KR100749155B1 - 차량용 터보차저의 엑츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보차저(10)의 터빈하우징(12)에 형성된 배기유로(P)의 일부분을 회전하면서 개폐하는 개폐기(16, 20)에 회전력을 제공하고, 엔진(E)으로 공급되는 외기의 압력을 측정하는 압력감지센서에 의해 작동하는 엑츄에이터에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 케이스(40)에 내장된 구동모터(50)가 전술한 압력감지센서에 의해 작동함에 따라 전동부재(60)가 샤프트(70)를 회전시킨다. 이에 따라, 샤프트(70)는 개폐기(16, 20)를 회전시켜서 전술한 터빈하우징(12)에 형성된 배기유로(P)의 일부분을 개폐한다. 이때, 센서유닛(80)은 광이나 자력과 같은 비접촉식 감지용재를 통해 구동모터(50)의 회전 수를 확인하여, 전술한 개폐기(16, 20)의 회전각도를 감지한다. 따라서, 개폐기(16, 20)의 회전각도는 정밀하게 제어된다. 한편, 프로텍터(90)는 센서유닛(80)을 차폐하여 이물질로부터 보호한다. 이러한 본 발명은, 센서유닛(80)이 구동모터(50)의 구동을 제어하므로, 터빈하우징(12)의 유량을 정밀제어할 수 있다. 특히, 센서유닛(80)이 광을 이용할 경우, 보다 정밀하게 유량을 제어할 수 있으며, 또 프로텍터(90)를 통해 조사되는 광을 보호할 수 있다.

차량, 터보차저, 터빈, 유로, 광센서

Description

차량용 터보차저의 엑츄에이터 { ACTUATOR OF TURBOCHARGER FOR VEHICLES }

도 1은 터보차저를 구비한 일반적인 내연기관의 시스템도,

도 2는 일반적인 터보차저의 구성을 도시한 종단면도,

도 3은 도 2와 다른 일반적인 터보차저의 일부분을 절개도시한 사시도,

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터를 도시한 분해사시도,

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터의 내부를 도시한 사시도,

도 6은 도 5에 도시된 엑츄에이터의 종단면도,

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터의 적용예를 도시한 측면도,

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터의 다른 적용예를 도시한 측면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

40 : 케이스 42 : 케이스본체

44 : 커버 50 : 구동모터

60 : 전동부재 62 : 구동기어

64 : 피동기어 66 : 웜

68 : 웜휠 70 : 샤프트

80 : 센서유닛 82 : 핀홀디스크

84 : 광센서모듈 90 : 프로텍터

92 : 쉴드플레이트 94 : 끼움홈

본 발명은 차량에 장착되는 터보차저의 엑츄에이터에 관한 것으로서, 터보차저의 터빈하우징에 형성된 유로의 일부분을 회전하면서 개폐하는 개폐기에 회전력을 제공하는 엑츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 엔진은 실린더의 하강행정에 의해 발생되는 실린더의 부압을 이용하여 외기를 흡기한다. 그러나, 실린더의 부압만으로는 외기를 충분히 흡기할 수 없다. 따라서, 근자에 출시되는 차량에는 외기를 압축하여 엔진에 공급하는 터보차저가 장착된다.

전술한 터보차저는 도 1에 도시된 바와 같이, 차량의 엔진(E)에서 배출되는 배기가스가 배기관(1)을 통해 터빈하우징(12)에 유입됨에 따라 터빈(12a)이 회전하면서 축(13)과 연결된 반대편의 압축휠(14a)을 회전시킨다. 이에 따라, 외기는 압축휠(14a)에 의해 휠하우징(14)의 유입구(IN)로 유입되면서 압축된 후, 공급관(2)을 통해 엔진(E)에 공급된다. 따라서, 엔진(E)은 공급관(2)을 통해 압축된 외기를 공급받는다. 이때, 공급관(2)에 개재된 쿨러(C)는 관류하는 압축된 외기를 냉각시킨다. 즉, 압축된 외기는 냉각되어 엔진(E)에 공급된다.

이러한 터보차저(10)는 전술한 압축휠(14a)이 외기를 과압축할 경우, 도 2에 도시된 바와 같은 엑츄에이터(18)가 개폐기(16)를 회전시켜서 터빈하우징(12)의 유압을 조절한다. 이에 대해 좀더 자세히 설명하면, 압축휠(14a)이 외기를 과압축할 경우, 엑츄에이터(18)는 도시된 바와 같이 기계식 압력측정기(PM)가 장착된 공급관(2)의 분기관(2a)을 통해 유입되는 과압축된 외기가 스프링(18b)에 탄력지지된 다이어프램(18a)을 가압함에 따라 로드(18c)를 이동시킨다. 이에 따라, 로드(18c)는 캠(16a)을 통해 회전축(16b)을 회전시킨다. 이때, 밸브포핏(16c)은 회전축(16b)을 중심으로 편축회전하면서 메인유로(MP)와 함께 터빈하우징(12)의 배기유로(P)를 구성하는 바이패스유로(BP)를 약간만 개방하거나 완전히 개방한다.
만약, 밸브포핏(16c)이 바이패스유로(BP)를 완전히 개방할 경우, 메인유로(MP)에 공급되는 배기가스는 도시된 바와 같이 터빈(12a)으로 전부가 공급되지 않고, 일부가 바이패스유로(BP)를 통해 우회하면서 배출구로 곧장 배출된다. 이에 따라, 메인유로(MP)를 통해 터빈(12a)에 공급되는 배기가스는 유압이 감압된다.

