KR101823991B1

KR101823991B1 - 터보차저 제조 방법

Info

Publication number: KR101823991B1
Application number: KR1020137009898A
Authority: KR
Inventors: 토마스 램; 우베 크나우어; 레이프 하이딩스펠더; 어반 라드케
Original assignee: 보르그워너 인코퍼레이티드
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2018-01-31
Also published as: WO2012047527A2; US20130180106A1; JP2013537958A; DE112011103045T5; WO2012047527A3; US9308576B2; JP5941917B2; CN103080497A; CN103080497B; KR20140001868A

Abstract

본 발명은 배기가스용 공급 덕트(9)를 구비한 터빈 하우징(2); 터빈 하우징(2)에 회전 가능하게 장착되는 터빈 로터(4); 및 가이드 격자(18)를 포함하는, 가변 터빈 지오메트리(VTG)를 갖는 터보차저(1)의 제조 방법으로서, 가이드 격자(18)는 외측에서 터빈 로터(4)를 방사상으로 둘러싸고, 블레이드 베어링 링(6)을 구비하고, 각각의 경우 블레이드 베어링 링(6)에 장착된 하나의 블레이드 샤프트(8)를 구비한 복수의 가이드 블레이드들(7)을 구비하고, 일단이 블레이드 샤프트들(8)에 체결된 해당 블레이드 레버들(20)을 통해 가이드 블레이드들(7)에 작동 가능하게 연결된 조정 링(5)을 구비하고, 가이드 블레이드들(7)에 의해 형성된 노즐 단면들을 통과하는 최소 관통 유동을 적어도 세팅하기 위한 스톱(25)을 구비하고, 각각의 블레이드 레버(20)는 타단에 조정 링(5)의 해당 체결 홈(24)에 체결되어 위치될 수 있는 레버 헤드(23)를 구비하고, 스톱(25)은 자동화된 맞대기 용접 공정에 의해 체결된 세팅 핀으로 형성되고, 세팅 핀의 위치는 유사한 가이드 격자들을 통해 미리 수행된 관통 유동의 측정으로부터 결정된다.

Description

터보차저 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING TURBOCHARGER}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 터보차저 제조방법에 관한 것이다.

공지된 터보차저가 EP 1 564 380 A1에 기술된다. 조정 링의 약화를 방지하기 위해, 상기 문헌은 조정 링에 일체로 연결되고 웹(web)으로 구성되며 그 폭이 가변될 수 있거나 조정식 그러브 나사를 구비할 수 있는 스톱(stop)을 제안한다. 상기 구성은 예상대로 어느 정도까지는 조정식 스톱의 가능성을 제공하지만, 이런 식으로 구성된 스톱은 우선 그러브 나사의 삽입을 위한 공간적인 조건들 때문에 실제로 거의 실현 불가능하고, 더욱이 그러브 나사는 일체의 스톱 부품에 암 나사의 제공을 필요로 하고, 또한 수행된 세팅을 고정시키기 위하여 그러브 나사용 잠금 설비를 필요로 한다. 극히 제한된 공간적인 조건들 때문에, 이것은 실제로는 높은 수준의 비용과 결부되고, 따라서 바람직하지 않다.

그러나, 공지된 터보차저에서, 스톱이 조정 링에 일체로 형성된다는 사실때문에, 적어도 가이드 격자를 조립한 후에 스톱의 돌출부를 재가공하기 위하여 예를 들어 가이드 격자의 단부 위치들을 교정하는 것이 계획되거나 필요하다면, 비교적 높은 수준의 비용 지출을 통해서만 가능해야 한다.

본 발명의 목적은 자동화를 통해 가이드 격자 또는 가이드 장치의 조립을 단순화시키는 청구항 1의 전제부에 따른 유형의 터보차저 제조 방법을 제공하는 데에 있고, 여기서 가이드 장치의 관통 유동 측정으로부터 온라인 정보 피드백을 통해 관통 유동 영역의 간단하고 따라서 비용 효율이 높으며 또한 정확한 조정이 가능하다.

상기 목적은 청구항 1의 특징들을 통해 달성된다.

