위험을 줄일 수 있으며 그리고 하나 이상의 제어 링크 장치 부품 등에 관한 요구되는 허용 공차, 간극 등을 달성할 수 있다. 일례로서, 방법은, 용접 이전에 액추에이터 또는 대용 액추에이터를 구동하는 단계를 포함할 수 있다.
이상에서 언급한 바와 같이, 유닛(402), 유닛(502) 및 유닛(602)을 위한 조립 방법은, 웨이스트게이트 시트를 갖는 하우징을 포함하는 과급기의 하나 이상의 특성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 부품들(701, 704, 705, 706)의 예들을 보여주고 있다. 그러한 예들은, 단일 블록의 부품들(701), 유닛(402)과 같은 예시적인 유닛의 부품들(704), 유닛(502)과 같은 예시적인 유닛의 부품들(705), 및 유닛(602)과 같은 예시적인 유닛의 부품들(706)의, 기하학적 "패킹"을 예시한다.
도 8은 방법들(810, 830, 840, 870)의 예들을 보여주고 있다. 방법(810)은, 터빈 하우징 및 부싱을 제공하는 단계(812), 단일 블록의 샤프트, 아암 및 플러그를 부싱의 보어 내로 삽입하는 단계(814), 및 제어 아암을 상기 단일 블록의 샤프트에 용접하는 단계(816)를 포함한다.
방법(830)은, 터빈 하우징 및 부싱을 제공하는 단계(832), 아암과 샤프트를 용접하는 단계(834), 서브 유닛으로서의 상기 아암과 샤프트를 부싱의 보어 내로 삽입하는 단계(836), 제어 아암을 서브 유닛의 샤프트에 용접하는 단계(838), 플러그를 배치하고 제어 아암을 통해 폐쇄하는 단계(840), 및 플러그를 아암에 용접하는 단계(842)를 포함한다.
방법(850)은, 터빈 하우징 및 부싱을 제공하는 단계(852), 아암과 플러그 서브 유닛을 샤프트에 용접하는 단계(854), 샤프트를 부싱의 보어 내로 삽입하는 단계(856), 및 제어 아암을 샤프트에 용접하는 단계(858)를 포함한다. 일례로서, 방법은, 샤프트를 부싱의 보어 내로 삽입한 후에, 아암과 플러그 서브 유닛을 샤프트에 용접하는 단계를 포함할 수 있다.
방법(870)은, 터빈 하우징 및 부싱을 제공하는 단계(872), 아암과 샤프트 서브 유닛의 샤프트를 부싱의 보어 내로 삽입하는 단계(874), 제어 아암을 샤프트에 용접하는 단계(876), 제어 아암을 통해 플러그를 아암에 관해 그리고 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트에 관해 배치하는 단계(878), 및 플러그를 아암에 용접하는 단계(842)를 포함한다.
일례로서, 방법은, 블랭크(예컨대, 블랭크 바 등)로 샤프트를 형성하는 단계, 주조 공정을 통해 아암을 형성하는 단계, 및 블랭크(예컨대, 블랭크 바 등)로 플러그를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 유닛(402)을 고려해 보면, 샤프트(420)가 블랭크로부터 형성되고, 아암(440)이 주조 공정을 통해 형성되고, 플러그(460)가 블랭크로부터 형성된다. 이러한 부품들은, 예를 들면, 예컨대 도 8의 방법(830)과 같은 방법의 일부로서 제공될 수 있다.
일례로서, 방법은, 블랭크(예컨대, 블랭크 바 등)로 샤프트를 형성하는 단계와, 주조 공정을 통해 아암과 플러그 부품(예컨대, 유닛)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5의 유닛(502)을 고려해 보면, 샤프트(520)가 블랭크로부터 형성되고, 아암(540)과 플러그(560)가 주조 공정을 통해 하나의 유닛(530)으로 형성된다. 이러한 부품들은, 예를 들면, 예컨대 도 8의 방법(850)과 같은 방법의 일부로서 제공될 수 있다.
일례로서, 방법은, 주조 공정을 통해 샤프트와 아암을 하나의 부품으로서 형성하는 단계 그리고 플러그를 블랭크(예컨대, 블랭크 바 등)로부터 또는 주조 공정을 통해 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 유닛(602)을 고려해 보면, 샤프트(620)와 아암(640)은 주조 공정을 통해 하나의 유닛으로 형성되고, 플러그(660)가 (예컨대, 형상 등에 의존하여 선택적으로) 블랭크(예컨대, 블랭크 바 등)로부터 또는 주조 공정을 통해 형성된다. 이러한 부품들은, 예를 들면, 예컨대 도 8의 방법(870)과 같은 방법의 일부로서 제공될 수 있다.
도 9는 유닛들(402, 502, 602)을 예시적인 용접부와 함께 도시하고 있다. 예를 들어, 유닛(402)은 샤프트(420)와 아암(440)에 대한 것과 같은 용접부 및 아암(440)과 플러그(460)에 대한 것과 같은 용접부를 포함하고; 유닛(502)은 샤프트(520)와 서브 유닛(530)에 대한 것과 같은 용접부를 포함하고; 유닛(602)은 서브 유닛(610)과 플러그(660)에 대한 것과 같은 용접부를 포함한다.
일례로서, 용접부는, 부가적으로 또는 대안적으로, 예컨대 하나 이상의 다른 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, 아암의 텅 부분의 측면 및/또는 하면과 플러그의 표면 사이의 용접부, 아암의 보어의 단부에서의 아암과 샤프트 간의 용접부 등을 고려할 수 있다. 일례로서, 용접은, 강한 용접이 뒤따르게 되는 가용접(tact weld)일 수 있다. 일례로서, 용접은, 용접부를 형성할 수 있도록, 또는 용접부를 형성하는 데 기여할 수 있도록 용융되거나 될 수 있는 재료를 도입시키는 것을 포함할 수 있다. 일례로서, 용접부는, 열 전달, 열 발생 등을 통해 형성될 수 있다. 일례로서, 용접부는, 용접 장비(예컨대, 레이저, 전자빔, 아크 등)를 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 용접부는, 내연 기관(예를 들어, 휘발유, 경유, 혼합 연료, 이중 연료 등)에 작동 가능하게 연결되는 과급기의 배기가스 터빈의 작동 조건(예컨대, 온도 등)을 견디도록 형성될 수 있다.
