KR100665913B1 - 웨이스트게이트 제어를 위해 일체형으로 장착되는 공압식솔레노이드 밸브 - Google Patents

웨이스트게이트 제어를 위해 일체형으로 장착되는 공압식솔레노이드 밸브 Download PDF

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Abstract

내연기관용 터보 과급기는 컴프레서 하우징 외부 표면을 따라 배치되며 컴프레서 하우징(12)과 일체로 주조 또는 가공된 밸브 마운트를 가지고 있으며, 밸브는 제한 오리피스를 통하여 컴프레서 볼류트와 연통하는 제1 공기 포트(18), 제1 포트와 연통하는 적어도 하나의 제2 공기 포트(40) 및 컴프레서 공기 흡입구와 연통하는 제3 포트(20)를 포함하고 있다. 마운트는 솔레노이드 밸브(28)를 밸브 마운트에 부착하기 위한 부착물, 그리고 솔레노이드 밸브와 제2 및 제3 공기 포트 사이에 누출방지 시일을 형성하기 위한 수단을 포함하고 있다. 솔레노이드를 작동하기 위한 제어 시스템(164)은 웨이스트게이트 액추에이터(170)를 제어하는 응용을 위해 제2 공기 포트로부터 제3 공기 포트로 압력의 배출을 허용하거나 또는 제1 포트로부터 제2 포트로 압력을 배출함에 의해서 웨이스트게이트 액추에이터를 억제할 수 있도록 허용한다.
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터보 과급기, 내연기관, 터빈 하우징, 터빈, 컴프레서, 볼류트, 공기 흡입구, 밸브 마운트, 솔레노이드 밸브

Description

웨이스트게이트 제어를 위해 일체형으로 장착되는 공압식 솔레노이드 밸브{INTEGRALLY MOUNTED PNEUMATIC SOLENOID VALVE FOR WASTEGATE CONTROL}
본 발명은 터보 과급기 기술분야에 관한 것이며, 특히 웨이스트게이트 작동을 제어하기 위한 터보 과급기의 부품인 솔레노이드 밸브 및 그들의 부착에 관한 것이다.
가솔린 및 디젤 내연기관용 터보 과급기는 엔진을 빠져나온 배기가스의 체적 유동 및 열을 이용함에 의해서 엔진의 연소실로 보내지는 흡입 공기 흐름을 가압 또는 승압하기 위한 기술분야에서 사용되는 공지된 장치이다. 특히, 엔진을 빠져나온 배기가스는 터보 과급기의 터빈 하우징내로 보내져서 배기가스 구동 터빈이 하우징내에서 회전하도록 한다. 배기가스 구동 터빈은 축의 대향하는 단부상에 장착된 방사상의 공기 컴프레서와 공통인 축의 한 단부상에 장착된다. 따라서, 터빈의 회전 작용은 또한 공기 컴프레서가 배기 하우징으로부터 떨어진 터보 과급기의 컴프레서 하우징내에서 회전하도록 한다. 공기 컴프레서의 회전 작용은 흡입 공기를 컴프레서 하우징으로 들여보내며 연료와 혼합되어 엔진 연소실내에서 연소되기 전에 원하는 정도로 가압되거나 승압되도록 한다.
흡입 공기가 가압 또는 승압되는 정도는 웨이스트게이트를 통하여 배기의 일 부를 전환시킴에 의해서 터빈 하우징을 통하여 지나가는 배기가스의 양을 조절함으로써 제어된다. 승압력이 원하는 최대 압력에 도달할 때 웨이스트게이트는 터보 과급기 작동시에 개방된다. 웨이스트게이트는 터보 과급기 터빈 주위의 배기가스의 양을 전환시켜 터빈의 회전 속도를 감소시키며, 이에 의해 공기 컴프레서의 회전 속도 및 가압되는 흡입 공기의 양을 감소시킨다.
당해 기술에 공지된 특정 터보 과급기 구성에서, 웨이스트게이트는 터보 과급기의 컴프레서 출구에 직접 연결된 스프링 가압식 공기압 액추에이터에 의해 작동된다. 소정의 최대 승압력에 도달될 때, 공기압 액추에이터의 스프링 가압력은 극복되고 웨이스트게이트가 개방되기 시작한다. 변경적으로, 솔레노이드 밸브는 터보 과급기에 부착되며 그리고 통합되거나 또는 분리된 센서가 승압력을 모니터한다.
변경된 실시형태에서 솔레노이드 밸브는 웨이스트게이트 액추에이터에 압력을 변화시키고 차례로 웨이스트게이트 위치를 변화시키며 따라서 터빈 주위의 전환된 배기가스의 양을 변화시켜, 터빈과 컴프레서 회전 속도의 변화 및 결과적인 승압력의 변화를 일으킨다. 솔레노이드 밸브는 너무 이른 웨이스트게이트 개방을 제거하고 웨이스트게이트 작동을 위한 초기 시점을 지연시키는 것과 같은 승압 제어 전략을 위한 수단을 제공한다.