이런 식으로, 가변 터빈 지오메트리(VTG)의 질량 유량의 제한이 스톱 핀을 통해 간단한 방식으로 얻어질 수 있게 된다. 여기서, 최소 관통 유동과 최대 관통 유동 모두의 제한을 얻고자 한다면, 자동화된 방식으로 블레이드 베어링 링에 바람직하게 맞대기 용접될 수 있는 2개의 상기 세팅 핀들 또는 스톱 핀들이 제공된다. 따라서, 세팅 핀들이 원하는 대로 위치될 수 있기 때문에 질량 유동의 매우 정확한 세팅이 가능하고, 상기 핀들은 고정된 후에 블레이드 베어링 링에 구속되도록 연결된다. 자동화된 용접의 경우, 세팅 핀들의 위치는 반복 및 마지막으로 사용된 위치와의 비교를 통해 정해질 수 있다. 이것은, 제조 공정에서 용접된 카트리지들은 바로 이어서 관통 유동 측정이 이루어지고 처리량 편차가 세팅 핀들의 위치 결정에 있어 교정 변수로서 온라인 방식으로 통합된다는 것을 의미한다. 따라서, 제조 공정에 수반하여, 필요한 처리량들이 각각의 카트리지 또는 각각의 가이드 격자에서 조정될 것이다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 매우 정확하고 영구적으로 세팅된 카트리지 또는 가이드 격자가 제조된다.

본 발명에 따르면, 제조 공정에서의 온라인 처리량 측정을 포함하고 이에 따라 하나 이상의 스톱들의 위치 결정의 품질에 대하여 결론을 도출해내는 자동화된 방법이 결과적으로 실현된다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 원하는 처리량에 반복적인 방식으로 근접할 수 있다. 스톱 핀의 체결은 바람직하게는 자동화된 방식으로 이루어지고, 다시 말해 사용된 위치들은 저장되어 다음의 위치 결정 공정들을 위한 비교값으로 제공된다. 스톱들의 체결은 어떤 원하는 위치에서도 가능할 수 있고, 본 발명에 따른 방법 이전에는 공지되어 있지 않다. 맞대기 용접은 바람직하게는 체결을 위해 사용된다. 본 발명에 따르면, 원하는 처리량을 갖지 않은 완전히 용접된 격자들은 불량품으로 처리된다.

스톱은 하우징에 고정된 블레이드 베어링 링 또는 이동 가능한 조정 링에 고정되는 것이 원칙적으로 가능하다. 이에 따른 방식으로, 스톱의 돌출부는 조정 링의 상대 스톱 표면들 또는 블레이드 레버들의 체결 링들과 상호작용한다.

결과로 초래된 추가적인 장점은 전체 가이드 장치가 카트리지로서 완전히 사전 조립될 수 있고, 상기 가이드 장치가 터빈 하우징 안에 위치되기 전에 최소 관통 유동이 세팅될 수 있다는 것이다.

최소 관통 유동 및, 적절하다면, 최대 관통 유동의 세팅은 따라서 터빈 하우징 및 터보차저의 다른 부품들, 예들 들면 베어링 하우징과 독립적으로 이루어진다. 또한, 베어링 하우징과 터빈 하우징 사이의 연결 파이프 위치는 최소 관통 유동의 세팅에 더 이상 영향을 미치지 않는다. 마찬가지로, 조정 레버 및 조정 링 상에서 상기 조정 레버가 체결되는 지점의 마모는 최소 관통 유동률에 영향을 주지 않는다.

종속항들은 본 발명의 바람직한 개선들에 관한 것이다.

청구항 10과 12는 각각의 경우 독립적으로 판매되는 물품으로서의 가이드 격자 및 스톱을 각각 한정한다.

본 발명의 추가 세부 사항들, 이점들 및 특징들은 첨부된 도면을 기초로 한 바람직한 실시예들의 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 터보차저의 기본 구성을 도시한 절개 사시도이고,
도 2와 3은 본 발명에 따른 가이드 격자를 도시한 평면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 가이드 격자를 도시한 부분 도면이고,
도 5와 6은 서로 다른 조립 단계들에서 본 발명에 따른 블레이드 베어링 링과 세팅 핀을 도시한 부분 도면이다.

