KR20210023549A

KR20210023549A - 터보차저

Info

Publication number: KR20210023549A
Application number: KR1020190103891A
Authority: KR
Inventors: 이건식
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2021-03-04

Abstract

터보차저가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보차저는 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인이 가변적으로 길이가 변화 가능하게 구조를 변경한 터보차저에 관한 것이다.

Description

터보차저{Turbocharger}

본 발명은 터보차저에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인에서 길이 가변이 이루어질 수 있는 터보차저에 관한 것이다.

일반적으로 터보차저는 배기가스가 가지고 있는 에너지를 이용하여 터빈을 회전시키고, 터빈에 연결된 컴프레셔에 의해 공기를 가압하는 장치로서, 엔진의 연소실로 가압된 공기를 공급하여 엔진의 충진효율을 향상시킴으로써 출력을 증대할 수 있다.

터보차저는 엔진의 운전상태에 따라 배기가스가 제공할 수 있는 유량이 변화하므로 이를 엔진의 운전상태에 따라 적절히 조절하여 엔진을 보다 효율적으로 운전할 수 있도록 하기 위해서 터빈 노즐을 가변하여 배기가스가 터빈에 제공하는 유량을 조절한다.

상기 터빈 노즐을 가변시키는 방법으로는 배기가스가 터빈으로 공급되는 유로에 설치되어 있는 다수개의 베인을 회동 시킴으로써, 터빈으로 공급되는 배기가스의 유동 방향을 조절하도록 하는 방법이 주로 사용되고 있다.

이와 같이 사용되는 터보차저는 엔진의 분당 회전수에 따라 터보차저 터빈으로 유입되는 배기가스 유량이 가변될 때 베인의 노즐 폭이 고정되어 있어 터빈으로 공급되는 배기가스 유량이 상기 베인의 열림 각도 조절만으로는 안정적으로 유지되지 못하는 문제점이 유발되었다.

이 경우 차량이 저속 주행하거나 고속 주행 할 때 터빈에서 필요한 배기가스 유량이 공급되지 못하면서 결국 엔진의 효율이 저하되거나, 차량의 출력과 연비가 저하되는 문제점이 유발되어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.

대한민국공개특허 제10-2018-0124961호

본 발명의 실시 예들은 차량의 알피엠 변화에 따라 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인이 가변적으로 길이가 변화되도록 함으로써 엔진의 효율을 향상시킬 수 있는 터보차저를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 터보차저는 베인 카트리지(100); 상기 베인 카트리지(100)의 가장 자리를 따라 설치되고, 축 방향에서 길이가 가변 되는 스페이서(200); 상기 베인 카트리지(100)의 내측 중앙에 결합되고, 축 방향에서 길이가 가변 되는 터빈 휠 로터(300); 상기 스페이서(200)와 상기 터빈 휠 로터(300) 사이에서 상기 베인 카트리지(100)의 가장 자리를 따라 다수개가 배치되고, 축 방향에서 길이가 가변되는 베인(400); 및 상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)의 내측으로 삽입된 결합관(10)으로 압축 공기가 유입 또는 유출 되도록 구비된 펌프 유닛(500)을 포함한다.

상기 베인 카트리지(100)는 상기 베인(400)의 연장된 단부가 삽입되는 베인 삽입 홀(112)과, 상기 스페이서(200)의 연장된 단부가 삽입되는 스페이서 삽입 홀(114)이 형성된 베인 카트리지 커버링(110); 상기 베인 카트리지 커버링(110)과 마주보며 위치된 베인 카트리지 베이스링(120)를 포함한다.

상기 스페이서(200)는 일단이 상기 스페이서 삽입 홀(114)에 삽입된 후에 상기 베인 카트리지 베이스링(120)를 향해 일정한 직경으로 연장된 제1 축부(211)와, 상기 제1 축부(211)의 축방향에서 연장된 단부에서 반경 방향 외측으로 직경이 증가된 후에 축 방향을 따라서 감소된 제1 기능부(212)와, 상기 제1 기능부(212)의 단부에서 직경이 축소되어 상기 베인 카트리지 베이스링(120)을 향해 소정의 길이로 연장된 제2 축부(213)를 포함하는 어퍼 스페이서(210)와, 상기 제1 기능부(212)와 대응되는 직경과 길이로 형성된 제2 기능부(221)와, 상기 제2 기능부(221)와 일체로 형성되어 축 방향으로 연장되고, 상기 제2 축부(213)와 마주보는 위치에 개구된 제1 삽입 홈(222)과, 상기 제1 삽입 홈(222)과 일단이 연통되어 축 방향 내측으로 압축 공기가 유입되도록 제1 통로(223)가 형성된 로워 스페이서(220)를 포함한다.

