KR100488773B1

KR100488773B1 - Variable geometry turbocharger applied to a micrometer as a stopper

Info

Publication number: KR100488773B1
Application number: KR10-2001-0069808A
Authority: KR
Inventors: 이흥우
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2021-11-09
Also published as: KR20030039010A

Abstract

본 발명은 종전의 스크류 타입 스톱퍼를 대신하여 마이크로미터를 스톱퍼로 사용함으로써, 단순한 스톱퍼로써의 기능이 아니라 어져스터(adjuster)로써의 개념을 갖도록 한 마이크로미터를 스톱퍼로 사용한 가변 터보챠저를 제공한다. The present invention provides a variable turbocharger using a micrometer as a stopper in which a micrometer is used as a stopper instead of a conventional stopper by using a micrometer as a stopper.

본 발명에서 제공하는 마이크로미터를 스톱퍼로 사용한 가변 터보챠저는 터빈의 하우징 내부에 설치되는 고정링과, 상기 고정링의 한쪽면에 등간격으로 설치되면서 터빈휠과는 접촉되지 않는 범위 내에서 움직이는 다수개의 베인 및 원판과, 상기 베인 및 원판을 동작시켜주는 핀 및 바와, 로드를 이용하여 바에 연결되며 진공압력에 의해 작동되는 액추에이터와, 상기 하우징에 설치되며 액추에이터 로드의 위치를 제한하는 스톱퍼로 구성되는 유로 조절기구를 포함하는 가변 터보챠저에 있어서, 상기 베인의 최소 각도 위치를 결정하기 위한 스톱퍼는 마이크로미터로 이루어진 것을 특징으로 한다. The variable turbocharger using the micrometer as a stopper provided in the present invention includes a fixed ring installed inside the housing of the turbine, and a plurality of moving parts within a range not being in contact with the turbine wheel while being installed at equal intervals on one side of the fixed ring. Two vanes and discs, a pin and bar for operating the vanes and discs, an actuator connected to the bar using a rod and operated by vacuum pressure, and a stopper installed in the housing to limit the position of the actuator rod. In a variable turbocharger comprising a flow path adjustment mechanism, the stopper for determining the minimum angular position of the vanes is characterized in that it consists of a micrometer.

Description

Variable geometry turbocharger applied to a micrometer as a stopper}

본 발명은 마이크로미터를 스톱퍼로 사용한 가변 터보 챠저에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종전의 스크류 타입 스톱퍼를 대신하여 마이크로미터를 스톱퍼로 사용함으로써, 단순한 스톱퍼로써의 기능이 아니라 어져스터(adjuster)로써의 개념을 갖도록 한 마이크로미터를 스톱퍼로 사용한 가변 터보챠저에 관한 것이다.The present invention relates to a variable turbocharger using a micrometer as a stopper, and more particularly, by using a micrometer as a stopper instead of a conventional screw type stopper, the function as a adjuster rather than a simple stopper. The present invention relates to a variable turbocharger using a micrometer as a stopper to have a concept.

최근 디젤엔진의 고출력/저공해 달성을 위하여 가변 터보챠저(VGT;variable geometry turbocharger)를 개발 적용하고 있는 추세이다.Recently, in order to achieve high output / low pollution of diesel engines, a variable geometry turbocharger (VGT) has been developed and applied.

일반적으로 타보챠저에는 스탠다드 타입, 웨이스트게이트 타입, VGT 타입이 있는데, 백압(back pressure) 증가없이 저속에서 높은 부스트(boost)를 제공할 수 있고, 저속 토크를 향상시킬 수 있고, 고출력화를 실현할 수 있고, 빠른 응답성을 얻을 수 있는 등의 장점을 갖는 VGT 타입을 많이 적용하고 있는 추세이다. 회전기구로서의 터빈 특성은 속도로 나타내어지며 속도는 엔진에서 터빈으로의 입력 배기에너지 및 트랜스퍼(터빈출력)율에 의해 결정되어진다. 터빈으로의 에너지 트랜스퍼(터빈출력)는 배기에너지의 특성(배기가스량과 로터로 진입하는 배기가스의 속도 및 입사각)에 의해 좌우되는데, 저속/저유량 구간에서는 베인 간의 유로를 좁혀 배기가스의 속도를 증가시켜줌으로써 터빈출력을 최대화시키고(도 5), 배기유량이 증가하면 베인 간의 유로를 넓혀 배기가스의 속도를 감소시켜줌으로써 목표 터빈출력을 달성한다(도 6). Generally, the turbocharger includes the standard type, the wastegate type, and the VGT type, which can provide high boost at low speed, increase low speed torque, and realize high output without increasing back pressure. It is a trend to apply a lot of VGT type that has the advantage of obtaining a fast response. Turbine characteristics as a rotating mechanism are represented by speed, which is determined by the input exhaust energy from the engine to the turbine and the transfer (turbine output) rate. The energy transfer to the turbine (turbine output) depends on the characteristics of the exhaust energy (the amount of exhaust gas and the velocity and angle of incidence of the exhaust gas entering the rotor). By increasing the turbine output is maximized (Fig. 5), and when the exhaust flow rate is increased, the flow path between vanes is widened to reduce the speed of the exhaust gas to achieve the target turbine output (Fig. 6).

