KR20170058386A

KR20170058386A - 일체형 액추에이터를 갖는 터보차저

Info

Publication number: KR20170058386A
Application number: KR1020177009336A
Authority: KR
Inventors: 조지 이. 3세 헤디; 에릭 존스; 다니엘 엔. 와드
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2014-09-23
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-05-26
Also published as: DE112015004327T5; US20170248070A1; WO2016048678A1; CN107075967A; JP2017527739A; CN107075967B

Abstract

터보차저(1)는 터빈 휠(4)에 인접하게 터빈 하우징(11) 내에 배치되고, 터빈 휠(4)로 전달된 배기가스의 양을 선택적으로 제어하도록 구성된 가변형 터빈 기하학적 형태(VTG) 장치(20)를 포함한다. 기어형 작동 기구(40)는 VTG 장치(20)를 터보차저 베어링 하우징(8) 외측에 배치된 액추에이터(30)에 연결한다. 기어형 작동 기구(40)는, 기어형 작동 기구(40)의 적어도 일부가 하우징(8)의 외부에 배치되도록, 샤프트 수용 보어(25) 내에 회전 가능하게 지지되고 VTG 장치(20)에 연결되는 작동 피봇 샤프트(94)를 포함한다. 커버(75)는 액추에이터(30) 및 기어형 작동 기구(40)를 둘러싸고, 하우징(8)과 밀봉된 연결부를 형성하여, 샤프트 수용 보어(25) 내로 통과하는 배기가스가 대기로 빠져나가는 것을 방지한다.

Description

일체형 액추에이터를 갖는 터보차저{TURBOCHARGER WITH INTEGRATED ACTUATOR}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 "일체형 액추에이터를 갖는 터보차저"란 명칭으로 2014년 9월 23일에 출원된 미국 가특허출원 제62/054,023호에 대한 우선권 및 그의 모든 이익을 주장한다.

터보차징의 이점은 증가된 동력 출력, 더 낮은 연료 소비, 및 감소된 오염물질 배출을 포함한다. 엔진의 터보차징은 더이상 고출력 성능 관점에서 주로 보는 것이 아니라, 오히려 더 낮은 이산화탄소(CO₂) 배출 때문에 연료 소비 및 환경 오염을 줄이는 수단으로 간주된다. 현재, 터보차징의 주된 이유는 배기가스 에너지를 사용하여 연료 소비 및 배출을 줄이기 위한 것이다. 터보차지형 엔진에서, 연소 공기는 엔진에 공급되기 전에 미리 압축된다. 엔진은 자연 흡입 엔진과 동일한 양의 공기-연료 혼합물을 흡입하지만, 더 높은 압력, 이에 따라 더 높은 밀도 때문에, 더 많은 공기 및 연료 질량이 제어된 방식으로 연소실 내로 공급된다. 그 결과, 더 많은 연료를 연소시킬 수 있어, 엔진의 동력 출력은 속도 및 배기량에 대하여 증가한다.

배기가스 터보차징에서는, 통상은 폐기되는 배기가스 에너지의 일부가 터빈을 구동하는데 사용된다. 터빈은 샤프트에 장착되고, 배기가스 흐름에 의해 회전 가능하게 구동되는 터빈 휠을 포함한다. 터보차저는 이러한 보통 폐기되는 배기가스 에너지의 일부를 엔진으로 되돌려서, 엔진의 효율 및 연료 절감에 기여한다. 이것은, 터빈에 의해 구동되고 여과된 주위 공기를 흡인하며, 그 공기를 압축한 다음, 압축 공기를 엔진에 공급하는 압축기를 통해 달성된다. 압축기는 압축기 휠을 포함하고, 상기 압축기 휠은, 터빈 휠의 회전이 압축기 휠의 회전을 야기하도록, 동일 샤프트에 장착된다.

터보차저는 전형적으로 엔진의 배기 매니폴드에 연결된 터빈 하우징, 엔진의 흡기 매니폴드에 연결된 압축기 하우징, 및 터빈 하우징과 압축기 하우징을 함께 결합하는 중앙 베어링 하우징을 포함한다. 터빈 하우징은 터빈 휠을 둘러싸고 엔진으로부터의 배기가스를 수용하는 볼류트(volute)를 정의한다. 터빈 하우징 내의 터빈 휠은 배기 매니폴드로부터 볼류트를 통해 공급된 배기가스의 제어된 유입에 의해 회전 가능하게 구동된다.

일부 양태에서, 가변형 터빈 기하학적 형태(variable turbine geometry: VTG) 터보차저는 터빈 휠, 터빈 휠을 둘러싸는 터빈 하우징 및 터빈 휠에 인접하여 상기 터빈 하우징 내에 배치된 VTG 장치를 포함한다. 상기 VTG 장치는 상기 터빈 휠로 공급되는 배기가스의 양을 선택적으로 제어하도록 구성된다. 상기 터보차저는 샤프트 수용 보어를 정의하는 베어링 하우징 및 VTG 장치를 액추에이터에 연결하도록 구성된 작동 기구(actuating mechanism)를 포함한다. 상기 작동 기구는 샤프트 수용 보어 내에 배치되고, VTG 장치에 연결되는 작동 피봇 샤프트를 포함하고, 작동 기구의 적어도 일부분은 베어링 하우징의 외측에 배치된다. 상기 터보차저는 액추에이터, 및 액추에이터와 작동 기구를 둘러싸는 커버를 포함한다. 상기 커버는 베어링 하우징과 밀봉된 연결부를 형성하여 샤프트 수용 보어 내로 통과하는 배기가스가 대기로 빠져나가는 것을 방지한다.

