KR20150130995A - 웨이스트게이트 밸브 및 이를 구비한 터보차저 - Google Patents

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KR20150130995A
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데이코 아이피 홀딩스 엘엘시
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Abstract

웨이스트게이트 조립체들과 이것들을 포함하는 터보차저 조립체들이 개시된다. 웨이스트게이트 조립체들은 액츄에이터 및 밸브 둘 다를 수납하는 하우징을 포함한다. 밸브는 액츄에이터에 작동적으로 연결되며 하우징은 압착 시일로 마감된다. 하우징은 또한 터보차저 내의 웨이스트게이트 개구와 밀봉 결합으로 압착 시일을 배치하기 위해 터보차저에 연결 가능한 장착부재를 포함한다. 터보차저 조립체는 공통 샤프트에 작동적으로 함께 결합되는 압추기 휠 및 터빈을 수납하는 하우징을 포함하며, 공통 샤프트는 회전축을 형성하고, 터빈 근처에 하우징의 출구 단부에 제거 가능하게 장착되고 그것으로부터 터빈 및 압축기 휠로부터 멀어지는 방향으로 연장하는 웨이스트게이트 조립체를 가진다. 여기서, 웨이스트게이트 조립체는 회전축과 평행한 세로방향 축을 가진다.

Description

웨이스트게이트 밸브 및 이를 구비한 터보차저{A WASTEGATE VALVE AND TURBOCHARGER HAVING SAME}
본 발명은 웨이스트게이트(wastegate) 밸브, 더 구체적으로는 터보차저의 교체 가능한 자체-교정식 웨이스트 게이트 밸브에 관한 것이다.
터보차저(turbocharger)는 대기보다 높은 압력(부스트 압력)에서 내연기관의 흡입구에 공기를 공급하기 위한 잘 알려진 장치이다. 일반적으로는 도 1의 도면부호 '10'과 같이 설계되는 종래의 터보차저는 터빈 하우징(4) 내의 회전형 샤프트에 장착된 터빈 섹션(2) 내부에 배기가스 구동 터빈 휠(5)을 기본적으로 포함한다. 예를 들면, 구심 터빈에서 터빈 하우징(4)은 상기 터빈 휠 둘레의 환형 입구 통로와 상기 터빈 휠로부터 연장하는 원통형 축방향 출구 통로(11)를 형성한다. 상기 터빈 휠의 회전은 압축기 섹션(2)의 압축기 하우징(6) 내의 샤프트의 다른 단부에 장착된 압축기 휠을 회전시킨다. 상기 압축기 휠은 압축된 공기를 내연기관의 흡입 매니폴드에 전달하여, 엔진 파워를 증가시킨다.
도 1에 도시한 것과 같이, 웨이스트게이트를 포함하는 터보차저가 또한 알려져 있다. 웨이스트게이트형 터보차저는 상기 터보차저 부스트(boost) 압력의 제어를 위해 상기 터빈 하우징의 배기가스 입구와 배기가스 출구 부분 사이에 바이패스 통로를 가진다. 상기 통로에 위치된 웨이스트게이트 밸브 조립체(13)는 상기 부스트 공기의 압력 레벨이 미리 결정된 레벨까지 증가할 때 상기 통로를 개방하도록 제어되며, 그리하여 상기 배기가스의 일부가 상기 터빈 휠을 바이패스하도록 하여 부스트 압력이 더 상승하는 것을 방지한다. 웨이스트게이트 밸브(13)는 상기 압축기 휠에 의해 전달된 부스트 공기 압력에 의해 동작되는 공기 압축기(22)에 의해 일반적으로 작동된다. 공기 액츄에이터(22)는 공기 압축기(6)에 장착된 캐니스터(24)(이하, '액츄에이터 캔'이라 함) 내에 수납된 스프링 달린 다이어프램(spring loaded diaphragm) 또는 슬라이딩 시일(sliding seal)을 포함할 수 있다. 상기 다이어프램 시일은 웨이스트게이트 밸브(13)를 작동하는 커넥팅 로드(26)에 작용한다. 액츄에이터 캔(24)은 호스를 통해 상기 압축기 출구에 연결되어 부스트 공기를 상기 캔에 전달하며, 상기 캔은 상기 다이어프램(또는 슬라이딩 시일)에 작용하여 상기 스프링 편향(bias)에 대항한다. 낮은 부스트 조건하에서 웨이스트게이트 밸브(13a)가 닫혀 있도록 상기 스프링이 선택되고, 상기 액츄에이터 및 웨이스트게이트 밸브가 초기 설정된다. 그러나 상기 부스트 압력이 미리 결정된 최대치에 도달할 때 상기 다이어프램 시일이 상기 스프링의 작용에 대항해서 이동되고 동작하여 웨이스트게이트 밸브(13a)를 (상기 커넥팅 액츄에이터 로드를 통해) 개방함으로써, 일부 배기가스가 상기 터빈 휠을 바이패스하도록 한다.
