KR20090057054A - 배기 가스 터보차저용 웨이스트 게이트 액츄에이터 - Google Patents

배기 가스 터보차저용 웨이스트 게이트 액츄에이터 Download PDF

Info

Publication number
KR20090057054A
KR20090057054A KR1020097006165A KR20097006165A KR20090057054A KR 20090057054 A KR20090057054 A KR 20090057054A KR 1020097006165 A KR1020097006165 A KR 1020097006165A KR 20097006165 A KR20097006165 A KR 20097006165A KR 20090057054 A KR20090057054 A KR 20090057054A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
actuator
waste gate
sensor
exhaust gas
housing
Prior art date
Application number
KR1020097006165A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101411798B1 (ko
Inventor
마르쿠스 기르히
슈테판 하인리히
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 filed Critical 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Publication of KR20090057054A publication Critical patent/KR20090057054A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101411798B1 publication Critical patent/KR101411798B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02—Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025—Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183—Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F02B37/186—Arrangements of actuators or linkage for bypass valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16—Control of working fluid flow
    • F02C9/20—Control of working fluid flow by throttling; by adjusting vanes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/14—Lubrication of pumps; Safety measures therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/02—Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/304—Spool rotational speed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

본 발명은, 액츄에이터 하우징 및 액츄에이터 커버(19)를 포함하고, 웨이스트 게이트 밸브를 작동시키기 위한 부재 및 상기 웨이스트 게이트 밸브를 작동시키기 위한 부재를 제어하기 위한 전자 소자가 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)에 배치되는, 배기 가스 터보차저(1)용 웨이스트 게이트 액츄에어터(14)에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 기존 터보차저(1)의 구성에 대한 현저한 구조 변경 없이 회전 부품들[터빈 휠(4), 컴프레서 휠(9), 터보 샤프트(5)]의 회전수를 검출할 수 있도록 하는, 터보차저(1)에 대한 간단하면서도 저비용의 회전수 계수 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명은 회전 부품의 회전에 의해 생성된 자기장의 변화를 감지하기 위한 센서(15)가 액츄에이터 하우징(18) 내에 또는 상에, 또는 액츄에이터 커버(19) 내에 또는 상에 배치되는 것을 특징으로 한다.
배기 가스 터보차저, 웨이스트 게이트 액츄에이터, 웨이스트 게이트 밸브, 액츄에이터 하우징