상기 터보차저는 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함한다: 상기 커버는 가압 공기 공급원에 연결된 공기 입구를 포함하고, 이에 따라 커버에 의해 둘러싸인 영역 내의 가스가 대기 압력보다도 높은 압력에 있다. 상기 가압 공기 공급원은 터보차저의 압축기 부분의 공기 출구를 포함한다. 상기 베어링 하우징은 샤프트 수용 보어를 윤활유 배출구에 연결하는 통로를 포함하고, 이에 따라 커버 내부로부터의 가압 공기가 통로 및 윤활유 배출구를 통해 터보차저를 빠져나간다. 상기 샤프트 수용 보어는 작동 기구에 인접한 제1 단부 및 VTG 장치에 인접한 제2 단부를 포함하고, 상기 베어링 하우징은 윤활유 배출구, 및 샤프트 수용 보어를 윤활유 배출구에 연결하는 통로를 포함하며, 상기 통로는 제1 단부와 제2 단부 사이의 위치에서 샤프트 수용 보어와 연통한다. 상기 터보차저는 작동 피봇 샤프트와 샤프트 수용 보어 사이에 배치된 피스톤 링을 포함하고, 상기 통로는 인접하는 피스톤 링 사이의 위치에서 샤프트 수용 보어와 연통한다. 상기 작동 기구는 액추에이터에 의해 제공된 회전 운동을 작동 피봇 샤프트의 회전 운동으로 전달하도록 구성된 상호 연결 요소를 포함하고, 상기 작동 기구의 각 요소는 기어 톱니형 표면을 포함하며, 각 요소는 그의 각각의 기어 톱니형 표면을 통해 인접한 상호 연결 요소에 연결된다. 상기 커버는 가압 공기 공급원에 연결된 공기 입구를 포함하고, 상기 터보차저는 가압 공기 공급원으로부터의 공기를 공기 입구에 도달하기 전에 냉각하도록 구성된 공기 냉각기를 포함하고, 이에 따라 커버에 둘러싸인 영역 내부의 가스가 커버 외측의 주위 온도보다도 냉각될 수 있다.

일부 양태에서, 작동 조립체는 하우징의 외부 표면 상에 장착되고, 하우징 내부에 배치된 장치를 작동시키도록 구성된다. 상기 작동 조립체는 액추에이터, 및 하우징 내의 샤프트 수용 보어를 통해 연장되는 작동 피봇 샤프트를 포함한다. 상기 작동 피봇 샤프트는 하우징의 외측에 배치되고 액추에이터에 연결되는 제1 단부 및 하우징의 내측에 배치되고 장치에 연결되는 제2 단부를 포함한다. 상기 작동 조립체는 작동 피봇 샤프트를 액추에이터에 연결하는 작동 기구, 및 하우징의 외부 표면의 일부와 협동하여 액추에이터, 작동 기구 및 작동 피봇 샤프트 제1 단부를 에워싸는 밀봉된 인클로저(sealed enclosure)를 형성하는 커버를 포함한다.

상기 작동 조립체는 다음의 특징들 중의 하나 이상을 포함한다: 상기 밀봉된 인클로저 내부의 가스는 대기 압력보다도 높은 압력에 있다. 상기 커버는 가압 공기 공급원에 연결된 공기 입구를 포함하고, 이에 따라 밀봉된 인클로저 내부의 가스가 대기 압력보다도 높은 압력에 있다. 상기 하우징은 내부에 형성된 싱크 통로를 더 포함하고, 상기 싱크 통로는 샤프트 수용 보어와, 커버에 의해 에워싸이지 않은 위치에서 하우징 내에 형성된 배출 개구 사이에 유체 유로를 정의한다. 상기 작동 조립체는 제1 밀봉부 및 제2 밀봉부를 포함한다. 상기 제1 밀봉부는 작동 피봇 샤프트와 샤프트 수용 보어 사이에 배치된 피스톤 링을 포함하고, 상기 제2 밀봉부는 하우징 내의 싱크 통로에 대응하는 위치에 있는 비교적 저압 영역, 및 비교적 저압 영역의 대향 측면 상에 설치된 고압 영역을 포함한다. 상기 작동 기구는 액추에이터에 의해 제공되는 회전 운동을 작동 피봇 샤프트의 회전 운동으로 전달하도록 구성된 상호 연결 요소를 포함하고, 상기 작동 기구의 각 요소는 기어 톱니형 표면을 포함하며, 각 요소는 그의 각각의 기어 톱니형 표면을 통해 인접하는 상호 연결 요소에 연결된다. 상기 커버는 냉각 공기 공급원에 연결된 공기 입구를 포함하고, 이에 따라 밀봉된 인클로저 내부의 가스가 주위 온도보다도 냉각된 온도에 있다.

VTG 터보차저는 터빈 휠로 유도하는 터빈 흐름 단면이 엔진 동작점에 따라 변화시킬 수 있다. 이것은, 엔진 배기가스 에너지를 사용할 수 있게 하며, 터빈 흐름 단면이 각 동작점마다 최적으로 설정될 수 있게 한다. 그 결과, 터보차저의 효율 및 이에 따라 엔진의 효율이 웨이스트게이트 밸브(wastegate valve) 조립체의 바이패스 제어에 의해 달성되는 효율보다도 높을 수 있다.

일부 VTG 터보차저에서는, 터빈 내의 조정 가능한 안내 날개(adjustable guide vane)가 압력 상승 거동, 및 이에 따라 터보차저의 동력 출력을 제어하는데 사용된다. 상기 조정 가능한 안내 날개는 각종의 가능한 링을 포함한, 하부 링 및 상부 날개 링, 및/또는 노즐 벽에 피봇 가능하게 연결된다. 상기 안내 날개의 각도 위치는 배기가스 흐름을 터빈 휠에 맞추어 조정함으로써 배기가스 배압 및 터보차저 속도를 제어하도록 조정된다. 상기 안내 날개는 상부 날개 링 위에 배치될 수 있는 날개 레버에 의해 피봇될 수 있다. 터빈 휠에 대한 성능 및 흐름은 안내 날개를 피봇함으로써 터빈 휠에 대한 흐름 각도의 변화에 의해 영향을 받는다.

VTG 터보차저의 하나의 목표는 높은 수준의 효율을 유지하면서 실제의 용도로 사용 가능한 유량 범위를 확대하는 것이다. 이를 달성하기 위해, 터빈 출력은 터빈 휠 입구에서의 배기가스 흐름의 유입 각도 및 유입 속도를 변화시킴으로써 조정된다. VTG 터보차저에 있어서, 이것은 터빈 휠의 전방에 있는 안내 날개를 사용하여 배기가스 흐름 속도에 따라 그의 받음각(angle of attack)을 변화시키는 것으로 달성된다. 이것은, 느린 속도에서는 지연을 감소시키는 반면에 빠른 속도에서는 배기가스 배압을 방지하도록 개방된다.