이 유형들의 종래 웨이스트게이트 밸브에서, 웨이스트게이트 밸브가 개방되기 시작하는 압력("리프트 오프(lift off) 압력")은 웨이스트게이트의 동작에 중요하다. 따라서, 상기 웨이스트게이트 밸브는 공기 액츄에이터(22) 및 웨이스트게이트 밸브 조립체(13)가 터보차저에 조립될 때 매우 주의해서 셋팅되어야 한다. 상기 다이어프램이 움직이기 시작하는 정밀한 액츄에이터 캔(24) 압력은 사용된 스프링의 예비하중에 종속된다. 안타깝게도, 스프링 제조의 허용 편차(tolerance variations)는 스프링 마다의 스프링 상수(spring rate)의 편차가 있을 수 있음을 의미하며, 상기 리프트 오프 압력을 결정하기 위해 각각의 터보차저를 개별적으로 교정하는 것이 필요하다.
전술한 종래의 액츄에이터 조립체의 초기 설정을 수행하는 한 가지 방법은 "용접 셋팅(weld to set)"으로 알려진 프로세스이다. 액츄에이터 캔(24), 작동 로드(26) 및 액츄에이터 레버(28)는 미리 조립되어, 터보차저(10)에 장착된다. 그 다음 웨이스트게이트 밸브(13a)가 터빈 하우징(4) 내부로부터 조여서 닫히고 액츄에이터 캔(24)이 원하는 리프트 오프 압력까지 압축된다. 상기 다이어프램에 의해, 액츄에이터 로드(26)와 웨이스트게이트 밸브(13a)는 리프트 오프 직전에 그것들 각각의 상대 위치들에 유지되며, 상기 액츄에이터 레버의 단부는 상기 밸브 스템(valve stem)에 용접된다. 따라서, 미리 결정된 리프트 오프 압력 이상으로 상기 액츄에이터에 공급되는 압력이 증가될 경우 웨이스트게이트 밸브(13a)를 개방시킬 것이다.
전술한 것에 대한 알려진 대안은 나사산이 형성된 로드 및 로드 단부를 통상 포함하는 길이 조정이 가능한 액츄에이터 로드를 사용하는 것이다. 상기 셋팅 포인트는, 상기 로드와 상기 로드 단부 조립체 내에 캡처된 너트 중 어느 하나를 돌려서 상기 로드의 길이를 조정함으로써, 달성된다. 이 방법을 사용하더라도, 상기 리프트 오프 압력을 결정하기 위해 각각의 터보차저를 개별적으로 교정하는 것이 여전히 필요하다.
상기 조립 프로세스 및 복합 교정 프로세스는 매우 시간 집약적이다. 또한, 일단 조립되면, 결함있는 공기 액츄에이터(22) 및/또는 웨이스트게이트 밸브 조립체(13)를 교체하는 것이 어렵다. 종래의 관례는, 설치된 웨이스트게이트 액츄에이터(20) 및 웨이스트게이트 밸브 조립체(13)와 그것들이 사전-교정되기 때문에 전체 터보차저를 교체하는 것이다. 이것은 고비용 교체이다.
본 명세서에서 개시되는 것은 터보차저의 터빈 스크롤(scroll)에 직접 장착되는 실용적인(즉, 교체 가능한) 자체-교정식 웨이스트게이트 밸브이다.
