KR100463055B1 - 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이스트 게이트 밸브에 카메라의 조리개 구동방식을 적용하여 보다 정확한 제어가 이루어질 뿐만이 아니라 밸브면의 편마모가 방지되도록 하기 위한 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브에 관한 것으로,

터빈하우징의 입구측으로 흐르는 배기가스가 터빈을 거치지 않고 바로 배기계로 유도될 수 있도록 웨이스트 게이트가 형성되고, 콤프레서의 압력에 따라서 작동되는 액츄에이터와 로드로써 연결되는 웨이스트 게이트 밸브가 형성되는 터보차저에 있어서,

상기한 웨이스트 게이트이 개폐되도록 외주에 힌지점을 두고 원방향으로 나열되는 복수개의 조리개 깃과;

상기 웨이스트 게이트의 내측에 고정장착되는 링의 외주연 도중에 상기한 조리개 깃의 힌지점이 일정각 간격으로 배열되는 고정서포트와;

상기한 고정서포트보다 큰 직경의 링에 중심으로부터 상기 힌지점의 거리보다 멀리 조리개 깃의 가동점이 마련되며, 상기 고정서포트의 일측면에 회전이 가능하도록 형성되는 회전서포트와;

상기한 액츄에이터와 연결되는 로드의 직선운동을 회전운동으로 변경하여 상기 회전서포트에 전달되도록 하기 위한 베벨기어;로 구성되어, 액츄에이터 로드의 작동방향에 따라서 상기 조리개 깃이 중심으로 오므라들거나 외주연으로 벌어지게 되는 카메라의 조리개원리가 적용된 것을 특징으로 한다.

Description

터보차저의 웨이스트 게이트 밸브{Waste gate valve for turbo charger}

본 발명은 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이스트 게이트 밸브에 카메라의 조리개 구동방식을 적용하여 보다 정확한 제어가 이루어질 뿐만이 아니라 밸브면의 편마모가 방지되도록 하기 위한 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브에 관한 것이다.

차량의 엔진에 장착되는 터보차저의 일반적인 구조는 도 6에 도시되는 바와 같다. 엔진의 터보차저(10)는 도면에서와 같이 하우징(11)의 양측으로 콤프레서(12)와, 터빈(13)이 형성된다.

그리고 상기한 콤프레서(11)의 일측은 흡기라인이 연결되고, 상기 터빈(13) 측에는 배기라인이 연결되므로서, 배기가스의 배기압력을 이용하여 터빈(13)을 회전시켜 콤프레서(12)를 통과하는 흡입공기가 가압되도록 구성되는 것이다.

한편, 터빈(13)으로 배기가스가 유입되는 입구의 일측에는 운전상황에 따라서 배기가스가 상기 터빈(13)을 거치지 않고 바이패스될 수 있도록 하는 웨이스트 게이트 밸브(20)가 형성된다.

상기한 웨이스트 게이트 밸브(20)의 개폐작동은 에어 콤프레서(15)의 공기압으로 제어되는 액츄에이터(16)로써 이루어진다. 그리고, 상기 액츄에이터(16)와 에어 콤프레서(15)를 연결하는 에어라인(19)의 도중에는 상기 액츄에이터(16)의 작동을 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(17)와, 상기 에어 콤프레서(15)에서액츄에이터(16)로 공급되는 공기압력을 조절하기 위한 레귤레이터(18)가 형성된다.

따라서 에어 콤프레서(15)의 공기압은 레귤레이터(18)를 통과하면서 소정의 압력으로 감압된 후에 액츄에이터(16) 측으로 제공된다.

한편, 상기한 웨이스트 게이트 밸브(20)는 터빈(13)의 배기가스 입구(13a)와 출구(13b)를 바로 연결하는 웨이스트 게이트(14)를 막기 위한 원판형상의 밸브(21)와, 상기 밸브(21)를 링크(23)와 연결하기 위한 회전축(22)으로 구성된다. 상기 링크(23)는 액츄레이터(16)와 로드(16a)로써 연결된다.

