KR20170123193A - 웨이스트게이트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛은 터빈 및 하우징을 구비한 터보차저에 설치되고, 액추에이터를 구동시켜 부스트를 조절하는 웨이스트게이트 유닛으로서, 상기 터빈 측 배기가스 유입부에 형성되어 웨이스트게이트 개구를 여닫는 개폐부; 상기 액추에이터로 구동시키는 액추에이터 로드; 및 상기 개폐부와 연결되는 제1결합부, 상기 액추에이터 로드와 연결되는 제2결합부 및 상기 제1결합부와 상기 제2결합부 사이에 위치되어 상기 액추에이터 로드의 운동에 의하여 상기 개폐부가 개폐운동할 수 있도록 하는 지지부를 가지는 결합부;를 포함할 수 있다.

Description

웨이스트게이트 유닛{WASTEGATE UNIT FOR TURBOCHARGER}

본 발명은 웨이스트게이트 유닛에 관한 것으로, 구체적으로는 볼조인트와 일체로 형성된 결합부를 가진 웨이스트게이트 유닛에 관한 것이다.

터보차저는 엔진의 출력을 향상시키기 위하여 사용되는 것으로 샤프트의 일단에는 터빈 휠이, 샤프트의 타단에는 컴프레서 휠이 일체로 회전될 수 있도록 장착되어 있다. 엔진에서 배출되는 배기가스가 터빈을 감싸고 있는 터빈 하우징으로 유입되어 터빈 휠을 고속으로 회전시킨다. 터빈 휠의 회전력으로 컴프레서 휠이 회전하여, 공기를 압축한다. 컴프레서 휠을 감싸고 있는 컴프레서 하우징을 통해 압축된 공기가 토출된다. 이렇게 가압된 공기는 연소실로 이동되어 엔진의 충진효율을 향상시키고 출력을 증대시킨다.

그러나, 흡기 매니폴드 내에 걸리는 부스트 압력이 과도하면 이상 연소(detonation)와 엔진의 손상을 초래할 수 있다. 이러한 부스트 압력을 억제하기 위하여 터보차저는 웨이스트게이트 유닛을 가질 수 있다. 웨이스트 게이트 유닛에 의하여, 부스트 압력이 일정값에 도달하게 되면 배기가스의 일부분이 바이패스(bypass)되어 웨이스트게이트로 흐르게 하여 터빈을 회전시키지 않고, 외부로 배출된다.

도 1은 일반적인 웨이스트게이트 유닛을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면 일반적인 웨이스트게이트 유닛은 개폐부(10), 연결부(20), 부시부(30), 레버부(40), 액추에이터 로드, 액추에이터로 구성되어 있다. 액추에이터를 구동함으로써 연결부(20)를 통하여 동력을 전달하여, 개폐부(10)가 개폐운동을 하게 된다. 이 때 액추에이터 로드가 병진운동을 하는 데 비하여 액추에이터 로드와 연결된 레버부(40)가 회전운동을 하므로 온도 조건 및 구동 조건에 따라서 연결부(20)에서 급격한 마모현상이 발생할 수 있는 문제가 있다.

또한 부시부(30)를 터보차저의 하우징에 압입하는 공정 및 레버부(40)의 용접공정 등 공정의 수가 많아 비용이 증가하는 문제가 있다.

또한 점차 소형화되는 터보차저에서 웨이스트게이트 유닛의 개폐부(10) 옆으로 부시부(30)를 위치시키는 데 있어서 문제가 발생할 수 있다.

한국특허공개공보 10-2006-0377719

본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.

볼조인트와 일체형으로 형성되고, 개폐부와 액추에이터 로드 사이를 연결하는 결합부를 가짐으로써 부품수가 감소되는 웨이스트게이트 유닛을 제공하고자 한다.

또한, 액추에이터 로드와 결합부를 직접 연결시켜 작동시킴으로써 마모가 적게 발생되는 웨이스트게이트 유닛을 제공하고자 한다.

