KR20150020571A - 액추에이터 로드 밀봉 시스템 - Google Patents

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KR20150020571A
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제이슨 더블유. 체칸스키
티모시 하우스
브라이언 에드워드 핸드론
다니엘 엔. 워드
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보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

터보차저는 터빈 휠 동력을 제어하기 위해, 액추에이터를 사용하여 웨이스트게이트 밸브 또는 VTG 베인 위치를 제어한다. 이러한 액추에이터의 구성요소들은 외래 액체, 고체, 및 파편에 노출될 때 손상되기 쉽다. 이러한 유입을 방지하기 위해, 액추에이터 샤프트의 부트 씰은 액추에이터 부트 내의 체적으로부터의 배기 및 흡기를 위한 굴곡형 경로를 액추에이터 시스템의 하나 이상의 경계면에 제공할 수 있다. 이러한 경로는 또한 액추에이터 성능 재료에 영향을 줄 수 있는 원하지 않은 액체, 고체, 및 파편의 유입을 방지할 수 있다. 일 배치에서, 굴곡형 통로가 부트 씰 홀더와 다른 액추에이터 구성요소 사이에 제공된다. 다른 배치에서, 굴곡형 통로가 액추에이터 샤프트와 부트 씰의 단부 부분 사이에 제공된다.

Description

액추에이터 로드 밀봉 시스템{ACTUATOR ROD SEALING SYSTEM}
구현예들은 전반적으로 터보차저에 관한 것으로, 특히 터보차저 내의 액추에이터 시스템에 관한 것이다.
터보차저는 일종의 강제 흡기 시스템이다. 터보차저는 자연 흡기 구성에서 가능한 것보다 더 큰 밀도로 공기를 엔진 흡기구에 전달하여, 더 많은 연료가 연소되게 하므로, 엔진 중량을 현저히 증가시키지 않으면서 엔진 마력을 증폭시킨다. 큰 물리적 크기의 자연 흡기 엔진을 대체하는 작은 터보차지 엔진은 질량을 감소시킬 것이며, 차량의 공기역학적 전방 면적을 감소시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 터보차저(10)는 엔진 배기 매니폴드로부터의 배기가스 유동을 사용하여, 터빈 하우징(14) 내에 위치하는 터빈 휠(12)을 구동한다. 배기가스가 터빈 휠(12)을 통과하고, 터빈 휠(12)이 배기가스로부터 에너지를 추출하면, 소모된 배기가스는 엑스듀서(exducer)를 통해 터빈 하우징(14)을 빠져나가고, 차량 다운파이프, 및 대개는 촉매 컨버터, 미립자 포집기, 및 NOx 포집기와 같은 후처리 장치들에 덕트를 통해 전달된다.
액추에이터 시스템이 터보차저 내에 사용될 수 있는 경우들이 많이 있다. 예컨대, 웨이스트게이트 터보차저에서, 터빈 볼류트는 바이패스 덕트에 의해 터빈 엑스듀서에 유체 연결된다. 바이패스 덕트를 통한 유동은 웨이스트게이트 밸브에 의해 제어된다. 바이패스 모드에서, 배기가스는 바이패스 덕트를 통해 흘러 터빈 휠(12)을 우회하고, 그에 따라 터빈 휠(12)에 동력을 공급하지 않는다. 웨이스트게이트를 작동시키기 위해서는, 구동력 또는 제어력이 터빈 하우징(14) 외부로부터 터빈 하우징(14) 내부의 웨이스트게이트 밸브로 전달되어야 한다. 이를 위해, 웨이스트게이트 피벗 샤프트(미도시)가 터빈 하우징(14)을 통해 연장되며, 액추에이터(18)에 의해 구동될 때 축(16)을 중심으로 회전한다.
터빈 하우징(14)의 외부에서, 액추에이터(18)는 액추에이터 샤프트(22) 및 링크 장치(23)를 통해 웨이스트게이트 암(20)에 연결된다. 액추에이터(18)는 액추에이터 브라켓(26)의 장착 플랜지(24)에 장착된다. 웨이스트게이트 암(20)은 웨이스트게이트 피벗 샤프트(미도시)에 연결된다. 터빈 하우징(14)의 내부에서, 웨이스트게이트 피벗 샤프트는 웨이스트게이트 밸브(미도시)에 연결된다. 액추에이터(18)로부터의 구동력은 웨이스트게이트 피벗 샤프트의 회전으로 전환되어, 터빈 하우징(14)의 내부에서 웨이스트게이트 밸브를 이동시켜서, 터빈 휠(14)로의 배기가스 유동을 우회시킨다.
공압 액추에이터는, 종종 다이어프램의 스프링측의 대기압을 수반하는, 주지의 스프링율을 가진 스프링에 의해 저항되는 다이어프램을 팽창시키는 (통상적으로 압력의 공급원에 따라 정압 또는 부압일 수 있는) 공기압에 의해 작동된다. 다이어프램(28)의 운동은 샤프트(22)의 연장부에 전달되어, 이후 웨이스트게이트 피벗 샤프트(미도시)에 부착된 웨이스트게이트 암(20)의 회전으로 전환되고, 이는 회전하여 웨이스트게이트 밸브(미도시)를 개방하거나 폐쇄한다. 웨이스트게이트 스프링(38)은 다이어프램(28)에 가해진 압력에 저항하며, 샤프트(22)를 휴지 위치(resting position)로 복귀시키기 위해 사용된다(웨이스트게이트 밸브는 폐쇄 위치에 있다).