이때, 터빈(12a)은 배기유로(P)의 메인유로(MP)를 통해 공급되는 배기가스의 유압이 감압됨에 따라 회전수가 감소된다. 물론, 압축휠(14a)은 터빈(12a)과 함께 회전수가 감소된다. 이에 따라, 압축휠(14a)은 외기의 과압축을 중단한다. 이렇게 외기의 과압축이 중단되면, 엑츄에이터(18)는 분기관(2a)을 통해 유입되는 압축된 외기의 압력이 감쇠됨에 따라, 전술한 동작과 반대되는 동작을 하면서 개폐기(16)를 원위치로 복원시킨다.

한편, 전술한 도 2에 도시된 개폐기(16)는 전술한 바와 같이 메인유로( MP) 및 바이패스유로(BP)로 이루어진 배기유로(P)를 갖는 터빈하우징(12)에 적용되는 스톱밸브식 개폐기를 도시한 것이고, 도 3은 바이패스유로(BP)가 생략된, 즉 도시된 바와 같이 메인유로(MP)만으로 배기유로(P)가 구성되어 터빈하우징(12)에 적용되는 링형 개폐기(20)를 도시한 것이다. 이와 같은 링형 개폐기(20)는 확대 도시된 바와 같이 링형태로 형성되어 터빈(12a)의 측방에 설치된다. 여기서, 전술한 링형 개폐기(20)를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같은 링형 개폐기(20)는, 엑츄에이터(18)의 로드(18c)가 이동함에 따라, 로드(18c)의 단부에 연결된 크랭크(22)가 회전하면서 아우터링(24)에 회전가능하게 고정된 인너링(26)을 회전시킨다. 이에 따라, 터빈(12a)을 향하여 인너링(26)에 설치된 블레이드(28)는 축중심으로 회전하면서, 터빈하우징(12)에 형성된 배기유로(P)의 일부분을 개폐한다. 물론, 블레이드(28)는 로드(18c)의 스트로크에 따라 배기유로(P)를 약간만 개방(도면 하단의 우측 확대도)하거나 완전히 개방(도면 하단의 좌측 확대도)한다. 즉, 전술한 블레이드(28)는 도시된 바와 같이 터빈하우징(12)의 내측에 관형태로 형성되어 터빈(12a)에 배기가스를 제공하는 배기유로(P)의 일부분을 개폐한다. 따라서, 터빈하우징(12)에 소통되는 배기가스의 유압은 조절된다. 여기서, 도면상 미설명 부호 F는 아우터링(24) 및 인너링(26)에 양단이 힌지고정되어, 인너링(26)을 아우터링(24)에 회전가능하게 고정시키는 고정부재이다.

그러나, 전술한 바와 같은 엑츄에이터(18)는 전술한 바와 같이 압축된 외기의 압력에 의해 작동하므로, 응답성이 지연될 뿐만 아니라 정밀제어가 사실상 불가능한 문제가 있다. 이렇게, 응답성이 지연될 경우 엔진(E)에 공급되는 압축공기는 설정된 압력만큼 압축되지 못한다. 따라서, 엔진(E)은 연비가 감소하며, 배기가스의 유해물질은 연비감소에 의해 증가한다.

또한, 전술한 바와 같은 엑츄에이터(18)는 기계적으로만 구성됨에 따라 구성이 매우 복잡하여 제조비용 및 제조시간이 과도하게 소요될 뿐만 아니라 기계적 소 음을 유발시키는 문제도 있으며, 자가진단이 불가능하다는 문제도 있다.

한편, 최근에는 엔진(E)의 연비를 향상시키고자 엔진(E)에 공급되는 외기의 압력을 감지하는 압력감지센서가 대부분의 차량에 장착된다. 즉, 최근에 출시되는 대부분의 차량에는 전술한 터보차저의 휠하우징에서 압축된 외기의 압력을 측정하는 압력감지센서가 장착된다. 이러한 압력감지센서는 ECU에 연결된다. 따라서, ECU는 압력감지센서에서 인가되는 압력수치를 통해 엔진(E)에 공급되는 공기의 밀도를 감지한다.

따라서, 근자에는 전술한 압력센서를 이용하고, 전술한 바와 같은 기계식 엑츄에이터(18)의 단점을 보완하는 홀센서식 엑츄에이터가 보급되고 있다. 이러한 홀센서식 엑츄에이터는 모터를 이용하여 전술한 개폐기(16, 20)를 작동시킨다. 그리고, 홀센서를 통해 모터의 회전수를 감지하여, 개폐기(16, 20)의 회전각도를 감지한다. 이에 따라, 개폐기(16, 20)의 회전을 정밀하게 제어하여 터빈하우징(12)의 유량을 정밀하게 조절할 수 있다.

여기서, 전술한 홀센서는 모터에 의해 회전하면서 개폐기(16, 20)로 구동력을 전달하는 기어의 산과 골을 통해 자장을 감지한다. 그리고, 모터는 전술한 압력감지센서의 수치에 따라 작동한다. 즉, 홀센서식 엑츄에이터는 터보차저(10)의 휠하우징(14)에서 엔진(E)으로 공급되는 외기의 압력에 따라 작동한다.

그러나, 이러한 홀센서식 엑츄에이터는 자장이 전기적 노이즈 및 온도에 매우 민감하여, 상황에 따라 변환되는 전기적 노이즈 및 온도에 의해 오류가 종종 발 생하는 문제가 있다. 즉, 신뢰성을 확실하게 확보할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 창출된 것으로서, 공간을 투과하여 개폐기의 회전각도를 비접촉식으로 감지하는데 이용되는 자기장이나 초음파와 같은 투과성 감지용재(感知用材)를 전기적 노이즈 및 온도로부터 실질적으로 보호할 수 있는 차량용 터보차저의 엑츄에이터를 제공하기 위함이 그 목적이다.

