KR100639513B1 - 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조 - Google Patents

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KR100639513B1 KR1020050069568A KR20050069568A KR100639513B1 KR 100639513 B1 KR100639513 B1 KR 100639513B1 KR 1020050069568 A KR1020050069568 A KR 1020050069568A KR 20050069568 A KR20050069568 A KR 20050069568A KR 100639513 B1 KR100639513 B1 KR 100639513B1
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Abstract

본 발명은 엔진의 출력을 증가시키기 위한 터보차저(turbocharger)의 웨이스트 게이트 밸브(205)가 하부 밑면(205-1)이 반구형 형태로 형성되어 있어 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 경우 웨이스트 게이트 밸브(205)의 하부 접촉면이 약간 틀어지거나 어긋나더라도 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 완전히 막아주어 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브(205)가 완전하게 제기능을 하며 밸브로드(205-2)가 두꺼워 부시(207)의 내경에 접촉되는 밸브로드(205-2)의 단면적이 넓고 볼트(103-1)에 연결되는 밸브의 축 단면적이 넓기 때문에 부시(207)에 끼워진 상태에서 웨이스트 게이트 밸브(205)를 장기간 작동하더라도 웨이스트 게이트 밸브(205) 자체가 흔들리거나 마모되지 않고 고장이 없으며 연결로드(103)에 가이드부시(210)를 장착하여 액츄에이터(100)가 직선왕복운동을 계속할 때 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주며 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주기 때문에 액츄에이터 로드(102)가 흔들리는 것을 방지하고 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되는 것을 방지하며 액츄에이터(101) 자체의 고장을 방지하고 연결로드(103)에 장착된 가이드부시(210)의 전방 위치에 록너트(232)를 장착하여 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke) 거리를 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크(stroke) 거리와 동일하게 조정할 수 있으며 록너트(232)가 장착된 액츄에이터 로드(102)는 조정된 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke) 거리의 범위 내에서만 직선왕복운동을 계속하기 때문에 액츄에이터 로드(102)에 무리한 힘이 가해지지 않아 액츄에이터 로드(102)가 흔들리는 것을 방지하며 더 나아가서 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되는 것을 방지하여 액츄에이터(101) 자체의 고장을 방지할 수 있는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 관한 것이다.
터보차저, 웨이스트 게이트 밸브 구조

Description

터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조{structure of wastegate valve for turbocharger}
도 1은 일반적인 웨이스트 게이트 유닛을 설명하기 위하여 엔진을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 종래 웨이스트 게이트 유닛이 장착된 터보차저를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 종래 웨이스트 게이트 유닛의 작동을 설명하기 위한 도면,
도 4는 종래 웨이스트 게이트 유닛의 작동을 설명하기 위한 도면,
도 5는 종래의 웨이스트 게이트 유닛을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 종래의 웨이스트 게이트 유닛을 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 도면,
도 7은 도 5에 도시된 웨이스트 게이트 유닛의 분해 사시도,
도 8은 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브 구조를 나타낸 분해 사시도,
도 9는 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브 및 부시의 단면도.
도 10은 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브 구조가 터보차저에 장착된 것을 나타낸 사시도.
도 11은 본 발명의 다른 형태 웨이스트 게이트 밸브 구조가 터버차저에 장착된 것을 나타낸 사시도.
도 12는 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브 구조에서 가이드부시가 장착된 것을 나타낸 사시도.
도 13은 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브 구조에서 다른 형태의 가이드부시가 장착된 것을 나타낸 사시도.
도 14는 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브 구조에서 가이드부시가 장착된 것을 나타낸 사시도.
도 15는 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브 구조에서 가이드부시가 장착된 것을 나타낸 사시도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 터보차저 11 : 터빈
13 : 압축기 15 : 배출가스 유입관
15a : 웨이스트 게이트 100 : 웨이스트 게이트 유닛
101 : 액츄에이터 103 : 연결로드
103-1: 볼트 105 : 웨이스트 게이트 밸브 107 : 부시 205 : 웨이스트 게이트 밸브 205-1 : 밸브 하부면 205-2 : 밸브로드 207, 207-1 : 부시
210, 210-1: 가이드부시 220, 220-1: 지지브라켓
232: 록너트 234: 와셔
236: 스프링 240: 액츄에이터 지지대
본 발명은 엔진의 출력을 증가시키기 위한 터보차저(turbocharger)의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 하부밑면이 반구형 형태로 형성되어 있으며 밸브로드가 두꺼워 부시의 내경에 접촉되는 밸브로드의 단면적이 넓고 볼트에 연결되는 밸브로드의 단면적이 넓으며 연결로드에 가이드부시가 장착되어 있고 가이드부시의 전방 위치에 록너트를 끼워서 장착되어 있는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 실린더 내부로 보다 많은 혼합공기가 과잉 공급되면 동일한 속도하에서 엔진은 더 큰 동력을 발생시킬 수 있으며, 팽창 행정 동안 높은 압력을 발생시키고 출력을 향상시킨다. 이와 같이 실린더내로 과도하게 혼합공기를 공급하기 위하여 터보차저가 사용된다. 그러나, 흡기 매니폴드내에 걸리는 부스트(boost) 압력이 너무 크면 이상 연소(detonation)가 생기고 엔진의 손상을 초래할 수 있어 과도한 부스트 압력을 억제하기 위하여 터보차저에는 웨이스트 게이트가 형성되어 있으며 상기 웨이스트 게이트를 개폐하는 웨이스트 게이트 밸브가 구비되어 있다. 이러한 웨이스트 게이트 및 웨이스트 게이트 밸브에 의하여, 부스트 압력이 일정한 값에 도달하게 되면 배기가스의 일부분이 터빈을 바이패스(bypass)하여 웨이스트 게이트로 흐르게 되어 터빈을 회전시키지 않고 외부로 배기된다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 엔진, 터보차저 및 웨이스트 게이트의 작동을 설명하기로 한다. 도 1은 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브를 설명하기 위하여 엔진을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 웨이스트 게이트 및 밸브가 장착된 터보차저를 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 터보차저의 웨이스트 게이트 및 밸브를 설명하기 위한 도면이다. 엔진의 실린더(1)내에서 압축된 혼합 공기가 점화되어 팽창되면서 배기밸브(2b)가 열리고, 피스톤(3)이 다시 위로 올라오면서 연소된 가스가 배출된다. 이와 같이 배출되는 배기가스는 터보차저(10)의 배기가스 유입관(15)을 통과하면서 터빈(11)을 회전시킨다. 배기 가스에 의하여 회전되는 터빈(11)과 동시에 작동하여 압축기(13)의 펜(13a)이 회전하면서, 외부의 공기가 강제로 실린더(1)내로 과잉 공급되어 엔진출력을 증대시키게 된다.
