KR101908949B1

KR101908949B1 - 워터자켓이 구비된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터

Info

Publication number: KR101908949B1
Application number: KR1020140020079A
Authority: KR
Inventors: 김진라
Original assignee: 주식회사 세종에이티티
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2018-12-10
Also published as: KR20150098774A

Abstract

본 발명에 따른 워터자켓이 구비된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터는, 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서, 수용부가 형성된 하부하우징, 상기 수용부에 수용되고, 회전력을 발생시키는 구동모터, 상기 하부하우징 중 상기 수용부의 외측에 구비되어 상기 구동모터에서 발생되는 열을 냉각시키는 워터자켓 및 상기 하부하우징과 결합되어 상기 수용부를 차폐하며, 상기 워터자켓에 인접하게 설치되어 상기 워터자켓의 냉각 효과를 전달받는 간접냉각부를 포함하는 상부하우징을 포함한다.

Description

워터자켓이 구비된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터{Electrical Actuator For Variable Geometry Turbocharger Having Water Jacket}

본 발명은 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하우징의 외측에 구비되어 구동모터에서 발생되는 열을 냉각시키는 워터자켓이 구비된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 관한 것이다.

터보차져는 배기가스의 압력에 의해서 고속으로 회전되어 공기를 가압하는 임펠러(Impeller), 배기가스의 열에너지를 회전력으로 변환시키는 터빈(Turbine), 터빈 축을 지지하는 플로팅 베어링, 과급 압력이 규정 이상으로 상승되는 것을 방지하는 과급 압력 조절기, 과급된 공기를 냉각시키는 인터쿨러, 분사 시기를 조절하여 노킹이 발생되지 않도록 하는 노킹 방지 구조 등으로 구성된다.

일반적으로 스로틀 밸브가 열리고 터보차져가 추가 동력을 공급할 때까지 지연시간(터보차져 래그, Turbocharger Lag)이 발생하며, 이러한 지연시간을 최소화하기 위하여 가변 터보차져(Variable Geometry Turbocharger)가 개발되었다.

가변 터보차저는 크게 가변 노즐 터보차저와 가변 면적 터보차저로 나눌 수 있는데, 가변 노즐 터보차저는 터보 휠 주위에 회전 날개가 부착되고, 전자제어장치에 의해 제어되는 액추에이터는 회전 날개의 위치를 조정한다. 즉 낮은 엔진 속도에서는 회전 날개들이 부분적으로 개방되어 불필요한 과급압을 발생시키지 않도록 하여 배기 저항을 감소시킨다.

가변 면적 터보차저는 전자제어장치가 터빈 입구에 있는 하나 또는 그 이상의 회전 날개를 제어하여, 가스의 속도를 제어함으로써 터빈의 속도를 제어한다. 즉 가속 시 회전 날개들은 배기 가스의 속도를 증가시키도록 제어되어, 과급압을 신속히 공급하게 된다.

한편 이와 같은 가변 터보차져에 사용되는 전기식 액추에이터에는 하우징 내에 구동모터가 구비되며, 상기 구동모터에서는 다량의 열이 방출된다. 다만, 종래의 전기식 액추에이터는 이와 같은 열을 냉각시키기 위한 별도의 냉각 구조가 형성되어 있지 않다는 문제가 있다. 이는 전기식 액추에이터의 실장 위치에 별도의 냉각 구조를 설치하기 위한 공간을 할당하기가 어렵기 때문이다.

또한 가변 터보차져에 사용되는 전기식 액추에이터의 하우징 내에는 구동모터 외에도 ECU 등 다양한 열원이 존재하나, 이들에 대한 냉각 구조 역시 구비되어 있지 않아 이에 대한 대책이 요구된다.

일본공개특허공보 제2003-2786009호

본 발명에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터는 구동모터 및 다양한 열원에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 구조를 형성하기 위한 목적을 가진다.

또한 본 발명에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터는 냉각을 수행하면서도 과도한 공간을 점유하지 않도록 하는 구조를 형성하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

그리고 상기 간접냉각부는 하나 이상의 냉각리브를 포함할 수 있다.

또한 상기 냉각리브는 상기 워터자켓 측으로 연장되어 상기 워터자켓에 적어도 일부가 접촉되도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 하부하우징 및 상기 상부하우징의 결합 영역의 둘레에는 서로 접촉되는 연장면이 각각 형성될 수 있다.

또한 상기 하부하우징의 연장면에는 상기 워터자켓의 상단부가 삽입되는 삽입홈이 형성될 수 있다.

