KR20160037557A - 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 터빈하우징의 일측 내부에 설치되는 터빈; 터빈하우징의 타측 내부에 고정설치되는 베이스 링; 상기 베이스 링의 하측에 이격되게 배치되되 상기 터빈이 내주면에 위치하도록 설치되는 베인 커버링; 상기 베이스 링의 하면과 상기 베인 커버링의 사이 공간에 개재되어 일체로 회전가능한 복수의 베인; 및 상기 복수의 베인과 상기 터빈 사이에 각각 설치되어 유동 단면적을 축소시키며 배기가스의 유동을 가이드하는 가이드부재;를 포함하는 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치가 제공된다.
이에 의하면, 저속 조건에서는 베인을 통과한 배기가스를 터빈으로 가이드하여 터빈 응답성을 증대시킬 수 있고, 고속 조건에서는 유동 단면적의 축소를 통해 유속증대 및 터빈 회전력을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치 {System controlling flow rate of variable geometry turbocharger}

본 발명은 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진에 적용되는 가변 형상 터보차저(Variable Geometry Turbocharger; VGT)는 터빈으로 유입되는 배기가스의 통과면적을 가변적으로 운용하여 기존의 웨이스트 게이트 터보차저(Waste Gate Turbocharger; WGT) 대비 고토크, 고출력화를 도모함과 동시에 저속 토크 마진을 얻고자 개발된 장치이다.

이와 같은 가변 형상 터보차저에서는 종전의 웨이스트 게이트 터보차저에서 부족하였던 저부하 영역에서의 공기량을 최대한 확보하고자, 베인을 조정하여 저속 영역에서는 유로면적을 최소화하고, 고속 영역에서는 유로면적을 최대화함으로써 저속ㆍ저부하 영역에서의 응답성 증대와 함께 충분한 공기량 확보로 배기가스를 저감시키게 된다.

구체적으로, 상기한 가변 형상 터보차저는 컴프레서와 터빈으로 구성되며, 그 사이에서 배기가스의 유동을 제어하는 유량 제어 장치를 포함한다.

여기서, 유량 제어 장치는 터빈하우징 상에 개재된 베이스 링에 복수의 스페이서 일단이 일정간격으로 결합되고, 각 스페이서의 타단에 결합되어 지지되는 베인 커버링을 터빈하우징의 내측에 위치시켜서 베인 커버링의 상면과 베이스 링의 하면에 일정공간을 마련하여 이루어진다. 이 공간에 베인이 개제되고, 외부 엑츄에이터에 의해 베인암 및 샤프트와 결합되어 베인이 연동 회전가능하게 장착된다. 이를 위해 베인의 상하단은 회전시 베인 커버링의 상면과 베이스 링의 하면에 간섭되지 않도록 일정간격 유격을 가진다.

이때, 상기 베인 커버링의 상면과 베이스 링의 하면에 마련된 공간은 스페이서의 중간부에 직경 확장된 높이로 설정된다.

또한, 베인 커버링은 터빈하우징의 내측에 피스톤 링으로 실링되어 유동손실을 방지하게 된다.

그런데, 이와 같은 종래의 유량 제어 장치에 의하면, 엔진의 배기유량이 부족한 저속 조건에서 유동속도를 증대(터빈 회전력 향상)시킬 목적으로 베인의 유동 각도를 거의 닫힘 상태로 유지하게 되는데 이때 베인을 통과한 배기가스의 유동이 원주 방향으로 향하게 되어 터빈의 응답성이 저하되며, 고속 조건에서는 베인과 베인 간의 간격이 커서 터빈의 회전력이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 배기가스의 유동을 가이드하며, 유동 단면적을 줄일 수 있는 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치는,

터빈하우징(T)의 일측 내부에 설치되는 터빈(110);

터빈하우징(T)의 타측 내부에 고정설치되는 베이스 링(111);

상기 베이스 링(111)의 하측에 이격되게 배치되되 상기 터빈(110)이 내주면에 위치하도록 설치되는 베인 커버링(113);

상기 베이스 링(111)의 하면과 상기 베인 커버링(113)의 사이 공간에 개재되어 일체로 회전가능한 복수의 베인(114); 및

상기 복수의 베인(114)과 상기 터빈(110) 사이에 각각 설치되어 유동 단면적을 축소시키며 배기가스의 유동을 가이드하는 가이드부재(115);

를 포함한다.

