KR101343672B1

KR101343672B1 - 터보 차저용 액추에이터

Info

Publication number: KR101343672B1
Application number: KR1020130007911A
Authority: KR
Inventors: 황용석
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2013-12-20

Abstract

본 발명은 구동 모터의 구동축이 관통되는 수평 지지 플레이트와, 상기 수평 지지 플레이트의 가장자리로부터 연장되어 상기 수평 지지 플레이트와 상호 직교되는 수직 지지 플레이트로 이루어진 하우징; 상기 수평 지지 플레이트 상에 회전 가능하게 장착되고, 상기 구동축과 결합되는 모터 피니언과 맞물리는 제1 기어; 상기 하우징에 설치된 출력 기어축에 회동가능하게 장착되고, 부채꼴 형상을 이루는 기어면이 제2 기어와 맞물려 회전하는 출력 기어; 상기 출력 기어의 상면에 회전 가능하게 장착되는 베어링; 상기 출력 기어의 회전에 따라 상기 베어링이 왕복 슬롯을 따라 이동하여 상기 수직 지지 플레이트에 대하여 이격 또는 근접하는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 회동 가능하게 연결되고 상기 수직 지지 플레이트를 통하여 터보 차저와 연결되는 출력 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하여 비교적 간단한 구조로부터 효율적인 터보 차저의 밸브 조작이 이루어질 수 있음은 물론, 진동에 따른 소음 또한 저감할 수 있도록 하는 터보 차저용 액추에이터에 관한 것이다.

Description

터보 차저용 액추에이터{ACTUATOR FOR TURBOCHARGER}

본 발명은 터보 차저용 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비교적 간단한 구조로부터 효율적인 터보 차저의 밸브 조작이 이루어질 수 있음은 물론, 진동에 따른 소음 또한 저감할 수 있도록 하는 터보 차저용 액추에이터에 관한 것이다.

자동차 업계에서 연비 효율을 높이고 배기 가스 규제에 따른 조약 및 법규를 만족하는 것은 가장 중요한 사항이라고 할 수 있다.

이와 같은 관점에서 터보 차저의 적용은 연비 효율을 높이고 배기 가스의 배출량을 저감하기 위하여 배기 가스의 에너지를 이용하고 터빈을 구동하며 터빈과 연결된 컴프레서를 구동하여 흡기의 밀도를 높이는 점에서 각광받는 것이다.

여기서, 터보 차저의 밸브를 개폐하기 위한 구동기는 최근 터보 차저의 부스팅 성능 향상 및 정밀한 제어를 위하여 기계식에서 전기식으로 변화하는 추세에 있다.

도 8은 기존의 터보 차저용 액추에이터로 하우징(10)에 내장된 모터(11)에 의한 회전력이 복수의 기어로 이루어진 기어열(12)을 거치면서 회전 속도는 감소되고 토크는 증대되어 기어열(12)을 구성하는 최종 출력 기어(13) 및 출력 축(13')을 회전시킨다.

최종 출력 기어(13)와 출력 축(13')은 일체형으로써 출력 축(13')과 연결된 출력 레버(14)가 출력 축(13')을 중심으로 회전하고 출력 축(13'), 출력 레버(14), 로드(15)를 거쳐 밸브 레버(16)를 회전시킨다.

이러한 힘의 전달 과정에서 앞서 언급한 출력 축(13'), 출력 레버(14), 로드(15) 및 밸브 레버(16)는 4절 링크 구조를 이룸으로써 출력 축(13')의 회전 운동이 출력 레버(14)를 거쳐 로드(15)의 직선 및 회전 운동으로 변환되고, 로드(15)의 직선 운동은 밸브 레버(16)를 거쳐 다시 터보 차저의 밸브(이하 미도시) 축의 회전 운동으로 변환된다.

이러한 터보 차저용 액추에이터는 동력 전달을 위하여 최종 출력 기어(13), 출력 축(13') 및 출력 레버(14)가 용접, 압입, 인서트 몰딩 등의 공정을 통하여 제작되므로, 각 부품의 제조가 어렵고, 조립 공정이 복잡하여 비용의 증가는 불가피하였으며, 조립 효율 또한 저하되는 문제가 있었다.

