KR101413662B1 - 터보 차저 액추에이터 - Google Patents

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KR101413662B1 KR1020130087837A KR20130087837A KR101413662B1 KR 101413662 B1 KR101413662 B1 KR 101413662B1 KR 1020130087837 A KR1020130087837 A KR 1020130087837A KR 20130087837 A KR20130087837 A KR 20130087837A KR 101413662 B1 KR101413662 B1 KR 101413662B1
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주식회사 인팩
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

본 발명은 터보 차저 액추에이터에 관한 것으로, 하우징, 상기 하우징의 일측에 삽입되는 모터, 상기 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 너트부, 상기 너트부의 회전에 의해 회전 운동 및 직선 이동 하도록 상기 너트부에 삽입되고 일측에 길이방향으로 홈이 형성되는 스크류 및 상기 하우징의 내부에서 상기 스크류의 외주면에 접촉 가능하도록 배치되어 상기 홈에 끼워지는 가이드 핀을 포함하고, 스크류가 직선 이동되지 않고 회전 운동만 하게 되는 너트부와 스크류의 잠김 현상을 방지할 수 있다.

Description

터보 차저 액추에이터 {ACTUATOR FOR TURBO CHARGER}
본 발명은 터보 차저 액추에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 너트의 잠김 방지 구조를 구비하여 오작동을 방지하고, 잠김 방지 구조에 필요한 공간을 축소함으로써 소형화 할 수 있는 터보 차저 액추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 내연 기관에서 발생하는 동력은 공기 질량 및 내연 기관에 공급 될 수 있는 연료량에 의존한다. 내연 기관의 동력을 증가시키는 위해서는 더욱 많은 연소 공기와 연료를 공급하는 것이 필요하다. 이를 통한 내연 기관의 동력의 증가는 흡기 엔진에서 용적(Cubic Capacity)의 증가 또는 회전 속도의 상승에 의해 이루어진다. 그러나 용적의 증가는 기본적으로, 비교적 무거우면서도 큰 크기를 갖는 고가의 내연 기관을 형성한다. 회전속도의 증가는 특히 비교적 큰 내연 기관의 경우에 상당한 문제와 단점을 수반한다.
종종 내연 기관의 동력 증가를 위해 채택되는 기술적 해결 방법은 과급(Supercharging)이다. 이것은 배기가스 터보 차저에 의해, 또는 엔진에 의해 기계적으로 구동되는 컴프레서(Compressor)에 의해 연소공기를 사전 압축(Precompression) 시키는 것을 말한다. 배기가스 터보 차저는, 공통 샤프트(Common Shaft)에 연결되고 동일한 회전 속도로 회전하는 컴프레서와 터빈을 본질적으로 포함한다. 터빈은, 일반적으로 무용하게 배출되는 에너지를 배기가스를 통해 회전 에너지로 변환하고, 이러한 터빈은 컴프레서를 구동한다. 컴프레서는 새로운 공기를 흡입하여, 사전 압축된 공기를 엔진의 개별 실린더에 공급한다. 증가된 양의 연료가 실린더에서 비교적 대량의 공기에 공급되며, 그 결과 내연 기관이 보다 큰 동력을 출력한다. 따라서 연소 과정이 추가로 바람직하게 영향 받게 되며, 내연 기관이 더욱 높은 전체 효율 레벨을 갖게 된다. 또한, 터보 차저로 과급되는 내연기관의 토크 프로파일이 매우 바람직하게 형성될 수 있다.
차량 제조업체로부터의 시리즈 인덕션 모터(Series Induction Motor)는 배기가스 터보 차저를 사용함으로써, 내연기관에 넓은 범위의 구조적 간섭없이 상당히 최적화될 수 있다. 과급(過給)된 내연 기관은 일반적으로 비교적 낮은 비연료 소비율을 갖고 더욱 낮은 오염 물질 배출률을 갖는다. 더욱이, 터보 엔진은 배기가스 터보 차저 자체가 추가의 소음기로서 작동하기 때문에 동일한 동력 레벨에서 일반적으로 흡기 엔진보다 조용하다.
이러한 터보 차저는 웨이스트 게이트 터보 차저(Waste Gate Turbo Charger : WGT)와 가변형상 터보 차저(Variable Geometry Turbo Charger : VGT)로 크게 분류된다.
웨이스트 게이트 터보 차저는 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve)로 언급되는 충전 압력제어 밸브와 웨이스트 게이트 밸브를 구동하는 액추에이터를 포함한다.
가변형상 터보 차저는 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 액추에이터로 구성된다.
이러한 터보 차저 액추에이터와 관련된 기술로는 한국공개특허 제10-2012-0016030호(특허문헌 1) 및 한국공개특허 제10-2012-0062967호(특허문헌 2)가 개시된 바 있다.
