KR101144515B1

KR101144515B1 - 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리

Info

Publication number: KR101144515B1
Application number: KR1020090102034A
Authority: KR
Inventors: 우수형; 손진욱; 김영남; 공진국
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2012-05-11
Also published as: CN102052096B; US8573930B2; KR20110045444A; CN102052096A; DE102010038185B4; US20110097197A1; DE102010038185A1

Abstract

본 발명은 작동링크들과 컨트롤링의 연결구조를 개선하여 작동링크와 컨트롤링 사이의 마찰과 마모를 저감시켜서 내구성을 향상시키도록 하며, 보다 간단한 구성과 구조로, 제작이 용이하도록 하고, 각 부품 사이의 유격을 비교적 작게 설정할 수 있도록 하여 정숙하고 안정된 동작성을 갖출 수 있도록 한다.

베인, 노즐링, 컨트롤링, 배기가스

Description

가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리{Nozzle Assembly of Variable Geometry Turbocharger}

본 발명은 가변 지오메트리 터보차져의 노즐을 구동하는 메커니즘에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 노즐을 통하여 유동하는 배기가스의 흐름을 조절하기 위하여 베인의 회동각도를 조절하도록 하는 메커니즘에 관한 기술이다.

종래의 가변 지오메트리 터보차져는 터빈하우징의 터빈 중심축상에 배출파이프가 구비되어, 내연기관으로부터 토출되는 배기가스가 터빈의 외측으로부터 내측으로 유동하여 중앙의 상기 배출파이프를 통해 터보차져를 빠져 나가도록 되어 있고, 상기 터빈의 외측으로부터 터빈으로 유입되는 배기가스의 유동은 상기 터빈의 외측에 구비된 노즐어셈블리에 의해 조절되도록 되어 있다.

종래의 상기 노즐어셈블리는 다수의 베인이 회동 가능하게 원을 이루어 장착되어 있는 노즐링과, 상기 베인을 사이에 두고 상기 노즐링으로부터 이격되어 설치됨으로써 배기가스가 통과하는 노즐을 형성하는 노즐플레이트와, 상기 노즐링에 대해 상대회동이 가능하도록 상기 노즐링과 동심축을 이루어 설치되고 외부로부터 상 기 베인들의 회동각도를 조절할 작동력을 전달받는 컨트롤링과, 상기 컨트롤링과 상기 베인들의 회동축들을 연결하여 상기 컨트롤링의 상기 노즐링에 대한 상대 회동시 상기 베인들을 각각 회동시키도록 하는 다수의 작동링크 등으로 구성된다.

상기 컨트롤링은 상기 다수의 작동링크들의 일단이 각각 끼워져서 상기 컨트롤링의 상기 노즐링에 대한 상대회동 변위를 상기 베인의 회동력으로 전달할 수 있도록 하는 다수의 연결부가 구비되는데, 상기 연결부는 단순한 홈이나 구멍의 구조로 되어 있어서, 상기 작동링크와의 사이에서 마찰 및 마모가 심하게 발생되어 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 상기 연결부와 작동링크의 연결구조는 상대적으로 복잡한 구조를 취하게 되어 그 가공성이 떨어지는 경향이 있으며, 고온 열팽창을 고려하여 각 부품 사이의 유격이 상대적으로 크게 설정되어 작동상의 정숙성과 안정성이 다소 떨어지고 떨림이 발생할 우려가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 작동링크들과 컨트롤링의 연결구조를 개선하여 작동링크와 컨트롤링 사이의 마찰과 마모를 저감시켜서 내구성을 향상시키도록 하며, 보다 간단한 구성과 구조로, 제작이 용이하도록 하고, 각 부품 사이의 유격을 비교적 작게 설정할 수 있도록 하여 정숙하고 안정된 동작성을 갖출 수 있도록 한 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어 셈블리를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리는

다수의 베인이 회동 가능하게 구비된 노즐링과;

