KR100307814B1 - 내연기관의배기가스피드-백용밸브장치 - Google Patents

Abstract

내연 기관의 배기가스 피드-백용 밸브 장치는 밸브(1)의 밸브 플레이트 1a 가 밸브 하우징(7b)에 있어 밸브 시트2와 상호 작용하는 제어된 밸브(1)을 구성한다. 밸브 하우징의 배기가스 인입은 배기가스 피드-백 파이프(7)을 통하여 내연의 배기 가스 쪽으로 연결되어 있으며, 배기가스 배출부는 연결 파이프(16)을 통하여 내연기관의 흡입 쪽으로 연결되어 있다. 밸브 하우징은 배기 가스 피드-백 파이트(7) 그 자체의 단부(7b)로 구성이 되며, 밸브 시트(2)는 단부에 구성되어 있는 체결부(8)로 구성되어 있다. 체결부(8)로 연결된 단부(7b)의 파이프 파트9는 조정 액추에이터 하우징(3)을 지지한다. 파이프 파트(9)는 배기가스 배출구를 구성하는 개구부(14) 쪽에 구성되어 있으며, 연결 파이프(16)은 상기 개구부(14)(도면 1)쪽에 있는 파이프 파트(9)에 블레이즈 된다.

Description

내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치

제1도는 본 발명 밸브 장치 제 1 실시예의 종단면도.

제2도는 본 발명 밸브 장치 제 2 실시예의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 밸브 1a : 밸브 플레이트

1b : 밸브 스핀들 2 : 밸브 시트

3 : 조정 액추에이터 하우징 3a : 상단부

3b : 하단부 4 : 격판

5 : 복원 스프링 6 : 진공 연결부

7 : 배기 가스 피드-백 파이프 8 : 협착부

10 : 접합관 11 : 안내부재

12 : 안내공 13 : 스프링 링

14 : 개구 15 : 칼라

19 : 측정 접합판 20 : 브래킷

24 : 전자석 24b : 마그네트 코일

26 : 전류 단자

본 발명은, 그 밸브 플레이트가 밸브 시트와 협동하는, 제어되는 밸브와; 상기 밸브 시트를 포함하고, 배기 가스의 흐름 방향을 기준으로 밸브시트 상류측에(업-스트림) 배기 가스 인입구가 구비되고, 하류측에(다운-스트림)는 배기 가스 배출구가 구비됨과 아울러 조정 액추에이터 하우징을 수용하는 밸브 접합관이 구비된 밸브 하우징을 포함하여 구성되는 것으로서, 상기 배기 가스 인입구는 배기 가스 피드-백 파이프를 통하여 내연기관의 배기 가스측으로 연결되고, 상기 배기 가스 배출구는 연결 파이프를 통하여 내연기관의 흡입측으로 연결되며, 상기 밸브의 밸브 스핀들은 상기 밸브 접합관을 통하여 연장되어 조정 액추에이터에 연결되는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치에 관한 것이다.

내연기관의 배출 가스에 있어서 산화 질소(NOx)의 양을 줄이기 위하여 내연기관의 배기 가스측에서 내연기관의 흉입측으로 배기 가스의 일부를 피드-백하는 것이 알려져 있다 그러나, 피드-백되는 배기 가스의 양은, 엔진 시동시 저조한 작동 상태를 피하고 운전 중 가능한 산화 질소의 발생을 억제시키기 위하여, 엔진 온도(냉각수 온도), 흡입된 공기의 양과 회전수 같은 몇 가지 인자에 따라 매우 정확하게 조정되어야 한다. 피드-백되는 배기 가스의 양을 조정하기 위하여, 배출 다지관에서 나오는 배기 가스 피드-백 파이프와 엔진의 흡입측으로 이어지는 연결 파이프 사이에 밸브가 제공되며, 이 밸브는 예를 들면 진공 감응성 격판(Vacuum-sensitivediaphragm)과 같은 조정 액추에이터로 제어된다. 피드-백되는 배출 가스의 양을 최적화하기 위하여, 앞서 말한 여러 인자들에 따라서 격판에 작용하는 진공도를 제어하고 그에 따라서 밸브의 밸브 위치를 제어하는 전자 조정기가 사용된다. 그러한 전자 제어 장치(Pressure Drop Feedback Electronics δ PFE)는 회전수, 냉각수 온도 및 공기량이 입력되는 프로그램된 전자 제어 모듈을 포함한다. 상기 제어 모듈은 격판에 작용하는 진공도를 제어하는 신호를 진공 조정기에 송신한다. 상기 격판은 진공 압력에 따라 밸브 장치의 밸브를 개방한다. 배가 가스 피드-백 파이프에는 스로틀 오리피스(control throttle orifice)가 제공된다. 변환기가 상기 스로틀 오리피스 앞뒤에서 얻어진 압력을 비교하여 상기 제어 모듈로 피드-백 신호를 보낸다. 이것에서의 편차는 상기 진공 조정기 및 격막에 의해서 밸브의 제어에 영향을 미친다.

