KR101205708B1 - 터보차저 액츄에이터 구조 - Google Patents

터보차저 액츄에이터 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터보차저 액츄에이터 구조에 관한 것으로, 엔진의 상태에 따라 왕복 운동하는 피스톤로드를 구비하는 액츄에이터부; 상기 액츄에이터부의 상측에 장착되는 커버바디와, 상기 커버바디의 내측에 일체로 성형되고 관통홀이 형성되는 인서트바디와, 상기 인서트바디의 관통홀에 왕복 이동가능하게 구비되는 샤프트와, 상기 인서트바디의 일측에 구비되되 리드프레임의 상단에는 터미널이 고정되고 상기 리드프레임의 하단에는 홀센서가 고정되는 터미널 앗세이와, 상기 샤프트의 내부에 구비되는 마그네트과, 상기 샤프트의 외주에 끼워지는 스프링을 포함하여 구성되는 포지션 센서부;를 포함하는 것으로, 상기 인서트바디와 상기 샤프트에는 상기 관통홀의 내주에서 상기 샤프트가 원활하게 왕복 운동할 수 있도록 상기 샤프트와 관통홀 내주 사이의 마찰을 최소화하여 상기 샤프트와 관통홀의 내주가 마모되는 것을 방지하기 위한 마모방지부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 샤프트 외주와 관통홀 내주에 마모를 저감시키기 위한 마보 저감부를 구비함으로써, 관통홀에서 샤프트의 왕복 운동시 샤프트와 관통홀 내주가 마모되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 포지션센서의 동작이 안정적으로 이루어지는 효과가 있다.

Description

터보차저 액츄에이터 구조{ACTUATOR STRUCTURE OF TURBOCHARGER}
본 발명은 자동차 터보차저 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보차저 액츄에이터의 상태를 모니터링 하는 포지션 센서부에서 인서트바디의 내측에서 샤프트가 왕복 운동할 때 발생되는 마찰을 저감시키고, 한쪽으로 편심되는 것을 방지할 수 있는 터보차저의 액츄에이터 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 터보차저는 내연기관에서 발생되는 배기가스를 이용하여 엔진의 성능을 향상시키기 위한 과급기로서, 강제로 압축한 공기를 연소실로 보내 더 많은 연료가 연소될 수 있도록 하여 엔진의 출력을 높이는 장치이다.
이러한 터보차저는 웨이스트 게이트 터보차저(Waste Gate TurboCharger : WGT)와 가변형상 터보차저(Variable Geometry Turbocharger :VGT)로 크게 분류되며, 최근에는 가변형상 터보차저가 널리 적용되고 있다.
이 가변형상 터보차저는 웨이스트 게이트 터보차저에서 부족하였던 저부하 영역에서의 공기량을 최대한 확보하고자 베인을 조정하여 터빈 입구의 면적을 변화시키는데, 저속 영역에서는 유로면적을 최소화하고, 고속영역에서는 유로면적을 최대화함으로써, 저속, 저부하 영역에서의 응답성 증대와 함께 충분한 공기량 확보로 배기가스를 저감시키게 된다.
이러한 가변형상 터보차저는 컴프레서와 터빈으로 크게 구성되며, 그 사이에서 배기가스의 유동을 제어하는 유로 조절기구를 더 포함하고 있다.
유로 조절기구는 베인의 각도 위치를 조절하여 배기가스의 흐름 성능을 향상시켜 주는 역할을 하는 것으로, 터빈 하우징 내부에 설치되는 유니슨 링과, 유니슨 링의 한쪽 면에 등간격으로 설치되면서 터빈휠과는 접촉되지 않는 범위 내에서 움직이는 다수개의 베인 및 원판과, 베인 및 원판을 동작시켜 주는 부싱 및 레버와, 로드를 이용하여 레버에 연결되며 엔진의 진공펌프가 제공하는 진공압력에 의해 작동되는 액츄에이터로 구성된다.
베인은 전체가 일체형으로 연결된 구조이고, 이러한 일체형 베일 연결구조를 카트리지라고 하며, 또한, 액츄에이터의 제어에 의해 액츄에이터 로드 및 이에 연결된 레버, 전체 베인의 위치를 제어될 수 있게 되어 있다.