도 9에서, 플러그들(460, 560, 660)은 예컨대 반구 형상과 같은 형상을 구비할 수 있다. 도시된 바와 같이, 플러그(560)는 실질적으로 반구형인 쉘일 수 있다. 일례로서, 구형 쉘은 환형을 입체로 일반화한 것으로서 한정될 수 있다. 일례로서, 구형 쉘은, 상이한 반경의 두 개의 동심 구 사이의 구역으로서 정의될 수 있다. 일례로서, 반구형 쉘은, 상이한 반경의 두 개의 반구 사이의 구역으로서 정의될 수 있다. 일례로서, 실질적으로 반구형의 쉘은, 제1 반구의 일부와 제2 반구의 일부에 의해 한정될 수 있는 부분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실질적으로 반구형의 쉘은, 기부 평면으로부터 축을 따라서 거리(d)에 놓이는 것으로 근사화될 수 있는, 무게 중심(예컨대, 기하학적 중심)을 가질 수 있고, 여기서, 상기 거리는 제1 반경(r1) 및 제2 반경(r2)에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 거리(d)는 3(r24 - r14)/8(r23 - r13)로 정의될 수 있다. 비교하면, 반경(r)인 균일한 중실 반구의 무게 중심(예컨대, 기하학적 중심)은 기부로부터 3r/8의 거리에서 대칭축 상에 놓인다. 체적에 있어서, 중실 반구의 체적은 2/3πr3이고, 반구형 쉘의 체적은 두 개의 반구 부피를 감산함으로써 계산될 수 있다. 일례로서, 반경이 1cm인 중실 반구는 기부 평면으로부터 약 0.375cm에 무게 중심을 가지고 약 2.1cm3의 체적을 가지며, 외부 반경이 1cm이며 그리고 내부 반경이 0.8cm인 반구형 쉘은 기부 평면으로부터 약 0.45cm에 무게 중심을 가지고 약 1cm3의 체적을 갖는다. 따라서, 그러한 예에서, 반구형 쉘은 그 무게 중심이 중실 반구에 비해서 연장될 수 있지만, 전체 질량은 중실 반구의 약 1/2이다. 그러한 예에서, 플러그가 중실 반구보다는 반구형 쉘로 형성되는 경우, 전체 질량의 감소는, 성능, 제어성 등에 있어서 유익할 수 있다(예컨대, 질량의 감소는, 샤프트의 회전 축을 포함할 수 있는, 기부 평면으로부터 떨어진 무게 중심이 약간 증가하는 것으로 인한 임의의 손해는 극복할 수 있다).
도 10은 보어(1012), 웨이스트게이트 통로(1025), 웨이스트게이트 시트(1026), 챔버(1030), 및 웨이스트게이트 아암과 플러그(1050)를 구비하는 터빈 하우징(1010)을 포함하는 조립체(1000)의 일례의 일부를 도시하고 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 웨이스트게이트 아암과 플러그(1050)는, 용접부(1055)를 거쳐서 샤프트(1052)에 용접된다. 도시된 바와 같이, 플러그(1056)는 아암(1054)으로부터 연장되며, 실질적으로 반구형인 쉘 부분(1057)(예컨대, 공기역학적 부분)은 플러그(1056)(예컨대, 안착부)로부터 연장된다.
도 10의 예에서, 접촉 영역들이 샤프트 측과 자유 측에 대해서 표시된다(예컨대, CSS 및 CFS)로 표시된다. 도시된 바와 같이, 플러그(1056)는 웨이스트게이트 시트(1026)의 상부 가장자리 아래의 소정 거리(예컨대, CFS 참조)에서 웨이스트게이트 시트(1026)와 접촉하고, 웨이스트게이트 시트(1026)의 하부 가장자리 위의 소정 거리(예컨대, CSS 참조)에서 웨이스트게이트 시트(1026)와 접촉한다. 일례로서, 웨이스트게이트 시트(1026)에 대해서 접촉 표면이 한정되며, 또한 플러그(1056)에 대해서 접촉 표면이 한정된다.
일례로서, 웨이스트게이트 아암과 플러그(1050)에 가해진 힘은 통로(1025) 내의 배기 압력(예컨대, 통로(1025)와 챔버(1030) 사이의 압력차)을 극복할 수 있고, 또한 그 힘은 플러그(1056)가 웨이스트게이트 시트(1026)에 대해 셀프 중심 정렬하도록 해서 효과적인 밀봉(예컨대, 통로(1025)에서부터 챔버(1030)로의 배기 가스 누설 최소화)을 제공한다. 언급한 바와 같이, 부싱과 예컨대 보어에 대한 샤프트(1052)의 어느 정도의 움직임을 허용하는 간극이 있을 수 있다. 일례로서, 플러그(1056)와 웨이스트게이트 시트(1026)는, 플러그(756)의 일정량의 셀프 중심 정렬, 예컨대 샤프트(1052)의 이동을 허용하기 위해 있을 수 있는 간극 범위 내에서의 셀프 중심 정렬을 통해, 효과적인 밀봉을 제공할 수 있도록 하는 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 웨이스트게이트 시트에 대한 플러그의 셀프 중심 정렬(예컨대, 효과적인 밀봉을 달성하기 위한 목적)을 허용하는 샤프트의 이동을 허용하는 간극이 있을 수 있다.
도 10의 조립체(1000)의 절개도에서, 플러그(1056)는 웨이스트게이트 시트(1026)에 대한 폐쇄 위치 및 개방 위치에서 도시되어 있다. 그 도면들은 유동 경로(예컨대, 통로(1025)와 챔버(1030) 사이의 개구부)의 형상이 웨이스트게이트 아암과 플러그(1050)의 실질적으로 반구형인 쉘 부분(1057)에 의해서 어떻게 형성될 수 있는지를 도시하고 있다.
도 10은 또한 치수들의 여러 예들도 보이고 있다. 예를 들어, 웨이스트게이트 시트(1026)는 일부가 원뿔 각(γ)에 의해 정의될 수 있다. 일례로서, 웨이스트게이트 시트(1026)와 실질적으로 반구형인 쉘(1057) 간의 관계는 개방 각도(δ)로 정의될 수 있다.
도 10의 예에서, 개방 영역들은 샤프트 측과 자유 측에 대해서 표시된다(예컨대, OSS 및 OFS)로 표시된다. 이들 영역은 웨이스트게이트 시트(1026)의 중심 축을 중심으로 한 각도에 따라 달라지는 형상을 갖는 환형으로서, 예컨대, 입체로 존재한다. 도 10의 예에 도시된 바와 같이, 배기가스는 이러한 개방 영역들을 거쳐서(예컨대, 개방된 머리의 화살표 참조) 흐를 수 있다.
일례로서, 조립체는 예컨대 보어의 보어 축에 대한 샤프트의 최대 오정렬 각도(예, ± 5도)를 포함하고, 이 경우 보어 내에 배치되는 부싱의 부싱 축에 대한 얼마간의 각도 오정렬(예, ± 1도)이 또한 존재한다. 여러 가지 이유로 인해, 얼마간의 오정렬이 (예컨대, 조립 도중, 작동 도중 등에) 발생할 수 있다. 예를 들면, 도 3은 부싱(342)과 그리고 예컨대 보어(312)에 대한 샤프트(352)의 기울어짐 각도(Δφ)를 보여주고 있다.
일례로서, 조립체는 예컨대 보어의 보어 축에 대한 샤프트의 최대 오정렬 변위(예, Δ)(예, ± 1.6mm)를 포함하고, 이 경우 보어 내에 배치되는 부싱의 부싱 축에 대한 얼마간의 변위 오정렬(예, ±0.1mm)도 있다. 여러 가지 이유로 인해, 얼마간의 오정렬이 (예컨대, 조립하는 동안, 작동하는 동안 등에) 발생할 수 있다. 예를 들면, 도 3은 부싱(342)과 그리고 예컨대 보어(312)에 대한 샤프트(352)의 기울어짐 각도(Δφ)를 보여주고 있다.