앞서 언급된 공지된 밸브 장치에서는 비교적 큰 크기와 무게를 갖는 다이 캐스팅으로 구성되는 하우징이 제공된다. 밸브의 만족할 만한 성능을 보장하기 위하여, 밸브 시트는 별도의 부품으로 형성되어 캐스트 하우징에 체결된다. 배기 가스 피드-백 파이프에는 백-너트(back nut)와 그것을 유지하는 비딩이 있다. 상기 백-너트는 캐스트 하우징의 배기 가스 인입구의 나사산으로 나사결합된다. 상기 캐스트 하우징은 배기 가스 배출구측에 플랜지를 구비하고 있어 대응되는 플랜지를 구비한 연결 파이프가 거기에 고정된다. 격판 하우징은 3개의 나사로 캐스트 하우징에 고정되어 있다. 그러나, 밸브 시트가 별개로 제조되어 캐스트 하우징 내로 결합되어야 하므로 상기 캐스트 하우징의 제조에는 비교적 큰 경비가 소요된다. 나아가 배기 가스 인입구에 나사산이 그리고 배기 가스 배출구에 플랜지가 기계가공 되어야 한다. 나아가, 배기 가스 피드-백 파이프에 백-너트와 비딩을, 그리고 연결 파이프에는 대응 플랜지를 제공하는 것이 필요하다. 캐스트 하우징은 또한 비교적 크고 무겁다. 큰 질량으로 인해, 캐스트 하우징의 고정을 위해서는, 제작비용이 높고 무겁고 부피가 큰 안정적인 브래킷이 필요하다. 캐스트 하우징에 제공된 인입구 밴드의 각위치(angular position)가 배기 가스 배출구상에 제공된 플랜지에 대하여 고정되어 변경될 수 없으므로, 서로 다른 엔진 타입을 위해서는 서로 다른 캐스트 하우징이 요구되는 바, 이에 따라 제조 비용이 추가적으로 증가되게 된다. 밸브 시트가 캐스트 하우징 내로 압입되어야만 하고 배기 가스 피드-백 파이프 및 연결 파이프를 캐스트 하우징에 체결하는 것이 시간의 소모를 요하기 때문에, 전체적인 조립 비용이 비교적 크다.

그러므로, 본 발명은 제조가 간단하고, 종래에 비해 적은 중량과 작은 크기를 가지며, 조립에 적은 비용이 드는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

이러한 목적은, 밸브 하우징이 배기 가스 피드-백 파이프 자체의 단부(end section)에 의하여 형성되고, 상기 단부(7b)의 일부는 비 절단(비 기계 가공) 냉간 변형 작업으로 변형되어서 밸브 시트(2)를 구성하는 협착부(8)로 형성되며 , 밸브 접합관이 상기 협착부에 연결된 상기 단부의 파이프부(pipe part)에 의해 형성되고, 상기 파이프부의 측부에는 배기 가스 배출구를 형성하는 개구가 제공되며, 연결 파이프 혹은 그 일부가 상기 파이프부의 상기 개구 지역에서 파이브부에 브레이징(brazing)되는 본 발명에 따라서 달성 된다.

밸브 하우징이 배기 가스 피드-백 파이프 자체의 단부에 의해 형성되고 그리하여 캐스트 하우징이 생략된다는 점에서 제조 및 조립의 어려움이 본질적으로 감소된다. 배기 가스 피드-백 파이프 단부에 행해지는 냉간 변형은 본질적으로 절단(기계 가공) 작업 없이 이루어질 수 있으며 배기 가스 피드-백 파이프의 제조를 위해 통상 필요한 기계 및 장치로써 행해질 수 있다. 밸브 시트는 냉간 변형으로 만들어진 협착부에 의해서 배기 가스 피드-백 파이프 자체에 의해 형성되므로, 밸브 시트를 별도로 제작하여 조립하지 않아도 된다. 그리고, 배기 가스 피드-백 파이프가 동시에 밸브 하우징을 형성하기 때문에, 앞서 본 바와 같은, 캐스트 하우징을 배기 가스 피드-백 파이프에 연결하는데 필요한 조립 비용이 없어도 된다. 그리고, 연결 파이프 또는 그 일부를 배기 가스 피드-백 파이프에 브레이징하기만 하면 되므로, 연결 파이프 또는 그 일부를 배기 가스 피드-백 파이프의 파이브부에 연결하는 것 또한 적은 조립 비용만을 요한다. 통상적으로 배기 가스 피드-백 파이프에 대한 후속적인 브레이징 단계가 필요하기 때문에 연결 파이프의 브레이징은 다른 브레이징 단계들과 함께 한 작업 단계에서 수행될 수 있다.