특히, 전기적 노이즈 및 온도에 둔감한 광학계(光學系)를 감지용재로 이용하여 개폐기의 회전각도를 감지할 수 있으며, 광학계의 진로를 보호하여 광학계의 직진성을 지속적으로 유지시킬 수 있는 차량용 터보차저의 엑츄에이터를 제공하기 위함이 그 목적이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 터보처저의 엑츄에이터는, 터보차저의 터빈하우징에 형성되어 터빈하우징에 내장된 터빈에 배기가스를 공급하는 배기유로의 일부분을 회전하면서 개폐하는 개폐기에 회전력을 제공하고, 엔진으로 공급되는 외기의 압력을 측정하는 압력감지센서에 의해 작동하는 엑츄에이터에 있어서, 전술한 압력감지센서에 의해 작동하는 구동모터; 전술한 구동모터의 구동력을 전달하는 전동부재; 이 전동부재에서 전달되는 구동력에 의해 회전하면서 개폐기를 회전시키는 샤프트; 이 샤프트에 의해 회전하는 전술한 개폐기의 회전각도를 감지하는 센서유닛; 이 센서유닛을 차폐하여 이물질로부터 보호하는 프로텍터 및; 전술한 구성요소들 중에서 적어도 어느 하나를 차폐하여 밀폐상태로 보호하는 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의한 엑츄에이터의 구성요소에 대하여 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전술한 구동모터는 예컨대, 반원형의 클램프를 이용하여 전술한 케이스에 고정할 수 있다. 즉, 구동모터는 양단이 케이스에 고정되는 반원형의 클램프에 감싸져서 케이스의 내부에 고정된다. 따라서, 구동모터는 케이스에 내장된다. 물론, 구동모터는 전술한 클램프와 달리 볼트나 스크류와 같은 체결부재에 의해 케이스의 내부에 고정될 수 있다.

이러한, 구동모터는 차량의 ECU나 이와 별개로 마련된 마이콤과 같은 제어부에 의해 구동이 제어되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 전술한 ECU 및 제어부는 종래에서 설명된 압력감지센서로부터 인가되는 압력수치, 즉 측정값에 따라 구동모터를 구동시킨다. 따라서, 구동모터는 제어부에 의해 구동이 정밀하게 제어된다. 물론, 전술한 샤프트를 통해 회전되는 개폐기는 회전동작이 정밀하게 제어된다. 즉, 개폐기는 제어부에 의해 회전이 정밀하게 제어된다.

다음, 전술한 전동부재는 전술한 케이스에 내장되도록 구성할 수 있다. 이러한 전동부재는 예컨대, 전술한 구동모터에 의해 회전하는 구동기어 및; 이 구동기어에 교합되어 회전하는 적어도 하나의 피동기어;를 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 전술한 구동 및 피동기어의 기어비를 상이하게 형성하여 구동모터의 구동력을 감속하도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 전술한 전동부재는 구동모터의 구동력을 감속시키는 감속기일 수 있다. 물론, 전술한 구동 및 피동기어는 벨트에 의해 회전하는 풀리를 적용할 수도 있다. 하지만, 설치공간이 절감되도록 전술한 바와 같은 구동 및 피동기어로 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 전술한 샤프트는 피동기어에 직결되도록 구성할 수 있으며, 이와 달리 후술되는 동력전환기를 통해 연결되도록 구성할 수 있다. 즉, 전술한 전동부재는 동력전환기를 더 포함할 수 있다.

여기서, 전술한 동력전환기는 전술한 피동기어에서 출력되는 구동모터의 구동력을 피동기어의 축방향과 상이한 방향으로 전환시킨다. 이러한 동력전환기는 예컨대, 전술한 피동기어에 의해 회전하는 웜 및; 이 웜에 교합되어 전술한 샤프트를 회전시키는 웜휠;을 포함하여 구성할 수 있다. 물론, 이러한 웜 및 웜휠은 구조적 특성에 의해 피동기어의 구동력을 감속시킨다. 이때, 전술한 샤프트는 웜휠에 직결되도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 샤프트는 웜휠에 의해 회전한다.

한편, 전술한 기어들은 금속재로 구성할 수 있다. 하지만, 이보다는 금속 보다 비중이 가벼울 뿐만 아니라 가격이 저렴한 수지재나 플라스틱재로 구성하는 것이 바람직하다.

계속해서, 전술한 샤프트는 일단부가 전술한 전동부재에 연결되고, 타단부가 전술한 개폐기에 연결되도록 구성할 수 있다. 따라서, 샤프트는 회전하면서 개폐기를 회전시킨다. 물론, 개폐기는 샤프트에 의해 회전하면서 전술한 터빈하우징에 형성된 배기유로의 일부분을 개폐하여, 터빈하우징에 소통되는 배기가스의 유압을 제어한다. 즉, 샤프트는 개폐기를 통해 터빈하우징의 유압을 제어한다.

여기서, 전술한 개폐기는 예컨대, 회전축에 의해 밸브포핏이 회전하면서 배기유로의 일부분을 개폐하는 전술한 바와 같은 스톱밸브식 개폐기 일 수 있다. 이때, 전술한 샤프트는 전술한 회전축에 연결되어 회전축을 회전시킨다. 따라서, 밸브포핏은 회전축과 함께 회전하면서 전술한 터빈하우징의 바이패스유로를 개폐한다. 즉, 밸브포핏은 터빈하우징에 형성된 배기유로의 일부분을 개폐한다. 물론, 샤프트는 회전축 대신 사용될 수 있다. 즉, 샤프트는 밸브포핏의 일단부에 직결될 수도 있다.