그러나, 배출되는 모든 배기가스가 터빈(11)을 회전시키게 되면 그만큼 흡기 매니폴드(5)에 과도한 부스트 압력이 발생하여 이상 연소현상 또는 엔진 이상현상을 초래할 수 있게 된다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 웨이스트 게이트가 형성되며, 터빈(11) 상류측 배기가스 유입관(15)에 웨이스트 게이트(15a)가 형성되고, 웨이스트 게이트(15a)는 웨이스트 게이트 밸브(29)에 의하여 선택적으로 개폐되도록 구성되어 있다. 흡기 매니폴드(5)에 과도한 부스트 압력이 발생하는 경우, 웨이스트 게이트 밸브(29)가 열려 실린더(1)에서 배출되는 배기가스의 일부가 터빈(11)을 회전시키지 않고 바로 외부로 바이패스(bypass)되어 부스트 압력이 과도하게 걸리는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1 내지 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브는 액츄에이터(21 : actuator), 연결로드(23 : actuator rod), 힌지바(25 : hinge bar), 연결바(27) 및 웨이스트 게이트 밸브(29)를 구비한다. 액츄에이터(21)는 웨이스트 게이트(15a)를 선택적으로 개폐하도록 구동되는 것으로서 일정한 부스트 압력 이상이 되면 웨이스트 게이트(15a)를 열어 배기가스의 일부가 바이패스 되도록 하고 일정한 부스트 압력 이하로 되면 웨이스트 게이트(15a)를 막아서 배기가스가 터빈(11)을 회전시키도록 한다. 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브에서 연결로드(23)는 액츄에이터(21)에 의하여 작동되는 것으로서 일단은 액츄에이터(21)측에 연결되고 타단은 힌지바(25)에 핀연결된다.
액츄에이터는 흡기 매니폴드에 가해지는 부스트 압력에 의하여 구동되는 다이아프램 유닛이다. 액츄에이터는 흡기 매니폴드에 가해지는 부스트 압력을 센싱하는 센서와 상기 센서에 의하여 소정 압력이상인 것으로 감지되면 상기 액츄에이터를 제어하는 솔레노이드 밸브로 구성되어 있다.
힌지바(25)는 일단이 연결로드(23)에 핀연결되고 타단은 연결바(27)에 고정되어, 액츄에이터(21)가 직선운동함에 따라 핀열결부(26)를 회전중심으로 하여 회동한다. 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브에서 연결바(27)는 연결로드(23)에 의하여 회동되는 힌지바(25)와 동시에 작동하면서 회동되는 것으로서 타단은 웨이스트 게이트 밸브(29)와 용접에 의하여 고정되어 웨이스트 게이트 밸브(29)가 연결바(27)와 동시에 작동하면서 회동하게 된다.
도 1 내지 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브 에서 웨이스트 게이트 밸브(29)는 연결바(27)에 고정되어 연결바(27)와 동시에 작동하면서 회동된다. 이러한 웨이스트 게이트 밸브(29)는 연결바(27)를 회전축으로 하여 회동함으로써 웨이스트 게이트(15a)를 선택적으로 개폐하게 된다. 웨이스트 게이트 밸브(29)가 회동되어 웨이스트 게이트(15a)가 개폐되게 함으로써 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 연결바(27)에 대하여 틸팅(tilting)되도록 설치되어 있다.
도 1 내지 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브는 부스트 압력이 소정 압력 이상이 되면 액츄에이터(21)가 작동되어 연결로드(23)가 도 2의 화살표 B 방향으로 직선운동을 하고, 이와 연동하여 힌지바(25)가 도면상 반시계방향으로 회동하게 된다. 연결바(27)는 힌지바(25)의 회동방향인 반시계방향으로 회동하게 되고 연결바(27)에 설치되는 웨이스트 게이트 밸브(29)가 웨이스트 게이트(15a)를 열어 배기가스의 일부가 웨이스트 게이트(15a)를 통하여 바이패스됨으로써 부스트 압력을 조절할 수 있다.