본 발명의 목적은 터보차저의 효율을 향상시키고 불필요한 엔진 구동을 방지하여 연빈 개선 및 공기 오염원 방출을 줄일 수 있도록 터보차저의 상태를 모니터링하는 포지션 센서의 동작 성능을 개선하는 것과, 포지션 센서의 샤프트가 인서트 바디 내측에서 원할하게 왕복운동할 수 있도록 하여, 포지션 센서의 동작성을 향상시킬 수 있도록 한 터보차저 액츄에이터 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진의 상태에 따라 왕복 운동하는 피스톤로드를 구비하는 액츄에이터부; 상기 액츄에이터부의 상측에 장착되는 커버바디와, 상기 커버바디의 내측에 일체로 성형되고 관통홀이 형성되는 인서트바디와, 상기 인서트바디의 관통홀에 왕복 이동가능하게 구비되는 샤프트와, 상기 인서트바디의 일측에 구비되되 리드프레임의 상단에는 터미널이 고정되고 상기 리드프레임의 하단에는 홀센서가 고정되는 터미널 앗세이와, 상기 샤프트의 내부에 구비되는 마그네트과, 상기 샤프트의 외주에 끼워지는 스프링을 포함하여 구성되는 포지션 센서부;를 포함하는 것으로, 상기 인서트바디와 상기 샤프트에는 상기 관통홀의 내주에서 상기 샤프트가 원활하게 왕복 운동할 수 있도록 상기 샤프트와 관통홀 내주 사이의 마찰을 최소화하여 상기 샤프트와 관통홀의 내주가 마모되는 것을 방지하기 위한 마모방지부와, 상기 인서트바디의 관통홀에서 상기 샤프트가 왕복 운동할 때에 샤프트가 편심되는 것을 방지하기 위하여 가이드하는 가이드부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 마모방지부는 상기 인서트바디의 관통홀과 상기 샤프트의 외주에 UV 코팅되는 제1코팅부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가이드부는 상기 샤프트 외주에 형성된 돌출부 외주에 돌출되어 형성되는 하나 이상의 가이드 리브와, 상기 가이드 리브의 형상에 대응되며 상기 인서트바디의 관통홀 내주에 형성되는 가이드 홈으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가이드리브와 상기 가이드 홈에는 UV로 코팅되어, 상기 샤프트가 상기 관통홀에서 왕복 운동시 상기 가이드 홈에서 상기 가이드 리브가 가이드될 때 상기 샤프트의 마모를 방지하기 위한 제2코팅부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 엔진의 상태에 따라 왕복운동하는 피스톤로드에 연결되는 샤프트가 인서트바디의 관통홀에서 왕복이동할 때 샤프트와 인서트바디의 내측 사이에 발생되는 마찰을 저감시키기 위한 마찰저감부인 베어링이 구비됨으로써, 샤프트와 인서트바디 사이에 마찰이 저감되어 샤프트의 외주가 마모되는 것을 방지하여 포지션센서의 동작이 안정적으로 이루어지고, 이에 따라 제품의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 인서트바디 내측과 샤프트에 샤프트가 왕복 운동되는 것을 가이드하는 가이드부를 구비함으로써, 샤프트의 왕복 운동시 샤프트가 편심되는 것을 방지할 수 있어 포지션센서의 동작성이 개선되고 이에 따라 제품의 성능이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터를 보인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터에서 센서부를 보인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터에서 인서트 바디와 샤프트를 보인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터에서 마모방지부를 상세하게 보인 요부 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터에서 마모방지부를 상세하게 보인 평단면도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터를 보인 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터에서 센서부를 보인 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터에서 인서트 바디와 샤프트를 보인 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터에서 마모방지부를 상세하게 보인 요부 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터에서 마모방지부를 상세하게 보인 평단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 액츄에이터 구조는 터보차저의 상태를 모니터링 하기 위한 포지션 센서부(200)의 하부에 액츄에이터부(100)가 차량 및 엔진의 상태에 따라 왕복 이동 가능하게 구비되는 구조이다.
포지션 센서부(200)는 액츄에이터부(100)의 상측에 장착되는 커버바디(210)와, 커버바디(210)의 내측에 일체로 성형되는 인서트 바디(220)와, 인서트 바디(220) 내측에 왕복 이동가능하게 구비되는 샤프트(230)와, 인서트 바디(220)의 일측에 일체로 성형되는 터미널 앗세이(240)와, 샤프트(230)의 내부 중앙에 구비되는 마그네트(270)과, 샤프트(230) 상단에 고정되는 캡부재(280)를 포함하여 구성된다.
여기서, 터미널 앗세이(240)는 리드프레임(241)과, 리드프레임(241)의 상단에 고정되는 터미널(242)과, 리드프레임(241)의 하단에 고정되며 마그네트(270)의 자성과 반응하는 홀센서(243)로 구성된다.
샤프트(230)는 액츄에이터부(100)의 피스톤 로드(101)의 구동과 연동되며, 인서트 사출 성형에 의해 내부에 마그네트(270)와 일체로 형성되는 것이다.
