KR20120062967A - 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 최종 출력 기어의 유지력을 보조하기 위한 리턴 스프링과 최종 출력 기어의 회전각을 조절하는 스토퍼를 가져 최종 출력 기어가 일정한 위치를 유지하기 위한 전류 소모량을 절감할 수 있는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에어터에 있어서, 몸체와 커버에 의해 형성되는 설치공간이 내부에 형성되는 하우징과; 상기 설치공간 내에 설치되는 구동모터와; 상기 하우징의 외부에 설치되는 레버와 결합되어 상기 구동모터의 동력을 전달하도록 복수의 기어로 이루어진 기어열을 포함하는 감속장치와; 상기 기어열 중 상기 레버에 최종적으로 동력을 전달하기 위한 최종 출력 기어의 회전각을 유지하기 위해 상기 구동모터와 협력하는 탄성부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터가 제공된다.

Description

터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터{ELECTRIC WASTE GATE ACTUATOR FOR TURBOCHAGER}

본 발명은 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 최종 출력 기어의 유지력을 보조하기 위한 리턴 스프링과 최종 출력 기어의 회전각을 조절하는 스토퍼를 가져 최종 출력 기어가 일정한 위치를 유지하기 위한 전류 소모량을 절감할 수 있는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 내연 기관에서 발생하는 동력은 공기 질량 및 내연 기관에 공급 될 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 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 배기가스 터보차저에 의해, 또는 엔진에 의해 기계적으로 구동되는 컴프레서(Compressor)에 의해 연소공기를 사전 압축 (Precompression) 시키는 것을 말한다. 배기가스 터보차저는, 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 영향받게 되며, 내연 기관이 더욱 높은 전체 효율 레벨을 갖게 된다. 또한, 터보차저로 과급되는 내연기관의 토크 프로파일이 매우 바람직하게 형성될 수 있다.

차량 제조업체로부터의 시리즈 인덕션 모터(Series Induction Motor)는 배기가스 터보차저를 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 터보차저 자체가 추가의 소음기로서 작동하기 때문에 동일한 동력 레벨에서 일반적으로 흡기 엔진보다 조용하다.

큰 작동 회전 속도 범위를 갖는 내연 기관(예를 들어, 승용차용 내연 기관)에서, 높은 충전 압력은 낮은 엔진 회전속도에서 이미 요구된다. 이를 위해, 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve)로 언급되는 충전 압력제어 밸브가 이러한 터보차저에 도입된다. 대응하는 터빈 케이싱(Turbine Casing)을 선택함으로써, 낮은 엔진 회전속도에서도 높은 충전 압력이 형성된다. 웨이스트 게이트 밸브는 엔진의 회전 속도가 증가함에 따라 충전 압력을 일정치로 제한한다.

이러한 기능을 갖는 종래의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터는 최종 출력 기어를 회전 구동시키기 위한 동력이 모터의 구동력만으로 이루어지기 때문에, 최종 출력 기어가 일정한 위치를 유지하기 위한 전류 소모량이 많다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 최종 출력 기어가 일정한 위치를 유지하기 위한 전류 소모량을 절감할 수 있도록, 최종 출력 기어의 유지력을 보조하기 위한 리턴 스프링과 최종 출력 기어의 회전각을 조절하는 스토퍼를 가지는 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에어터에 있어서, 몸체와 커버에 의해 형성되는 설치공간이 내부에 형성되는 하우징과; 상기 설치공간 내에 설치되는 구동모터와; 상기 하우징의 외부에 설치되는 레버와 결합되어 상기 구동모터의 동력을 전달하도록 복수의 기어로 이루어진 기어열을 포함하는 감속장치와; 상기 기어열 중 상기 레버에 최종적으로 동력을 전달하기 위한 최종 출력 기어의 회전각을 유지하기 위해 상기 구동모터와 협력하는 탄성부재; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터가 제공된다.