일례로서, 웨이스트게이트 아암과 플러그는, 웨이스트게이트 통로를 밀봉(예컨대, 허용 가능한 성능에 적합한 밀봉)할 목적으로 웨이스트게이트 시트와 접촉을 유지할 수 있으면서 터빈 하우징의 보어 내에 배치되는 부싱 내측에, 극단 위치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 플러그(356)(또는, 예컨대, 플러그(460), 플러그(560), 플러그(660), 또는 플러그(1056))의 환상 부분은 웨이스트게이트 시트(예컨대, 원뿔형 웨이스트게이트 시트를 고려할 수 있음)와 접촉을 유지시키는 작용을 할 수 있다.
도 11은 플러그(1160)를 구비한 조립체에 있어서의 웨이스트게이트 아암과 플러그에 대한 시험 자료의 도해(1110, 1130)의 예를 보이고 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 도해(1110)는 약 20도의 개방 각도에서의 압력 윤곽 도해이다. 도해(1110)에서, 일련의 채워진 원들은 약 2.5도의 개방에서부터 약 30도의 개방까지의 각도 범위에 걸쳐서 여러 지점들(예컨대, 정체 지점들 또는 압력 최대 지점)의 위치에 (예컨대, 플러그의 견지에서의 수정 없이) 근사한다. 도해(1130)는 배기가스가 약 20도의 개방 각도 중에 플러그-시트 간의 간극을 어떻게 통과하는지를 예시하기 위해 예컨대 압력 윤곽뿐만 유동 스트림라인도 도시하고 있다. 언급한 바와 같이, 높은 압력은 정체 지점에 대응할 수 있는데, 이 정체 지점 주변에서는 유동이 반경 방향 외향으로 전환되어서 플러그-시트 간의 간극을 통과한다. 언급한 바와 같이, 적어도 일부 개방 각도 중에, 플러그의 환상 부분과 플러그의 변형된 구 부분은 모두가 플러그-시트 간의 간극을 한정할 있다. 개방 각도가 변함에 따라, 플러그-시트 간의 간극의 형상도 변한다. 도 11의 예에 도시 된 바와 같이, 개방 각도 범위에 걸쳐 플러그가 겪는 압력 최대치의 위치들은 적어도 부분적으로 플러그의 형상에 의해서, 그리고 적어도 부분적으로 예컨대 웨이스트게이트 시트의 형상에 의해서, "제어"될 수 있다.
일례로서, 유체 역학에서, 정체 지점은 유체의 국부 속도가 대략 0인 유동장 내의 지점일 수 있다. 정체 지점은, 예를 들면, 유동장 내의 물체의 표면에 존재할 수 있고, 거기서 유체는 유동장 내에 존재하는 물체(예컨대, 유동장 내의 절벽 물체를 고려할 수 있음)에 의해 정지 상태로 된다. 일례로, 베르누이 방정식은 속도가 영인 곳에서 어떻게 정압이 최대가 되는지를 설명할 수 있다(예컨대, 정압 또는 "정체 압력"은 정체 지점에서 최대 값이 될 수 있다). 물체가 액추에이터에 의해 유동장 내로 움직여질 수 있는 경우, 물체가 겪게 되는 압력은 액추에이터로 전달될 수 있다. 움직임 가능 물체가 액추에이터에 의해 움직여지는 동내에 바람을 "붙잡는" 경우(예컨대, 압력의 단계적 전이와 같은 날카로운 전이), 액추에이터도 영향을 받을 수 있다. 일례로서, 액추에이터는 플러그(356)를 배기가스의 흐름을 제공하는 웨이스트게이트 개구부에 대하여 회전시키므로, 플러그(356)의 형상은 액추에이터에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
일례로서, 플러그는 플러그의 하면으로부터 연장되는 예컨대 두 개의 플러그 부분으로 구성될 수 있다(예를 들면, 두 개의 플러그 부분들이 하향으로 연장될 때의 기준이 되는 평면이 형성될 수 있도록 플러그를 절단하는 절단 평면을 고려할 수 있음). 일례로서, 이러한 플러그 부분들은 복수의 배기 통로(예컨대, 복수의 웨이스트게이트 통로)를 밀봉시키는 작용을 할 수 있고, 그러면서도 플러그 부분들(예컨대, 연장부)은 배기가스 유동을 보내기 위한 간극이 형성될 수 있도록 하기 위해 상기 통로 내로 연장될 수 있다(예컨대, 이러한 플러그 부분들은 터빈 하우징, 웨이스트게이트 통로 벽 등과 접촉하지 않게 구성될 수 있다).
예를 들어, 방법들(830, 850, 870) 중 하나와 같은 방법은, 분할 벽을 구비한 두 개의 배기 통로를 위해 하나의 웨이스트게이트 시트가 존재하는 경우에 트윈 스크롤 터빈 하우징을 위해 이용될 수 있다. 그러한 예에서, 플러그는 통로들을 적절히 밀봉시키기 위해 단일 웨이스트게이트 시트와 접촉할 수 있다.
일례로서, 플러그 부분들은 두 개의 개구부와 연관되는 작동 상의 동역학적 거동(예, 유체역학적 거동)을 향상시킬 수 있고, 플러그의 다른 부분은 개구부들 모두를 (예컨대, 공통의 밸브 시트에 의해) 밀봉시키는 작용을 한다.
도 12는, 각각 자신의 개구부(1202-1, 1202-2)를 구비하는 두 개의 분리된 배출 통로를 포함하는 매니폴드(1201)로부터 나오는 배기가스를 수용하도록 구성될 수 있는, 트윈 스크롤 터빈 조립체(1200)의 일례를 도시하고 있다. 조립체(1200)는, 배기가스를 예컨대 하나의 노즐 또는 노즐들(1221)을 통해서 터빈 휠 공간으로 유도할 두 개의 스크롤(1221-1, 1222-2)(예컨대, 소용돌이부)을 한정하는 벽(1215)을 구비하는 하우징(1210)을 포함한다. 일례로서, 터빈 휠 공간은 배기 챔버(1230)까지 축 방향으로 연장되는 노즐 또는 노즐들(1221) 위에서 축 방향으로 위치하게 되는 슈라우드 벽(1220)에 의해 부분적으로 한정될 수 있다.
도 12의 예에서, 하우징(1210)은 각각의 스크롤(1222-1, 1222-2)과 관련된 두 개의 웨이스트게이트 벽(1223-1, 1223-2)을 포함한다. 두 개의 웨이스트게이트 벽(1223-1 및 1223-2)이 개구부를 한정하고, 이 개구부 둘레에는 웨이스트게이트 시트(1226)가 존재한다. 도시된 바와 같이, 웨이스트게이트 벽(1223-1)은 제1 유입 도관과 유체 연통 상태에 놓이는 제1 웨이스트게이트 통로를 한정하고, 웨이스트게이트 벽(1223-2)은 제2 유입 도관과 유체 연통 상태에 놓이는 제2 웨이스트게이트 통로를 한정하며, 이 경우, 예컨대 유입 도관들은 매니폴드(1201)의 각각의 개구부(1202-1, 1202-2)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 일례로서, 도 1의 매니폴드(176)는 예컨대 분할된 매니폴드로 구성될 수 있고, 이 경우 터빈 하우징 조립체(172)는 트윈 스크롤(예컨대, 소용돌이부)을 포함할 수 있다. 일례로서, 도 1의 실린더 헤드(154)는 예컨대 분할된 통로를 포함할 수 있고, 이 경우 터빈 하우징 조립체(152)는 트윈 스크롤(예컨대, 소용돌이부)을 포함할 수 있다.