한편, 부스트 압력이 소정 압력 이하로 떨어지면 액츄에이터(21)에 의하여 연결로드(23)는 도 2의 화살표 A방향으로 직선운동을 하고 이와 연동하여 힌지바(25)가 도면상 시계방향으로 회동하게 된다. 연결바(27)는 힌지바(25)의 회동방향인 시계방향으로 회동하게 되고 연결바(27)에 고정되는 웨이스트 게이트 밸브(29)가 웨이스트 게이트(15a)를 닫아 배기가스가 바이패스되지 않고 터보차저(10)의 터빈(11)을 회전시키도록 한다.
그러나, 도 1 내지 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브는 액츄에이터(21), 연결로드(23), 힌지바(25), 연결바(27) 및 웨이스트 게이트 밸브(29)와 같이 다수의 부품으로 이루어져 그 조립이 용이하지 않으며 조립공정이 복잡하고 장기간 사용시 웨이스트 게이트 또는 웨이스트 게이트 밸브가 파손되어 웨이스트 게이트 또는 웨이스트 게이트 밸브를 교체하여 수리해야 하는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브는 웨이스트 게이트 밸브(29)가 일정한 회전축을 중심으로 회동하면서 웨이스트 게이트(15a)를 개폐함으로써 틸팅되도록 하여야 하기 때문에 장시간 작동되는 경우 틸팅부(29a)에 크랙이 발생하거나 파손되는 문제가 있다. 또한, 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브는 웨이스트 게이트 내부에서 배기가스의 맥동현상에 의하여 웨이스트 게이트 밸브(29), 힌지바(25) 및 다른 부품에 크랙이 발생하거나 파손되는 문제가 있었다.
특허출원 제2004-86760호 및 실용신안등록 제374326호에 이미 출원된 바 있으며 도 5 내지 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브는 엔진 터보차저의 터빈 상류측 배기가스 유입관에 형성되어 배기가스의 일부가 터빈에 영향을 미치지 않게 배출되는 웨이스트 게이트를 선택적으로 개폐하는 웨이스트 게이트 밸브; 상기 웨이스트 게이트 밸브의 직선운동을 안내하며 지지하는 부시; 상기 웨이스트 게이트 밸브를 직선운동시키는 연결로드(actuator rod); 및 상기 연결로드를 작동시키는 액츄에이터(actuator)로 이루어진 것이다. 연결로드 및 웨이스트 게이트 밸브는 선택적으로 착탈가능하다.
종래의 웨이스트 게이트 및 밸브는 엔진의 터보차저(10)에 설치되어 엔진의 흡기 매니폴드(5)에 가해지는 부스트 압력을 조절하는 것이다. 액츄에이터(101)는 웨이스트 게이트(15a)를 선택적으로 개폐하도록 구동되는 것으로서 엔진의 흡기 매니폴드(5)에 가해지는 부스트 압력이 소정 압력 이상이 되면 웨이스트 게이트(15a)를 개방하여 배기가스의 일부가 바이패스 되도록 하고 일정한 부스트 압력 이하로 되면 웨이스트 게이트(15a)를 차단하여 배기가스가 바이패스되지 않고 터보차저(10)의 터빈(11)을 회전시키도록 한다. 액츄에이터(101)의 구동은 공기 또는 컴퓨터에 의하여 제어될 수 있다. 공기에 의한 제어는 액추에이터(101)내에 다이어프램 스프링이 설치되어 부스트 압력이 스프링의 탄성력을 초과할 때 탄성변형되어 연결로드(103) 및 웨이스트 게이트 밸브(105)를 구동시켜 웨이스트 게이트(15a)를 개방시켜 배기가스의 일부가 바이패스되도록 한다. 부스트 압력이 스프링의 탄성력을 초과하지 않는 때는 스프링의 탄성복귀력에 의하여 연결로드(103) 및 웨이스트 게이트 밸브(105)가 윈위치되어 웨이스트 게이트(15a)를 차단하여 배기가스가 바이패스되지 않고 터보차저(10)의 터빈(11)으로만 유동하게 한다. 컴퓨터에 의한 제어는 흡기 매니폴드(5) 내에 압력센서가 설치되어 부스트 압력이 미리 설정된 압력치 이상이 되면 컴퓨터나 ECM에 신호를 보내고, 이 신호에 의하여 액츄에이터(101)를 제어하는 솔레노이드 밸브가 작동하여 연결로드(103) 및 웨이스트 게이트 밸브(105)를 구동시켜 웨이스트 게이트(15a)를 개방시켜 배기가스의 일부가 바이패스 되도록 한다. 압력센서에 의하여 미리 설정된 압력치 이하로 떨어지면 컴퓨터나 ECM에 신호를 보내고 그 신호에 따라 솔레노이드 밸브가 작동하여 연결로드(103) 및 웨이스트 게이트 밸브(105)를 구동시켜 웨이스트 게이트(15a)를 차단하여 배기가스가 바이패스되지 않고 터보차저(10)의 터빈(11)으로만 유동하게 한다.