Description

배기 가스 터보차저용 웨이스트 게이트 액츄에이터{WASTE GATE ACTUATOR FOR AN EXHAUST GAS TURBOCHARGER}
본 발명은, 액츄에이터 하우징 및 액츄에이터 커버를 포함하고, 웨이스트 게이트 밸브(waste gate valve)를 작동시키기 위한 부재 및 상기 웨이스트 게이트 밸브를 작동시키기 위한 부재를 제어하기 위한 전자 소자가 웨이스트 게이트 액츄에이터(waste gate actuator)에 배치되는, 배기 가스 터보차저용 웨이스트 게이트 액츄에이터에 관한 것이다.
내연 기관에서 발생하는 동력은 공기 질량 및 내연 기관에 공급될 수 있는 연료량에 의존한다. 내연 기관의 동력을 증가시키는 것이 요망된다면, 더욱 많은 연소 공기와 연료를 공급하는 것이 필요하다. 동력의 이러한 증가는 흡기 엔진에서 용적(cubic capacity)의 증가 또는 회전 속도의 상승에 의해 이루어진다. 그러나, 용적의 증가는 기본적으로, 비교적 무거우면서도 비교적 큰 크기를 갖는 고가의 내연 기관을 형성한다. 회전 속도의 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 배기 가스 터보차저에 의해, 또는 엔진에 의해 기 계적으로 구동되는 컴프레서(compressor)에 의해 연소 공기를 사전 압축(precompression)시키는 것을 말한다. 배기 가스 터보차저는, 공통 샤프트(common shaft)에 연결되고 동일한 회전 속도로 회전하는 컴프레서와 터빈을 본질적으로 포함한다. 터빈은, 일반적으로 무용하게 배출되는 에너지를 배기 가스를 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. 그 결과 연소 과정이 추가로 바람직하게 영향받게 되며, 내연 기관이 더욱 높은 전체 효율 레벨을 갖게 된다. 또한, 터보차저로 과급되는 내연 기관의 토크 프로파일이 매우 바람직하게 형성될 수 있다.
차량 제조업체로부터의 시리즈 인덕션 모터(series induction motor)는 배기 가스 터보차저를 사용함으로써 내연 기관에 큰 범위의 구조적 간섭 없이 상당히 최적화될 수 있다. 과급된 내연 기관은 일반적으로 비교적 낮은 비 연료 소비율을 갖고 보다 낮은 오염 물질 배출율을 갖는다. 더욱이, 터보 엔진은 배기 가스 터보차저 자체가 추가의 소음기로서 작동하기 때문에 동일한 동력 레벨에서 일반적으로 흡기 엔진보다 조용하다.
큰 작동 회전 속도 범위를 갖는 내연 기관에서, 예를 들면 승용차용 내연 기관에서, 높은 충전 압력은 낮은 엔진 회전 속도에서 이미 요구된다. 이를 위해, 웨이스트 게이트 밸브(waste gate valve)로 언급되는 충전 압력 제어 밸브가 이러한 터보차저에 도입된다. 대응하는 터빈 케이싱(turbine casing)을 선택함으로써, 낮 은 엔진 회전 속도에서도 높은 충전 압력이 형성된다. 웨이스트 게이트 밸브는 엔진의 회전 속도가 증가함에 따라 충전 압력을 일정치로 제한한다.
배기 가스량이 증가함에 따라, 배기 가스 터보차저의 회전 부품으로도 언급되는 터빈 휠, 컴프레서 휠 및 터보 샤프트의 조합의 최대 허용 가능 회전 속도가 초과된다. 회전 부품의 회전 속도가 수용할 수 없을 정도로 초과되면, 회전 부품은 파손될 지도 모르며, 이는 터보차저의 완전한 수리 불능에 이르게 될 지도 모른다. 상당히 작은 관성 질량 모멘트로 인해 개선된 회전 가속 거동을 갖는, 특히 상당히 작은 터빈 휠 반경 및 컴프레서 휠 반경을 갖는 현대의 작은 터보차저는 허용가능 최대 회전 속도가 초과되는 문제에 의해 영향받는다. 터보차저의 구성에 따라, 회전 속도 한계치가 단지 대략 5%만 초과되어도 터보차저의 완전한 파손이 발생한다.
종래 기술에 따르면 형성된 충전 압력으로부터 발생하는 신호에 의해 제어되는 웨이스트 게이트 밸브는 회전 속도를 제한하는 데 유용한 것으로 판명되었다. 충전 압력이 소정의 한계치를 초과하면, 웨이스트 게이트 밸브는 개방되며, 배기 가스의 질량 유동 중 일부를 터빈을 거쳐 전달한다. 감소된 질량 유동으로 인해, 상기 터빈은 적은 동력을 취하며 컴프레서 동력은 동일한 정도로 감소한다. 충전 압력과 터빈 휠 및 컴프레서 휠의 회전 속도가 감소한다. 그러나, 이러한 제어는 회전 부품의 회전 속도가 초과될 때 압력 상승이 시간 지연되어 발생하기 때문에 비교적 느린 반응이다. 이러한 이유로, 초기 시점에 충전 압력을 상응하게 감소시킴으로써 충진 압력의 모니터링을 갖는 터보차저의 회전 속도 제어가 높은 동적 범위(부하 변화)에서 일어나야만 하며, 이는 효율 손실을 초래한다.