그러나, 밸브 하우징을 형성하는 배기 가스 피드-백 파이프 단부의 크기가 작고 무엇보다도 무게가 가볍다는 것이 캐스팅으로 형성된 밸브 하우징에 비하여 특별한 장점으로 작용한다. 적은 무게와 적은 질량의 결과, 진동 상태가 훨씬 양호하며 쉽게 제어된다. 엔진에 부착하기 위해 필요한 브래킷은 훨씬 간단하고 가볍게 제조될 수 있다. 연결 파이프 또는 그 일부를 배기 가스 피드-백 파이프의 파이프부에 브레이징하는 것에 의해, 힘들게 플랜지 커플링을 하지 않아도 되고, 원한다면 연결 파이프의 한 부분을 추가적인 부분에 결합하기 위해서 표준적인 나사결합 커플링(screw coupling)이 사용될 수 있다.

나아가, 상기 새로운 밸브 장치는 연결 파이프 내지 그 단면에 대한 배기 가스 피드-백 파이프의 각위치(angilar position)가 배기 가스 피드-백 파이프의 파이프 밴드를 적절한 형상으로 하는 것에 의해 용이하게 변형될 수 있기 때문에 여러 가지 엔진 타입에 적응될 수 있다. 나아가, 만약 필요하다면, 여러 가지 직경의 배기 가스 피드-백 파이프들을 사용하므로써 각 엔진들의 동력에 전체 밸브 장치를 맞추는 것이 가능하다.

본 발명의 유리한 장치가 종속항에 특징지어져 있다.

이하에서 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

제1도에 도시된 밸브 장치는 밸브 플레이트(1a)가 밸브 시트(2)와 협동하고 밸브 스핀들(1b)이 조정 액추에이터 하우징(3)에 설치된 격판(4)에 연결된, 제어되는 밸브(1)를 포함하여 구성된다. 상기 격판(4)은 복원 스프링(5)에 의해 밸브(1)를 닫는 방향으로 힘을 가하고 있다 조정 액추에이터 하우징(3)의 상단부(3a)에는 진공 연결부(6)가 제공되어 전자 제어식 압력 조정기를 통해, 통상적으로 내연기관의 옹기 인입실에 의해 제공되는, 진공원에 연결되어 있다.

상기 배기 가스 피드-백 파이프(7)는 일단부(7a)는 배기 다지관과 같은 내연기관(도시되지 않음)의 배기 가스 측에 연결되어 있다. 배기 가스 피드-백 파이프(7)의 타단부(7b)는 밸브(1)를 위한 밸브 하우징을 구성한다. 배기 가스 피드-백 파이프에 대한 기계가공 없는 냉간 변형에 의해서, 특히 소위 스웨징(swaging)에 의해서, 협착부(8)가 단부(7b)의 일부에 형성된다. 스웨징 시에는, 대향하는 스웨징 다이들이 매우 빈번하면서 짧은 시간동안 이루어치는 타격으로 반지름 방향의 힘을 소재의 중앙을 향해 가한다. 이렇게 하여, 예를 들어 내경(D1)이 13.4mm이고 외경이 15mm이고 벽두께가 0.8mm인 배기 가스 피드-백 파이프(7)의 내경이 협착부(8)영역에서는 약 5 내지 6mm 의 최소내경(D2)으로 감소된다. 밸브 플레이트(1a)를 위한 밸브 시트(2)는 협착부(8)의 이 감소된 부위 상측 부분에 의해 구성된다. 배기 가스의 흐름 방향은 화살표 S로 보여진다 흐름 방향으로 협착부(8)에 연결된 단부(7b)의 파이브부(9)는 밸브 스핀들(1b)이 그를 통해 연장하는 밸브 접합관을 형성한다. 상기 파이브부(9)는 또한 조정 액추에이터 하우징(3)을 지지하는 역할을 한다. 이 장치의 하단부(3b)에는, 파이프부(9) 내로 끼워지고 바람직하게는 파이브부에 브레이징되는 접합관(10)이 제공된다. 이러한 방식으로 배기 가스 피드-백 파이프(7)와 조정 액추에이터 하우징 사이가 비교적 저렴한 제조 및 조립 비용으로 견고하게 연결된다. 그러나 원한다면, 상기 조정 액추에이터 하우징(3)이, 예를 들어 나사산으로 결합시키는 것과 같이, 파이프부(9)에 착탈가능하게 연결될 수 있을 것이나 이는 제조 및 조립비용의 상승을 가져올 것이다.