상기 제1 통로(223)에는 상기 결합관(10)이 삽입되는 제1 장착부(223a)가 형성된다.

상기 어퍼 스페이서(210)와 상기 로워 스페이서(220)는 상기 제1 통로(223)로 압축 공기가 유입되기 이전에는 상기 제1 기능부(212)와 상기 제2 기능부(221)가 면접촉된 상태가 유지되고, 상기 제1 통로(223)로 압축 공기가 공급될 경우에는 상기 제2 축부(213)에 가해진 면압에 의해 상기 어퍼 스페이서(210)가 상기 로워 스페이서(220)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 길이가 가변된다.

상기 터빈 휠 로터(300)는 상기 결합관(10)이 삽입되는 터빈 휠 샤프트(310); 상기 터빈 휠 샤프트(310)의 연장된 단부에 결합되는 로터부(320)를 포함한다.

상기 터빈 휠 샤프트(310)는 상기 결합관(10)이 축 방향에서 삽입되도록 내측 단부에 형성된 제2 장착부(302)와, 상기 제2 장착부(302)와 연통되고 상기 로터부(320)를 향해 축 방향에서 소정의 길이로 연장된 제2 통로(312)와, 상기 제2 통로(312)의 단부에서 외측으로 직경이 증가한 후에 소정의 길이로 상기 로터부(320)를 향해 연장되며 상기 로터부(320)가 부분 삽입되도록 내측에 형성된 제2 삽입 홈(313)을 포함하고, 상기 로터부(320)는 상기 제2 삽입 홈(313)에 삽입되는 로터 축부(321)와, 상기 로터 축부(321)의 연장된 단부 외측에서 축 방향으로 연장된 후에 반경 방향으로 형성된 로터(322)를 포함한다.

상기 터빈 휠 샤프트(310)와 상기 로터부(320)는 상기 제2 통로(312)로 압축 공기가 유입되기 이전에는 상기 로터 축부(321)가 삽입 제2 삽입 홈(313)에 삽입되어 밀착된 상태가 유지되고, 상기 제2 통로(312)로 압축 공기가 공급될 경우 상기 로터 축부(321)에 가해진 면압에 의해 상기 로터부(320)가 상기 터빈 휠 샤프트(310)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 길이가 가변된다.

상기 베인(400)은 상기 베인 삽입 홀(112)에 단부가 삽입되도록 제1 베인 축부(412)가 형성된 어퍼 베인(410); 상기 어퍼 베인(410)과 결합된 상태로 상기 베인 카트리지 베이스링(120)을 경유하여 외측으로 연장된 제2 베인 축부(422)가 형성된 로워 베인(420)을 포함한다.

상기 어퍼 베인(410)은 상기 제1 베인 축부(412)를 따라 연장된 단부에 형성된 어퍼 베인 노즐(414)을 포함하고, 상기 로워 베인(420)은 상기 어퍼 베인 노즐(414)이 삽입되도록 제3 삽입 홈(423)이 형성된 로워 베인 노즐(424)과, 상기 제2 베인 축부(422)의 내측을 경유하여 상기 제3 삽입 홈(423)과 연통된 제3 통로(425)와, 상기 제3 통로(425)의 연장된 단부에 상기 결합관(10)이 삽입되도록 형성된 제3 장착부(426)를 포함한다.

상기 제3 통로(425)는 직선 형태 또는 직선과 경사 형태의 조합 중 어느 하나의 형태로 연장된다.

상기 어퍼 베인(410)은 상기 제3 통로(425)로 압축 공기가 공급될 경우에는 상기 어퍼 베인 노즐(414)에 가해진 면압에 의해 상기 어퍼 베인(410)이 상기 로워 베인(420)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 높이가 가변된다.

상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)은 상기 결합관(10)을 통해 공급된 압축 공기에 의해 상기 베인 카트리지(100)의 축 방향을 따라 동시에 길이가 가변된다.

상기 펌프 유닛(500)은 상기 결합관(10)으로 압축 공기를 공급하는 제1 펌프(510); 상기 결합관(10)에서 압축 공기를 진공의 압력으로 흡입하기 위한 제2 펌프(520)를 포함한다.