대형 트럭의 운전중에, 엔진 제동 작동시에 엔진의 제동력을 최대화하기 위해 최대 승압력이 요망된다. 이러한 상황에서, 웨이스트게이트를 패쇄 위치에 유지하기 위하여 공기압 웨이스트게이트 액추에이터를 오버라이드 하거나 또는 비활 성화 하는 것이 바람직하다. 이런 실시형태에서, 압력 공급원과 공기압 액추에이터 사이에 배치된 솔레노이드 밸브는 액추에이터로부터 대기로 압력을 전환하거나 또는 전가하도록 활성화되며, 따라서 웨이스트게이트를 작동하지 않게 한다. 솔레노이드는 트럭의 브레이크 페달에 의해 활성화되는 마이크로스위치를 통하여 단순한 전기접속에 의해서 작동될 수 있다. 전기적인 제어 시스템을 통하여, 솔레노이드 밸브는 웨이스트게이트 위치 제어와 웨이스트게이트를 작동하지 않도록 하는 기능 모두를 달성할 수 있다.
웨이스트게이트 작동 또는 오버라이드 하기 위하여 솔레노이드 밸브를 채용한 터보 과급기 구성에 관한 잠재적인 문제점은 터보 과급기 하우징상에 장착되는 밸브가 열악한 진동 특성을 야기하고 잠재적인 물리적 손상에 노출된다는 것이다. 게다가, 밸브 작동을 위하여 외부적인 배관의 상호연결이 요구된다. 내연기관에서 터보 조절을 위한 장치의 제목을 가진 국제출원 WO91/08388에 개시된 바와 같이, 이러한 구성에서 잠재적으로 경험하게 되는 손상은 밸브 자체에 대한 것이 되거나 또는 외부적인 호스 또는 웨이스트게이트 액추에이터에 압력을 배출하기 위해 밸브를 컴프레서 하우징에 연결하는데 사용되는 끼워맞춤부에 대한 것이다. 부가적으로, 이러한 공지된 터보 과급기 구성에 사용된 솔레노이드 밸브는 일반적으로 온도가 가장 높은 컴프레서 배출구에 가까운 위치에서 하우징의 다른 부품과 정렬되지 않는 방향으로 장착되고, 밸브가 잠재적인 열 손상을 경험하게 된다.
컴프레서 서지를 회피하도록 터보 과급기 컴프레서에서 유동을 재순환시키기 위한 솔레노이드 밸브의 장착은 배기 가스 터빈 과급기의 제목을 가진 일본특허출원 JP-A-63205419에 개시되어 있다.
따라서 터보 과급기는 진동, 다른 엔진 격실 구성요소와의 물리적인 접촉, 또는 열 노출에 의해 솔레노이드 밸브에 또는 노출된 연결 호스에 야기되는 물리적인 손상에 대한 가능성을 감소시키거나 또는 제거하는 방식으로 부착되는 솔레노이 드 밸브를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 터빈 하우징에 회전가능하게 배치된 터빈을 가지고 있는 터빈 하우징, 컴프레서 하우징에 회전가능하게 배치된 컴프레서를 가지고 있는 컴프레서 하우징을 포함하고 있는 내연기관용 터보 과급기에서 구현되었다. 컴프레서 하우징은 공기를 받아들이기 위한 공기 흡입구, 컴프레서에 의해 가압된 공기를 받아들이기 위한 볼류트를 포함하고 있다. 밸브 마운트는 컴프레서 하우징과 일체형으로 주조 또는 가공되며 컴프레서 하우징 외부 표면을 따라 배치된다.
본 발명의 한 변경예에서, 밸브 마운트는 제한 오리피스를 통하여 컴프레서 볼류트와 연통하도록 배치된 제1 공기 포트, 제1 포트와 연통하도록 배치된 제2 공기 포트, 및 컴프레서 공기 흡입구와 연통하도록 배치된 제3 포트를 포함하고 있다. 마운트는 솔레노이드 밸브를 밸브 마운트에 부착하기 위한 수단 그리고 솔레노이드 밸브와 제2 및 제3 공기 포트 사이에 누출방지 시일을 형성하기 위한 수단을 포함하고 있다. 솔레노이드를 작동하기 위한 제어 시스템은 웨이스트게이트(wastegate) 액추에이터를 제어하는 응용을 위하여 제2 공기 포트로부터 제3 공기 포트로 압력의 배출을 허용한다.