도 5 내지 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 웨이스트 게이트 및 밸브에서 연결로드(103)는 일단이 액츄에이터(101) 측에 그 길이방향으로 이동가능하게 설치되고 타단은 웨이스트 게이트 밸브(105)와 고정되어, 액츄에이터(101)에 의하여 연결로드(103)가 그 길이방향으로 직선운동하고 이와 연동하여 웨이스트 게이트 밸브(105)가 웨이스트 게이트(15a)를 선택적으로 개폐한다. 부시(107)는 연결로드(103)의 길이방향 직선운동을 안내하며 지지하는 것으로서, 터보차저 하우징(10a)에 고정되어 웨이스트 게이트(15a)가 차단되었을 때 외부로 배기가스가 유출되지 않도록 실링(sealing)하는 기능을 한다. 웨이스트 게이트 밸브(105)는 액츄에이터(101) 및 연결로드(103)의 직선운동에 의하여, 웨이스트 게이트(15a)를 개방 또는 차단하며 도 1에 도시된 실린더의 흡기밸브(2 a) 및 배기밸브(2b)와 동일하게 형성하여 별도의 작업라인을 구축할 필요없이 기존의 흡기밸브(2 a) 및 배기밸브(2b)를 사용한 것이다. 이 경우 웨이스트 게이트 밸브(105)가 부시(107)에 의하여 안내되며 지지된다.
엔진의 실린더(1) 내에서 압축된 혼합기가 점화되어 팽창된 후 배기밸브(2b)가 열리고, 피스톤(3)이 다시 위로 올라오면서 연소된 가스가 배출된다. 배출되는 배기가스는 터보차저(10)의 배기가스 유입관(15)을 통과하면서 터빈(11)을 회전시키고, 회전되는 터빈(11)과 동시에 작동하면서 압축기(13)의 펜(13a)이 회전하면서, 외부의 공기가 강제로 실린더(1) 내부로 과잉 공급되어 엔진출력을 증대시키게 된다. 터보차저(10)에 의하여 공기가 실린더 내부로 과잉 공급되면서 배기 매니폴드(5) 내부에 가해지는 부스트 압력이 소정 압력이상이 되면, 액츄에이터(101)가 작동되어 연결로드(103)가 부시(107)에 의하여 안내되고 지지되면서 도 5에 도시된 바와 같이 화살표 C의 방향으로 수평이동하게 된다. 이와 연동하여 웨이스트 게이트 밸브(105)가 화살표 C의 방향으로 수평이동하여 웨이스트 게이트(15a)가 개방된다. 개방된 웨이스트 게이트(15a)를 통하여, 배기가스의 일부가 바이패스되어 흡기 매니폴드(5)에 가해지는 부스트 압력을 낮추고, 엔진 실린더(1) 내부로 과잉 공급되는 공기의 량을 조절할 수 있게 된다. 흡기 매니폴드(5)에 가해지는 부스트 압력이 소정 압력 이하로 떨어지면, 연결로드(103)가 도 6에 도시된 바와 같이 화살표 D의 방향으로 수평이동하고 이와 연동하여 웨이스트 게이트 밸브(105)가 화살표 D의 방향으로 수평이동하여 웨이스트 게이트(15a)가 차단된다. 차단된 웨이스트 게이트(15a)를 통하여 배기가스가 바이패스되지 않고 터보차저(10)의 터빈(11)으로 유동하여 터빈(11)을 회전시키고 이와 동시에 작동하여 압축기(13)의 펜(13a)이 회전하여 외부의 공기를 더 많이 실린더(1) 내부로 과잉 공급하여 엔진 출력을 향상시킨다. 터보차저(10)의 웨이스트 게이트 및 밸브에 의하여 엔진의 실린더(1) 내부로 공급되는 공기 또는 혼합기체의 양을 조절함으로써 엔진 출력을 안정되게 유지 또는 증가시킬 수 있다. 흡기 매니폴드(5)에 과도한 부스트 압력이 발생하여도 부스트 압력을 낮출 수 있기 때문에 이상연소되는 것을 최소화할 수 있으며 엔진의 과부하를 방지할 수 있다.
그런데 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 웨이스트 게이트 밸브(105)는 도 1에 도시된 실린더의 흡기밸브(2a) 및 배기밸브(2b)와 동일하게 형성하여 기존의 흡기밸브(2a) 및 배기밸브(2b)를 사용한 것이다. 종래의 웨이스트 게이트 밸브 (105)는 하부 밑면이 평면으로 형성되어 있어 웨이스트 게이트 밸브가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 경우 웨이스트 게이트 밸브의 하부 접촉면이 약간 틀어지거나 어긋나면 웨이스트 게이트 밸브가 웨이스트 게이트(15a)를 완전히 막아주지 못하여 배기가스가 새어나와 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브가 제기능을 하지 못하는 문제점이 있었다. 또한 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 웨이스트 게이트(15a)의 전방에 웨이스트 게이트 밸브가 설치된 상태에서 웨이스트 게이트 밸브가 웨이스트 게이트(15a)를 개폐하면서 장기간 작동하는 경우 웨이스트 게이트(15a)의 가장자리 자체가 마모되고 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브를 장기간 사용하여 웨이스트 게이트(15a) 자체가 마모된 경우 웨이스트 게이트 밸브가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 순간 웨이스트 게이트 밸브가 웨이스트 게이트(15a)의 마모된 부위까지 막아주지 못하기 때문에 웨이스트 게이트 밸브(105)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 순간 마모된 부위에서 배기가스가 새어나와 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브가 제기능을 하지 못하는 문제점이 있었다.