또한, 이러한 터보 차저용 액추에이터는 힘의 전달을 위한 로드(15)와 출력 레버(14)가 힌지 방식의 체결 구조를 갖게 되므로, 엔진의 진동으로 인하여 로드(15)의 힌지 축 방향으로의 진동으로 소음(소음 발생부(17) 참조)이 발생되는 문제도 심각하였다.

공개특허 제10-2012-0033489호 일본공개특허 특개2008-278663호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 비교적 간단한 구조로부터 효율적인 터보 차저의 밸브 조작이 이루어질 수 있음은 물론, 진동에 따른 소음 또한 저감할 수 있도록 하는 터보 차저용 액추에이터를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 정, 역회전 하는 구동축을 포함하는 구동 모터; 상기 구동축이 관통되는 수평 지지 플레이트와, 상기 수평 지지 플레이트의 가장자리로부터 연장되어 상기 수평 지지 플레이트와 상호 직교되는 수직 지지 플레이트로 이루어진 하우징; 상기 수평 지지 플레이트 상에 회전 가능하게 장착되고, 상기 구동축과 결합되는 모터 피니언과 맞물리는 제1 기어; 상기 하우징에 설치된 출력 기어축에 회동가능하게 장착되고, 부채꼴 형상을 이루는 기어면이 제2 기어와 맞물려 회전하는 출력 기어; 상기 출력 기어의 상면에 회전 가능하게 장착되는 베어링; 상기 출력 기어의 회전에 따라 상기 베어링이 왕복 슬롯을 따라 이동하여 상기 수직 지지 플레이트에 대하여 이격 또는 근접하는 슬라이더; 및 상기 슬라이더에 회동 가능하게 연결되고 상기 수직 지지 플레이트를 통하여 터보 차저와 연결되는 출력 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저용 액추에이터를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 하우징은 상기 수직 지지 플레이트로부터 연장되어 상기 출력 로드의 출입을 허용하는 연통관과, 상기 연통관에 내장되어 상기 출력 로드의 왕복을 접촉 지지하는 합성 수지재의 로드 부쉬를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 슬라이더는, 상기 출력 로드의 단부와 힌지핀으로 회동 가능하게 결합되는 제1 연결부와, 상기 제1 연결부로부터 연장되어 절곡되는 제2 연결부와, 상기 출력 기어가 정, 역회전하는 회전 각도에 대응하여 상기 베어링이 왕복하는 거리만큼 상기 제2 연결부의 저면에 상기 제2 연결부의 형성 방향을 따라 함몰 형성된 왕복 슬롯과, 상기 제2 연결부의 상측에 돌출되는 안내돌편을 포함하며, 상기 안내돌편은 상기 베어링이 상기 왕복 슬롯 상에 왕복함에 따라 상기 수평 지지 플레이트와 평행을 이루면서 상기 수직 지지 플레이트로부터 이격 또는 근접하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 왕복 슬롯은 상기 출력 로드의 길이방향에 대해 45도 내지 135도가 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 왕복 슬롯의 폭은 상기 베어링의 직경보다 크거나 같은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 터보 차저용 액추에이터는, 상기 수직 지지 플레이트에 결합되어 상기 수평 지지 플레이트와 평행을 이루는 슬라이더 가이드를 더 포함하며, 상기 안내돌편은 상기 슬라이더 가이드에 관통 결합되어 상기 슬라이더 가이드의 형성 방향을 따라 왕복하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 모터의 정, 역회전에 연동하여 직선 왕복하는 슬라이더를 포함하는 비교적 간단한 구조로부터 효율적인 터보 차저의 밸브 조작이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 힌지핀측으로 직접 진동이 전달되기 전에 합성 수지재의 로드 부쉬가 로드의 왕복을 지지하며, 베어링의 직선 왕복을 슬라이더가 수용하며 허용하는 구조에 따라 진동에 따른 소음를 저감하여 정숙한 운전이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저용 액추에이터의 전체적인 구성을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저용 액추에이터의 주요부인 슬라이더의 구조를 위에서, 그리고 아래에서 바라본 사시도
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저용 액추에이터의 작동 과정을 나타낸 평면 개념도
도 8은 종래의 터보 차저용 액추에이터의 전체적인 구성을 나타낸 사시도

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저용 액추에이터의 전체적인 구성을 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저용 액추에이터의 주요부인 슬라이더의 구조를 위에서, 그리고 아래에서 바라본 사시도이다.