상기 결합관(10)을 통해 상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)으로 공급되는 압축 공기의 압력과 유량을 조절하기 위한 액츄에이터 유닛(600)을 더 포함한다.

본 발명의 실시 예들은 차량에 구비된 엔진으로 분당 회전수에 따른 최적의 배기가스 유량을 터빈에 공급할 수 있는 터보차저를 통해 상기 엔진의 효율이 향상되고, 연비도 함께 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인의 길이를 가변시켜 터보차저로 공급되는 배기가스 유량을 최적화 할 수 있고, 다양한 차량의 종류에 따른 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인을 각각 제작하지 않고서도 단일 터보차저로 사용이 가능하여 제조 원가 절감 및 효율성이 동시에 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보차저를 도시한 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인이 길이가 가변 되기 이전 상태를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인으로 압축 공기가 공급되어 길이가 가변된 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인이 베인 카트리지에 의해 조립된 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서로 압축 공기가 유입되어 길이가 가변된 상태를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서의 다른 실시 예를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 휠 로터에서 길이가 가변 되기 이전 상태를 도시한 종 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터빈 휠 로터로 압축 공기가 유입되어 길이가 가변된 상태를 도시한 단면도.
도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 베인이 길이가 가변되기 이전과 이후 상태를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베인에 형성된 제3 통로의 실시 예를 도시한 종 단면도.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 베인으로 압축 공기가 유입되어 길이가 가변된 상태를 도시한 단면도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 터보차저에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

참고로 첨부된 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터보차저를 도시한 분해 사시도 이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인이 길이 가변 되기 이전 상태를 도시한 단면도 이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인으로 압축 공기가 공급되어 길이가 가변된 상태를 도시한 단면도 이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스페이서와, 터빈 휠 로터와, 베인이 베인 카트리지에 의해 조립된 상태를 도시한 도면이다.

첨부된 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예는 일 예로 VGT(VGT(Variable Geometry Turbocharger)에 설치되는 각각의 구성품에서 길이가 가변되는 것으로 설명하며, 엔진의 분당 회전수에 따라 가변적으로 후술할 스페이서(200)와, 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)의 길이 가변을 통해 다양한 운전 영역에서 차량의 연비 향상과 엔진의 출력 증대를 도모할 수 있다.

이를 위해 본 실시 예에 의한 터보차저는 베인 카트리지(100)와, 상기 베인 카트리지(100)의 가장 자리를 따라 설치되고, 축 방향에서 길이가 가변 되는 스페이서(200)와, 상기 베인 카트리지(100)의 내측 중앙에 결합되고, 축 방향에서 길이가 가변 되는 터빈 휠 로터(300)와, 상기 스페이서(200)와 상기 터빈 휠 로터(300) 사이에서 상기 베인 카트리지(100)의 가장 자리를 따라 다수개가 배치되고, 축 방향에서 길이가 가변되는 베인(400) 및 상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)의 내측으로 삽입된 결합관(10)으로 압축 공기가 유입 또는 유출 되도록 구비된 펌프 유닛(500)을 포함한다.

상기 펌프 유닛(500)은 상기 결합관(10)으로 압축 공기를 공급하는 제1 펌프(510)와, 상기 결합관(10)에서 압축 공기를 진공의 압력으로 흡입하기 위한 제2 펌프(520)를 포함한다.

상기 제1 펌프(510)는 공기압축기가 사용되고, 제2 펌프(520)는 저압의 진공 압이 발생되는 진공 펌프가 사용된다.

본 실시 예는 결합관(10)을 통해 상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)으로 공급되는 압축 공기의 압력과 유량을 조절하기 위한 액츄에이터 유닛(600)을 더 포함한다.

상기 액츄에이터 유닛은 상기 결합관(10)으로 유입 또는 유출되는 압축 공기량을 차량의 주행 상태와 엔진 RPM에 따라 가변 시켜 상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)과, 상기 베인(400)의 길이 가변을 용이하게 실시할 수 있다.

본 실시 예는 도 2에 도시된 바와 같이 베인(400)에 구비된 베인의 노즐 폭이 Lo이 5.6mm로 유지되다가, 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이 펌프 유닛(500)을 통해 상기 결합관(10)으로 압축 공기가 공급될 경우 상기 베인의 노늘 폭(Lc)이 5.75mm로 가변 되면서 터빈으로 공급되는 배기가스 유량의 변화를 통한 차량의 출력 증대를 도모할 수 있다.