VTG에 있어서, 터보차저 비율은 조건이 변함에 따라 변경될 수 있다. 안내 날개가 폐쇄 위치에 있을 때, 유속의 높은 원주방향 성분 및 급격한 엔탈피 구배(enthalpy gradient)는 높은 터빈 출력을 초래하고, 이에 따라 높은 충전 압력으로 이어진다. 안내 날개가 완전 개방 위치에 있을 때, 터빈은 그의 최대 유량에 도달하고, 흐름의 속도 벡터는 큰 구심 성분(centripetal component)을 갖는다. 바이패스 제어를 통한 이러한 유형의 출력 제어의 이점은 전체 배기가스 흐름이 항상 터빈을 통해 유도되고 출력으로 변환될 수 있다는 것이다. 안내 날개의 조정은 다양한 공기압 또는 전기 액추에이터에 의해 제어될 수 있다.

VTG 터보차저는 안내 날개의 움직임을 제어하는 것을 돕기 위해서 VTG 레버를 갖는 작동 피봇 샤프트를 가질 수 있다. VTG 작동 피봇 샤프트는 전형적으로 터빈 하우징 내의 보어에 직접 끼워맞춤되는 것이 아니라, 흔히 터빈 하우징 내의 보어 내의 고정 베어링에 끼워맞춤된다. 작동 피봇 샤프트는, 터빈 하우징 내부의 중심선을 갖는 보어 내에 또는 설계에 따라 베어링 하우징 내에 직접 배치될 수 있는 베어링 내에 반경방향으로 배치되는 것이 많다.

작동 피봇 샤프트 시스템은 전형적으로 터빈 가스 압력과 대기 압력 간의 밀봉를 필요로 한다. VTG 작동 피봇 샤프트 시스템은 샤프트와 부싱(bushing) 사이의 클리어런스(clearance) 때문에 부분적으로 밀봉하는 것이 어렵다. 이러한 클리어런스는 바인딩을 방지하기 위해 부싱 설계에 필요하지만, 부싱/하우징에 대한 샤프트의 오정렬을 야기한다.

상기 VTG 터보차저는 터빈 볼류트와 터빈 휠 사이의 터빈 하우징 내에 배치된 VTG 장치를 포함한다. 상기 VTG 장치는 터빈 휠에 공급되는 배기가스의 양을 선택적으로 제어하도록 구성된다. 상기 VTG 장치는 작동 기구를 통해 터보차저 하우징의 외측에 배치된 액추에이터에 연결된다. 상기 작동 기구는 베어링 하우징 내에 형성된 샤프트 수용 보어 내에 회전 가능하게 배치되는 작동 피봇 샤프트를 포함한다. 상기 작동 기구의 적어도 일부는 베어링 하우징의 외부에 배치된다. 상기 터보차저는 액추에이터 및 작동 기구를 둘러싸는 커버를 포함하고, 베어링 하우징과 밀봉된 연결부를 형성하여 샤프트 수용 보어 내로 통과하는 배기가스가 대기로 빠져나가는 것이 방지된다.

상기 터보차저용 VTG 액추에이터 및 작동 기구는 샤프트 수용 보어를 통한 터보차저 하우징으로부터의 배기가스 누출을 방지하는 역할을 하는 하나 이상의 커버 내부에 밀봉된다.

상기 커버에 의해 에워싸인 영역은, 예를 들면 터보차저 압축기 내에서 발생된 충전 공기의 일부를 사용함으로써 가압되는 인클로저를 정의한다. 가압된 인클로저를 제공함으로써, 작동 피봇 샤프트와 이 작동 피봇 샤프트를 지지하는 부싱 사이의 조인트 내로 공기의 흐름이 압입되며, 가압 배기가스가 이 위치에서 터보차저 하우징를 빠져나가는 것을 방지한다.

상기 커버로 전달된 가압 공기는 공기-대-공기 냉각기(air-to-air cooler), 필터 및/또는 압력 조절기를 사용하여 조절된다. 냉각된 공기는 액추에이터, VTG 작동 기구 및 베어링 하우징의 터빈 단부를 냉각하여, 이들 부품에 대한 열에 관련하는 손상을 최소화하고, 터빈 단부에서 코킹(coking)한다. 이와 관련하여, 액추에이터가 전자 장치를 포함할 때, 이와 같은 전자 장치는 고온에 민감할 수 있고, 이에 따라 액추에이터를 냉각시킴으로써 액추에이터 정밀도 및 내구성을 개선할 수 있다.

배기가스 통로가 베어링 하우징 내에 형성된다. 배기가스 통로의 일 단부는 작동 피봇 샤프트와 대향하여 개방되고, 배기가스 통로의 대향 단부는 윤활유용의 배출구에 개방된다. 상기 배출구는 오일을 엔진 크랭크케이스로 되돌리고, 여기서 누출물이 엔진 공기 입구로 들어가서 연소된다. 따라서, 누출된 배기가스를 베어링 하우징 내부에 보지하고, 압력을 사용하여 누출된 배기가스를 배기 통로 및 배출구를 통해 엔진 크랭크케이스로 유도함으로써, 작동 피봇 샤프트로부터의 누출이 최소한으로 억제되거나 또는 배제된다.

상기 배기 통로는 하우징 내의 작동 피봇 샤프트를 지지하는 부싱의 측벽에 형성된 반경방향으로 연장된 관통 구멍, 베어링 하우징 내에 형성된 반경방향의 보어를 포함하고, 상기 반경방향의 보어는 이 보어 내에 형성된 반달형의 섬프(half-moon shaped sump)를 통해 부싱의 반경방향 보어와 배출구 사이의 유체 연통을 제공한다.

상기 액추에이터는 터보차저 외측에 배치되고, 기어형 출력 샤프트를 포함한다. 또한, 상기 VTG 작동 기구는 액추에이터의 기어형 출력 샤프트를 VTG 장치에 연결된 기어형 작동 피봇 샤프트에 연결하는 일련의 기어를 포함할 수 있다. 액추에이터와 VTG 장치 사이의 기어형 연결은 유리하게는 히스테리시스를 감소시키고, 운동학의 정밀도를 개선하고, 마모를 감소시킨다.