본 발명은 도시된 바와 같이 구동 모터(M)와, 하우징(100)과, 모터 피니언(120)과, 제1 기어(110)와, 출력 기어(130)와, 베어링(140)과, 슬라이더(150) 및 출력 로드(200)를 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

구동 모터(M)는 정, 역회전 하는 구동축을 포함하는 것이다.

하우징(100)은 구동축이 관통되는 수평 지지 플레이트(101)와, 수평 지지 플레이트(101)의 가장자리로부터 연장되어 수평 지지 플레이트(101)와 상호 직교되는 수직 지지 플레이트(102)로 이루어진 것이다.

모터 피니언(120)은 수평 지지 플레이트(101) 상에 배치되어 구동축과 결합되어 후술할 제1 기어(110)와 출력 기어(130)와 베어링(140) 및 슬라이더(150)를 통하여 출력 로드(200)측으로 구동력을 전달하는 것이다.

제1 기어(110)는 수평 지지 플레이트(101) 상에 회전 가능하게 장착되고, 모터 피니언(120)과 결합되는 것이다.

출력 기어(130)는 모터 피니언(120)과 연결된 출력 기어축(180)을 기준으로 하여 제1 기어(110)의 기어축 외주면에 형성된 제2 기어(115)와 맞물려 회전하는 부채꼴 형상의 기어로 일종의 캠 역할을 수행하는 것이다.

베어링(140)은 출력 기어(130) 상의 베어링 축(160)에 회전 가능하게 장착되는 것이다.

슬라이더(150)는 출력 기어(130)의 정, 역회전에 따라 베어링(140)이 왕복 슬롯(152s)를 따라 이동하여 수직 지지 플레이트(102)에 대하여 이격 또는 근접하는 것으로, 구동 모터(M)의 정, 역회전을 직선 왕복 운동으로 전환하는 것이다.

출력 로드(200)는 슬라이더(150)에 회동 가능하게 연결되고, 수직 지지 플레이트(102)를 통하여 터보 차저(이하 미도시)와 연결되어 터보 차저의 밸브를 개폐 조작하기 위한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 실시예의 적용이 가능하며, 다음과 같은 실시예의 적용 또한 가능함은 물론이다.

하우징(100)은 전술한 바와 같이 제1 기어(110)와 모터 피니언(120) 등 구동 전달 요소들이 장착되는 공간을 제공하기 위한 것으로, 수직 지지 플레이트(102)로부터 연장되어 출력 로드(200)의 출입을 허용하는 연통관(103)을 더 포함한다.

연통관(103)에는 출력 로드(200)의 왕복을 접촉 지지하는 합성 수지재의 로드 부쉬(210, 이하 도 3 참조)가 내장된다.

여기서, 로드 부쉬(210)의 내경과 출력 로드(200)의 외경과의 차이가 형성하는 간극은 슬라이더(150)와 출력 로드(200) 사이의 간극보다 작게 형성됨으로써 외부로부터 진동이 부여될 때 출력 로드(200)가 힌지핀(190)을 통하여 슬라이더(150)와 접촉하기 전에 로드 부쉬(210)가 먼저 출력 로드(200)를 지지함으로써 진동 및 소음 저감이 가능하게 된다.

이때, 출력 로드(200)가 로드(200)의 길이 방향 이외의 방향으로도 움직일 수 있도록 미세한 간극을 허용하는 것은 출력 로드(200)에 의해 구동되는 터보 차저의 밸브 레버(16, 도 8 참조)의 끝에 출력 로드(200)가 체결되어 일정한 범위를 가지고 운동하기 때문이다.