웨이스트게이트 통로를 통과하는 배기가스 유동을 제어하기 위해, 조립체(1200)는 웨이스트게이트 제어 링크 장치(1240) 및, 웨이스트게이트 시트(1026)에 관한 플러그 부품(1256)의 안착에 의해 웨이스트게이트 통로가 개폐될 수 있도록(예컨대, 배기가스를 웨이스트게이팅 하기 위해) 구성되는 아암 부품(1254) 및 플러그 부품(1256)을 구비하는, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(1250)를 포함한다.
조립체(1200)는 예컨대 여러 축선에 관해 설명될 수 있다. 예를 들어, 터빈 휠 공간의 축선을 고려해 보면, 그 축선은 터빈 휠의 회전축과, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(1250)의 축선과, 그리고 플러그 부품(1256)의 축선과 일치할 수 있다. 또한, 웨이스트게이트 통로의 개구부들은 각각, 예컨대 각각의 축에 의해 한정될 수 있고, 이 경우, 웨이스트게이트의 폐쇄 상태에서, 플러그 부품(1056)의 축은 웨이스트게이트 통로의 개구부들의 축에 대체로 평행하게 정렬된다.
일례로서, 매니폴드(1201)는, 사이클이 (예컨대, 배기 펄스 에너지에 있어서) 서로 간섭되는 실린더로부터 나온 배기가스의 유동을 분할하는 분할된 매니폴드를 고려할 수 있다. 예를 들어, 점화 순서가 1-3-4-2인 4기통 엔진에서, 실린더(#1)가 팽창 행정을 종료해서 배기 밸브를 개방하는 사이, 실린더(#2)는 배기 밸브를 여전히 개방된 채로 유지한다(실린더(#2)는 중첩 주기에 있다). 분할되지 않은 배기 매니폴드에 있어서, 실린더(#1)의 배기 가스 배출 이벤트로부터 나온 압력 펄스는 실린더(#2)를 고압의 배기 가스로 오염시킬 가능성이 더 많아지는데, 이는 실린더(#2)의 성능(예컨대, 적절히 흡배기하는 능력)에 영향을 미칠 수 있으며 터빈에서 보다 잘 활용될 수 있을 펄스 에너지를 감소시킨다. 일례로서, 앞에서 언급한 엔진을 위한 적절한 그룹화는 상보적 실린더들을 서로 그룹화해서(예컨대, 실린더(#1) 및 실린더(#4)의 배기가스를 하나의 상보적 그룹으로 하고, 실린더(#2)와 실린더(#3)를 또 다른 상보적 그룹으로 함) 유지시킬 수 있다. 그러한 접근법은 배기 펄스 에너지를 보다 잘 활용할 수 있으며 예컨대 터빈 성능을 향상(승압을 더 급속하게 증가)시킬 수 있다.
조립체(1200)를 다시 참조하면, 펄스 에너지는 두 개의 통로(1223-1, 1223-2)에서 다를 수 있고, 이에 따라 플러그 부품(1256)의 하나의 부분은, 그 플러그(1256)의 다른 부분과는 다른 힘을 겪게 된다. 이러한 차이는, 진동, 오정렬, 마모 등의 원인이 될 수 있다. 예를 들면, 플러그 부품(1256)이 아암 부품(1254)의 개구부 내에 안착되는 스템을 포함하므로, 압력이 플러그 부품(1256)을 기울일 수 있고, 이에 따라 스템의 축이 아암 부품(1254)의 개구부의 축에 대해 오정렬될 수 있다. 시간이 지남에 따라, 마모가 발생할 수 있고(예컨대, 간극이 증가함), 이는 마모, 누출 등을 악화시킬 수 있다.
누출에 있어서, 누출은 통로로부터 챔버(1030)로, 및/또는 하나의 통로에서 다른 통로로(그리고, 예컨대, 그 반대로도) 발생할 수 있다. 예를 들면, 통로들 간의 압력 차이로 인해, 배기가스는 분할 벽 표면(1217)과 플러그 부품(1256) 위의 공간에서 벽(1223-1)에 의해 형성되는 통로로부터 벽(1223-2)에 의해 형성되는 통로까지 유동할 수 있다. 이러한 흐름은, 압력을 "등화(equalize)"시키는 작용을 하며, 이는 예컨대 매니폴드 분할 방식의 접근법(또는, 예컨대, 트윈 스크롤 접근법)에는 해로울 수 있다. 이러한 유동은 스크롤 간 누설(scroll-to-scroll leakage)이라고 칭할 수 있는데, 이는 웨이스트게이트 아암과 플러그의 폐쇄된 작동 상태(예컨대, 컨트롤러, 액추에이터 등이 통로 폐쇄를 요구하는 경우) 도중에 발생할 수 있다.
도 13은, 하우징(1310)과 웨이스트게이트 아암 및 플러그(1350)를 포함하며 그리고 용접부(1355)에 의해 아암 및 플러그(1350)가 샤프트(1352)에 용접되는, 조립체(1300)의 일례의 두 가지 절개도를 도시하고 있다. 일례로서, 용접부(1355)를 형성하기 위한 용접에서, 도 8의 방법(850)과 같은 방법이 사용될 수 있다.
도 13은 웨이스트게이트 시트(1326)를 도시하는 것으로, 이 경우에 웨이스트게이트 아암 및 플러그(1350)는, 웨이스트게이트 시트(1326)와 협력하여, 웨이스트게이트 밸브 개방 도중에 웨이스트게이트를 통과하는 보다 더 점진적인 유동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 웨이스트게이트 시트(1326)는 부분적으로 원뿔 표면에 의해 한정될 수 있다.
도 13의 예에 도시된 바와 같이, 하우징(1310)은 웨이스트게이트 시트(1326)까지 연장되는 웨이스트게이트 벽들(1323-1, 1323-2)을 포함하고, 배기 챔버(1330)를 포함한다. 도 13의 예에서, 터빈 하우징(1310)은, 단일 부품 또는 다수 부품 하우징일 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징(1310)은 주조품(예컨대, 주조 공정을 거쳐 형성된 것)일 수 있다. 일례로서, 하우징(1310)은 배기 터빈(예컨대, 과급기)이 작동 하는 도중에 겪는 온도에 적합한 재료(예컨대, 금속, 합금 등)로 제조될 수 있다.