이와 같이 본 실시 예는 스페이서(200)와, 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)이 서로 간에 밀착된 상태가 유지(도 2 참조)되다가, 엔진 알피엠(RPM)에 따라 스페이서(200)와, 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)이 길이가 증가하는 방향으로 가변됨으로써 터빈으로 보다 많은 배기가스 유량의 이동이 이루어지고, 이를 통해 차량의 엔진 출력이 향상될 수 있다.

반대로 스페이서(200)와, 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)의 길이가 감소하는 방향으로 가변되어, 서로 간에 밀착된 상태(도 2 참조)로 작동될 경우, 베인(400)을 통과하는 배기가스 유량을 감소시켜 저속 효율이 향상될 수 있다.

상기 베인 카트리지(100)는 상기 스페이서(200)와, 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)이 설치되기 위해 베인 카트리지 커버링(110)와, 상기 베인 카트리지(110)커버링과 마주보며 위치된 베인 카트리지 베이스링(120)을 포함한다.

상기 베인 카트리지 커버링(110)은 상기 베인(400)의 연장된 단부가 삽입되는 베인 삽입 홀(112)과, 상기 스페이서(200)의 연장된 단부가 삽입되는 스페이서 삽입 홀(114)이 형성된다.

상기 베인 카트리지 커버링(110)은 상기 베인(400)의 길이 가변을 위해 베인 삽입 홀(112)이 도면에 도시된 바와 같이 베인(400)과 마주보는 위치에 개구되어 있어, 상기 베인(400)의 일측이 안정적으로 삽입된다. 또한 상기 베인(400)이 도면 기준 상하 방향으로 높이가 가변되는 경우에도 상기 베인 삽입 홀(112)에 상단이 삽입되어 있어 이탈 또는 분리되지 않고 안정적으로 삽입된 상태가 유지된다.

첨부된 도 5 내지 도 7을 참조하면, 스페이서(200)는 어퍼 스페이서(210)와 로워 스페이서(220)를 포함하여 구성되고, 상기 어퍼 스페이서(210)는 일단이 상기 스페이서 삽입 홀(114)에 삽입된 후에 상기 베인 카트리지 베이스링(120)을 향해 일정한 직경으로 연장된 제1 축부(211)와, 상기 제1 축부(211)의 축방향에서 연장된 단부에서 반경 방향 외측으로 직경이 증가된 후에 축 방향을 따라서 감소된 제1 기능부(212)와, 상기 제1 기능부(212)의 단부에서 직경이 축소되어 상기 베인 카트리지 베이스링(120)을 향해 소정의 길이로 연장된 제2 축부(213)를 포함한다.

상기 어퍼 스페이서(210)와 상기 로워 스페이서(220)는 상기 제1 통로(223)로 압축 공기가 유입되기 이전에는 상기 제1 기능부(212)와 후술할 제2 기능부(221)가 면접촉된 상태가 유지되고, 상기 제1 통로(223)로 압축 공기가 공급될 경우에는 상기 제2 축부(213)에 가해진 면압에 의해 상기 어퍼 스페이서(210)가 상기 로워 스페이서(220)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 길이가 가변 된다.

상기 로워 스페이서(220)는 상기 제1 기능부(212)와 대응되는 직경과 길이로 형성된 제2 기능부(221)와, 상기 제2 기능부(221)와 일체로 형성되어 축 방향으로 연장되고, 상기 제2 축부(213)와 마주보는 위치에 개구된 제1 삽입 홈(222)과, 상기 제1 삽입 홈(222)과 일단이 연통되어 축 방향 내측으로 압축 공기가 유입되도록 제1 통로(223)가 형성된다.

도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1 기능부(212)와 상기 제2 기능부(221)는 밀착될 경우 제1 길이(L1)로 연장된 상태가 유지되고, 압축 공기가 제1 통로(223)로 유입될 경우 제2 길이(L2)로 높이가 가변 된다.

이를 통해 터보차저 터빈의 내부로 유입되는 배기가스 유량을 임의의 양으로 용이하게 조절할 수 있다.

상기 제1 통로(223)에는 상기 결합관(10)이 삽입되는 제1 장착부(223a)가 형성되고, 상기 제1 장착부(223a)에는 결합관(10)의 연장된 단부가 지지되는 걸림턱(223aa)이 형성되어 있어 상기 결합관(10)이 삽입될 경우 축 방향에서 삽입되는 길이가 정확하게 유지된다. 따라서 상기 결합관(10)은 상기 제1 장착부(223a)에 삽입될 경우 안정적으로 삽입되고, 상기 제1 장착부(223a)에서 외측으로 이탈되거나 분리되지 않는다.

