KR101294446B1 - 웨이스트 게이트 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기 매니폴드로부터 터빈을 우회하여 배기관로에 이르는 바이패스 통로를 개폐하여 배기가스의 유동을 제어함에 있어, 바이패스 통로의 폐쇄시 보다 긴밀하게 밀폐시킴과 더불어 내구시 바이패스 통로의 입구에 카본의 퇴적시에도 밸브의 안정된 씰링면을 확보하여 부스트 압력의 정상적인 확보를 통한 터보차져의 성능 저하를 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 터보차져(1)의 터빈(1a)을 우회하여 배기관로(3)에 연결되는 바이패스 통로(5)를 개폐시키는 웨이스트 게이트 밸브(10)와, 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)에 조작력을 제공하는 액츄에이터(9)를 구비하는 웨이스트 게이트 밸브장치에 있어서, 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)는 링크기구(7)의 동작에 의해 축선회되는 몸체(12)와, 상기 몸체(12)에 대해 자기정렬형 기구(14)를 매개로 결합된 밸브스템(16), 상기 밸브스템(16)의 자유단부에 결합되어 상기 바이패스 통로(5)를 개폐하는 밸브체(18) 및, 상기 몸체(12)와 상기 밸브체(18)의 전 둘레부 사이에 탄발지지되도록 설치된 리턴 스프링(20)을 갖춘 것을 특징으로 한다.

Description

웨이스트 게이트 밸브장치{waste gate valve device}

본 발명은 웨이스트 게이트 밸브장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기 매니폴드로부터 배기관로 사이에 터빈을 우회하는 바이패스 통로의 개폐를 조절하여 터보차저의 배기가스 유동제어를 위한 웨이스트 게이트 밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 흡기측에 대기압 보다 높은 압력으로 공기를 공급하면, 배기량이 동일한 엔진에서 연소실내에 충전되는 흡입 공기량이 증가하기 때문에 연료의 분사량을 증가시켜 엔진의 출력을 향상시킬 수 있게 된다.

이를 위해 연소후 배기관로를 통해 배출되는 배기가스로부터 유동 에너지를 제공받아 터빈을 회전시키고, 터빈과 연동되는 컴프레셔를 흡기계통에 설치하여 컴프레셔의 구동에 따라 다량의 흡입공기를 연소실내에 충전시키는 터보차저가 개발되었다.

이러한 터보차저에 있어 엔진의 운전조건에 따라 배기가스의 유동을 제어하 여 터빈의 회전속도 제어를 통해 연소실내 충전되는 흡입 공기량을 조절하기 위한 웨이스트 게이트 밸브장치가 개발되었는 데, 종래 웨이스트 게이트 밸브장치는 엔진의 배기 매니폴드로부터 배기관로에 이르는 경로중 터빈을 우회하는 바이패스 통로상에 웨이스트 게이트 밸브를 설치하고, 상기 웨이스트 게이트 밸브의 작동에 따른 바이패스 통로의 개폐를 액츄에이터의 구동을 통해 구현하는 구조로 이루어진다.

그런데, 내구시 바이패스 통로의 주변에 배기가스에 의한 카본 등의 퇴적물이 쌓이게 되면, 웨이스트 게이트 밸브의 폐쇄시 상기 바이패스 통로에 대한 긴밀한 밀폐가 이루어지지 못해 바이패스 통로를 통한 배기가스의 유동이 발생되고, 이에 따라 터빈의 회전속도가 저하되어 컴프레셔의 구동에 따른 부스트 압력의 저하로 엔진의 출력이 떨어지는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 배기 매니폴드로부터 터빈을 우회하여 배기관로에 이르는 바이패스 통로를 개폐하여 배기가스의 유동을 제어함에 있어, 바이패스 통로의 폐쇄시 보다 긴밀하게 밀폐시킴과 더불어 내구시 바이패스 통로의 입구에 카본의 퇴적시에도 밸브의 안정된 씰링면을 확보하여 부스트 압력의 정상적인 확보를 통한 터보차져의 성능 저하를 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적으로 달성하기 위한 본 발명은, 배기 매니폴드로부터 터보차져의 터빈을 우회하여 배기관로에 연결되는 바이패스 통로와, 상기 바이패스 통로를 개폐시키는 웨이스트 게이트 밸브 및, 상기 웨이스트 게이트 밸브의 개폐에 소요되는 조작력을 링크기구를 매개로 제공하는 액츄에이터를 구비하는 웨이스트 게이트 밸브장치에 있어서, 상기 웨이스트 게이트 밸브는 상기 링크기구의 동작에 의해 축선회되는 몸체와, 상기 몸체에 대해 자기정렬형 기구를 매개로 결합된 밸브스템, 상기 밸브스템의 자유단부에 결합되어 상기 바이패스 통로를 개폐하는 밸브체 및, 상기 몸체와 상기 밸브체의 전 둘레부 사이에 탄발지지되도록 설치된 리턴 스프링을 갖춘 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 웨이스트 게이트 밸브장치에 의하면, 배기 매니폴드로부터 터빈을 우회하여 배기관로에 이르는 바이패스 통로의 개폐를 위한 웨이스트 게이트 밸브에 있어, 웨이스트 게이트 밸브에 자기정렬형 기구를 적용하여 바이패스 통로의 입구에 대한 보다 긴밀한 밀폐기능을 제공할 수 있게 되고, 내구시 바이패스 통로의 입구에 카본의 퇴적시에도 밸브의 안정된 씰링면의 확보를 가능하게 한다.