또한, 웨이스트게이트 유닛의 개구와 가깝게 소켓부를 배치할 수 있어 설계의 다양성을 확보하는 웨이스트게이트 유닛을 제공하고자 한다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터빈 및 하우징을 구비한 터보차저에 설치되고, 액추에이터를 구동시켜 부스트를 조절하는 웨이스트게이트 유닛으로서, 상기 터빈 측 배기가스 유입부에 형성되어 웨이스트게이트 개구를 여닫는 개폐부; 상기 액추에이터로 구동시키는 액추에이터 로드; 및 상기 개폐부와 연결되는 제1결합부, 상기 액추에이터 로드와 연결되는 제2결합부 및 상기 제1결합부와 상기 제2결합부 사이에 위치되어 상기 액추에이터 로드의 운동에 의하여 상기 개폐부가 개폐운동할 수 있도록 하는 지지부를 가지는 결합부;를 포함할 수 있다.

상기 지지부는 볼조인트로 형성될 수 있다.

상기 지지부를 삽입시키고, 상기 하우징의 내측과 외측을 관통하는 홀

에 압입하기 위한 소켓부를 더 포함할 수 있다.

상기 액추에이터 로드는 상기 결합부와 수직으로 연결될 수 있다.

상기 결합부는 일직선 형태일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛은 볼조인트와 일체형으로 형성되어 개폐부와 액추에이터 로드 사이를 연결하는 연결부를 가짐으로써 부품수 감소의 효과가 있다.

또한, 액추에이터의 구동력이 액추에이터 로드를 통하여 곧바로 결합부로 전달되어 마모가 적게 발생하는 효과가 있다.

또한, 웨이스트게이트 유닛의 개폐부와 가깝게 소켓부를 배치할 수 있어 설계의 다양성을 확보하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 웨이스트게이트 유닛을 나타낸 사시 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 개폐부의 측면에서 나타낸 사시 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 개폐부의 정면 에서 나타낸 사시 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 개폐부의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 개폐부의 측면도 이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 결합부를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 액추에이터 및 액추에이터 로드와 결합부의 결합을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 소켓부를 나타낸 도면이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

이하에서는 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛을 설명하도록 하겠다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛은 개폐부(100), 결합부(200), 소켓부(300), 액추에이터 로드(400), 액추에이터(500)를 포함한다.

도 2에서와 같이 개폐부(100)는 배기가스가 유입되는 개구(150)를 개폐하는 공간이다. 터보차저는 엔진에서 배출된 배기가스를 이용하여 공기를 압축시켜 다시 엔진의 연소에 활용함으로써, 엔진의 효율을 증가시키는 것이다. 엔진에서 배출된 배기가스는 터빈 측으로 유입되어 터빈을 회전시키게 된다. 그러나, 배출되는 모든 배기가스가 터빈을 회전시키게 되는 경우 흡기 매니폴드에 과도한 부스트 압력이 발생하여 터보차저의 내구성에 문제를 발생시키게 된다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 웨이스트게이트 유닛이 필요하게 되며, 터빈의 배기가스 유입부에 웨이스트게이트 개구(150)가 형성된다. 도 2를 참조하면, 웨이스트게이트 개구(150)는 이를 덮고 있는 개폐부(100)에 의하여 선택적으로 개폐될 수 있다. 따라서, 흡기 매니폴드에 과도한 부스트 압력이 발생하는 경우 웨이스트게이트의 개폐부(100)가 열려 배기가스의 일부가 터빈을 회전시키지 않고 바로 외부로 바이패스(bypass)되어 부스트 압력이 과도하게 걸리는 것을 방지할 수 있게 된다.

개폐부(100)의 개구(150) 측은 덮개부(150b), 개구(150) 반대편으로는 돌출된 돌출부(100a)가 있다. 돌출부(100a) 외측을 감싸는 형태로 결합부(200)의 일측이 개폐부(100)와 연결되어 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하면 결합부(200)는 제1결합부(200a), 작용부(200b), 지지부(200c), 제2결합부(200d)가 일체형으로 형성된다. 제1결합부(200a)는 돌출부(100a)를 감싸는 형태로 결합할 수 있도록 형성되고, 제2결합부(200d)는 액추에이터 로드(400)와 결합할 수 있도록 형성된다. 특히 제2결합부(200d)는 볼조인트로 형성되어 액추에이터 로드(400)와 결합시켜, 운동을 원활하게 할 수 있다. 또한, 개폐부(100)와 결합된 제1결합부(200a)는 하우징(600)의 내측과 외측을 관통하는 홀(650)을 통과하는 길이방향으로 연장되어 작용부(200b)를 형성한다.