예를 들어 동으로 만들어진 안내부재(11)가 접합관(10) 내에 고정되어 있으며 상기 안내부재는 밸브 스핀들(Ib)을 위한 안내공(12)을 구비하고 있다. 상기 안내부재(11)에는 둘레 흠이 있어, 예를 들어 DIN7993에 따른 원형 와이어 스프링과 같은 스프링 링(13)이 고정된다. 상기 안내부재(11)는 상기 스프렁 링(13)에 의해서 축방향 이동에 대해 고정된다.

상기 파이프부(9)의 측부에는 밸브(1)의 위, 접합관(10)의 아래로 개구(14)가 제공되어 배기 가스 배출구를 구성한다. 유리하게는, 상기 개구는 파이프부의 벽으로부터 변형 형성된 칼라(15)로 둘러싸여 있다. 유리하게는, 상기 칼라(15)를 형성하는 것은, 적절한 도구로 구멍을 파이프의 벽에 형성한 다음 상기 도구를 후퇴시켜서 칼라(15)를 형성하는, 소위 "넥킹아웃법(necking out method)"에 의해 전통적인 방법으로 이루어질 수 있다. 상기 칼라(15)에 의해서 보다 큰 브레이징 표면이 제공된다. 배기 가스를 공기 흡입실과 같은 내연기관의 흡입측(도시되지 않음)으로 피드-백하는 역할을 하는 연결 파이프(16)가 상기 개구(14)에 연결된다. 상기 연결 파이프(16)는 이러한 목적을 위해 상기 칼라(15)에 끼워 맞춰지고 브레이징된다. 전체 연결 파이프 대신에 연결 파이프의 일부만이 칼라(15)에 브레이징될 수 있으며, 그러면 이 부분은 연결 파이프의 나머지 부분과의 연결을 위해 파선으로 보인 표준적인 파이프 나사산부를 가진다.

완전을 기하기 위해서는, 배기 가스 피드-백 파이프(7)가 상기 협착부(8)에 선행하는 추가적인 협착부(18)를 알려진 방식으로 가질 수 있다는 것이 언급되어야만 한다. 이 협착부(18)는 압력 측정을 위한 벤츄리 노즐을 구성한다. 배기 가스 피드-백 파이프에서 얻어지는 압력을 측정하기 위해 측정 접합관(19)이 협착부(18)의 앞뒤에서 상기 연결 파이프(16)와 유사한 방식으로 브레이징된다. 상기 측정 접합관(19)은, 압력 차이를 측정하여 적절한 피드-백 신호를 서두에 언급한 제어 모들로 보내는, 서두에 언급한 변환기에 맞도록 치수가 정해진다. 배기 가스 피드-백 파이프에서의 실제 배기 가스 통과 유량은 상기 압력차에 의해서 측정될 수 있다.

상기 배기 가스 피드-백 파이프(7) 그리고 상기 측정 접합관(19)은 통상 스테인레스강으로 만들어진다. 상기 측정 접합관(19)은 통상 진공상태에서 브레이징된다. 연결 파이프(16) 혹은 그 일부를 칼라(15)에 브레이징 하는 것과 접합관(10)을 파이프부(9)에 브레이징하는 것은 측정 접합관(19)을 브레이징하는 것과 동시에 이루어 질 수 있고, 따라서 추가적인 제조 비용을 거의 요하지 않는다. 그러나, 브레이징은 종래의 나사식 연결방법에 비해 조립 비용이 감소되고 진동에 의해 느슨해지지 않는 견고한 연결이 이루어진다는 본질적인 이점을 제공한다.

본 발명에 따르는 경우 밸브 하우징이 배기 가스 피드-백 파이프(7)의 단부(7b)에 의해 형성되므로, 밸브 하우징은 종래의 캐스트 하우징에 비해 비교적 적은 질량을 가진다. 나아가, 상기 밸브 하우징은 배기 가스 피드-백 파이프(7)와 단일의 유닛을 형성하여 이것이 다양한 지점에서 내연기관에 연결되므로, 단지 간단하고 가벼운 브래킷(20)만이 밸브 영역에 필요하여 브래킷은 예를 들면 상기 단부(7b)의 협착부(8) 영역을 협지하는 파이프 클립일 수 있다.