본 발명의 제2 변경예에서, 밸브 마운트는 컴프레서 볼류트와 연통하도록 배치된 제1 공기 포트, 컴프레서 공기 흡입구와 연통하도록 배치된 제2 공기 포트를 포함하고 있다. 마운트는 솔레노이드 밸브를 밸브 마운트에 부착하기 위한 수단 그리고 솔레노이드 밸브와 제1 및 제2 공기 포트 사이에 누출방지 시일을 형성하기 위한 수단을 포함하고 있다. 솔레노이드를 작동하기 위한 제어 시스템은 웨이스트게이트를 억제하는 응용을 위하여 웨이스트게이트로부터 제2 공기 포트로 압력의 배출을 허용한다.
본 발명의 세부사항 및 특징은 상세한 설명과 도면을 참조하면 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 원리에 따라 구성된 "축선방향" 일체형 솔레노이드 밸브 마운트를 도시한 터보 과급기 컴프레서 하우징의 측면사시도이다.
도 2 는 90도 수직의 밸브 인터페이스 표면과 솔레노이드 밸브를 가진 도 1의 일체형 솔레노이드 밸브 마운트의 상세한 분해사시도이다.
도 3 은 수직의 밸브 인터페이스 표면과 솔레노이드 밸브에 평행하게 장착된 솔레노이드 밸브를 가진 도 1의 일체형 솔레노이드 밸브 마운트의 상세한 분해사시도이다.
도 4 는 본 발명의 원리에 따라 구성된 "축선 회전된" 일체형 솔레노이드 밸브 마운트를 도시한 터보 과급기 컴프레서 하우징의 측면사시도이다.
도 5 는 본 발명의 원리에 따라 구성된 "둘레방향" 회전된 일체형 솔레노이드 밸브 마운트를 도시한 터보 과급기 컴프레서 하우징의 측면사시도이다.
도 6 은 수직의 밸브 인터페이스 표면과 이중의 평평한 시일을 가지고 있는 솔레노이드 밸브를 구비한 도 1의 일체형 솔레노이드 밸브 마운트의 상세한 분해사시도이다.
도 7 은 수직의 인터페이스 표면과 2-방향 솔레노이드 밸브를 사용하기 위하여 본 발명의 원리에 따라 구성된 "둘레방향" 일체형 솔레노이드 밸브 마운트를 도시한 터보 과급기 컴프레서 하우징의 측면사시도이다.
도 8 은 본 발명의 원리에 따라 구성된 "축선방향으로 돌출한" 일체형 솔레노이드 밸브 마운트를 도시한 터보 과급기 컴프레서 하우징의 측면사시도이다.
도 9 는 밸브 인터페이스와 일체형으로 부착된 솔레노이드 밸브를 모두 구비한 단일의 표면을 가진 도 8의 일체형 솔레노이드 밸브 마운트의 상세한 분해평면사시도이다.
도 10 은 밸브 인터페이스와 일체형으로 부착된 솔레노이드 밸브를 모두 구비한 단일의 표면을 가진 도 8의 일체형 솔레노이드 밸브 마운트의 상세한 분해측면사시도이다.
도 11 은 본 발명에 대한 제어 시스템의 개략적인 다이아그램이다.
본 발명의 원리에 따라 구성된 터보 과급기는 터보 과급기 웨이스트게이트 액추에이터를 제어 또는 오버라이드 하기 위한 솔레노이드 밸브와 부착물을 수용하기 위하여 컴프레서 하우징의 일체형 부재로서 형성되는 다수의 상이한 솔레노이드 밸브 마운트 실시예들 중의 하나를 가지고 있는 컴프레서 하우징을 포함하고 있다. 본 발명의 일체형 솔레노이드 밸브 마운트 실시예들은 잠재적인 진동 및 물리적인 손상을 최소화하거나 또는 방지하는 방식으로 솔레노이드 밸브와 기계적인 부착물을 수용하고, 그리고 외부적인 호스에 대한 필요성을 회피하기 위한 방식으로 솔레 노이드 밸브와 컴프레서 하우징 승압 공기 및 배출 포트 사이에 연결을 용이하게 하는데 모두 적합하게 되어 있다. 일반적으로 말하면, 본 발명의 각각의 솔레노이드 밸브 마운트는 컴프레서 하우징 자체의 표면의 일부로 형성되며 보조 브래킷, 호스 등에 대한 필요없이 밸브의 물리적인 부착물을 추가적으로 지지하는 각각의 밸브 입구 포트를 위한 인터페이스 표면을 포함하고 있다.
도 1 에는 본 발명의 원리에 따라 구성된 솔레노이드 밸브 마운트 실시예(10)가 터보 과급기 컴프레서 하우징(12)의 외부 표면을 따라 일체형으로 형성되어 있다. 솔레노이드 밸브 마운트(10)는 부착될 때 솔레노이드 밸브(도시생략)의 축선이 하우징 공기 흡입구를 통하여 지나가는 축선에 평행하게 되도록 컴프레서 하우징 표면을 따라 배치되고, 수직 인터페이스 표면(14)과 수직 인터페이스 표면에 수직인(즉, 90 도를 이루는) 수평 인터페이스 표면(16)을 포함하고 있다.
