KR20090039085A

KR20090039085A - 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저

Info

Publication number: KR20090039085A
Application number: KR1020070104518A
Authority: KR
Inventors: 이재상
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-04-22

Abstract

본 발명에 따른 가변 지오메트리 터보 차저(VGT,Variable Geometry Turbo Charger)는 터빈 앗세이(1)의 외부에 체결되면서 터빈 앗세이(1)로부터 공급되는 압축 공기를 이용해 작동되는 스토퍼 앗세이(5)를 이용함에 따라, 엔진의 운전 영역에 따른 엑츄에이터(4)의 작동 시 터빈 앗세이(1)의 내부 구성 부품의 마모 발생이 일어 날 때, 저속 운전 영역에서 액추에이터의 로드와 스토퍼간 간격을 충분히 확보함으로써, 저속 운전 영역에서 부스트 압력 저하를 가져오는 현상이 차단되므로 부품 마모에 따른 엔진 출력 악화와 더불어 에미션(Emission) 악화를 방지할 수 있는 특징은 물론, 상기 스토퍼 앗세이(5)의 작동 동력이 VGT내 압축 공기를 이용하므로 미립화 된 엔진 오일을 이용해 윤활 작용을 할 수 있어, 별도의 윤활 장치가 요구되지 않는 특징이 있게 된다.

스토퍼, 터보차저,VGT

Description

가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저{Variable Geometry Turbo Charger having variable stopper}

본 발명은 가변 지오메트리 터보 차져에 관한 것으로, 특히 터빈에서 유입되는 고온의 배기 가스 흐름 각도와 유량 면적을 조절하는 베인(Vane)의 스트로크(Stroke)를 제어하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차져에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진에는 고 토크와 고 출력화를 도모하면서 저속 토크 마진을 동시에 얻을 수 있는, 가변 지오메트리 터보 차져(VGT ; Variable Geometry Turbo Charger)을 장착하게 된다.

이러한 가변 지오메트리 터보 차져(이하 VGT라 함)는 터빈으로 유입되는 배기 가스 통과 면적을 가변적으로 운용하는 베인(Vane)을 구비하게 되는데, 즉 베인은 터빈(turbine)쪽에서 고온의 배기 가스의 흐름 각도를 조절해 터빈의 블레이드(blade)에 전달되는 에너지(운동량)를 결정함으로써, 컴프레서 휠(Compressor Wheel)의 회전수를 결정하고 이를 통해 부스트(Boost) 압력을 조절해 주게 된다.

이를 위해 상기 베인은 회전 기구인 공압 액추에이터(pneumatic actuator)를 이용해 터빈으로 유입되는 통로의 면적을 변경하게 되며, 이때 베인(Vane)을 변경하는 센서의 입력은 통상적으로, 엔진 회전수와 연료량 및 부스트 압력이 제공된다.

여기서, 엔진 회전수와 연료량은 엔진 제어부인 ECU에 제공된 3차원 부스트 맵(Boost Map)을 통해 부스트 압력의 목표 값을 설정하는데 사용되며, 폐 루프 제어(Closed Loop Control)를 수행한다.

이와 같이 베인을 회전 시켜 주는 액추에이터(소형 디젤에는 공압 타입임)는 ECU에서 운전조건에 맞게 듀티(Duty)를 조절함에 따라, 액추에이터에서 발생되는 로드(Rod) 변위를 통해 링크 기구(Crank Linkage, 유니슨 링이라고도 함)의 변위로 변환하고, 이에 연결된 베인 축을 회전시키면서 베인의 베인 각을 변화시켜 주게 된다.

이와 더불어 액추에이터에는 베인의 닫힘(Close)에 대한 한계량을 정하기 위해 작동 시, 액추에이터 로드의 움직임을 제한하면서 구속하여 베인의 최대 닫힘량을 결정해주는 스토퍼(Stopper)가 구비되어진다.

이러한 베인의 개폐 량은 배기가스의 에너지량이 적은 엔진의 저속 구간에서는 거의 닫힘(Full Close)영역으로 제어되도록 VGT가 운전되어져, 액추에이터 로드와 스토퍼간 간격이 매우 적은 반면, 엔진의 중/고속 영역에서는 배가가스 에너지량이 충분하므로 액추에이터 로드와 스토퍼간 간격이 큰 상태로 VGT가 운전되어진다.

