KR101383720B1

KR101383720B1 - 웨이스트게이트를 구비한 터보차저

Info

Publication number: KR101383720B1
Application number: KR1020120145777A
Authority: KR
Inventors: 추동호; 김지호; 문길민
Original assignee: 기아자동차(주); 현대자동차(주)
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-04-08
Anticipated expiration: 2032-12-13

Abstract

본 발명은 전동식 액츄에이터가 과도한 작동 스트로크를 형성하지 않아도 웨이스트게이트밸브의 개방이 충분한 상태로 이루어질 수 있도록 하여, 배기가스의 유동시에 장애가 되지 않도록 함으로써, 촉매로의 배기가스 유동의 균일화를 확보하여 배기가스중의 유해 배출물 정화능력을 최적의 상태로 확보할 수 있도록 하며, 전동식 액츄에이터의 간단화 및 저용량화가 가능하도록 하여 원가를 저감할 수 있도록 한다.

Description

웨이스트게이트를 구비한 터보차저{TURBO CHARGER WITH WASTEGATE}

본 발명은 엔진의 터보차져에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이스트게이트를 구비한 터보차저의 구조에 관한 기술이다.

최근에는 엔진의 다운사이징과 관련하여 가솔린 엔진에도 터보차저의 적용이 확대되고 있는 추세이며, 상기한 바와 같은 터보차저를 제어함에 있어서 보다 적절한 배기가스 유량의 제어를 통해 엔진의 출력 향상 및 유해 배출물 저감을 달성하기 위해 전동식 웨이스트게이트의 적용이 진행되고 있다.

도 1은 종래 기술에 의해 전동식 웨이스트게이트가 적용된 터보차저의 일부를 도시하고 있는 바, 우측은 터보차저의 터빈출구(500)로서 배기가스가 터빈휠을 거쳐서 토출되는 곳이며, 좌측은 배기가스가 상기 터빈휠을 바이패스하여 배기관으로 토출되는 상태를 제어할 수 있도록 웨이스트게이트밸브(502)가 설치되어 있으며, 상기 웨이스트게이트밸브(502)는 전동식 액츄에이터에 의해 작동되는 작동로드(504)에 연결되어 개폐되도록 되어 있다.

또한, 상기와 같이 웨이스트게이트밸브(502)를 통과하거나 터빈휠을 통과한 배기가스는 촉매컨버터로 공급되어 정화된 후 대기중으로 방출되는 경로를 따라 이동하도록 되어 있다.

여기서, 상기 웨이스트게이트밸브(502)의 개폐 각도를 고려해 보면, 상기 웨이스트게이트밸브(502)의 개폐각도가 충분히 커서 완전 개방시에 배기가스가 웨이스트게이트밸브(502)와 가급적 간섭하지 않고 그대로 통과할 수 있어야 배기가스 유동의 균일화로 이후의 촉매로 입사되는 유동의 균일화가 이루어져 촉매의 효율적인 정화 작용이 가능하다.

그러나, 상기한 바와 같이 웨이스트게이트밸브(502)의 개폐 각도를 충분히 확보하기 위해서는 전동식 액츄에이터에 의해 구동되는 상기 작동로드(504)의 스트로크가 매우 커야하며, 이와 같은 크기의 스트로크는 전동식 액츄에이터에 상당한 부담을 주며, 구조적인 이유와 레이아웃의 측면 등을 고려할 때 상기와 같이 웨이스트게이트밸브(502)의 충분한 개방각도를 형성할 수 있는 충분한 스트로크의 형성은 매우 곤란한 문제가 있다.