또한, 엔진의 저속 저부하 운전 영역에서 바이패스 통로에 대한 웨이스트 게이트 밸브의 긴밀한 밀폐를 통해 터보차져의 부스트 압력을 정상적으로 확보할 수 있게 되므로, 엔진의 출력 저하를 방지할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3에 각각 도시된 바와 같이, 엔진의 배기계통에 설치된 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 터보차져(1)의 터빈(1a)을 거쳐 배기관로(3)로 배출되고, 상기 터빈(1a)은 컴프레셔를 구동하여 엔진의 흡기계통으로 유입되는 공기를 압축시키게 된다.

이때, 상기 터빈(1a)을 우회하여 상기 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기가스를 선택적으로 상기 배기관로(3)로 직접 안내하는 바이패스 통로(5)가 형성된다.

상기 바이패스 통로(5)는 웨이스트 게이트 밸브(10)에 의해 그 개폐가 조절되는 바, 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)는 링크기구(7)를 동작시키는 액츄에이터(9)의 구동에 의해 상기 바이패스 통로(5)를 개폐시키도록 구성된다.

여기서, 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)는 상기 링크기구(7)의 동작에 의해 축선회되는 몸체(12)와, 상기 몸체(12)에 대해 자기정렬형 기구(14)를 매개로 결합된 밸브스템(16), 상기 밸브스템(16)의 자유단부에 결합되어 상기 바이패스 통로(5)를 개폐하는 밸브체(18) 및, 상기 몸체(12)와 상기 밸브체(18)의 가장자리 부위의 전 둘레부 사이에 탄발지지되도록 설치된 리턴 스프링(20)을 구비한다.

또한, 상기 링크기구(7)는 상기 액츄에이터(9)의 작동에 의해 구동되는 제1로드(7a)와, 상기 제1로드(7a)에 의해 핀결합된 제2로드(7b)로 이루어지며, 상기 몸체(12)는 상기 제2로드(7b)와 회전축(7c)을 공유하여 설치된다.

한편, 상기 자기정렬형 기구(14)는 상기 몸체(12)에 형성된 반구형 요홈부(12a)와, 상기 요홈부(12a)에 안착지지되고 상기 밸브스템(16)에 일체로 결합된 구형의 머리부(16a)로 이루어진다.

그리고, 상기 리턴 스프링(20)은 상기 밸브스템(16)에 끼워져 상기 몸체(12)와 상기 밸브체(18)의 전 둘레부 사이에서 양단부가 면착되도록 설치된다.

도면중 미설명 부호 22는 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)를 내부에 수용하면서 상기 바이패스 통로(5)를 포함하는 배기가스의 배출경로를 형성하는 하우징이다.

따라서, 엔진이 고속 고부하의 운전영역이면, 상기 액츄에이터(9)의 작동에 따라 상기 링크기구(7)가 동작하여 상기 회전축(7c)을 중심으로 상기 몸체(12)가 선회하여 상기 바이패스 통로(5)는 개방된다.

이 결과, 배기가스는 상기 바이패스 통로(5)를 통해 상기 터보차져(1)의 터빈(1a)을 우회하여 배기관로(3)로 배출되고, 이에 따라 상기 터빈(1a)의 회전수가 저하되어 컴프레셔에 의한 부스트 압력도 떨어지게 된다.

이에 반해, 엔진이 저속 저부하의 운전영역이면, 상기 액츄에이터(9)의 작동에 따라 상기 링크기구(7)가 역방향으로 동작하여 상기 회전축(7c)을 중심으로 상기 몸체(12)가 선회하여 상기 바이패스 통로(5)는 폐쇄된다.