본 발명의 일 형태에서, 밸브에 작동적으로 연결된 액츄에이터를 수납하고, 압착 시일(crush seal)로 마감되며, 상기 압착 시일을 터보차저 내의 웨이스트게이트 개구와 밀봉 맞물리도록 터보차저에 연결 가능한 장착부재를 가지는 웨이스트게이트 조립체들이 개시된다. 상기 압착 시일은 적어도 상기 장착부재와 상기 장착부재가 장착되는 터보차저의 표면 사이의 허용 편차를 보정한다. 상기 압착 시일은 또한 상기 웨이스트게이트 조립체의 장착부재와 웨이스트게이트 개구를 형성하는 표면 사이에 적재되는 상기 조립체 내의 다른 구성요소들 사이의 허용 편차를 보정할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 형태에서, 회전축을 형성하고 또한 터빈을 수납하는 부분 내에 웨이스트게이트 개구를 형성하는 공통 샤프트 상에, 작동적으로 함께 결합된 압축기 휠 및 상기 터빈을 수납하는 하우징과, 상기 웨이스트게이트 개구에 제거 가능하게 직접 장착되고 상기 웨이스트게이트 개구로부터의 배기가스의 흐름이 상기 터빈을 바이패스하도록 제어하는 밸브를 가진 디스포저블 웨이스트게이트 조립체를 포함하는 터보차저 조립체들이 개시된다.
본 발명의 또 다른 형태에서, 장착판, 상기 장착판이 터빈 섹션의 출구 단부에 연결된 터보차저, 및 상기 장착판에 장착된 밸브를 내부에 가진 웨이스트게이트 조립체를 포함하는 터보차저 조립체들이 개시된다. 상기 장착판은 제1 개구 및 제2 개구를 가지며, 상기 터보차저에 장착될 때, 상기 제1 개구는 상기 터빈 섹션의 축방향 출구통로와 정렬되고 상기 제2 개구는 웨이스트게이트 개구와 정렬된다. 상기 장착판은 이 장착된 위치에서 상기 웨이스트게이트 개구를 제2 개구에 연결하는 통로를 형성한다. 상기 웨이스트게이트 조립체는, 상기 밸브가 이 통로에 배치되어 상기 통로를 개방 및 폐쇄함으로써 배기가스의 흐름이 상기 웨이스트게이트 개구를 통해 터빈을 바이패스하도록, 거기에 장착된다.
도 1은 종래의 다이어프램 동작식 웨이스트게이트 밸브를 가진 종래 터보차저의 일 실시예의 측면 사시도이다.
도 2는 압력 균형식 웨이스트게이트 조립체의 사시도이다.
도 3은 터보차저의 터빈 섹션의 출구통로 단부에 장착된 도 2의 압력 균형식 웨이스트게이트의 종단면도이다.
도 4는 폐쇄 위치에 있는 도 2의 압력 균형식 웨이스트게이트의 하위부분의 종단면도이다.
도 5는 부분적으로 개방 위치에 있는 도 2의 압력 균형식 웨이스트게이트의 하위부분의 종단면도이다.
아래의 상세한 설명은 본 발명의 일반적인 원리를 설명할 것이며, 그 실시예들은 첨부한 도면들에 추가로 도시되어 있다. 도면들에서, 동일한 참조번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 지시한다.
내연기관 터보 시스템은 전형적으로 터보차저의 동작 파라미터들을 제어하는 데 다음 구성요소들을 포함한다: 터빈 섹션 및 압축기 섹션을 구비한 배기-구동식 터보차저와 통상 웨이스트게이트로 지칭되는 터빈 바이패스 밸브. 상기 배기-구동식 터보차저는 전형적으로 터빈 휠을 포함하는 배기 하우징을 포함하며, 상기 터빈 휠은 배기 에너지를 공통 샤프트를 통해 기계적 일로 변환하여, 공기를 흡입하고 압축하여 더 높은 동작 압력에서 내연기관의 입구로 공급하는 압축기 휠을 돌린다. 상기 웨이스트게이트는 내연기관의 배기 매니폴드로부터 나오는 배기 체적과, 상기 배기-구동식 터보차저 터빈 휠에 동력을 공급하기 위해 가용한 에너지를 측정하기 위해 사용되는 제어밸브이다. 상기 웨이스트게이트는 배기가 터빈 휠로부터 흘러 나가도록 밸브를 바이패스로 개방함으로써 동작하며, 그에 의해 배기-구동식 터보차저의 속도와 내연기관 흡입 매니폴드의 결과적인 동작 압력을 직접 제어한다.