도 1은 터빈 하우징(2), 및 베어링 하우징(19)을 통해 터빈 하우징(2)에 연결된 압축기 하우징(3)을 구비한 본 발명에 따른 터보차저(1)를 도시한다. 하우징들(2, 3, 19)은 회전 축(R)을 따라 배열된다. 터빈 하우징(2)은 반경방향 외측 가이드 격자(18)의 일부분으로서의 블레이드 베어링 링(6)의 배열을 도시하기 위해 부분적으로 절개되어 도시되고, 가이드 격자(18)는 둘레를 따라 분포되고 회동 축들(axle) 또는 블레이드 샤프트들(8)을 갖는 복수의 가이드 블레이드들(7)을 구비한다. 이런 식으로, 가이드 블레이드들(7)의 위치에 따라 더 크거나 더 작은 노즐 단면들이 형성되고, 회전 축(R)의 중심에 장착된 터빈 로터(4)는 가이드 블레이드들(7)을 통해서 엔진의 배기가스에 의해 어느 정도 작동하고, 이 배기가스는 터빈 로터(4)를 통해 동일한 샤프트에 안착된 압축기 로터(17)를 구동하기 위해, 공급 덕트(9)를 통해 공급되고 중앙 연결부(10)를 통해 배출된다.

가이드 블레이드들(7)의 운동이나 위치를 제어하기 위해 작동 기구(11)가 구비된다. 상기 작동 기구는 어떠한 원하는 구성도 될 수 있지만, 바람직한 실시예는 플런저 요소의 운동을 블레이드 베어링 링(6) 뒤에 위치된 조정 링(5)의 경미한 회전 운동으로 전환하기 위해, 제어 하우징에 체결된 플런저 요소(14)의 제어 운동을 제어하는 제어 하우징(12)을 구비한다. 블레이드 베어링 링(6)과 터빈 하우징(2)의 환형부(15) 사이에 가이드 블레이드들(7)을 위한 자유 공간(13)이 형성된다. 상기 자유 공간(13)을 보호할 수 있도록, 블레이드 베어링 링(6)은 일체로 형성된 스페이서들(16)을 구비한다. 이 예에서, 3개의 스페이서들(16)이 각각의 경우 120도의 각도 간격으로 블레이드 베어링 링(6)의 둘레에 배열된다. 그러나, 원칙적으로 더 많거나 더 적은 상기한 스페이서들(16)이 제공될 수 있다.

도 2와 3은 본 발명에 따른 가이드 격자(18)의 실시예를 확대 도시한 평면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 가이드 격자(18)의 실시예를 확대 도시한 부분 도면이다.

각각의 경우에 상기 가이드 격자(18)의 모든 블레이드 레버들을 대표하여 하나의 블레이드 레버(20)가 도시되고, 블레이드 레버(20)는 일단에 홈(22)을 갖는 체결 링(21)을 구비하고, 블레이드 샤프트(8)의 일단이 홈(22)에 고정된다.

블레이드 레버(20)의 레버 헤드(23)는 조정 링(5)의 체결 홈(24)에 배열되고, 따라서 조정 링(5)과 체결된다.

또한, 도 2 내지 4는 각각의 경우 세팅 핀 형태의 2개의 스톱들(25, 25')의 배치를 도시한다.

도 2 내지 4에 도시된 것처럼, 이 예에서, 2개의 세팅 핀들(25, 25')은 블레이드 베어링 링(6)에 고정된다. 여기서, 도 2는 본 발명에 따른 배기가스 터보차저를 구비한 내연 기관의 최대 하중 위치에서 VTG의 조정 링을 도시한다. 상기 위치에서, VTG의 가이드 블레이드 링은 최대로 가능한 크기로 개방된다. 여기서, VTG의 조정 링(5)은, 스톱 캠 또는 플랭크(30)가 추가 조정 경로를 제한하는 세팅 핀(25)(최대 스톱 핀)과 접촉한 상태에 있다.

반면, 도 3은 최소 위치의 가이드 격자(18)를 도시한다. 가이드 블레이드 링은 최대로 가능한 크기로 폐쇄되고, 따라서 스톱 캠 또는 플랭크(29)가 세팅 핀(25')과 접촉한 상태에 있다.

도 4는 또한 상술한 부품들을 설명하기 위해 본 발명에 따른 가이드 격자(18)의 일부분을 확대 도시한 도면이다.

도 5와 6은 세팅 핀(25')과 동일한 구성의 세팅 핀(25)을 구비한 블레이드 베어링 링(6)의 일부를 확대 도시한 도면이다.

따라서, 세팅 핀들(25, 25')은 각각의 경우 일체의 지지 플레이트(27)를 갖는 원통형 스톱 기둥(26)을 구비한다. 특히 도 6에 도시된 것처럼, 지지 플레이트(27)의 직경(D1)은 스톱 기둥(26)의 직경(D2)보다 크다.