본 출원의 우선일 전에 공개되지 않은 독일 특허 출원 제10 2004 052 695.8호는 터보 샤프트의 회전 속도를 직접 측정하기 위해 터보 샤프트의 컴프레서측 단부에 센서를 구비한 배기 가스 터보차저를 개시하고 있다. 여기서 센서는 컴프레서 하우징을 통해 안내되고 자기장 변화 부재로 지향된다. 센서가 컴프레서 하우징에 통합되면, 밀봉 문제가 발생되며, 이는 배기 가스 터보차저의 높은 열부하로 인해 배기 가스 터보차저의 구성에 대한 고가의 개입을 통해서만 극복될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 회전 부품(터빈 휠, 컴프레서 휠, 터보 샤프트)의 회전 속도를 쉽고 비용 효율적이며 기존의 배기 가스 터보차저의 설계에 대한 현저한 구조적 간섭없이 감지할 수 있는, 배기 가스 터보차저의 회전 속도 측정 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따르면 독립항 제1항의 특징에 의해 달성된다.
회전 부품의 회전에 의해 발생한 자기장의 변화를 감지하기 위한 센서가 액츄에이터 하우징 내에 또는 상에, 또는 액츄에이터 커버 내에 또는 상에 배치되면, 회전 부품의 회전 속도도 또한 액츄에이터로 감지될 수 있다. 별도의 회전 속도 센서가 필요하지 않아, 전기 라인 및 하우징 부품의 면에서 절약된다. 액츄에이터 하우징 내에 또는 상에, 또는 액츄에이터 커버 내에 또는 상에 배치되는 센서는 그것의 신호를 액츄에이터에 직접 전달하며, 이와 관련해서 상기 신호는 외부로부터 입력되는 전자기 펄스에 의해 액츄에이터에서 교란될 수 없다. 센서에 의해 생성된 신호는 회전 부품의 회전 속도가 초과되는 것을 방지하기 위해 웨이스트 게이트 밸브를 매우 신속하면서도 정밀하게 제어하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 배기 가스 터보차저는 항상 그것의 회전 속도 한계치에 매우 근접하게 작동될 수 있으며, 결과적으로 최적 효율이 달성된다.
일 태양에서는, 웨이스트 게이트 밸브를 작동시키기 위한 부재를 제어하기 위한 전자 소자 및 센서 신호를 평가하는 전자 소자가 배치되는 인쇄 회로 기판이 액츄에이터 하우징에 배치된다. 웨이스트 게이트 밸브를 작동시키기 위한 부재를 제어하기 위한 전자 소자 및 센서 신호를 평가하는 전자 소자 모두가 단일 인쇄 회로 기판에 배치되면, 센서 신호는 직접 웨이스트 게이트 밸브를 제어하는 데 사용될 수 있다. 전기 전도체, 납땜 지점 및 플러그가 불필요하기 때문에, 전체 시스템이 간섭에 대해 덜 민감해지며, 액츄에이터 하우징에 의한 전자 소자의 전자기파 차단에 의해, 전자기적으로 유도된 간섭에 대해 시스템이 보호된다. 짧은 신호 전송 시간 또한 시스템의 신뢰성 있는 기능을 야기한다.
또 다른 태양에서는, 센서는 홀 센서 부재(Hall sensor element)를 구비한다. 홀 센서 부재는 자기장의 변화를 감지하는 데 매우 적합하며, 따라서 회전 속도 감지에 사용하기에 매우 적합하다. 홀 센서 부재는 아주 저비용으로 구매가능하며, 대략 160℃까지의 온도에서도 사용될 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 센서 부재는 자기 저항(magnetoresistive)(MR) 센서 부재로서 구현된다. MR 센서 부재는, 자기장의 변화를 감지하는 데 매우 적합하며, 저비용으로 구매 가능하다.
또 다른 대안적인 실시예에서는, 센서는 유도 센서 부재를 구비한다. 유도 센서 부재 역시 자기장의 변화를 감지하는 데 매우 적합하며, 비교적 고온에서 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서는, 액츄에이터 하우징 및/또는 액츄에이터 커버는 알루미늄으로 형성된다. 알루미늄은 견고하고 가벼우며 전자기파를 우수하게 차단한다. 더욱이, 그것은 자기장을 만족스럽게 투과시키며, 결과적으로 자기장 변화 부재에 의해 생성된 자기장의 변화가 심지어 센서가 액츄에이터 하우징 또는 액츄에이터 커버 내에 배치되어도 만족스럽게 감지될 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 액츄에이터 하우징 및/또는 액츄에이터 커버가 플라스틱으로 형성된다. 플라스틱은 매우 저가이며 그의 안정성과 경량성 면에서 유리하게 사용될 수 있다. 플라스틱으로 형성된 액츄에이터 하우징 및/또는 플라스틱으로 형성된 액츄에이터 커버는 외부의 전자기 영향을 우수하게 차단하는 효과를 달성하기 위해 금속으로 커버될 수 있다. 금속으로 커버된 플라스틱 하우징 및/또는 금속으로 커버된 플라스틱 커버는 또한 만족스럽게 자기장을 투과시킨다. 예를 들면, 플라스틱을 증기 코팅(vapor-coating)함으로써, 금속 코팅이 구비될 수 있다. 외부의 전자기 영향을 차단하는 효과를 달성하기 위해 제조 중 금속 입자를 플라스틱에 첨가하는 것도 또한 생각할 수 있다.
본 발명의 실시예들이 도면에 예시적으로 도시되어 있다.
도 1은 종래의 배기 가스 터보차저를 도시한 도면이다.
도 2는 콤프레서의 부분 단면도이다.
도 3은 웨이스트 게이트 액츄에이터를 구비한 배기 가스 터보차저를 도시한 도면이다.
도 4는 액츄에이터 하우징 및 액츄에이터 커버를 구비한 웨이스트 게이트 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 5는 웨이스트 게이트 액츄에이터를 한 번 더 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 웨이스트 게이트 액츄에이터를 도시한 도면이다.