제1 통로(223)는 제1 장착부(223a)의 직경 보다는 작은 직경으로 형성되고, 소정의 길이로 연장되어 상기 제1 삽입 홈(222)과 연통된다. 상기 로워 스페이서(220)는 상기 제1 삽입 홈(222)에 상기 제2 축부(213)가 삽입되는데, 상기 제1 통로(223)로 공급된 압축 공기에 의해 상기 제2 축부(213)가 면압을 받아 상기 제1 삽입 홈(222)의 축 방향을 따라 이동된다.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 의한 스페이서(200)는 제1 통로(223)에서 상기 제2 축부(213)를 향해 소정의 직경으로 분기된 분기 통로(223b)가 형성될 수 있다. 상기 분기 통로(223b)는 상기 제2 축부(213)로 가해지는 면압을 증가시키기 위해 상기 제1 통로(223)의 직경 보다 작은 직경으로 형성되므로 압력과 속도 에너지가 증가하여 상기 제2 축부(213)로 분사된다.

따라서 상기 어퍼 스페이서(210)는 상기 로워 스페이서(220)에서 길이 가변이 보다 정확하고 안정적으로 이루어질 수 있다.

상기 어퍼 스페이서(210)와 상기 로워 스페이서(220)는 서로 간에 밀착되는 위치 중 모서리 위치에 라운드 진 라운드 부(R1)가 형성되어 있어 작동시 걸리거나 이동 안정성이 저하되는 문제점이 예방된다.

첨부된 도 8 내지 도 9를 참조하면 본 실시 예에 의한 터빈 휠 로터(300)는 상기 결합관(10)이 삽입되는 터빈 휠 샤프트(310)와, 상기 터빈 휠 샤프트(310)의 연장된 단부에 결합되는 로터부(320)를 포함한다.

상기 터빈 휠 샤프트(310)는 상기 결합관(10)이 축 방향에서 삽입되도록 내측 단부(도면 기준 좌측 단부)에 형성된 제2 장착부(302)와, 상기 제2 장착부(302)와 연통되고 상기 로터부(320)를 향해 축 방향에서 소정의 길이로 연장된 제2 통로(312)와, 상기 제2 통로(312)의 단부에서 외측으로 직경이 증가한 후에 소정의 길이로 상기 로터부(320)를 향해 연장되며 상기 로터부(320)가 부분 삽입되도록 내측에 형성된 제2 삽입 홈(313)을 포함한다.

상기 로터부(320)는 상기 제2 삽입 홈(313)에 삽입되는 로터 축부(321)와, 상기 로터 축부(321)의 연장된 단부 외측에서 축 방향으로 연장된 후에 반경 방향으로 형성된 로터(322)를 포함한다.

상기 로터 축부(321)는 상기 제2 삽입 홈(313)에서 이탈 또는 분리되지 않도록 도면에 도시된 길이로 삽입되므로 회전에 따른 결합 안전성이 향상된다.

상기 제2 장착부(302)는 상기 결합관(10)이 삽입된 이후에 축 방향에서 삽입되는 길이가 정확하게 유지되도록 전술한 걸림턱(223aa)과 동일한 구조로 걸림턱(302aa)이 형성되어 있으므로 상기 결합관(10)의 삽입 깊이가 안정적으로 유지된다.

상기 제2 통로(312)는 도면에 도시된 길이로 연장되므로 고압의 압축 공기가 상기 로터 축부(321)에 가해질 때 압력 손실이 발생되지 않고 상기 로터 축부(321)로 전달될 수 있어 의도된 길이로 정확하게 이동시킬 수 있다.

상기 제2 장착부(302)와 상기 제2 통로(312) 및 상기 제2 삽입 홈(313)은 모두 동축으로 연통되어 있어 결합관(10)을 통해 유입 또는 유출되는 압축 공기의 이동이 정확하고 안정적으로 이루어진다.

상기 터빈 휠 샤프트(310)와 상기 로터부(320)는 상기 제2 통로(312)로 압축 공기가 유입되기 이전에는 상기 로터 축부(321)가 삽입 제2 삽입 홈(313)에 삽입되어 밀착된 상태가 유지되고, 상기 제2 통로(312)로 압축 공기가 공급될 경우 상기 로터 축부(321)에 가해진 면압에 의해 상기 로터부(320)가 상기 터빈 휠 샤프트(310)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 길이가 가변 된다.