지지 플레이트(27)는 또한 조립된 상태에서 블레이드 베어링 링(6)에 지지되는 하부 지지면(28)을 구비한다. 이 예에서, 잠금 못(32)이 지지면(28)의 중앙에 배열되고, 이 잠금 못(32)은 맞대기 용접 공정 동안 전류 프로파일을 위한 세팅 핀의 규정된 초기 접촉을 보장한다.

도 5 및 (화살표 VS로 표시된) 도 6의 상부는 세팅 핀(25)이 블레이드 베어링 링(6)에 용접되기 전에 세팅 핀(25)의 조립된 상태를 도시하여, 잠금 못(32)은 이 도면들에서만 볼 수 있다.

(화살표 NV로 표시된) 도 6의 하부는 용접 공정 이후의 상태를 도시하고, 세팅 핀(25)은 소정 위치에서 블레이드 베어링 링(6)에 구속되도록 연결되어 있다.

내용을 보충하기 위해, 도 1 내지 6의 본 발명의 개략적인 도면이 여기에 분명하게 참조된다.

1 터보차저
2 터빈 하우징
3 압축기 하우징
4 터빈 로터/터빈 휠
5 조정 링
6 블레이드 베어링 링
7 가이드 블레이드
8 블레이드 샤프트
9 공급 덕트
10 축 연결부
11 작동 기구
12 제어 하우징
13 가이드 블레이드들(7)을 위한 자유 공간
14 플런저 요소
15 터빈 하우징(2)의 환형부
16 스페이서/스페이서 캠
17 압축기 로터/압축기 휠
18 가이드 격자/가이드 장치
19 베어링 하우징
20 블레이드 레버
21 체결 링
22 홈
23 레버 헤드
24 체결 홈
25 스톱/세팅 핀
26 스톱 기둥
27 지지 플레이트
28 접촉면
29,30 스톱 캠/플랭크
31 홈
32 잠금 못