그러나, 이와 같이 스토퍼에 의해 그 거동이 제한되는 액추에이터는 그 작동 시, VGT의 운전이 진행됨에 따라 액추에이터의 상·하 운동을 링크 기구가 원 운동으로 전환시켜주는 특성상, 이러한 운동 과정은 VGT 내부를 구성하며 연관 작동되는 컨트롤 레버 핀(Control Lever Pin)과 슬리브(Sleeve)사이는 물론 베인 암(Vane Arm)부위에 마모가 발생될 수밖에 없고, 이는 동일한 액추에이터 로드 위치에서 마모 발생 량만큼 기존 대비 베인의 최대 닫힘 량이 감소되는 원인을 제공하게 된다.

이와 같은 VGT 내부 구성 부품들의 마모는 결국, VGT가 기존(마모 미 발생 시)과 동일한 부스트 압력(Boost Pressure)을 얻는 베인 위치를 위해 액추에이터 로드를 기존 위치보다 더욱더 당겨 주도록 작동함에 따라, 부스트 압력이 제어되는 시간이 증가함은 물론 VGT 응답성도 함께 저하되는 원인을 제공하게 된다.

이와 더불어 마모 량이 더욱 증가하면 스토퍼에 액추에이터 로드가 닿아 베인의 담힘 량이 적어짐에 따라, 부스트 압력이 저하되어져, 엔진에 공급되는 공기 량 감소에 따른 엔진 출력과 에미션(Emission)에 악영향을 미침은 물론 배기 정화 장치인 DPF에도 치명적인 손상을 일으키는 원인으로 작용하게 된다.

특히, 배기가스의 에너지량이 적은 엔진의 저속 구간에서는 베인의 개폐 량이 거의 닫힘(Full Close)영역을 갖고 VGT가 운전됨에 따라, 저속 부스트 압력 저하를 방지하기 위해 액추에이터 로드와 스토퍼간 간격을 증대시키게 되면, 중/고속 영역에서는 과도한 베인 담힘 현상이 발생하여 오버 부스팅(Over Boosting)을 유발시킴은 물론, VGT도 손상이 발생되는 근본적인 취약성이 있게 된다.

물론, 이러한 현상을 근본적으로 차단하기 위해 마모가 거의 일어나지 않는 고온 재질을 사용할 수 있으나, 이는 원가 상승의 원인으로 작용하는 취약성이 있 게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 고온의 배기 가스 흐름을 갖는 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)내 배기 가스 흐름 면적을 변화시키는 베인의 개폐 량을 제어하는 액추에이터를 구속하는 스토퍼(Stopper)의 스트로크(Stroke)를 가변적으로 제어함에 따라, 엔진의 저속 운전 영역과 중/고속 운전 영역에 맞추어 액추에이터와 스토퍼간 간격을 최적으로 제어함은 물론, 특히 엑츄에이터의 작동에 따라 터빈 앗세이의 내부 구성 부품의 마모 발생이 일어 날 때, 저속 운전 영역에서 액추에이터의 로드와 스토퍼간 간격을 충분히 확보함으로써, 저속 운전 영역에서 부스트 압력 저하를 가져오는 현상이 차단되므로 부품 마모에 따른 엔진 출력 악화와 더불어 에미션(Emission) 악화를 방지하도록 함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)내 베인을 제어하는 액추에이터를 구속하는 스토퍼(Stopper)의 가변 스트로크(Stroke)를 위한 동력으로 VGT에서 형성된 압축공기를 이용함에 따라, 스토퍼의 위치를 지지하는 저속 시와 마찬가지로 고속 시 매우 높은 부스트 압력(약 140kPa 이상)으로 스토퍼가 뒤로 밀리는 현상을 방지하므로, 엔진의 운전 영역에 관계없이 스토퍼 역할을 충분히 유지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)에 장착된 스토퍼(Stopper)로 VGT에서 공급되는 압축 공기(Blow-By-Gas)내 미립화 된 엔진 오일을 이용함에 따라, 스토퍼의 작동에 따른 마모 방지를 위한 윤활제 공급을 위한 별도의 윤활 공급 장치를 구성하지 않으므로, 윤활 공급을 위한 원가 상승은 물론 시스템의 복잡화도 방지할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)에 장착된 스토퍼(Stopper)의 내부에서 오일 유막과 더불어 접촉 구조를 이용해 기밀을 유지하고, 유입 압축 공기 압력과 스프링 탄성력간 조화를 통한 급격한 작용을 방지함에 따라, 작동에 따른 기밀 유지와 더불어 접촉소음 방지를 위한 별도의 부품 증가를 가져오지 않도록함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가변 지오메트리 터보 차저(VGT, Variable Geometry Turbo Charger)가 배기 가스를 유입하고 압축하는 터빈(Turbine)을 구비함과 더불어, 배출되는 유량을 조절하도록 회전되면서 통로 체적을 변화시켜 주는 베인(Vane)을 갖춘 터빈 앗세이와;