각각의 인터페이스 표면은 다음에 상세히 설명되는 바와 같이 터보 과급기 웨이스트게이트를 작동하거나 또는 억제하기 위하여 사용되는 솔레노이드 밸브와 연결하는데 적합하게 되어 있다. 밸브 마운트(10)는 컴프레서 하우징 외부 표면의 일부를 원하는 솔레노이드 수용 형태로 주조하거나 또는 가공함에 의해서 만들어 질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 밸브 마운트(10)는 주조 방법에 의해서 제공된다.
도 2 는 도 1에 있는 축선방향의 밸브 마운트(10)의 상세도이며, 밸브 마운트는 스템(32) 및 O-링(34)과 인터페이스 하도록 특별히 설계된 수직 표면(14), 평평한 O-링 시일을 위해 특별히 설계된 표면(16)을 포함하고 있다. 특히, 밸브 마 운트 수직 인터페이스 표면(14)은 도 1의 컴프레서 하우징(12)을 통하여 컴프레서 볼류트(13)내로 뻗어 있는 승압 공기 포트(18)를 포함하고 있으며, 여기에서 가압된 승압 공기와 연통한다. 밸브 마운트 수평 인터페이스 표면(16)은 도 1의 컴프레서 하우징을 통하여 공기 흡입구(15)내로 뻗어 있는 배출 공기 포트(20)를 포함하고 있으며, 여기에서 대기압에 가까운 흡입 공기와 연통한다. 수평 인터페이스 표면(16)은 또한 솔레노이드 밸브 장착 볼트(24)와 나사 결합하도록 나사가공된 부착 구멍(22)을 포함하고 있다.
웨이스트게이트 액추에이터(도시생략)를 작동하기 위한 솔레노이드 밸브(26)는 작동 코일(28)과 밸브 몸체(30)를 가진 것으로 구성된다. 한 실시예에서, 솔레노이드 밸브(26)는 밸브가 작동될 때 가압된 공기를 웨이스트게이트 액추에이터로부터 컴프레서 입구로 보내도록 설계된다. 가압된 승압 공기를 받아들이기 위한 중공형 스템(32)은 밸브 코일로부터 바깥쪽으로 멀어지게 뻗어 있으며 주위에 둘레방향으로 배치된 O-링 시일(34)을 포함하고 있다. 스템(32)은 밸브 마운트 승압 공기 포트(18)내에 놓여지도록 설계되고, O-링 시일(34)은 승압 공기 포트(18)와 스템(32) 사이에 누출방지 시일을 형성하기 위해 사용된다. 배출 공기를 받아들이기 위한 배출 개구(36)는 밸브 몸체(30)의 바닥면을 통하여 배치되고, O-링(38)은 주위에 둘레방향으로 배치된다. 배출 개구(36)는 밸브 마운트 배출 포트(20)에 인접하여 놓여지도록 설계되고, O-링(38)은 배출 개구(36)와 배출 포트(20) 사이에 누출방지 시일을 형성하기 위해 사용된다. 밸브 몸체(30)는 솔레노이드 밸브가 작동되지 않을 때 승압 공기를 포트(18)로부터 포트(40)로 보내기 위해, 그리고 솔레 노이드 밸브가 작동될 때 가압된 공기를 웨이스트게이트 액추에이터에 연결되는 포트(40)로부터 포트(20)로 보내기 위해 밸브 몸체내에 내부적으로 만들어지는 밸브 몸체 최상부 표면을 따라 배치된 승압 공기 출구 포트(40)를 포함하고 있다.
밸브 몸체(30)는 각각 밸브 몸체 최상부 표면으로부터 바닥면으로 통과하고, 밸브 마운트에 밸브를 부착하기 위한 밸브 장착 볼트(24)를 받아들이는 한쌍의 장착 볼트 개구(42)를 포함하고 있다. 밸브(26)는 밸브 스템(32)을 승압 공기 포트(18)내로 삽입하고, 밸브 배출 개구(36)를 밸브 마운트 배출 포트(20)에 인접하게 배치하고, 그리고 밸브를 위치에 고정하기 위해 장착 볼트(24)를 조임으로써 밸브 마운트(10)에 대항하는 위치에 장착된다. 밸브 출구 포트(40)는 통상적인 끼워맞춤부와 외부적인 배관 등에 의해 웨이스트게이트 액추에이터에 연결되고, 솔레노이드 밸브는 밸브 작동을 실행하도록 제어 신호를 보낼 수 있는 적절한 제어장치에 연결된다.