엔진 제어 장치(ECU)에 의해 명령된 바와 같이, 공기압은 공기 연결구(air fitting)(40)를 통해 액추에이터(18)에 전달되어, 액추에이터(18)와 상부 캐니스터 쉘(34) 사이의 체적을 충진한다. 액추에이터(18)로의 유입 공기의 압력은 다이어프램(28)을 휴지 위치로부터 멀리 가압하므로, 스프링(38)에 의해 가해진 힘에 의해 저항된다. 전술한 바와 같이, 다이어프램(28)의 후방 체적이 증가하면, 다이어프램(28)은 액추에이터 샤프트(22)가 부착되어 있는 피스톤(42)의 변위를 통해 스프링(38)을 압축하도록 가압된다.
액추에이터(18)는 통상적으로 터빈 하우징(14) 인근에 위치한다. 터빈 하우징(14)은 상당한 온도 변화를 겪는다. 터빈 하우징(14)의 외부는 주변 공기 온도에 노출되는 반면, 볼류트 표면들은 엔진에서 사용된 연료에 따라 740℃ 내지 1050℃의 배기가스에 노출된다. 그러므로, 필수적으로, 액추에이터(18)는 정확하고 반복적이며 막힘 없는(non-jamming) 방식으로 터빈 휠(12)로의 유동을 제어하기 위해, 전술한 전환된 운동을 통해 웨이스트게이트를 제어할 수 있어야 한다.
그러나, 터빈 하우징(14)에 대한 웨이스트게이트 액추에이터(18)의 근접도는 다양한 효과가 있다. 열이 액추에이터 샤프트(22)에서 액추에이터 다이어프램(28)까지 전도에 의해 진행될 수 있다. 대부분의 액추에이터들이 장착되는 터빈 하우징(14)으로부터의 열은 액추에이터 샤프트(22)까지 및 거기에서 액추에이터 다이어프램(28)까지 뿐만 아니라, 기저 링(30); 하부 캐니스터(32); 및 상부 캐니스터(34)와 같은 액추에이터 캐니스터 구성요소들까지 방사상으로 전달될 수 있다. 후자의 구성요소들은 종종, 영향을 받는 구성요소들을 둘러싸는 액추에이터 열 실드(36)를 구비함으로써, 방사상 열 전달로부터 보호된다. 환상 간극(69)이 홀더(65)의 외경과 액추에이터 열 실드(43)의 내경 사이에 존재한다.
액추에이터 시스템은 또한 다른 유형의 터보차저들 내에 사용된다. 예컨대, 가변 형상 터보차저(VTG)에서, 액추에이터는 터빈 하우징 내에 설정된 베인의 각도를 제어하기 위해 사용되며, 이는 이후 터빈 동력을 제어한다. R2S(regulated two stage) 터보차저 구성에서, 액추에이터에 의해 구동된 밸브 또는 플랩은: 터빈 유동 및 배기가스 배압을 제어하기 위해; EGR 유동을 제어하기 위해; 과도 성능 또는 정상 상태 성능과 같은 엔진 요건에 적합하도록 대형 또는 소형 터보를 적용하기 위해; 및 동일한 시스템 내의 대형 및 소형 압축기단들의 흡입 용량(swallowing capacity)을 제어하기 위해 압축기 토출을 우회시키는 데에 사용되는 밸브를 제어하기 위해 사용된다.
터보차저는 엔진 블록의 외부에서 차량의 엔진실에 위치하며, 종종 (예컨대, 인라인 직선형 4기통 또는 6기통 엔진에서) 휠들에 인접하게 위치한다. 예컨대 트윈 터보 V자형 엔진의 몇몇 터보차저들은 엔진의 무게 중심을 가능한 한 낮게 유지하고 터보차저로의 배기 매니폴드를 가능한 한 짧게 만들기 위해 엔진실에 매우 낮게 위치한다. 이로써, 이러한 터보차저는 도로 유체들(예컨대, 물과 진흙) 및 재료들(예컨대, 모래 및 동결 방지 화합물)을 포함한 바람직하지 않은 물질들의 영향을 받게 된다.
