KR20150059750A - 비강성 샤프트를 구비한 압력 피스톤 액추에이터 - Google Patents

비강성 샤프트를 구비한 압력 피스톤 액추에이터 Download PDF

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KR20150059750A
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데이비드 플레처
브라이언 그라이헨
스튜어트 커비
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데이코 아이피 홀딩스 엘엘시
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Abstract

터보차저 압력에서의 웨이스트 게이트의 제어를 위한 시스템은 압력 피스톤 액추에이터 및 터보차저를 포함한다. 상기 압력 피스톤 액추에이터는 챔버 및 상기 챔버로 이어지는 통로를 형성하는 하우징; 상기 챔버 내에 배치된 피스톤; 볼-소켓 조인트에 의해 상기 피스톤에 연결된 로드; 및 상기 피스톤 및 로드를 수축 위치로 편향시키도록 상기 챔버 내에 배치되는 스프링을 포함한다. 그 후, 상기 챔버 내로 유체가 도입되는 경우, 상기 유체는 피스톤에 압력을 부여한다. 상기 압력이 스프링의 편향을 극복하면, 피스톤 및 로드는 팽창 위치로 이동된다. 이러한 시스템에 대해, 압력 피스톤 액추에이터는 볼-소켓 조인트에 대향하는, 터보차저의 웨이스트 게이트의 밸브 부분에 연결된 로드의 단부 상에 커넥터를 구비한다.

Description

비강성 샤프트를 구비한 압력 피스톤 액추에이터{A PRESSURE PISTON ACTUATOR WITH NON-RIGID SHAFT}
본 출원은 2012년 10월 5일에 출원된 미국가출원 제61/710,632호의 우선권을 주장한다.
본 출원은 압력 피스톤 액추에이터에 관한 것으로, 특히, 터보차저 또는 내연기관 터보 시스템에서와 같이 터빈 웨이스트 게이트(turbine wastegate)의 작동을 위한 압력 피스톤 액추에이터에 관한 것이다.
오늘날, 웨이스트 게이트 압력 또는 진공 액추에이터들의 대부분은 다이아프램을 사용하여 제조된다. 이러한 설계의 단점은 샤프트가 단지 몇 도의 각도 자유도만 있고 회전이 없다는 것이다. 측면 하중 및 비틀림 힘은 다이아프램 액추에이터의 수명 및 성능을 단축시키고, 그들의 용도를 제한시킬 것이다. 다이아프램들은 스프링과 같으며, 스프링을 더 많이 압축하거나 또는 팽창시킬수록 더 많은 힘이 필요하다. 다이아프램을 더 이동할수록, 더 많은 힘이 다이아프램을 이동시키는데 필요하기 때문에, 다이아프램들은 스프링들과 유사하다. 다이아프램 액추에이터들은 통상적으로, 액추에이터를 이동시키는데 필요한 수고를 악화시키는 리턴 스프링을 또한 포함한다. 고무 다이아프램에 의해 허용된 신축성은 제한되어 있기 때문에 다이아프램 액추에이터를 이동시키는데 항상 제한이 있다.
따라서, 샤프트의 증가된 각도 자유도 및 회전으로 웨이스트 게이트를 작동시킬 수 있고, 또한 측면 하중 힘과 비틀림 힘을 수용할 수 있는, 개선된 액추에이터가 필요하다.