이와 달리, 전술한 개폐기는 예컨대, 크랭크를 통한 인너링의 회전에 의해 블레이드가 회전하면서 배기유로를 개폐하는 전술한 바와 같은 링형 개폐기 일 수도 있다. 이때, 전술한 샤프트는 전술한 크랭크에 연결되어 크랭크를 회전시킨다. 따라서, 블레이드는 인너링에 의해 축중심으로 회전하면서 전술한 터빈하우징에 관형태로 형성되어 터빈에 배기가스를 공급하는 배기유로의 일부분을 개폐한다.

한편, 전술한 샤프트는 전술한 힌지나 크랭크에 직결될 수 있으며, 이와 달리 로커아암이나 링크 또는 기어와 같은 연결부재를 통해 힌지나 크랭크에 연결될 수 있다. 이러한 연결부재는 개폐기의 구조에 의해 종류 및 채용 여부가 결정된다.

다시 계속해서, 전술한 센서유닛은 전술한 케이스에 내장되도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 센서유닛은 전술한 개폐기의 회전각도를 비접촉식으로 감지하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 센서유닛은 비접촉식이 가능하도록 광학계를 이용하는 장치로 구성할 수 있다. 이렇게, 광학계를 이용하는 장치로 센서유닛을 구성할 경우 센서유닛은 예컨대, 전술한 구동모터의 구동력에 의해 회전하는 핀홀디스크 및; 이 핀홀디스크에 광을 조사하여, 전술한 샤프트에 의해 회전하는 전술한 개폐기의 회전각도를 검출하는 광센서모듈;을 포함하여 구성할 수 있다.

여기서, 전술한 핀홀디스크는 전술한 전동부재의 구동기어나 피동기어에 일체로 장착하여, 전술한 구동모터의 구동력에 의해 회전하도록 구성하는 것이 바람 직하다. 그리고, 전술한 광센서모듈은 예컨대, 전술한 핀홀디스크에 대향하면서 핀홀디스크의 핀홀에 광을 조사하는 광센서 및; 이 광센서가 실장되는 회로기판;을 포함하여 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 광센서나 회로기판은 전술한 제어부와 연동되어야 함은 자명하다. 따라서, 구동모터는 제어부에 의해 구동이 정밀하게 제어된다.

한편, 전술한 센서유닛은 비접촉식 감지가 가능하도록 전술한 바와 달리, 초음파를 이용하는 초음파 센서유닛을 이용할 수 있으며, 이와 또 달리 자기장을 이용하는 홀센서유닛을 이용할 수도 있다. 물론, 센서유닛은 리밋스위치와 같은 접촉식을 적용할 수도 있다. 여기서, 전술한 초음파 센서유닛이나 홀센서유닛 및 리밋스위치는 당업자가 용이하게 이해할 수 있는 내용이므로 그 자세한 설명은 생략한다.

다시 계속해서, 전술한 프로텍터는 예컨대, 전술한 케이스에 내장된 전술한 센서유닛이 분진과 같은 이물질로부터 보호되면서 센싱하도록, 전술한 케이스의 내부에 개재되어 전술한 센서유닛을 전술한 전동부재와 격리시키는 쉴드플레이트 및; 이 쉴드플레이트를 전술한 케이스의 내부에 고정시키는 고정수단;을 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 전술한 쉴드플레이트는 캡형태로 구성할 수 있으나 이보다는 평판형태로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 평판형으로 구성할 경우, 쉴드플레이트는 케이스의 내부를 가로지르는 벽과 같은 형태로 설치되어, 센서유닛을 케이스의 내부에 설치된 전술한 다른 구성요소들과 격리시킨다. 즉, 쉴드플레이트는 센서유닛을 차폐하여 다른 구성요소들과 분리시킨다. 따라서, 쉴드플레이트는 다른 구성요소, 특히 전술한 전동부재의 작동에 의해 발생되는 분진으로부터 센서유닛을 보호한다.

여기서, 전술한 고정수단은 예컨대, 전술한 케이스의 내부 양측에 상기 쉴드플레이트의 양단이 끼워지는 끼움홈을 마련하여, 전술한 쉴드플레이트의 양단을 구속하도록 구성할 수 있다. 이때, 전술한 끼움홈은 전술한 케이스의 내주면 일부분을 가공하여 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 센서유닛이 초음파센서유닛이나 홀센서유닛일 경우, 전술한 쉴드플레이트에는 전자파차단액이나 단열재 중 적어도 어느 하나가 마련된다. 이러한, 전자파차단액이나 단열재는 전기적 노이즈나 온도로부터 초음파나 자기장을 보호한다. 이때, 전자파차단액이나 단열재는 전술한 센서유닛을 대향하는 쉴드플레이트의 일면에 마련될 수 있다. 더 나아가, 전술한 전자파차단액이나 단열재는 센서유닛을 감싸는 전술한 케이스의 내부면에도 마련될 수도 있다. 따라서, 센서유닛은 전자파차단액이나 단열재에 의해 감싸진다.

마지막으로, 전술한 케이스는 양분하여 구성할 수 있으며, 볼트와 같은 체결부재에 의해 일체를 이루도록 구성할 수 있다. 이러한, 케이스는 전술한 구성요소의 일부만을 내장하도록 구성할 수도 있다. 이에 대해 좀더 자세히 설명하면, 전술한 케이스는 전술한 전동부재만 내장되도록 구성할 수 있다. 이때, 전술한 구동모터와 센서유닛 및 프로텍터는 전술한 케이스의 외측에 마련되어야 하며, 특히 프로텍터는 센서유닛을 밀폐상태로 격리시키도록 구성되어야 한다. 즉, 프로텍터를 박스형태로 구성하여 전술한 케이스에 부착하고, 이 프로텍터의 내부에 센서유닛을 내장하여야 한다. 물론, 구동모터는 전술한 전동부재와 근접하도록 케이스의 외측 에 직결되어야 한다.