이러한 원하지 않은 물질들 중 어느 것이든 다이어프램(28)이 액추에이터(18)의 외부 캐니스터 쉘들(32, 34) 또는 피스톤(42)과 접촉하는 영역에 들어가면, 다이어프램(28)의 재료가 부식될 것이고, 이는 결국 다이어프램(28) 및 그에 따른 액추에이터(18)의 고장을 초래할 것이다. 액추에이터(18)는 벨로우즈형 부트 씰(44)을 구비할 수 있는데, 이는 일 단에서 액추에이터 샤프트(22)에 부착되며, 그 액추에이터(18) 단부에서 홀더(46)에 부착된다. 부트 씰(44)의 벨로우즈 내의 복수의 콘볼류트들(convolutes)은 액추에이터 샤프트(18)의 임의의 병진 운동(팽창 또는 수축)이 부트 씰(44)의 붕괴 및 샤프트(22)와의 접촉이 아닌, 부트 씰(44)의 비교적 선형의 팽창 또는 수축만을 초래하도록 보장한다. 부트 씰(44)의 이러한 팽창 또는 수축은 부트 씰(44) 내의 공기 체적의 증가 또는 감소를 수반하고, 이러한 공기 체적의 변화는 부트 씰(44)의 폭발 또는 붕괴를 저지하기 위해 부트 씰(44)의 외부로 흡인되어야 한다.
통상적으로, 부트 씰(44)은 콘볼류트들 중 하나에 천공된 구멍을 통해, 부트 씰(44)과 샤프트(22) 사이의 개구를 통해, 또는 부트 씰(44)과 부트 씰(44) 장착부 사이의 개구를 통해 흡인할 수 있다. 일부 설계들은 액추에이터 캐니스터의 외부 요소들 사이 또는 하부 금속 캐니스터(32) 내의 구멍을 허용한다. 이러한 방법들 중 임의의 것이 다이어프램(28)에 유해할 수 있는 원하지 않은 유체 및/또는 파편의 유입을 가능하게 할 수 있고, 이는 액추에이터(18)의 성능에 영향을 줄 수 있다.
터보차지 엔진이 웨이스트게이트 터보차저, VTG, 또는 다른 터보차저의 성능면에서 변화를 요구할 때, 액추에이터는 위치를 변경한다(즉, 액추에이터 샤프트가 이동한다). 그 결과, 공압 액추에이터의 경우 액추에이터 다이어프램 아래의 공기 체적이 변화되거나, 액추에이터 부트의 공기 체적이 변화된다. 액추에이터 샤프트의 길이가 변화됨에 따라, 액추에이터 다이어프램 및 벨로우즈 아래의 체적 내에서 대기압에 가깝게 흡기를 유지해야 할 필요성에 부합하기 위해, 공기의 이동이 허용되어야 하지만, 액추에이터의 성능에 유해할 수 있는 원하지 않은 유체, 성분, 및/또는 파편의 이동은 허용되지 않아야 한다.
따라서, 이러한 문제점을 최소화할 수 있는 밀봉 시스템에 대한 필요성이 있다.
본원의 구현예들은 터보차저 내의 액추에이터 시스템을 위한 밀봉 시스템에 관한 것이다. 본원의 배치들은 공기의 유입 및 토출을 가능하게 할 수 있다. 본원의 배치들은 또한, 액추에이터의 성능에 영향을 주며 예상 수명을 감소시킬 수 있는 원하지 않은 물질, 성분, 및 파편의 유입을 방지할 수 있다. 이러한 목적은 액추에이터 시스템의 다양한 구성요소들 사이의 다양한 경계면들에 하나 이상의 굴곡형 유로를 구비함으로써 달성될 수 있다. 굴곡형 유로들은 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다.
본 발명은 유사한 도면부호들이 유사한 구성요소들을 나타내는 첨부 도면에 제한이 아닌 예로써 도시된다:
도 1은 통상적인 웨이스트게이트 터보차저의 도면이다.
도 2는 통상적인 액추에이터의 단면도이다.
도 3은 본원의 구현예들에 따라 구성되는, 부트 홀더 및 이웃한 액추에이터 구성요소들 사이에 형성된 경계면을 위한 밀봉 시스템의 단면도이다.
도 4는 본원의 구현예들에 따른 제1 굴곡형 유로 구성으로 구성된 부트 홀더의 단면도이다.
도 5는 본원의 구현예들에 따른 제2 굴곡형 유로 구성으로 구성된 부트 홀더의 단면도이다.
도 6은 본원의 구현예들에 따라 구성되는, 액추에이터 로드와 부트 씰 사이에 형성된 경계면을 위한 밀봉 시스템의 일 구현예의 단면도이다.
도 7은 본원의 구현예들에 따라 구성되는, 액추에이터 로드와 부트 씰 사이에 형성된 경계면을 위한 밀봉 시스템의 제2 구현예의 단면도이다.
도 8은 본원의 구현예들에 따라 구성되는, 액추에이터 로드와 부트 씰 사이에 형성된 경계면을 위한 밀봉 시스템의 제3 구현예의 단면도이다.
본원에 설명된 배치들은 터보차저 내의 액추에이터 시스템을 위한 밀봉 시스템에 관한 것이다. 상세한 구현예들이 본원에 개시된다; 그러나, 개시된 구현예들은 단지 예시의 목적이라는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본원에 개시된 특정한 구조적, 기능적 상세는 제한의 의도로 해석되는 것이 아니라, 당업자가 실제로 임의의 적절하게 상세화된 구조에서 본원의 양상들을 다양하게 채용하도록 교시하기 위한 대표적인 근거 및 청구범위를 위한 근거로만 해석되어야 한다. 게다가, 본원에 사용된 용어들 및 문구들은 제한의 의도가 아니라, 가능한 실시예들의 이해할 만한 설명을 제공하도록 의도된 것이다. 배치들이 도 3 내지 도 8에 도시되었지만, 구현예들은 도시된 구조 또는 응용에 제한되지 않는다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 액추에이터 부트 홀더(52) 및 이웃한 액추에이터 구성요소들 사이에 형성된 경계면(50)을 위한 밀봉 시스템의 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 구현예들이 이러한 실시예들 또는 임의의 특정한 배치에 제한되지 않음은 물론이다.