상기 터빈 앗세이의 외부에서 베인을 회전시키도록 베인 로드에 체결되어져, ECU를 통해 제어되어 베인 각을 조절하는 엑츄에이터 및;

상기 터빈 앗세이의 외부에서 형성된 스토퍼 체결단에 체결되면서, 터빈 앗세이에서 형성된 과급 압축 공기를 공급받아 상기 엑츄에이터의 스트로크(Stroke) 를 제한하는 스토퍼 작용을 구현하는 스토퍼 앗세이;

로 구성되어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스토퍼 앗세이는 터빈 앗세이의 외부에서 형성된 스토퍼 체결단에 체결되면서, 터빈 앗세이로부터 압축된 배기 가스를 공급받는 챔버 하우징과,

상기 챔버 하우징의 내부에서 유입된 배기 가스 압력으로 이동되어져, 엑츄에이터에 결합된 베인 로드를 구속하는 스톱 이동 로드 및

상기 챔버 하우징의 내부에서 스톱 이동 로드를 탄발 지지하는 스프링으로 구성된다.

또한, 상기 챔버 하우징은 외주면으로 나사부를 형성해 터빈 앗세이의 외부에 형성된 스토퍼 체결단에 나사 체결되는 중공의 체결 단을 형성하고, 상기 체결 단의 위쪽으로 일체 형성되어져, 터빈 앗세이로부터 압축된 배기 가스를 공급받는 챔버(Chamber)작용을 하는 압력 형성 단이 형성된 구조를 이루게 된다.

그리고, 상기 체결 단의 내부로 삽입된 스톱 이동 로드의 하향 이동 스트로크를 제한하도록, 내벽에서 돌출되어 스톱 이동 로드가 접촉되는 하단 스톱 벽이 더 구비되고, 상기 압력 형성 단은 체결 단에 대해 직경이 작아 좁아지는 목(Neck)부위를 형성하는 상단 스톱 벽을 매개로 일체로 이루어지며, 상기 상단 스톱 벽의 반대쪽으로는 압력 형성 단의 내부로 터빈 앗세이에서 압축된 배기 가스를 공급받도록, 연결 파이프가 터빈 앗세이쪽으로 연결되어진다.

이러한 본 발명에 의하면, 고온의 배기 가스 흐름을 갖는 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)내 배기 가스 흐름 면적을 변화시키는 베인의 개폐 량을 제어하는 액추에이터를 구속하는 스토퍼(Stopper)가 VGT에서 형성된 압축공기(Blow-By-Gas)를 이용해 가변 스트로크(Stroke)를 갖도록 작동됨에 따라, 엔진의 중/고속 운전 영역에 맞추어 액추에이터와 스토퍼간 간격을 최적으로 제어함은 물론, 저속 운전 영역에서 액추에이터의 로드와 스토퍼간 간격을 충분히 확보함으로써, 엔진의 출력과 에이션(Emission) 악화를 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명은 VGT(Variable Geometry Turbo Charger)내 베인을 제어하는 액추에이터를 구속하는 스토퍼(Stopper)가 유입된 압축 공기 내 미립화 된 엔진 오일을 이용해 윤활 작용하고, 내부에 형성된 오일 유막과 접촉 구조를 이용해 기밀을 유지함은 물론, 유입된 압축 공기 압력과 스프링 탄성력간 조화를 통한 접촉소음 방지 작용이 이루어짐에 따라, 이를 위한 별도의 부품 증가를 가져오지 않으므로 별도 장치 구성으로 인한 원가 상승과 시스템의 복잡화도 방지할 수 있는 효과가 있게 된다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되 지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저(VGT ; Variable Geometry Turbo Charger)의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명에 따른 가변 지오메트리 터보 차저(VGT)는 배기 가스를 유입하고 압축하는 터빈을 구비함과 더불어, 배출되는 유량을 조절하도록 회전되면서 통로 체적을 변화시켜 주는 베인(Vane)을 갖춘 터빈 앗세이(1)와, 상기 터빈 앗세이(1)의 외부에서 베인을 회전시키도록 베인 로드(2)에 체결되어져, ECU를 통해 제어되어 베인 각을 조절하는 엑츄에이터(4) 및 상기 터빈 앗세이(1)의 외부에서 형성된 스토퍼 체결단(3)에 체결되면서, 터빈 앗세이(1)에서 발생된 고압 배기 가스를 공급받아 상기 엑츄에이터(4)의 스트로크(Stroke)를 제한하는 스토퍼 앗세이(5)로 구성되어진다.