이러한 구성은, 액추에이터가 레버 아암 및 연결 장치를 통해 VTG 장치에 연결되는 일부 종래의 터보차저 VTG 작동 기구와 관련하는 많은 문제점에 대처한다. 예를 들면, 종래의 VTG 레버 아암을 작동 피봇 샤프트에 조립할 때, 일부 경우에는, 작은 "창(window)"을 통해 핀치 볼트를 조이기 위해 액추에이터를 수동으로 회전시키고, 이에 따라 조립 중에 액추에이터가 손상될 가능성이 있다. 다른 예에서, 작동 피봇 샤프트는 샤프트 수용 보어로부터의 매연 누출을 감소시키기 위해서 피스톤 링을 가질 수 있지만, 일부 배기가스는 여전히 샤프트 수용 보어를 통해 대기로 배출된다. 다른 예에서는, 액추에이터와 액추에이터 레버 아암 사이에 연결부를 형성하는 것이 종종 스웨이징(예컨대, 냉간 단조) 공정으로 행해지지만, 이 공정은 액추에이터 레버 아암에 균열을 생기게 하고/하거나 액추에이터를 손상시킬 수 있다. 다른 예에서, 일부 종래의 VTG 작동 기구에서 사용되는 포크식 작동 피봇 샤프트는 핀에 부착된 블록을 이동시킨다. 이와 같은 구성요소들의 조합에 의해 공차가 발생하고, 정밀도를 감소시킨다. 다른 예에서는, 더 높은 온도의 공차 및 터보차저 크기의 감소를 포함하는 고객 요구에 대처하기 위해서, 종래의 연결 장치의 레이스(race)를 형성하는데 비교적 고가의 물질이 사용된다. 또 다른 예에서, 종래의 연결 장치는 제공되는 좁은 공간에서는 수행하기 곤란한, 볼 스터드(ball stud)의 배면 측에 육각 공구(hex tool)을 사용하여 조립된다. 기어형 작동 피봇 샤프트에 부착된 일련의 기어를 회전시키는 기어형 액추에이터를 제공함으로써, 고가의 연결 장치의 사용이 회피되고 조립이 단순화된다. 또한, 기어형 VTG 작동 기구는 더 높은 온도에 견딜 수 있고, 일부 종래의 VTG 작동 기구에 비해 더 낮은 날개 각도 공차, 마모의 감소, 및 더 낮은 히스테리시스를 초래한다.

본 발명의 이점은, 첨부 도면과 관련하여 고려할 때, 이하의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있기 때문에, 쉽게 인정될 것이다:
도 1은 VTG 터보차저의 단면도이고;
도 2는 명료히 하기 위해, 터빈 하우징 및 커버가 생략되어 있는 도 1의 VTG 터보차저의 측면 사시도이고;
도 3은 도 1의 VTG 터보차저를 포함하는 엔진 시스템 내의 유체 흐름의 개략도이고;
도 4는 도 1에 나타낸 VTG 터보차저의 단면도의 일부 확대도이고;
도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 보았을 때의 VTG 터보차저의 단면도이고;
도 6은, 대체적 작동 기구를 도시하기 위해 커버의 일부가 제거되고, 명료히 하기 위해 터빈 하우징이 제거되어 있는, 대체적 작동 기구를 포함하는 VTG 터보차저의 측면 사시도이고;
도 7은 커버가 대체적 작동 기구 상의 소정의 위치에 있는 도 5의 VTG 터보차저의 측면 사시도이고;
도 8은 대체적 커버 구성을 도시하고 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 배기가스 터보차저(1)는 터빈 부분(2), 압축기 부분(3), 및 터빈 부분(2)과 압축기 부분(3) 사이에 배치되고 압축기 부분(3)을 터빈 부분(3)에 연결하는 중앙 베어링 하우징(8)을 포함한다. 터빈 부분(2)은 배기가스 입구(미도시)를 정의하는 터빈 하우징(11), 배기가스 출구(10), 및 배기가스 입구와 배기가스 출구(10) 사이의 유체 경로 내에 배치된 터빈 볼류트(9)를 포함한다. 조정 가능한 안내 날개(21)를 포함하는 VTG 장치(20)는 터빈 볼류트(9)의 반경방향으로 연장되는 스로트(7)의 내측에 배치된다. 터빈 휠(4)은 스로트(7)와 배기가스 출구(10) 사이의 터빈 하우징(11) 내에 배치된다.

압축기 부분(3)은 공기 입구(16), 공기 출구(미도시), 및 압축기 볼류트(14)를 정의하는 압축기 하우징(12)을 포함한다. 압축기 휠(5)이 공기 입구(16)와 압축기 볼류트(14) 사이의 압축기 하우징(12) 내에 배치된다. 압축기 휠(5)은 주 샤프트(6)를 통해 터빈 휠(4)에 연결된다.

주 샤프트(6)는 축방향으로 이격된 한쌍의 저널 베어링(18)을 통해 베어링 하우징(8) 내의 축방향으로 연장된 보어(15) 내에서 회전축(R) 주위의 회전을 위해 지지된다. 또한, 스러스트 베어링 조립체(19)가 베어링 하우징(8) 내에 배치되어 주 샤프트(6)의 축방향 지지를 제공한다.

사용 시에는, 터빈 하우징(11) 내의 터빈 휠(4)은, 엔진(34)(도 3)의 배기 매니폴드(38)로부터 공급된 배기가스의 유입에 의해 회전 가능하게 구동된다. 주 샤프트(6)가 중앙 베어링 하우징(8) 내에 회전 가능하게 지지되고 터빈 휠(4)을 압축기 하우징(12) 내의 압축기 휠(5)에 연결하기 때문에, 터빈 휠(4)의 회전에 의해 압축기 휠(5)의 회전이 일어난다. 압축기 휠(5)이 회전함에 따라, 공기 질량 유량은, 엔진(34)의 흡기 매니폴드(37)에 연결되는 압축기 공기 출구(미도시)로부터의 유출을 통해 엔진(34)의 실린더(36)에 전달된 기류 밀도 및 공기 압력을 증가시킨다.

VTG 장치(20)는, 스페이서(24)에 의해 이격되는 상부 날개 링(22)과 하부 날개 링(23) 사이에 피봇 가능하게 지지되는 안내 날개(21)를 포함한다. 안내 날개(21)는 조정 링(26)을 작동시키는 액추에이터(30)를 통해 조정 가능하다. 상부 날개 링(22)에 대한 회전축(R) 주위의 조정 링(26)의 회전 운동은 안내 날개(21) 상으로 전달되며, 이 장치에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이의 소정의 범위 내로 조정될 수 있다. 안내 날개(21) 사이의 간격은 배기가스가 터빈 휠(4)을 향해 반경방향으로 흐르는 원형 스로트(7)의 유로를 정의한다. 유로는 안내 날개(21)의 각도 위치의 변화를 통해 조정 가능하다.