또한, 인서트바디(220)는 샤프트(230)가 피스톤 로드(101)의 구동과 함께 연동되도록 내부에 샤프트(230)의 왕복 이동을 안내하는 관통홀(221)이 형성되고, 사출 성형시 인서트 성형에 의해 터미널 앗세이(240)와 일체로 형성된다.
여기서, 터미널 앗세이(240)는 인서트바디(220)에 일체로 성형되기 전에, 리드프레임(241) 상단과 하단에 터미널(242)과 홀센서(243)를 각각 연결하여 구성하게 되는 것이다.
여기서, 마그네트(270)는 그 재료로 페라이트, 네오듐, 코발트, 알니코 계열 등이 있으며, 온도에 따른 자속량의 변화가 작고, 높은 자속 밀도를 얻을 수 있으며, 높은 경도를 갖는 알니코(Alnico)계열의 마그네트를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 샤프트(230)와 인서트바디(220)는 PPS(Poly Phenylene Sulfide) 또는 에폭시의 재질로 이루어지며, 여기서 PPS란 열가소성 수지로 열에 강하면서 내구성이 뛰어나 금속을 대체할 차세대 소재로 각광받고 있는 수퍼 플라스틱이라고 불리는 소재이다.
또한, 센서부(200)에는 관통홀(221)에서 샤프트(230)가 상승된 후에 원상태로 복귀시키기 위한 스프링(290)이 더 구비되며, 스프링(290)은 샤프트(230)의 외주에 끼워져 캡부재(280)와 샤프트(230) 외주에 돌출 형성되는 돌출부(231)에 탄력 지지되도록 구성된다.
관통홀(221)의 하단 내주에는 샤프트(230)가 관통홀(221)에서 스프링(290)의 탄성력에 의해 이탈되지 않도록 샤프트(230)의 이탈을 방지하는 걸림부(221a)가 형성된다.
한편, 인서트바디(220)와 샤프트(230)에는 관통홀(221)의 내주에서 샤프트(230)가 원활하게 왕복 운동할 수 있도록 샤프트(230)와 관통홀(221) 내주 사이의 마찰을 최소화하여 샤프트(230)와 관통홀(221)의 내주가 마모되는 것을 방지하기 위한 마모방지부가 구비된다.
마모방지부는 샤프트(230)의 외주와 인서트바디(220)의 관통홀(221) 내주에 UV코팅되어 형성되는 제1코팅부(320)로 구성된다.
여기서, UV코팅이란 자외선조사로 단시간에 경화되는 도료를 이용하여 피도물을 코팅하는 방법을 말한다. 이러한 UV코팅은 경도, 내화학성, 내부식성 등을 증가시킨다.
즉, 샤프트(230)와 인서트바디(220)의 관통홀(221)에 제1코팅부(310)가 형성됨으로써, 샤프트(230)가 관통홀(220)에서 왕복 운동할 때, 샤프트(230)와 관통홀(221)의 내주가 마모되는 것이 방지되는 것이다.
또한, 인서트바디(220)의 관통홀(221)과 샤프트(230)에는 관통홀(221)에서 샤프트(230)가 왕복 운동할 때에 샤프트(230)를 가이드하여 편심되는 것을 방지하기 위한 가이드부(400)가 구비된다.
가이드부(400)는 샤프트(230)의 외주에 일정높이로 형성되는 돌출부(231)의 외주에 돌출되어 형성되는 하나 이상의 가이드 리브(410)와, 가이드 리브(410)의 형상에 대응되며 관통홀(221)의 내주에 형성되는 가이드 홈(420)으로 구성되다.
또한, 상기 가이드 리브(410)와 가이드 홈(420)에도 샤프트(230)의 왕복 운동시 가이드 홈(420)을 따라 가이드 리브(410)가 왕복 운동할 때 가이드 홈(420)과 가이드 리브(410)가 마모되는 것을 방지할 수 있도록 UV코팅되는 제2코팅부(320)가 형성된다.
샤프트(230)의 하단에는 액츄에이터부(100)의 피스톤로드(101)와 연결되며, 엔진의 상태에 따라 왕복 이동되는 피스톤로드(101)에 의하여 샤프트(230)가 인서트바디(220)의 관통홀(221)에서 왕복 이동되는 것이다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저 액츄에이터의 구조에 따른 작용을 간략하게 설명하기로 한다.
터보차저 액츄에이터의 각 구성 부품간의 결합순서를 살펴보면 먼저 샤프트(230)는 사출 성형에 의하여 성형되는데, 샤프트(230)의 사출 성형시 사출 금형에 마그네트(270)를 인서트한 상태에서 사출성형용 수지를 부어 샤프트(230)의 내측에 마그네트(270)를 일체로 형성하는 것이다.
그런 다음, 인서트바디(220)를 사출 성형하게 되는데, 터미널 앗세이(240)를 사출 금형에 놓은 다음, 사출성형용 수지를 부어 인서트 성형으로 성형하는 것이다.
