KR101947279B1

KR101947279B1 - 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체

Info

Publication number: KR101947279B1
Application number: KR1020170116507A
Authority: KR
Inventors: 조민국
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-02-12

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 웨이스트게이트에 고정되며, 적어도 하나의 제1배기공을 구비한 고정플레이트; 상기 고정플레이트 상에 유동 가능하게 구비되며, 적어도 하나의 제2배기공을 구비한 유동플레이트; 일단은 상기 로드조립체에 연결되고 타단은 상기 유동플레이트의 일측에 연결되며, 상기 유동플레이트에 구동력을 전달하는 구동력전달유닛;을 포함하고, 상기 유동플레이트의 일측에는 상기 유동플레이트의 반경 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부와 상기 구동력전달유닛은 연결로드로 연결되는 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체를 제공한다.

Description

터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체{WASTE GATE VALVE ASSEMBLY OF TURBO-CHARGER}

본 발명은 터보차저에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보차저의 웨이스트게이트에 설치되는 밸브조립체에 관한 것이다.

터보차저(Turbo charger)는 배기가스의 배출력을 이용하여 터빈을 회전시켜서 이 터빈과 동 축상에 설치된 컴프레서를 작동시킴으로써 외기를 강제로 가압하여 엔진의 연소실로 공급하는 장치로서, 엔진 출력의 향상을 위해 장착된다.

터보차저는 터빈을 수용한 터빈하우징을 포함한다. 터빈하우징은 배기가스 입구를 통해 유입된 배기가스가 터빈을 회전시키고 중앙의 출구를 통해 배출되는 구조로 이루어져 있다.

또한, 터빈하우징에는 웨이스트게이트 밸브(Waste gate valve)가 설치된다. 예컨대, 공기의 과급이 필요 없거나 배기가스의 압력이 과도한 경우 터빈을 보호하기 위해서 배기가스를 바이패스 시킬 필요가 있고, 이러한 바이패스 유로(웨이스트게이트)를 선택적으로 개폐하는 부품을 웨이스트게이트 밸브라 한다.

즉, 웨이스트게이트 밸브는 터빈하우징의 입구로 유입된 배기가스를 터빈을 거치지 않고 바이패스 통로를 통해 출구 이후 부분으로 흐르게 함으로써 터빈의 출력을 제어하여 과급압을 조절하는 기능을 수행한다. 이러한 웨이스트게이트 밸브는 바이패스 통로로 유입되는 배기가스의 유량을 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 것이 요구된다.

한국공개특허 10-2007-0060754

본 발명의 목적은, 터빈하우징의 웨이스트게이트의 개도를 정밀하게 제어할 수 있는 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체는, 웨이스트게이트에 고정되며, 적어도 하나의 제1배기공을 구비한 고정플레이트; 상기 고정플레이트 상에 유동 가능하게 구비되며, 적어도 하나의 제2배기공을 구비한 유동플레이트; 및 일단은 상기 로드조립체에 연결되고 타단은 상기 유동플레이트의 일측에 연결되며, 상기 유동플레이트에 구동력을 전달하는 구동력전달유닛;을 포함하고, 상기 유동플레이트의 일측에는 상기 유동플레이트의 반경 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되고, 상기 돌출부와 상기 구동력전달유닛은 연결로드로 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 구동력전달유닛은, 상기 로드조립체의 일단에 회전 가능하게 결합되는 피니언; 상기 피니언과 치합되어 직선 이동하며, 상기 유동플레이트에 구동력을 전달하는 래크;를 포함할 수 있다.

삭제

본 발명의 실시예에서, 상기 구동력전달유닛은 상기 피니언과 상기 래크를 수용하는 기어박스를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 유동플레이트는 상기 고정플레이트 상에 회전 가능하도록 축 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 고정플레이트와 상기 유동플레이트는 서로 동일한 직경의 원판형으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 액츄에이터 및 로드조립체로부터 전달받은 구동력을 이용하여, 피니언 및 래크의 작동에 의해 유동플레이트를 회전시킴으로써 웨이스트게이트의 개도를 정밀하게 제어할 수 있으므로 터보차저의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 터보차저를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이스트게이트 밸브조립체가 구비된 터보차저를 도시한 측면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이스트게이트 밸브조립체를 도시한 사시도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이스트게이트 밸브조립체의 작동 과정을 도시한 평면도.

이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명의 본질과 관계없는 부분은 그에 대한 상세한 설명을 생략할 수 있으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙일 수 있다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하도록 의도되지 않으며, 본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 의해 이해되는 개념으로 해석될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 터보차저를 도시한 평면도이다.

도 1을 참고하면, 일 실시예에 의한 터보차저는 터빈을 수용한 터빈하우징(100) 및 구동력을 제공하는 액츄에이터(200)를 포함한다.

터빈하우징(100)은 입구(110)를 통해 유입된 배기가스가 터빈을 회전시키고 중앙의 출구(120)를 통해 배출되는 구조로 이루어져 있다.