상기 가변 터보챠저는, 도 1 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 컴프레셔(10)와 터빈(11)으로 구성되며, 그 사이에서 배기가스의 유동을 제어하는 유로 조절기구(12)를 포함한다.The variable turbocharger is composed of a compressor 10 and a turbine 11, as shown in Figs. 1 to 6, and includes a flow path adjusting mechanism 12 for controlling the flow of exhaust gas therebetween.

상기 유로 조절기구(12)는 터빈(11)의 하우징(13) 내부에 설치되는 고정링(14)과, 상기 고정링(14)의 한쪽면에 등간격으로 설치되면서 터빈휠(15)과는 접촉되지 않는 범위 내에서 움직이는 다수개의 베인(16) 및 원판(17)과, 상기 베인(16) 및 원판(17)을 동작시켜주는 핀(18) 및 바(19)와, 로드(20)를 이용하여 바(19)에 연결되며 진공압력에 의해 작동되는 액추에이터(21)로 구성된다. 여기서, 미설명 부호 22는 고정링에 한쪽 끝이 지지되고 다른 한쪽 끝이 베인에 연결되어 베인과 함께 동작하는 링크를 나타낸다. The flow path adjusting mechanism 12 is fixed to the fixing ring 14 installed inside the housing 13 of the turbine 11 and the turbine wheel 15 while being installed at equal intervals on one side of the fixing ring 14. A plurality of vanes 16 and discs 17 moving within a non-contact range, pins 18 and bars 19 for operating the vanes 16 and discs 17, and a rod 20 It consists of an actuator 21 which is connected to the bar 19 and operated by vacuum pressure. Here, reference numeral 22 denotes a link that one end is supported by the fixing ring and the other end is connected to the vane to operate together with the vane.

특히, 상기 하우징(13)에는 액추에이터 로드(20)의 위치를 제한하는 스크류 타입의 스톱퍼(23)가 설치되어 있다.In particular, the housing 13 is provided with a screw type stopper 23 for limiting the position of the actuator rod 20.

따라서, 진공압력을 이용한 액추에이터로 베인의 작동 앵글을 최적으로 잡아주고 있다. 여러 가지 운전 조건에서의 최적의 베인 위치는 ECU의 맵(map) 정보에 따라 결정되어지나, 베인의 최소 각도 위치는 기계식의 스톱퍼에 의하여 초기에 결정되어지고 있다. 개발과정에서의 하나의 매칭(matching)항목으로 엔진 개발 메이커에서 설정한 위치를 VGT 메이커에서 대량 생산을 하고자 마스터 VGT를 가지고 스톱퍼 위치를 측정하여 제작한다. 이러한 과정에서 VGT는 엔진 개발 메이커와 VGT 메이커 간에 여러 번에 걸쳐서 VGT 제작을 크로스 첵킹하는데 시간적 손실이 크다. 베인 앵글의 최대 위치는 액추에이터 로드의 길이로 결정되며, 최소 위치는 액추에이터가 최대로 당겨진 상태에서 결정되므로 정지되는 위치를 설정하게 된다. 특히, 베인 앵글의 최소 위치 세팅은 차량의 가감속 특성 및 엔진의 부조와도 밀접한 영향이 있어 소홀이 다룰 수 없다. Therefore, the actuator using the vacuum pressure is optimally set to the operating angle of the vane. The optimum vane position under various operating conditions is determined by the map information of the ECU, but the minimum angle position of the vane is initially determined by a mechanical stopper. One of the matching items in the development process is to produce the position set by the engine development maker and produce the stopper position with the master VGT for mass production at the VGT maker. In this process, the VGT is time-consuming to cross-check the VGT production many times between the engine developer and the VGT manufacturer. The maximum position of the vane angle is determined by the length of the actuator rod, and the minimum position is determined by the state in which the actuator is pulled to the maximum, thereby setting the stop position. In particular, the minimum position setting of the vane angle is closely influenced by the acceleration and deceleration characteristics of the vehicle and the engine assistance, and thus the small hole cannot be handled.