상기 커버는, 상기 최종 출력 기어의 회전축이 삽입되는 삽입공과, 상기 삽입공의 주위에서 상기 탄성부재가 배치될 수 있도록 형성된 홈부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 탄성부재는 코일형 스프링이며, 상기 스프링의 일단은 상기 홈부의 일측에 마련된 오목부 내에 위치되고 상기 스프링의 타단은 상기 최종 출력 기어에 고정되어, 상기 최종 출력 기어의 회전시 복귀력을 발생시키는 것이 바람직하다.

상기 커버는 상기 최종 출력 기어의 회전축이 삽입되는 삽입공 주위의 배면에서 융기하는 스토퍼를 포함하며, 상기 최종 출력 기어는 돌출부를 포함하여, 상기 돌출부가 상기 스토퍼에 맞닿아 상기 최종 출력 기어의 회전이 규제되는 것이 바람직하다.

상기 하우징 내에는, 상기 최종 출력 기어의 회전축의 일단에 설치되는 자석과, 상기 자석의 하측의 설치공간에 설치되어 상기 자석의 플럭스(Flux) 변화로 상기 최종 출력 기어의 회전각을 측정하는 센서가 설치되며, 상기 설치공간 외부의 상기 하우징에는 ECU가 설치되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 최종 출력 기어의 유지력을 보조하기 위한 리턴 스프링과 최종 출력 기어의 회전각을 조절하는 스토퍼를 가지는 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터가 제공된다.

그에 따라 본 발명의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터에 의하면, 최종 출력 기어가 일정한 위치를 유지하기 위한 전류 소모량을 절감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터를 분해하여 보인 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터를 일부 절개하여 개략적으로 보인 단면도,
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터의 리턴 스프링이 배치된 커버의 배면을 보인 사시도,
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터의 최종 출력 기어가 배치된 커버의 배면을 보인 사시도이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터를 분해하여 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터를 일부 절개하여 개략적으로 보인 단면도이다. 그리고 도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터의 리턴 스프링이 배치된 커버의 배면을 보인 사시도, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터의 최종 출력 기어가 배치된 커버의 배면을 보인 사시도이다.

참고로, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터를 일부 절개함에 따라 상기 감속장치의 일부가 도시되지 않았음을 밝히는 바이다.

또한, 하기의 설명 내용에 있어서 도면 2를 참고하여 구성요소의 설치방향을 설명하였음을 밝힌다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터는, 내부에 설치공간(13)을 갖고 상기 설치공간(13)의 상부에 설치되는 감속장치(50)와 상기 감속장치(50)의 상단에 결합되게 외부에 설치되는 레버(70)와 상기 설치공간(13)의 하부에 설치되는 구동모터(30)를 포함하는 하우징(10)과, 상기 설치공간을 상부와 하부로 구분하는 차단판(20)과, 상기 하우징(10)의 외주에 설치되는 ECU(60)로 구성된다.

상기 하우징(10)은 내부에 상단이 개구된 설치공간(13)을 갖는 통형상의 몸체(12)와, 상기 몸체(12)의 개구된 상단을 폐쇄하는 커버(11)로 이루어진다. 상기 커버(11)는 판형상으로 일측에 삽입공(11a)이 형성된다.

상기 구동모터(30)는 상기 설치공간(13)의 하부에 설치되어, 회전력을 발생하는 장치이다. 도 1에서 설명되지 않은 부재번호 15는 커버(11)와 몸체(12) 사이에 개재되어 밀봉을 제공하기 위한 밀봉부재이다.