도 1은 종래의 터보 차저 액추에이터를 설명하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 종래의 터보 차저 액추에이터의 스크류와 너트부의 구동을 설명하는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 터보 차저 액추에이터(100)는 하우징(110), 모터(120), 너트부(130), 스크류(140) 및 샤프트(150)를 포함한다. 터보 차저 액추에이터(100)는 하우징(110)의 일측에 삽입된 모터(120)로 부터 회전력을 전달받아 너트부(130)가 회전한다. 너트부(130)에는 스크류(140)의 일부가 삽입되고, 너트부(130)의 회전에 의해 스크류(140)는 직선 이동된다.
여기서, 스크류(140)는 너트부(130)에 삽입되는 일부의 외주면에 나사산(141)이 형성되고, 이 나사산(141)은 너트부(130)의 내부에서 나사결합되어 너트부(130)의 회전에 의해 스크류(140)가 회전 운동 및 직선 이동하게 된다. 이때, 스크류(140)는 일 방향으로 직선 이동 함에 따라 샤프트(140)에 접촉되어 샤프트(140)를 하우징(110) 외측으로 돌출되도록 밀어내게 된다.
반면에, 스크류(140)는 다른 일 방향으로 직선 이동함에 따라 샤프트(150)의 반대쪽 단부가 하우징(110) 내부에 접촉될 수 있다.
이러한, 터보 차저 액추에이터(100)는 스크류(140)가 일 방향으로 직선 이동하면서 너트부(130)와 스크류(140)의 나사결합의 체결력이 증대되어 스크류(140)가 직선 이동되지 않고 회전 운동만 하게 되는 너트부(130)와 스크류(140)의 잠김 현상이 발생할 수 있다. 이와 같이, 너트부(130)와 스크류(140)의 잠김이 발생하는 경우, 모터(120) 및 너트부(130)의 회전수에 대한 스크류(140)의 직선 이동 거리가 불규칙 해짐으로써 샤프트(150)를 적절하게 이동시키지 못하는 오작동이 발생할 수 있다.
한국공개특허 제10-2012-0016030호(2012.02.22). 한국공개특허 제10-2012-0062967호(2012.06.15).
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 너트부와 스크류의 나사 결합이 잠기는 것을 방지할 수 있는 터보 차저 액추에이터를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 너트부와 스크류의 잠김을 방지하여 샤프트의 오작동을 방지하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 터보 차저 액추에이터를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하우징, 상기 하우징의 일측에 삽입되는 모터, 상기 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 너트부, 상기 너트부의 회전에 의해 회전 운동 및 직선 이동 하도록 상기 너트부에 삽입되고 일측에 길이방향으로 홈이 형성되는 스크류 및 상기 하우징의 내부에서 상기 스크류의 외주면에 접촉 가능하도록 배치되어 상기 홈에 끼워지는 가이드 핀을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스크류는 상기 홈의 일단에서 외주면에 돌출 형성되는 돌기를 포함하고, 상기 돌기는 상기 스크류가 일 방향으로 회전시 가이드 핀을 통과하도록 일측이 경사면으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 돌기는 상기 스크류가 다른 일 방향으로 회전시 가이드 핀에 걸리도록 상기 경사면의 외측단으로부터 상기 스크류의 중심을 향해 평면이 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가이드 핀이 상기 스크류의 외주면에 탄력적으로 밀착되도록 상기 스크류의 축중심을 향해 탄성력을 제공하는 탄성부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 스크류에 홈과 돌기를 형성하고, 스크류의 직선 이동에 의해 홈에 끼워지는 하우징 내부에 가이드 핀을 구비하여 너트부와 스크류의 나사 결합이 잠겨 직선 이동하지 않게 되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 너트부와 스크류의 잠김을 방지하여 샤프트의 오작동을 방지하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 터보 차저 액추에이터를 설명하는 사시도.
도 2는 도 1의 종래의 터보 차저 액추에이터의 스크류와 너트부의 구동을 설명하는 A 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저 액추에이터를 설명하는 측면도.
도 4는 도 3의 터보 차저 액추에이터를 설명하는 B 단면도.
도 5는 도 3의 터보 차저 액추에이터의 스크류와 가이드 핀 구조를 설명하는 C 단면도.
도 6은 도 3의 터보 차저 액추에이터의 너트부의 잠김 방지 구조를 설명하는 부분사시도.