참고로, 도 2는 도 1의 구성을 상측에서 관측한 도면으로서, 웨이스트게이트밸브(502)에 의해 개폐되는 바이패스통로(506)와, 터빈휠을 통과하고 배출되는 배기가스의 통로인 터빈통로(508)를 표시한 것이며, 도면상 하측에는 촉매컨버터로 연결되는 배기관이 연결되는 구성이다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전동식 액츄에이터가 과도한 작동 스트로크를 형성하지 않아도 웨이스트게이트밸브의 개방이 충분한 상태로 이루어질 수 있도록 하여, 배기가스의 유동시에 장애가 되지 않도록 함으로써, 촉매로의 배기가스 유동의 균일화를 확보하여 배기가스중의 유해 배출물 정화능력을 최적의 상태로 확보할 수 있도록 하며, 전동식 액츄에이터의 간단화 및 저용량화가 가능하도록 하여 원가를 저감할 수 있도록 한 웨이스트게이트를 구비한 터보차저를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 웨이스트게이트를 구비한 터보차저는

터빈휠을 통과하는 배기가스의 통로를 이루는 터빈통로와;

상기 터빈휠을 바이패스하는 배기가스가 통과하도록 구비된 바이패스통로와;

상기 바이패스통로를 개폐하도록 설치된 웨이스트게이트밸브와;

상기 바이패스통로의 상기 웨이스트게이트밸브 측 단부를 형성하며, 상기 바이패스통로의 배기가스 유동방향에 대하여 경사지게 형성된 밸브시트면;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 터보차저의 웨이스트게이트밸브 설치 구조를 설명한 도면,
도 2는 도 1의 상측에서 관측할 때의 웨이스트게이트밸브와 바이패스통로 및 터빈통로의 배치 및 형상을 설명한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 웨이스트게이트를 구비한 터보차저의 구조를 설명한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 웨이스트게이트를 구비한 터보차저의 가공에 필요한 공구 진입 공간을 설명한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명 웨이스트게이트를 구비한 터보차저의 실시예는 터빈휠을 통과하는 배기가스의 통로를 이루는 터빈통로(1)와; 상기 터빈휠을 바이패스하는 배기가스가 통과하도록 구비된 바이패스통로(3)와; 상기 바이패스통로(3)를 개폐하도록 설치된 웨이스트게이트밸브(5)와; 상기 바이패스통로(3)의 상기 웨이스트게이트밸브(5) 측 단부를 형성하며, 상기 바이패스통로(3)의 배기가스 유동방향에 대하여 경사지게 형성된 밸브시트면(7)을 포함하여 구성된다.

즉, 상기 바이패스통로(3)의 단부를 이루는 밸브시트면(7)이 배기가스의 유동방향에 대하여 경사지게 형성됨으로써, 상기 웨이스트게이트밸브(5)의 실질적인 작동에 필요한 회동각도가 상기 밸브시트면(7)의 경사각만큼 줄어들어서, 상기 웨이스트게이트밸브(5)를 상대적으로 적게 회동시켜도 웨이스트게이트밸브(5)의 충분한 개방각도를 얻을 수 있어서, 전동식 액츄에이터 등과 같은 액츄에이터가 상기 웨이스트게이트밸브(5)의 최대 개방각도를 확보하기 위해 무리한 스트로크를 제공하지 않아도 되도록 하여, 액츄에이터에 소요되는 비용을 저감시킬 수 있도록 하고, 상기 바이패스통로(3)를 통과하는 배기가스의 유동 균일성을 상기 웨이스트게이트밸브(5)가 해치지 않도록 함으로써, 촉매컨버터의 정화효율을 극대화할 수 있도록 한 것이다.

여기서, 본 발명은 전동식 액츄에이터에 의해 구동되는 전동식 웨이스트게이트를 구비한다.

상기 웨이스트게이트밸브(5)는 상기 바이패스통로(3)를 개폐하는 밸브플랩(5-1)의 일단에 회동축(5-2)이 편심되게 구비되며, 상기 밸브시트면(7)은 상기 웨이스트게이트의 회동축(5-2)이 위치한 쪽으로부터 상기 회동축(5-2)으로부터 멀어지는 방향을 따라 점차 배기가스 유동방향의 하류를 향해 경사진 평면 형상으로 형성된다.

또한, 상기 웨이스트게이트의 회동축(5-2)은 상기 터빈통로(1)와 바이패스통로(3)의 사이에 위치되며, 상기 터빈통로(1)와 바이패스통로(3)의 합류공간(9)을 향해 회동되어 상기 바이패스통로(3)를 개방하도록 설치된다.