상기 노즐링과 동심축을 이루어 배치된 컨트롤링과;

상기 컨트롤링에 회전 가능하게 설치된 다수의 롤러와;

상기 노즐링에 회동 가능하게 설치되는 베인에 연결되며, 상기 롤러들 사이에 삽입되는 다수의 작동링크;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 다수의 베인(1)이 회동 가능하게 구비된 노즐링(3)과; 상기 노즐링(3)과 동심축을 이루어 배치된 컨트롤링(5)과; 상기 컨트 롤링(5)에 회전 가능하게 설치된 다수의 롤러(7)와; 상기 노즐링(3)에 회동 가능하게 설치되는 베인(1)에 연결되며, 상기 롤러(7)들 사이에 삽입되는 다수의 작동링크(9)를 포함하여 구성된다.

상기 롤러(7)의 회전축은 상기 컨트롤링(5)의 회동축과 평행하도록 형성되고, 상기 작동링크(9)는 인접한 상기 두 롤러(7) 사이에서, 상기 롤러(7)들이 공전하는 동안 상기 롤러(7)에 구름 접촉하도록, 상기 두 롤러(7) 사이에 위치하는 부분이 곡면으로 형성된다.

즉, 본 발명에서는 상기 베인(1)을 회동시키기 위해 상기 컨트롤링(5)으로부터 제공되는 힘을 상기 롤러(7)와 작동링크(9)에 의해 전달하도록 한 것으로서, 상기 롤러(7)가 상기 컨트롤링(5)과 함께 공전하면서 자전하기 때문에 상기 작동링크(9)와의 접촉부위에서는 구름접촉 상태를 형성하게 되어, 마찰과 마모가 거의 발생하지 않게 되는 것이다.

본 실시예에서, 상기 작동링크(9)의 상기 두 롤러(7) 사이에 위치하는 부분은 타원형으로 형성되어 있다. 이는 상기 컨트롤링(5)이 회동함에 따라 상기 롤러(7)가 공전과 자전하면서 이동하고, 이에 따라 인접한 두 롤러(7) 사이에 위치하는 작동링크(9)의 각도가 변화하므로 이러한 각도변화를 흡수하면서 상기 작동링크(9)와 롤러(7) 사이의 구름접촉 상태를 지속적으로 유지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

물론, 상기 작동링크(9)와 롤러(7)가 상기 컨트롤링(5)의 회동범위 내에서 계속적으로 구름접촉 상태를 유지하는 것이 바람직하지만, 가공상의 용이성 등을 고려할 때, 도 3에 예시한 바와 같이 상기 작동링크(9)의 상기 두 롤러(7) 사이에 위치하는 부분은 원형으로 형성될 수도 있을 것이며, 이 경우에는 상기 컨트롤링(5)의 회동 정도에 따라 상기 롤러(7)와 작동링크(9) 사이에는 약간의 유격이 발생하게 될 것이다.

상기 컨트롤링(5)에는 상기 롤러(7)의 회전축으로 작용하는 롤러축돌기(11)가 일체로 돌출되어 형성되고, 상기 롤러(7)는 중공의 원통형으로 형성되어 상기 롤러축돌기(11)에 삽입된 구조이다.

상기 노즐링(3)은 터보하우징(13)에 삽입되어 터보하우징(13)의 평면벽부(15)와 평행하게 배치되고, 상기 터보하우징(13)의 평면벽부(15)와 상기 노즐링(3) 사이에는 상기 컨트롤링(5)이 위치하며, 상기 컨트롤링(5)과 상기 평면벽부(15) 사이에 상기 롤러(7)가 회전 가능하게 배치되며, 상기 베인(1)은 상기 노즐링(3)을 관통하는 노즐회동축(17)의 일측에 고정되고, 상기 작동링크(9)는 상기 노즐회동축(17)의 타측에 고정되고 상기 롤러(7) 사이로 자유단이 삽입된 구조이다.