이 결과, 배기가스는 상기 바이패스 통로(5)를 통해 배출되지 못하고 상기 터보차져(1)의 터빈(1a)을 거쳐 배기관로(3)로 배출되므로, 상기 터빈(1a)의 회전 수가 상승하여 컴프레셔에 의한 부스트 압력도 상승하게 되므로, 엔진의 출력도 상승하게 된다.

상기와 같은 일련의 웨이스트 게이트 밸브(10)의 개폐동작에 있어 상기 자기정렬형 기구(14)는 상기 몸체(12)에 대한 상기 밸브체(18)의 위치를 상기 리턴 스프링(20)이 가지는 탄성력에 의해 일정하게 유지할 수 있으므로, 즉 상기 몸체(12)에 대한 상기 밸브스템(16)의 축선은 항상 수직한 방향을 유지할 수 있게 된다. 이는 상기 몸체(12)의 요홈부(12a)내에서 상기 밸브스템(16)의 구형상의 머리부(16a)가 자유롭게 축선회 가능하게 설치됨과 더불어 상기 몸체(12)에 대해 상기 밸브체(18)의 가장자리 전 둘레가 상기 리턴 스프링(20)을 매개로 균일한 탄성력을 제공받기 때문이다.

아울러, 내구시 상기 바이패스 통로(5)의 입구 주변에 카본이 퇴적될 경우에도 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)의 밸브체(18)는 상기 리턴 스프링(20)에 의해 가장자리 전 둘레 부위가 고르게 탄성력을 받게 되므로, 상기 바이패스 통로(5)의 입구와 밀착될 수 있게 되어, 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)의 닫힘시 상기 바이패스 통로(5)의 폐쇄를 보다 긴밀하게 유지시켜 줄 수 있게 된다.

특히, 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)가 폐쇄될 경우에 상기 리턴 스프링(20)은 웨이스트 게이트 밸브(10)의 전/후단부 사이에서 발생되는 압력의 차이에 의해 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)가 개방되려는 반대 방향으로 탄성력을 가할 수 있게 되므로, 상기 바이패스 통로(5)의 긴밀한 폐쇄를 통해 배기가스를 상기 터빈(1a)측으로만 유입시킬 수 있으므로, 컴프레셔의 동작에 따른 부스트 압력의 상 승을 확실하게 보장할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 터보차져에 있어 웨이스트 게이트 밸브의 설치상태를 도시한 사시도.

도 2는 도 1에서 웨이스트 게이트 밸브의 설치상태를 보다 명확하게 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 웨이스트 게이트 밸브장치와 터빈 및 바이패스 통로에 대한 상호 배치관계를 개념적으로 설명하기 위한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-터빈 3-배기관로

5-바이패스 통로 7-링크기구

9-액츄에이터 10-웨이스트 게이트 밸브

12-몸체 14-자기정렬형 기구

16-밸브스템 18-밸브체

20-리턴 스프링

Claims (3)

1. 배기 매니폴드로부터 터보차져(1)의 터빈(1a)을 우회하여 배기관로(3)에 연결되는 바이패스 통로(5)와, 상기 바이패스 통로(5)를 개폐시키는 웨이스트 게이트 밸브(10) 및, 상기 웨이스트 게이트 밸브(10)의 개폐에 소요되는 조작력을 링크기구(7)를 매개로 제공하는 액츄에이터(9)를 구비하는 웨이스트 게이트 밸브장치에 있어서,

   상기 웨이스트 게이트 밸브(10)는 상기 링크기구(7)의 동작에 의해 축선회되는 몸체(12)와, 상기 몸체(12)에 대해 자기정렬형 기구(14)를 매개로 결합된 밸브스템(16), 상기 밸브스템(16)의 자유단부에 결합되어 상기 바이패스 통로(5)를 개폐하는 밸브체(18) 및, 상기 몸체(12)와 상기 밸브체(18)의 전 둘레부 사이에 탄발지지되도록 설치된 리턴 스프링(20)을 포함하고,

   상기 자기정렬형 기구(14)는 상기 몸체(12)에 형성된 반구형 요홈부(12a)와, 상기 요홈부(12a)에 안착지지되고 상기 밸브스템(16)에 일체로 결합된 구형의 머리부(16a)로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 밸브장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 리턴 스프링(20)은 상기 밸브스템(16)에 끼워져 상기 몸체(12)와 상기 밸브체(18) 사이에 양단부가 면착되도록 설치된 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 밸브장치.

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