그리고 상기 워터자켓은 상기 삽입홈에 삽입된 상태로 상기 상부하우징에 적어도 일부가 접촉되도록 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 워터자켓이 구비된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터는 구동모터 및 다양한 열원에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터는 효과적인 냉각을 수행하면서도 별도의 확장된 공간을 요구하지 않아 공간의 낭비가 없다는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터는 종래의 전기식 액추에이터의 구조 변경 없이 종래의 전기식 액추에이터를 그대로 사용할 수 있어 불필요한 생산 설비 교체 등이 요구되지 않는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터의 전체 모습을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터의 구조를 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서, 워터자켓이 하부하우징에 장착되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서, 하부하우징의 삽입홈에 워터자켓이 삽입되는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서, 하부하우징의 삽입홈에 워터자켓이 삽입된 상태의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서, 냉각리브의 모습을 나타낸 사시도이다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 복원부재 고정돌기가 구비된 하우징을 포함하는 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 관하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터(1)의 전체 모습을 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터(1)의 전체 구조를 나타낸 분해사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 은 본 발명의 제1실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터(1)는 하부하우징(200)과, 상부하우징(100)과, 구동모터(420)와, 워터자켓(300)을 포함한다.

상기 하부하우징(200)은 수용부(210)가 형성되며, 본 실시예의 경우 상기 수용부(210)는 적어도 일부가 구동모터(420)에 대응되는 형상을 가진다. 즉 하부하우징(200)은 수용부(210)에 내부에 수용된 형태를 가진다.

상기 구동모터(420)는 상기 수용부(210)에 수용되고, 회전력을 발생시키는 구성요소로서, 그 출력측에 감속기(430)가 구비된다. 그리고 감속기(430)는 상기 구동모터(420)의 회전 구동력을 증대시킬 수 있다.

상기 워터자켓(300)은 상기 하부하우징(200) 중 상기 수용부(210)의 외측에 구비되어 상기 구동모터(420)에서 발생되는 열을 냉각시키는 구성요소이다. 본 실시예의 경우 상기 워터자켓(300)은 냉각수 유입구(330)와, 냉각수 유동경로(310)와, 냉각수 배출구(320)를 포함한다. 즉 냉각수는 냉각수 유입구(330)를 통해 유입되어 냉각수 유동경로(310)를 경유하며 구동모터(420)를 냉각시키고, 냉각수 배출구(320)로 배출된다.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 하부하우징(200)의 수용부(210)의 일측에는 상기 워터자켓(300)이 장착될 수 있는 장착면(212)이 형성된다. 이에 따라 워터자켓(300)은 볼트 등에 의해 안정적으로 수용부(210) 외측에 장착될 수 있다.

또한 본 실시예에서 냉각수 유동경로(310)는 워터자켓(300)의 일면으로 노출된 형태로 형성되며, 상기 장착면(212)은 냉각수 유동경로(310)의 개방된 일측을 차폐할 수 있다. 즉 유동되는 냉각수는 하부하우징(200) 측에 직접적으로 접촉되므로 냉각 효과를 더욱 증가시킬 수 있다.

상기 상부하우징(100)은 상기 하부하우징(200)과 결합되어 상기 수용부(210)를 차폐하는 구성요소이다. 상기 상부하우징(100)과 상기 하부하우징(200) 사이에는 전술한 감속기(430)와, 상기 감속기(430)와 연결되어 회전되며, 상기 감속기(430)로부터 전달된 회전력을 가변 터보차져에 전달하는 레버(450)와, 레버(450)를 복원시키는 복원부재(440)와, 각 구성요소를 전자적으로 제어하는 ECU(410), 상기 상부하우징(100)과 상기 하부하우징(200) 사이에 구비되어 내부 공간을 밀폐시키는 실링부재(405) 등 다양한 구성요소가 구비될 수 있다.

그리고 상기 상부하우징(100)에는 상기 워터자켓(300)에 인접하게 설치되어 상기 워터자켓(300)의 냉각 효과를 전달받는 간접냉각부를 포함한다. 상기 간접냉각부는 상기 워터자켓(300)의 저온을 전달받을 수 있도록 다양한 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 간접냉각부는 하나 이상의 냉각리브(150)를 포함하여, 워터자켓(300)의 저온을 상부하우징(100)에 전달시킬 수 있다.

한편 본 실시예의 경우 상기 하부하우징(200) 및 상기 상부하우징(100)의 결합 영역의 둘레에는 서로 접촉되는 연장면(102, 202)이 각각 형성된다. 즉 하부하우징(200)의 연장면(202)과 상부하우징(100)의 연장면(102)은 서로 접촉되어 볼트 등에 의해 결합될 수 있다.