하나의 관점에 있어서, 본 발명은 웨이스트 게이트의 작동(개방, 폐쇄, 부분적인 개방)을 제어하기 위해 상기 웨이스트 게이트에 연결되는 압력 피스톤 액추에이터를 개시한다. 압력 피스톤 액추에이터는 샤프트의 각도 자유도를 360°회전까지 증가시키고, 측면 하중 및/또는 비틀림 힘 하에서 수명 감소 없이 훌륭하게 실행된다. 압력 피스톤 액추에이터는 챔버 및 이 챔버로 이어지는 통로(pathway)를 형성하는 하우징; 상기 챔버 내에 배치된 피스톤; 볼-소켓 조인트(ball-and-socket joint)에 의해 상기 피스톤에 연결된 로드; 및 상기 피스톤 및 로드를 수축 위치로 편향시키도록 상기 챔버 내에 배치되는 스프링을 포함한다. 피스톤은 수축 위치와 팽창 위치 사이에서 이동될 수 있으며, 상기 챔버 내로 도입된 유체가 상기 스프링의 편향을 극복하는 양으로 상기 피스톤에 압력을 가할 때, 상기 팽창 위치로 이동된다. 상기 로드는 상기 웨이스트 게이트에 대한 연결을 위해 상기 볼-소켓 조인트에 대향하는 단부 상에 커넥터를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 압력 피스톤 액추에이터는 피스톤의 위치를 검지하는 위치 센서를 또한 포함한다. 위치 센서는 임의의 적절한 센서일 수 있지만, 일 실시예에서는, 피스톤과 함께 이동 가능한 위치 자석 및 이 자석의 위치를 검지하는 센서 칩을 포함하는 홀 효과 센서이다. 또한, 전기 커넥터가 하우징의 일부로서 포함될 수 있으며, 위치 센서에 전기적으로 연결된다. 전기 커넥터는 컴퓨터 처리 유닛과 같은 외부 전기 장치에 대한 전기적 연결을 위한 하나의 구성이다.
다른 관점에 있어서, 본 발명은 압력 피스톤 액추에이터들 중 하나를 사용하여 터보차저에서의 웨이스트 게이트를 제어하기 위한 시스템을 개시한다. 시스템은 전술한 바와 같은 압력 피스톤 액추에이터, 및 볼-소켓 조인트에 대향하는 로드의 단부 상의 커넥터에 연결되는 밸브를 갖는 웨이스트 게이트를 포함하는 터보차저를 포함한다.
도 1은 압력 피스톤 액추에이터 다이어그램의 일 실시예의 정면 사시도이다.
도 2는 도 1의 압력 피스톤 액추에이터의 수축된 피스톤 위치에서의 단면도이다.
도 3은 도 1의 압력 피스톤 액추에이터의 팽창된 피스톤 위치에서의 단면도이다.
도 4는 장착 플레이트를 포함하는 압력 피스톤 액추에이터의 일 실시예의 단면도이다.
도 5는 위치 센서의 일부에 대한 대안적인 위치를 나타내는 실시예의 부분 단면도이다.
도 6은 압력 피스톤 액추에이터의 수축된 위치에서의 다른 실시예의 단면도이다.
도 7은 도 6의 압력 피스톤 액추에이터의 피스톤의 측면 사시도이다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 일반적인 원리들을 나타내며, 본 발명의 실시예들은 첨부한 도면들에 부가적으로 나타나 있다. 도면들에 있어서, 유사한 참조 부호들은 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 "유체"라는 용어는 임의의 액체, 부유물(suspension), 콜로이드(colloid), 가스, 플라즈마 또는 이들의 조합을 의미한다.
내연기관 터보 시스템은 전형적으로, 터보차저의 작동 파라미터들을 제어하는 하기의 구성요소들, 즉 터빈 섹션과 압축기 섹션을 구비한 배기-구동형 터보차저, 통상적으로 웨이스트 게이트로 언급되는 터빈 바이패스 밸브 및 선택적으로 압축기 재순환 밸브를 포함한다. 배기-구동형 터보차저는 전형적으로, 공기를 흡입하여, 공기를 압축시키고, 내연기관의 흡입구 내로 더 높은 작동 압력으로 공급하는 압축기 휠을 회전시키기 위한 공통 샤프트를 통해 배기 에너지를 활용하여, 이 배기 에너지를 기계적 일로 변환시키는 터빈 휠을 수용하는 배기 하우징을 포함한다. 웨이스트 게이트는 내연기관의 배기 매니폴드로부터 나오는 배기 볼륨 및 배기-구동형 터보차저 터빈 휠을 작동시키는데 이용 가능한 에너지를 계량하기 위해 사용된, 제어 밸브이다. 웨이스트 게이트는 배기가스가 터빈 휠로부터 벗어나 유동되도록 밸브를 개방시키는 것에 의해 작동되어 배기가스를 바이패스시키며, 이에 의해 배기-구동형 터보차저의 속도 및 내연기관 흡기 매니폴드의 얻어진 작동 압력을 직접 제어한다.