상기 로터 축부(321)는 압축 공기가 제2 통로(312)를 통해 공급될 경우 확대도에 도시된 바와 같이 소정의 길이로 이격되면서 길이가 가변된다.

또한 상기 터빈 휠 샤프트(310)와 로터부(320)는 서로 간에 면접촉되어 상대 이동이 이루어지는 구간 중 모서리 위치에 라운드 부(R2)가 형성되어 있어 이동 중 걸리는 문제점이 발생되지 않고 안정적으로 작동된다.

첨부된 도 10a 내지 도 12를 참조하여 본 실시 예에 의한 베인에 대해 설명한다. 참고로 도 10a 내지 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 베인이 길이가 가변되기 이전과 이후 상태를 도시한 도면을 나타낸 것이다.

베인(400)은 전술한 베인 삽입 홀(112)에 단부가 삽입되도록 제1 베인 축부(412)가 형성된 어퍼 베인(410)과, 상기 어퍼 베인(410)과 결합된 상태로 상기 베인 카트리지 베이스링(120)을 경유하여 외측으로 연장된 제2 베인 축부(422)가 형성된 로워 베인(420)을 포함한다.

상기 어퍼 베인(410)은 상기 제3 통로(425)로 압축 공기가 공급될 경우에는 상기 어퍼 베인 노즐(414)에 가해진 면압에 의해 상기 어퍼 베인(410)이 상기 로워 베인(420)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 높이가 가변 된다.

상기 베인(400)은 어퍼 베인 노즐(414)과 로워 베인 노즐(424) 간 간극의 이격으로 높이가 가변 되므로 노즐폭의 증대를 통한 배기가스 유량이 증가되어 엔진의 출력이 향상된다.

또한 베인(400)은 어퍼 베인(410)과 로워 베인(420)으로 각각 구성된 후에 1개의 구성품으로 결합되므로 높이 조절에 보다 유리하고, 상기 어퍼 베인(410)이 상기 제1 베인 축부(412)를 매개로 결합되고, 상기 로워 베인(420)이 제2베인 축부(422)를 매개로 각각 결합되므로 구조적으로도 안전성이 향상된다.

상기 어퍼 베인(410)은 상기 어퍼 베인 노즐(414)과 연결된 상기 제1 베인 축부(412)와의 연결지점에 숄더가 형성되지 않으므로 히스테리시스 현상에 의한 문제점이 발생되지 않는다.

상기 어퍼 베인 노즐(414)은 로워 베인 노즐(424)에 형성된 제3 삽입 홈(423)의 내측에 삽입된 후에 상기 제3 통로(425)로 공급된 압축 공기의 유입 또는 유출에 따라 상기 어퍼 베인 노즐(414)이 상기 로워 베인 노즐(424)에서 높이가 가변 되므로 높은 분당 회전수의 영역에서 유량 증대를 통한 차량의 효율적인 주행을 도모할 수 있다.

상기 제3 통로(425)는 직선 형태 또는 직선과 경사 형태의 조합 중 어느 하나의 형태로 연장되며, 상기 제 2 베인 축부(422)와 로워 베인 노즐(424)의 상호 위치에 따라 압축 공기의 안정적인 이동을 위해 직선과 경사 형태로 이루어지거나, 직선 형태로 이루어질 수 있다.

제3 통로(425)는 안정적인 압축 공기의 이동을 위해 도면에 도시된 형태 이외에도 다른 형태로 변경될 수 있으며, 도면에 도시된 형태로 한정하지 않는다.

상기 어퍼 베인 노즐(414)은 제3 통로(425)로 공급된 압축 공기에 의해 상기 제3 삽입 홈(423)에서 상측으로 이동될 경우 도면에 도시된 바와 같이 소정의 높이로 이동되며, 이동 도중 걸리는 현상이 발생되지 않도록 라운드 부(R3)가 형성되어 있어 안정적으로 이동이 이루어진다.

제3 장착부(426)는 전술한 제1 내지 2 장착부(223a, 302)와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)은 상기 결합관(10)을 통해 공급된 압축 공기에 의해 상기 베인 카트리지(100)의 축 방향을 따라 동시에 이동이 이루어지므로 차량이 고 RPM 영역일 경우 길이가 증가되어 고속 주행 조건에서 터빈의 운전에 필요한 배기가스 유량을 증가시켜 출력을 향상시키고, 저 RPM 영역일 경우 최초 접촉된 원 위치로 이동되어 저속 효율 개선을 통해 차량 연비가 향상될 수 있다.