도 3 은 도 2의 것과 상이한 밸브 장착 위치를 가진 밸브 마운트(10)를 도시하고 있다. 특히, 밸브 마운트(10)는 각각 밸브 마운트 수평 인터페이스 표면(16)으로부터 위쪽으로 돌출하며 각각 패드 표면(48)내에 배치된 부착 구멍을 포함하고 있는 한쌍의 장착 패드(44)를 포함하고 있다. 패드 표면(48)은 수직 인터페이스 표면(14)에 평행하고(즉, 수평 인터페이스 표면(16)에 수직), 나사가공된 구멍(46)은 수직 인터페이스 표면(14)에 수직이다. 솔레노이드 밸브(26)는 밸브 몸체 전방과 후방 표면 사이에 장착 볼트(24)를 수용하기 위해 밸브 몸체를 통하여 수평으로 배치되는 장착 볼트 개구(42)를 포함하고 있다. 밸브(26)는 패드(44)내로 장착 볼 트를 조임에 의해서 도 3의 밸브 마운트에 고정되고 도 2의 마운트 실시예에 대하여 설명된 것과 동일한 방식으로 마운트 승압 공기 포트(18) 및 배출 포트(20)와 연결된다.
도 4 는 도 1에 예시되고 위에서 설명한 것과 상이하게 만들어지는 솔레노이드 밸브 마운트(50)를 도시하고 있는데, 장착될 때 솔레노이드 밸브(26)의 축선이 컴프레서 공기 입구의 축선으로부터 회전되어 컴프레서 하우징(12)상에 고정된다. 이와 같이 축선방향으로 회전된 배치는 컴프레서 입구 공기 호스와의 충돌을 회피하거나 또는 특정 구성요소 배치를 위한 예를 들면, 감소된 또는 최소한의 공간을 갖는 엔진 격실을 가진 응용을 위해 요구되는 특별한 터보 과급기를 수용하는데 바람직한 것이 될 수 있다. 밸브 마운트(50)는 도 2 및 3에 예시되고 위에서 설명된 부착 구조를 사용하는 솔레노이드 밸브(26)와 부착물을 수용하기 위하여 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 5 는 솔레노이드 밸브 스템(도시생략)의 축선이 장착 표면에 수직이 되도록 컴프레서 하우징(12)상에 일체형으로 고정되는 다른 솔레노이드 밸브 마운트 실시예(52)를 도시하고 있다. 밸브 마운트(52)는 계단이 있는 형태이고, 상이한 수평면(도 5에 도시된 바와 같이)상에 있는 제1 및 제2 솔레노이드 밸브 인터페이스 표면(54,56)을 포함하고 있다. 밸브 마운트(52)는 컴프레서 하우징의 일체형 부분으로 상술한 것과 동일한 방식으로 만들어진다.
밸브 마운트 제1 인터페이스 표면(54)은 내부의 컴프레서 볼류트(도시생략)와 대향하는 컴프레서 하우징의 외부 표면을 따라 배치되며, 승압 공기 포트(58)를 포함하고 있다. 승압 공기 포트(58)는 밸브 마운트 제1 인터페이스 표면(54)으로부터 컴프레서 볼류트로 뻗어 있으며 승압 공기와 연통한다. 제2 인터페이스 표면(56)은 제1 인터페이스 표면 위에 거리를 두고 위치되며 밸브 마운트를 통하여 컴프레서 하우징 공기 흡입구로 뻗은 배출 공기 포트(60)를 포함하고 있는데, 여기에서 대기압에 가까운 흡입 공기와 연통한다. 인터페이스 표면(56)과 승압 공기 포트(58)는 밸브 스템(66)이 표면(56)에 수직인 방향에서 포트(58)로 들어가도록 향하고 있다. 인터페이스 표면(56)은 또한 한쌍의 장착 볼트 개구(62)를 포함하고 있다.
밸브 마운트(52)에 부착하기 위한 솔레노이드 밸브(64)는 밸브 코일(67)로부터 바깥쪽으로 돌출한 밸브 스템(66)을 포함하고 있으며 그 주위에 둘레방향으로 배치된 O-링 시일(68)을 가지고 있다. 밸브 스템(66)은 밸브 마운트 승압 공기 포트(58)내에 끼워맞추기 적합하게 되어 있으며 밸브내로 승압 공기의 통과를 용이하게 한다. 솔레노이드 밸브(64)는 또한 밸브 코일(67)에 부착되며 밸브 마운트 배출 공기 포트(60)와 협동하도록 위치결정된 위치에서 바닥면(74)을 통하여 배치된 배출 개구(72)를 갖고 있는 밸브 몸체(70)를 포함하고 있다. 밸브 출구 포트(73)는 밸브 몸체(70)로부터 뻗어 있고 도 2에 대하여 설명된 바와 같이 적합한 외부의 연결 수단에 의하여 밸브를 통하여 공기의 통과를 용이하게 하도록 밸브 스템(66)과 내부적으로 연통한다.