이때, 상기 엑츄에이터(4)는 다양한 종류를 사용하지만, 바람직하게는 공압 액츄에이터 타입을 사용하게 된다.

이를 위해 상기 스토퍼 앗세이(5)는 터빈 앗세이(1)의 외부에서 형성된 스토퍼 체결단(3)에 체결되면서, 터빈 앗세이(1)로부터 압축된 배기 가스를 공급받는 챔버 하우징(6)과, 상기 챔버 하우징(6)의 내부에서 유입된 배기 가스 압력으로 이동되어져, 엑츄에이터(4)에 결합된 베인 로드(2)를 구속하는 스톱 이동 로드(9) 및 상기 챔버 하우징(6)의 내부에서 스톱 이동 로드(9)를 탄발 지지하는 스프링(10)으로 이루어진다.

또한, 상기 챔버 하우징(6)은 외주면으로 나사부(7a)를 형성해 터빈 앗세이(1)의 외부에 형성된 스토퍼 체결단(3)에 나사 체결되는 중공의 체결 단(7)을 형 성하고, 상기 체결 단(7)의 위쪽으로 일체 형성되어져, 터빈 앗세이(1)로부터 압축된 배기 가스를 공급받는 챔버(Chamber)작용을 하는 압력 형성 단(8)이 형성된 구조를 이루게 된다.

이와 더불어 상기 체결 단(7)에는 내부로 삽입된 스톱 이동 로드(9)의 하향 이동 스트로크를 제한하도록, 내벽에서 돌출되어 스톱 이동 로드(9)가 접촉되는 하단 스톱 벽(7b)이 형성되며, 상기 하단 스톱 벽(7b)은 스톱 이동 로드(9)의 접촉 시 기밀을 유지하도록 밀착되는 경사진 단면을 형성하게 된다.

또한, 상기 압력 형성 단(8)은 체결 단(7)에 대해 직경이 작아 좁아지는 목(Neck)부위를 형성하는 상단 스톱 벽(8b)을 매개로 일체로 이루어지며, 상기 상단 스톱 벽(8b)의 반대쪽으로는 압력 형성 단(8)의 내부로 터빈 앗세이(1)에서 압축된 배기 가스를 공급받도록, 연결 파이프(8a)가 터빈 앗세이(1)쪽으로 연결되어진다.

이때, 상기 상단 스톱 벽(8b)은 체결 단(7)의 직경보다 작은 직경을 이룸에 따라, 체결 단(7)의 내부에서 이동되는 스톱 이동 로드(9)의 상향 스트로크를 제한하는 작용을 하게 된다.

그리고, 상기 스톱 이동 로드(9)는 배기 가스 압력을 받아 하향 이동되는 피스톤(9a)이 형성되고, 상기 피스톤(9a)에 일체로 긴 로드(Rod)형상으로 이루어져 베인 로드(2)부위에 접촉되는 접촉 로드(9b)를 형성하게 된다.

이때, 상기 피스톤(9a)은 아래쪽인 좁은 폭을 갖는 사다리꼴 단면을 갖는데, 이는 긴 폭의 상면 부위가 체결 단(7)의 내부에서 위쪽으로 이동될 때, 압력 형성 단(8)의 좁은 상단 스톱 벽(8b)을 통해 걸려 구속됨에 따라, 스톱 이동 로드(9)의 상향 스트로크를 제한 받고, 상대적으로 짧은 폭의 저면 부위가 아래쪽으로 이동될 때, 체결 단(7)의 내부로 돌출된 하단 스톱 벽(7b)을 통해 걸려 구속됨에 따라, 스톱 이동 로드(9)의 하향 이동 스트로크를 제한 받게 된다.