액츄에이터(200)는 터빈하우징(100)의 일측에 로드조립체(300)를 매개로 연결된다. 액츄에이터(200)의 작동 시 로드조립체(300) 및 밸브조립체(400, 도 2 참고)가 작동하여 웨이스트게이트를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.

예컨대, 공기의 과급이 필요 없거나 배기가스의 압력이 과도한 경우 터빈을 보호하기 위해서 배기가스를 바이패스 시킬 필요가 있고, 이러한 바이패스 유로(웨이스트게이트)를 선택적으로 개폐하도록 액츄에이터(200)는 로드조립체(300)를 통해 밸브조립체(400)에 구동력을 제공할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이스트게이트 밸브조립체가 구비된 터보차저를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이스트게이트 밸브조립체를 도시한 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 일 실시예에 의한 터보차저는 터빈하우징(100), 액츄에이터(200), 로드조립체(300), 밸브조립체(400)를 포함한다.

터빈하우징(100)의 내부에는 터빈이 구비된다. 터빈하우징(100)의 일측에는 배기가스가 유입되는 입구(110)가 형성되고, 터빈하우징(100)의 대략 중앙에는 배기가스가 배출되는 출구(120)가 형성된다. 따라서, 배기가스는 입구(110)를 통해 유입되어 터빈하우징(100) 내부에 구비된 터빈을 회전시키고 출구(120)를 통해 배출된다. 터빈하우징(100)은 배기가스가 터빈을 통과하지 않도록 바이패스 통로를 형성하는 웨이스트게이트(130)를 구비하며, 웨이스트게이트(130)는 출구(120) 근처에 형성될 수 있다.

액츄에이터(200, 도 1 참고)는 터빈하우징(100)의 일측에 로드조립체(300)를 매개로 연결된다. 액츄에이터(200)의 작동 시 로드조립체(300) 및 밸브조립체(400)가 작동하여 웨이스트게이트를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.

로드조립체(300)는 작동로드(310), 링크(320), 스핀들(330)을 포함할 수 있다. 작동로드(310)의 일단은 액츄에이터(200)에 연결되고 타단은 터빈하우징(100) 측으로 배치될 수 있다. 링크(320)의 일단은 작동로드(310)의 타단에 힌지 결합되고, 타단은 스핀들(330)과 결합될 수 있다. 스핀들(330)의 일단은 링크(320)의 타단에 회전 가능하게 결합되고, 타단은 터빈하우징(100)의 일측을 관통하여 밸브조립체(400)의 피니언(432)과 연결될 수 있다. 예컨대, 액츄에이터(200)의 작동에 의해 작동로드(310)가 전진 및 후진하여 링크(320)가 스핀들(330)을 회동시키면, 스핀들(330)에 결합된 밸브조립체(400)가 작동하여 웨이스트게이트를 개폐할 수 있다.

한편, 터빈하우징(100)을 관통하는 스핀들(330)의 외측에는 부쉬(340)가 구비될 수 있다. 부쉬(340)는 스핀들(330)의 회전 시 터빈하우징(100)과의 접촉을 방지하는 역할을 할 수 있다.

밸브조립체(400)는 고정플레이트(410), 유동플레이트(420), 구동력전달유닛(430)을 포함할 수 있다.

고정플레이트(410)는 터빈하우징(100)의 웨이스트게이트에 고정된다. 고정플레이트(410)는 원판형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 즉, 고정플레이트(410)는 웨이스트게이트의 형상에 대응되도록 형성되면 된다. 고정플레이트(410)에는 적어도 하나의 제1배기공(411)이 형성된다.

유동플레이트(420)는 고정플레이트(410) 상에 유동 가능하게 구비된다. 예컨대, 유동플레이트(420)의 중앙은 고정플레이트(410)의 중앙에 축 결합되며, 유동플레이트(420)는 고정플레이트(410) 상에서 회전 가능하게 구성될 수 있다. 유동플레이트(420)는 고정플레이트(410)와 대응되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 고정플레이트(410)가 원판형으로 형성될 경우 유동플레이트(420) 역시 원판형으로 형성될 수 있다. 유동플레이트(420)는 고정플레이트(410)와 동일한 직경으로 형성될 수 있다. 유동플레이트(420)에는 적어도 하나의 제2배기공(421)이 형성된다. 유동플레이트(420)의 제2배기공(421)은 고정플레이트(410)의 제1배기공(411)과 대응되도록 배치될 수 있다. 유동플레이트(420)는 연결부(422)를 구비할 수 있다. 연결부(422)는 구동력전달유닛(430)과 연결될 수 있다. 연결부(422)는 유동플레이트(420)의 외주면에 외측 방향으로 돌출 형성될 수 있다.

구동력전달유닛(430)은 유동플레이트(420)의 일측에 연결될 수 있다. 구동력전달유닛(430)은 유동플레이트(420)가 고정플레이트(410) 상에서 회전하도록 유동플레이트(420)에 구동력을 전달한다.