상기 밸브시트면(7)은 상기 바이패스통로(3)의 수직면으로부터 30~60도의 범위로 경사진 경사면으로 이루어지는 것이 바람직하다.

구체적으로는, 상기 터빈통로(1)와 바이패스통로(3)의 합류공간(9) 내에 상기 웨이스트게이트밸브(5)가 설치되고, 상기 합류공간(9)은 촉매컨버터와 연결되며, 상기 밸브시트면(7)은 상기 바이패스통로(3)로부터 상기 합류공간(9)과 촉매컨버터에 이르는 연속된 배기가스의 유선 방향에 대하여 경사지게 형성된다.

여기서, 상기 밸브시트면(7)의 경사 각도 및 그 경사 방향은 실질적으로 상기 바이패스통로(3)를 통과하는 배기가스의 유동 측면에서도 중요한 요소이지만, 그 가공성에 있어서도, 상기 밸브시트면(7)을 가공할 공구의 진입 경로 및 각도를 고려할 때, 본 발명과 같이 터빈통로(1)와 바이패스통로(3)의 중간에 웨이스트게이트밸브(5)의 회동축(5-2)이 위치한 곳으로부터 멀어지는 방향으로 진행하면서 배기가스 유동의 하류 쪽으로 기울어지는 것이 밸브시트면(7)의 연마를 위한 공구 진입이 가능한 구조인 것이다.

참고로, 도 4는 상기한 바와 같은 밸브시트면(7)의 가공을 위해 공구가 진입할 수 있는 공간 A를 표시한 도면이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 터빈통로
3; 바이패스통로
5; 웨이스트게이트밸브
5-1; 밸브플랩
5-2; 회동축
7; 밸브시트면
9; 합류공간

Claims

삭제
터빈휠을 통과하는 배기가스의 통로를 이루는 터빈통로(1)와;
상기 터빈휠을 바이패스하는 배기가스가 통과하도록 구비된 바이패스통로(3)와;
상기 바이패스통로(3)를 개폐하도록 설치된 웨이스트게이트밸브(5)와;
상기 바이패스통로(3)의 상기 웨이스트게이트밸브(5) 측 단부를 형성하며, 상기 바이패스통로(3)의 배기가스 유동방향에 대하여 경사지게 형성된 밸브시트면(7);을 포함하여 구성되고,
상기 웨이스트게이트밸브(5)는 상기 바이패스통로(3)를 개폐하는 밸브플랩(5-1)의 일단에 회동축(5-2)이 편심되게 구비되며;
상기 밸브시트면(7)은 상기 웨이스트게이트의 회동축(5-2)이 위치한 쪽으로부터 상기 회동축(5-2)으로부터 멀어지는 방향으로 경사진 평면 형상으로 형성되고,
상기 밸브시트면(7)은 상기 바이패스통로(3)의 수직면으로부터 30~60도의 범위로 경사진 경사면으로 이루어진 것
을 특징으로 하는 웨이스트게이트를 구비한 터보차저.
청구항 2에 있어서,
상기 웨이스트게이트의 회동축(5-2)은 상기 터빈통로(1)와 바이패스통로(3)의 사이에 위치되며;
상기 터빈통로(1)와 바이패스통로(3)의 합류공간(9)을 향해 회동되어 상기 바이패스통로(3)를 개방하도록 설치된 것
을 특징으로 하는 웨이스트게이트를 구비한 터보차저.
삭제
청구항 2에 있어서,
상기 터빈통로(1)와 바이패스통로(3)의 합류공간(9) 내에 상기 웨이스트게이트밸브(5)가 설치되고;
상기 합류공간(9)은 촉매컨버터와 연결되며;
상기 밸브시트면(7)은 상기 바이패스통로(3)로부터 상기 합류공간(9)과 촉매컨버터에 이르는 연속된 배기가스의 유선 방향에 대하여 경사지게 형성된 것
을 특징으로 하는 웨이스트게이트를 구비한 터보차저.
청구항 2, 청구항 3 또는 청구항 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이스트게이트는 전동식 웨이스트게이트인 것
을 특징으로 하는 웨이스트게이트를 구비한 터보차저.