KR100292868B1 - 과급기의웨이스트게이트밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 고속 회전으로 과급기를 통해 배출되는 엔진의 배기압이 일정압을 초과하게 되면 연소실에서 배출되는 배기압에 의해 작동되어서 터빈에 가해지는 배기압을 조절함으로써 터빈의 작동속도를 조절할 수 있도록 한 것으로, 이는 엔진의 연소실(2)과 배기장치(13) 사이에 설치되어서 연소실(2)에서 배출되는 배기압에 의해 회전되는 터빈(10)과, 이 터빈(10)과 회전축으로 연결되며 외부공기를 압축 흡입하여 흡기관(12)을 통해 연소실(2)에 공급되게 하는 압축기(11)를 갖는 과급기에 있어서, 연소실(2)과 배기장치(13)를 연결하는 배기관(3) 상에 설치되어서 연소실(2)에서 배출되는 배기압에 의해 개폐되는 웨이스트 게이트 밸브(7)로구성된 과급기의 웨이스트 게이트 밸브에 관한 것이다.

Description

과급기의 웨이스트 게이트 밸브

본 발명은 차량용 과급기의 웨이스트 게이트 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 고속 회전으로 과급기를 통해 배출되는 엔진의 배기압이 일정압을 초과하게 되면 연소실에서 배출되는 배기압에 의해 작동되어 터빈에 가해지는 배기압을 조절함으로써 터빈의 작동속도를 조절할 수 있도록 하는 과급기의 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve of turbo-charger)에 관한 것이다.

엔진의 출력을 향상시키기위해서 흡기다기관에 설치한 공기펌프는 피스톤의 하강행정에서 발생되는 진공으로 혼합기를 흡입하여 출력향상을 얻을 수 없기 때문에 "과급기" 라는 공기펌프를 설치하여 강제적으로 많은 공기량을 실린더(연소실)에 공급시켜 엔진의 출력 및 회전력을 증대하는 한편, 연료소비율을 향상시킨다. 이러한 과급기는 배기가스에 의해 작동되는 배기 터빈식과 엔진의 동력을 이용하는 루트식이 있는데, 과급기를 설치하면 엔진의 중량은 10~15%가 증가되는데 반하여 엔진의 출력은 35~45%가 증가되어 전체적으로 엔진의 출력이 향상되는 것이다.

이러한 종래 과급기의 일 실시예에 대해서 살펴보면, 연소실과 배기관 사이에 설치되어 있는 터빈과, 연소실과 흡기관 사이에 설치되어 있는 압축기가 회전자로서 1개의 회전축의 양단에 장치되어 있으며, 이들이 원활하게 회전하도록 회전축에는 저널 베어링이 설치되어 있으며, 터빈 케이스와 압축기 케이스, 베이링 케이스의 내부에 이들이 각각 내설되어 있으며, 베어링 케이스의 내부에는 엔진의 윤활계통과 같은 회로에 의해 강제적으로 윤활유가 급유되도록 되어 있다.

이러한 과급기는 유동하는 에너지(연소실에서 배기관을 통해서 배출되는 배기가스를 말한다)를 이용하여 터빈을 회전시킴으로써, 이에 연동하여 압축기가 회전함으로 압축된 공기(흡기관을 통해서 연소실로 공급되는 공기를 말한다)가 연소실로 흡입되어 엔진의 출력을 향상시키게 된다. 즉, 엔진에 흡입되는 공기를 원활하게 공급함으로써 엔진에 공급되는 연료를 안정되게 연소시킬 수 있으며, 더 나아가서는 엔진의 출력을 향상시킴과 동시에 유해한 배기가스의 배출을 억제할 수 있는 것이다.

또한, 흡기관과 배기관 사이에 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve)를 설치하고, 흡기관을 통해 연소실에 유입되는 공기압에 가해지도록 한다. 그리하면, 연소실에 유입되는 공기압이 정상적일때에는 웨이스트 게이트 밸브가 닫힌 상태를 유지하기때문에 연소실에서 배출되는 배기가스가 터빈에 그대로 가해지지만, 엔진의 고속 회전으로 인하여 연소실에 유입되는 공기압을 일정압을 초과하게 되면, 웨이스트 게이트 밸브가 열리면서 연소실에서 배출되는 배기가스 중 일부가 터빈을 거치지 않고 웨이스트 게이트 밸브를 통해서 바로 배기장치로 배출되게 된다.

이에따라 터빈과 압축기의 회전수가 감소되면서 압축기를 통해 유입되는 공기압이 낮아지게 되는 것이다. 즉, 웨이스트 게이트 밸브의 개폐 동작으로 인하여 연소실에 유입되는 공기압을 일정압 이하로 조절할 수 있는 것이다.

그러나 종래의 웨이스트 게이트 밸브는 흡기관과 별도의 연결관을 연결하여서 흡기관이 이 연결관을 통해서 유입되는 공기압에 의해서 웨이스트 게이트 밸브가 작동되어서 연소실에서 터빈에 가해지는 배기압을 조절하도록 함으로써 그 구조가 복잡하고, 흡기압에 의해 웨이스트 게이트 밸브의 개폐여부를 결정하다 보니 흡기압에 대한 웨이스트 게이트 밸브의 응답성이 떨어지는 결점을 가지고 있다.