도 1 내지 도 3은 내연기관 터보 시스템에서 사용하기 위한, 특히 웨이스트 게이트의 작동을 실행하고, 그리고/또는 제어하기 위한, 압력 피스톤 액추에이터(100)의 일 실시예를 도시한다. 압력 피스톤 액추에이터(100)는 볼-소켓 조인트(120)에 의해 피스톤에 연결된 로드(114)를 구비하는 피스톤(110)을 둘러싸는 하우징(102)을 포함한다(도 2 및 도 3 참조). 로드(114)는 (개구부(115)(도 2 참조)를 통해) 하우징 내로 연장되며, 볼-소켓 조인트(120)에 대향하는 단부(124)에서 웨이스트 게이트(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 따라서, 압력 피스톤 액추에이터(100)는 피스톤(110)의 이동에 의해 웨이스트 게이트의 개폐를 제어한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤(110)은 수축 위치(도 2 참조)와 팽창 위치(도 3 참조) 사이 및 이들의 중간 정도에서 이동될 수 있다. 피스톤(110)은 다이아프램이 아니다. 피스톤(110)은 대체로 강체이며, 하우징(102) 내의 압력 변화에 응답하여 중앙 종방향 축선(128)(도 2 참조)을 따라 이동한다. 스프링(122)은 피스톤(110)을 대체로 그의 수축 위치로 편향시키도록 피스톤(110) 아래에 장착된다. 따라서, 피스톤(110)과 로드(114)를 팽창 위치로 이동시키기 위해, 압력 피스톤 액추에이터(100) 내로의 유체의 도입은 스프링(122)에 의해 부여된 편향력(biasing force)보다 커야 한다. 본 발명의 압력 피스톤 액추에이터(100)는 피스톤의 복수의 표면에 대해 동기적으로 유체를 적용하는 것을 통해, 웨이스트 게이트의 밸브를 이동시키기 위한 빠른 응답 시간을 제공함으로써 웨이스트 게이트의 제어를 향상시킨다. 또한, 액추에이터(100)는 일정 기간 동안 유지되고, 그리고/또는 조정될 수 있는 부분적 개방 위치에서의 밸브의 가변 제어를 가능하게 한다. 가변 제어는 포트(108)를 통한 압력 피스톤 액추에이터(100) 내로의 유체의 도입에 의해서도 달성될 수 있지만, 또한 그로부터의 유체의 제거에 의해서도 달성될 수 있다. 또한, 볼-소켓 조인트(120)를 포함하는 것은 웨이스트 게이트의 연결 및 작동과 관련하여 360°회전 및 더 극단적인 각도 변화를 허용하며, 압력 피스톤 액추에이터(100)의 수명 및 성능을 길게 할 수 있다.
하우징(102)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버(104)(도 2 및 도 3 참조)를 형성하는 용기부(170) 및 상기 챔버(104)의 일단부를 폐쇄하는 캡(172)을 포함하는, 다수 부품의 구조체이다. 캡(172)은 용기부(170)에 밀봉식으로 연결될 수 있으며, 유지 링(174)에 의해 제 위치에 유지될 수 있다. 또한, 캡(172)은 이 캡(172)에 포함되거나 또는 연결된 임의의 전자 장치들을 보호하도록 보조 커버(176)를 포함할 수 있다. 전자 장치들이 압력 피스톤 액추에이터(100) 내에 포함되는 경우, 보조 커버(176)는 전기 커넥터(140)에 대한 액세스를 제공하는 개구부(177)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3의 단면을 참조하면, 하우징(102) 내의 챔버(104)는 챔버(104)로 이어지는 통로(106) 및 이 통로(106)와 유체 연통하는 흡입구 및/또는 배출구로서 작동할 수 있는 포트(108)를 포함한다. 도면들에 도시된 포트(108)는 측면 로딩 포트(side loading port), 즉 상부를 통해 진입하는 것 대신에 도 2 및 도 3에 도시된 방향에 의거하여 좌측 또는 우측으로부터 챔버(104)로 진입하는 포트이다. 그러나, 포트의 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부를 통해 챔버(104)로 진입될 수 있다.