상기 터보하우징(13)의 평면벽부(15)에는 상기 컨트롤링(5)을 회동시키는 힘을 제공하기 위한 컨트롤레버(19)가 회동 가능하게 설치되고, 상기 컨트롤레버(19)는 상기 평면벽부(15)를 관통하는 컨트롤회동축(21)을 통해 외부로부터 회동력을 전달받도록 구성된다.

물론, 상기 컨트롤회동축(21)에는 별도의 작동레버 등이 연결되어, 모터, 공압 액츄에이터 또는 유압 액츄에이터 등과 같은 장치가 연결되어 엔진컨트롤러(7) 등과 같은 제어기에 의해 상기 컨트롤회동축(21)을 구동함으로써, 궁극적으로 상기 베인(1)의 회동 각도를 조절할 수 있도록 구성된다.

본 실시예에서는 상기 컨트롤레버(19)가 상기 터보하우징(13)의 평면벽부(15) 내에 마련된 공간인 링크설치홈(23)에 삽입된 상태에서 작동될 수 있도록 구성하여 보다 컴팩트한 구성이 가능하도록 하였다.

한편, 도 4에는 상기 도 1의 실시예와는 조금 다른 배치 구조의 다른 실시예가 도시되어 있는 바, 상기 노즐링(3)은 터보하우징(13)에 삽입되어 터보하우징(13)의 평면벽부(15)와 평행하게 배치되고, 상기 터보하우징(13)의 평면벽부(15)와 상기 노즐링(3) 사이에는 상기 컨트롤링(5)이 위치하며, 상기 컨트롤링(5)과 상기 노즐링(3) 사이에 상기 롤러(7)가 회전 가능하게 배치되며, 상 기 베인(1)은 상기 노즐링(3)을 관통하는 노즐회동축(17)의 일측에 고정되고, 상기 작동링크(9)는 상기 노즐회동축(17)의 타측에 고정되고 상기 롤러(7) 사이로 자유단이 삽입된 구조를 취하여, 상기 도 1의 구조와는 상기 롤러(7)와 컨트롤링(5)의 배치 위치가 반대로 구성된 실시예이다.

도 2는 상기 도 1의 실시예에 개시된 노즐어셈블리의 작동을 설명하고 있는바, 외부로부터 제공된 회동력이 상기 컨트롤회동축(21)을 통해 상기 컨트롤레버(19)로 전달되면, 상기 컨트롤레버(19)는 상기 컨트롤링(5)을 상기 노즐링(3)과 동심축을 이루면서 회동시키도록 하며, 상기 컨트롤링(5)의 회동은 상기 롤러(7)의 공전을 의미하는 바, 상기 롤러(7)들은 공전함과 아울러 자전하면서 인접한 롤러(7)들 사이에 끼워진 작동링크(9)를 구름접촉 상태를 유지하면서 회동시키게 되며, 상기 작동링크(9)의 회동력은 상기 노즐회동축(17)을 통해 바로 베인(1)으로 전달되어, 상기 베인(1)의 회동 각도가 변화하게 됨으로써, 통과하는 배기가스의 유동을 조절할 수 있게 된다.

상기한 바와 같이 컨트롤링(5)의 회동운동을 베인(1)의 회동운동으로 전달하기 위한 롤러(7)와 작동링크(9)가 상기 컨트롤링(5)의 전체 회동 범위 내에서 서로 구름접촉상태를 유지하게 됨으로써, 작동시의 마찰과 마모가 극소화됨은 물론, 롤러(7)와 작동링크(9)의 구조가 매우 단순하므로, 그 제작이 용이함은 물론, 고온 열팽창에 대비하여 각 부품 사이의 유격을 상대적으로 작게 설정할 수 있으므로, 작동상의 정숙성과 안정성이 향상되는 효과를 아울러 거둘 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리의 구조를 설명한 도면,

도 2는 도 1의 실시예의 작동을 설명한 도면,

도 3과 도 4는 각각 도 1의 실시예와 다른 실시예를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 베인 3; 노즐링