또한, 결합부(200)는 지지부(200c)를 포함하고 있다.

특히 지지부(200c)는 볼조인트로 형성될 수 있으며, 이 경우 결합부(200)가 지지부(200c)를 중심으로 하여 회전할 수 있게 된다.

도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면 지지부(200c)는 소켓부(300)에 의하여 지지될 수 있다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 소켓부(300)를 나타낸 도면이다. 소켓부(300)의 외측면은 하우징(600)의 내측과 외측을 관통하는 홀(650)과 밀착될 수 있도록 형성되어, 소켓부(300)를 하우징(600)의 내측과 외측을 관통하는 홀(650)에 압입시킬 수 있게 된다. 소켓부(300)의 내측면은 지지부(250)를 감쌀 수 있도록 형성되어, 연결부(200)를 소켓부(300)에 삽입시킬 수 있다.

특히 도 2와 같이 지지부(250)가 볼조인트인 경우에는 볼조인트 형상과 맞닿는 부분에 대응하는 구형의 형태가 소켓부(300)의 내부에 형성되어 있다.

소켓부(300)의 외측면이 홀(650)과 밀착되고, 소켓부(300)의 내측면이 지지부(250)를 감싸게 되므로, 소켓부(300)는 결합부(200)를 전체적으로 고정시키게 된다. 이와 같이 결합부(200)의 지지부(250)가 소켓부(300)와 함께 홀(650)에 고정된다. 액추에이터(500)로부터 전달된 구동력은 액추에이터 로드(400)를 직선운동시켜 제2결합부(200)에 전달된다. 제2결합부(200d)는 액추에이터 로드(400)의 운동 방향과 같은 방향으로 미소 병진운동하게 된다. 그 결과 제2결합부(200d)는 힘을 받고, 지지부(200c)는 지렛대의 중심점 역할을 하여 그 힘이 작용부(200b)에 작용하게 되어 개폐부(100)가 개폐운동할 수 있게 된다.

따라서, 도 2에서와 같이 결합부(200)가 운동하여 개폐부(100)를 작동시키는 경우 레버부(40)와 같은 별도의 부품이 필요 없으며, 별도의 용접공정이 필요하지 않게 된다. 그 결과 부품간의 마모가 적게 발생하는 효과가 있다.

또한 결합부(200)는 일직선 형태로 이루어질 수 있으며, 액추에이터 로드(400)가 제2결합부(200d)에 힘을 가하면, 지지부(250)를 중심점으로 하여 개폐부(100)에 힘이 작용하게 된다. 또한, 하우징(600)의 내측과 외측을 관통하는 홀(650)에 통과하는 길이방향으로 연장 형성되어, 지렛대와 같은 역할을 수행한다.

결합부(200)의 형태는 하우징(600)의 구조에 따라 일직선 이외의 다른 형태로 형성될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 결합부(200)와 개폐부(100)가 연결된 부분이 하우징(600)의 구조에 맞추어 곡선으로 형성되어 있다. 이와 같이 결합부(200)의 형태가 일직선이 아닌 경우에도 결합부(200)의 형태가 일체로 이루어진 경우 제작을 위한 별도의 공정이 필요없는 장점이 있다.

도 7을 참조하면 액추에이터(500)와 액추에이터 유닛(400)은 결합부(200)와 연결되어 구동된다.