도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 포트(108)는 로드(114)의 중앙 종방향 축선(128)(도 2 참조)에 대해 대체로 수직이다. 통로(106)는 피스톤(110)이 팽창 위치(도 3 참조)에 있을 때 존재하는, 후술하는 복수의 보조 챔버와의 유체 연통으로 포트(108)를 연결하는 하나 이상의 분기부(142, 144)(도 2 참조)를 포함할 수 있다. 분기부(142, 144)들은 복수의 보조 챔버와의 동기적인 유체 연통 방식으로 포트(108)를 위치시킬 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 포트(108)는 챔버(104) 및 이 챔버 안에 형성된 모든 보조 챔버들과 유체 연통하는 전용 포트이다.
도 3에 도시된 특정 실시예에 있어서, 보조 챔버(152, 154, 156)들이 존재하며, 이들은 용기부(170), 캡(172) 및 피스톤(110), 특히 피스톤(110)과 캡(172)의 각각의 암수 부재에 의해 부분적으로 형성된다. 캡(172)은 중앙 암 부재(160) 및 이 중앙 암 부재(160)에 동심인 환형 암 부재(162)를 포함한다. 환형 암 부재(162)는 캡(172)과 용기부(170) 사이에 간극(gap)을 생성시키는, 캡(172)의 환형 쇼울더(163)의 결과일 수 있다. 피스톤(110)은 중앙 수 부재(164) 및 이 중앙 수 부재(164)에 대해 동심이고, 이 중앙 수 부재(164)로부터 소정 거리로 이격된 환형 수 부재(166)를 포함하며, 이에 따라 수 부재(164, 166)들은 중앙 암 부재(160)와 환형 암 부재(162)에 각각 수용될 수 있다. 이와 같이, 중앙 암 부재(160)와 중앙 수 부재(164)는 제1 보조 챔버(152)를 형성하고, 환형 암 부재(162)와 환형 수 부재(166)는 제2 보조 챔버(154)를 형성하며, 이들 두 개의 보조 챔버(152, 154)들 사이에서, 캡(172)과 피스톤(110)의 윤곽(contour)이 제3 보조 챔버(156)를 형성한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압력 피스톤 액추에이터(100)는 실링 부재(182, 184)들을 포함한다. 제1 실링 부재(182)는 캡의 쇼울더(163)가 용기부(170)에 대하여 장착되는 위치에 배치된다. 제2 실링 부재(184)는 피스톤(110)의 환형 수 부재(166)의 외부면(168)(용기부(170)의 내부면을 마주보는 면) 상의 두꺼운 림(thickened rim)(167)(도 2 참조)에 장착된다. 실링 부재(182, 184)들은 O-링, V-링, X-링, 또는 액추에이터(100)의 다른 부재에 대한 밀봉 맞물림을 위한 실링 재료로 제조될 수 있는 다른 환형 시일(seal)일 수 있다. 보조 챔버(152, 154, 156)들 사이에는 시일이 존재하지 않는다는 것에 주목하는 것이 중요하다. 따라서, 유체는 챔버(104)의 이들 부분들, 즉 본 명세서에서 보조 챔버로서 설계된 부분들 내로, 그리고 이들 부분들 사이에서 유동할 수 있다.