또한, 직경이 작은 연결으로 흡기관과 웨이스트 게이트 밸브를 연결하기 때문에 연결관에 이 물질이 끼게 되면 연소실에 흡입되는 공기압이 변화함에도 불구하고 웨이스트 게이트 밸브가 작동되지 않아 과급기가 무리한 동작을 수행하게 되는 결점을 갖는다.

그리고, 배기관 내에 웨이스트 게이트 밸브를 설치하고, 흡기관으로부터 분기된 연결관을 이에 연결해야 함으로써, 다수개의 부품이 사용되는 한편 작업시간이 오래 걸리는 결점을 갖는다.

이에 본 발명은 상기한 바와같은 종래의 결점을 해결하기위해서 안출된 것으로, 배기관 내에 배기압에 의해 작동되는 다이어프램을 내설하고, 이 다이어프램의 작동에 의해 터빈에 가해지는 배기압을 조절할 수 있도록 하는 과급기의 웨이스트 게이트 밸브를 제공하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 과급기의 일 실시예를 도시한 단면도.

도 2는 도 1의 요부 확대단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 피스톤 2 : 연소실

3 : 배기관 4 : 다이어프램

5 : 스프링 6 : 웨이스트 게이트 밸브

7 : 가이드 8 : 격판

9 : 관통공 10 : 터빈

11 : 압축기 12 : 흡기관

13 : 배기장치

상기한 바와같은 목적을 달성하기위한 본 발명은 엔진의 연소실과 배기장치 사이에 설치되어서 연소실에서 배출되는 배기압에 의해 회전되는 터빈과, 이 터빈과 회전축으로 연결되며 외부공기를 압축 흡입하여 흡기관을 통해 연소실에 공급되게 하는 압축기를 갖는 과급기에 있어서, 연소실과 배기장치를 연결하는 배기관 상에 설치되어서 연소실에서 배출되는 배기압에 의해 개폐되는 웨이스트 게이트 밸브를 포함하여 구성되어짐을 특징으로 한다.

여기서, 웨이스트 게이트 밸브는 배기압이 배출되는 다수개의 관통공이 천공된 격판이 배기관의 길이 방향과 직교하도록 배기관 내에 설치되고, 이 격판의 중앙에는 스프링에 탄지된 다이어프램이 장착되어서 터빈에 가해지는 배기압을 조절하도록 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 과급기의 일 실시예를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 요부 확대단면도이다.

엔진의 연소실(2) 상단에 형성된 배기관(3) 입구는 배기관(3)에 의해 과급기의 터빈(10)에 연결되고, 이 또한 배기관(3) 입구는 배기관(3)에 의해 과급기의 터빈(10)을 통하지 않고 웨이스트 게이트 밸브(6)를 통해서 배기장치(13)에 연결되어서 터빈(10)에 가해지는 연소실(2)의 배기압을 조절하도록 한다.

여기서, 웨이스트 게이트 밸브(6)는 배기압이 배출되는 다수개의 관통공(9)이 천공된 격판(8)이 배기관(3)의 길이 방향과 직교하도록 배기관(3) 내에 설치되고, 이 격판(8)의 중앙에는 스프링(5)에 탄지된 다이어프램(7)이 장착되어서 터빈(10)에 가해지는 배기압을 조절하도록 한다.

특히, 경사면을 갖으면서 배기관(3)의 직경이 2단으로 형성되고, 이 경사면에 닿는 다이어프램(4)의 전단이 경사지게 형성되는 한편, 다이어프램(4)의 외주연에서 시작되어 스프링(5)을 감싸면서 관통공(9)에 삽탈되도록 가이드(7)를 형성하여서 다이어프램(4)의 이동위치를 조절하도록 한다.

그리고, 터빈(10)에 연동되는 압축기(11)는 외부공기를 흡입하여 흡기관(12)을 통해서 엔진의 연소실(2)에 공급되게 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용을 설명한다.

폭발행정이 완료되고 나서 배기밸브가 열리면서 피스톤(1)이 상승하게 되면, 연소실(2)에 충진되어있던 배기가스가 배기관(3)을 통해서 터빈(10)과 웨이스트 게이트 밸브(6)에 각각 유입되게 된다.

연소실(2)에서 배출되는 배기가스는 터빈(10)에 가해져 터빈(10)을 회전시키면서 배기장치(13)를 통해서 외부로 배출되게 된다. 이에따라 압축기(11)가 터빈(10)과 함께 회전되면서 외부공기가 흡입 압축되어 열려진 흡기밸브를 통해서 연소실(2)에 공급되게 된다.