이하, 도 2를 참조하면, 일반적으로 '160'으로 지시된 웨이스트게이트 조립체는, 단열재(168)에 의해 분리된 액츄에이터 섹션(165)과 밸브 섹션(166)의 2개 섹션으로 분할된 카트리지 본체(164)를 포함하는 하우징(162)을 포함하며, 상기 단열재(168)는 상기 두 섹션 사이에 시일로서 역시 작용한다. 하우징(162)은 전기 커넥터(172)가 그 내부에 포함된 캡(170)을 가지며, 상기 캡(170)은 액츄에이터 섹션(165)의 일부를 커버한다. 액츄에이터 섹션(165)의 내부에는 액츄에이터(174)(도 3 참조)가 수납되며, 상기 액츄에이터(174)는 밸브 섹션(166) 내부에 수납된 밸브(176)에 작동적으로 연결된다. 밸브 섹션(166)은 웨이스트게이트 조립체(160)를 터보차저 (100)에 연결하기 위한 장착부재(179)를 포함하고 압착 시일(178)로 마감된다. 상기 압착 시일의 중요성은 압착 가능성이 장착부재(179) 및 장착판(230), 그리고 그에 의해 하우징(104)의 출구단부(118)와 같은 장착면들 사이의 허용 편차를 허용한다는 것이다. 장착부재(179)는 압착 시일(178)이 터보차저(100) 내의 웨이스트게이트 개구(116)와 밀봉 맞물리도록 배치된다(도 3 참조). 압착 시일(178)은 압착이 가능하다면 임의의 크기, 형상 및 구조(configuration)를 가질 수 있다. 도시한 실시예에서, 압착 시일(178)은 S-형상 단면을 갖지만, 그것에 한정되지 않는다.
도 3에서와 같이, 웨이스트게이트 조립체(160)의 하우징(162), 특히 밸브 섹션(166)은 밸브(176)에 작동 관계로 배치된 윈도우(180)를 형성한다. 폐쇄된 위치에서(도 4 참조) 밸브(176)는 윈도우(180)를 닫으며 개방 위치에서(도 5 참조), 전체적으로 또는 부분적으로, 윈도우(180)는 하우징(162)의 밸브 섹션(166) 내의 유입구(182)와 유체 연통 상태에 있다.
웨이스트게이트 조립체(160)의 액츄에이터(174)는 솔레노이드(202), 전기자(armature)(204), 전기자(204)를 밸브(176)의 로드(197)에 연결하는 커넥터(206), 밸브(176)를 폐쇄 위치(도 4 참조) 쪽으로 편향시키기 위해 커넥터(206)에 위치된 스프링(208), 및 상기 솔레노이드(202)를 동작시키기 위해 외부 전기장치에 전기적으로 연결 가능한 전기 커넥터(172)를 포함한다. 액츄에이터(174)는 또한 액츄에이터(174)의 일부(예컨대, 도 3에 도시한 커넥터(206))의 밸브(176)에 대한 위치를 검지하는 위치 센서(210)를 포함할 수도 있다. 솔레노이드(202)에 동작상 전기적으로 연결된 전기 커넥터(172)는 위치 센서(210)에도 역시 연결될 수 있다. 전기 커넥터(172)는 외부 장치에 전기 커넥터(172)를 연결하기 위한 케이블(미도시)을 수용할 수 있는 플러그 또는 소켓일 수 있다.