여기서, 상기 스톱 이동 로드(9)는 약 2mm의 변위를 갖게 된다

그리고, 상기 스톱 이동 로드(9)의 피스톤(9a)이 갖는 경사진 측면은 하단 스톱 벽(7b)의 경사진 단면에 피스톤(9a)이 밀착될 때, 체결 단(7)의 내부에서 스톱 이동 로드(9)가 보다 높은 성능의 기밀을 유지하도록 작용하게 된다.

또한, 상기 스톱 이동 로드(9)에는 탄발 지지하도록 스프링(10)이 구비되는데, 상기 스프링(10)은 일단이 피스톤(9a)의 저면 부위로 위치되고 타단은 체결 단(7)의 내부 바닥면에 위치되어진다.

한편, 상기 스톱 이동 로드(9)가 상·하 이동되는 체결 단(7)의 내부 윤활 작용은 별도의 윤활 공급 장치가 요구되지 않는데, 이는 터빈 앗세이(1)에서 압력 형성단(8)으로 공급되는 가스가 배기 가스와 더불어 블로우 바이 가스(Blow-By-Gas)로 이루어짐에 따라, 블로우 바이 가스내 미립화 된 엔진 오일을 통해 윤활 작용을 구현할 수 있게 된다.

즉, 상기 블로우 바이 가스에는 엔진 냉각을 위한 엔진 오일이 연소됨에 따라 가스와 더불어 엔진 오일이 미립화 된 상태를 형성하게 되고, 이러한 상태로 압력 형성단(8)으로 공급되어 내부 공간에서 오일로 상태로 축적되면서, 상·하 이동되는 스톱 이동 로드(9)의 윤활 작용을 구현하게 된다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 가변 지오메트리 터보 차저(VGT, Variable Geometry Turbo Charger)는 터빈 앗세이(1)의 외부에 체결되면서 터빈 앗세이(1)로부터 공급되는 압축 공기를 이용해 작동되는 스토퍼 앗세이(5)를 이용함에 따라, 엔진의 운전 영역에 따른 엑츄에이터(4)의 작동 시 터빈 앗세이(1)의 내부 구성 부품의 마모 발생이 일어 날 때, 저속 운전 영역에서 액추에이터의 로드와 스토퍼간 간격을 충분히 확보함으로써, 저속 운전 영역에서 부스트 압력 저하를 가져오는 현상이 차단되므로 부품 마모에 따른 엔진 출력 악화와 더불어 에미션(Emission) 악화를 방지할 수 있는 특징은 물론, 상기 스토퍼 앗세이(5)의 작동 동력이 VGT내 압축 공기를 이용하므로 미립화 된 엔진 오일을 이용해 윤활 작용을 할 수 있어, 별도의 윤활 장치가 요구되지 않는 특징이 있게 된다.

이러한 본 발명의 특징은 VGT를 구성하면서 엑츄에이터(4)의 작동 시 스트로크(Stroke)가 제한되도록, VGT의 외부에서 엑츄에이터(4)부위로 장착된 스토퍼 앗세이(5)를 통해 구현되어진다.

이를 위해 상기 스토퍼 앗세이(5)는 터빈 앗세이(1)의 외부에서 엑츄에이터(4)가 작동시키는 베인 로드(2)부위로 위치된 스토퍼 체결단(3)에 나사 체결됨과 더불어, 배기 가스와 블로우 바이 가스를 유입하는 터빈 앗세이(1)에서 발생된 고압 압축 공기를 공급받아 작동되도록 구성되어진다.

즉, 상기 스토퍼 앗세이(5)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부로 압축 공기를 유입하는 압력 형성 단(8)과 일체로 형성된 체결 단(7)으로 이루어진 챔버 하우 징(6)을 갖추고, 상기 챔버 하우징(6)의 내부에서 유입된 압축 공기의 작용으로 하방향 이동되어, 챔버 하우징(6)의 밖으로 돌출되면서 베인 로드(2)를 구속하는 스톱 이동 로드(9)를 구비함과 더불어, 상기 스톱 이동 로드(9)를 탄발 지지하면서 초기 상태로 복귀시키기 위한 스프링(10)을 갖추게 된다.

이러한 상기 스토퍼 앗세이(5)의 작동은 VGT의 유량 조절 작동과 함께 이루어지는데, 즉 엔진의 운전 조건을 판단하는 ECU가 액츄에이터(4)를 도 2에 도시된 바와 같이, 열림(Open)과 닫힘(Close)작용을 위한 스트로크(Stroke)내에서 제어할 때, 터빈 앗세이(1)에서 형성되는 과급 공기 압력을 제공받아 상기 액츄에이터(4)의 닫힘 스트로크를 정확하게 구속하도록 작용하게 된다.