액추에이터 부트 홀더(52)는 플랜지부(54)를 포함할 수 있다. 플랜지부(54)는 액추에이터 대향면(56) 및 외주면(57)을 구비할 수 있다. 홀더(52)는 내주면(60)을 가진 중앙 보어(58)를 구비한다. 홀더는 연관된 종축(62)을 가진다. 홀더(52) 및 열 실드(36)는 예컨대 액추에이터 브라켓(26)의 장착 플랜지(24) 및 액추에이터(18)의 기저 링(30)과 같은 2개의 구성요소들 사이에 개재될 수 있다. 본원의 구현예들에 따르면, 굴곡형 유로가 경계면(50)에 제공될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "굴곡형(tortuous)"은 비직선형을 의미하며, 복수의 꼬임부들, 선회부들, 만곡부들, 절곡부들, 나선부들, 다른 비직선형 특징들, 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 굴곡형 유로는 홀더(52)의 플랜지부(54)에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다. 굴곡형 유로는 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 도 4는 유로가 홀더(52)의 플랜지부(54)의 액추에이터 대향면(56)에 형성된 하나 이상의 유동 채널(64)에 의해 한정될 수 있는 일 구현예를 도시한다. 유동 채널(64)은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 일례로, 도 4에 도시된 바와 같이, 유동 채널(64)은 대략 나선형 배치로 연장될 수 있다. 유동 채널(64)은 보어(58)로부터 플랜지부(54)의 외주면(57)으로 연장될 수 있다.
유동 채널(64)의 단면은 실질적으로 일정할 수 있거나, 그 길이를 따라 하나 이상의 위치에서 변화될 수 있다. 유동 채널(64)은 임의의 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 단 하나의 유동 채널(64)만이 도 4에 도시되어 있지만, 추가 유동 채널들이 제공될 수 있음은 물론이다. 이러한 추가 유동 채널들은 대략 나선형 배치를 가질 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 게다가, 이러한 추가 유동 채널은 서로 교차할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.
도 5는 굴곡형 유로가 하나 이상의 대략 원주방향 채널(66)에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있는 다른 구현예를 도시한다. 대략 원주방향 유동 채널들(66)은 홀더(52)의 플랜지부(54)의 액추에이터 대향면(56)에 형성될 수 있다. "대략 원주방향"은 채널들(66)이 축(예컨대, 축(62))을 중심으로 대략 구형, 원형, 타원형, 만곡형, 또는 원호형으로 연장되는 것을 의미한다. 원주방향 유동 채널들(66)은 부트 홀더(52)의 축(62)과 실질적으로 동심을 가질 수 있거나, 또는 원주방향 유동 채널들(66)은 부트 홀더(52)의 축(62)과 동심을 갖지 않을 수 있다.
복수의 원주방향 유동 채널들(66)이 제공될 때, 이들은 임의의 적절한 방식으로 분포할 수 있다. 예컨대, 원주방향 유동 채널들(66)은 실질적으로 균일하게 이격될 수 있다. 대안적으로, 원주방향 유동 채널들(66) 중 하나 이상은 균일하지 않게 이격될 수 있다. 경우에 따라, 원주방향 유동 채널들(66) 중 적어도 하나는 다른 원주방향 유동 채널들(66) 중 하나 이상과 교차하여, 그 사이의 유체 소통이 가능할 수 있다. 임의의 적절한 수량의 원주방향 유동 채널들(66)이 있을 수 있다.
굴곡형 유로는 또한 하나 이상의 대략 반경방향 유동 채널(68)을 포함할 수 있다. "대략 반경방향"은 유동 채널들(68)이, 축(62)에 실질적으로 반경방향으로 연장되는 것과 축(62)에 실질적으로 비반경방향으로 연장되는 것을 포함하여, 플랜지부(54)의 내주면(60)과 외주면(57) 사이에 임의의 일반적인 방향으로 연장되는 것을 의미한다. 대략 반경방향 유동 채널들(68)은 원주방향 유동 채널들(66) 사이의 유체 소통을 가능하게 할 수 있다. 반경방향 유동 채널들(68)은 또한 하나 이상의 원주방향 유동 채널(66)과 보어(58) 및/또는 외주면(57) 또는 주변 환경 사이의 유체 소통을 가능하게 할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 반경방향 유동 채널들(68)은 서로 오프셋되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 반경방향 유동 채널(68)은 다른 반경방향 유동 채널(68)과 정렬되지 않는다. 이러한 오프셋은 임의의 적절한 방식으로 제공될 수 있다.