보다 구체적으로, 안내 날개(21)는 상부 날개 링(22)을 관통하고 날개 아암(28)을 안내 날개(21)와 대향하는 단부 상에 운반하는 날개 샤프트(27)에 의해 상부 날개 링(22)에 장착된다. 조정 링(26)은, 원형으로 배치된 날개 아암(28)의 축방향 평면 내에 배치되도록, 베어링 하우징(8)과 터빈 하우징(11) 사이의 간극 내에 배치된다. 조정 링(26)은 각각의 날개 아암(28)과 계합하여, 상부 날개 링(22)에 대한 조정 링(26)의 회전시에, 모든 날개 아암(28), 및 그와 함께 안내 날개(21)가 동시에 회전된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 조정 링(26)은 액추에이터(30)로부터의 회전 운동 출력을 조정 링(26)에 전달하는 작동 기구(140)를 통해 액추에이터(30)에 연결된다. VTG 장치(20)를 구동하는 액추에이터(30)는, 예를 들어 브래킷(미도시)을 통해 베어링 하우징(8)의 외부 표면에 고정된다. 작동 기구(140)는 베어링 하우징(8)의 외측으로부터 조정 링(26)를 조정할 수 있는 작동 피봇 샤프트(54)를 포함한다. 이를 위해, 작동 피봇 샤프트(54)는, 샤프트 수용 보어(25) 내에 압입 끼워맞춤되는 부싱(90)을 통해 베어링 하우징(8) 내에 형성된 샤프트 수용 보어(25) 내부에 회전 가능하게 지지되고 반경방향으로 배치된다. 도시하는 실시형태에서, 작동 피봇 샤프트(54) 및 부싱(90)은 샤프트 수용 보어(25) 내에 배치된다. 샤프트 수용 보어(25)는 베어링 하우징(8)의 벽부를 통해 연장되고, 제1 및 제2 보어 개구(25a, 25b)를 각각 포함한다. 일부 터보차저 설계에서, 사프트 수용 보어(25)는 터빈 하우징(11) 내에 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.

작동 피봇 샤프트(54)는 베어링 하우징(8) 내의 제1 및 제2 보어 개구(25a 25b)를 통해 돌출하며, 따라서 작동 피봇 샤프트(54)의 제1 단부(56)가, 일부 종래의 터보차저 설계에서 대기 압력에 있는 위치에서 베어링 하우징(8)의 외측 상의 VTG 작동 기구(140)와 계합한다. 또한, 작동 피봇 샤프트(54)의 대향하는 제2 단부(58)는 배기가스의 압력에 대응하는 비교적 고압에 있는 위치에서 베어링 하우징(8) 내의 VTG 장치(20)와 계합한다.

샤프트 수용 보어(25)를 통한 베어링 하우징(8) 밖으로의 배기가스 누출에 대처하기 위해, 3개의 밀봉부(75, 102 및 120)가 개개로, 또는 조합시켜 사용될 수 있다. 예를 들면, 미로식 밀봉부(labyrinth seal)(102)와 같은 제1 밀봉부는 작동 피봇 샤프트(54)와 부싱(90) 사이에 배치될 수 있다. 미로식 밀봉부(102)는, 작동 피봇 샤프트(54)의 외부 표면 내에 형성된 대응하는 축방향으로 이격된 원주방향 홈(64) 내에 수용되는 피스톤 링(104)을 포함한다. 4개의 피스톤 링(104)이 작동 피봇 샤프트(54)와 부싱(90) 사이에 사용된다. 피스톤 링(104)은 2개의 피스톤 링 쌍(104a, 104b)으로 배치된다.

제2 밀봉부는 외측에 대하여 샤프트 수용 보어(25)의 제1 보어 개구(25a) 부근에서 베어링 하우징(8) 외측의 일부를 둘러쌀 수 있다. 제2 밀봉부는, 예를 들면, 배기구(70)로부터 주위 환경으로의 배기가스의 배출을 방지하는 커버(75)일 수 있다. 커버(75)는 베어링 하우징(8)의 외부 표면의 일부에 밀봉되고 그 일부와 협동하여, 액추에이터(30), 작동 기구(140) 및 작동 피봇 샤프트 제1 단부(56)를 에워싸는 밀봉된 인클로저(76)를 형성한다. 이 구성은 샤프트 수용 보어(25)를 통하여 베어링 하우징(8)로부터의 배기가스의 누출을 최소한으로 억제하거나 또는 배제한다.

도시되는 실시형태에서, 커버(75)는 밀봉된 조인트(77)와 함께 볼트 체결되고 베어링 하우징(8)과 협동하여 그것에 밀봉되어 밀봉된 인클로저(76)를 형성하는 2개의 커버부(75a, 75b)를 포함한다. 커버(75)는 가압 공기 공급원에 연결된 커버 공기 입구(78)를 포함하고, 이에 따라 밀봉된 인클로저(76) 내의 가스가 대기 압력보다도 높은 압력에 있다. 도시되는 실시형태에서, 가압 공기 공급원은 터보차저(1)의 압축기 부분(3)에서 발생하는 가압 공기이지만, 그 공급원은 이것에 제한되지 않는다.