솔레노이드 밸브(64)는 밸브 마운트의 최상부 위에 밸브가 놓여지게 함으로써 밸브 마운트(52)에 부착되므로 밸브 코일(67)이 제1 인터페이스 표면(54) 위에 위치되고, 그리고 밸브 스템(66)은 승압 공기 포트(58)내에 놓여져서 O-링 시일(68)이 누출방지 시일을 형성하도록 한다. 밸브 몸체(70)가 밸브 마운트 제2 인터페이스 표면(56) 위에 놓여지므로 밸브 배출 개구(72)는 배출 공기 포트(60) 위에 위치되고, O-링 시일(76)의 사용에 의하여 그 사이에서 누출방지가 이루어진다. 밸브(64)는 밸브 몸체의 볼트 개구(80)를 통하여 뻗어 있고 밸브 마운트 제2 인터페이스 표면의 장착 볼트 개구(62)와 나사결합되는 장착 볼트(78)의 사용을 통해서 위치내에 고정된다.
도 2 와 6 은 솔레노이드 밸브가 도 6의 밸브 마운트(92)에 부착될 수 있는 두가지 상이한 방식을 도시하고 있다. 도 2는 밸브 마운트 공기 포트(18)에 부착하기 위한 중공형 스템(32), 밸브 마운트 승압 공기 포트(20)에 부착하기 위한 승압 공기 개구(36)를 포함하고 있는 솔레노이드 밸브(26)를 도시하고 있다. O-링 시일은 상술한 바와 같이 각각의 포트에서 누출방지 시일을 제공하도록 사용될 수 있다. 또한, 장착 볼트(24)는 상술한 바와 같이 솔레노이드 밸브를 밸브 마운트(16)에 부착하기 위하여 사용될 수 있다. 도 6은 밸브 마운트 배출 공기 포트(100)와 중공형 스템(104) 사이에 형성되는 평평한 시일을 제공하기 위하여 중공형 스템(104) 주위에 배치되는 시일 블럭(110)을 포함하고 있는 솔레노이드 밸브(108)를 도시하고 있다. 도 2의 솔레노이드 밸브에 대한 것과 같이, O-링 시일은 상술한 바와 같이 각각의 포트에서 누출방지 시일을 제공하도록 사용될 수 있으며 장착 볼트가 솔레노이드 밸브를 밸브 마운트(92)에 부착하기 위하여 사용될 수 있다.
도 7 은 컴프레서 하우징(12)의 일체형 부분으로 주조 또는 가공되며 컴프레서 하우징 둘레방향을 따라 위치되는 다른 밸브 마운트 실시예(112)를 도시하고 있다. 밸브 마운트(112)는 웨이스트게이트 액추에이터로 압력을 차단하거나 또는 조절하도록 사용되는 2-방향 솔레노이드 밸브(114)와 함께 사용하기 위해 특히 적합하게 되어 있다. 밸브 마운트(112)는 제1 인터페이스 표면(116)과 수직의 제2 인터페이스 표면(118)을 포함하고 있다. 제1 인터페이스 표면(116)은 컴프레서 하우징을 통하여 컴프레서 하우징 공기 흡입구까지 뻗은 배출 공기 포트(120)를 포함하고 있다. 제2 인터페이스 표면(118)은 밸브 마운트내에 형성된 승압 공기 T자관(124)의 제3 레그를 형성하는 승압 공기 포트(122)를 포함하고 있다.
승압 공기 T자관(124)은 밸브 마운트내에서 컴프레서 볼류트로부터 제3 레그로 뻗은 제1 레그(126)를 포함하고 있다. 승압 공기 T자관(124)은 밸브 마운트내에서 제3 레그로부터 밸브 마운트 외부 표면(129)으로 뻗은 제2 레그(128)를 포함하고 있다. 밸브 마운트는 끼워맞춤부(130)와 호스(도시생략)에 의해 웨이스트게이트 액추에이터에 연결되는 출구 포트를 포함하고 있다. 승압 공기 T자관 제1 레그(126)는 T자관 제2 및 제3 레그와 비교하여 감소된 직경을 갖는 크기로 되어 있으므로 출구 포트(130)를 통하여 컴프레서 볼류트로부터 웨이스트게이트 액추에이터로 승압 공기의 유동율을 감소시키는 유동제한 오리피스와 같은 역활을 한다. 이것은 웨이스트게이트 액추에이터로 보내진 가압된 공기를 솔레노이드 밸브를 통하여, 즉 포트(130)와 제2 레그(128)를 통하여 T자관 제1 레그(122)로, 솔레노이드 밸브(114)를 통하여 배출 공기 포트(120)로 배출되게 한다.
도 8 은 일체형으로 되어 있으며 컴프레서 입구의 방향에서 터보 과급기 컴프레서 하우징(12)으로부터 멀어지게 접선방향으로 돌출하는 또 다른 솔레노이드 밸브 마운트 실시예(132)를 예시하고 있다. 앞서 설명하고 예시된 밸브 마운트 실시예와 달리, 본 밸브 마운트 실시예(132)는 밸브 마운트의 둘레방향으로 향한 표면을 따라 위치되는 단일 인터페이스 표면(134)만을 포함하고 있다. 도 7의 밸브 마운트 실시예와 마찬가지로, 도 8의 밸브 마운트 실시예(132)는 또한 웨이스트게이트의 작동을 조절하기 위한 2-방향 솔레노이드 밸브(도 9 및 10에 도시)와 사용하기 적합하게 되어 있다.