5; 컨트롤링 7; 롤러

9; 작동링크 11; 롤러축돌기

13; 터보하우징 15; 평면벽부

17; 노즐회동축 19; 컨트롤레버

21; 컨트롤회동축 23; 링크설치홈

Claims

삭제
다수의 베인(1)이 회동 가능하게 구비된 노즐링(3)과 동심축을 이루어 배치된 컨트롤링(5)에 회전 가능하게 설치된 다수의 롤러(7)와, 상기 노즐링(3)에 회동 가능하게 설치되는 베인(1)에 연결되며 상기 롤러(7)들 사이에 삽입되는 다수의 작동링크(9)를 갖춘 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리에 있어서,

상기 롤러(7)의 회전축은 상기 컨트롤링(5)의 회동축과 평행하도록 형성되고;

상기 작동링크(9)는 인접한 상기 두 롤러(7) 사이에서, 상기 롤러(7)들이 공전하는 동안 상기 롤러(7)에 구름 접촉하도록, 상기 두 롤러(7) 사이에 위치하는 부분이 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리.
청구항 2에 있어서,

상기 작동링크(9)의 상기 두 롤러(7) 사이에 위치하는 부분은 타원형으로 형성된 것

을 특징으로 하는 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리.
청구항 2에 있어서,

상기 작동링크(9)의 상기 두 롤러(7) 사이에 위치하는 부분은 원형으로 형성된 것

을 특징으로 하는 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리.
청구항 2에 있어서,

상기 컨트롤링(5)에는 상기 롤러(7)의 회전축으로 작용하는 롤러축돌기(11)가 일체로 돌출되어 형성되고;

상기 롤러(7)는 중공의 원통형으로 형성되어 상기 롤러축돌기(11)에 삽입되는 것

을 특징으로 하는 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리.
청구항 5에 있어서,

상기 노즐링(3)은 터보하우징(13)에 삽입되어 터보하우징의 평면벽부(15)와 평행하게 배치되고;

상기 터보하우징(13)의 평면벽부(15)와 상기 노즐링(3) 사이에는 상기 컨트롤링(5)이 위치하며;

상기 컨트롤링(5)과 상기 평면벽부(15) 사이에 상기 롤러(7)가 회전 가능하게 배치되며;

상기 베인(1)은 상기 노즐링(3)을 관통하는 노즐회동축(17)의 일측에 고정되고;

상기 작동링크(9)는 상기 노즐회동축(17)의 타측에 고정되고 상기 롤러(7) 사이로 자유단이 삽입된 것

을 특징으로 하는 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리.
청구항 5에 있어서,

상기 노즐링(3)은 터보하우징(13)에 삽입되어 터보하우징의 평면벽부(15)와 평행하게 배치되고;

상기 터보하우징의 평면벽부(15)와 상기 노즐링(3) 사이에는 상기 컨트롤링(5)이 위치하며;

상기 컨트롤링(5)과 상기 노즐링(3) 사이에 상기 롤러(7)가 회전 가능하게 배치되며;

상기 베인(1)은 상기 노즐링(3)을 관통하는 노즐회동축(17)의 일측에 고정되고;

상기 작동링크(9)는 상기 노즐회동축(17)의 타측에 고정되고 상기 롤러(7) 사이로 자유단이 삽입된 것

을 특징으로 하는 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리.
청구항 6 또는 청구항 7항에 있어서,

상기 터보하우징(13)의 평면벽부(15)에는 상기 컨트롤링(5)을 회동시키는 힘을 제공하기 위한 컨트롤레버(19)가 회동 가능하게 설치되고;

상기 컨트롤레버(19)는 상기 평면벽부(15)를 관통하는 컨트롤회동축(21)을 통해 외부로부터 회동력을 전달받도록 구성된 것

을 특징으로 하는 가변 지오메트리 터보차져의 노즐어셈블리.