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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저 액추에이터를 설명하는 측면도이고, 도 4는 도 3의 터보 차저 액추에이터를 설명하는 B 단면도이며, 도 5는 도 3의 터보 차저 액추에이터의 스크류와 가이드 핀 구조를 설명하는 C 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저 액추에이터(300)는 하우징(310)에 모터(320)와, 너트부(330)와, 스크류(340) 및 샤프트(360)가 삽입되고, 모터(320)의 회전력으로 샤프트(360)를 외측으로 밀어냄으로써 터보 차저(미도시)를 구동하게 하는 것이다. 이러한 터보 차저 액추에이터(300)는 모터(320)의 회전력을 전달받아 회전하는 너트부(330)와, 너트부(330)의 회전과 함께 회전 운동 및 직선 이동하는 스크류(340)에 의해 샤프트(360)를 직선 이동 시킨다. 이때, 스크류(340)는 하우징(310) 내부에 배치되는 가이드 핀(350)에 의해 회전 운동하지 않고 직선 이동만 하도록 지지될 수 있다.
하우징(310)은 메인바디(311)와, 제1 커버(312) 및 제2 커버(313)를 포함한다. 하우징(310)은 메인바디(311)의 도면상 하측에서 모터(320)가 삽입되어 제1 커버(312)가 결합된다. 또한, 하우징(310)은 메인바디(311)의 일측면으로 너트부(330)와 스크류(340)가 삽입되어 제2 커버(313)가 결합되고, 다른 일 측면으로 샤프트(360)가 삽입된다.
모터(320)는 하우징(310)의 일측에 삽입된다. 즉, 모터(320)는 하우징(310)의 메인바디(311)의 도면상 하측에서 삽입되고, 제1 커버(312)가 메인바디(311)에 결합되어 모터(320)를 메인바디(311) 내부에 위치하도록 지지한다. 모터(320)는 출력축에 웜(321)이 결합되어 모터(320)에서 발생하는 회전력을 너트부(330)로 전달한다.
너트부(330)는 모터(320)의 회전력을 전달받아 회전한다. 너트부(330)는 하우징(310)의 메인바디(311)의 일측면으로 삽입되고, 웜(321)에 대향하는 웜 휠(331)이 형성되어 웜(321)에 기어결합한다. 너트부(330)는 웜(321)에 기어결합되는 웜 휠(331)을 통해 모터(320)의 회전력을 전달받아 회전한다.
또한, 너트부(330)는 내주면에 나사산이 형성되고, 스크류(340)가 내주면에 삽입되어 나사결합된다. 너트부(330)는 모터(320)의 회전력을 전달받아 회전하고, 내주면에 나사결합된 스크류(340)를 함께 회전 운동 및 직선 이동 시킨다.
스크류(340)는 너트부(330)의 회전에 의해 회전 운동 및 직선 이동 하도록 너트부(330)에 삽입되고, 일측에 길이방향으로 홈(343)이 형성된다. 스크류(340)는 너트부(330)에 삽입되어 너트부(330) 내주면에 나사결합 되도록 외주면에 나사산이 형성되는 제1 단(341)과, 길이방향의 홈(343)이 형성되는 제2 단(342)을 포함한다.
스크류(340)는 제1 단(341)의 나사산이 너트부(330)의 내주면에 나사결합되어 너트부(330)의 회전에 의해 회전 운동 및 직선 이동 한다. 이때, 스크류(340)는 제2 단(342)의 끝단에 샤프트(360)가 접촉되고, 스크류(340)의 직선 이동에 의해 샤프트(360)가 하우징(310)의 외측으로 밀려날 수 있다. 이러한 스크류(340)는 샤프트(360) 측으로 이동하는 경우 제2 단(342)에 형성되는 홈(343)에 가이드 핀(350)이 끼워져 회전 운동은 저지되고, 직선 이동만 가능하게 된다.
홈(343)은 스크류(340)의 제2 단(342) 외주면에 길이방향으로 형성된다. 홈(343)은 서로 대칭되도록 스크류(340)의 양측에 형성될 수 있다.
가이드 핀(350)은 하우징(310)의 내부에서 스크류(340)의 외주면에 접촉 가능하도록 배치되어 스크류(340)가 직선 이동 하도록 홈(343)에 끼워진다. 즉, 가이드 핀(350)은 스크류(340)의 직선 이동에 따라 홈(343)에 끼워짐으로써 스크류(340)가 회전 운동을 저지하고, 직선 이동만 가능하도록 지지한다. 이러한 가이드 핀(350)은 스크류(340)의 양측에 서로 대칭되도록 배치될 수 있다. 이하 도 6을 통해 너트부의 잠김 방지를 위한 구조를 더 자세히 설명한다.
도 6은 도 3의 터보 차저 액추에이터의 너트부의 잠김 방지 구조를 설명하는 부분사시도이다.
도 6을 참조하면, 스크류(340)는 홈(343)의 일단에서 외주면에 돌출 형성되는 돌기(344)를 포함한다. 돌기(344)는 스크류(340)가 일 방향으로 회전시 가이드 핀(350)을 통과하도록 일측이 경사면(344a)으로 형성된다. 또한, 돌기(344)는 스크류(340)가 다른 일 방향으로 회전시 가이드 핀(350)에 걸리도록 경사면(344a)의 외측단으로부터 스크류(340)의 중심을 향해 평면(344b)이 형성된다.