이후에, 인서트바디(220)를 커버바디(210)와 결합해야 하는데, 커버바디(210)의 성형시 인서트바디(220)를 커버바디(210)의 금형에 인서트 한 상태에서 사출성형용 수지를 금형에 부어 인서트성형으로 커버바디(210)에 일체로 성형하는 것이다.
인서트바디(220)의 관통홀(221)의 내주와 샤프트(230)의 외주를 UV 코팅하여 제1코팅부(310)를 형성함과 아울러 관통홀(221) 내주에 형성되는 가이드홈(420)과 샤프트(230) 외주에 형성되는 가이드 리브(410)를 UV 코팅하여 제2코팅부(320)를 형성한다.
그런 다음, 샤프트(230)를 인서트 바디(220)의 관통홀(221)에 끼워서 샤프트(230)의 돌출부(231)가 관통홀(221) 하단에 구비되는 걸림부(221a)에 지지시킨 후에, 샤프트(230)의 상부에 스프링(290)을 끼워 넣는다.
그런 다음, 캡부재(280)를 인서트바디(220)의 개구된 상단에 결합하여, 인서트바디(220)의 관통홀(221)에서 샤프트(230)와 스프링(290)이 이탈되는 것을 방지한다.
상기와 같이 포지션 센서부(200)의 조립이 완료되면, 이 포지션 센서부(200)의 하측에 액츄에이터부(100)를 결합하여 액츄에이터를 구성하게 되는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 액츄에이터부 101 : 피스톤 로드
200 : 포지션 센서부 210 : 커버바디
220 : 인서트바디 221 : 관통홀
230 : 샤프트 240 : 터미널 앗세이
241 : 리드프레임 242 : 터미널
243 : 홀센서 270 : 마그네트
280 : 캡부재 290 : 스프링
310 : 제1코팅부
320 : 제2코팅부 400 : 가이드부
410 : 가이드 리브 420 : 가이드 홈

Claims (5)

  1. 엔진의 상태에 따라 왕복 운동하는 피스톤로드(101)를 구비하는 액츄에이터부(100);
    상기 액츄에이터부(100)의 상측에 장착되는 커버바디(210)와, 상기 커버바디(210)의 내측에 일체로 성형되고 관통홀(221)이 형성되는 인서트바디(220)와, 상기 인서트바디(220)의 관통홀(221)에 왕복 이동가능하게 구비되는 샤프트(230)와, 상기 인서트바디(220)의 일측에 구비되되 리드프레임(241)의 상단에는 터미널(242)이 고정되고 상기 리드프레임(241)의 하단에는 홀센서(243)가 고정되는 터미널 앗세이(240)와, 상기 샤프트(230)의 내부에 구비되는 마그네트(270)과, 상기 샤프트(230)의 외주에 끼워지는 스프링(290)을 포함하여 구성되는 포지션 센서부(200);를 포함하는 것으로,
    상기 인서트바디(220)와 상기 샤프트(230)에는,
    상기 관통홀(221)의 내주에서 상기 샤프트(230)가 원활하게 왕복 운동할 수 있도록 상기 샤프트(230)와 관통홀(221) 내주 사이의 마찰을 최소화하여 상기 샤프트(230)와 관통홀(221)의 내주가 마모되는 것을 방지하기 위한 마모방지부와,
    상기 인서트바디(220)의 관통홀(221)에서 상기 샤프트(230)가 왕복 운동할 때에 편심되는 것을 방지하기 위하여 가이드하는 가이드부(400)가 구비되는 것을 특징으로 하는 터보차저 액츄에이터 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마모방지부는 상기 인서트바디(220)의 관통홀(221)과 상기 샤프트의 외주에 UV 코팅되는 제1코팅부(310)로 구성되는 것을 특징으로 하는 터보차저 액츄에이터 구조.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부(400)는 상기 샤프트(230) 외주에 일정높이로 형성되는 돌출부(231) 외주에 돌출되어 형성되는 하나 이상의 가이드 리브(410)와,
    상기 가이드 리브(410)의 형상에 대응되며 상기 인서트 바디(220)의 관통홀(221) 내주에 형성되는 가이드 홈(420)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 터보차저 액츄에이터 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드리브(410)와 상기 가이드홈(420)에는 UV로 코팅되어, 상기 샤프트(230)가 상기 관통홀(221)에서 왕복 운동시 상기 가이드홈(420)에서 상기 가이드리브(410)가 가이드될 때 상기 샤프트(230)의 마모를 방지하기 위한 제2코팅부(320)가 구비되는 것을 특징으로 하는 터보차저 액츄에이터 구조.
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