위치 센서(210)는 위치 측정을 허용하는 임의의 장치일 수 있다. 위치 센서(210)는 용량성 트랜스듀서(capacitive transducer), 와상-전류(eddy-current) 센서, 격자(grating) 센서, 홀(Hall) 효과 센서, 유도성 비접촉 위치 센서, 레이저 도플러 진동계(Doppler Vibrometer)(광학), 선형 가변 차동변압기(LVDT: linear variable differential transformer), 다중-축 변위 트랜스듀서, 포토다이오드 어레이, 압전 트랜스듀서(압전), 전위차계, 근접센서(광학), 지진 변위 픽업장치, 스트링 전위차계{스트링 포트(string pot), 스트링 인코더(string encoder), 케이블 위치 트랜스듀서로 알려짐)}, 또는 이것들의 조합일 수 있다. 도 3 내지 도 5의 실시예에서, 위치 센서(210)는 커넥터(206)와 같은 액츄에이터(174)의 일부의 움직임에 기초한 상대 위치 센서(예컨대, 변위 센서)이다. 상기 상대 위치 센서는 일 실시예에서 액츄에이터(174)와 함께 움직일 수 있는 자석(212)과 상기 자석의 위치를 그리고 그에 따른 자석(212)의 변위를 검지하는 센서 칩(214)을 포함하는 홀 효과 센서이다. 자석(212)은, 도 3 내지 도 5에 도시한 것과 같이, 커넥터(206) 내에 함께 이동을 위해 위치되며 환형 링 모양의 재료로 만들어질 수 있다. 또는, 자석(212)은 커넥터(206) 또는 전기자(204) 위에 장착될 수도 있다. 칩(214)은, 내연기관 내에 포함되거나 내연기관에 연결된 컴퓨터 처리유닛과 같은 외부 전자장치에, 상기 칩(214)에 의해 수집된 데이터를 통신하기 위해, 전기 커넥터(172)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 웨이스트게이트 조립체(160)의 밸브(176)는 부분 폐쇄된 제1 단부(192) 및 개방된 제2 단부(194)를 가진 세장형의 원통 모양 슬리브(190)를 포함한다. 부분 폐쇄된 단부(192)는, 밸브(176)를 액츄에이터(174)에 동작상 연결하는 로드(197)에 연결된다. 부분 폐쇄된 단부(192)는, 슬리브(190)가 상기 폐쇄 위치와 상기 개방 위치 사이에서 움직일 때, 상기 밸브 내 압력의 균형을 유지하기 위해 복수의 개구를 갖는 그리드(196)를 포함한다.
도 4 및 도 5에 지시된 것과 같이, 밸브(176)는 또한 하우징(162)의 밸브 섹션(166)의 내벽(167)과 슬리브(190) 사이에 위치된 밀봉 부재(sealing member) (220)를 포함할 수도 있다. 밀봉 부재(220)는 밸브 섹션(166) 내부의 중심 위치 근처에 배치될 수 있지만, 일반적으로는 밸브(176)가 폐쇄 위치(도 4 참조)에 있을 때 슬리브(190)의 부분적으로 폐쇄된 단부 근처에 위치되며, 세장형 슬리브(190)는 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 상기 슬리브(190)가 이동하면서 밀봉 부재(220)와 접촉한다. 밀봉 부재(220)는 O-링, V-링, 또는 밸브(176)의 또 다른 부재에 대한 밀봉 맞물림용 밀봉 재료로 만들어진 다른 환형의 시일일 수 있다.
이제 도 3의 웨이스트게이트(160)에 연결된 터보차저(100)를 살펴보면, 터보차저(100)의 기본 구성요소들은 중심 베어링 하우징(103)을 통해 압축기 섹션(102)에 결합된 터빈 섹션(101)을 포함한다. 터빈 섹션(101)은 터빈 휠(105)을 수납하는 터빈 하우징(104)을 포함한다. 마찬가지로, 압축기(102)는 압축기 휠(107)을 수납하는 압축기 하우징(106)을 포함한다. 터빈 휠(105) 및 압축기 휠(107)은 베어링 하우징(103) 내의 베어링 위에 지지되는 공통 샤프트(109)의 대향하는 단부에 장착된다.
터빈 하우징(104)에는 배기입구(110)와 배기출구(111)가 제공된다. 입구(110)는 유입되는 배기가스를 스크롤(scroll)로서 종종 지칭되는 환형 입구 챔버(112)로 안내하며, 이것은 터빈 휠(105)을 둘러싸는 소용돌이를 형성한다. 상기 배기가스는 터빈 휠(105)을 통과해 흘러서 출구 개구(115)를 경유해서 배기출구(111)로 들어가며, 상기 출구 개구(115)는 터빈 휠(105)과 동축이다.
터빈 하우징(104)에는 바이패스 통로(114)가 제공되고, 이것은 배기입구(110)와 웨이스트게이트 개구(116) 사이에서 연통하며, 이것은 배기출구(111)에 제어 가능하게 유체적으로 연결되어, 그것들 사이에 유체 연통을 제공하고 따라서 터빈 휠(105)을 바이패스하게 한다. 바이패스 통로(114)의 제어 가능한 유체 연결은 웨이스트게이트 조립체(160)의 밸브(176)에 의해 전술한 것과 같이 제어되어 상기 밸브를 개방 및 폐쇄한다. 도 3에서와 같이, 밸브(160)의 개방 위치는 배기입구(110)를 바이패스 통로(114)를 사용하여 배기출구(111)와 유체 연통 상태로 한다.