도 7은 웨이스트 게이트 액츄에이터를 재도시한 도면이다.
도 8은 엑츄에이터 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 9는 센서의 구성 예를 도시한 도면이다.
도 10은 센서의 상이한 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 인쇄 회로 기판을 구비한 개방된 액츄에이터 하우징을 도시한 도면이다.
도 1은 터빈(2)과 컴프레서(3)를 구비한 종래의 배기 가스 터보차저(1)를 도시한다. 컴프레서 휠(9)는 컴프레서(3)에 회전가능하게 장착되고 터보 샤프트(5)에 연결된다. 터보 샤프트(5)도 또한 회전가능하게 장착되고, 그것의 타 단부에서는 터빈 휠(4)에 연결된다. 컴프레서 휠(9), 터보 샤프트(5) 및 터빈 휠(4)의 조합은 또한 이동 부품으로도 지칭된다. 고온의 배기 가스는 내연 기관(미도시)으로부터 터빈 입구(7)를 통하여 터빈(2)으로 유입되고, 이러한 경우 터빈 휠(4)은 회전하도록 구성된다. 배기 가스 유동은 터빈 출구(8)를 통해 터빈(2)을 떠난다. 터빈 휠(4)은 터보 샤프트(5)를 통하여 컴프레서 휠(9)에 연결된다. 따라서, 터빈(2)은 컴프레서(3)를 구동한다. 컴프레서(3)에서, 공기는 공기 입구(17)를 통해 흡입되어 컴프레서(3)에서 압축되어서 공기 출구(6)를 통해 내연 기관으로 공급된다.
도 2는 컴프레서(3)를 부분 단면도로 도시한다. 컴프레서 휠(9)은 절개된 컴프레서 하우징(21)에서 볼 수 있다. 컴프레서 휠(9)은 터보 샤프트(5)의 부착 부재(11)에 부착된다. 부착 부재(11)는 예를 들면 터보 샤프트(5)에 구비된 나사부에 나사 체결되는 캡 너트일 수 있으며, 이러한 캡 너트는 터보 샤프트(5)의 칼라에 대해 컴프레서 휠(9)을 인장시키는 데 사용된다. 자기장 변화 부재(12)가 부착 부재(11)와 컴프레서 휠(9) 사이에 위치한다. 여기서 자기장 변화 부재(12)는 자석(13) 및 홀딩 수단(14)으로부터 자기장을 변화시키도록 구성된다. 자기장 변화 부재(12)는 부착 부재(11)에 의해 컴프레서 휠(9)에 가압되고, 터보 샤프트(5)의 회전 중 자기장 변화 부재(12)는 터보 샤프트(5)의 회전 축을 중심으로 회전한다. 그렇게 함으로써, 자기장 변화 부재(12)는 센서 부재(16)의 자기장 세기의 변화 또는 자기장 구배의 변화를 유발한다. 센서 부재(16)는 센서(15)에 통합되며, 센서(15)는 다음의 도면들에서 더욱 상세히 설명된다. 자기장 또는 자기장 구배의 변화는 센서 부재(16)에 전자적으로 처리가능한 신호를 발생시키며, 이러한 신호는 터보 샤프트(5)의 회전 속도에 비례한다.
도 3은 배기 가스 터보차저(1)의 컴프레서(3)를 도시한다. 자기장 변화 부재를 구비한 터보 샤프트(5)를 컴프레서(3)의 공기 입구(17)에서 볼 수 있다. 자기장 변화 부재(12)는 예를 들면 터보 샤프트(5)에 배치되는 막대 자석일 수 있다. 그러 나, 자기장을 주기적으로 수집하여 그것을 터보 샤프트(5)에 배치되게 분산시키는 부재를 또한 생각할 수 있으며, 이러한 경우 수집 및 분산은 터보 샤프트(5)의 회전에 의해 유발된다. 이어서, 예를 들면 센서(15)에 배치된 막대 자석에 의해 자기장의 발생이 수행된다. 여기서 센서(15)는 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)의 하우징(18)에 배치된다. 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)는 터보 샤프트(5)의 회전 속도가 과도하게 높으면 웨이스트 게이트 밸브를 개방하고, 따라서 모든 회전 부품[터빈 휠(4), 터보 샤프트(5), 및 컴프레서 휠(9)]이 센서(15)에 의해 감지된다. 충분히 강한 자석(13)이 사용될 때, 컴프레서 하우징(21)이 예를 들면 플라스틱이나 알루미늄으로 형성되면, 자기장은 컴프레서 하우징(21)을 투과할 수 있다. 자석(13)에 의해 발생된 자기장은 센서(15) 및 그 센서에 포함된 센서 부재(16)에 의해 감지되고, 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)에 또한 통합된 전자 평가 시스템에 제공된다. 또한, 도 3은 컴프레서(3)의 공기 출구(6)를 도시한다.
도 4는 액츄에이터 하우징(18)과 액츄에이터 커버(19)를 구비한 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)를 도시한다. 회전 부품들의 회전에 의해 발생한 자기장의 변화를 감지하기 위한 센서(15)가 액츄에이터 하우징(18) 또는 액츄에이터 커버(19)에 배치될 수 있다.