터빈 하우징(1310)은, 보어, 터빈 휠 개구부, 배기가스 배출 개구부 등과 같은 특징부를 형성할 수 있는 여러 벽들을 구비한다. 특히, 도 13의 예에서, 웨이스트게이트 벽들(1323-1, 1323-2)은, (예컨대, 분할된 매니폴드와 관련된) 유입 도관과 유체 연통 상태에 놓이는 웨이스트게이트 통로들을 한정하고, 이 경우 웨이스트게이트 제어 링크 장치 및 웨이스트게이트 아암과 플러그(1350)는 웨이스트게이트 통로를 개폐시키도록(예컨대, 배기가스를 웨이스트게이팅하기 위해) 구성된다. 일례로서, 조립체(1300)는, 터빈 하우징(1310)의 보어 내에 배치될 수 있고 웨이스트게이트 아암과 플러그(1350)에 접경할 수 있는 부싱(1342)(예컨대, 점선 참조)을 포함할 수 있다(예컨대, 조립체(200)의 부싱(242), 조립체(300)의 부싱(342) 등을 참조).
상기 사시도에는, 웨이스트게이트 시트(1326)의 예시적인 형상이 일례로서 도시되어 있으며, 여기서 시트 깊이(예컨대, 배기 챔버(1330)로부터 웨이스트게이트 벽들(1323-1, 1323-2)에 의해 한정된 공간까지의 깊이)는 전방 측에서 보다 샤프트 측에서 더 크다(예컨대, Δs참조). 도시된 바와 같이, 칸막이 벽 표면(1317)은, 예컨대, 원추형 웨이스트게이트 시트(1326)의 하부 가장자리의 높이 근처에 있는 축방향 위치에 배치된다. 절개도에 도시된 바와 같이, 두 개의 플러그 부분(1357, 1359)이 칸막이 벽 표면(1317)(예컨대, 벽(1315)) 아래로 내려가서 대략 역 U형 간극을 형성하며, 상기 간극은 벽들(1323-1, 1323-2)에 의해 한정되는 통로를 사이에서의 배기가스 유동에 저항을 제공할 수 있다. 도 12의 조립체(1200)를 다시 참조하면, 칸막이 벽 표면(1217)과 플러그(1256) 사이에 간극이 존재하지만, 이 간극은 벽들(1223-1, 1223-2)에 의해 한정되는 통로들 사이에서의 배기가스 유동에 위와 같은 저항을 제공하지 않는다(예컨대, 칸막이 벽 표면(1317)을 바로 가로지르는 유동이 발생할 수 있다). 일례로서, 이러한 통로들 사이에서의 배기가스 유동에 대한 저항은 (예컨대, 과급기의) 트윈 스크롤 터빈 하우징에 작동 가능하게 결합된 분할된 매니폴드에 의해 제공되는 이점을 유지하는 데 도움이 될 수 있다.
도 13은 플러그(1356)의 환상 부분과 두 개의 플러그 부분(1357, 1359)이, 원추형 시트일 수 있는 웨이스트게이트 시트(1326)에 관해 어떻게 지향되는지를 보여주고 있다. 도시된 바와 같이, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(1350)가 폐쇄 위치에 있을 때, 플러그(1356)의 환상 부분은 웨이스트게이트 시트(1326)에 안착될 수 있다. 또한, 폐쇄 위치에서, 간극은 두 개의 플러그 부분(1357, 1359) 각각의 둘레에 존재한다(예컨대, 두 개의 플러그 부분(1357, 1359)이 웨이스트게이트 시트(1326)에 접촉하지 않는다).
아래쪽의 절개도에 도시된 바와 같이, 웨이스트게이트 아암과 플러그(1350)가 약 5도의 개방 위치(예컨대, 하우징(1310)의 보어 안의 샤프트(1352)가 약 5도 회전)에 있을 때, 플러그(1356)의 두 개의 플러그 부분(1357, 1359)의 표면들이 웨이스트게이트 시트(1326)에 대해 간극을 형성한다(예컨대, 전방 측과 샤프트 측의 화살표 참조). 압력 차이가 있을 때(예컨대, 웨이스트게이트 벽(1323-1 및/또는 1323-2) 측의 압력이 더 높은 경우), 배기가스가 간극을 통해서 유동할 수 있고, 이 경우 그러한 유동의 특성은 부분적으로 플러그(1356)의 두 개의 플러그 부분(1357, 1359)의 표면에 의해서, 그리고 부분적으로 웨이스트게이트 시트(1326)의 표면에 의해서 결정된다. 예를 들면, 유동은 예컨대 플러그(1356)의 두 플러그 부분(1357, 1359)의 표면에 충돌해서 두 플러그 부분(1357, 1359) 각각 위에 정체 지점을 형성하는데, 그 정체 지점 둘레에서는 유동이 반경 방향 외향으로 전환되고 그리고 예컨대 플러그(1356)와 웨이스트게이트 시트(1326) 사이의 간극을 향해 흐른다. 예로서, "매끄러운"(예컨대, 유선형) 유동 프로파일은 웨이스트게이트 기구의 하나 이상의 부품의 진동, 달각거림 등을 감소시키는 데 도움이 될 수 있고, 이는 결과적으로 마모를 감소시키고 신뢰성을 향상시키는 등의 작용을 할 수 있다.
또한, 도 13의 예에 도시된 바와 같이, 플러그(1356)의 환상 부분은 또한, 플러그(1356)의 샤프트 측에, 웨이스트게이트 시트(1326)에 대해 간극을 한정한다(예컨대, 이 경우, 회전에 의해 플러그(1356)의 전방측이 플러그(1356)의 샤프트 측보다 더 큰 원호 거리로 회전하게 된다). 따라서, 도 13의 예에서의 조립체(1300)에 있어서, 플러그(1356)의 환상 부분과 두 개의 플러그 부분(1357, 1359) 모두가 하우징(1310)의 웨이스트게이트 시트(1326)에 대해 간극을 한정한다. 이들 간극(예컨대, "개방" 각도의 범위를 초과함)은 배기가스 흐름의 특성들을 "제어"하는 작용을 한다. 예를 들어, 유동 특성은, 개방 각도의 범위에 걸친 부품 간의 간극 형상에 의해 웨이스트게이트의 제어성을 향상시키는 방식으로 제어될 수 있다. 일례로서, 조립체(1300)는 웨이스트게이트 밸브 개방에 대해서 단조롭고 매끄러운 압력 방출을 제공할 수 있고, 이 경우에 이러한 특성들은 웨이스트게이트 밸브의 제어성을 향상시킨다. 그러한 접근법은, 웨이스트게이트 밸브 액추에이터(예컨대, 웨이스트게이트 아암 및 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대하여 회전시키는 액추에이터)가 기계식 진공 액추에이터인 경우에, 제어를 특히 향상시킬 수 있다.
일례로서, 조립체(1300)와 같은 조립체는, 도 12의 매니폴드(1201) 또는 분할형 매니폴드일 수 있는 매니폴드(176)에, 작동 가능하게 결합될 수 있다. 일례로서, 조립체(1300)와 같은 조립체는 예컨대 도 1의 실린더 헤드(154)와 같은 실린더 헤드에 작동 가능하게 결합될 수 있고, 이 경우 통로(156)는 각 실린더[예컨대, 상보적 그룹(실린더(#1) 및 실린더(#4)), 상보적 그룹(실린더(#2) 및 실린더(#3))]로부터 나오는 배기가스를 조립체(한 쌍의 스크롤 하우징의 각 스크롤)로 보낼 수 있도록 실린더 헤드(154) 내에서 분할(예컨대, 한 쌍의 통로로 분할)될 수 있다.