마찬가지로 반경방향 유동 채널들(68)은 실질적으로 균일하게 이격될 수 있다. 대안적으로, 반경방향 유동 채널들(68) 중 하나 이상은 균일하지 않게 이격될 수 있다. 임의의 적절한 수량의 반경방향 유동 채널들(68)이 있을 수 있다.
유동 채널들(66, 68)의 단면적은 실질적으로 일정할 수 있다. 대안적으로, 유동 채널들(66, 68) 중 하나 이상의 단면적은 그 길이를 따라 하나 이상의 위치에서 변화될 수 있다. 유동 채널들(66, 68)은 임의의 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 원주방향 유동 채널들(66)은 서로 실질적으로 동일할 수 있거나, 또는 원주방향 유동 채널들(66) 중 적어도 하나는 다른 원주방향 유동 채널들(66)과 하나 이상의 측면에서 상이할 수 있다. 마찬가지로, 반경방향 유동 채널들(68)은 서로 실질적으로 동일할 수 있거나, 또는 반경방향 유동 채널들(68) 중 적어도 하나는 다른 반경방향 유동 채널들(68)과 하나 이상의 측면에서 상이할 수 있다.
유동 채널들(64, 66, 68)은 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 예컨대, 유동 채널들(64, 66, 68)은 플랜지부(54)에 형성된 홈들에 의해 한정될 수 있다. 이 홈들은 예컨대 기계 가공, 레이저 식각, 압인 가공, 및 사출 성형에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 유동 채널들(64, 66, 68)은 플랜지부(54)의 액추에이터 대향면(56)으로부터 돌출된 요소들에 의해 한정될 수 있다. 이 요소들은 홀더(52)와 함께 형성될 수 있거나, 또는 별개로 형성되어 임의의 적절한 방식으로 플랜지부(54)에 부착될 수 있다.
홀더(52)가 액추에이터 브라켓(26)의 플랜지(24) 및 액추에이터(18)의 기저 링(30)과 같은 다른 액추에이터 구성요소들 사이에 개재될 때, 전술한 채널들(64, 66, 68)은 홀더(52)의 액추에이터 대향면(56)에 인접한 다른 액추에이터 구성요소들과 협력하여 유동 통로들(70)을 한정할 수 있다. "인접한"은 직접적인 물리적 접촉 및/또는 그 사이의 약간의 간격을 포함한다. 홀더(52)의 외주면(57)과 액추에이터 열 실드(36)의 내주면 사이에 환상 간극(48)이 있을 수 있다.
전술한 배치들에 대한 대안으로 또는 추가로, 유동 통로들이 경계면(50)의 다른 구성요소들에 의해 적어도 부분적으로 한정될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 예컨대, 하나 이상의 유동 채널(70)이 액추에이터 열 실드(36)의 액추에이터 대향면(72)에 형성될 수 있다. 채널(72)은 전술한 구성들 중 임의의 것을 포함한 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 게다가, 홀더(52)의 보어(58) 내부로부터 굴곡형 유동 통로로 흡인을 제공하기 위해 홀더(52)에 구멍이 구비되는 한, 유동 채널들은 액추에이터의 기저 링(30), 열 실드(36), 플랜지(24), 또는 심지어 액추에이터 브라켓(26)과 같이 경계면(50)을 형성하는 다른 부품들에 제공될 수 있다.
도 3 내지 도 5와 관련하여 설명된 구현예들의 결과로, 액추에이터 부트(44) 내의 (액추에이터 로드의 연장 또는 수축에 따른) 가변 체적은 유동 채널들/통로들을 통해 압력 균등화될 수 있는 한편, 굴곡형 경로는 원하지 않은 잠재적으로 유해한 액체, 고체, 및 파편이 액추에이터(18) 및/또는 부트(44) 내로 유입되는 것(이는 액추에이터(18)의 성능 및 수명에 악영향을 준다)을 최소화할 수 있다.
본원의 구현예들은 터보차저의 액추에이터 시스템의 다른 경계면들과 관련하여 사용될 수 있다. 도 6 내지 도 8은 액추에이터 로드(82)와 부트 씰(84) 사이에 형성된 경계면(80)을 위한 밀봉 시스템들의 실시예들을 도시한다. 그러나, 구현예들이 이러한 실시예들 또는 임의의 특정한 배치에 제한되지 않음은 물론이다.
도 6을 참조하면, 부트 씰(84)은 벨로우즈부(86) 및 단부 부분(88)을 포함할 수 있다. 단부 부분(88)은 대략 관형일 수 있고, 내주면(90)을 구비할 수 있다. 액추에이터 로드(82)는, 단부 부분(88)의 내주면(90)이 액추에이터 로드(82)의 외주면(92)과 실질적으로 밀봉 결합되도록, 부트 씰(84)에 수용될 수 있다. 본원의 구현예들에 따르면, 단부 부분(88)의 내주면(90)에는 굴곡형 유로가 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 홈(94)이 단부 부분(88)의 내주면(90)에 형성될 수 있다. 홈(94)은 임의의 적절한 굴곡형 방식으로 단부 부분(88)의 길이의 적어도 일부를 따라 연장될 수 있다. 홈(94)은 부트 씰(84)의 단부(96)까지 연장될 수 있다. 홈(94)은 기계 가공 또는 주조와 같은 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.