도 2 내지 도 5에서와 같이, 웨이스트게이트 조립체(160)는 세로축(C)을 가진 세장형의 대략 원통형 장치이다. 도 3에 예시된 조립 상태에서, 웨이스트게이트 조립체(160)의 세로축(C)은 웨이스트게이트 개구(116)와 일반적으로 동축이다. 또 다른 실시예에서, 웨이스트게이트 조립체(160)의 적어도 일부는 일반적으로 웨이스트게이트 개구(116)와 동축이다. 도 3의 조립된 상태에서, 웨이스트게이트 개구(116)의 위치 및 하우징(104)의 구조에 기초하여, 웨이스트게이트 조립체(160)는 터빈 휠(105) 근처 하우징(104)의 출구 단부(118)에 제거 가능하게 장착되며 그것으로부터 터빈 휠(105) 및 압축기 휠(107)로부터 멀어지는 방향으로 연장한다. 또한, 웨이스트게이트 조립체(160)는 터보차저(100)의 공통 샤프트(109)에 의해 형성된 회전축(B)에 평행한 세로축(C)을 가진다. 이 실시예들 각각은 공통의 구조를 공유하는데, 일회용 웨이스트게이트 조립체(160)가 웨이스트게이트 개구(116)에 제거 가능하게 직접 장착되며, 웨이스트게이트 조립체(160) 내에 수납된 밸브(176)는 웨이스트게이트 개구(116)로부터 배기가스의 흐름을 제어하도록 위치된다.
전술한 것과 같이, 웨이스트게이트 조립체(160), 특히 웨이스트게이트 조립체(160)의 밸브 섹션(166)의 입구 단부는, 압착 시일(178)로 마감된다. 도 3의 조립체에서, 압착 시일(178)은 웨이스트게이트 조립체(160)와 터보차저(100) 사이에 시일 결합을 형성하기 위해 터보차저(100)의 웨이스트게이트 개구(116)에 대해 영구적으로 변형된다, 즉 "압착된다(crushed)".
터보차저(100)에 대한 웨이스트게이트 조립체(160)의 연결을, 특히 터보차저 교체 없이 웨이스트게이트 조립체(160)의 교체를 가능하게 하는 제거 가능한 방식으로, 용이하게 하기 위해, 터보차저(100)는 하나 이상의 패스너(fastener)(240)로 터빈 섹션(101)의 출구 단부(118)에 제거 가능하게 연결된 장착판(230)을 포함한다. 패스너들(240)은 나사, 볼트, 리벳, 용접, 또는 다른 알려진 패스너들일 수 있다. 장착판(230)은 그것을 통과하는 제1 개구(232) 및 제2 개구(234)를 가지며, 터보차저(100)에 장착될 때 상기 제1 개구(232) 및 제2 개구(234) 양자와 그리고 웨이스트게이트 개구(116) 및 배기가스 출구(111)와 유체 연통하는 챔버(236)를 그것들 사이에 형성한다. 장착될 때, 장착판(230)의 제1 개구(232)는 터빈 섹션(104)의 배기가스 출구(111)와 정렬되고, 제2 개구(234)는 웨이스트게이트 개구(116)와 정렬된다.
장착판(230)이 터보차저(100)에 연결된 후, 웨이스트게이트 조립체(160)는 장착판(230)에 제거 가능하게 장착되며, 밸브 섹션(166)은 장착판(230)의 제2 개구(234) 내에 수납되고 압착 시일(178)은 웨이스트게이트 개구(116)와 밀봉 관계로 고정 변형된다. 대안으로, 웨이스트게이트 조립체(160)는 장착판(230)에 장착될 수 있으며, 그 다음, 유닛으로서 함께, 터보차저(100)에 장착된다. 이 조립체에서, 밸브 섹션(166)의 밸브(176)는 챔버(236) 내부에 배치되어 웨이스트게이트 개구(116)(따라서, 배기입구(110))와 장착판(230)의 제1 개구(232) 사이의 유체 연통을 제어한다. 웨이스트게이트 조립체(160)는 하나 이상의 패스너(242)로(도 3 참조) 장착부재(179)를 통해 장착판(230)에 제거 가능하게 장착될 수도 있다. 패스너들(242)은 나사, 볼트, 리벳, 용접 또는 다른 알려진 패스너들일 수 있다.