이는 엔진의 각 운전 영역에 맞추어 작동되는데 즉, 도 3(가)에 도시된 바와 같이 저속영역일 경우는, 저속 영역의 부스트(Boost)압력이 약 30kPa ~ 70kPa이므로, 스토퍼 앗세이(5)의 압력 형성 단(8)으로 과급된 압축 공기가 유입되더라도, 체결 단(7)내부로 위치된 스톱 이동 로드(9)는 스프링(10)의 탄발 지지력을 통해 구속상태를 유지하게 된다.

이러한 저속 영역에서는 상기 스톱 이동 로드(9)의 접촉 로드(9b)가 체결 단(7)으로 돌출된 상태에서 베인 로드(2)에 대해 약 2mm의 간격(Gap)이 유지되며, 이러한 스톱 이동 로드(9)와 베인 로드(2)의 간격 유지는 액츄에이터(4)의 작동으로 VGT내부 부품의 마모 량이 있는 경우라도, 마모 량에 대한 충분한 보상 작용이 이루어지므로 부스트(Boost)압력이 민감한 저속 영역 구간에서도 신뢰성 있는 작동이 구현될 수 있도록 한다.

이때, 상기 스톱 이동 로드(9)의 피스톤(9a)은 체결 단(7)의 위쪽으로 형성된 압력 형성 단(8)의 좁은 상단 스톱 벽(8b)을 통해 밀착되고, 이는 압력 형성 단(8)내 압력에 대한 기밀 유지를 하도록 작용되어진다.

이어, 도 3(나)에 도시된 바와 같이 엔진이 저속에서 중속 영역으로 진행되면, 부스트(Boost) 압력이 약 70kPa ~ 80kPa으로 증가된 압축 공기 압력이 VGT에서 스토퍼 앗세이(5)로 공급되고, 이러한 압력 증가는 체결 단(7)내부에서 스톱 이동 로드(9)가 스프링(10)의 탄발 지지력을 이겨내고 하 방향으로 이동되어진다.

하지만, 상기 체결 단(7)의 밖으로 돌출된 스톱 이동 로드(9)는 변위 구간인 2mm 이내에 위치됨에 따라, 베인 로드(2)에 접촉되지 않아 액츄에이터(4)를 구속하는 스토퍼로서 작용을 하지 않게 된다.

이때, 상기 스톱 이동 로드(9)의 피스톤(9a)이 압력 형성 단(8)의 좁은 상단 스톱 벽(8b)에서 떨어지게 되므로, 상기 압력 형성 단(8)에 형성된 압력이 샐 수 있지만 공급된 압축 공기 내 미립화 된 엔진 오일이 피스톤(9a)부위에 대한 유막을 형성하게 되고, 이러한 엔진 오일의 작용으로 인해 압력 저하는 미세하게 발생되어진다.

이후, 도 3(다)에 도시된 바와 같이 엔진이 중속에서 고속 영역으로 진행되면, 부스트(Boost) 압력이 약 80kPa ~ 200kPa으로 VGT에서 스토퍼 앗세이(5)로 공급되고, 이러한 큰 압력은 체결 단(7)내부에서 스톱 이동 로드(9)가 스프링(10)을 압축하면서 하 방향으로 이동될 즉, 상기 스톱 이동 로드(9)가 완전히 하강되어 체결 단(7)의 밖으로 최대 돌출된 상태가 된다.

이러한 중/고속 영역에서는 최대로 돌출되는 스톱 이동 로드(9)는 베인 로드(2)부위를 구속하는 스토퍼로서 작용함에 따라, 스토퍼 앗세이(5)는 과 부스팅(Over Boosting) 현상이 발생되지 않도록 스토퍼로서 충분한 작용을 구현하게 된다.

이때, 상기 스톱 이동 로드(9)의 피스톤(9a)은 체결 단(7)의 안쪽으로 형성된 하단 스톱 벽(7b)에 밀착됨에 따라, 압력이 저하되지 않도록 기밀을 유지하게 되며, 이에 더해 상기 피스톤(9a)과 하단 스톱 벽(7b)의 경사진 접촉면은 기밀 상태를 더욱 강화시켜 주는 작용을 해 충분히 기밀이 유지될 수 있도록 작용되어진다.