웨이스트게이트 아암 및 플러그(1350)의 플러그(1356) 상의 최대 압력(예컨대, 힘) 지점들일 수 있는, 정체(stagnation) 지점들에 있어서, 이들은 웨이스트게이트 개방 도중에 비교적 중앙에 위치될 수 있다. 그러한 예에서, 플러그(1356)에 가해지는 힘은 아암(1354) 및 샤프트(1352)로 더 효과적으로 전달될 수 있고, 이는 결국에는 진동, 오정렬 등을 감소시키는 작용을 할 수 있다.
일례로서, 액추에이터는 플러그(1356)를 배기가스 흐름을 제공하는 웨이스트게이트 개구부에 대하여 회전시키므로, 플러그(1356)의 형상(예컨대, 두 개의 플러그 부분(1357 및 1359)을 경유한 형상)은 액추에이터에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 될 수 있다.
도 12 및 도 13의 다양한 도면들은 "투명" 절개도로 도시되었는데, 여기서 벽의 윤곽, 통로의 형상 등을 보다 명료하게 도시하기 위해 중실 벽들을 예컨대 비어 있는 상태로 도시될 수 있다.
도 14는 액추에이터(1401), 작동 로드(1402), 액추에이터 링크 장치(1403), 센터 하우징(1407)(예컨대, 과급기 샤프트 등을 위한 하나의 베어링, 다수의 베어링 등을 수납하기 위한 것), 압축기 하우징(1409), 보어(1412), 나선형 벽(1415)(예컨대, 부분적으로 소용돌이부를 한정함), 배기가스 배출 개구부(1416), 웨이스트게이트 시트(1426)까지 연장되는 웨이스트게이트 벽(1423), 및 배기 챔버(1430)를 구비하는, 터빈 하우징(1410)을 포함하는 조립체(1400)의 일례를 도시하고 있다.
도 14의 예에서, 터빈 하우징(1410)은 단일 부품 또는 복수 부품 하우징일 수 있다. 일례로서, 터빈 하우징(1410)은 주조품(예컨대, 샌드 주조 또는 다른 주조 공정을 거쳐 형성된 것)일 수 있다. 도시된 바와 같이, 터빈 하우징(1410)은, 보어(1412), 터빈 휠 개구부, 배기가스 배출 개구부, 배기 챔버(1430) 등과 같은 특징부들을 형성할 수 있는 여러 벽들을 구비한다. 특히, 웨이스트게이트 벽(1423)은, 유입 도관과 유체 연통 상태에 놓이는 웨이스트게이트 통로를 한정하며, 여기서 웨이스트게이트 제어 링크 장치(1440) 그리고, 웨이스트게이트 샤프트, 아암 및 플러그 유닛(1450)이 웨이스트게이트 통로를 개폐하도록(예컨대, 배기가스를 웨이스트게이팅하도록) 구성된다.
도 14의 예에서, 웨이스트게이트 제어 링크 장치(1440)는 터빈 하우징(1410)의 보어에 의해 수용되도록 구성되는 부싱(1442)과, 제어 아암(1444), 및 페그(1446)를 구비하고; 웨이스트게이트 샤프트, 아암 및 플러그 유닛(1450)은 샤프트(1452), 샤프트 단부(1453), 아암(1454) 및 플러그(1456)를 구비한다(예컨대, 유닛(402), 유닛(502), 유닛(602) 등을 참조). 도시된 바와 같이, 부싱(1442)은, 샤프트(1452)의 회전을 지지하며 그리고 배기 챔버(1430)를 외부 공간으로부터 밀봉시키는 것 등을 위해, 예컨대, 보어(1412)와 샤프트(1452) 사이에 배치된다. 보어(1412), 부싱(1442), 및 샤프트(1452)는 각각, 직경 또는 직경들 뿐만 아니라 하나 이상의 길이에 의해 한정될 수 있다.
일례로서, 조립체(1400)는, 배기가스가 유입 도관을 거쳐 받아들여지도록 그리고 나선형 벽(1415)에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있는 소용돌이부(또는, 예컨대, 다수의 소용돌이부들)로 유도될 수 있도록, 플랜지를 통해 내연기관(예컨대, 도 1의 예를 참조)의 배기 도관 또는 다른 부품에 장착될 수 있다. 일례로서, 소용돌이부(또는, 예컨대, 다수의 소용돌이부들)는, 배기가스가 터빈 하우징(1410)에 의해 부분적으로 한정되는 터빈 휠 공간 내에서 유동하고 팽창할 수 있도록, 배기가스를 터빈 하우징(1410)에 배치되는 터빈 휠로 (예컨대, 노즐 또는 노즐들을 경유해서) 유도할 수 있다. 이어서 배기가스는, 배기 챔버(1430)로 그리고 그 후 배기가스 배출 개구부(1416)를 거쳐 터빈 하우징(1410) 밖으로, 유동함으로써 터빈 휠 공간을 빠져나간다.
웨이스트게이팅과 관련하여, 웨이스트게이트 제어 링크 장치(1440)의 구동(예컨대, 페그(1446)에 작동 가능하게 결합되는 액추에이터 링크 장치(1403)에 의한)에 의해, 웨이스트게이트 아암 및 플러그(1450)는, 받아들인 배기가스의 적어도 일부가, 터빈 휠 공간으로 노즐을 통과하는 대신에, 웨이스트게이트 벽(1423)에 의해 한정되는 웨이스트게이트 통로 내에서, 웨이스트게이트 시트(1426)를 지나서 그리고 배기 챔버(1430) 내로 유동할 수 있도록, 회전하게 될 수 있다. 이어서, 배기가스의 웨이스트게이트된 부분은, 배기가스 배출 개구부(1416)를 경유하여 터빈 하우징(1410)을 빠져나간다(예컨대, 차량의 배기 시스템으로 통과하고, 부분적으로 재순환되는 등).
일례로서, 제어 링크 장치(1440)는, 웨이스트게이트 시트(1426)를 향하는 방향으로 플러그(1456)를 압박하도록 작용하는, 힘을 가할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(1401)가, 플러그(1456)를 웨이스트게이트 시트(1426)로부터 멀어지게 회전시키기 위해 (예컨대, 웨이스트게이팅을 위해) 제어 가능하게 극복될 수 있는, 힘을 가하는 편향 기구(예컨대, 스프링 등)를 포함할 수 있다. 일례로서, 액추에이터(1401)는 조립체(1400)에 장착될 수 있다. 일례로서, 액추에이터(1401)는, 예컨대, 축선을 따라 로드(1402)를 이동시키는, 선형 액추에이터일 수 있다. 플러그를 폐쇄 위치에서 유지시키기 위한, 플러그, 샤프트, 제어 링크 장치, 및 상기 로드의 지향성에 의존하여, 상기 로드는, 하향(예컨대, 도 14의 예에서와 같이 제어 링크 장치로부터 멀어지는)의 힘을 가하거나, 또는 상향(예컨대, 제어 링크 장치로 향하는)의 힘을 가할 수 있다. 예를 들어, 제어 링크 장치(1440)의 제어 아암(1444)(예컨대, 그리고, 페그(1446))이 샤프트(1452)에 대하여 플러그(1456)와 같은 동일한 "측부"로 지향하게 되는 경우, 제어 아암(1444)에 (예컨대, 페그(1446)를 경유하여) 가해지는 하향의 힘은 플러그(1456)를 웨이스트게이트 시트(1426)에 관련한 폐쇄 위치에 유지시키도록 작용할 수 있고; 반면에, 플러그와 제어 아암 사이에, 예를 들어, 약 180도의 간격이 존재하는 경우, 제어 아암에 가해지는 상향의 힘은 플러그를 웨이스트게이트 시트에 관련한 개방 위치에 유지시키도록 작용할 수 있다.