또한 본 실시 예는 압축 공기의 공급에 의한 길이가 증가하는 작동 상태를 위주로 설명하였으나, 제1 펌프(510) 작동 이후 최초 위치로 원위치 되거나, 길이가 감소되기 위해 제2 펌프(520)가 작동될 경우 진공의 압축 공기에 의한 진공 압력이 결합관(10)으로 전달되어 상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)의 길이가 감소하여 위치 이동이 이루어질 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10 : 결합관
100 : 베인 카트리지
110 : 베인 카트리지 커버링
112 : 베인 삽입 홀
114 : 스페이서 삽입 홀
120 : 베인 카트리지 베이스링
200 : 스페이서
210 : 어퍼 스페이서
211 : 제1 축부
212 : 제1 기능부
213 : 제2 축부
220 : 로워 스페이서
221 : 제2 기능부
222 : 제1 삽입 홈
223 : 제1 통로
223a : 제1 장착부
300 : 터빈 휠 로터
302 : 제2 장착부
312 : 제2 통로
313 : 제2 삽입 홈
321 : 로터 축부
322 : 로터
400 : 베인
410 : 어퍼 베인
412 : 제1 베인 축부
414 : 어퍼 베인 암
420 : 로워 베인
422 : 제2 베인 출부
423 : 제3 삽입 홈
424 : 로워 베인 암
425 : 제3 통로
426 : 제3 장착부
500 : 펌프 유닛
510 : 제1 펌프
520 : 제2 펌프
600 : 액츄에이터 유닛