도 1 및 도 2에서는 최종 출력 기어(G) 및 그 회전축(S), 그리고 탄성부재로서의 리턴 스프링(55)만이 부재번호가 부여되어 있지만, 상기 감속장치(50)는 기어열을 이루는 다수개의 기어들과 상기 기어들의 축을 이루는 회전축들과 리턴 스프링(Return Sping; 55)으로 이루어진다. 그리고 상기 모터축(31)은 상기 설치공간(13)의 상부로 연장되어 상기 감속장치(50)의 기어들 중 하부에 위치하는 기어와 유기적으로 연결된다. 이렇게 상기 구동모터(31)와 연결되는 상기 감속장치는 상기 구동모터(30)에서 발생하는 토크(Torque)에 비해 상대적으로 큰 토크가 발생하게 되는 것이다. 한편, 상기 감속장치(50)는 상부에 위치된 회전축(S)이 상기 삽입공(11a)을 관통하여 외부로 노출되고, 노출된 회전축(S)의 상부는 레버(70)와 결합하여 회전력을 로드(71)를 통하여 터보차저(도시생략)에 전달하게 할 수 있다.

상기 차단판(20)은 모터 터미널(Motor Terminal; 23)과 플레이트(21)로 구분된다. 상기 모터 터미널(23)은 제1 관통공(23a)이 천공된 판형으로 상기 구동모터(30)의 상단에 밀접하게 설치되어 상기 구동모터(30)의 위치를 고정함과 동시에 상면으로 상기 플레이트(21)가 밀접하게 설치되도록 한다. 상기 플레이트(21)는 제2 관통공(21a)이 천공된 판형으로 상기 모터 터미널(23)의 상면에 밀접하게 설치된다. 상기 제1 관통공(23a)과 상기 제2 관통공(21a)은 수직으로 연결되게 형성되어 상기 구동모터(30)의 상단에 수직으로 돌출되게 형성되는 모터축(31)이 상기 제1 및 제2 관통공(23a, 21a)을 관통하여 상기 설치공간(13)의 상부로 연결되도록 한다. 이러한 상기 차단판(20)에 의해 상기 설치공간(13)은 상부와 하부로 구분된다.

또한, 상기 감속장치(50)의 최종 출력 기어(G)의 회전축(S)은 상기 차단판(20)의 일부를 관통하여 상기 설치공간(13)의 하부와 하단이 연결된다. 이렇게 상기 설치공간(13)의 하부와 연결된 상기 회전축(S)의 하단에는 자석(41)이 설치되고 상기 자석(41)의 하측으로 상기 설치공간(13)의 하부에는 센서(43)가 설치된다. 이와 같이 설치된 상기 자석(41)과 상기 센서(43)가 센서부(40)를 이룬다.

상기 센서(43)는 비접촉식으로 상기 자석(41)의 하측에 설치되어, 상기 자석(41)이 상기 회전축(S)을 따라 회전하며 발생하는 플럭스(Flux) 변화를 감지하여 회전각을 측정하는 것이다.

상기 ECU(60)는 전자제어장치로써, 상기 하우징(10)의 외주면 특히, 상기구동모터(30)의 일측으로 상기 센서(43)의 하측에 위치한다.

상술한 구성에 따라 상기 차단판(20)이 상기 설치공간(13)을 상부와 하부로 구분함에 따라, 상기 감속장치(50)를 상기 구동모터(30), 센서부(40) 및 ECU(60)와 차단하게 하여 상기 기어(G)가 마모되면서 발생하는 이물질 및 상기 기어(G)에 사용되는 그리스 등이 상기 구동모터(30), 센서부(40) 및 ECU(60)에 침투하여 고장 또는 성능을 저하하는 것을 예방하는 것이다. 또한, 상기 센서(43)가 비접촉식 구조를 이루어 구조적으로 상기 설치공간(13)의 공간적 제약을 줄임으로써, 상기 감속장치(50)에 포함된 회전축의 양단을 지지하기 쉽게 하였다. 즉, 상기 감속장치(50)의 회전축(S)은 상기 차단판(20)에 지지되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 ECU(60)가 상기 하우징(10)의 외주에 분리되게 설치되어 수분 유입시 상기 ECU(60)로 직접적인 수분유입이 외지 않게 하며, 상기 구동모터(30)에서 발생하는 브러시(Brush) 가루가 기어의 그리스와 엉겨붙는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 커버(11)의 배면에는 리턴 스프링(55)이 삽입되어 위치될 수 있는 대략 링형의 홈부가 형성되어 있다. 이 홈부는 삽입공(11a)의 주위에 형성된다. 홈부의 일측에는 오목부(11b)가 형성되고, 홈부 외측에는 커버 배면으로부터 융기하는 스토퍼(11c)가 형성된다.