따라서 액츄에이터(16)의 로드(16a)의 직선운동에 따라 회전축(22)의 중심부를 기점으로 링크(23)가 회전되면서 밸브(21)가 열리도록 구성되는 것이다.

특히, 밸브(21)와 링크(23)는 힌지축(25)을 매개로 별도의 연결부재로써 연결되는데, 이는 밸브(21)가 열리고 닫힐 때, 밸브(21)와 밸브면이 크게 부딪치지 않도록 할 뿐만 아니라 배기가스가 새지 않도록 하기 위한 것이다.

그러나 상기와 같은 형성되는 웨이스트 게이트 밸브에서는 상기한 힌지축을 중심으로 회전이 가능하게 되며 유격이 발생되므로서 배기가스의 유동변화에 의하여 웨이스트 게이트 밸브가 상시 움직일 뿐만 아니라 심한 소음이 발생되는 문제점이 있었다. 특히 CNG 엔진의 경우에는 웨이스트 게이트를 직접 제어하여 웨이스트 량을 조절함으로써 출력을 제어하게 되는데, 이러한 유격은 동일한 엑셀 페달을 밟고 있는 상태에서도 미세하여 출력의 변동을 가져오는 엔진 헌팅의 원인이 되기도 한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 웨이스트 게이트 밸브에 카메라의 조리개 구동방식을 적용하여 보다 정확한 제어가 이루어질 뿐만이 아니라 밸브면의 편마모가 방지되도록 하기 위한 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

터빈하우징의 입구측으로 흐르는 배기가스가 터빈을 거치지 않고 바로 배기계로 유도될 수 있도록 웨이스트 게이트가 형성되고, 콤프레서의 압력에 따라서 작동되는 액츄에이터와 로드로써 연결되는 웨이스트 게이트 밸브가 형성되는 터보차저에 있어서,

상기한 웨이스트 게이트이 개폐되도록 외주에 힌지점을 두고 원방향으로 나열되는 복수개의 조리개 깃과;

상기 웨이스트 게이트의 내측에 고정장착되는 링의 외주연 도중에 상기한 조리개 깃의 힌지점이 일정각 간격으로 배열되는 고정서포트와;

상기한 고정서포트보다 큰 직경의 링에 중심으로부터 상기 힌지점의 거리보다 멀리 조리개 깃의 가동점이 마련되며, 상기 고정서포트의 일측면에 회전이 가능하도록 형성되는 회전서포트와;

상기한 액츄에이터와 연결되는 로드의 직선운동을 회전운동으로 변경하여 상기 회전서포트에 전달되도록 하기 위한 베벨기어;로 구성되어, 액츄에이터 로드의 작동방향에 따라서 상기 조리개 깃이 중심으로 오므라들거나 외주연으로 벌어지게 되는 카메라의 조리개원리가 적용된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 웨이스트 게이트가 적용된 터보차저의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브의 정면도.

도 3은 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브의 측면도.

도 4는 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브의 작동상태의 측면도.

도 5는 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브가 개방된 상태의 도면.

도 6은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 터보차저 12 : 터빈

13 : 콤프레서 14 : 웨이스트 게이트

15 : 에어 콤프레서 16 : 액츄에이터

16a : 로드 30 : 웨이스트 게이트 밸브

31 : 조리개 깃 32 : 고정서포트

33 : 회전서포트 34 : 힌지점

34 : 가동점 40 : 베벨기어

41 : 대기어 42 : 소기어

43 : 조정축 44 : 링크

이하, 본 발명의구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 웨이스트 게이트가 적용된 터보차저의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브의 측면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브의 작동상태의 측면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브가 개방된 상태의 도면이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브를 지시하는 것이고, 일부의 도면부호는 설명의 편의상 종래기술의 설명에서 사용된 부호가 그대로 사용된다.