도 5도 또한 액츄에이터 하우징(18)과 액츄에이터 커버(19)를 구비한 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)를 도시한다. 여기서는 회전 부품들의 회전 속도를 감지하기 위한 센서(15)가 액츄에이터 하우징(18)에 배치된다.
도 6은 도 5의 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)를 도시하며, 여기서는 회전 부품들의 회전을 감지하기 위한 센서(15)가 액츄에이터 커버(19)에 배치된다.
웨이스트 게이트 액츄에이터(14)는 또한 도 7에 도시되어 있다. 여기서는, 웨이스트 게이트 밸브를 구동하는 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)의 전기 모터(10)용 리셉터클을 예를 들면 액츄에이터 커버(19)에서 볼 수 있다. 도 7에서, 회전 부품들의 회전 속도를 감지하기 위한 센서(15)가 액츄에이터 하우징(18)에 다시 배치된다.
도 8은 액츄에이터 하우징(18)의 내부를 도시한다. 전자 소자(23)가 설치된 인쇄 회로 기판(20)을 볼 수 있다. 이러한 전자 소자(23)는 웨이스트 게이트 밸브를 제어하는 데 사용된다. 또한, 센서 부재(16)로부터의 신호를 평가하는 데 필요한 전자 소자(23)를 수용하는 역할을 하는 영역(22)이 인쇄 회로 기판(20)에 형성된다. 따라서, 웨이스트 게이트 밸브를 제어하기 위한 전자 소자(23) 및 센서 부재(16)에 의해 발생한 신호를 평가하는 전자 소자(23) 모두는 인쇄 회로 기판(20)에 통합된다. 이러한 양 기능을 위한 전자 소자의 공간적으로 밀집된 통합은 특히 간섭 저항 시스템(interference-resistant system)으로 귀결된다.
도 9는 센서(15)의 구성의 일례를 도시한다. 센서(15)는 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)에 배치되며, 상기 센서(15)는 센서 부재(16) 뿐만 아니라 북극 N 및 남극 S를 구비하는 영구 자석(13)을 포함하며, 이러한 센서는 예를 들면 홀 센서(Hall sensor) 또는 자기 저항 센서(magnetoresistive sensor)로서 구현될 수 있다. 센서 부재(16)는 전기 전도체(24)에 의하여 도 8에 도시된 전자 소자(23)에 연결된다.
도 10은 또한 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)에 구비되는 센서(15)를 도시한다. 도 10에 따르면, 유도 센서 부재(inductive sensor element)로서 구현되는 센서 부재(16)가 센서(15)에 배치된다. 유도 센서 부재는 일반적으로 아이언 코어(iron core) 및 그에 배치되는 코일을 포함한다. 센서 부재(16)를 전자 소자(23)에 연결하는 전기 전도체(24)도 여기서 다시 볼 수 있다.
도 11은, 웨이스트 게이트 액츄에이터용 전자 소자(23)와 영역(22)에서 센서(15)용 전자 소자를 수용하는, 인쇄 회로 기판(20)을 구비한, 개방된 액츄에이터 하우징(18)을 도시한다. 여기서는 센서 부재(16)는 액츄에이터 하우징(18)에 배치되며, 이때 액츄에이터 하우징(18)은 자기력선을 차단하지 않는 재료로 형성된다. 이러한 재료는 예를 들면 알루미늄 또는 플라스틱일 수 있다. 터보차저의 회전 속도 감지용 센서(15)를 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)에 통합하는 것은 센서(15)를 터보차저(1)에 별도로 배치하는 것에 비해 여러 이점을 제공한다. 센서(15)를 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)에 통합하는 것은 재료 면에서 절약되며, 또한 전자 소자가 인쇄 회로 기판(20)에 통합될 수 있으므로 시스템이 전체적으로 더욱 기능적으로 신뢰될 수 있으며, 전체 회로 및 센서 부재(16)가 한 하우징에 수용될 수 있어, 외부 전자기 간섭이 더 이상 시스템에 어떠한 영향도 주지 못하게 된다.
액츄에이터 하우징(18) 내에 또는 상에, 또는 액츄에이터 커버(19) 내에 또는 상에 센서(15)를 배치하는 것의 또 다른 이점은 상기 지점에 우세한 온도이다. 배기 가스 터보차저(1)는 높은 열부하를 받는 구성 부재로서, 1000℃까지의 온도가 그에 형성된다. 예를 들면 홀 센서 또는 자기 저항 센서와 같은 공지된 센서 부재 들(19)은 이러한 온도를 측정하는 데 사용될 수 없다. 상당히 낮은 온도 부하가 액츄에이터 하우징(18) 내에 또는 상에, 또는 액츄에이터 커버 내에 또는 상에 발생한다. 그럼에도 불구하고, 자기장은 회전 부품들의 회전 속도의 측정치를 얻는 데 충분하다. 전술한 배치가 액츄에이터 하우징(18) 내의 또는 상의, 또는 액츄에이터 커버(19) 내의 또는 상의 저온 영역에 있기 때문에, 저비용으로 구매 가능한 센서 부재(16)가 사용될 수 있다. 비교적 낮은 온도 부하로 인해, 센서 부재(16)의 온도 안정성에 대해 현저히 엄격한 요건이 부과될 필요가 없다.