종래에는 베인 앵글이 최소가 되는 위치, 즉 액추에이터 로드가 최대로 당겨져 멈추는 위치를 스크류 타입(볼트 및 록너트 타입)의 스톱퍼로 제한하였다. 이는 양산 최종 단계에는 문제가 없으나, 개발 과정 중에 빈번히 그 위치를 변경하여 매칭시험을 진행함에 있어 불편할 뿐만 아니라 재현성도 없다. 이는 시험 개발의 일정을 지연시킬 뿐만 아니라 데이터의 신뢰성에 대하여 상호 불신을 초래할 수 있다. 특히, VGT 메이커로 최종 마스터 VGT를 보낼 때에도 결정된 위치를 정의할 수 없고, 이송 중 변위시에도 최종 매칭된 위치를 알 수 없어 다시 설정해야 하는 문제 등이 있다. Conventionally, the position where the vane angle is minimized, that is, the position where the actuator rod is pulled to the maximum and stopped is limited to the stopper of the screw type (bolt and lock nut type). This is not a problem at the final stage of mass production, but it is inconvenient and reproducible in the matching test by changing its position frequently during the development process. This not only delays the schedule of trial development but can also lead to mutual distrust in the reliability of the data. In particular, there is a problem in that the determined position cannot be defined even when sending the final master VGT to the VGT maker, and the final matched position cannot be known even during the displacement during the transfer, and thus the setting must be reset.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기존 스크류 타입의 스톱퍼를 제거하고 그 자리에 마이크로미터를 설치하여 이 마이크로미터로 스톱퍼의 기능을 대신하게 함으로써, 스톱퍼 기능 뿐만 아니라 어져스터 기능도 함께 가질 수 있도록 한 마이크로미터를 스톱퍼로 사용한 가변 터보챠저를 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been devised in view of the above, by removing the existing screw type stopper and installing a micrometer in place to replace the function of the stopper with this micrometer, not only the stopper function but also the adjuster function. It is an object of the present invention to provide a variable turbocharger using a micrometer as a stopper so as to have it together.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터빈(11)의 하우징(13) 내부에 설치되는 고정링(14)과, 상기 고정링(14)의 한쪽면에 등간격으로 설치되면서 터빈휠(15)과는 접촉되지 않는 범위 내에서 움직이는 다수개의 베인(16) 및 원판(17)과, 상기 베인(16) 및 원판(17)을 동작시켜주는 핀(18) 및 바(19)와, 로드(20)를 이용하여 바(19)에 연결되며 진공압력에 의해 작동되는 액추에이터(21)와, 상기 하우징(13)에 설치되며 액추에이터 로드(20)의 위치를 제한하는 스톱퍼(23)로 구성되는 유로 조절기구(12)를 포함하는 가변 터보챠저에 있어서, 상기 베인(16)의 최소 각도 위치를 결정하기 위한 스톱퍼(23)는 마이크로미터로 이루어진 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object is a fixed ring 14 is installed in the housing 13 of the turbine 11, the turbine wheel 15 and being installed at equal intervals on one side of the fixed ring 14 and Is a plurality of vanes 16 and discs 17 moving within a non-contact range, pins 18 and bars 19 for operating the vanes 16 and discs 17, and a rod 20. An actuator 21 connected to the bar 19 and operated by a vacuum pressure, and a stopper 23 installed in the housing 13 and limiting the position of the actuator rod 20, A variable turbocharger comprising (12), characterized in that the stopper (23) for determining the minimum angular position of the vanes (16) consists of micrometers.