도 7에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 웨이스트 게이트 밸브(105)는 도 1에 도시된 실린더의 흡기밸브(2a) 및 배기밸브(2b)와 동일하게 형성하여 별도의 작업라인을 구축할 필요없이 기존의 흡기밸브(2a) 및 배기밸브(2b)를 사용한 것이다. 종래의 웨이스트 게이트 밸브(105)는 밸브의 축이 너무 가늘고 약하여 부시(107)의 내경에 접촉되는 밸브의 축 단면적이 좁아 부시(107)에 끼워진 상태에서 웨이스트 게이트 밸브(105)를 장기간 작동하면서 사용 경우 웨이스트 게이트 밸브(105) 자체가 흔들리게 되며 마모되는 문제점이 있었다. 웨이스트 게이트 밸브(105) 자체가 흔들리게 되면 웨이스트 게이트(15a)의 가장자리 자체가 마모되고 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브(105)를 장기간 사용하여 웨이스트 게이트(15a) 자체가 마모된 경우 웨이스트 게이트 밸브(105)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 순간 웨이스트 게이트 밸브(105)가 웨이스트 게이트(15a)의 마모된 부위까지 막아주지 못하기 때문에 웨이스트 게이트 밸브(105)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 순간 마모된 부위에서 배기가스가 새어나와 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브(105)가 제기능을 하지 못하는 문제점이 있었다.
또한 도 5 및 6에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 액츄에이터(101)는 800℃ 이상의 고열상태에서 작동이 되고 열팽창이 된 상태에서 작동이 되며 액츄에이터 로드(102)의 길이가 상당히 길쭉함에도 불구하고 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주는 장치가 없기 때문에 액츄에이터 로드(102)가 직선왕복운동을 계속할 때 액츄에이터 로드(102)가 흔들리게 되고 더 나아가 액츄에이터 로드(102)가 직선왕복운동을 장기간 계속할 때 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되며 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되면 액츄에이터(101) 자체에 고장이 생기기 되어 액츄에이터(101) 자체를 교환하여 수리해 주어야 하는 문제점이 있었다.
도 5 및 6에서 알 수 있는 바와 같이 종래의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 액츄에이터(100)가 직선왕복운동을 계속할 때 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke: 행정) 거리는 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크 거리보다 휠씬 길며 일반적으로 엑츄에이터(101)의 스트로우크 거리는 대략 15mm이고 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크 거리는 대략 8mm이다. 종래의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke: 행정) 거리는 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크 거리보다 휠씬 길기 때문에 액츄에이터 로드(102)가 직선왕복운동을 계속할 때 액츄에이터 로드(102)의 스트로우크 거리가 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크 거리보다 과대하게 나가게 되며 액츄에이터 로드(102)의 스트로우크 거리가 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크 거리보다 과대하게 나가게 되면 액츄에이터 로드(102)가 흔들리게 되고 더 나아가 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되며 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되면 액츄에이터(101) 자체에 고장이 생기기 되어 액츄에이터(101) 자체를 교환하여 수리해 주어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 웨이스트 게이트 밸브(205) 하부 밑면(205-1)이 반구형 형태로 형성되어 있어 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 경우 웨이스트 게이트 밸브(205)의 하부 접촉면이 약간 틀어지거나 어긋나더라도 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 완전히 막아주어 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브(205)가 완전하게 제기능을 하며 밸브의 로드(205-2)이 두꺼워 부시(207)의 내경에 접촉되는 밸브의 로드(205-2) 단면적이 넓고 볼트(103-1)에 연결되는 밸브의 축 단면적이 넓기 때문에 부시(207)에 끼워진 상태에서 웨이스트 게이트 밸브(205)를 장기간 작동하더라도 웨이스트 게이트 밸브(205) 자체가 흔들리거나 마모되는 문제점을 제거하고 장기간 사용하더라도 고장이 없는 웨이스트 게이트 밸브(205)를 제작하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 연결로드(103)에 가이드부시(210)를 장착하여 액츄에이터(100)가 직선왕복운동을 계속할 때 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주며 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주기 때문에 액츄에이터 로드(102)가 흔들리는 것을 방지하고 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되는 것을 방지하며 액츄에이터(101) 자체의 고장을 방지하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 연결로드(103)에 장착된 가이드부시(210)의 전방 위치에 록너트(232)를 끼워서 장착하여 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke) 거리를 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크(stroke) 거리와 동일하게 조정할 수 있으며 록너트(232)가 장착된 액츄에이터 로드(102)는 조정된 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke) 거리의 범위 내에서만 직선왕복운동을 계속하기 때문에 액츄에이터 로드(102)에 무리한 힘이 가해지지 않아 액츄에이터 로드(102)가 흔들리는 것을 방지하며 더 나아가서 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되는 것을 방지하여 액츄에이터(101) 자체의 고장을 방지하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 엔진 터보차저(turbocharger)의 터빈 상류측 배기가스 유입관에 형성되어 배기가스의 일부가 상기 터빈에 영향을 미치지 않게 배출되는 웨이스트 게이트(wastegate)를 선택적으로 차폐하는 웨이스트 게이트 밸브; 상기 웨이스트 게이트 밸브의 직선운동을 안내하며 지지하는 밸브부시; 상기 웨이스트 게이트 밸브로드와 연결로드(actuator rod)를 연결시키며 상기 웨이스트 게이트 밸브로드 및 연결로드를 직선운동시키는 연결로드; 상기 연결로드에 연결된 액츄에이터 로드; 및 상기 액츄에이터 로드를 작동시키는 액츄에이터(actuator)로 이루어진 엔진의 터보차저(turbocharger)의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 웨이스트 게이트 밸브(205)는 하부밑면(205-1)이 반구형 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 관한 것이다.