Claims (7)

  1. 액츄에이터 하우징(18) 및 액츄에이터 커버(19)를 포함하는 배기 가스 터보차저(1)용 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)로서, 웨이스트 게이트 밸브를 작동시키기 위한 부재 및 상기 웨이스트 게이트 밸브를 작동시키기 위한 부재를 제어하기 위한 전자 소자(23)가 상기 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)에 배치되는 웨이스트 게이트 액츄에이터(14)에 있어서,
    회전 부품의 회전에 의해 생성되는 자기장의 변화를 감지하기 위한 센서(15)가 액츄에이터 하우징(18) 내에 또는 상에, 또는 액츄에이터 커버(19) 내에 또는 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    웨이스트 게이트 밸브를 작동시키기 위한 부재를 제어하기 위한 전자 소자(23), 및 센서 신호를 평가하기 위한 전자 소자(23)가 배치되는 인쇄 회로 기판(20)이 액츄에이터 하우징(18)에 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 액츄에이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    센서(15)는 자기 저항 센서 부재(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 액츄에이터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    센서(15)는 홀 센서 부재(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 액츄에이터.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    센서(15)는 유도 센서 부재(16)를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 액츄에이터.
  6. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    액츄에이터 하우징(18) 및/또는 액츄에이터 커버(19)는 알루미늄으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 액츄에이터.
  7. 선행하는 항들 중 어느 한 항에 있어서,
    액츄에이터 하우징(18) 및/또는 액츄에이터 커버(19)는 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이스트 게이트 액츄에이터.
KR1020097006165A 2006-08-30 2007-08-28 배기 가스 터보차저용 웨이스트 게이트 액츄에이터 KR101411798B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006040667.2 2006-08-30
DE102006040667A DE102006040667B3 (de) 2006-08-30 2006-08-30 Waste-Gate-Aktuator für einen Abgasturbolader
PCT/EP2007/058903 WO2008025754A1 (de) 2006-08-30 2007-08-28 Waste-gate-aktuator für einen abgasturbolader