또한, 상기 마이크로미터에는 써모커플이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the micrometer is characterized in that the thermocouple is provided.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 본 발명에 따른 가변 터보챠저의 구조를 나타내는 사시도이다. 여기서, 종래의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일 부호를 사용한다.7 is a perspective view showing the structure of a variable turbocharger according to the present invention. Here, the same code | symbol is used about the structure similar to a conventional structure.

본 발명은 유로 조절기구를 통해 배기가스의 흐름 성능을 향상시켜주는 가변 터보챠저에서 베인의 최소 각도 위치를 결정해주는 스톱퍼로 마이크로미터를 사용한 것이 특징이다. The present invention is characterized by using a micrometer as a stopper to determine the minimum angle position of the vanes in the variable turbocharger to improve the flow performance of the exhaust gas through the flow path adjustment mechanism.

이를 좀더 상세하게 설명하면, 상기 유로 조절기구(12)는 베인(16)의 각도 위치를 조절하여 배기가스의 흐름 성능을 향상시켜주는 역할을 하며, 터빈(11)의 하우징(13) 내부에 설치되는 고정링(14)과, 상기 고정링(14)의 한쪽면에 등간격으로 설치되면서 터빈휠(15)과는 접촉되지 않는 범위 내에서 움직이는 다수개의 베인(16) 및 원판(17)과, 상기 베인(16) 및 원판(17)을 동작시켜주는 핀(18) 및 바(19)와, 로드(20)를 이용하여 바(19)에 연결되며 진공압력에 의해 작동되는 액추에이터(21)로 구성되어 있다. 또한, 상기 하우징(13)에는 액추에이터 로드(20)의 위치를 제한하는 스톱퍼(23)가 설치되어 있다.따라서, 액추에이터(21)의 로드(20)가 전후진하면 바(19)와 핀(18)에 의해 원판(17)이 그 중심을 축으로 회전하므로 고정링(14)에 한쪽이 지지되어 있는 링크(22)를 이용하여 베인(16)도 그 각도가 가변될 수 있게 되는 것이다.In more detail, the flow path adjusting mechanism 12 serves to improve the exhaust gas flow performance by adjusting the angular position of the vanes 16, and installed inside the housing 13 of the turbine 11. And a plurality of vanes 16 and discs 17 which are installed at equal intervals on one side of the fixing ring 14 and are not in contact with the turbine wheel 15. A pin 18 and a bar 19 for operating the vanes 16 and the disc 17 and an actuator 21 connected to the bar 19 using the rod 20 and operated by vacuum pressure. Consists of. In addition, the housing 13 is provided with a stopper 23 for limiting the position of the actuator rod 20. Thus, when the rod 20 of the actuator 21 is moved back and forth, the bar 19 and the pin 18 are moved forward and backward. By the disk 17 is rotated about the axis of the axis by using a link 22 which is supported on one side of the fixing ring 14, the vanes 16 are also able to vary the angle.

특히, 본 발명은 상기 스톱퍼(23)를 마이크로미터로 구성하여 베인(16)의 최소 각도 위치를 눈금을 보면서 설정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 마이크로미터의 조절정도를 눈금으로 확인할 수 있으므로 베인의 최소 각도 위치에 대한 정보를 쉽게 알 수 있다. 이러한 마이크로미터는 몸체에 나사를 가공한 후 기존의 스톱퍼(스크류 타입의 스톱퍼) 위치에 체결하여 사용한다. 마이크로미터의 응용방식은 여러 산업분야에서 많이 사용하고 있으나, 본 발명에서는 엔진 부품 개발 과정 중 위치 정보를 설정하고자 한 것이다. In particular, in the present invention, the stopper 23 is composed of a micrometer so that the minimum angle position of the vane 16 can be set while viewing the scale. In other words, the degree of adjustment of the micrometer can be checked with a scale so that information on the minimum angle position of the vane can be easily known. These micrometers are used after they are screwed into the body and then screwed into the existing stopper (screw type stopper) position. The application method of the micrometer is widely used in various industries, but the present invention is to set the position information during the engine component development process.

또한, 상기 마이크로미터의 몸체에는 써모커플(미도시)이 구비되어 있으며, 따라서 이때의 써모커플을 이용하여 배기가스의 온도를 검출함으로써 엔진 부품 개발 과정에서 필요한 정보를 부가적으로 얻을 수 있다. In addition, a thermocouple (not shown) is provided in the body of the micrometer, and thus, by detecting the temperature of the exhaust gas using the thermocouple at this time, information necessary for the engine part development process may be additionally obtained.