본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 웨이스트 게이트 밸브(205)는 밸브로드(205-2)의 외경(R)이 볼트(103-1)에 연결되는 밸브로드(205-2)의 단면적이 넓게 되도록 하부밑면(205-1)의 단면적 직경(S)의 1/3∼1배 크기인 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 웨이스트 게이트 밸브(205)는 내경(T)이 밸브로드(205-2)의 크기로 형성된 부시(107)가 밸브로드(205-2)에 장착된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 엔진 터보차저(turbocharger)의 터빈 상류측 배기가스 유입관에 형성되어 배기가스의 일부가 상기 터빈에 영향을 미치지 않게 배출되는 웨이스트 게이트(wastegate)를 선택적으로 차폐하는 웨이스트 게이트 밸브; 상기 웨이스트 게이트 밸브의 직선운동을 안내하며 지지하는 밸브부시; 상기 웨이스트 게이트 밸브로드와 액츄에이터 로드(actuator rod)를 연결시키며 상기 웨이스트 게이트 밸브로드와 액츄에이터 로드를 직선운동시키는 연결로드; 상기 연결로드에 연결된 액츄에이터 로드; 및 상기 액츄에이터 로드를 작동시키는 액츄에이터(actuator)로 이루어진 엔진의 터보차저(turbocharger)의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 연결로드(103)는 액츄에이터 로드(102)가 지지되도록 가이드부시(210)가 장착된 것을 특징으로 하는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 관한 것이다. 본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 가이드부시(210)는 지지브라켓(220)에 연결되고 상기 지지브라켓(220)은 엔진 터보차저(10)의 하우징에 고정된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 연결로드(103)는 엑츄에이터(101)의 간극을 조정하고 엑츄에이터(101)의 고장을 방지하도록 가이드부시(210)의 전방 위치에 록너트(232)가 장착된 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서 록너트(232)는 와셔(234)가 장착된 것을 특징으로 한다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이 액츄에이터(101)의 구동은 공기 또는 컴퓨터에 의하여 제어되며 공기에 의한 제어는 액추에이터(101) 내부에 다이어프램 스프링이 설치되어 부스트 압력이 스프링의 탄성력을 초과할 때 탄성 변형되어 액츄에이터 로드(102)를 구동시키고 상기 액츄에이터 로드(102)에 연결된 연결로드(103) 및 웨이스트 게이트 밸브(205)를 구동시키고 웨이스트 게이트 밸브(205)가 구동됨에 따라서 웨이스트 게이트(15a)가 개방되어 배기가스의 일부가 바이패스되도록 한다. 부스트 압력이 스프링의 탄성력을 초과하지 않는 때는 스프링의 탄성 복귀력에 의하여 연결로드(103) 및 웨이스트 게이트 밸브(205)가 윈위치되어 웨이스트 게이트(15a)를 막아 배기가스가 바이패스되지 않고 터보차저(10)의 터빈(11)으로만 유 동하게 된다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)는 하부 밑면(205-1)이 반구형 형태로 형성되어 있어 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 경우 웨이스트 게이트 밸브(205)의 하부 접촉면이 약간 틀어지거나 어긋나더라도 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 완전히 막아주어 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브(205)가 완전하게 제기능을 한다. 또한 도 8에서 알 수 있는 바와 같이 웨이스트 게이트(15a)의 전방에 웨이스트 게이트 밸브(205)가 설치된 상태에서 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 개폐하면서 장기간 작동하는 경우 웨이스트 게이트(15a)의 가장자리 자체가 마모되고 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브(205)를 장기간 사용하여 웨이스트 게이트(15a) 자체가 마모된 경우 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 순간 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)의 마모된 부위까지 막아주기 때문에 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 순간 마모된 부위에서 배기가스가 새어나오는 문제점이 없으며 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브(205)가 완전하게 제기능을 한다.