홈(94)은 임의의 적절한 굴곡형 구성을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 홈(94)은 나선형 구성으로 형성될 수 있다. 그러나, 구현예들은 나선형 구성에 제한되지 않는다. 경우에 따라, 홈(94)은 원하지 않은 액체 및 고체의 이동을 더 어렵게 만들기 위해 지그재그형 구성을 가질 수 있다.
홈(94)의 단면적은 실질적으로 일정할 수 있거나, 그 길이를 따라 하나 이상의 위치에서 변화될 수 있다. 홈(94)은 임의의 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 게다가, 홈(94)은 직교류(cross-flow)형 배치를 형성하기 위해 단부 부분의 단부 인근에 선회부들을 가지고 대략 부트 씰(84)의 축의 방향으로 연장되는 복수의 부분들을 갖도록 구성될 수 있다. 단 하나의 연속적인 홈(94)만이 도 6에 도시되어 있지만, 추가 홈들이 제공될 수 있음은 물론이다. 이러한 추가 홈들은 대략 나선형 배치를 가질 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 게다가, 이러한 추가 홈들은 홈(94)과 교차할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.
부트 씰(84)이 액추에이터 로드(82)의 외주면(92) 주위에 제공될 때, 통로(97)가 홈(94)과 단부 부분(88)의 내주면(90) 사이에 한정될 수 있다. 홈(94) 및/또는 통로(97)는 그 단면적에 비해 긴 길이를 가질 수 있다. 따라서, 원하지 않은 액체, 고체, 또는 파편의 경로는 기다란 굴곡형이 되어, 이러한 물질들이 액추에이터 시스템의 주요 구성요소들에 도달하기 어렵게 만든다. 그러나, 홈(94) 및/또는 통로(97)를 따른 어느 방향으로든 공기 전달이 가능함은 물론이다.
도 7을 참조하면, 액추에이터 로드(82)와 부트 씰(84) 사이에 형성된 경계면(80)을 위한 밀봉 시스템의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이러한 배치에서, 액추에이터 로드(82)는 경계면(80)을 따라 굴곡형 경로를 형성하기 위해 굴곡형 윤곽을 가지고 구성될 수 있다. 일 구현예에서, 액추에이터 로드(82)의 외주면(92)은 수나사(98)를 가지고 구성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 수나사(98)는 액추에이터 로드(82)의 길이의 적어도 일부를 따라 실질적으로 나선형 방식으로 연장될 수 있다. 그러나, 구현예들은 나선형 구성에 제한되지 않는다. 수나사(98)는 액추에이터 로드(82)를 따라 실질적으로 연속적으로 연장될 수 있거나, 복수의 불연속 요소들에 의해 형성될 수 있다. 수나사(98)는 기계 가공과 같은 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.
수나사(98)는 임의의 적절한 방식으로 구성될 수 있다. 예컨대, 수나사(98)는 액추에이터 로드(82)의 외주면(92)에 형성된 홈들에 의해 한정될 수 있다. 이 경우, 나사부의 직경은 액추에이터 로드(82)의 비나사부(100)의 직경과 실질적으로 동일할 수 있다. 대안적으로, 수나사(98)는 액추에이터 로드(82)의 외주면(92)으로부터 외향 돌출되는 하나 이상의 요소(102)에 의해 한정될 수 있다. 이 경우, 나사부의 직경은 액추에이터 로드(82)의 비나사부(100)의 직경보다 클 수 있다. 단부 부분(88)의 내주면(90)에는 실질적으로 홈이 없을 수 있다. 단부 부분(88)의 내주면(90)의 직경은 액추에이터 로드(82)와 부트 씰(84) 사이의 결합을 용이하게 하기 위해 수나사(98)의 직경보다 약간 더 작을 수 있다.
부트 씰(84)이 액추에이터 로드(82)의 외주면(92) 주위에 구비될 때, 통로(104)는 수나사(98)와 단부 부분(88)의 내주면(90) 사이에 한정될 수 있다.
통로(104)의 단면적은 실질적으로 일정할 수 있거나, 그 길이를 따라 하나 이상의 위치에서 변화될 수 있다. 통로(104)는 임의의 적절한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 단 하나의 연속적인 통로(104)만이 도 6에 도시되어 있지만, 추가 통로들이 제공될 수 있음은 물론이다. 이러한 추가 통로들은 대략 나선형 배치를 가질 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 게다가, 이러한 추가 통로는 통로(104)와 교차할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.
통로(104)는 그 단면적에 비해 긴 길이를 가진다. 그러므로, 원하지 않은 액체, 고체, 또는 파편의 경로는 기다란 굴곡형이 되어, 이러한 물질들이 액추에이터 시스템의 주요 구성요소들에 도달하기 어렵게 만든다. 그러나, 통로(104)를 따른 어느 방향으로든 공기 전달이 가능함은 물론이다.