한편, 슬라이더(150)는 전술한 바와 같이 구동 모터(M)의 정, 역회전을 직선 왕복 운동으로 전환하는 것으로, 도 2를 참고로 하면 제1, 2 연결부(151, 152)와 왕복 슬롯(152s) 및 안내돌편(153)을 포함하는 구조임을 파악할 수 있다.

제1 연결부(151)는 출력 로드(200)의 단부와 힌지핀(190)으로 회동 가능하게 결합되는 것으로, 제1 연결부(151)에는 힌지핀(190)이 관통되는 제1 체결홀(151h)이 형성된다.

제2 연결부(152)는 제1 연결부(151)로부터 연장되어 절곡되는 것이며, 왕복 슬롯(152s)은 출력 기어(130)가 정, 역회전하는 회전 각도에 대응하여 베어링(140)이 왕복하는 거리만큼 제2 연결부(152)의 저면에 제2 연결부(152)의 형성 방향을 따라 함몰 형성된 것이다.

안내돌편(153)은 제2 연결부(152)의 상측에 돌출되는 것으로, 베어링(140)이 왕복 슬롯(152s) 상에 왕복함에 따라 수평 지지 플레이트(101)와 평행을 이루면서 수직 지지 플레이트(102)로부터 이격 또는 근접하는 것이다.

여기서, 왕복 슬롯(152s)은 상기 출력 로드(200)의 길이방향에 대해 45도 내지 135도가 되도록 배치되며, 바람직하게는 직각방향으로 배치되는 것이 좋다. 왕복 슬롯(152s)의 폭은 베어링(140)의 직경보다 크거나 같은 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저용 액추에이터는, 수직 지지 플레이트(102)에 결합되어 수평 지지 플레이트(101)와 평행을 이루는 슬라이더 가이드(170)를 더 포함하며, 안내돌편(153)은 슬라이더 가이드(170)에 관통 결합되어 슬라이더 가이드(170)의 형성 방향을 따라 왕복하는 것이다.

여기서, 안내돌편(153)에는 슬라이더 가이드(170)가 관통 결합되도록 제2 체결홀(153h)이 형성된다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따른 터보 차저용 액추에이터가 작동되는 과정에 대하여 도 3 내지 도 7을 참조로 하여 설명하고자 한다.

참고로, 도 3 내지 도 7에 표시되지 않은 도면의 부호는 도 1 및 도 2를 참조한다.

그리고, 도 3으로부터 도 7로 갈수록 터보 차저용 밸브가 개방되는 동작이며, 도 7로부터 도 3으로 갈수록 터보 차저용 밸브가 폐쇄되는 동작이라 정의한다.

또한, 부채꼴 형상인 캠의 역할을 하는 출력 기어(130)는 도 3에서 부채꼴의 오른쪽 단부를 시점(130i), 부채꼴의 왼쪽 단부를 종점(130f)이라 정의한다.

우선, 출력 기어(130)의 시점(130i)은 도 3과 같이 제2 기어(115)와 맞물려 있으며, 안내돌편(153)은 수직 지지 플레이트(102)와 가장 이격된 상태이며, 왕복 슬롯(152s)의 일단부(도면의 상측 방향)에 베어링(140)이 배치된 상태이다.

여기서, 구동력이 모터 피니언(120)으로부터 출력 기어축(180)에 전달되면 도 4 내지 도 6과 같이 출력 기어(130)는 출력 기어축(180)을 중심으로 시계 방향으로 회전을 시작하며, 시점(130i) 또한 최초의 위치로부터 시계 방향으로 이동한다.

이때, 안내돌편(153)은 슬라이더 가이드(170)의 길이 방향을 따라 수직 지지 플레이트(102)에 근접하는 방향으로 이동하며, 베어링(140) 또한 베어링 축(160)을 중심으로 회전하면서 왕복 슬롯(152s)의 타단부(도면의 하측 방향)로 이동하게 된다.

최종적으로, 출력 기어(130)의 종점(130f)은 도 7과 같이 제2 기어(115)와 맞물리고, 안내돌편(153)은 수직 지지 플레이트(102)에 접촉하는 상태가 되며, 이에 따라 슬라이더(150)와 연결된 출력 로드(200)는 터보 차저용 밸브를 개방하는 방향으로 이동하게 된다.