상기한 웨이스트 게이트 밸브(30)는 카메라에서 조리개가 열리고 닫히는 원리를 기본으로 하여 구성된 것으로, 터보차저(10)의 웨이스트 게이트(30)를 닫기 위한 다수의 조리개 깃(31)이 소정각도 간격으로 원형상으로 배열된다. 이렇게 배열되는 조리개 깃(31)의 외측에는 힌지점(34)이 형성되고, 그 힌지점(34)의 더 외측에는 가동점(35)이 형성된다. 특히, 상기한 조리개 깃(31)은 웨이스트 게이트(14)의 중심을 기준으로 볼 때, 중심부분에 위치되는 부분보다 외주연 측에 위치되는 부분이 더 넓은 면적을 갖는 유선형으로 형성된다. 그 외형은 마치 운동경기 등에서 심판이 사용하는 호루라기 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 조리개 깃(31)의 힌지점(34)이 위치되는 링형상의고정서포트(32)가 웨이스트 게이트(14)의 내측에 장착되는데, 상기 고정서포트(32)의 원주부분에는 상기한 다수의 조리개 깃(31)이 일정 각도 간격으로 배열된다.

그리고 상기한 고정서포트(32)의 외측으로는 상기 고정서포트(32)보다 큰 직경의 회전서포트(33)가 형성된다. 이 회전서포트(33)는 상기 힌지점(34)을 중심으로 조리개 깃(31)을 회전시켜 주기 위해 형성되는 것으로, 상기 회전서포트(32)는 회전력을 전달받기 위해 액츄에이터(16)의 로드(16a)와 베벨기어(40)로써 연결된다. 상기 회전서포트(33)의 외주연에는 대기어(41)가 형성되고, 터빈(13)의 하우징 일측에 축지되는 조정축(43)의 일단에 상기 대기어(41)와 맞물리는 소기어(42)가 형성된다.

상기 조정축(43)의 다른 일끝단은 액츄에이터(16)의 작동힘을 전달하는 로드(16a)와 운동방향을 바꿔주기 위한 링크(44)로써 연결된다.

즉, 레귤에이터(16) 및 솔레노이드 밸브(17)을 거치면서 전달되는 에어 콤프레서(15)의 공압에 따라 액츄에이터(16)가 작동되도록 구성되는 종래의 일반적인 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브에 카메라의 조리개가 개폐되는 원리가 적용되는 것이다. 특히, 상기한 웨이스트 게이트(30)는 로드(16a)가 소정간격 이동하게 되면 상기한 링크(44)에 의해서 로드(16a)의 직선운동이 회동운동으로 바뀌도록 구성되는 것이다. 또한, 링크(44)에 의해 변경된 회전운동력은 조정축(43)을 통해 베벨기어(40)로 전달되고, 베벨기어(40)에 의해서 회전방향이 바뀌어 상기한 회전서포트(33)가 회전되도록 구성되는 것이다.

이상과 같이 형성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

상기와 같이 터보차저(10)가 장착된 엔진이 운전되면, 배기가스의 압력에 의해 외전되는 터빈(13)이 회전되므로서 상기 터빈(13)과 동축으로 연결된 콤프레서(13)가 회전되어 흡입공기가 가압되어진다.

그리고 상기한 액츄에이터(16)는 에어 콤프레서(15)의 부스트 압력에 의해서 직접 제어되도록 구성되는 것으로서, 상기 웨이스트 게이트 밸브(30)는 엔진의 전운전영역에 걸쳐서 열림과 닫음 작동을 반복하게 된다.

그런데 본 발명에 의해 형성된 웨이스트 게이트 밸브(30)는 카메라 조리개의 작동원리가 다음과 같이 적용된다.

상기한 액츄에이터(16)의 작동은 로드(16a)와 링크(44)를 통해 조정축(43)에 전달되고, 상기 링크(44)를 통해 조정축(43)으로 전달되는 힘은 회전력으로 변환되어 베벨기어(40)까지 전달되어진다. 즉, 조정축(43)의 소기어(42)가 회전서포트(33)의 대기어(41)와 맞물려 회전하게 되므로서, 상기한 회전서포트(33)가 도면에 표시된 회전방향으로 회전되어진다. 그러면 힌지점(34)이 있는 고정서포트(32)의 위치는 변경되지 않고, 가동점(35)이 있는 회전서포트(32)만이 회전되므로서 조리개 깃(31)이 한방향으로 회전되어진다.