전술한 바와 같이, 압력 피스톤 액추에이터(100)는 로드(114)를 피스톤(110)에 연결하는 볼-소켓 조인트(120)를 포함한다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 로드(114)는 볼 헤드(ball head)(116)를 갖는 제1 단부(123) 및 웨이스트 게이트에 연결될 수 있는 커넥터(118)를 갖는 제2 단부를 포함하며, 피스톤(110)은 이 피스톤(110)에 고정식으로 또는 제거 가능하게 연결되는 볼-소켓(112)을 포함한다. 볼-소켓 조인트(120)는, 로드(114)의 볼 헤드(116)가 볼-소켓(112) 내에 장착될 때 형성된다. 일 실시예에 있어서, 볼-소켓(112)은 피스톤(110)에 나사식으로 연결되며, 이에 따라 로드(114)의 제2 단부(124)의 위치가 변경될 수 있다. 나사식 연결은 압력 피스톤 액추에이터(100)를 주어진 터보 시스템, 특히 웨이스트 게이트에 연결할 때 이점을 가지며, 이는, 커넥터의 위치를 변경시켜 커넥터(118)에 대한 연결을 위해 로드가 웨이스트 게이트와 정렬되도록, 로드(114)가 나사식으로 연결된 볼-소켓(112)을 조정하도록 회전될 수 있기 때문이다.
압력 피스톤 액추에이터(100)는 중앙 암 부재(160) 내에 위치된 가이드 부싱(126)을 더 포함한다. 가이드 부싱(126)은 중앙 암 부재(160) 내의 레지(ledge) 상에 장착될 수 있으며, 이에 따라 가이드 부싱(126)은 중앙 암 부재(160)의 내부면의 일부를 형성한다. 이 가이드 부싱(126)은 중앙 수 부재(164)가 중앙 암 부재(160) 내에서 정렬을 유지하도록 하기 때문에, 압력 피스톤 액추에이터(100) 내로 유동하는 유체가 피스톤(110)의 성능에 어떠한 영향 없이 측면 로딩될 수 있는 이점을 갖는다.
또한, 압력 피스톤 액추에이터(100)는 웨이스트 게이트의 위치, 즉 폐쇄되거나, 완전하게 개방되거나, 또는 폐쇄와 완전한 개방 사이의 임의의 위치에 관련될 수 있는 피스톤(110)의 위치를 결정하기 위한 위치 센서(130)를 포함할 수 있다. 위치 센서(130)는 위치 측정을 허용하는 임의의 장치일 수 있다. 위치 센서(130)는 용량성 변환기(capacitive transducer), 와류 센서(eddy-current sensor), 격자 센서(grating senor), 홀-효과 센서(Hall-effect sensor), 유도성 비접촉 위치 센서(inductive non-contact position senor), 레이저 도플러 진동계(광학)(laser Doppler Vibrometer (optical)), 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer, LVDT)), 다축 변위 변환기(multi-axis displacement transducer), 포토다이오드 어레이(photodiode array), 압전 변환기(압전기)(piezo-electric transducer (piezo-electric)), 전위차계(potentiometer), 근접 센서(광학)(proximity sensor (optical)), 지진 변위 픽업(seismic displacement pick-up), (또한, 스트링 포트(string pot), 스트링 인코더(string encoder), 케이블 위치 변환기(cable position transducer)로서 알려진) 스트링 전위차계(string potentiometer), 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 2 및 도 3의 실시예에 있어서, 위치 센서(130)는 피스톤(110)의 이동에 기초한 상대 위치 센서(예를 들어, 변위 센서)이다. 상대 위치 센서는, 피스톤과 함께 이동하기 위해 피스톤(110) 내에 장착되는 자석(134)의 변위를 검지하는, 칩/홀-효과 위치 센서(132)를 포함하는 홀-효과 센서일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 자석(134)은 중앙 수 부재(164)의 오목부에 장착된다. 대안적으로, 자석(134)은 피스톤(110) 상에 또는 이 피스톤의 내측에 장착될 수 있다. 칩(chip)(132)은 전기 커넥터(140)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전기 커넥터(140)는, 이 전기 커넥터(140)를 외부 장치에 연결하기 위한 케이블(도시되지 않음)을 수용할 수 있는 플러그(plug) 또는 리셉터클(receptacle)일 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 위치 센서(132)는 구조체 내에서 대체로 수평으로, 즉 도면들에 도시된 바와 같은 압력 피스톤 액추에이터(100)의 방향에 대해, 대체로 수평으로, 그리고 자석(134) 위에 위치된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 위치 센서(132)는, 피스톤(110)의 적어도 하나의 이동 방향에 있는 위치 센서(132) 옆을 자석(134)이 지나갈 수 있는 위치에서, 구조체 내에 대체로 수직으로 위치될 수 있다.