터보 차저용 밸브를 다시 폐쇄하는 동작은 전술한 도 7로부터 도 3의 역순으로 이루어지게 된다.

이상과 같이 본 발명은 비교적 간단한 구조로부터 효율적인 터보 차저의 밸브 조작이 이루어질 수 있음은 물론, 진동에 따른 소음 또한 저감할 수 있도록 하는 터보 차저용 액추에이터를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론일 것이다.

100: 하우징
101: 수평 지지 플레이트
102: 수직 지지 플레이트
110: 제1 기어
115: 제2 기어
120: 모터 피니언
130: 출력 기어
130i: 시점
130f: 종점
140: 베어링
150: 슬라이더
151: 제1 연결부
151h: 제1 체결홀
152: 제2 연결부
152s: 왕복 슬롯
153: 안내돌편
153h: 제2 체결홀
160: 베어링 축
170: 슬라이더 가이드
180: 출력 기어축
190: 힌지핀
200: 출력 로드
210: 로드 부쉬

Claims

정, 역회전 하는 구동축을 포함하는 구동 모터;
상기 구동축이 관통되는 수평 지지 플레이트와, 상기 수평 지지 플레이트의 가장자리로부터 연장되어 상기 수평 지지 플레이트와 상호 직교되는 수직 지지 플레이트로 이루어진 하우징;
상기 수평 지지 플레이트 상에 회전 가능하게 장착되고, 상기 구동축과 결합되는 모터 피니언과 맞물리는 제1 기어;
상기 하우징에 설치된 출력 기어축에 회동가능하게 장착되고, 부채꼴 형상을 이루는 기어면이 제2 기어와 맞물려 회전하는 출력 기어;
상기 출력 기어의 상면에 회전 가능하게 장착되는 베어링;
상기 출력 기어의 회전에 따라 상기 베어링이 왕복 슬롯을 따라 회전 이동하여 상기 수직 지지 플레이트에 대하여 이격 또는 근접하는 슬라이더; 및
상기 슬라이더에 회동 가능하게 연결되고 상기 수직 지지 플레이트를 통하여 터보 차저와 연결되는 출력 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저용 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징은,
상기 수직 지지 플레이트로부터 연장되어 상기 출력 로드의 출입을 허용하는 연통관과,
상기 연통관에 내장되어 상기 출력 로드의 왕복을 접촉 지지하는 합성 수지재의 로드 부쉬를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저용 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 슬라이더는,
상기 출력 로드의 단부와 힌지핀으로 회동 가능하게 결합되는 제1 연결부와,
상기 제1 연결부로부터 연장되어 절곡되는 제2 연결부와,
상기 출력 기어가 정, 역회전하는 회전 각도에 대응하여 상기 베어링이 왕복하는 거리만큼 상기 제2 연결부의 저면에 상기 제2 연결부의 형성 방향을 따라 함몰 형성된 왕복 슬롯과,
상기 제2 연결부의 상측에 돌출되는 안내돌편을 포함하며,
상기 안내돌편은 상기 베어링이 상기 왕복 슬롯 상에 왕복함에 따라 상기 수평 지지 플레이트와 평행을 이루면서 상기 수직 지지 플레이트로부터 이격 또는 근접하는 것을 특징으로 하는 터보 차저용 액추에이터.
제 3 항에 있어서,
상기 왕복 슬롯은 상기 출력 로드의 길이방향에 대해 45도 내지 135도가 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 터보 차저용 액추에이터.
청구항 3에 있어서,
상기 왕복 슬롯의 폭은 상기 베어링의 직경보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 터보 차저용 액추에이터.
청구항 3에 있어서,
상기 터보 차저용 액추에이터는,
상기 수직 지지 플레이트에 결합되어 상기 수평 지지 플레이트와 평행을 이루는 슬라이더 가이드를 더 포함하며,
상기 안내돌편은 상기 슬라이더 가이드에 관통 결합되어 상기 슬라이더 가이드의 형성 방향을 따라 왕복하는 것을 특징으로 하는 터보 차저용 액추에이터.