웨이스트게이트 밸브(176)의 작동은, 전기 신호를 솔레노이드(202)에 보내 전기자(204)를 솔레노이드(202) 안으로 끌어당겨서 밸브(176)를 개방 위치로 이동시킴으로써 달성된다(도 3 및 도 5 참조). 그 다음 전기 신호가 솔레노이드(202)로부터 제거될 때, 스프링(208)은 밸브(176)를 다시 폐쇄 위치(도 4 참조)로 편향시킨다. 솔레노이드(202)는, 상기 솔레노이드를 언제 활성화 및 비활성화시킬지 결정하기 위해 내연기관의 다른 구성요소들로부터 다른 데이터 및/또는 전기신호를 수신하는 외부 전자장치(미도시)에, 결합될 수도 있다. 일 실시예에서, 상기 외부 전자장치는, 바이패스통로(114)가 밸브(176)의 스프링(208)에 의해 폐쇄되도록 낮은 부스트(low boost)가 검출될 때 상기 솔레노이드를 비활성화시킬 수 있다. 그러나 일단 상기 압축기 출구 내의 압력이 미리 결정된 한계에 도달하면, 상기 외부 전자장치는 솔레노이드를 활성화시켜 밸브(176)를 열어서 유입 배기가스가 터빈 휠(105)을 바이패스할 수 있게 한다. 이와 같이, 터보차저에 의해 생성된 최대 부스트 압력은 제어되고 제한될 수 있다.
여기서, 웨이스트게이트 조립체(160)는 전체 터보차저를 교체할 필요 없이 교체 가능하고 자체-교정하기(self-calibrating) 때문에 종래의 웨이스트게이트에 비해서 상당한 진전이다. 웨이스트게이트 조립체의 액츄에이터 내에 위치 센서를 포함한 것이 자체 교정 기능을 제공한다. 자체-교정은 웨이스트게이트 조립체의 설치 후에는 언제든지 수행될 수 있다. 이것은 설치 시 공장 교정의 필요를 제거한다. 또한, 이 설계는, 상기 스크롤 내부에 있어서 오류, 마모, 또는 고장이 그 안에서 일어나면 접근할 수 없었던 종래의 플래퍼(flapper) 밸브 설계를 이용하지 않는다. 이 문제는 개시된 웨이스트게이트 조립체 및 터보차저 조립체에 의해 제거된다.
웨이스트게이트 조립체의 또 다른 이점은, 상기 밸브가 작동하는데 더 적은 힘을 필요로 하는 압력 균형 밸브라는 것이다. 이러한 이점은 밸브(176)의 세장형 슬리브(190)의 부분 개방 단부(192)에 의해 제공되며, 도 4 및 도 5에 가장 잘 도시되어 있다. 여기서, 개방 단부(192)의 양 측의 표면 영역은 일반적으로 동일하며 따라서, 입구(182)를 통해 웨이스트게이트 조립체(160) 안으로 흐르는 배기가스는 개방 단부(192)의 양 측에 동일한 힘을 적용시킨다. 따라서, 상기 배기가스는 개방 단부(192)의 하측(입구(182)를 향하는 측)을 위로 피스톤을 미는 작용을 하고 동일한 힘으로 상기 개방 단부의 상측을 아래로 피스톤을 미는 작용을 하므로, 상기 힘은 상쇄된다. 따라서, 상기 배기가스는 피스톤을 아래에 유지하지도 않고 위로도 힘을 가하지 않으므로, 액츄에이터(174) 홀로 상기 밸브의 움직임을 제어하는 것을 가능하게 한다.