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090057054A true KR20090057054A (ko) 2009-06-03
KR101411798B1 KR101411798B1 (ko) 2014-06-24

Family

ID=38799376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097006165A KR101411798B1 (ko) 2006-08-30 2007-08-28 배기 가스 터보차저용 웨이스트 게이트 액츄에이터

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8109089B2 (ko)
EP (1) EP2059662B1 (ko)
JP (1) JP5032578B2 (ko)
KR (1) KR101411798B1 (ko)
CN (1) CN101506500B (ko)
DE (2) DE102006040667B3 (ko)
WO (1) WO2008025754A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101150884B1 (ko) * 2009-12-29 2012-05-29 캄텍주식회사 차량용 액추에이터
KR102009272B1 (ko) * 2018-05-31 2019-08-09 현대위아 주식회사 웨이스트 게이트 터보차저 밸브 제어방법
KR20210077819A (ko) 2019-12-17 2021-06-28 현대위아 주식회사 차량용 터보차저의 센싱 장치

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009027853A1 (de) 2009-07-21 2011-01-27 Zf Friedrichshafen Ag Drehzahlsensor
DE102009053830A1 (de) * 2009-11-18 2011-05-19 Mahle International Gmbh Stellvorrichtung, Brennkraftmaschine und Verwendung
JP5765855B2 (ja) * 2012-08-02 2015-08-19 ヤンマー株式会社 回転速度検出装置
CN103628975A (zh) * 2012-08-21 2014-03-12 株式会社万都 用于可变几何涡轮增压器的电致动器
US9188058B2 (en) 2012-10-17 2015-11-17 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling a turbocharger arrangement with an electric actuator and spring
JP5915510B2 (ja) * 2012-12-07 2016-05-11 トヨタ自動車株式会社 ターボチャージャの製造方法
US9151217B2 (en) * 2012-12-21 2015-10-06 Ford Global Technologies, Llc Twin turbocharger wastegate control
US9243553B2 (en) * 2013-05-16 2016-01-26 Ford Global Technologies, Llc Electric waste gate control system sensor calibration with end-stop detection
US9273597B2 (en) * 2013-05-16 2016-03-01 Ford Global Technologies, Llc Method and system for operating an engine turbocharger waste gate
US9243552B2 (en) 2013-06-10 2016-01-26 Ford Global Technologies, Llc Method for determining wastegate valve lift
JP6233455B1 (ja) 2016-06-09 2017-11-22 愛知製鋼株式会社 回転機
US10060380B2 (en) * 2016-06-21 2018-08-28 Denso International America, Inc. Inter-connect circuit device for vehicle fuel delivery system
JP6068735B1 (ja) * 2016-07-14 2017-01-25 株式会社小松製作所 油圧サーボ装置及びターボ過給機
JP6840970B2 (ja) * 2016-09-21 2021-03-10 日立金属株式会社 回転速度検出装置付きターボチャージャ
JP6926502B2 (ja) * 2017-02-10 2021-08-25 日立金属株式会社 ターボ用回転センサ及びターボチャージャ
DE102017203321A1 (de) * 2017-03-01 2018-09-06 Audi Ag Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen
WO2018191225A1 (en) * 2017-04-11 2018-10-18 Borgwarner Inc. Turbocharger, vibration detection assembly, and method of using same
US11452198B2 (en) * 2019-07-25 2022-09-20 Borgwarner, Inc. Thermally insulated printed circuit board
DE102020207638A1 (de) * 2020-06-19 2021-12-23 Mahle International Gmbh Abgasturbolader-Anordnung mit einem Abgasturbolader und mit einem Aktuator