앞서 기술한 바와 같이, 상단부(3a)에서 얻어지는 진공 압력의 전자 제어에 의해서, 상기 격판(4)은 진공 압력의 정도에 따라 영향을 받아 밸브 플레이트(la)를 밸브 시트(2)로부터 많이 또는 적게 들어올린다. 내연 기관의 배기측으로부터 이끌어내어져 연결 파이프(16)를 통해 내연기관의 흡입측으로 피드-백되는 배기 가스의 양은 현재의 밸브 위치에 의해서 조정 된다.

밸브(1)의 제어는 임의의 위치 액추에이터에 의해서 이루어질 수 있으며, 예를 들면 전기적 또는 전자적인 위치 액추에이터에 의해서 이루어질 수 있다. 제2도에 도시된 실시예에서는, 전자석(24)이 조정 액추에이터 하우징(23) 내에 설치되어 있는데, 그것의 전기자(24a)는 밸브 스핀들(1b)에 연결되어 있고 그것의 마그네트 코일(24b)에는 전류 단자(26)를 통해 제어 전류가 공급된다. 조정 액추에이터 하우징(23)의 하단부(23b)에는 파이프부(9) 내로 끼워지는 접합관(10')이 제공되어 있다. 밸브 플레이트(1a)는 전자석(24)과 밸브 스핀들(1b)에 의해서 밸브 시트(2)로부터 많이 또는 적게 들어올려진다. 밸브 장치의 기타 부품들은 제1도에 도시된 밸브 장치의 부품들과 그대로 대응되는 것이어서 동일한 참조 번호로 표시하였다. 앞서 기술한 사항들이 제2도에 도시된 실시예에 동일하게 적용된다.

Claims (6)

1. 그 밸브 플레이트가 밸브 시트와 협동하는, 제어되는 밸브와; 상기 밸브 시트를 포함하고, 배기 가스의 흐름 방향을 기준으로 밸브 시트 상류측에는 배기 가스 인입구가 구비되고, 하류측에는 배기 가스 배출구가 구비됨과 아울러 조정 액추에이터 하우징을 수용하는 밸브 접합관이 구비된 밸브 하우징을 포함하여 구성되는 것으로, 상기 배기 가스 인입구는 배기 가스 피드-백 파이프를 통하여 내연기관의 배기 가스측으로 연결되고, 상기 배기 가스 배출구는 연결 파이프를 통하여 내연기관의 흡입측으로 연결되며, 상기 밸브의 밸브 스핀들은 상기 밸브 접합관을 통하여 연장되어 조정 액추에이터에 연결되는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치에 있어서, 상기 밸브 하우징은 상기 배기 가스 피드-백 파이프 자체의 단부(7b)에 의하여 형성되고, 상기 단부(7b)의 일부는 비 절단(비 기계 가공) 냉간 변형 작업으로 변형되어서 밸브 시트(2)를 구성하는 협착부(8)로 형성되며, 상기 밸브 접합관은 상기 협착부(8)에 연결된 상기 단부(7b)의 파이프부(9)에 의해 형성되고, 상기 파이프부(9)의 측부에는 배기 가스 배출구를 형성하는 개구(14)가 제공되며, 연결 파이프(16) 혹은 그 일부분이 상기 개구(14) 지역에서 파이브부(9)에 브레이징(brazing)되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 개구(14)는 상기 파이프부(9)의 벽으로부터 변형 형성된 칼라(15)로 둘러싸이고, 연결 파이프(16) 혹은 그 일부분이 그 내부로 브레이징되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 협착부(8)는 상기 배기 가스 피드-백 파이프(7)의 파이프 벽을 스웨징 가공함에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치.
4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 협착부(8)의 최소내경(D2)은 상기 배기 가스 피드-백 파이프(7) 내경(Dl)의 3분의 1 내지 절반인 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치.
5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 액추에이터 하우징(3, 23)의 상단부(3b, 23b)에는 접합관(10, 10')이 형성되어 있고, 이 접합관(10, 10')은 상기 파이프부(9) 내로 끼워져 파이프부에 브레이징되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 조정 액추에이터 하우징(3, 23)의 상단부(3b, 23b)에는 접합관(10, 10')이 형성되어 있고, 이 접합관(10, 10')은 상기 파이프부(9) 내로 끼워져 파이프부에 브레이징되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기 가스 피드-백용 밸브 장치.