도 3을 참조하면, 인클로저(76)로 전달된 공기는 조절될 수 있다. 예를 들면, 공기는, 커버 공기 입구(78)(도 1)에 도달하기 전에, 종래의 충전형 공기 냉각기(71)의 하류에 위치하는 공기-대-공기 냉각기(74), 공기 필터(72) 및/또는 압력 조절기(73)를 통과할 수 있다. 그 결과, 인클로저(76)로 전달된 공기는 청정하게 냉각되며, 대기압보다도 높은 소정의 압력으로 된다. 공기-대-공기 냉각기(74)는 전달된 공기를 커버 공기 입구(78)에 도달하기 전에 냉각하도록 구성되며, 이에 따라 인클로저(76) 내부의 공기가 냉각된다. 예를 들면, 인클로저(76) 내의 공기는 주위 온도(예컨대, 커버(75) 외측의 공기 온도)보다도 저온으로 할 수 있다. 압력 조절기(73)는 인클로저(76) 내의 공기 압력을 제어한다. 인클로저(76) 내의 압력은 용도에 따라 변할 것이다. 예를 들면, 인클로저(76) 내의 압력은 1.05 내지 3.0 기압으로 설정할 수 있다. 일부 실시형태에서, 인클로저(76)로 전달된 공기는 터빈 볼류트(9) 내의 배기가스 압력의 적어도 75%가 되도록 설정할 수 있다. 예를 들면, 터빈 볼류트(9) 내의 배기가스 압력이 4 기압일 때, 압력 조절기(73)는 공기를 3 기압의 압력으로 인클로저(76)에 공급한다. 인클로저(76)의 가압은 또한 샤프트 수용 보어(25)로부터의 배기가스 누출로 인한 액추에이터(30) 및 작동 기구(40)의 오염(fouling)을 감소시키거나 방지할 수도 있다.

다시 도 4를 참조하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 밀봉부는 부싱(90)과 샤프트 수용 보어(25)(예컨대, 베어링 하우징(8))의 표면 사이의 샤프트 수용 보어(25) 내에 배치될 수 있다. 제3 밀봉부는, 예를 들면, 배기가스가 인클로저(76)로 들어가는 것을 방지하고, 대신에 샤프트 수용 보어(25)를 통과하는 배기가스를 베어링 하우징(8)의 오일 윤활 통로(17) (도 1 및 도 3에 도시됨) 및 대응하는 오일 윤활 배출 라인(13)(도 1 및 도 3에 도시됨)을 통해 엔진(34)의 크랭크케이스(35)(미도시)로 유도하는 싱크 밀봉부(120)일 수 있다. 싱크 밀봉부(120)는 제1 및 제2 보어 개구(25a, 25b)로부터 이격된 위치에서 샤프트 수용 보어(25)의 일면에 형성된 섬프(122)를 포함한다. 도시되는 실시형태에서, 섬프(122)는, 미로식 밀봉부가 섬프(122)와 각각의 제1 또는 제2 보어 개구(25a, 25b) 사이에 각각 설치되도록, 두 쌍의 피스톤 링(104a, 104b) 사이에 배치된다. 도시되는 실시형태에서, 섬프(122)는 샤프트 수용 보어(25)의 하향 측면 상에 배치된 반구형 함몰부이다. 다른 실시형태에서, 섬프(122)는 부싱(90)의 외부 표면을 둘러싸는 원주방향으로 연장되는 채널일 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 부싱(90)은 인클로저(76)로부터의 가압 공기가 터빈 하우징(11)으로부터 누출되는 가압 배기가스와 혼합될 수 있게 하는 반경방향으로 연장된 크로스 드릴형 관통 구멍(84)을 포함한다. 관통 구멍(84)은 부싱(90)의 외주 주위에 등간격으로 이격되고, 가압 공기 및 배기가스가 혼합되는 섬프(122)와 연통하도록 축방향으로 배치된다. 도시되는 실시형태에서는, 공통 평면에 놓이도록 배치된 4개의 관통 구멍(84)이 있지만, 관통 구멍은 이와 같은 개수 또는 배열에 한정되는 것은 아니다.

싱크 밀봉부(120)는 섬프(122)와 연통하는 일 단부, 및 베어링 하우징(8)의 오일 윤활 통로(17)와 연통하는 대향 단부를 갖는 베어링 하우징(8) 내에 형성된 일반적으로 반경방향으로 연장된 싱크 통로(124)를 또한 포함한다. 이 배열은 섬프(122) 내부의 혼합 공기 및 배기가스가 터보차저 오일 윤활 배출 라인(13)으로 "배출"될 수 있게 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "싱크 밀봉부(sink seal)"는, 싱크 통로(124), 오일 윤활 통로(17) 및 오일 윤활 배출 라인(13)이 실질적으로 대기 압력에 있고, 이러한 대기 압력의 영역이 제1 보어 개구(25a)에서의 인클로저(76) 내의 제1 비교적 고압 영역(예컨대, 대기 압력보다도 큼)과, 제2 보어 개구(25b)에서의 터빈 하우징(11) 내부의 제2 비교적 고압 영역(예컨대, 대기 압력보다도 큼) 사이에 배치되는 조건을 지칭한다. 고압 영역들 사이에 섬프(122) 및 싱크 통로(124)를 배치함으로써, 섬프(122)내의 혼합 공기 및 배기가스는 오일 윤활 배출 라인(13)으로 유도되고, 궁극적으로는 엔진 실린더(36) 내부에서 연소되는 엔진 크랭크케이스(35)(미도시)로 유도된다. 따라서, 싱크 밀봉부(120)는 누출된 배기가스를 제2 보어 개구(25a)로부터 빠져나가기 전에 엔진으로 유도한다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 액추에이터(30)가 VTG 레버 아암(47), 연결 장치(43) 및 작동 레버 아암(41)(도 2)을 포함하는 종래의 작동 기구(140)를 통해 VTG 장치(20)에 연결될 수 있지만, 터보차저(1)는, 경우에 따라서는, 개선된 기어형 작동 기구(40)를 포함할 수 있다. 기어형 작동 기구(40)는 액추에이터(30)에 의해 제공된 회전 운동을 VTG 장치(20)의 조정 링(26)의 회전 운동으로 전달하도록 구성되는 일련의 상호 연결 요소(42, 48, 94)로 구성된다.