상기 베인(114)은, 방사상으로 곡률지게 배치되되 그 상하단은 상기 베인 커버링(113)의 상면과 상기 베이스 링(111)의 하면으로부터 일정간격 유격을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드부재(115)의 높이는, 상기 베인(114)의 높이보다 일정높이 크게 형성되며, 상기 가이드부재(115)의 상하부는 상기 베이스 링(111) 및 상기 베인 커버링(113)과 일체로 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드부재(115)는, 복수 개가 방사상으로 배치되되 곡률지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드부재(115)는, 복수 개가 방사상으로 배치되되 상기 베인 커버링(113)의 중심과 편심되게 직선 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

각각의 가이드부재(115)는, 하나의 단일체로 연결되는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치에 의하면, 저속 조건에서는 베인을 통과한 배기가스를 터빈으로 가이드하여 터빈 응답성을 증대시킬 수 있고, 고속 조건에서는 유동 단면적의 축소를 통해 유속증대 및 터빈 회전력을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치를 보인 도면,
도 2는 도 1의 작동도로서 저속 조건에서의 베인 각도를 보인 도면 및
도 3은 도 1의 작동도로서 고속 조건에서의 베인 각도를 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치에 대해 상세하게 살펴본다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치는,

터빈하우징(T)의 일측 내부에 설치되는 터빈(110);

터빈하우징(T)의 타측 내부에 고정설치되는 베이스 링(111);

상기 베이스 링(111)의 하측에 이격되게 배치되되 상기 터빈(110)이 내주면에 위치하도록 설치되는 베인 커버링(113);

상기 베이스 링(111)의 하면과 상기 베인 커버링(113)의 사이 공간에 개재되어 일체로 회전가능한 복수의 베인(114); 및

상기 복수의 베인(114)과 상기 터빈(110) 사이에 각각 설치되어 유동 단면적을 축소시키며 배기가스의 유동을 가이드하는 가이드부재(115);를 더 포함한다.

여기서, 베인 커버링(113)은 터빈하우징(T)의 내측에 피스톤 링(도시 생략)으로 실링되어 유동손실을 방지하게 된다.

이때, 상기 베이스 링(111)의 하면과 상기 베인 커버링(113)의 사이 공간(S)에 개재되는 베인(114)은, 방사상으로 곡률지게 배치되되 상기 베이스 링(111)의 상면에 설치되는 베인암(도시 생략)을 통해 외부 액츄에이터(도시 생략)와 연결된다. 이를 위해 상기 베인암과 상기 베인(114)은 상기 베이스 링(111)을 관통하는 샤프트(S, 도 2 참조)를 매개로 일체로 결합되어 상기 베인암의 회전을 상기 베인(1114)으로 전달할 수 있다.

아울러, 상기 베인(114)의 상하단은 회전시 상기 베인 커버링(113)의 상면과 상기 베이스 링(111)의 하면으로부터 간섭되지 않도록 일정간격 유격을 가져야 하는바, 본 발명은 기존의 스페이서를 배제하고, 상기한 가이드부재(115)로 대체된다. 이를 위해, 본 가이드부재(115)의 높이는 상기 베인(114)의 높이보다 일정높이 크게 형성되며, 상기 가이드부재(115)의 상하부는 상기 베이스 링(111) 및 상기 베인 커버링(113)과 일체로 결합됨이 바람직하다.

이와 같은, 상기 가이드부재(115)는 도면에 도시된 바와 같이, 복수 개가 방사상으로 등간격 배치되되 곡률지게 형성되어 유동 간섭이 발생하지 않도록 설치될 수 있다. 다만, 그 형상은 곡률 형상에 한정되지 않으며, 경우에 따라서는 상기 베이스 링(111) 또는 상기 베인 커버링(113)의 중심과 편심되게 직선 형태로 형성되어도 무방하다. 또한, 도면에 도시되지 않았으나, 각각의 가이드부재(115)를 이어서 하나의 단일체로 연결하여 형성할 수도 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치에 의하면, 저속 조건(도 2 참조)에서는 베인을 통과한 배기가스를 터빈으로 가이드하여 터빈 응답성을 증대시킬 수 있고, 고속 조건(도 3 참조)에서는 유동 단면적의 축소를 통해 유속증대 및 터빈 회전력을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

Claims (6)

1. 터빈하우징(T)의 일측 내부에 설치되는 터빈(110);
   터빈하우징(T)의 타측 내부에 고정설치되는 베이스 링(111);
   상기 베이스 링(111)의 하측에 이격되게 배치되되 상기 터빈(110)이 내주면에 위치하도록 설치되는 베인 커버링(113);
   상기 베이스 링(111)의 하면과 상기 베인 커버링(113)의 사이 공간에 개재되어 일체로 회전가능한 복수의 베인(114); 및
   상기 복수의 베인(114)과 상기 터빈(110) 사이에 각각 설치되어 유동 단면적을 축소시키며 배기가스의 유동을 가이드하는 가이드부재(115);
   를 포함하는 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 베인(114)은,
   방사상으로 곡률지게 배치되되 그 상하단은 상기 베인 커버링(113)의 상면과 상기 베이스 링(111)의 하면으로부터 일정간격 유격을 갖는 것을 특징으로 하는 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가이드부재(115)의 높이는,
   상기 베인(114)의 높이보다 일정높이 크게 형성되며, 상기 가이드부재(115)의 상하부는 상기 베이스 링(111) 및 상기 베인 커버링(113)과 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 가이드부재(115)는,
   복수 개가 방사상으로 배치되되 곡률지게 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 가이드부재(115)는,
   복수 개가 방사상으로 배치되되 상기 베인 커버링(113)의 중심과 편심되게 직선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 각각의 가이드부재(115)는,
   하나의 단일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 형상 터보차저의 유량 제어 장치.

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