도 8 및 도 9에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)는 밸브로드(205-2)가 두꺼워 부시(207)의 내경에 접촉되는 밸브로드(205-2) 단면적이 넓으며 볼트(103-1)에 연결되는 밸브로드(205-2)의 단면적이 넓기 때문에 부시(207)에 끼워진 상태에서 웨이스트 게이트 밸브(205)를 장기간 작동하더라도 웨이스트 게이트 밸브(205) 자체가 흔들리거나 마모되지 않는다. 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)는 볼트(103-1)에 연결되는 밸브로드(205-2)의 단면적이 넓게 되도록 밸브로드(205-2)의 외경(R)이 밑면(205-1)의 단면적 직경(S)의 1/3∼1배 크기인 것이 바람직하다. 밸브로드(205-2)의 외경(R)이 밑면(205-1)의 단면적 직경(S)의 1/3배 이하 경우 밸브의 로드(205-2)가 너무 가늘고 약하여 부시(207)의 내경에 접촉되는 밸브로드(205-2)의 단면적이 좁아 부시(207)에 끼워진 상태에서 웨이스트 게이트 밸브(205)를 장기간 작동시킨 경우 웨이스트 게이트 밸브(205) 자체가 흔들리게 되며 마모되는 문제점이 있으며 밸브로드(205-2)의 외경(R)이 밑면(205-1)의 단면적 직경(S)의 1배 이상 경우 부시(207) 자체의 구조를 변경해야 하는 문제점이 있다. 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)는 볼트(103-1)에 연결되는 밸브로드(205-2)의 단면적이 넓게 되도록 밸브로드(205-2)의 직경(R)이 12∼20mm인 것이 바람직하며 16mm인 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)는 장기간 열을 받는 위치에 장착되는 것이기 때문에 스텐레스스틸로 제작하는 것이 바람직하며 스텐레스스틸로 제작된 웨이스트 게이트 밸브(205)는 열에 강하며 마모가 안되고 녹이 슬지 않는다.
본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)는 하부 밑면(205-1)이 반구형 형태로 형성되어 있고 밸브 로드(205-2)의 외경(R)이 웨이스트 게이트 밸브 밑면(205-1)의 단면적 직경(S)의 1/3∼1배 크기로 형성되어 있기 때문에 부시(205)는 밸브로드(205-2)의 외경(R)에 알맞도록 내경(T)이 웨이스트 게이트 밸브 밑면(205-1)의 단면적 직경(S)의 1/3∼1배 크기로 형성된 것이다.
웨이스트 게이트 및 웨이스트 게이트 밸브가 마모되어 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)를 사용하여 웨이스트 게이트를 수리하는 경우 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205) 및 부시(207)를 사용하여 수리한다. 그런데 웨이스트 게이트의 가장자리가 심하게 마모된 경우 마모된 부위에 시드링을 끼워서 장착한 후 본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205) 및 부시(207)를 사용하여 수리할 수 있다.
본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조는 연결로드(103)에 가이드부시(210)가 장착되어 있어 액츄에이터(100)가 직선왕복운동을 계속할 때 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주기 때문에 액츄에이터 로드(102)가 흔들리는 것을 방지하고 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되는 것을 방지하며 액츄에이터(101) 자체의 고장을 방지할 수 있다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에서 가이드부시(210)는 사용의 형태에 따라서 좌우 회전이 가능하도록 형성되어 있어 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주어 액츄에이터 로드(102)의 중심에 따라서 고정위치의 각도를 조절할 수 있다.
도 10에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에서 가이드부시(210)는 볼트를 사용하여 지지브라켓(220)에 연결할 수 있으며 상기 지지브라켓(220)은 볼트를 사용하여 엔진 터보차저(10)의 하우징 하부쪽에 고정할 수 있다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에서 다른 형태의 실시예로서 가이드부시(210-1)는 볼트를 사용하여 지지브라켓(220-1)에 연결할 수 있으며 상기 지지브라켓(220-1)은 볼트를 사용하여 엔진 터보차저(10)의 하우징 상부쪽에 고정할 수 있으며 하우징에 장착된 액츄에이터 지지대(240)에 고정하는 것이 바람직하다.
도 13 및 14에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조는 연결로드(103)에 가이드부시(210)를 끼워서 장착하고 가이드부시(210)의 전방 위치에 록너트(232)를 끼워서 장착하여 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke) 거리를 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크(stroke) 거리와 동일하게 조정할 수 있다. 상기 록너트(232)는 연결로드(103)에 1개를 끼워서 장착하는 것이 일반적이지만 다수개의 록너트(232)를 장착할 수 있다. 상기 록너트(232)는 액츄에이터 로드(102)에 장착할 수 있으며 연결로드(103) 및 액츄에이터 로드(102) 양쪽에 다수개의 록너트(232)를 장착할 수 있다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이 상기 록너트(232)는 사용의 형태에 따라서 와셔(234)를 장착하는 것이 바람직하며 사용의 형태에 따라서 와셔(234) 및 스프링(236)을 장착하는 것이 바람직하다.
도 13 및 14에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조에서 록너트(232)가 장착된 액츄에이터 로드(102)는 조정된 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke) 거리의 범위 내에서만 직선왕복운동을 계속하기 때문에 액츄에이터 로드(102)에 무리한 힘이 가해지지 않아 액츄에이터 로드(102)가 흔들리는 것을 방지하며 더 나아가서 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되는 것을 방지하여 액츄에이터(101) 자체의 고장을 방지할 수 있다.