이때, 상기한 베벨기어(40)에 의한 회전서포트(33)의 회전량은 크지 않더라도 상기 조리개 깃(31)의 끝단부의 회전량은 크므로서 순간적인 개방면적의 변화가 크게 나타나는데, 이는 조리개 방식의 상기한 웨이스트 게이트 밸브(30)는 개방면적이 원주의 반경크기에 의존하므로 반경의 제곱에 비례하여 증가될 뿐 아니라 조리개 깃(31)의 구성에 있어 회전량에 비하여 개구면적의 변화가 커서 터보차저의응답성이 빠르게 나타나는 것이다.

따라서 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 밸브(30)가 터보차저(10)에 적용되면, 종래의 웨이스트 게이트 밸브보다 정교한 제어가 가능하게 된다. 이러한 웨이스트 게이트 밸브는 특히 최근의 CNG 엔진과 같이 웨이스트 게이트 밸브를 제어하므로서 출력에 직접적으로 영향을 주는 방식의 엔진에 더욱 효과적이다. 또한, 기존의 웨이스트 게이트 밸브와 같이 밸브시트 주변의 마모에 따른 유격이 없어지므로서 웨이스팅되는 배기가스의 량이 정확하게 제어되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 웨이스트 게이트 밸브는 카메라의 조리개 작동방식이 적용되므로서 웨이스트 게이트 밸브의 개방면적이 원주방향으로 커지게 되므로서 기존의 웨이스트 게이트 밸브와 대비하여 그 응답성이 우수할 뿐만 아니라, 보다 정교하게 웨이스트 게이트를 통과하는 배기가스의 양이 제어되는 커다란 장점이 있다. 또한, 종래의 웨이스트 게이트 밸브에서 밸브시트 등의 마모에 의한 유격이 없어지므로서 보다 정확한 터보차저의 제어가 가능하게 되므로서 엔진의 헌팅이 방지되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

1. 터빈하우징의 입구측으로 흐르는 배기가스가 터빈을 거치지 않고 바로 배기계로 유도될 수 있도록 웨이스트 게이트가 형성되고, 콤프레서의 압력에 따라서 작동되는 액츄에이터와 로드로써 연결되는 웨이스트 게이트 밸브가 형성되는 터보차저에 있어서,

   상기한 웨이스트 게이트(14)이 개폐되도록 외주에 힌지점(34)을 두고 원방향으로 나열되는 복수개의 조리개 깃(31)과;

   상기 웨이스트 게이트(14)의 내측에 고정장착되는 링의 외주연 도중에 상기한 조리개 깃(31)의 힌지점(34)이 일정각 간격으로 배열되는 고정서포트(32)와;

   상기한 고정서포트(32)보다 큰 직경의 링에 중심으로부터 상기 힌지점(34)의 거리보다 멀리 조리개 깃(31)의 가동점(35)이 마련되며, 상기 고정서포트(32)의 일측면에 회전이 가능하도록 형성되는 회전서포트(33)와;

   상기한 액츄에이터(16)와 연결되는 로드(16a)의 직선운동을 회전운동으로 변경하여 상기 회전서포트(33)에 전달되도록 하기 위한 베벨기어(40);로 구성되어, 상기 로드(16a)의 작동방향에 따라서 상기 조리개 깃(31)이 웨이스트 게이트(14)의 중심으로 오므라들거나 외주연으로 벌어지게 되는 카메라의 조리개원리가 적용된 것을 특징으로 하는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 조리개 깃(31)은 유선형으로 힌지점(34)과 가동점(35)이 위치되는 외측부분이 웨이스트 게이트(14)의 중심부분에 위치되는 부분보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 베벨기어(40)의 조정축(43)과 로드(16a) 사이에는 운동방향을 바꿔주기 위한 링크(44)가 형성되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브.