도 8을 참조하면, 액추에이터 로드(82)와 부트 씰(84) 사이에 형성된 경계면(80)을 위한 밀봉 시스템의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이러한 배치에서, 커버 부재(110)가 구비될 수 있다. 전술한 굴곡형 경로들 중 임의의 것과 같은 굴곡형 경로가 액추에이터 로드(82)와 부트 씰(84)의 단부 부분(88) 사이의 경계면에 구비될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.
커버 부재(110)는 임의의 적절한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 커버 부재(110)는 액추에이터 로드(82)의 외주면(92)과 실질적으로 대응하여 결합되도록 크기결정된 보어를 포함할 수 있다. 커버 부재(110)는 또한 대략 오목한 방식으로 형상화된 플랜지부(112)를 포함할 수 있다. 커버 부재(110)는 플라스틱 또는 다른 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 커버 부재(110)는 강성, 반강성, 또는 가요성일 수 있다. 커버 부재(110)는 사출 성형과 같은 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다.
커버 부재(110)는 액추에이터 로드(82)와 부트 씰(84)의 단부 부분(88) 사이의 경계면(80) 중 적어도 일부를 덮을 수 있다. 따라서, 경계면(80) 중 적어도 일부는 커버 부재(110)의 플랜지부(112)에 수용될 수 있다.
굴곡형 유로(113)가 부트 씰(84)의 단부(96) 뿐만 아니라 단부 부분(88)의 외주면(116)과 커버 부재(110)의 액추에이터 대향면(114) 사이에 형성될 수 있음은 물론이다. 이러한 굴곡형 유로(113)는 원하지 않은 액체, 고체, 및 파편의 유입을 방지하는 한편, 체적(108) 내외부로의 공기의 이동을 가능하게 한다. 커버 부재(110)는 또한 경계면(80) 상의 보호구(umbrella) 역할을 할 수 있다.
몇몇 구현예들에서, 액추에이터 부트(84)의 벨로우즈부(86) 내의 체적(108)과 부트 씰(84)의 단부 부분(88) 사이의 유체 소통을 가능하게 하기 위해 하나 이상의 유로가 구비될 수 있다. 이를 위해, 하나 이상의 유동 채널이 부트 씰(84)의 단부 부분(88) 및/또는 액추에이터 로드(82)의 외주면(92)에 형성될 수 있다. 일례로, 도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 유동 채널(99)이 부트 씰(84)에 형성될 수 있다. 유동 채널(99)은 임의의 적절한 크기, 형상, 및/또는 구성을 가질 수 있다. 일 구현예에서, 유동 채널(99)은 실질적으로 직선형일 수 있다. 다른 구현예에서, 유동 채널(99) 중 적어도 일부는 비직선형일 수 있다. 유동 채널(99)은 부트 씰(84)의 단부 부분(88)의 내주면(90)에 개방될 수 있다. 그러나, 다른 경우에, 유동 채널(90)은 내주면(90)에 개방되지 않을 수 있다.
도 8은 하나의 유동 채널(99)을 도시하고 있지만, 구현예들이 이러한 배치에 제한되지 않음은 물론이다. 실제로, 경우에 따라, 복수의 유동 채널들이 있을 수 있다. 이 경우, 유동 채널들은 서로 실질적으로 동일할 수 있거나, 유동 채널들 중 적어도 하나는 다른 유동 채널들과 하나 이상의 측면에서 상이할 수 있다. 게다가, 복수의 유동 채널들은 실질적으로 균일하게 이격될 수 있거나, 또는 복수의 유동 채널들은 균일하지 않게 이격될 수 있다. 도 3 내지 도 8과 관련하여 전술한 구현예들의 임의의 조합이 실시될 수 있음은 물론이다. 아울러, 본원의 구현예들이 공압, 전자, 딩 유압, 및 진공 액추에이터들을 포함한 임의의 유형의 액추에이터 시스템과 관련하여 사용될 수 있음은 물론이다. 또한, 앞서 주목한 바와 같이, 본원의 배치들은 액추에이터 시스템 내의 다른 경계면들과 관련하여 사용될 수 있고, 구현예들은 전술한 배치들에 제한되지 않는다. 일례로, 도 3 내지 도 8에 도시된 구현예들은 또한 부트 씰의 반대편 단부에(즉, 부트 씰과 홀더 사이의 경계면에) 적용될 수 있다.
본원에 사용된 "부정관사(a, an)"는 1개, 또는 2개 이상으로 정의된다. 본원에 사용된 "복수"라는 용어는 2개, 또는 3개 이상으로 정의된다. 본원에 사용된 "다른"이라는 용어는 적어도 제2, 또는 그 이상으로 정의된다. 본원에 사용된 "포함하는(including)" 및/또는 "구비한"이라는 용어는 포함하는(comprising)으로 정의된다(즉, 개방형 언어).
본원에 설명된 양상들은 본 발명의 정신 또는 본질적인 속성을 벗어남 없이 다른 형태들 및 조합들로 구현될 수 있다. 따라서, 구현예들은 단지 예로써 주어진 본원에 설명된 특정한 상세에 제한되지 않으며, 후술하는 청구범위 내에서 다양한 수정들 및 변경들이 가능하다는 점을 물론 이해할 것이다.