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6022726B2 (ja) * 1978-06-13 1985-06-04 株式会社ボッシュオートモーティブ システム 変位検出器
US4817387A (en) * 1986-10-27 1989-04-04 Hamilton C. Forman, Trustee Turbocharger/supercharger control device
JPH01100318A (ja) * 1987-10-09 1989-04-18 Isuzu Motors Ltd 回転電機付ターボチャージャの制御装置
GB9020474D0 (en) * 1990-09-19 1990-10-31 Hmd Seal Less Pumps Ltd Apparatus for measuring the change of position of a rotor
US5269343A (en) * 1992-04-10 1993-12-14 Elkhart Brass Mfg. Co., Inc. Valve actuator
US5274328A (en) * 1992-07-20 1993-12-28 Magnetek Inc. Temperature compensation for magnetostrictive position detector
GB9323340D0 (en) * 1993-11-11 1994-01-05 Allied Signal Ltd Turbochargers for internal combustion engines
JPH10184844A (ja) * 1996-12-25 1998-07-14 Smc Corp 電動アクチュエータ
US6089019A (en) * 1999-01-15 2000-07-18 Borgwarner Inc. Turbocharger and EGR system
DE10047405A1 (de) * 2000-09-26 2002-04-11 Daimler Chrysler Ag Turbolader, insbesondere Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
US6480782B2 (en) * 2001-01-31 2002-11-12 Cummins, Inc. System for managing charge flow and EGR fraction in an internal combustion engine
JP3670618B2 (ja) * 2002-03-27 2005-07-13 株式会社日立製作所 電子制御アクチュエータ
DE10304551A1 (de) * 2003-02-04 2004-08-12 Mann + Hummel Gmbh Stellelement mit Lageerkennung
US6895751B1 (en) * 2004-03-08 2005-05-24 Christopher Greentree Vane control
DE102005010921A1 (de) * 2004-07-15 2006-02-09 Siemens Ag Abgasturbolader
DE102004052695A1 (de) 2004-10-29 2007-05-10 Siemens Ag Abgasturbolader
DE102004056211B4 (de) * 2004-11-22 2011-08-18 Siemens AG, 80333 Rotationslinearantrieb mit Gebereinrichtung
JP4205069B2 (ja) * 2005-03-04 2009-01-07 株式会社日立製作所 可変翼型タービンを備えた自動車用内燃機関の可変容量ターボチャージャ
DE102005045457B4 (de) * 2005-09-22 2014-10-02 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Drehzahlüberwachung einer Turbowelle
DE102006003599A1 (de) * 2006-01-25 2007-08-16 Siemens Ag Kompressorgehäuse für einen Abgasturbolader
JP4661668B2 (ja) * 2006-04-12 2011-03-30 株式会社デンソー バルブ開閉制御装置
US7536860B2 (en) * 2006-05-25 2009-05-26 Thermotion Corporation Thermo-magnetic actuator
GB2449274A (en) * 2007-05-15 2008-11-19 Thomas William Bach Passive impedance measurer
DE102007037215A1 (de) * 2007-08-07 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Stellorgan
JP2009123480A (ja) * 2007-11-14 2009-06-04 Panasonic Corp スイッチ及びこれを用いたスイッチ装置
DE102008003848A1 (de) * 2008-01-10 2009-07-16 Robert Bosch Gmbh Kunststoffgehäuse mit integrierter Steckerschnittstelle
DE102008018432A1 (de) * 2008-04-11 2009-10-15 Wabco Gmbh Positionsmesssystem
DE102008030005A1 (de) * 2008-06-24 2009-12-31 Mahle International Gmbh Aktuator
DE102008063793A1 (de) * 2008-12-17 2010-07-01 Smk Systeme Metall Kunststoff Gmbh & Co. Kg. Pneumatischer Steller

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101150884B1 (ko) * 2009-12-29 2012-05-29 캄텍주식회사 차량용 액추에이터
KR102009272B1 (ko) * 2018-05-31 2019-08-09 현대위아 주식회사 웨이스트 게이트 터보차저 밸브 제어방법
KR20210077819A (ko) 2019-12-17 2021-06-28 현대위아 주식회사 차량용 터보차저의 센싱 장치

Also Published As

Publication number Publication date
CN101506500A (zh) 2009-08-12
JP5032578B2 (ja) 2012-09-26
EP2059662A1 (de) 2009-05-20
KR101411798B1 (ko) 2014-06-24
WO2008025754A1 (de) 2008-03-06
DE102006040667B3 (de) 2008-01-10
US8109089B2 (en) 2012-02-07
CN101506500B (zh) 2012-07-04
US20100175375A1 (en) 2010-07-15
JP2010501787A (ja) 2010-01-21
DE502007007015D1 (de) 2011-06-01
EP2059662B1 (de) 2011-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101411798B1 (ko) 배기 가스 터보차저용 웨이스트 게이트 액츄에이터
US20070186551A1 (en) Exhaust-gas turbocharger
KR100923812B1 (ko) 배기가스 터보차저를 위한 압축기 케이싱
US20080115570A1 (en) Exhaust Gas Turbocharger
US7372253B2 (en) Magnetic field sensor for measuring the rotational speed of a turboshaft
US20080118377A1 (en) Exhaust Gas Turbo Charger
US7911201B2 (en) Active sensor element and method of determining the temperature of an active sensor element
JP2012132554A (ja) バルブ制御装置
JP2000045786A (ja) タ―ボ過給機の回転数検出装置
CN104514639A (zh) 电子节流装置
US7112958B2 (en) Rotational speed and position detector for supercharger
US20100026284A1 (en) Element for Generating a Magnetic Field
KR20140012735A (ko) 터보 압축기의 회전 속도를 측정하기 위한 방법 및 장치와 차량
JP5152261B2 (ja) バルブ制御装置
KR20210077819A (ko) 차량용 터보차저의 센싱 장치
KR20090069180A (ko) 자기장 발생 부재
EP2821620B1 (en) Turbocharger
JPS62194466A (ja) タ−ボチヤ−ジヤの回転検出装置
JP2017214871A (ja) ターボ過給機付エンジン
KR19980049674A (ko) 터보 차저의 과급압 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170608

Year of fee payment: 4