KR100475797B1 - 배기가스를 바이패스시키기 위한 터보차저의 웨이스트게이트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 배기가스압이 기준치보다 높아지게 되면 피스톤식의 웨이스트 게이트 밸브가 바이패스관로를 직접적으로 개방하게 되므로써 복잡한 액츄에이터 기구가 생략되어 구조가 단순하고 작동응답속도가 빠르고 내구성이 우수한 배기가스를 바이패스키시기 위한 터보차저의 웨이스트 게이트 장치를 제공하는데 있다.

이를위해 본 발명은 터보차저 하우징에 터빈을 우회하여 배기가스를 배출하도록 마련되는 바이패스관로와;

상기 바이패스관로에 설치되어 터빈하우징내에 작용하는 배기가스압에 의해 축방향으로 슬라이드되는 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브와;

상기 웨이스트 게이트 밸브에 작용하는 배기가스압에 대항하여 탄발토록 상기 웨이스트 게이트 밸브를 지지하는 리턴스프링과;

상기 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브를 축방향으로 슬라이드되도록 수용하고 있으며, 배기가스압이 기준치 이상으로 상승하여 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브가 리턴스프링을 압축하고 이동하였을때 상기 터빈하우징과 바이패스관로를 연통하는 연통공이 구비된 실린더; 를 포함하여 구성되어 있다.

Description

배기가스를 바이패스시키기 위한 터보차저의 웨이스트 게이트 장치{Waste gate apparatus of turbo charger}

본 발명은 배기가스를 바이패스시키기 위한 터보차저의 웨이스트 게이트(waste gate)장치에 관한 것이다.

대기압보다 높은 압력으로 엔진에 공기를 송입하여 과급하면 배기량이 같은 엔진에서도 다량으로 공기를 충전할 수 있으며, 이것에 따라 연료의 분사량을 증가시키게 되면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있게 되는 바, 이를위해 배기가스의 유동에너지를 이용하여 터빈을 회전시키고, 이 터빈에 회전축으로 연결된 블로어(압축기)를 구동하여 공기를 흡입·가압하여 실린더에 보내는 터보차저가 엔진출력 향상을 위한 장치로 많이 장착되고 있다.

그런데 터보차저의 경우 고속운전시 다량으로 배출되는 고속·고압의 배기가스로 인하여 과도한 과급이 일어나고 또 터빈의 고속회전에 의한 내구성 문제가 유발되기 때문에 일정조건이상, 예를들면 작동속도가 2000 ~ 2500rpm인 디젤 엔진의 경우 1400rpm 전후에 도달하게 되면 배출되는 배기가스의 일부가 터빈을 경유하지 아니하고 배출되도록 하므로써 터빈의 과속운전에 의한 베어링계의 손상 및 지나친 과급을 방지토록 하고 있다.

이 때문에 도 4에 도시하는 것과같이 터보차저(11)의 하우징(12)에는 터빈을 우회하는 바이패스관로(13)를 개폐하는 웨이스트 게이트 장치(14)를 마련하고 있다.

웨이스트 게이트 장치(14)는 바이패스관로(13)를 개폐하는 웨이스트 게이트 밸브(15, waste gate valve)와 그 밸브(15)를 작동하기 위한 작동로드(16), 밸브(15)의 개폐를 제어하기 위한 다이어프램 작동식의 액츄에이터(17) 및 그 액츄에이터(17)를 작동하기 위한 공기압 통로(18)와, 그 공기압 통로(18)를 블로어의 공기가 흡입되는 입구라인에 접속하는 구성으로 되어있어, 과급압력이 지나치게 높아지게 되면 블로어 입구에 형성되는 흡기부압이 커지고, 이에따라 액츄에이터(17)의 다이어프램이 변형을 일으키고 이에 연동하여 작동로드(16)를 통해 웨이스트 게이트 밸브(15)를 작동시켜 바이패스관로(13)를 개방하게 되므로써 배기가스가 터빈을 거치지 않고 배출되도록 하여 다시 과급압력을 정상치로 유지토록 하고 있다.

그러나 상기한 종래의 웨이스트 게이트 장치(14)는 엔진의 정부압을 이용하여 웨이스트 게이트 밸브(15)를 작동시키기 위해 액츄에이터 기구 등 복잡한 구조의 장치가 필요하고, 또 블로어측의 압력변동을 이용하여 장치를 작동시키게 되므로써 간접적 방식에 의한 응답성의 저하문제가 있으며, 기구학적으로 내구성의 확보가 어려워 성능 유지 및 배기가스 악화에 큰 영향을 미치게 되는 등 여러가지 문제를 유발하고 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은

배기가스압이 기준치보다 높아지게 되면 피스톤식의 웨이스트 게이트 밸브가 바이패스관로를 직접적으로 개방하게 되므로써 복잡한 액츄에이터 기구가 생략되어 구조가 단순하고 작동응답속도가 빠르고 내구성이 우수한 배기가스를 바이패스키시기 위한 터보차저의 웨이스트 게이트 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

터보차저 하우징에 터빈을 우회하여 배기가스를 배출하도록 마련되는 바이패스관로와;

상기 바이패스관로에 설치되어 터빈하우징내에 작용하는 배기가스압에 의해 축방향으로 슬라이드되는 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브와;

상기 웨이스트 게이트 밸브에 작용하는 배기가스압에 대항하여 탄발토록 상기 웨이스트 게이트 밸브를 지지하는 리턴스프링과;

상기 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브를 축방향으로 슬라이드되도록 수용하고 있으며, 배기가스압이 기준치 이상으로 상승하여 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브가 리턴스프링을 압축하고 이동하였을때 상기 터빈하우징과 바이패스관로를 연통하는 연통공이 구비된 실린더; 를 포함하여 구성되어 있다.