이와 달리, 전술한 케이스는 전술한 구동모터 및 샤프트를 제외한 모든 구성요소(전동부재, 센서유닛 및 프로텍터)가 내장되도록 구성할 수도 있다. 이때, 전술한 구동모터는 전술한 전동부재와 근접하도록 케이스의 외측에 직결되어야 한다.

하지만, 전술한 케이스는 전술한 샤프트를 제외한 모든 구성요소(구동모터, 전동부재, 센서유닛 및 프로텍터)가 한꺼번에 내장되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이렇게, 구성할 경우 샤프트를 제외한 모든 구성요소가 하나의 케이스에 의해 보호되므로, 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 조립공수도 절감할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은, 구동모터를 이용하여 전자식으로 개폐기를 회전시키고, 센서유닛이 구동모터의 회전수를 통해 개폐기의 개폐각도를 감지하므로, 터빈하우징에 형성된 배기유로의 유압을 매우 정밀하게 제어할 수 있다. 특히, 센서유닛이 광학계를 이용하여 개폐기의 개폐각도를 감지할 경우, 보다 정밀하게 유압을 제어할 수 있다.

또한, 프로텍터가 이물질로부터 센서유닛을 보호하므로, 센서유닛에서 발산되는 초음파나 자기장 또는 광과 같은 감지용재가 이물질에 의해 불안정해지는 것을 방지할 수 있다. 특히, 광과 같은 감지용재는 프로텍터에 의해 이물질로부터 보호되므로 직직성을 확보 및 유지할 수 있다.

아울러, 프로텍터 및 케이스의 내측면에 전자파차단액 및 단열재를 도포할 경우, 센서유닛에서 발산되는 초음파나 자기장과 같은 감지용재를 전기적 노이즈 및 변화되는 온도로부터 보호할 수 있다. 즉, 감지용재의 활성화를 안정적으로 유 지시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 참고하여 설명하면 다음과 같으며, 첨부된 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터를 도시한 분해사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터의 내부를 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 엑츄에이터의 종단면도이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터의 적용예를 도시한 측면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터의 다른 적용예를 도시한 측면도이다. 이때, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터가 종래의 도 3에 도시된 링형 개폐기(16')에 적용된 것을 도시한 것이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터가 종래의 도 2에 도시된 스톱밸브식 개폐기(16)에 적용된 것을 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터는 도시된 바와 같이, 케이스(40); 구동모터(50); 전동부재(60); 샤프트(70); 센서유닛(80) 및; 프로텍터(90)를 포함한다. 이러한 구성요소를 좀더 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 케이스(40)는 도시된 바와 같이 케이스본체(42) 및 커버(44)로 구성된다. 이러한 케이스본체(42) 및 커버(44)는 미도시된 볼트에 의해 결합된다. 이때, 케이스(40)는 도시된 바와 같이 본체(42) 및 커버(44)의 접합면에 개재되는 실링(46)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 케이스(40)는 실링에 의해 기밀이 유지된다. 이렇게 구성된 케이스(40)의 내부에는 도시된 바와 같은 구동모터(50)와 전동부재(60)와 센서유닛(80) 및 프로텍터(90)가 내장된다. 이에 따라, 구동모터(50)와 전 동부재(60)와 센서유닛(80) 및 프로텍터(90)는 케이스(40)에 의해 차폐되어 밀폐된 상태로 보호된다.

다음, 구동모터(50)는 도시된 바와 같이 반원형의 클램프(52)에 의해 케이스본체(42)에 고정된다. 이때, 클램프(52)는 도시된 바와 같은 스크류에 의해 케이스본체(42)에 고정된다. 이러한 구동모터(50)는 미도시된 제어부에 의해 작동이 제어된다. 이러한 제어부는, 종래에서 설명된 압력감지센서로부터 압력수치(압력측정값)을 수신하는 차량의 ECU(미도시)나 이와 별개로 마련된 마이콤(미도시) 일 수 있다.

여기서, 이와 같은 구동모터(50)의 작동에 대하여 좀더 자세히 설명하면, ECU나 마이콤은 전술한 압력감지센서, 즉 터보차저를 통해 엔진으로 공급되는 외기의 압력을 감지하는 압력감지센서로부터 인가되는 압력수치에 따라 구동모터(50)를 구동시킨다. 따라서, 구동모터(50)는 압력감지센서에서 인가되는 압력수치에 따라 회전수가 결정된다. 물론, 구동모터(50)의 구동력에 의해 회전하는 전술한 개폐기는, 구동모터(50)의 회전수에 상응하는 각도로 회전한다.

그 다음, 전동부재(60)는 도시된 바와 같이 구동기어(62), 피동기어(64), 웜(66) 및 헬리컬식 웜휠(68)을 포함한다. 이때, 웜(66)은 도시된 바와 같이 피동기어(64)의 회전축상에 마련된다. 이러한, 각각의 기어들(62~68)은 수지재로 구성되어 서로 상이한 기어비를 갖는다.

이어서, 샤프트(70)는 일단부가 도시된 바와 같이 전술한 웜휠(68)의 중앙에 일체로 고정된다. 따라서, 샤프트(70)는 웜휠(68)과 동일한 방향으로 회전한다. 이 러한 샤프트(70)는 타단부에 도시된 바와 같은 로커아암(72)이 일체로 장착된다.