일례로서, 액추에이터(1401)의 로드(1402)는 제어 링크 장치(1440)에 힘을 가하도록 편향될 수 있으며, 이러한 편향은 제어 링크 장치(1440)가 플러그(1456) 상에 힘을 가하도록 야기하여, 그에 따라 플러그(1456)가 웨이스트게이트 시트(1426)에 안착되도록 한다. 그러한 예에서, 액추에이터(1401)는 로드(1402)를 편향시키는 힘을 적어도 부분적으로 극복할 수 있고, 이에 따라 샤프트(1452)가 플러그(1456)를 웨이스트게이트 시트로부터 멀어지게 회전하도록 한다. 예를 들어, 도 14에서, 웨이스트게이팅을 시작하기 위해, 전체 플러그(1456)가 샤프트(1452)의 축을 중심으로 회전하며 그리고 웨이스트게이트 시트(1426)로부터 멀어지게 이동한다(예컨대, 플러그(1456)의 어떤 부분도 웨이스트게이트 시트(1426)에 의해 한정되는 웨이스트게이트 개구부 내로 이동하지 않고). 일례로서, 플러그(1456)의 멀어지는 이동은, 배기가스 압력에 의해 촉진될 수 있다. 예를 들면, 폐쇄 위치에서, 플러그(1456)는, 압력이 플러그(1456) 아래에서 더 높고 플러그(1456) 위에서 더 낮은, 압력차를 겪는다. 그러한 예에서, 플러그(1456) 아래에서의 압력은, 제어 링크 장치(1440)를 통해 플러그(1456)에 작용하게 되는 폐쇄력에 대향하게 되는 방향으로 작용한다(예컨대, 압력차는 플러그(1456)를 개방 위치를 향해 편향시키도록 작용함). 따라서, 플러그(1456)에 작용하게 되는 폐쇄력은, 플러그(1456) 아래로부터의 압력을 극복해야 한다. 나아가, 샤프트(1452)가 어느 정도의 유격(예컨대, 축 방향 유격 등)을 구비할 수 있는 경우, 플러그(1456)에 작용하게 되는 폐쇄력은, 플러그(1456)가 웨이스트게이트 시트(1426)에 관하여 이동하도록 야기할 수 있다.
일례로서, 본 발명의 방법은, 샤프트에 작동 가능하게 결합되는 제어 아암에 힘을 가하는 단계; 샤프트로부터의 힘의 적어도 일부를, 아암을 경유하여, 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트에 관련하여 위치하게 되는 플러그로 전달하는 단계; 접촉이 플러그와 웨이스트게이트 시트 사이에 존재하는, 샤프트, 아암 및 플러그의 상대적 위치들에 대한 위한 평형 상태(isostatic condition)를 유지시키는 단계; 및 상기 평형 상태에서, 용접을 통해, 상기 샤프트, 상기 아암 및 상기 플러그의 상기 상대적 위치들을 고정시키는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 그러한 방법은, 플러그를 아암에 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 예로서, 평형 상태 도중에 수행된 단일 용접부는 2 이상의 부품의 상대적 위치들을 고정시키는 작용을 할 수 있다. 일례로서, 평형 상태 도중에 수행된 복수의 용접부는 2 이상의 부품의 상대적 위치들을 고정시키는 작용을 할 수 있다.
일례로서, 본 발명의 방법은, 개구부를 포함하는 아암을, 적어도 부분적으로 상기 개구부 내에 배치되는 페그를 포함하는 플러그에, 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 용접부가 개구부에 대한 페그의 위치를 고정할 수 있다. 일례로서, 용접부는, 평형 상태가 존재하며 그리고 플러그가 웨이스트게이트 시트와 접촉하는 가운데, 형성될 수 있다.
일례로서, 본 발명의 방법은, 제어 아암에 힘을 가하기 이전에 아암을 샤프트에 용접하는 것을 포함할 수 있다. 일례로서, 아암이 샤프트에 용접될 수 있고, 이어서 그 샤프트는 웨이스트게이트 시트를 포함하는 터빈 하우징의 보어 내로 삽입될 수 있다. 위와 같은 예에서, 플러그가 웨이스트게이트 시트에 대해 안착될 수 있도록 하기 위해, 플러그가 웨이스트게이트 시트에 관하여 위치하게 되고 그 플러그에 힘이 가해질 수 있다. 그러한 예에서, 힘이 샤프트에 결합된 제어 아암에 의해서 간접적으로 플러그에 가해질 수 있고, 이에 따라 샤프트가 힘을 아암으로 전달해서, 결국에는 힘을 플러그에 바로 가하게 된다. 플러그가 환상 표면(예컨대, 원환체의 일부)과 같은 안착면을 포함하며 그리고 웨이스트게이트 시트가 원추 형상을 포함하는 경우, 힘은 플러그를 웨이스트게이트 시트에 관하여 중심 정렬시키는 작용을 할 수 있다. 예를 들어, 플러그는, 플러그의 형상에 의해 한정되는 플러그 축을 포함할 수 있고, 웨이스트게이트 시트는, 웨이스트게이트 시트의 형상에 의해 한정되는 웨이스트게이트 시트 축을 포함할 수 있다. 그러한 예에서, 힘은 플러그로 하여금 플러그 축을 웨이스트게이트 시트 축과 정렬시키는 작용을 하는 방식으로 셀프 중심 정렬하게 한다(예컨대, 이는 고정될 수 있다). 이와 같은 정렬은, 웨이스트게이트 시트에 대한 플러그의 폐쇄 지향을 위해, 일례로, 밀봉을 향상시키기 위해, 요구될 수 있다.
일례로서, 본 발명의 방법은 가해진 힘에 응답하여 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 셀프 중심 정렬시키는 단계를 포함한다.
일례로서, 평형 상태와 관련되는 부품들의 상대적 위치들은 웨이스트게이트 시트에 관한 플러그의 폐쇄 지향에 대응할 수 있다.
일례로서, 본 발명의 방법은, 아암을 주조 공정을 통해 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 본 발명의 방법은, 플러그를 주조 공정을 통해 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 본 발명의 방법은, 아암과 플러그를 주조 공정을 통해 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 본 발명의 방법은, 샤프트와 아암을 주조 공정을 통해 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일례로서, 터빈 하우징이, 두 개의 대응하는 배기 통로들이 웨이스트게이트 시트까지 연장되는 트윈 스크롤 하우징을 포함할 수 있다.