도 1은 본 발명에 따른 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저(VGT ; Variable Geometry Turbo Charger)의 구성도

도 2(가),(나)는 본 발명에 따른 가변 지오메트리 터보 차저(VGT)의 열림 및 닫힘 작동도

도 3(가)내지(다)는 본 발명에 따른 가변 지오메트리 터보 차저(VGT)의 가변 스토퍼의 작동 상태도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 터빈 앗세이 2 : 베인 로드

3 : 스토퍼 체결단 4 : 엑추에이터

5 : 스토퍼 앗세이 6 : 챔버 하우징

7 : 체결 단 7a : 나사부

7b : 하단 스톱 벽 8 : 압력 형성 단

8a : 연결 파이프 8b : 상단 스톱 벽

9 : 스톱 이동 로드 9a : 피스톤

9b : 접촉 로드 10 : 스프링

Claims

배기 가스를 유입하고 압축하는 터빈(Turbine)을 구비함과 더불어, 배출되는 유량을 조절하도록 회전되면서 통로 체적을 변화시켜 주는 베인(Vane)을 갖춘 터빈 앗세이(1)와;

상기 터빈 앗세이(1)의 외부에서 베인을 회전시키도록 베인 로드(2)에 체결되어져, ECU를 통해 제어되어 베인 각을 조절하는 엑츄에이터(4) 및;

상기 터빈 앗세이(1)의 외부에서 형성된 스토퍼 체결단(3)에 체결되면서, 터빈 앗세이(1)에서 형성된 과급 압축 공기를 공급받아 상기 엑츄에이터(4)의 스트로크(Stroke)를 제한하는 스토퍼 작용을 구현하는 스토퍼 앗세이(5);

로 구성되어진 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.
청구항 1에 있어서, 상기 스토퍼 앗세이(5)는 터빈 앗세이(1)의 외부에서 형성된 스토퍼 체결단(3)에 체결되면서, 터빈 앗세이(1)로부터 압축된 배기 가스를 공급받는 챔버 하우징(6)과,

상기 챔버 하우징(6)의 내부에서 유입된 배기 가스 압력으로 이동되어져, 엑츄에이터(4)에 결합된 베인 로드(2)를 구속하는 스톱 이동 로드(9) 및

상기 챔버 하우징(6)의 내부에서 스톱 이동 로드(9)를 탄발 지지하는 스프 링(10)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.
청구항 2에 있어서, 상기 챔버 하우징(6)은 외주면으로 나사부(7a)를 형성해 터빈 앗세이(1)의 외부에 형성된 스토퍼 체결단(3)에 나사 체결되는 중공의 체결 단(7)을 형성하고, 상기 체결 단(7)의 위쪽으로 일체 형성되어져, 터빈 앗세이(1)로부터 압축된 배기 가스를 공급받는 챔버(Chamber)작용을 하는 압력 형성 단(8)이 형성된 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.
청구항 3에 있어서, 상기 체결 단(7)에는 내부로 삽입된 스톱 이동 로드(9)의 하향 이동 스트로크를 제한하도록, 내벽에서 돌출되어 스톱 이동 로드(9)가 접촉되는 하단 스톱 벽(7b)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.
청구항 4에 있어서, 상기 하단 스톱 벽(7b)은 접촉부위가 경사진 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.
청구항 3에 있어서, 상기 압력 형성 단(8)은 체결 단(7)에 대해 직경이 작아 좁아지는 목(Neck)부위를 형성하는 상단 스톱 벽(8b)을 매개로 일체로 이루어지며, 상기 상단 스톱 벽(8b)의 반대쪽으로는 압력 형성 단(8)의 내부로 터빈 앗세이(1)에서 압축된 배기 가스를 공급받도록, 연결 파이프(8a)가 터빈 앗세이(1)쪽으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.
청구항 2에 있어서, 상기 스톱 이동 로드(9)는 배기 가스 압력을 받아 하향 이동되는 피스톤(9a)이 형성되고, 상기 피스톤(9a)에 일체로 긴 로드(Rod)형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.
청구항 7에 있어서, 상기 피스톤(9a)은 아래쪽이 좁은 폭을 갖는 사다리꼴 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.
청구항 7에 있어서, 상기 피스톤(9a)은 스프링(10)에 의해 탄발 지지되는 것을 특징으로 하는 가변 스토퍼를 갖춘 가변 지오메트리 터보 차저.