연속해서, 센서유닛(80)은 도시된 바와 같이 핀홀디스크(82) 및 광센서(84a)가 실장된 광센서모듈(84)을 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 핀홀디스크(82)는 도시된 바와 같이 스크류를 통해 구동기어(62)에 일체로 장착된다. 그리고, 광센서모듈(84)은 케이스본체(42)의 일측 내벽에 고정된다.

마지막으로, 프로텍터(90)는 도시된 바와 같이 쉴드플레이트(92) 및 이 쉴드플레이트(94)를 케이스본체(42)에 고정시키는 고정수단을 포함한다. 이때, 고정수단은 도시된 바와 같이 케이스본체(42)에 마련되어 쉴드플레이트(94)의 양단부가 끼워지는 끼움홈(94)이다. 여기서, 도면상 미설명 부호 92a는 구동기어(62)나 피동기어(64)의 축이 관통되는 것을 허용하는 축공이다. 즉, 구동기어(62)나 피동기어(64)의 축은 축공(92a)을 통해 관통될 수 있다.

도 5를 참조하면, 구동기어(62)는 구동모터(50)의 회전축에 일체로 장착되고, 피동기어(64)는 이 구동기어(62)에 교합된다. 그리고, 웜휠(68)은 케이스본체(42)의 내부에서 웜(66)과 교합된다. 이때, 웜휠(68)은 필요한 부분에만 기어가 형성된 도시된 바와 같이 섹터기어로 구성할 수 있다.

한편, 구동모터(50)는 각각의 기어들(62~68)이 도시된 바와 같이 서로 상이한 기어비로 형성됨에 따라 구동력이 감속된다.

또 한편, 핀홀디스크(82)는 도시된 바와 같이 구동기어(62)와 동일체를 이루면서 구동기어(62)와 함께 회전한다. 그리고, 광센서모듈(84)에 실장된 광센서(84a)는 핀홀디스크(82)의 핀홀(82a)에 광을 조사하도록 배치된다. 즉, 핀홀디스크 (82) 및 광센서(84a)는 서로 대향한다.

다른 한편, 쉴드플레이트(92)는 도시된 바와 같이 양단부가 끼움홈(94)에 끼워짐에 따라 케이스본체(42)를 가로지르면서 분리벽과 같은 형태로 설치된다. 이러한, 쉴드플레이트(92)는 도시된 바와 같이 핀홀디스크(82) 및 구동기어(62)의 사이를 가로지른다. 따라서, 핀홀디스크(82) 및 광센서모듈(84)은 케이스(40)에 내장된 다른 구성요소들(50, 60)로부터 차폐된다.

도 6을 참조하면, 샤프트(70)는 도시된 바와 같이 구동모터(50)의 축방향과 직교한다. 그리고, 쉴드플레이트(92)는 핀홀디스크(82) 및 광센서모듈(84)을 케이스본체(42)의 내부에서 일측으로 분리시킨다. 즉, 핀홀디스크(82) 및 광센서모듈(84)은 쉴드플레이트(92)에 의해 차폐되면서 격리된다.

도 7을 참조하면, 샤프트(70)는 도시된 바와 같이 로커아암(72)을 통해 전술한 링형 개폐기(20)의 크랭크(22)에 연결될 수 있다. 즉, 로커아암(72)은 크랭크(22)에 연결된다. 따라서, 샤프트(70)는 링형 개폐기(20)와 연동가능하게 연결된다. 즉, 샤프트(70)는 링형 개폐기(20)에 연결되어 링형 개폐기(20)를 를 작동시킬 수 있다.

이때, 크랭크(22)는 도시된 바와 같이 링형 개폐기(20)의 아우터링(24)에 회전가능하게 내장된 인너링(26)에 고정된다. 그리고, 인너링(26)은 블레이드축(28a)을 통해 블레이드(28)와 연결된다. 즉, 블레이드(28)는 인너링(26)을 통해 샤프트(70)와 연동가능하게 연결된다. 이때, 인너링(26)은 도시된 바와 같은 전술한 고정부재(F)를 통해 아우터링(24)에 회전가능하게 고정된다.

따라서, 샤프트(70)가 도면의 상단에 확대 도시된 바와 같이 회전할 경우, 크랭크(22)는 확대 도시된 바와 같이 샤프트(70)에 의해 샤프트(70)를 중심으로 회전하는 로커아암(72)에 의해 파선으로 도시된 바와 같이 선회식으로 이동하면서 인너링(26)을 회전시킨다. 그리고, 크랭크(22)에 의해 회전되는 인너링(26)은 회전되면서 블레이드(28)를 블레이드축(28a)을 중심으로 회전시킨다. 이에 따라, 블레이드(28)는 도면의 하단에 확대 도시된 바와 같이 터빈하우징(12)에 형성되어 터빈(12a)에 배기가스를 공급하는 배기유로(P)의 일부분을 개폐한다. 즉, 블레이드(28)는 샤프트(70)에 의해 터빈하우징(12)에 형성된 배기유로(P)의 일부분을 개폐한다. 물론, 터빈하우징(P)의 배기유로(P)에 소통되는 배기가스는 배기유로(P)의 일부분이 블레이드(28)에 의해 개폐됨에 따라 유압이 제어된다.

여기서, 터빈하우징(12)에 형성된 배기유로(P)는 확대 도시된 바와 같이 터빈하우징(12)의 내주면에 관형태로 형성되어 터빈(12a)의 외주면을 감싸는 공간이다. 즉, 배기유로(P)는 터빈하우징(12)의 내주면에 형성된 관형태의 공간이다.