밸브 마운트 인터페이스 표면(134)은 승압 공기 포트(136)와 배출 공기 포트(138)를 모두 포함하고 있다. 배출 공기 포트(138)는 밸브 마운트와 컴프레서 하우징을 통하여 컴프레서 하우징 공기 흡입구로 뻗어 있다. 승압 공기 포트(136)는 밸브 마운트(132)내에 형성되는 승압 공기 T자관(140)의 제3 레그를 형성한다. 승압 공기 T자관(140)은 밸브 마운트와 컴프레서 하우징을 통하여 제 3 레그(136)로부터 컴프레서 볼류트로 뻗은 제1 레그(142), 밸브 마운트를 통하여 제 3 레그로부터 밸브 마운트 외부 표면(146)으로 뻗은 제2 레그(144)를 포함하고 있다. 끼워맞춤부(148)는 호스(도시생략)를 통하여 웨이스트게이트 액추에이터와 연결을 위해 밸브 마운트 외부 표면으로부터 뻗어 있다. 도 7의 밸브 마운트 실시예와 마찬가지로, 승압 공기 T자관 제1 레그(142)는 T자관 제2 및 제3 레그와 비교하여 감소된 직경을 가지고 있으므로 밸브 마운트 출구 포트를 통하여 컴프레서로부터 웨이스트게이트 액추에이터로 통과하는 가압된 공기의 유동율을 제한하는 유동제한 오리피 스와 같은 역활을 한다. 승압 공기 포트(136)는 나사가공된 밸브 몸체(도 9 및 10에 도시)와 솔레노이드 밸브를 수용하기 위해 내부적으로 나사가공되어 있으므로 추가적인 나사된 파스너의 필요성을 제거한다.
도 9 및 10은 솔레노이드 밸브(150)의 부착을 도시한 도 8의 밸브 마운트 실시예(132)의 상세도이다. 도 9는 일체형으로 형성된 승압 공기 T자관(140)의 형태를 도시한 밸브 마운트(132)의 단면도이다. 도 10은 배출 공기 포트(138) 그리고 밸브 마운트와 컴프레서 하우징을 통하여 컴프레서 공기 흡입구로의 통로를 도시한 밸브 마운트의 측면단면도이다. 솔레노이드 밸브(150)는 코일(152)과 부착된 밸브 몸체(154)를 포함하고 있다. 나사가공된 중공형 스템(156)은 밸브 몸체(154)로부터 일정 거리 바깥쪽으로 돌출하고 밸브 마운트 승압 공기 포트(136)과 부착하기 위하여 나사가공되어 있다. 솔레노이드 밸브는 또한 밸브 몸체 표면(158)내에 배치되며 스템(156) 주위에 동심으로 위치되는 배출 공기 개구를 포함하고 있다. 제1 O-링 시일(160)은 스템의 일부 주위에 둘레방향으로 배치되고, 제2 O-링 시일(162)은 배출 공기 포트(138)의 외측 방사상으로 스템 주위에 동심으로 밸브 몸체 표면(158)을 따라 위치된다. 솔레노이드 밸브는, 스템(156)과 승압 공기 포트(136) 사이에서 그리고 밸브 몸체와 밸브 마운트 표면(158,134) 사이에서 모두 누출방지 시일이 형성될 때까지 부스트 공기 포트(136)내에서 밸브 스템(156)을 나사결합함에 의해서 밸브 마운트(132)에 부착된다.
도 11은 웨이스트게이트 작동 및 오버라이드 모두를 위해 도 1 과 2에 도시된 바와 같이 본 발명을 구현한 웨이스트게이트 제어 시스템을 개략적으로 도시하 고 있다. 제어기(164)는 압력 센서(166)와 브레이크 페달 마이크로스위치(168)로부터 입력 신호를 받는다. 솔레노이드 밸브(26)는 포트(18)로부터 압력이 포트(40)를 통하여 웨이스트게이트 액추에이터(170)에 연결되어 웨이스트게이트(172)의 개방을 허용하는 제1 위치, 그리고 포트(18)로부터 압력이 출구 포트(20)로 전가되어 웨이스트게이트 액추에이터의 비활성화와 웨이스트게이트의 폐쇄를 초래하는 제2 위치로부터 제어기에 의해서 활성화된다. 웨이스트게이트의 개방은 터빈 볼류트(174)의 과잉 배기 압력이 터빈 주위에서 직접 터빈 하우징 배출구(176)로 배출되도록 허용한다. 이중 제어 실시예에서, 솔레노이드는 제2 위치로 활성화되고 압력 센서에 의해 소정의 압력이 감지될 때까지 그곳에 유지되거나 또는 엔진 제동과 같은 일이 종결되고 제어기가 출구 포트(20)를 차단하도록 솔레노이드를 비활성화하므로써 액추에이터의 가압 및 웨이스트게이트(20)의 개방을 허용한다. 트럭의 브레이크 페달이 작동되어 마이크로스위치를 폐쇄할 때, 제어기는 솔레노이드를 활성화하고 이에 의해 출구 포트(20)를 개방하여 웨이스트게이트 액추에이터로부터 압력을 전가하며 웨이스트게이트를 폐쇄하여 트럭의 엔진 제동을 위한 배력을 최대화한다. 당업자는 변경 실시예들은 솔레노이드 밸브의 정상 상태가 상술한 제1 위치로서 웨이스트게이트를 완전히 작동시키고 다양한 트럭 작동 및 고장 모드에 대한 최대의 안전보호를 이루도록 설계되었다는 것을 인정할 것이다.