Claims

배기가스용 공급 덕트(9)를 구비한 터빈 하우징(2); 터빈 하우징(2)에 회전 가능하게 장착되는 터빈 로터(4); 및 가이드 격자(18)를 포함하는, 가변 터빈 지오메트리(VTG)를 갖는 터보차저(1)의 제조 방법으로서,
가이드 격자(18)는 외측에서 터빈 로터(4)를 방사상으로 둘러싸고, 블레이드 베어링 링(6), 각각의 경우 블레이드 베어링 링(6)에 장착된 하나의 블레이드 샤프트(8)를 구비한 복수의 가이드 블레이드들(7), 일단이 블레이드 샤프트들(8)에 체결된 해당 블레이드 레버들(20)을 통해 가이드 블레이드들(7)에 작동 가능하게 연결된 조정 링(5), 및 가이드 블레이드들(7)에 의해 형성된 노즐 단면들을 통과하는 최소 관통 유동을 적어도 세팅하기 위한 스톱(25)을 구비하고,
각각의 블레이드 레버(20)는 타단에 조정 링(5)의 해당 체결 홈(24)에 체결되어 위치될 수 있는 레버 헤드(23)를 구비하고,
스톱(25)은 자동화된 맞대기 용접 공정에 의해 결합된 세팅 핀으로 형성되고, 세팅 핀의 위치는 유사한 가이드 격자들을 통해 미리 수행된 온라인의 관통 유동의 측정으로부터 결정되고, 원하는 관통 유동에 반복적인 방식으로 근접하는 것을 특징으로 하는 터보차저 제조 방법.
제1항에 있어서,
세팅 핀(25)은 지지 플레이트(27)에 붙어있는 원통형 스톱 기둥(26)을 구비한 것을 특징으로 하는 터보차저 제조 방법.
제2항에 있어서,
지지 플레이트(27)는 스톱 기둥(26)의 직경(D2)과 같거나 더 큰 직경(D1)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 터보차저 제조 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
지지 플레이트(27)는 그의 지지면(28)에 잠금 못(32)을 구비한 것을 특징으로 하는 터보차저 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
세팅 핀(25)은 용접된 핀으로 형성된 것을 특징으로 하는 터보차저 제조 방법.
제5항에 있어서,
세팅 핀(25)은 블레이드 베어링 링(6)에 맞대기 용접되는 것을 특징으로 하는 터보차저 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 세팅 핀(25, 25')이 구비되고, 이들 중 하나(25)는 가이드 격자(18)의 최대 위치를 세팅하는 역할을 하고, 이들 중 다른 하나(25')는 가이드 격자(18)의 최소 위치를 세팅하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 터보차저 제조 방법.
가변 터빈 지오메트리(VTG)를 갖는 터보차저(1)용 가이드 격자(18)의 제조 방법으로서,
가이드 격자(18)는 외측에서 터보차저(1)의 터빈 로터(4)를 방사상으로 둘러싸고, 블레이드 베어링 링(6), 각각의 경우 블레이드 베어링 링(6)에 장착된 하나의 블레이드 샤프트(8)를 구비한 복수의 가이드 블레이드들(7), 일단이 블레이드 샤프트들(8)에 체결된 해당 블레이드 레버들(20)을 통해 가이드 블레이드들(7)에 작동 가능하게 연결된 조정 링(5), 및 가이드 블레이드들(7)에 의해 형성된 노즐 단면들을 통과하는 최소 관통 유동을 적어도 세팅하기 위한 스톱(25)을 구비하고,
각각의 블레이드 레버(20)는 타단에 조정 링(5)의 해당 체결 홈(24)에 체결되어 위치될 수 있는 레버 헤드(23)를 구비하고,
스톱(25)은 자동화된 맞대기 용접 공정에 의해 체결된 세팅 핀으로 형성되고, 세팅 핀의 위치는 유사한 가이드 격자들을 통해 미리 수행된 온라인의 관통 유동의 측정으로부터 결정되고, 원하는 관통 유동에 반복적인 방식으로 근접하는 것을 특징으로 하는 터보차저용 가이드 격자 제조 방법.
제8항에 있어서,
세팅 핀(25)은 지지 플레이트(27)에 붙어있는 원통형 스톱 기둥(26)을 구비하고, 상기 지지 플레이트(27)는 스톱 기둥(26)의 직경(D2)과 같거나 더 큰 직경(D1)으로 제조되고, 지지 플레이트(27)는 그의 지지면(28)에 잠금 못(32)을 구비하며, 또는 세팅 핀(25)은 용접된 핀으로 형성되거나 세팅 핀(25)은 블레이드 베어링 링(6)에 맞대기 용접되며, 또는 2개의 세팅 핀(25, 25')이 구비되고, 이들 중 하나(25)는 가이드 격자(18)의 최대 위치를 세팅하는 역할을 하고, 이들 중 다른 하나(25')는 가이드 격자(18)의 최소 위치를 세팅하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 터보차저용 가이드 격자 제조 방법.
가변 터빈 지오메트리(VTG)를 갖는 터보차저(1)용 가이드 격자(18)의 스톱의 제조 방법으로서,
가이드 격자(18)는 외측에서 터보차저(1)의 터빈 로터(4)를 방사상으로 둘러싸고, 블레이드 베어링 링(6), 각각의 경우 블레이드 베어링 링(6)에 장착된 하나의 블레이드 샤프트(8)를 구비한 복수의 가이드 블레이드들(7), 일단이 블레이드 샤프트들(8)에 체결된 해당 블레이드 레버들(20)을 통해 가이드 블레이드들(7)에 작동 가능하게 연결된 조정 링(5)을 구비하고,
각각의 블레이드 레버(20)는 타단에 조정 링(5)의 해당 체결 홈(24)에 체결되어 위치될 수 있는 레버 헤드(23)를 구비하고,
스톱(25)은 자동화된 맞대기 용접 공정에 의해 체결된 세팅 핀으로 형성되고, 세팅 핀의 위치는 유사한 가이드 격자들을 통해 미리 수행된 온라인의 관통 유동의 측정으로부터 결정되고, 원하는 관통 유동에 반복적인 방식으로 근접하는 것을 특징으로 하는 터보차저용 가이드 격자의 스톱 제조 방법.
제10항에 있어서,
세팅 핀(25)은 지지 플레이트(27)에 붙어있는 원통형 스톱 기둥(26)을 구비하고, 상기 지지 플레이트(27)는 스톱 기둥(26)의 직경(D2)과 같거나 더 큰 직경(D1)으로 제조되고, 지지 플레이트(27)는 그의 지지면(28)에 잠금 못(32)을 구비하며, 또는 세팅 핀(25)은 용접된 핀으로 형성되거나 세팅 핀(25)은 블레이드 베어링 링(6)에 맞대기 용접되며, 또는 2개의 세팅 핀(25, 25')이 구비되고, 이들 중 하나(25)는 가이드 격자(18)의 최대 위치를 세팅하는 역할을 하고, 이들 중 다른 하나(25')는 가이드 격자(18)의 최소 위치를 세팅하는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 터보차저용 가이드 격자의 스톱 제조 방법.