여기서, 터보 차저 액추에이터(300)는 가이드 핀(350)이 스크류(340)의 외주면에 탄력적으로 밀착되도록 스크류(340)의 축중심을 향해 탄성력을 제공하는 탄성부재(351)를 더 포함한다. 즉, 가이드 핀(350)은 스크류(340)의 회전 방향에 따라 돌기(344)의 평면(344b)에 접촉됨으로써 스크류(340)의 회전 운동이 저지되도록 하고, 홈(343)에 삽입되어 스크류(340)가 직선 이동되도록 지지한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보 차저 액추에이터(300)의 작용을 간략하게 설명하기로 한다.
터보 차저 액추에이터(300)는 모터(320)에서 발생하는 회전력으로 너트부(330)를 회전시키고, 너트부(330)의 회전은 스크류(340)를 함께 회전 운동 및 직선 이동 시킨다. 여기서, 스크류(340)는 제1 단(341)의 외주면에 나사산이 형성되어 너트부(330)의 내주면과 나사결합하고, 나사결합에 의해 너트부(330)의 회전력을 전달받는다.
이때, 스크류(340)는 홈에 끼워지는 가이드 핀(350)에 의해 회전 운동은 저지되고, 직선 이동하게 된다. 스크류(340)가 샤프트(360)의 반대쪽으로 이동하는 경우, 스크류(340)에서 샤프트(360)의 반대쪽 끝단이 제2 커버(313)의 내측에 접촉되면서 스크류(340)의 직선 이동이 저지되고, 너트부(330)와 함께 회전 운동 하게 된다. 이때, 모터(320)의 회전이 반전되어 너트부(330)가 반대로 회전하면, 스크류(340)가 반대로 회전 운동 하게되고, 돌기(344)의 평면(344b)이 가이드 핀(350)에 접촉되면서 스크류(340)의 회전 운동이 저지되며 직선 이동하게 된다.
이러한 터보 차저 액추에이터(300)는 너트부(330)와 스크류(340)의 나사결합 체결력이 증대되어도 가이드 핀(350)에 의해 스크류(340)가 직선 이동 되도록 지지된다. 특히, 스크류(340)가 샤프트(360)의 반대쪽으로 이동하는 경우 홈(343)에서 가이드 핀(350)이 빠지면, 스크류(340)는 너트부(330)와 함께 회전하고, 돌기(344)의 경사면(344a)이 가이드 핀(350)에 접촉되면서 회전한다. 이때, 모터(320)가 반대로 회전하게 되면, 너트부(330)를 통해 스크류(340)가 반대로 회전하고, 돌기(344)의 평면(344b)이 가이드 핀(350)에 걸림으로써 스크류(340)의 회전 운동이 저지되어 직선 이동하게 된다.
이러한 터보 차저 액추에이터(300)는 너트부(330)와 스크류(340)의 나사결합 체결력이 증대되어 너트부(330)와 스크류(340)가 함께 회전되도록 잠기는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 터보 차저 액추에이터(300)는 너트부(330)와 스크류(340)의 잠김 현상을 방지함으로써 샤프트(360)의 오작동을 방지하고, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
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.
300 : 터보 차저 액추에이터 310 : 하우징
311 : 메인바디 312 : 제1 커버
313 : 제2 커버 320 : 모터
321 : 웜 330 : 너트부
331 : 웜 휠 340 : 스크류
341 : 제1 단 342 : 제2 단
343 : 홈 344 : 돌기
344a : 경사면 344b : 평면
350 : 가이드 핀 351 : 탄성부재
360 : 샤프트 370 : 베어링

Claims (5)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 일측에 삽입되는 모터;
    상기 모터의 회전력을 전달받아 회전하는 너트부;
    상기 너트부의 회전에 의해 회전 운동 및 직선 이동 하도록 상기 너트부에 삽입되고, 일측에 길이방향으로 홈이 형성되는 스크류; 및
    상기 하우징의 내부에서 상기 스크류의 외주면에 접촉 가능하도록 배치되어 상기 홈에 끼워지는 가이드 핀;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스크류는
    상기 홈의 일단에서 외주면에 돌출 형성되는 돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌기는
    상기 스크류가 일 방향으로 회전시 가이드 핀을 통과하도록 일측이 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 차저 액추에이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 돌기는
    상기 스크류가 다른 일 방향으로 회전시 가이드 핀에 걸리도록 상기 경사면의 외측단으로부터 상기 스크류의 중심을 향해 평면이 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 차저 액추에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 핀이 상기 스크류의 외주면에 탄력적으로 밀착되도록 상기 스크류의 축중심을 향해 탄성력을 제공하는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터보 차저 액추에이터.
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