일례로서, 플러그가 쉘 부분을 포함할 수 있다. 일례로서, 플러그가 실질적으로 반구형의 부분을 포함할 수 있다.
일례로서, 본 발명의 방법은, 아암을 샤프트에 용접하는 단계; 웨이스트게이트 시트를 포함하는 터빈 하우징의 보어 내의 부싱의 보어 내로 샤프트를 삽입하는 단계; 아암과 플러그를 접촉시키고 플러그와 웨이스트게이트 시트를 접촉시키는 단계; 및 플러그를 아암에 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 상기 방법은 제어 아암을 샤프트에 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 본 발명의 방법은, 제어 아암에 힘을 가하는 단계로서, 플러그를 아암에 용접하기 이전에 상기 힘의 적어도 일부가 샤프트로부터 아암으로 그리고 상기 아암으로부터 플러그로 전달되도록 하는, 제어 아암에 힘을 가하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 본 발명의 방법은 힘을 가하는 것에 응답하여 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 셀프 중심 정렬시키는 단계를 포함할 수 있다.
일례로서, 본 발명의 방법은, 터빈 하우징, 제어 아암, 샤프트, 아암, 및 플러그를 포함하는 과급기를 조립하는 단계를 포함할 수 있다. 일례로서, 본 발명의 방법은, 아암을 샤프트에 용접하는 단계; 웨이스트게이트 시트를 포함하는 터빈 하우징의 보어 내의 부싱의 보어 내로 샤프트를 삽입하는 단계; 아암과 플러그를 접촉시키고 플러그와 웨이스트게이트 시트를 접촉시키는 단계; 플러그를 아암에 용접하는 단계; 및 터빈 하우징, 제어 아암, 샤프트, 아암, 및 플러그를 포함하는 과급기를 조립하는 단계를 포함할 수 있다.
일례로서, 본 발명의 터빈 하우징 조립체는, 웨이스트게이트 시트; 보어; 적어도 부분적으로 상기 보어 내에 배치되는 부싱; 적어도 부분적으로 상기 보어 내에 배치되는 샤프트; 샤프트에 용접되는 주조 아암; 아암에 용접되는 주조 플러그; 샤프트에 용접되는 제어 아암; 및 주조 플러그를 웨이스트게이트 시트에 관하여 폐쇄 방향으로 지향시키기 위해 그리고 주조 플러그를 웨이스트게이트 시트에 대해 개방 방향으로 지향시키기 위해, 제어 아암에 연결되는 액추에이터를 포함할 수 있다. 이와 같은 예에서, 아암은 개구부를 포함하고, 주조 플러그는 적어도 부분적으로 상기 개구부 내에 배치되는 페그를 포함하며 그리고 용접부(예컨대, 아암과 플러그를 결합시키는 용접부)가 상기 개구부에 관련한 페그의 위치를 고정한다.
본 발명의 방법들, 장치들, 시스템들, 배치 구성들 등의 몇 가지 예들이 첨부 도면에 도시되고 위의 상세한 설명에서 기술되었지만, 개시된 예시적인 실시예들은 제한적인 것이 아니며 다수의 재배치, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (20)

  1. 샤프트에 작동 가능하게 결합되는 제어 아암에 힘을 가하는 단계;
    샤프트로부터의 힘의 적어도 일부를, 아암을 경유하여, 터빈 하우징의 웨이스트게이트 시트에 관련하여 위치하게 되는 플러그로 전달하는 단계;
    접촉이 상기 플러그와 상기 웨이스트게이트 시트 사이에 존재하는, 상기 샤프트, 상기 아암 및 상기 플러그의 상대적 위치들에 대한 평형 상태(isostatic condition)를 유지시키는 단계; 및
    상기 평형 상태에서, 용접을 통해, 상기 샤프트, 상기 아암 및 상기 플러그의 상기 상대적 위치들을 고정시키는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용접은 상기 플러그를 상기 아암에 용접하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 아암은 개구부를 포함하며 그리고 상기 플러그는 적어도 부분적으로 상기 개구부 내부에 배치되는 페그를 포함하는 것인, 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어 아암에 힘을 가하기 이전에 상기 아암을 상기 샤프트에 용접하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 상대적 위치들은, 상기 웨이스트게이트 시트에 관련한 상기 플러그의 폐쇄 방향에 대응하는 것인, 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    주조 공정을 통해 상기 아암을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    주조 공정을 통해 상기 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    주조 공정을 통해 상기 아암 및 상기 플러그를 서브 유닛으로 형성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    주조 공정을 통해 상기 샤프트 및 상기 아암을 형성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈 하우징은 트윈 스크롤 하우징을 포함하며, 트윈 스크롤 하우징에서 두 개의 대응하는 배기 통로가 웨이스트게이트 시트까지 연장되는 것인, 방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 플러그는 쉘 부분을 포함하는 것인, 방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 플러그는 실질적으로 반구형의 부분을 포함하는 것인, 방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    힘을 가하는 것에 응답하여 상기 웨이스트게이트 시트에 관련하여 상기 플러그를 셀프 중심 정렬시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  14. 아암을 샤프트에 용접하는 단계;
    웨이스트게이트 시트를 포함하는 터빈 하우징의 보어 내의 부싱의 보어 내로 샤프트를 삽입하는 단계;
    플러그 및 상기 아암을 접촉시키고 상기 플러그와 상기 웨이스트게이트 시트를 접촉시키는 단계; 및
    상기 플러그를 상기 아암에 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    제어 아암을 상기 샤프트에 용접하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제어 아암에 힘을 가하는 단계로서, 상기 힘의 적어도 일부가, 상기 플러그를 상기 아암에 용접하기 이전에, 상기 샤프트로부터 상기 아암으로 그리고 상기 아암으로부터 상기 플러그로 전달되도록 하는, 상기 제어 아암에 힘을 가하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 힘을 가하는 것에 응답하여 상기 플러그를 웨이스트게이트 시트에 관련하여 셀프 중심 정렬시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 터빈 하우징, 상기 제어 아암, 상기 샤프트, 상기 아암, 및 상기 플러그를 포함하는, 과급기를 조립하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  19. 터빈 하우징 조립체로서,
    웨이스트게이트 시트;
    보어;
    적어도 부분적으로 상기 보어 내에 배치되는 부싱;
    적어도 부분적으로 상기 부싱 내에 배치되는 샤프트;
    상기 샤프트에 용접되는 주조 아암;
    상기 아암에 용접되는 주조 플러그;
    상기 샤프트에 용접되는 제어 아암; 및
    상기 주조 플러그를 상기 웨이스트게이트 시트에 관련한 폐쇄 방향으로 지향시키기 위해 그리고 상기 주조 플러그를 상기 웨이스트게이트 시트에 대해 개방 방향으로 지향시키기 위해, 상기 제어 아암에 연결되는 액추에이터를 포함하는 것인, 터빈 하우징 조립체.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 아암은 개구부를 포함하고, 상기 주조 플러그는 적어도 부분적으로 상기 개구부 내에 배치되는 페그를 포함하며 그리고 용접부가 상기 개구부에 관련한 상기 페그의 위치를 고정하는 것인, 터빈 하우징 조립체.
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