본 발명의 웨이스트 게이트 밸브(205)는 하부 밑면(205-1)이 반구형 형태로 형성되어 있어 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 막는 경우 웨이스트 게이트 밸브(205)의 하부 접촉면이 약간 틀어지거나 어긋나더라도 웨이스트 게이트 밸브(205)가 웨이스트 게이트(15a)를 완전히 막아주어 웨이스트 게이트(15a) 및 웨이스트 게이트 밸브(205)가 완전하게 제기능을 하며 밸브의 로드(205-2)이 두꺼워 부시(207)의 내경에 접촉되는 밸브의 로드(205-2) 단면적이 넓고 볼트(103-1)에 연결되는 밸브의 축 단면적이 넓기 때문에 부시(207)에 끼워진 상태에서 웨이스트 게이트 밸브(205)를 장기간 작동하더라도 웨이스트 게이트 밸브(205) 자체가 흔들리거나 마모되는 문제점을 제거하고 장기간 사용하더라도 고장이 없으며 웨이스트 게이트 밸브가 파손된 경우에 전체 웨이스트 게이트 유닛을 교체하지 않고 웨이스트 게이트 밸브만을 교체할 수 있으므로 수리비용 및 유지비용이 절감되며 연결로드(103)에 가이드부시(210)를 장착하여 액츄에이터(100)가 직선왕복운동을 계속할 때 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주며 액츄에이터 로드(102)의 중심을 잡아주기 때문에 액츄에이터 로드(102)가 흔들리는 것을 방지하고 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되는 것을 방지하며 액츄에이터(101) 자체의 고장을 방지할 수 있고 연결로드(103)에 장착된 가이드부시(210)의 전방 위치에 록너트(232)를 끼워서 장착하여 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke) 거리를 웨이스트 게이트 밸브(205)의 스트로우크(stroke) 거리와 동일하게 조정할 수 있으며 록너트(232)가 장착된 액츄에이터 로드(102)는 조정된 엑츄에이터(101)의 스트로우크(stroke) 거리의 범위 내에서만 직선왕복운동을 계속하기 때문에 액츄에이터 로드(102)에 무리한 힘이 가해지지 않아 액츄에이터 로드(102)가 흔들리는 것을 방지하며 더 나아가서 액츄에이터 로드(102)가 휘게 되는 것을 방지하여 액츄에이터(101) 자체의 고장을 방지하여 자동차 산업상 매우 유용한 것이다.

Claims (3)

  1. 엔진 터보차저(turbocharger)의 터빈 상류측 배기가스 유입관에 형성되어 배기가스의 일부가 상기 터빈에 영향을 미치지 않게 배출되는 웨이스트 게이트(wastegate)를 선택적으로 차폐하는 웨이스트 게이트 밸브; 상기 웨이스트 게이트 밸브의 직선운동을 안내하며 지지하는 밸브부시; 상기 웨이스트 게이트 밸브로드와 액츄에이터 로드(actuator rod)를 연결시키며 상기 웨이스트 게이트 밸브로드와 액츄에이터 로드를 직선운동시키는 연결로드; 상기 연결로드에 연결된 액츄에이터 로드; 및 상기 액츄에이터 로드를 작동시키는 액츄에이터(actuator)로 이루어진 엔진의 터보차저(turbocharger)의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서, 상기 웨이스트 게이트 밸브 구조는 하부밑면(205-1)이 반구형 형태로 형성되어 있고 밸브로드(205-2)의 외경(R)이 볼트(103-1)에 연결되는 밸브로드(205-2)의 단면적이 넓게 되도록 하부밑면(205-1)의 단면적 직경(S)의 1/3∼1배 크기인 웨이스트 게이트 밸브(205); 액츄에이터 로드(102)가 지지되도록 연결로드(103)에 장착된 가이드부시; 및 상기 가이드부시를 연결하여 엔진 터보차저(10)의 하우징에 고정시키는 지지브라켓으로 이루어진 것을 특징으로 하는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조.
  2. 엔진 터보차저(turbocharger)의 터빈 상류측 배기가스 유입관에 형성되어 배기가스의 일부가 상기 터빈에 영향을 미치지 않게 배출되는 웨이스트 게이트 (wastegate)를 선택적으로 차폐하는 웨이스트 게이트 밸브; 상기 웨이스트 게이트 밸브의 직선운동을 안내하며 지지하는 밸브부시; 상기 웨이스트 게이트 밸브로드와 액츄에이터 로드(actuator rod)를 연결시키며 상기 웨이스트 게이트 밸브로드와 액츄에이터 로드를 직선운동시키는 연결로드; 상기 연결로드에 연결된 액츄에이터 로드; 및 상기 액츄에이터 로드를 작동시키는 액츄에이터(actuator)로 이루어진 엔진의 터보차저(turbocharger)의 웨이스트 게이트 밸브 구조에 있어서, 상기 웨이스트 게이트 밸브 구조는 하부밑면(205-1)이 반구형 형태로 형성되어 있고 밸브로드(205-2)의 외경(R)이 볼트(103-1)에 연결되는 밸브로드(205-2)의 단면적이 넓게 되도록 하부밑면(205-1)의 단면적 직경(S)의 1/3∼1배 크기인 웨이스트 게이트 밸브(205); 액츄에이터 로드(102)가 지지되도록 연결로드(103)에 장착된 가이드부시; 상기 가이드부시를 연결하여 엔진 터보차저(10)의 하우징에 고정시키는 지지브라켓; 및 엑츄에이터(101)의 간극을 조정하고 엑츄에이터(101)의 고장을 방지하도록 가이드부시 전방 위치의 연결로드(103)에 장착된 록너트로 이루어진 것을 특징으로 하는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 록너트는 와셔가 장착된 것을 특징으로 하는 터보차저의 웨이스트 게이트 밸브 구조.
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