액추에이터(500)는 터보차저의 본체에 원통형태로 부착되어 액추에이터 유닛(400)과 연결되어 작동되는 장치로서, 엔진의 성능을 결정짓는다. 또한, 액추에이터(500)는 웨이스트게이트 유닛의 개폐부(100)를 선택적으로 개폐하도록 구동된다. 일정한 부스트 압력 이상이 되면 개폐부(100)를 열어 배기가스의 일부를 바이패스 되도록 하고, 일정한 부스트 압력 이하로 되면 개폐부(100)를 차단하여 배기가스가 터빈을 회전시키도록 한다. 또한, 터보차저를 통해 엔진의 연소실로 유입될 수 있는 공기의 압력(부스트 압력)이 정해진 정도보다 과도하게 흡입되는 경우가 많아지면, 터보차저의 손상을 가져오므로 액추에이터(500)가 컴프레서 측 하우징(미도시) 출구의 압력을 감지하여 터빈 측 하우징(600)으로 들어오는 배기가스를 일정 양 이하로 차단하여 주는 역할도 한다.

액추에이터 로드(400)는 액추에이터(500)의 구동력에 의하여 작동되는 것으로 일단부는 액추에이터(500) 측에 연결되고, 타단부는 제2결합부(200d)와 연결된다.

도 7을 참조하면, 액추에이터(500)가 구동됨에 따라 액추에이터 로드(400)가 운동하고, 액추에이터 로드(400)는 결합부(200)에 대하여 수직방향으로 병진운동하게 된다. 이 때 액추에이터 로드(400)의 운동이 제2결합부(200d)에 전달되고, 지지부(250) 부분을 받침점으로 하여, 개폐부(100)가 병진운동하게 된다.

특히 도 7과 같이 액추에이터 로드(400)가 결합부(200)와 수직으로 연결되는 경우에는 결합부(200)에 액추에이터의 구동력을 최대로 전달할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 적은 구동력으로도 개폐부(100)의 개폐운동이 원활하게 일어날 수 있다.

일반적인 터보차저의 경우 도 1에서 보는 바와 같이 웨이스트게이트 유닛의 레버부(40)의 회전에 따른 결합부(10)의 운동거리를 감안하여, 개폐부(10) 근처로 부시부(30)를 위치시킬 때 개폐부(10) 중심으로부터 부시부(30) 중심까지 일정한 수평거리(L)를 확보하여야 한다. 그러나, 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이스트게이트 유닛의 경우 소켓부(300)는 개폐부(100)의 중심을 지나는 직선상을 통과하면서, 하우징(600)의 내측과 외측을 관통하는 홀(650)의 내부에 위치하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 웨이스트게이트 유닛의 경우 일반적인 경우와 비교하면 개폐부(100)와 더욱 가깝게 홀(650) 및 소켓부(300)를 위치시킬 수 있어, 점차 소형화되는 터보차저에 대한 활용도를 높일 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 개폐부
200 : 결합부
200a : 제1결합부 200b : 작용부
200c : 지지부 200d : 제2결합부
300 : 소켓부
400 : 액추에이터 로드
500 : 액추에이터
600 : 하우징

Claims (5)

1. 터빈 및 하우징을 구비한 터보차저에 설치되고, 액추에이터를 구동시켜 부스트를 조절하는 웨이스트게이트 유닛으로서,
   상기 터빈 측 배기가스 유입부에 형성되어 웨이스트게이트 개구를 여닫는 개폐부;
   상기 액추에이터로 구동시키는 액추에이터 로드; 및
   상기 개폐부와 연결되는 제1결합부, 상기 액추에이터 로드와 연결되는 제2결합부 및 상기 제1결합부와 상기 제2결합부 사이에 위치되어 상기 액추에이터 로드의 운동에 의하여 상기 개폐부가 개폐운동할 수 있도록 하는 지지부를 가지는 결합부;를 포함하는 웨이스트게이트 유닛.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 지지부는 볼조인트로 형성된 웨이스트게이트 유닛.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 지지부를 삽입시키고, 상기 하우징의 내측과 외측을 관통하는 홀에 압입하기 위한 소켓부를 더 포함하는 웨이스트게이트 유닛.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 액추에이터 로드는 상기 결합부와 수직으로 연결되는 웨이스트게이트 유닛.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 결합부는 일직선 형태인 웨이스트게이트 유닛.
   
   
   

Images