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이상에서와 같이 본 발명은 마이크로미터를 스톱퍼로 사용함으로써 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다. As described above, the present invention can provide the following effects by using the micrometer as a stopper.

1) 기존의 단순하게 한 위치를 고정하는 스크류 타입의 스톱퍼보다 위치 고정 정의가 명확하고 신속하며, 최소 베인 앵글 위치 변경시 베인 앵글의 위치 정보를 보다 구체적으로 제시할 수 있다. 또한, 단순한 스톱퍼로써의 기능이 아니라 어져스터로써의 개념이 크게 부각될 수 있다. 1) The definition of position fixation is clearer and faster than that of the conventional screw type stopper, and it is possible to present the position information of vane angle more specifically when changing the minimum vane angle position. In addition, the concept as an adjuster can be greatly emphasized as a function as a stopper.

2) 개발 시험시 베인 세팅 작업이 간편하고 위치 변경에 따른 재현성 시험 등을 자유롭게 할 수 있는 장점이 있다. 기존의 경우에는 한번 세팅을 하면 모든 하드웨어 파라미터(hardware parameter)에 대하여 전부 평가한 후 변경이 가능하나 본 발명의 경우에는 위치 정보가 명확하여 우선적으로 필요한 하드 웨어를 먼저 평가할 수 있는 장점이 있고, 실질적인 시험시간 및 개발 업무에 많은 도움을 줄 수 있다.2) It is easy to set vane during development test and has the advantage of freely reproducible test according to the position change. In the conventional case, once the setting is done, all the hardware parameters can be changed after evaluating all the hardware parameters. However, in the case of the present invention, the location information is clearly defined, and therefore, the necessary hardware can be evaluated first, and practical It can help you a lot in testing time and development work.

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도 1은 종래 가변 터보챠저의 구조를 나타내는 사진1 is a photograph showing the structure of a conventional variable turbocharger

도 2는 종래 가변 터보챠저의 구조를 나타내는 사시도Figure 2 is a perspective view showing the structure of a conventional variable turbocharger

도 3은 종래 가변 터보챠저의 구조에서 베인의 반대쪽 모습을 나타내는 사시도도 4는 종래 가변 터보챠저의 구조를 나타내는 단면도도 5는 종래 가변 터보챠저에서 베인의 완전 닫힘상태를 나타내는 개략도도 6은 종래 가변 터보챠저에서 베인의 완전 열림상태를 나타내는 개략도도 7은 본 발명에 따른 가변 터보챠저의 구조를 나타내는 사시도Figure 3 is a perspective view showing the opposite side of the vane in the structure of a conventional variable turbocharger Figure 4 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional variable turbocharger Figure 5 is a schematic view showing a fully closed state of the vane in a conventional variable turbocharger Figure 6 is a conventional variable Figure 7 is a schematic view showing a fully open state of the vane in the turbocharger is a perspective view showing the structure of a variable turbocharger according to the present invention

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

10 : 컴프레셔 11 : 터빈10: compressor 11: turbine

12 : 유로 조절기구 13 : 하우징12: flow path adjustment mechanism 13: housing

14 : 고정링 15 : 터빈휠14: retaining ring 15: turbine wheel

16 : 베인 17 : 원판16: vane 17: negative

18 : 핀 19 : 바18: Pin 19: Bar

20 : 로드 21 : 액추에이터22 : 링크 23 : 스톱퍼20: Rod 21: Actuator 22: Link 23: Stopper

Claims

The fixed ring 14 is installed in the housing 13 of the turbine 11, and a plurality of moving within the range that is not in contact with the turbine wheel 15 while being installed at equal intervals on one side of the fixing ring 14 Vanes 16 and discs 17, pins 18 and bars 19 for operating the vanes 16 and discs 17, and rods 20 for connection to bar 19 A variable turbocharger comprising an actuator 21 driven by a vacuum pressure and a stopper 23 installed in the housing 13 and a stopper 23 for limiting the position of the actuator rod 20. To

A stopper (23) for determining the minimum angular position of the vanes (16) is a variable turbocharger using a micrometer as a stopper, characterized in that consisting of a micrometer.

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