Claims (13)

  1. 터보차저 액추에이터 시스템의 경계면(50)을 위한 밀봉 시스템에 있어서,
    액추에이터 부트 씰(44);
    상기 액추에이터 부트 씰(44)의 일 단부에 작동 가능하게 연결되며, 액추에이터 대향면(56)을 구비한 플랜지부(54) 및 중앙 보어(58)를 포함하는 액추에이터 씰 홀더(52);
    상기 씰 홀더(52)의 상기 액추에이터 대향면(56)에 실질적으로 인접한 구성요소(30); 및
    상기 플랜지부(54)의 상기 액추에이터 대향면(56)과 상기 구성요소(30) 사이에 한정되는 굴곡형 통로를 포함하는 밀봉 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통로는 상기 플랜지부(54)의 상기 액추에이터 대향면(56)에 구비된 유동 채널(64, 66, 68)에 의해 적어도 부분적으로 한정되는, 밀봉 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유동 채널(64)은 상기 씰 홀더(52)의 상기 중앙 보어(58)로부터 상기 플랜지부(54)의 외주면(57)으로 대략 나선형으로 연장되는, 밀봉 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유동 채널은 복수의 실질적인 반경방향 유동 채널들(68)에 의해 상호연결되는 복수의 실질적인 원주방향 유동 채널들(66)을 포함하는, 밀봉 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실질적인 반경방향 유동 채널들(68) 중 적어도 하나는 상기 중앙 보어(58)와 유체 소통되고, 상기 실질적인 반경방향 유동 채널들(68) 중 적어도 하나는 상기 플랜지부(54)의 상기 외주면(57)과 유체 소통되는, 밀봉 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    한 쌍의 원주방향 유동 채널들(66)을 연결하는 상기 실질적인 반경방향 유동 채널들(68)은 다른 쌍의 원주방향 유동 채널들(66)을 연결하는 상기 반경방향 유동 채널들(68)로부터 오프셋되는, 밀봉 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    열 실드(36)를 더 포함하고, 굴곡형 통로(70)가 상기 열 실드(36)의 액추에이터 대향면(72)과 상기 구성요소(30) 사이에 한정되는, 밀봉 시스템.
  8. 터보차저 액추에이터 시스템의 경계면(80)을 위한 밀봉 시스템에 있어서,
    내주면(90)을 구비한 대략 관형의 단부 부분(88)을 포함하는 부트 씰(84);
    외주면(92)을 구비한 액추에이터 로드(82)로, 상기 단부 부분(88)의 상기 내주면(90)이 상기 액추에이터 로드(82)의 상기 외주면(92)과 실질적으로 밀봉 결합되도록, 상기 부트 씰(84)에 적어도 부분적으로 수용되는 액추에이터 로드(82); 및
    상기 단부 부분(88)의 상기 내주면(90)과 상기 액추에이터 로드(82)의 상기 외주면(92) 사이에 한정되며, 굴곡형 경로를 따르는 통로(97, 104)를 포함하는 밀봉 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 통로(97, 104)는 상기 부트 씰(84)의 상기 단부 부분(88)의 상기 내주면(90)에 형성된 유동 채널(94)에 의해 적어도 부분적으로 한정되는, 밀봉 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유동 채널(94)은 상기 부트 씰(84)의 상기 단부 부분(88)의 길이의 적어도 일부를 따라 대략 나선형으로 연장되는, 밀봉 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 통로(97, 104)는 상기 액추에이터 로드(82)의 상기 외주면(92)의 윤곽에 의해 적어도 부분적으로 한정되는, 밀봉 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 윤곽은 상기 실제 로드(82)의 상기 외주면(92)에 형성된 수나사(98)를 포함하는, 밀봉 시스템.
  13. 터보차저 액추에이터 시스템의 경계면(80)을 위한 밀봉 시스템에 있어서,
    내주면(90)을 구비한 대략 관형의 단부 부분(88)을 포함하는 부트 씰(84);
    외주면(92)을 구비한 액추에이터 로드(82)로, 상기 단부 부분(88)의 상기 내주면(90)이 상기 액추에이터 로드(82)의 상기 외주면(92)과 실질적으로 밀봉 결합되어 그 사이에 경계면을 형성하도록, 상기 부트 씰(84)에 적어도 부분적으로 수용되는 액추에이터 로드(82); 및
    상기 액추에이터 로드(82)의 상기 외주면(92)과 실질적으로 밀봉 결합되도록 크기결정된 보어를 포함하며, 오목한 플랜지부(112)를 추가로 포함하는 커버(110) 부재를 포함하고,
    상기 액추에이터 로드(82)는, 상기 액추에이터 로드(82)와 상기 단부 부분(88) 사이의 경계면 중 적어도 일부가 상기 오목한 플랜지부(112)에 수용되어, 상기 커버 부재(110)와 상기 부트 씰(84) 사이에 굴곡형 유로(113)를 형성하도록, 상기 커버 부재(110)의 상기 보어에 수용되는, 밀봉 시스템.
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