리턴 스프링(55)의 일단(55a)은 오목부(11b) 내에 위치되어 리턴 스프링(55)이 자유롭게 회전하는 것을 방지하고, 리턴 스프링의 타단(55b)은 도 3b에 도시된 바와 같이 최종 출력 기어(G)에 형성된 고정부(Gb)에 고정된다. 그에 따라 최종 출력 기어(G)가 도 3b에서 볼 때 시계반대방향으로 회전하면 리턴 스프링(55)에 복원력이 발생한다.

최종 출력 기어(G)는 대략 반원형 혹은 부채꼴 형상을 가지는 돌출부(Ga)를가지며, 이 돌출부(Ga)가 스토퍼(11c)와 맞닿아 최종 출력 기어(G)의 회전이 규제될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따르면 최종 출력 기어(G)의 유지력을 보조할 수 있는 리턴 스프링(55)이 설치되어 있으므로, 모터의 구동력으로만 최종 출력 기어(G)의 회전각을 유지하는 것에 비해 모터의 전류 소모량을 절감할 수 있게 된다. 또한, 커버(11)의 배면에 형성된 스토퍼(11c)와 최종 출력 기어(G)의 돌출부(Ga)의 상호작용에 의해 리턴 스프링(55)의 탄성력으로 최종 출력 기어(G)가 불필요하게 선회하지 않아 최종 출력 기어의 회전각을 규제할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 하우징 11 : 커버
11b : 오목부 11c : 스토퍼
20 : 차단판 30 : 구동모터
40 : 센서부 50 : 감속장치
55: 리턴 스프링 55a : (리턴 스프링의) 일단
55b : (리턴 스프링의) 타단 60 : ECU
G : 최종 출력 기어 S : (최종 출력 기어의) 회전축

Claims (5)

1. 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에어터에 있어서,
   몸체와 커버에 의해 형성되는 설치공간이 내부에 형성되는 하우징과;
   상기 설치공간 내에 설치되는 구동모터와;
   상기 하우징의 외부에 설치되는 레버와 결합되어 상기 구동모터의 동력을 전달하도록 복수의 기어로 이루어진 기어열을 포함하는 감속장치와;
   상기 기어열 중 상기 레버에 최종적으로 동력을 전달하기 위한 최종 출력 기어의 회전각을 유지하기 위해 상기 구동모터와 협력하는 탄성부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 커버는, 상기 최종 출력 기어의 회전축이 삽입되는 삽입공과, 상기 삽입공의 주위에서 상기 탄성부재가 배치될 수 있도록 형성된 홈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 탄성부재는 코일형 스프링이며, 상기 스프링의 일단은 상기 홈부의 일측에 마련된 오목부 내에 위치되고 상기 스프링의 타단은 상기 최종 출력 기어에 고정되어, 상기 최종 출력 기어의 회전시 복귀력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 커버는 상기 최종 출력 기어의 회전축이 삽입되는 삽입공 주위의 배면에서 융기하는 스토퍼를 포함하며, 상기 최종 출력 기어는 돌출부를 포함하여, 상기 돌출부가 상기 스토퍼에 맞닿아 상기 최종 출력 기어의 회전이 규제되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 하우징 내에는, 상기 최종 출력 기어의 회전축의 일단에 설치되는 자석과, 상기 자석의 하측의 설치공간에 설치되어 상기 자석의 플럭스(Flux) 변화로 상기 최종 출력 기어의 회전각을 측정하는 센서가 설치되며,
   상기 설치공간 외부의 상기 하우징에는 ECU가 설치되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 전기식 웨이스트 게이트 엑츄에이터.

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