도 8을 참조하면, 샤프트(70)는 도시된 바와 같이 스톱밸브식 개폐기(16)의 로크아암식 밸브포핏(16c)에 마련된 축공(AH)에 직결될 수 있다. 즉, 샤프트(70)는 스톱밸브식 개폐기(16)의 밸브포핏(16c)에 연결되어 스톱밸브식 개폐기(16)를 작동시킬 수도 있다. 이에 따라, 밸브포핏(16c)은 샤프트(70)의 회전시, 샤프트(70)를 중심으로 편축회전하면서 터빈하우징(12)에 형성된 배기유로(P)의 바이패스유로(BP)를 개폐한다. 따라서, 터빈하우징(12)의 배기유로(P)에 소통되는 배기가스의 유압은 제어된다.
여기서, 전술한 배기유로(P)는 도시된 바와 같이 터빈(12a)과 연통되는 메인유로(MP) 및, 이 메인유로(MP)에서 분기되어 터빈하우징(12)의 배출구와 연통되는 바이패스유로(BP)로 구성된다. 따라서, 배기유로(P)는 바이패스유로(BP)가 전술한 밸브포핏(16c)에 의해 개방될 경우, 메인유로(MP)를 통해 터빈(12a)으로 공급되는 배기가스의 일부가 바이패스유로(BP)를 통해 배출구로 곧장 배출됨에 따라 유압이 조절된다. 즉, 배기유로(P)는 바이패스유로(BP)가 개방될 경우 배기가스의 유압이 감압된다. 이와 달리, 배기유로(P)는 바이패스유로(BP)가 폐쇄될 경우 배기가스가 메인유로(MP)만으로 공급됨에 따라 배기가스의 유압이 승압된다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 엑츄에이터의 작용효과를 첨부된 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이 케이스본체(42)에 내장된 구동모터(50)는, 전술한 압력감지센서에서 과압이 감지될 경우 정회전하고, 압력감지센서에서 저압이 감지될 경우 역회전한다. 물론, 구동모터(50)는 전술한 압력감지센서에 연결된 전술한 ECU나 마이콤과 같은 제어부를 통해 작동이 제어된다. 이때, 정·역회전하는 구동기어(62)는 피동기어(64) 및 웜(66)을 회전시켜서 웜휠(68)을 회전시킨다. 따라서, 웜휠(68)에 직결되고 도 6에 도시된 바와 같이 케이스(40)에서 돌출된 샤프트(70) 는 웜휠(68)과 함께 회전한다.

한편, 웜휠(68)에 의해 회전하는 샤프트(70)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 링형 개폐기(20)의 크랭크(22)나 스톱밸브식 개폐기(16)의 밸브포핏(16c)에 연결된다. 따라서, 링형 개폐기(20)의 인너링(26)은 회전하면서 블레이드(28)를 회전시키고, 스톱밸브식 개폐기(16)의 밸브포핏(16c)은 편축회전한다. 물론, 블레이드(28) 및 밸브포핏(16c)은 회전하면서 배기유로의 개폐량을 조절한다.

또 한편, 구동모터(50)의 구동시, 도 5에 도시된 바와 같은 핀홀디스크(82)는 구동기어(62)에 의해 회전하고, 광센서모듈(84)은 핀홀디스크(82)에 광을 조사한다. 이때, 광센서모듈(84)의 광센서(84a)에서 조사되는 광은, 핀홀디스크(82)가 회전함에 따라 핀홀(82a)을 간헐적으로 통과한다. 이에 따라, 광센서모듈(84)은 광이 핀홀(82a)에 통과하는 횟수를 감지하여 제어부에 인가한다.

그리고, 제어부는 인가되는 광통과 횟수를 기반으로 샤프트(70)의 회전수를 판단하여 구동모터(50)의 구동을 제어한다. 즉, 제어부는 샤프트(70)의 회전수를 통해 전술한 개폐기(16, 20)의 블레이드(28) 또는 밸브포핏(16c)의 회전각도를 감지한 후, 블레이드(28) 또는 밸브포핏(16c)의 회전각도가 설정된 각도에 도달하면 구동모터(50)의 구동을 중단시킨다. 이에 따라, 개폐기(16, 20)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 터빈하우징(12)에 형성된 배기유로(P)의 개폐량을 정밀하게 조절한다.

이때, 터빈하우징(12)에 공급되는 배기가스의 공급량은 개폐기(16, 20)가 전술한 바와 같이 배기유로(P)의 개폐량을 조절함에 따라 조정된다. 이에 따라, 터빈하우징(12)의 터빈(12a)은 공급되는 배기가스의 공급량에 의해 회전속도가 조절된다. 또한, 이 터빈(12a)과 연동하는 압축하우징(14)의 압축휠(14a)도 터빈(12a)에 의하여 회전속도가 조절된다. 물론, 압축휠(14a)에 의해 압축되는 외기의 압축량, 즉 외기의 유압은 압축휠의 회전속도가 조절됨에 따라 조정된다. 따라서, 과압축이나 저압축되었던 외기의 압력은 적당한 압력으로 조정된다.

다른 한편, 도 5에 도시된 바와 같이 케이스(40)에 내장된 프로텍터(90)의 쉴드플레이트(92)는 케이스(40)에 내장되어 센서유닛(80)을 케이스(40)에 내장된 전동부재(60)와 격리시키므로, 전동부재(60)를 구성하는 구동 및 피동기어(62, 64), 그리고 웜(66) 및 웜휠(68)의 회전에 의해 발생되는 분진이 센서유닛(80)으로 유입되는 것을 방지한다. 즉, 센서유닛(80)은 쉴드플레이트(92)에 의해 구동 및 피동기어(62, 64), 그리고 웜(66) 및 웜휠(68)과 격리되므로, 케이스(40)의 일측에서 분진으로부터 보호된다. 따라서, 센서유닛(80)의 핀홀디스크(82) 및 광센서모듈(84)은 분진에 오염되지 않는다. 물론, 광센서모듈(84)의 광센서(84a)에서 발광되는 광은 쉴드플레이트(92)로 인하여 분진과 같은 이물질로부터 보호되므로 직진성을 유지한다.