그리고 본 실시예에서 상기 냉각리브(150)는 상부하우징(100)의 연장면(102)에 접촉된 형태로 형성되고, 워터자켓(300)은 하부하우징(200)의 연장면(202)에 접촉된 형태로 형성된다. 따라서 워터자켓(300) - 하부하우징(200)의 연장면(202) - 상부하우징(100)의 연장면(102) - 냉각리브(150)로 냉기가 전달될 수 있다. 이에 따라 상부하우징(100) 측에 구비된 ECU(410) 등의 열원을 간접적으로 냉각시킬 수 있다.

한편 상기 상부하우징(100)은 워터자켓(300)으로부터 전달되는 냉기를 효과적으로 내부의 열원에 전달시키기 위해 알루미늄 등 열전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 효과적인 냉각을 수행하면서도 별도의 확장된 공간을 요구하지 않아 공간의 낭비를 방지할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서, 하부하우징(500)의 삽입홈(504)에 워터자켓(300)이 삽입되는 모습을 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서, 하부하우징(500)의 삽입홈(504)에 워터자켓(300)이 삽입된 상태의 모습을 나타낸 사시도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터는 전술한 제1실시예와 전체적으로 동일한 형상으로 형성된다. 다만, 상기 하부하우징(500)의 연장면(502)에는 상기 워터자켓(300)의 상단부가 삽입되는 삽입홈(504)이 형성되는 것이 제1실시예와 다르다.

즉 본 실시예의 경우 하부하우징(500)의 연장면(502)에 삽입홈(504)이 형성되며, 상기 워터자켓(300)은 상기 삽입홈(504)에 삽입된 상태로 상기 상부하우징(100)에 적어도 일부가 접촉되도록 구비된다.

이에 따라 워터자켓(300)은 상부하우징(100)으로 직접적으로 냉기를 전달할 수 있어 상부하우징(100) 측을 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서, 냉각리브(160)의 모습을 나타낸 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 가변 터보차져의 전기식 액추에이터는 전술한 제1실시예와 전체적으로 동일한 형상으로 형성된다. 다만, 상기 냉각리브(160)는 상기 워터자켓(300) 측으로 연장되어 상기 워터자켓(300)에 적어도 일부가 접촉되도록 형성되는 것이 제1실시예와 다르다.

즉 본 실시예의 경우, 냉각리브(160)가 상부하우징(100) 보다 하부로 연장되고, 워터자켓(300)에 일부가 접촉된 상태를 가진다. 이와 같은 경우에는 냉각리브(160)가 워터자켓(300)으로부터 냉기를 직접적으로 전달받을 수 있으므로, 상부하우징(100) 측의 냉각 효율을 향상시킬 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 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 전기식 액추에이터 100: 상부하우징
102, 202: 연장면 150: 냉각리브
200: 하부하우징 210: 수용부
300: 워터자켓 420: 구동모터

Claims

가변 터보차져의 전기식 액추에이터에 있어서,
수용부(210)가 형성된 하부하우징(200);
상기 수용부(210)에 수용되고, 회전력을 발생시키는 구동모터(420);
상기 하부하우징(200) 중 상기 수용부(210)의 외측에 구비되어 상기 구동모터(420)에서 발생되는 열을 냉각시키는 워터자켓(300); 및
상기 하부하우징(200)과 결합되어 상기 수용부(210)를 차폐하며, 상기 워터자켓(300)에 인접하게 설치되어 상기 워터자켓(300)의 냉각 효과를 전달받는 간접냉각부를 포함하는 상부하우징(100); 을 포함하며,
상기 간접냉각부는 하나 이상의 냉각리브(150); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 터보차져의 전기식 액추에이터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 냉각리브(150)는 상기 워터자켓(300) 측으로 연장되어 상기 워터자켓(300)에 적어도 일부가 접촉되도록 형성된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 하부하우징(200) 및 상기 상부하우징(100)의 결합 영역의 둘레에는 서로 접촉되는 연장면(202, 102)이 각각 형성된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터.
제4항에 있어서,
상기 하부하우징(200)의 연장면(502)에는 상기 워터자켓(300)의 상단부가 삽입되는 삽입홈(504)이 형성된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터.
제5항에 있어서,
상기 워터자켓(300)은 상기 삽입홈(504)에 삽입된 상태로 상기 상부하우징(100)에 적어도 일부가 접촉되도록 구비된 가변 터보차져의 전기식 액추에이터.