즉, 엔진이 정상적으로 동작될 때 연소실(2)에서 배출되는 배기압이 터빈(10)에 가해지는 한편, 웨이스트 게이트 밸브(6)에 가해지지만, 연소실(2)에서 배출되는 배기압에 비해 다이어프램(4)을 압압하고 있는 스프링(5)의 탄발력이 크기때문에 다이어프램(4)이 이동되지 않아 웨이스트 게이트 밸브(6)는 닫힌 상태를 유지하게 된다. 특히, 배기관(3) 내의 경사면과 다이어프램(4)의 경사면이 밀착되어서 배기관(3)을 밀폐하기 때문에 연소실(2)에서 배출되는 배기압이 웨이스트 게이트 밸브(6)를 통해 배기장치(13)로 누출되지 않고 모두 터빈(10)에 가해지게 되는 것이다.

이에따라 연소실(2)에서 배출되는 배기압이 웨이스트 게이트 밸브(6)를 통해 배기장치(13)로 배출되지 않고 모두 터빈(10)에 가해져 터빈(13)을 구동시키는 압력으로 사용되어진다. 그러므로 연소실(2)에서 배출되는 배기압에 대응되게 터빈(10)이 회전되게 되고, 이어서 이 터빈(10)과 같은 속도로 압축기(11)가 회전하면서 외부공기를 흡입 압축하여 연소실(2)에 공급함으로써, 엔진의 출력을 향상시킬 수 있는 것이다.

하지만 엔진의 고속 회전으로 연소실(2)에서 배출되는 배기압이 일정압을 초과하게 되면, 이 배기압에 의해 웨이스트 게이트 밸브(6)의 다이어프램(4)이 스프링(5)을 압압하면서 후방으로 이동하게 된다. 이에따라 연소실(2)에서 배출되는 배기압이 배기관(3)과 다이어프램(4) 사이의 틈을 통해서 배출되어진후, 이어서 격판(8)의 관통공(9)을 통해서 터빈(10)을 거치지 않고 바로 배기장치(13)로 배출되게 된다. 그러므로 연소실(2)에서 배출되는 배기압 중 일부가 웨이스트 게이트 밸브(5)를 통해서 배기장치(13)로 배출되기 때문에 터빈(10)에 가해지는 배기압이 낮아지게 되는 것이다.

엔진의 고속 회전시 터빈(10)에 연동되는 압축기(11)의 회전수가 감소되면서 외부공기의 흡입량이 줄어들기 때문에 엔진의 고속 회전으로 인해 연소실(2)에 고압의 외부공기가 유입되는 것을 사전에 방지할 수 있는 것이다. 즉, 흡입 공기압에 의해 작동되는 웨이스트 게이트 밸브(6)의 작동으로 연소실(2)에 유입되는 공기압을 일정압 이하로 자종 조절할 수 있는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 배기관 내에 웨이스트 게이트 밸브, 즉 연소실에서 배출되는 배기압에 의해 작동되는 다이어프램을 내장하여 터빈에 가해지는 배기압을 조절함으로써, 과급기의 동작을 조절하기위한 웨이스트 게이트 밸브의 구조를 단순화할 수 있으며, 또한 흡기관으로 흡입되는 공기압이 아닌 연소실에서 배출되는 배기압에 의해서 웨이스트 게이트 밸브의 개폐동작이 선택되어 배기압의 변화에 보다 빠르게 대처할 수 있는 것이다.

또한, 연소실에서 배출되는 배기압이 직접 웨이스트 게이트 밸브에 가해지도록 함으로써, 종래 흡기관과 웨이스트 게이트 밸브를 연결하던 연결관의 이상으로 연소실에 흡입되는 공기압이 변화함에도 불구하고 웨이스트 게이트 밸브가 작동되지 않아 과급기가 무리한 동작을 수행하는 것을 사전에 방지할 수 있는 것이다.

그리고 배기관 내에 웨이스트 게이트 밸브를 설치하거나 혹은 웨이스트 게이트 밸브를 하나의 세트로 구성하여 배기관에 삽탈 가능하도록 함으로써, 웨이스트 게이트 밸브의 설치작업을 단순화할 수 있으며, 또한 작업시간을 줄일 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 엔진의 연소실(2)과 배기장치(13)를 연결하는 배기관(3) 상에 설치되며, 연소실(2)에서 배출되는 배기압의 과다한 압력을 일부 저감시켜주는 웨이스트 게이트 밸브(6)에 있어서, 상기 웨이스트 게이트 밸브(6)는 배기압 배출을 위한 다수의 관통공(9)을 가지면서 배기관(3)을 가로지르는 구조로 설치되는 격판(8)과, 상기 격판(8)의 저부중앙에서 스프링(5)의 탄력 지지와 가이드(7)의 이동 안내를 받게 되며 연소실(2)에서 배출되는 배기압에 의해 탄력적으로 상하 이동되면서 배기관(3)을 개폐하는 다이어프램(4)으로 구성된 것을 특징으로 하는 과급기의 웨이스트 게이트 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 배기관(3)은 경사면을 사이에 둔 2단 직경으로 형성되어 상기 다이어프램(4)의 하단 테두리 경사면이 배기관(3)의 경사면에 밀착되면서 개폐될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 과급기의 웨이스트 게이트 밸브.

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