한편, 전술한 도 6의 미설명 부호 96 및 98은 쉴드플레이트(92)나 케이스(40)의 내측면에 코팅되는 전자파차단액 및 단열재이다. 이러한, 전자파차단액은 액상의 전자파차단도료를 도포하여 코팅할 수 있으며, 단열재는 분말로된 폴리계열의 수지나 고무 또는 스틸로폼과 같은 재료를 도포가능하게 제조하여 코팅할 수 있다. 이때, 단열재는 전술한 재료에 액상접착제를 혼합하여 도포가능하게 제조할 수 있다.

이렇게 코팅되는 전자파차단액 및 단열재는 센서유닛(80)을 감싸면서 차폐한다. 따라서, 센서유닛(80) 및 센서유닛(80)에서 발산되는 초음파나 자기장과 같은 감지용재는 전기적 노이즈 및 변화되는 온도로부터 보호된다.

상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 동일 사상의 범주내에서 적절한 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있으므로, 이러한 형상 및 구조의 변형은 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 차량용 터보차저의 엑츄에이터는, 구동모터를 이용하여 전자식으로 개폐기를 회전시키고, 센서유닛이 구동모터의 회전수를 통해 개폐기의 개폐각도를 감지하므로, 터빈하우징에 형성된 배기유로의 유압을 매우 정밀하게 제어할 수 있는 효과가 있다. 특히, 센서유닛이 광학계를 이용하여 개폐기의 개폐각도를 감지할 경우, 보다 정밀하게 배기가스의 유압을 제어할 수 있다.

또한, 프로텍터가 이물질로부터 센서유닛을 보호하므로, 센서유닛에서 발산되는 초음파나 자기장 또는 광과 같은 감지용재가 이물질에 의해 불안정해지는 것을 방지할 수 있는 효과도 있다. 특히, 광과 같은 감지용재는 프로텍터에 의해 이물질로부터 보호되므로 직직성을 확보 및 유지할 수 있다.

아울러, 프로텍터 및 케이스의 내측면에 전자파차단액 및 단열재를 도포할 경우, 센서유닛에서 발산되는 초음파나 자기장과 같은 감지용재를 전기적 노이즈 및 변화되는 온도로부터 보호할 수 있는 효과도 있다. 즉, 감지용재의 활성화를 안정적으로 유지시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 터보차저(10)의 터빈하우징(12)에 형성되어 터빈하우징(12)에 내장된 터빈(12a)에 배기가스를 공급하는 배기유로(P)의 일부분을 회전하면서 개폐하는 개폐기(16, 20)에 회전력을 제공하고, 엔진(E)으로 공급되는 외기의 압력을 측정하는 압력감지센서에 의해 작동하는 엑츄에이터에 있어서,

   상기 압력감지센서에 의해 작동하는 구동모터(50);

   상기 구동모터(50)의 구동력을 전달하는 전동부재(60);

   상기 전동부재(60)에서 전달되는 구동력에 의해 상기 개폐기(16, 20)를 회전시키는 샤프트(70);

   상기 샤프트(70)에 의해 회전하는 상기 개폐기(16, 20)의 회전각도를 감지하는 센서유닛(80);

   상기 센서유닛(80)을 차폐하여 이물질로부터 보호하는 프로텍터(90); 및

   상기 구성요소들(50~90)들 중에서 적어도 어느 하나를 차폐하여 밀폐상태로 보호하는 케이스(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 엑츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전동부재(60)는,

   상기 구동모터(50)에 의해 회전하는 구동기어(62);

   상기 구동기어(62)에 교합되어 회전하는 피동기어(64);

   상기 피동기어(64)에 의해 회전하는 웜(66); 및

   상기 웜(66)에 교합되어 상기 샤프트(70)를 회전시키는 웜휠(68);을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 엑츄에이터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 센서유닛(80)은 상기 개폐기(16, 20)의 회전각도를 비접촉식으로 감지하도록 구성한 것을 특징으로 하며,

   상기 센서유닛(80)은,

   상기 구동모터(50)의 구동력에 의해 회전하는 핀홀디스크(82); 및

   상기 핀홀디스크(80)에 광을 조사하여, 상기 샤프트(70)에 의해 회전하는 상기 개폐기(16, 20)의 회전각도를 비접촉식으로 검출하는 광센서모듈(84);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 엑츄에이터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 프로텍터(90)는,

   상기 케이스(40)에 내장된 상기 센서유닛(80)이 분진과 같은 이물질로부터 보호되면서 센싱하도록, 상기 케이스(40)의 내부에 개재되어 상기 센서유닛(80)을 상기 전동부재(60)와 격리시키는 쉴드플레이트(92); 및

   상기 쉴드플레이트(92)를 상기 케이스(40)의 내부에 고정시키는 고정수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 엑츄에이터.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 고정수단은,

   상기 케이스(40)의 내부 양측에 상기 쉴드플레이트(92)의 양단이 끼워지는 끼움홈(94)을 마련하여, 상기 쉴드플레이트(92)의 양단을 구속하도록 구성한 것을 특징으로 하는 차량용 터보차저의 엑츄에이터.

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