본 발명의 원리에 따라 구성된 밸브 마운트 실시예의 핵심적인 특징은 컴프레서 하우징의 일체형 구성요소로 구성되는 것이며, 이에 의해 별도의 브래킷, 커 넥터, 외부 배관 등의 사용을 회피하게 된다. 이러한 일체형 장착 구조의 사용은 인접한 물체와의 물리적인 접촉 또는 진동에 의해 연결 호스 및 솔레노이드 밸브에 야기될 수 있는 잠재적인 손상을 모두 제거하거나 또는 최소화한다. 본 발명의 밸브 마운트의 일체형 구성은 또한 고온에 노출됨에 의해 연결 호스 또는 솔레노이드 밸브에 야기되는 잠재적인 손상을 제거하거나 또는 최소화하는데, 이것은 솔레노이드 밸브를 컴프레서 하우징 공기 흡입구에 가깝게 위치시킴에 의해서 회피된다. 본 발명의 밸브 마운트의 다른 장점은 연결 부재의 수를 감소시키고 그리고 조절된 웨이스트게이트 액추에이터 활성화를 성취하기 위하여 일반적으로 2-방향 솔레노이드 밸브와 함께 사용되는 보조 장치의 수를 감소시키는 것이며 예를 들면, 별도의 T자관 및 제한 오리피스를 사용하는 필요성을 회피할 수 있다. 또한, 나사가공된 밸브 몸체와 솔레노이드 밸브를 수용하도록 설계된 밸브 마운트는 밸브를 장착하기 위하여 추가적인 파스너에 대한 필요성을 제거한다.
특허법령에 의해 요구되는 바와 같이 본 발명은 상세하게 설명되었으므로, 당업자는 여기에 개시된 특정 실시예에 변경 및 대체를 인정할 것이다. 이러한 변경은 청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 내용 및 범주내에 들어간다.

Claims (6)

  1. 회전가능하게 배치된 터빈을 가지고 있는 터빈 하우징 그리고
    회전가능하게 배치된 컴프레서를 가지고 있으며 공기를 받아들이기 위한 공기 흡입구(15) 및 컴프레서에 의해 가압된 공기를 받아들이기 위한 볼류트(13)를 포함하고 있는 컴프레서 하우징(12)을 가지고 있는 내연기관용 터보 과급기에 있어서,
    컴프레서 하우징과 일체형이고 컴프레서 하우징의 외부 표면으로부터 실질적으로 수직으로 뻗은 면(134)을 가지고 있는 보스(132)로서, 제1 단부에서 볼류트와 연통하고 부착 끼워맞춤부의 제2 단부에서 중단되며 터빈과 컴프레서의 회전 축선에 실질적으로 평행하게 뻗은 제1 보어(142), 보스상의 평평한 장착면의 구멍에서 중단되며 제1 보어에 실질적으로 수직이고 외부 표면에 실질적으로 접선방향으로 뻗으며 제1 보어와 교차하는 제2 보어(140), 상기 평평한 장착면으로부터 컴프레서 하우징의 상기 공기 흡입구로 뻗은 제3 보어(138)를 가지고 있는 보스;
    상기 평평한 장착면상에 장착되며, 제1 위치에서 제2 보어 구멍을 밀봉하고 제2 위치에서 제3 보어와 연통하는 유동 경로에 구멍을 연결하기 적합하게 된 포핏을 가지고 있는 솔레노이드 작동식 밸브(150);
    솔레노이드를 작동하기 위한 제어 수단; 및
    제1 위치에서 포핏과 함께 볼류트로부터 제1 보어를 통하여 제공된 압력에 의해서 웨이스트게이트의 작동을 위해 부착 끼워맞춤부에 작동적으로 연결된 공압식 작동 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 터보 과급기.
  2. 제 1 항에 있어서, 제어 수단은 브레이크 페달의 작동을 감지하기 위한 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 터보 과급기.
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