압력 피스톤 액추에이터(100)의 포트(108)는 챔버(104) 내에 압력 변화를 생성하도록 유체 공급원(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 유체 공급원은 이 유체 공급원으로부터 포트(108) 내로 또는 이 포트로부터의 유체 유동을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다. 유체 공급원 제어기는 전기 커넥터(140)에 전기적으로 연결되어 위치 센서(130)의 칩(132)에 또한 전기적으로 연결되는 컴퓨터 처리 유닛(도시되지 않음)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 컴퓨터 처리 유닛은, 웨이스트 게이트의 위치를 변경하기 위해 챔버(104)로부터 유체를 제거하도록 유체 공급원을 온(ON) 또는 오프(OFF)시키거나, 또는 유체 공급원을 반전(reverse)시킬 때를 결정하기 위해, 피스톤(110)의 위치, 이에 따른 웨이스트 게이트의 위치에 대응하는 칩(132)으로부터의 신호들을 수신할 수 있다. 압력 피스톤 액추에이터(100)에 의해, 웨이스트 게이트는 복수의 부분 개방 위치를 포함하는 원하는 변위로 선택적으로 개방될 수 있으며, 이에 따라 터보 시스템 내의 작동 압력들이 원하는 효과를 생산하도록 제어될 수 있다.
도 4를 참조하면, 압력 피스톤 액추에이터(100)는 웨이스트 게이트에 대한 연결을 위해 액추에이터를 터보 시스템에 장착하기 위한 장착 부재(190)를 포함할 수 있다. 장착 부재는 압력 피스톤 액추에이터(100)를 주어진 터보 시스템에 연결하는데 필요한 임의의 형상 및 구성일 수 있다. 장착 부재는 하우징(102)의 용기부(170)에 제거 가능하게 연결되거나 또는 고정식으로 연결될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에 있어서, 장착 부재(190)는 패스너(192)에 의해 용기부(170)의 하부에 제거 가능하게 연결되어 있다. 패스너는 나사, 볼트, 리벳, 용접 또는 다른 알려진 패스너일 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 간략화된 피스톤 구성, 즉 피스톤(110')을 구비하는, 참조부호 "200"으로 나타낸 압력 피스톤 액추에이터의 제2 실시예가 제공된다. 피스톤(110')은 재료와 제조 비용의 감소를 제공하지만, 그 이외에는 압력 피스톤 액추에이터(200)는 (도 1 내지 도 4에 나타낸 참조부호와 동일한 참조부호의 사용에 의해 예시하는 것과 같이) 대체로 동일한 구성요소들을 포함하며, 압력 피스톤 액추에이터(100)와 대체로 동일하게 작동된다. 상기 설명은 압력 피스톤 액추에이터(200)에 전체적으로 적용할 수 있다.
압력 피스톤 액추에이터(200)는 챔버(104)(도 6 참조)를 형성하는 용기부(170) 및 챔버(104)의 일단부를 폐쇄하는 캡(172)을 포함하는 하우징(102)을 구비한다. 캡(172)은 용기부(170)에 밀봉식으로 연결될 수 있으며, 유지 링(174)에 의해 제 위치에서 유지될 수 있다. 도 6의 실시예와 도 1 내지 도 4의 실시예 사이의 하나의 차이점은, 캡(172)이 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 용기의 상단부보다는 도면들에 도시된 방향에 의거하여, 용기(170)의 하단부를 폐쇄하도록 배향되는 것이다.