특히, 기어형 작동 기구(40)의 각 상호 연결 요소(42, 48, 94)는 기어 톱니형 표면을 포함하고, 이에 따라 인접하는 상호 연결 요소(42, 48, 94)는 그의 각각의 기어 톱니형 표면을 통해 인접한 상호 연결 요소(42, 48, 94)에 연결된다. 이를 위해, 액추에이터(30)의 출력 샤프트(32)의 외부 표면은 기어 톱니(33)를 갖도록 형성되고, 이에 따라 출력 샤프트(32)는 기어형 작동 기구(40)용 구동 기어로서 기능한다. 기어형 작동 기구(40)의 하나의 상호 연결 요소는 제1 액슬(44) 상에 회전 가능하게 지지되는 제1 아이들러 기어(42)를 포함할 수 있다. 제1 아이들러 기어(42)는 내부 및 외부 기어 톱니 모두를 포함한다. 예를 들면, 제1 아이들러 기어(42)는 액추에이터(30)의 출력 샤프트(32)의 기어 톱니(33)와 계합하는 그의 반경 방향으로 내향하는 에지 상에 형성된 내부 기어 톱니(45a)(미도시)를 갖고, 이에 따라 제1 아이들러 기어(42)는 액추에이터(30)에 의해 구동된다. 또한, 제1 아이들러 기어(42)는 그의 반경방향으로 외향하는 에지 상에 형성된 외부 기어 톱니(45b)를 갖는다. 기어형 작동 기구(40)의 다른 상호 연결 요소는 제2 액슬(50) 상에 회전 가능하게 지지되고 외주 에지 상에 형성된 기어 톱니(51)를 갖는 제2 아이들러 기어(48)를 포함할 수 있다. 제2 아이들러 기어(48)의 기어 톱니(51)는 제1 아이들러 기어(42)의 외부 기어 톱니(45b)와 계합하고, 이에 따라 제2 아이들러 기어(48)는 제1 아이들러 기어(42)에 의해 구동된다. 제2 아이들러 기어(48)의 기어 톱니(51)는 나머지 상호 연결 요소(94)의 외부 표면 상에 형성된 기어 톱니(62)와 계합하고, 이에 따라 나머지 상호 연결 요소(94)는 제2 아이들러 기어(48)에 의해 구동된다. 상호 연결 요소(94)는, 예를 들면, 작동 피봇 샤프트(94)일 수도 있다. 작동 피봇 샤프트(94)와 작동 피봇 샤프트(54) 간의 차이점은 단지 작동 피봇 샤프트(94)가 기어 톱니(62)를 포함할 수 있다는 것이다. 작동 피봇 샤프트(94)의 기어 톱니(62)는 조정 링(26)의 외부 부분 상에 형성된 톱니(63)와 계합하여 조정 링(26)을 구동시킨다. 액추에이터 출력 샤프트(32)의 회전축(31), 제1 액슬(44)의 회전축(46), 제2 액슬(50)의 회전축(52), 및 작동 피봇 샤프트(94)의 회전축(60)은 각각 주 샤프트(6)의 회전축(R)에 평행하다.

기어형 작동 피봇 샤프트(94)에 부착된 일련의 아이들러 기어(42, 48)를 구동하는 기어형 액추에이터(30)를 제공함으로써, 작동 기구(40)를 제조하는 비용이 감소되고, 조립이 일부 종래의 구성에 비해 단순화된다. 또한, 기어형 작동 기구(40)는 더 높은 온도를 견딜 수 있고, 일부 종래의 작동 기구에 비해 더 낮은 날개 각도 공차, 마모의 감소, 및 더 낮은 히스테리시스를 갖는다.

도 6을 참조하면, 기어형 작동 기구(40)가 커버(75) 없이 사용될 수 있지만, 기어형 작동 기구(40)는 샤프트 수용 보어(25)를 통한 베어링 하우징(8) 밖으로의 배기가스의 누출을 최소한으로 억제하거나 또는 배제하기 위해 커버(75) 내부에 봉입될 것으로 예상된다. 전술한 바와 같이, 커버(75)는 베어링 하우징(8)의 외부 표면의 일부분에 밀봉되고 그 일부분과 협동하여, 액추에이터(30), 작동 기구(40) 및 작동 피봇 샤프트 제1 단부(56)를 에워싸는 밀봉된 인클로저(76)를 형성한다. 이 구성은 샤프트 수용 보어(25)를 통한 베어링 하우징(8) 밖으로의 배기가스의 누출을 최소한으로 억제하거나 또는 배제한다.

도 8을 참조하면, 다른 실시예에서는, 대체적 커버(175)가 베어링 하우징(8)의 외부 표면의 일부분에 밀봉되고 그 일부분과 협동하여, 작동 기구(40) 및 작동 피봇 샤프트 제1 단부(56)를 에워싸는 밀봉된 인클로저(176)(미도시)를 형성한다. 이 실시형태에서, 액추에이터(30)는 밀봉된 하우징(39) 내에 설치되고, 다음에 대체적 커버(175)의 외부 표면에 밀봉 방식으로 결합된다.

선택되는 예시적인 실시형태는 상기에서 어느 정도 상세하게 설명되어 있다. 예시적인 실시형태를 명확히 하기 위해 필요하다고 생각되는 구성만이 본원에서 설명되어 있음이 이해되어야 한다. 다른 종래의 구조, 및 시스템의 부속적 및 보조적 구성요소의 구조는 당해 기술분야의 숙련자에게 알려져 있고 이해되는 것으로 상정된다. 또한, 작동 예가 전술되어 있지만, 본 발명은 전술한 작동 예에 한정되지 않고, 청구범위에 제시된 본 발명을 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 설계 변경이 이루어질 수 있다.