구동력전달유닛(430)은 기어박스(431), 피니언(432), 래크(433)를 포함할 수 있다. 기어박스(431)는 터빈하우징(100)의 출구(120) 및 웨이스트게이트와 간섭되지 않도록 로드조립체(300)의 스핀들(330)의 일측에 배치된다. 기어박스(431)는 그 내부에 피니언(432)과 래크(433)를 수용한다. 피니언(432)은 로드조립체(300)의 스핀들(330)의 일단에 피니언축(432a)으로 연결될 수 있다. 래크(433)는 피니언(432)과 치합되어 피니언(432)의 회전 시 유동플레이트(420) 측으로 직선 이동하며, 유동플레이트(420)에 구동력을 전달한다.

일 실시예에서, 구동력전달유닛(430)은 연결로드(434)를 더 포함할 수 있으며, 연결로드(434)는 래크(433)와 유동플레이트(420)의 연결부(422) 사이에 구비될 수 있다. 연결로드(434)는 래크(433)의 하측에 용접이나 고정부재를 이용하여 고정될 수 있다. 또한, 연결로드(434)는 유동플레이트(420)의 연결부(422)와 용접이나 고정부재를 이용하여 고정될 수 있다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 웨이스트게이트 밸브조립체의 작동 과정을 도시한 평면도이다.

부스트 압력이 설정 압력을 초과하게 되면, 액츄에이터(200)가 작동하여 작동로드(310)가 직선운동을 하고, 작동로드(310)와 링크(320)로 연결된 스핀들(330)은 일측 방향으로 회전하게 된다.

스핀들(330)이 회전하면 피니언(432) 역시 일측 방향으로 회전하게 되고, 피니언(432)에 치합된 래크(433)는 직선 이동하여 도 4와 같이 유동플레이트(420)의 제2배기공(421)이 고정플레이트(410)의 제1배기공(411)과 대응되도록 유동플레이트(420)를 회전시킨다. 이에 따라 웨이스트게이트는 개방되며, 배기가스의 일부가 웨이스트게이트를 통하여 바이패스 됨으로써 부스트 압력을 조절할 수 있다.

한편, 부스트 압력이 설정 압력 이하로 떨어지면, 액츄에이터(200)가 작동하여 작동로드(310)가 직선운동을 하고, 작동로드(310)와 링크(320)로 연결된 스핀들(330)은 타측 방향으로 회전하게 된다.

스핀들(330)이 회전하면 피니언(432) 역시 타측 방향으로 회전하게 되고, 피니언(432)에 치합된 래크(433)는 직선 이동하여 도 5 및 도 6과 같이 유동플레이트(420)의 제2배기공(421)이 고정플레이트(410)의 제1배기공(411)과 일치하지 않도록 유동플레이트(420)를 회전시킨다. 이에 따라 웨이스트게이트는 폐쇄되며, 배기가스는 바이패스 되지 않고 터빈하우징(100)의 터빈을 통과하게 된다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 액츄에이터(200) 및 로드조립체(300)로부터 전달받은 구동력을 이용하여, 피니언(432) 및 래크(433)의 작동에 의해 유동플레이트(420)를 회전시킴으로써 웨이스트게이트의 개도를 정밀하게 제어할 수 있으므로 터보차저의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100; 터빈하우징 110; 입구
120; 출구 130; 웨이스트게이트
200; 액츄에이터
300; 로드조립체 310; 작동로드
320; 링크 330; 스핀들
340; 부쉬
400; 밸브조립체 410; 고정플레이트
411; 제1배기공 420; 유동플레이트
421; 제2배기공 422; 연결부
430; 구동력전달유닛 431; 기어박스
432; 피니언 433; 래크
434; 연결로드

Claims

액츄에이터로부터 로드조립체에 의해 구동력을 전달받는 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체로서,
웨이스트게이트에 고정되며, 적어도 하나의 제1배기공을 구비한 고정플레이트;
상기 고정플레이트 상에 유동 가능하게 구비되며, 적어도 하나의 제2배기공을 구비한 유동플레이트;
일단은 상기 로드조립체에 연결되고 타단은 상기 유동플레이트의 일측에 연결되며, 상기 유동플레이트에 구동력을 전달하는 구동력전달유닛;을 포함하고,
상기 유동플레이트의 일측에는 상기 유동플레이트의 반경 방향으로 돌출된 돌출부가 형성되고,
상기 돌출부와 상기 구동력전달유닛은 연결로드로 연결되는 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체.
제1항에 있어서,
상기 구동력전달유닛은,
상기 로드조립체의 일단에 회전 가능하게 결합되는 피니언;
상기 피니언과 치합되어 직선 이동하며, 상기 유동플레이트에 구동력을 전달하는 래크;
를 포함하는 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체.
삭제
삭제
제2항에 있어서,
상기 구동력전달유닛은 상기 피니언과 상기 래크를 수용하는 기어박스를 더 포함하는 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체.
제1항에 있어서,
상기 유동플레이트는 상기 고정플레이트 상에 회전 가능하도록 축 결합되는 터보차저의 웨이스트게이트 밸브조립체.
제1항에 있어서,
상기 고정플레이트와 상기 유동플레이트는 서로 동일한 직경의 원판형으로 형성되는 터보차저의 웨이스트게이트 밸브 조립체.