다른 차이점은, 전술한 바와 같이 간략화된 피스톤(110')이다. 피스톤(110')은 볼-소켓 조인트에 대한 연결을 위한 보어(214)를 형성하는 폐쇄된 제1 단부(212) 및 상기 제1 단부(212)에 대향하는 개방된 제2 단부(216)를 구비하는, 대체로 중공의 원통형 부재(210)이다. 중공 원통형 부재(210)의 외부면에는, 피스톤이 하우징(102) 내의 다양한 위치 사이에서 이동할 때 유체가 피스톤(110') 둘레로 및/또는 피스톤을 지나 이동하도록 하는 유체 유동 채널을 제공하는, 하나 이상의 세로홈(flute)(218)이 형성될 수 있다. 또한, 간략화된 피스톤(110')은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같은 피스톤에 장착된 자석(134)을 갖는 것보다는, 볼-소켓 조인트(120)의 부재를 피스톤(110')에 연결하는 목적을 또한 제공하는, 자석 홀더(220)에 의해 피스톤에 연결된 자석(134)을 구비한다. 자석 홀더((220)는 커넥터(222)의 제1 부분, 즉 도 6에서 나사식 소켓을 포함하고, 볼-소켓 조인트는 커넥터(224)의 제2 부분, 즉 도 6의 나사식 소켓 내로 나사결합되는 나사식 부재를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 대안적으로, 커넥터들은 스냅 끼움 연결, 리벳 연결 또는 잘 알려진 임의의 다른 형태의 연결을 형성할 수 있다.
바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하였으며, 첨부하는 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변형 및 변경이 가능하다는 것을 인식할 것이다.

Claims (20)

  1. 챔버 및 상기 챔버로 이어지는 통로를 형성하는 하우징;
    상기 챔버 내에 배치되고, 적어도 하나의 수축 위치와 적어도 하나의 팽창 위치 사이에서 이동 가능한 피스톤;
    볼-소켓 조인트에 의해 상기 피스톤에 연결된 로드; 및
    상기 피스톤 및 로드를 수축 위치로 편향시키도록 상기 챔버 내에 배치되는 스프링을 포함하며;
    상기 챔버 내로 도입된 유체는 스프링의 편향을 극복하고, 피스톤 및 로드를 팽창 위치로 이동시키는 양으로 상기 피스톤에 압력을 가하는, 압력 피스톤 액추에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스프링은 상기 피스톤 아래에 배치되는, 압력 피스톤 액추에이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버와의 유체 연통을 위해 상기 통로에 결합된 포트 및 정압 또는 부압(positive or negative pressure)의 외부 공급원을 더 포함하는, 압력 피스톤 액추에이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼-소켓 조인트에 대향하는 상기 로드의 단부 상에 커넥터를 더 포함하는, 압력 피스톤 액추에이터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤의 위치를 검지하는 위치 센서를 더 포함하는, 압력 피스톤 액추에이터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 상기 피스톤과 함께 이동 가능한 위치 자석 및 상기 자석의 위치를 검지하는 센서 칩을 포함하는 홀-효과 센서인, 압력 피스톤 액추에이터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징의 일부로서 포함되고, 상기 위치 센서에 전기적으로 연결된 전기 커넥터를 더 포함하며,
    상기 전기 커넥터는 외부 전기 장치에 전기적으로 연결 가능한, 압력 피스톤 액추에이터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 피스톤은 상기 챔버를 복수의 보조 챔버로 분할하며, 각각의 보조 챔버는 피스톤의 상부면의 일부에 의해 적어도 부분적으로 형성되는, 압력 피스톤 액추에이터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 통로는 상기 각각의 보조 챔버와의 동시적인 유체 연통을 위해 상기 포트를 상기 복수의 보조 챔버의 각각에 연결하는 하나 이상의 분기부를 포함하는, 압력 피스톤 액추에이터.