바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명했지만, 첨부된 청구항들에 의해 정해지는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 웨이스트게이트 조립체에 있어서,
    밸브에 작동적으로 연결된 액츄에이터를 수납하고, 압착 시일로 마감되며, 터보차저에 연결 가능한 장착부재를 구비하여 상기 압착 시일을 상기 터보차저 내의 웨이스트게이트 개구와 밀봉 맞물리는 하우징을 포함하고,
    상기 압착 시일은 적어도 상기 장착부재와 상기 장착부재가 장착되는 상기 터보차저의 표면 사이의 허용 편차를 보정하는, 웨이스트게이트 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 밸브에 작동 관계로 배치된 윈도우를 형성하고,
    폐쇄 위치에서 상기 밸브는 상기 윈도우를 폐쇄하고, 개방 위치에서, 부분적으로 또는 전체적으로, 상기 윈도우는 상기 하우징의 입구와 유체 연통하는, 웨이스트게이트 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브는 부분 폐쇄된 제1 단부와 개방된 제2 단부를 가진 세장형의 원통형 슬리브를 포함하는, 웨이스트게이트 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 부분 폐쇄된 단부는 상기 액츄에이터에 작동적으로 연결된 로드에 연결되는, 웨이스트게이트 조립체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 부분 폐쇄된 단부는 복수의 개구를 가진 그리드를 포함하는, 웨이스트게이트 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 솔레노이드, 전기자, 및 외부 전기장치에 전기적으로 연결 가능한 전기 커넥터를 포함하는, 웨이스트게이트 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 밸브를 상기 폐쇄 위치 쪽으로 편향시키는 편향력을 가진 스프링을 추가로 포함하는, 웨이스트게이트 조립체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 밸브의 위치에 대한 상기 액츄에이터의 일부의 위치를 검지하는 위치 센서를 추가로 포함하는, 웨이스트게이트 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 커넥터는 상기 위치 센서에 전기적으로 연결되는, 웨이스트게이트 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 액츄에이터와 상기 밸브 사이에 배치된 단열재를 포함하는, 웨이스트게이트 조립체.
  11. 터보차저 조립체에 있어서,
    터빈 수납부에 웨이스트게이트 개구를 형성하고 회전 축을 형성하는 공통 샤프트에 작동적으로 함께 결합되는 압축기 휠 및 터빈을 수납하는 하우징; 및
    상기 웨이스트게이트 개구에 제거 가능하게 직접 장착되고, 상기 웨이스트게이트 개구로부터의 배기가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브를 그 내부에 가지는 디스포저블 웨이스트게이트 조립체를 포함하는, 터보차저 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 조립체는 상기 웨이스트게이트 개구를 형성하는 표면과 압착된 밀봉 맞물림을 가지는 압착 시일로 마감되는, 터보차저 조립체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 조립체는 액츄에이터 및 자체-교정 센서를 추가로 포함하는, 터보차저 조립체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 자체-교정 센서는 상기 밸브의 위치에 대한 상기 액츄에이터의 일부의 위치를 검지하는 위치 센서를 포함하는, 터보차저 조립체.
  15. 터보차저 조립체에 있어서,
    관통하는 제1 개구 및 제2 개구를 가진 장착판;
    상기 제1 개구는 터빈 섹션의 축방향 출구 통로와 정렬되고 상기 제2 개구는 웨이스트게이트 개구와 정렬되도록, 상기 장착판이 상기 터빈 섹션의 출구 단부에 연결된 터보차저; 및
    상기 통로를 개방 및 폐쇄하기 위해, 상기 웨이스트게이트 개구를 상기 장착판의 상기 제2 개구에 연결하는 상기 통로에 밸브가 배치되도록, 상기 장착판에 장착된 상기 밸브를 내부에 가진 웨이스트게이트 조립체를 포함하는, 터보차저 조립체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 장착판은 상기 터보차저에 제거 가능하게 장착되고,
    상기 웨이스트게이트 조립체는 상기 장착판에 제거 가능하게 장착되는, 터보차저 조립체.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 조립체는 상기 웨이스트게이트 개구를 형성하는 표면과 밀봉 맞물리는 시일로 마감되는, 터보차저 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 시일은 압착 시일인, 터보차저 조립체.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 웨이스트게이트 조립체는 솔레노이드, 전기자, 및 외부 전기장치에 전기적으로 연결 가능한 전기 커넥터를 포함하는, 터보차저 조립체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 밸브의 위치에 대한 상기 액츄에이터의 일부의 위치를 검지하는 위치 센서를 추가로 포함하는, 웨이스트게이트 조립체.
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