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 터보차저 하우징의 외부형상을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.

도면중 부호 1은 터보차저이며, 그의 하우징(2)(3)내에는 터빈과 블로어 및 회전축등이 수용되어 있다.

터빈하우징(2)에는 그 내부에 회전가능하게 설치되는 터빈(4)에 배기가스가 도달하기전에 그 터빈(4)을 우회하여 배기가스가 배출되도록하는 바이패스관로(5)가 마련되어 있다.

이 바이패스관로(5)에는 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브(6)를 수용하여 축방향으로 슬라이드 이동을 허용하는 실린더(7)가 마련되어 있으며, 피스톤식웨이스트 게이트 밸브(6)는 배기가스압에 대항하는 방향으로 항시 탄발하는 리턴스프링(8)에 의해 지지되고 있다.

그리고 상기 리턴스프링(8)은 엔진이 기준 rpm인 1400rpm 이하일때의 배기가스압력보다 큰 탄성력을 가지며, 엔진이 1400rpm 보다 고속으로 운전시에는 그때의 배기가스압에 의해 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브(6)가 리턴스프링(8)을 압축하면서 축방향으로 슬라이드 이동하게 된다.

또 도 3에 도시하는 것과 같이 실린더(7a)를 유입공(10a)을 통해 터빈하우징(2)에 연통하도록 형성하고, 실린더(7a)에 리턴스프링(8a)과 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브(6a)를 수용하고, 실린더(7a)에 바이패스관로(5a)를 접속하되, 연통공(9a)을 실린더(7a) 내벽면에 비스듬한 나선형의 요홈(9b)으로 연장되도록 형성하므로써, 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브(6a)가 리턴스프링(8a)을 압축하면서 이동할 때 요홈(9b)의 개방량이 점차 증대되어지게 되므로써 바이패스 되는 배기가스량이 배기 가스압에 비례하는 선형화가 가능하다.

이와같은 구성의 본 발명에 의하면 엔진이 정상구동되어 터보차저의 과열이 우려되지 않을때에는 배출되는 배기가스압보다 리턴스프링(8)(8a)의 탄성력이 커서 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브(6)(6a)가 연통공(9)(9a)을 차단하여 바이패스관로(5)(5a)는 하우징(2)에 대해 차단되므로써 배기가스는 터빈(4)을 회전시킨 후 대기로 배출되어지게 되나, 엔진이 기준속도 이상, 예를들면 1400rpm 이상으로 운전되면 배기가스압이 리턴스프링(8)(8a)의 탄성력보다 커지게 되므로써 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브(6)(6a)는 리턴스프링(8)(8a)을 압축하면서 이동하여 연통공과 요홈(9)(9b)을 개방하게 된다.

연통공(9) 및 요홈(9b)이 개방되면 배기가스의 일부는 터빈(4)을 통해 배출되지 아니하고 바이패스관로(5)(5a)로 우회배출되므로써 터보차저(1)의 고속회전과 과열을 방지하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 종래의 웨이스트 게이트 밸브작동을 위한 액츄에이터 등의 복잡한 기구를 생략하는 대신 배기가스압력에 의해 직접 바이패스관로를 개방하게 되는 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브를 구비한 웨이스트 게이트 장치를 마련하는 것에 의해서 구조가 단순해지고 경량화되며, 터보차저의 작동응답성이 좋고 내구성이 향상되는 효가가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 터보차저의 하우징의 외부모습을 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 의한 웨이스트 게이트 장치를 보여주기 위한 도 1의 A-A 단면도

도 3은 본 발명의 웨이스트 게이트 장치의 변형된 배기가스 배출 통로를 보여주는 절개 사시도이다.

도 4은 종래기술

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 터보차저 2,3 : 하우징(터빈, 블로어)

4 : 터빈 5 : 바이패스관로

6 : 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브 7 : 실린더

8 : 리턴스프링 9 : 연통공

Claims (2)

1. 터보차저 하우징에 터빈을 우회하여 배기가스를 배출하도록 마련되는 바이패스관로와, 상기 바이패스관로에 설치되어 터빈하우징내에 작용하는 배기가스압에 의해 축방향으로 슬라이드되는 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브와, 상기 웨이스트 게이트 밸브에 작용하는 배기가스압에 대항하여 탄발토록 상기 웨이스트 게이트 밸브를 지지하는 리턴스프링과, 상기 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브를 축방향으로 슬라이드되도록 수용하고 있으며 배기가스압이 기준치 이상으로 상승하여 피스톤식 웨이스트 게이트 밸브가 리턴스프링을 압축하고 이동하였을때 상기 터빈하우징과 바이패스관로를 연통하는 연통공이 구비된 실린더를 포함하여 구성되어 배기가스를 바이패스시키기 위한 터버차저의 웨이스트 게이트 장치에 있어서,

   상기한 연통공은 상기 실린더의 내벽면에 나선형으로 형성되는 요홈에 접속되는 것을 특징으로 하는 배기가스를 바이패스시키기 위한 터보차저의 웨이스트 게이트 장치.
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