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 피스톤의 적어도 일부를 형성하는 중앙 수 부재가 수용되는 적어도 하나의 암 부재를 형성하는, 압력 피스톤 액추에이터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 암 부재의 내부면의 적어도 일부를 형성하는 가이드 부싱을 더 포함하는, 압력 피스톤 액추에이터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 암 부재는 그 내부면의 일부로서 상기 가이드 부싱을 포함하는 중앙 암 부재이며,
    상기 하우징은 상기 중앙 암 부재에 대하여 동심인 환형 암 부재를 포함하며,
    상기 피스톤의 상기 수 부재는 중앙 수 부재이며,
    상기 수 부재는 상기 중앙 수 부재에 대하여 동심이며, 이 중앙 수 부재로부터 소정 거리 이격된 환형 수 부재를 포함하며,
    상기 피스톤의 상기 중앙 수 부재와 환형 수 부재는 상기 중앙 암 부재와 환형 암 부재에 각각 수용되는, 압력 피스톤 액추에이터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    완전하게 수축된 위치에서, 상기 피스톤의 중앙 수 부재와 환형 수 부재는 상기 하우징의 중앙 암 부재와 환형 암 부재에 각각 완전하게 수용되는, 압력 피스톤 액추에이터.
  14. 제 12 항에 있어서,
    부분적으로 또는 완전하게 팽창된 위치에서, 상기 피스톤의 중앙 수 부재및 환형 수 부재와 상기 하우징의 중앙 암 부재 및 환형 암 부재의 정합(mating)은 각각 세 개의 보조 챔버를 형성하는, 압력 피스톤 액추에이터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 세 개의 보조 챔버의 각각과의 동시적인 유체 연통을 위해 상기 포트를 상기 세 개의 보조 챔버의 각각에 연결하도록, 상기 통로가 분기되는, 압력 피스톤 액추에이터.
  16. 터보차저 압력에서의 웨이스트 게이트의 제어를 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 피스톤 액추에이터 및 터보차저를 포함하며,
    상기 피스톤 액추에이터는,
    챔버 및 상기 챔버로 이어지는 통로를 형성하는 하우징;
    상기 챔버 내에 배치되고, 적어도 하나의 수축 위치와 적어도 하나의 팽창 위치 사이에서 이동 가능한 피스톤;
    볼-소켓 조인트에 의해 상기 피스톤에 연결된 로드;
    상기 피스톤 및 로드를 수축 위치로 편향시키도록 상기 챔버 내에 배치되는 스프링; 및
    상기 볼-소켓 조인트에 대향하는 상기 로드의 단부 상의 커넥터를 포함하며,
    상기 챔버 내로 도입된 유체는 스프링의 편향을 극복하고, 피스톤 및 로드를 팽창 위치로 이동시키는 양으로 상기 피스톤에 압력을 가하며.
    상기 터보차저는,
    상기 볼-소켓 조인트에 대향하는 상기 로드의 단부 상의 상기 커넥터에 연결되는 밸브를 구비하는 웨이스트 게이트를 포함하는, 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 피스톤의 위치를 검지하는 위치 센서를 더 포함하는, 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 위치 센서는 상기 피스톤과 함께 이동 가능한 위치 자석 및 상기 자석의 위치를 검지하는 센서 칩을 포함하는 홀-효과 센서인, 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 하우징의 일부로서 포함되고, 상기 위치 센서에 전기적으로 연결된 전기 커넥터를 더 포함하며,
    상기 전기 커넥터는 외부 전기 장치에 전기적으로 연결 가능한, 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 외부 전기 장치는, 웨이스트 게이트의 밸브의 위치를 복수의 부분 개방 위치를 포함하는 원하는 변위로 선택적으로 변경하도록, 하우징의 통로에 결합된 유체 공급원을 온(ON) 또는 오프(OFF)시키거나, 또는 유체 공급원을 반전(reverse)시킬 때를 결정하기 위해, 상기 위치 센서로부터의 신호를 처리하는, 시스템.
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