Claims

베인 카트리지(100);
상기 베인 카트리지(100)의 가장 자리를 따라 설치되고, 축 방향에서 길이가 가변 되는 스페이서(200);
상기 베인 카트리지(100)의 내측 중앙에 결합되고, 축 방향에서 길이가 가변 되는 터빈 휠 로터(300);
상기 스페이서(200)와 상기 터빈 휠 로터(300) 사이에서 상기 베인 카트리지(100)의 가장 자리를 따라 다수개가 배치되고, 축 방향에서 길이가 가변되는 베인(400); 및
상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)의 내측으로 삽입된 결합관(10)으로 압축 공기가 유입 또는 유출 되도록 구비된 펌프 유닛(500)을 포함하는 터보차저.
제1 항에 있어서,
상기 베인 카트리지(100)는 상기 베인(400)의 연장된 단부가 삽입되는 베인 삽입 홀(112)과, 상기 스페이서(200)의 연장된 단부가 삽입되는 스페이서 삽입 홀(114)이 형성된 베인 카트리지 커버링(110);
상기 베인 카트리지 커버링(110)과 마주보며 위치된 베인 카트리지 베이스링(120)을 포함하는 터보차저.
제2 항에 있어서,
상기 스페이서(200)는 일단이 상기 스페이서 삽입 홀(114)에 삽입된 후에 상기 베인 카트리지 베이스링(120)를 향해 일정한 직경으로 연장된 제1 축부(211)와, 상기 제1 축부(211)의 축방향에서 연장된 단부에서 반경 방향 외측으로 직경이 증가된 후에 축 방향을 따라서 감소된 제1 기능부(212)와, 상기 제1 기능부(212)의 단부에서 직경이 축소되어 상기 베인 카트리지 베이스링(120)을 향해 소정의 길이로 연장된 제2 축부(213)를 포함하는 어퍼 스페이서(210);
상기 제1 기능부(212)와 대응되는 직경과 길이로 형성된 제2 기능부(221)와, 상기 제2 기능부(221)와 일체로 형성되어 축 방향으로 연장되고, 상기 제2 축부(213)와 마주보는 위치에 개구된 제1 삽입 홈(222)과, 상기 제1 삽입 홈(222)과 일단이 연통되어 축 방향 내측으로 압축 공기가 유입되도록 제1 통로(223)가 형성된 로워 스페이서(220)를 포함하는 터보차저.
제3 항에 있어서,
상기 제1 통로(223)에는 상기 결합관(10)이 삽입되는 제1 장착부(223a)가 형성된 터보차저.
제3 항에 있어서,
상기 어퍼 스페이서(210)와 상기 로워 스페이서(220)는 상기 제1 통로(223)로 압축 공기가 유입되기 이전에는 상기 제1 기능부(212)와 상기 제2 기능부(221)가 면접촉된 상태가 유지되고,
상기 제1 통로(223)로 압축 공기가 공급될 경우에는 상기 제2 축부(213)에 가해진 면압에 의해 상기 어퍼 스페이서(210)가 상기 로워 스페이서(220)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 길이가 가변되는 터보차저.
제1 항에 있어서,
상기 터빈 휠 로터(300)는 상기 결합관(10)이 삽입되는 터빈 휠 샤프트(310);
상기 터빈 휠 샤프트(310)의 연장된 단부에 결합되는 로터부(320)를 포함하는 터보차저.
제6 항에 있어서,
상기 터빈 휠 샤프트(310)는 상기 결합관(10)이 축 방향에서 삽입되도록 내측 단부에 형성된 제2 장착부(302)와, 상기 제2 장착부(302)와 연통되고 상기 로터부(320)를 향해 축 방향에서 소정의 길이로 연장된 제2 통로(312)와, 상기 제2 통로(312)의 단부에서 외측으로 직경이 증가한 후에 소정의 길이로 상기 로터부(320)를 향해 연장되며 상기 로터부(320)가 부분 삽입되도록 내측에 형성된 제2 삽입 홈(313)을 포함하고,
상기 로터부(320)는 상기 제2 삽입 홈(313)에 삽입되는 로터 축부(321)와, 상기 로터 축부(321)의 연장된 단부 외측에서 축 방향으로 연장된 후에 반경 방향으로 형성된 로터(322)를 포함하는 터보차저.
제7 항에 있어서,
상기 터빈 휠 샤프트(310)와 상기 로터부(320)는 상기 제2 통로(312)로 압축 공기가 유입되기 이전에는 상기 로터 축부(321)가 삽입 제2 삽입 홈(313)에 삽입되어 밀착된 상태가 유지되고,
상기 제2 통로(312)로 압축 공기가 공급될 경우 상기 로터 축부(321)에 가해진 면압에 의해 상기 로터부(320)가 상기 터빈 휠 샤프트(310)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 길이가 가변되는 터보차저.
제1 항에 있어서,
상기 베인(400)은 상기 베인 삽입 홀(112)에 단부가 삽입되도록 제1 베인 축부(412)가 형성된 어퍼 베인(410);
상기 어퍼 베인(410)과 결합된 상태로 상기 베인 카트리지 베이스링(120)을 경유하여 외측으로 연장된 제2 베인 축부(422)가 형성된 로워 베인(420)을 포함하는 터보차저.
제9 항에 있어서,
상기 어퍼 베인(410)은 상기 제1 베인 축부(412)를 따라 연장된 단부에 형성된 어퍼 베인 노즐(414)을 포함하고,
상기 로워 베인(420)은 상기 어퍼 베인 노즐(414)이 삽입되도록 제3 삽입 홈(423)이 형성된 로워 베인 노즐(424)과, 상기 제2 베인 축부(422)의 내측을 경유하여 상기 제3 삽입 홈(423)과 연통된 제3 통로(425)와, 상기 제3 통로(425)의 연장된 단부에 상기 결합관(10)이 삽입되도록 형성된 제3 장착부(426)를 포함하는 터보차저.
제10 항에 있어서,
상기 제3 통로(425)는 직선 형태 또는 직선과 경사 형태의 조합 중 어느 하나의 형태로 연장된 터보차저.
제10 항에 있어서,
상기 어퍼 베인(410)은 상기 제3 통로(425)로 압축 공기가 공급될 경우에는 상기 어퍼 베인 노즐(414)에 가해진 면압에 의해 상기 어퍼 베인(410)이 상기 로워 베인(420)에 대해 소정의 간극으로 이격되어 높이가 가변되는 터보차저.
제1 항에 있어서,
상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)은 상기 결합관(10)을 통해 공급된 압축 공기에 의해 상기 베인 카트리지(100)의 축 방향을 따라 동시에 길이 변경이 이루어지는 터보차저.
제1 항에 있어서,
상기 펌프 유닛(500)은 상기 결합관(10)으로 압축 공기를 공급하는 제1 펌프(510);
상기 결합관(10)에서 압축 공기를 진공의 압력으로 흡입하기 위한 제2 펌프(520)를 포함하는 터보차저.
제14 항에 있어서,
상기 결합관(10)을 통해 상기 스페이서(200)와, 상기 터빈 휠 로터(300)와, 상기 베인(400)으로 공급되는 압축 공기의 압력과 유량을 조절하기 위한 액츄에이터 유닛(600)을 더 포함하는 터보차저.