Claims

터빈 휠(4);
상기 터빈 휠(4)을 둘러싸는 터빈 하우징(11);
상기 터빈 휠(4)에 인접하여 상기 터빈 하우징(11) 내에 배치되고, 상기 터빈 휠(4)로 전달되는 배기가스의 양을 선택적으로 제어하도록 구성된 VTG 장치(20);
샤프트 수용 보어(25)를 정의하는 베어링 하우징(8);
상기 VTG 장치(20)를 액추에이터(30)에 연결하도록 구성된 작동 기구(40, 140)로서, 상기 샤프트 수용 보어(25) 내에 배치되고 상기 VTG 장치(20)에 연결되는 작동 피봇 샤프트(54, 94)를 포함하며, 상기 작동 기구(40, 140)의 적어도 일부분이 상기 베어링 하우징(8)의 외부에 배치되는, 작동 기구(40, 140);
상기 액추에이터(30); 및
상기 액추에이터(30) 및 상기 작동 기구(140)를 둘러싸고, 상기 베어링 하우징(8)과 밀봉된 연결부를 형성하여 상기 샤프트 수용 보어(25) 내로 통과하는 배기가스가 대기로 빠져나가는 것을 방지하는 커버(75)를 포함하는, 가변형 터빈 기하학적 형태(variable turbine geometry: VTG) 터보차저(1).
제1항에 있어서, 상기 커버(75)는 가압 공기 공급원에 연결된 공기 입구(78)를 포함하고, 이에 따라 상기 커버(75)에 의해 둘러싸인 영역 내부의 가스가 대기 압력보다도 높은 압력에 있는, 터보차저(1).
제2항에 있어서, 상기 가압 공기 공급원은 상기 터보차저(1)의 압축기 부분(3)의 공기 출구를 포함하는, 터보차저(1).
제2항에 있어서, 상기 베어링 하우징(8)은 상기 샤프트 수용 보어(25)를 오일 윤활 배출구(17, 13)에 연결하는 통로(124)를 포함하고, 이에 따라 상기 커버(75) 내부로부터의 가압 공기가 상기 통로(124) 및 상기 오일 윤활 배출구(17, 13)를 통해 상기 터보차저(1)를 빠져나가는, 터보차저(1).
제1항에 있어서,
상기 샤프트 수용 보어(25)는 상기 작동 기구(40, 140)에 인접하는 제1 단부(56) 및 상기 VTG 장치(20)에 인접하여 대향하는 제2 단부(58)를 포함하고,
상기 베어링 하우징(8)은 오일 윤활 배출구(17, 13), 및 상기 샤프트 수용 보어(25)를 상기 오일 윤활 배출구(17, 13)에 연결하는 통로(124)를 포함하며,
상기 통로(124)는 상기 제1 단부(56)와 상기 대향하는 제2 단부(58) 사이의 위치에서 상기 샤프트 수용 보어(25)와 연통하는, 터보차저(1).
제5항에 있어서, 상기 작동 피봇 샤프트(54, 94)와 상기 샤프트 수용 보어(25) 사이에 배치된 피스톤 링(104)을 포함하고, 상기 통로(124)는 인접하는 피스톤 링(104) 사이의 위치에서 상기 샤프트 수용 보어(25)와 연통하는, 터보차저(1).
제1항에 있어서, 상기 작동 기구(40)는 상기 액추에이터(30)에 의해 제공된 회전 운동을 상기 VTG 장치(20)의 회전 운동으로 전달하도록 구성된 상호 연결 요소(42, 48, 94)를 포함하고, 상기 작동 기구(40)의 각 상호 연결 요소(42, 48, 94)는 기어형 톱니 표면을 포함하며, 각 상호 연결 요소(42, 48, 94)는 그의 각각의 기어 톱니형 표면을 통해 인접하는 상호 연결 요소(42, 48, 94)에 연결되는, 터보차저(1).
제1항에 있어서,
상기 커버(75)는 가압 공기 공급원에 연결된 공기 입구(78)를 포함하고,
상기 터보차저(1)는 상기 가압 공기 공급원으로부터의 공기를 상기 공기 입구(78)에 도달하기 전에 냉각하도록 구성된 공기 냉각기(74)를 포함하고, 이에 따라 상기 커버(75)에 의해 둘러싸인 영역 내부의 가스가 상기 커버(75) 외측의 주위 온도보다도 냉각될 수 있는, 터보차저(1).
하우징(11)의 외부 표면 상에 장착되고, 상기 하우징(11) 내부에 배치된 장치(20)를 작동시키도록 구성된 작동 조립체(30, 40, 140)로서,
액추에이터(30);
상기 하우징 내의 샤프트 수용 보어(25)를 통해 연장되는 작동 피봇 샤프트(54, 94)로서, 상기 하우징(11)의 외측 상에 배치되고 상기 액추에이터(30)에 연결되는 제1 단부 및 상기 하우징(11)의 내측 상에 배치되고 상기 장치(20)에 연결되는 제2 단부(58)를 포함하는, 상기 작동 피봇 샤프트(54, 94);
상기 작동 피봇 샤프트(54, 94)를 상기 액추에이터(30)에 연결하는 작동 기구(40, 140); 및
상기 하우징(11)의 외부 표면의 일부와 협동하여, 상기 액추에이터(30), 상기 작동 기구(40, 140) 및 상기 작동 피봇 샤프트 제1 단부(56)를 에워싸는 밀봉된 인클로저(76)를 형성하는 커버(75)를 포함하는, 작동 조립체(30, 40, 140).
제9항에 있어서, 상기 밀봉된 인클로저(76) 내부의 가스는 대기 압력보다도 높은 압력에 있는, 작동 조립체(30, 40, 140).
제9항에 있어서, 상기 커버(75)는 가압 공기 공급원에 연결된 공기 입구(78)를 포함하고, 이에 따라 상기 밀봉된 인클로저(76) 내부의 가스가 대기 압력보다도 높은 압력에 있는, 작동 조립체(30, 40, 140).
제9항에 있어서, 상기 하우징(11)은 내부에 형성된 싱크 통로(124)를 더 포함하고, 상기 싱크 통로(124)는 상기 샤프트 수용 보어(25)와 상기 커버(75)에 의해 에워싸이지 않은 위치에서 상기 하우징 내에 형성된 배출 개구(13, 17) 사이에 유체 유로를 정의하는, 작동 조립체(30, 40, 140).
제9항에 있어서, 제1 밀봉부(102) 및 제2 밀봉부(120)를 포함하고,
상기 제1 밀봉부(102)는 상기 작동 피봇 샤프트(54, 94)와 상기 샤프트 수용 보어(25) 사이에 배치된 피스톤 링(104)을 포함하고,
상기 제2 밀봉부(120)는 상기 하우징 내의 싱크 통로(124)에 대응하는 위치에 있는 비교적 저압 영역, 및 상기 비교적 저압 영역의 대향 측면 상에 설치된 고압 영역을 포함하는, 작동 조립체.
제9항에 있어서, 상기 작동 기구(40)는 상기 액추에이터(30)에 의해 제공된 회전 운동을 상기 장치(20)의 회전 운동으로 전달하도록 구성된 상호 연결 요소(42, 48, 94)를 포함하고, 상기 작동 기구(40)의 각 상호 연결 요소(42, 48, 94)는 기어 톱니형 표면을 포함하며, 각 상호 연결 요소(42, 48, 94)는 그의 각각의 기어 톱니형 표면을 통해 인접하는 상호 연결 요소(42, 48, 94)에 연결되는, 작동 조립체.
제9항에 있어서, 상기 커버(75)는 냉각 공기 공급원에 연결된 공기 입구(78)를 포함하고, 이에 따라 상기 밀봉된 인클로저(76) 내부의 가스가 주위 온도보다도 냉각된 온도에 있는, 작동 조립체.