KR100378453B1 - 배기가스재순환밸브 - Google Patents

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KR100378453B1 KR1019950020418A KR19950020418A KR100378453B1 KR 100378453 B1 KR100378453 B1 KR 100378453B1 KR 1019950020418 A KR1019950020418 A KR 1019950020418A KR 19950020418 A KR19950020418 A KR 19950020418A KR 100378453 B1 KR100378453 B1 KR 100378453B1
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duct
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브루노헤첼
안드레아즈-베른트로젠부쉬
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 배기 덕트에 배열되고 배기 가스를 연결하는 밸브 슬리브를 구비한 배기 가스 재순환 밸브에 관한 것이다. 상기 밸브 슬리브(34)는 밸브 슬리브(34)와 흡입 덕트(14) 사이의 접촉 영역(54)에서 밸브 슬리브의 냉각을 허용하는 수단을 구비한다.

Description

배기 가스 재순환 밸브{Exhaust-gas recirculation valve}
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 기재된 바와 같은 배기 가스 재순환 밸브에 관한 것이다.
(종래 기술)
자동차, 특히 내연기관과 같은 디젤 엔진을 사용하는 자동차에 있어서의 배기 가스 재순환 밸브의 사용에 대하여는 공지되어 있다. 이러한 밸브들은 흡입 공기의 산소 함유량을 감소시키기 위하여 내연 기관의 흡입 공기에 내연기관으로부터의 배기 가스를 첨가하는 기능을 한다. 결과적으로 연소 과정에서 형성되는 산화 질소의 감축이 가능해지며, 따라서 자동차의 오염물질 방출이 감소된다. 그러나 공지된 배기 가스 재순환 밸브의 경우는, 재순환된 배기 가스가 약 400˚C의 온도를 가지며 내연 기관으로 흡입 공기를 운반하는 흡입 덕트는 열저항 물질로 제조되어야만 한다는 단점을 갖는다. 이를 위하여는 일반적으로 주조법이 사용된다. 그러나 이들은 각각의 내연기관의 형태에 대해 각기 다른 흡입 덕트가 필요하기 때문에 제조가 다소 복잡하게 된다. 결과적으로 금속 주조법으로 흡입 덕트를 생산할 경우 부가의 비용이 발생된다. 배기 가스 재순환상의 높은 온도 때문에, 단순하고 생산 비용이 적게 드는, 흡입 덕트용 플라스틱 주형의 사용은 불가능하게 된다.
(본 발명의 장점)
그에 반하여, 청구범위 제 1 항에 기재된 특징을 갖는 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 밸브는 배기 가스 재순환을 채용해도 값싼 플라스틱을 사용할 수 있다는 장점을 갖는다. 배기 가스 재순환 밸브의 밸브 슬리브가 밸브 슬리브, 특히 밸브 슬리브와 흡입 덕트 사이의 접촉 영역을 냉각시키는 수단으로 작용하므로 이 특히 중요한 영역이 플라스틱의 사용이 가능하게 될 정도로 냉각될 수 있다. 결과적으로, 상기 흡입 덕트는 플라스틱 주조와 같은, 단순한 방식으로 제조될 수 있으며, 상이한 형태의 내연기관에 상이한 기하학적 형태로 폭넓게 사용하는 것을 극히 용이하게 해준다.
본 발명의 유익한 개량으로서, 흡입 덕트 외부에서 밸브 슬리브는 밸브 슬리브를 흡입 덕트에 결속시키기 위한 수단으로 작용하는 열 전도성이 양호한 플랜지로 둘러싸이도록 구성한다. 이것은, 배기 가스와 함께 운반된 열을 밸브 슬리브를 통해 플랜지로 이동시키는 것을 가능하게 하며, 그 열을 복사에 의해 더 넓은 영역으로 분산되게 한다는 장점을 갖는다. 이것은 열 복사에 의해 이미 임계값 이하로 낮아졌기 때문에, 흡입 덕트의 플라스틱부가 고온으로 되는 것을 방지한다.
본 발명의 또 다른 유익한 개량으로서, 흡입측 상의 밸브 슬리브는 밸브 슬리브와 흡입 덕트 사이의 접촉 영역에 흡입 공기의 부분 기류의 편향을 발생시키는 적어도 하나의 공기 안내 요소를 갖도록 구성된다. 이것은, 고온의 배기 가스에 노출된 밸브 슬리브와 흡입 덕트 사이의 임계 접촉 영역을 추가로 냉각하면 결속 플랜지에 의해 복사되지 않는 여분의 열 에너지가 부분 기류에 의해 흡수되어 밸브 슬리브에 의해 분산될 수 있게 한다. 따라서 흡입 덕트의 플라스틱 물질에 대한 임계 온도를 넘어서는 것이 확실하게 방지된다.
또한 본 발명에 대한 부가의 개량들은 청구범위의 종속항에 기재된 다른 특징들로부터 이해하게 될 것이다.
(적합한 실시예의 상세한 설명)
제 1 도는 배기 가스 재순환 밸브(10)의 작동 모드를 개략적으로 도시하고 있다. 내연 기관의 실린더 챔버(12)는 한편으로는 흡입 덕트(14)에 다른 한편으로는 배기 덕트(16)에 연결된다. 상기 흡입 덕트(14)와 배기 덕트(16)는 밸브(18)에 의해 일반적으로 공지된 방식으로 실린더 챔버(12)에 연결된다. 바이패스(20)는 배기 덕트(16)로부터 흡입 덕트(14)로 인도된다. 배기 가스 재순환 밸브(10)는 상기바이패스(20)에 배열되며, 따라서 바이패스(20)와 배기 덕트 사이의 연결부를 개폐할 수 있다. 배기 가스 재순환 밸브(10)는 진공 소스(24)를 배기 가스 재순환 밸브(10)의 작동수단(26)에 연결하는 파일럿 밸브(22)에 의해 제어된다. 상기 파일럿 밸브(22)는 분사 펌프(30) 및 자동차(도시되지 않음)의 가속 페달(32)에 연결되는 제어 유니트(28)에 의해 제어된다. 내연 기관이 작동되는 동안, 신선한 공기는 흡입 덕트(14)를 통해 유입되고 연료는 그 안으로 분사된다. 밸브(18)가 개방될 때, 공기는 실린더 챔버 안으로 유동한다. 여기서, 일반적으로 공지된 연소 과정이 수행되며, 이러한 과정의 결과로, 배기 가스는 제 2 밸브(18)가 개방될 때 배기 덕트(16)를 통해 방출된다.
특히 디젤 엔진의 경우, 연소로부터의 배기는 산화 질소(NOx)의 합성물을 포함하며, 이들은 환경 오염을 초래한다. 배기 가스의 일부는 바이패스(20)를 통해 배기 가스 재순환 밸브(10)로 유동하며, 이 때, 배기 가스의 온도는 약 400˚C 이다. 엔진 관리, 및 예를 들어 엔진 속도, 냉각수 온도, 부스트 압력과 같은 자동차의 작동 상태에 의존하여, 제어 유니트(28)는 파일럿 밸브(22)용 스위칭 펄스(switching pulse)를 제공하여, 배기 가스 재순환 밸브(10)의 작동 수단(26)을 작동시킨다. 결과적으로, 배기 가스 재순환 밸브(10)는 개방되고, 바이패스(20)와 흡입 덕트(14) 사이를 연결하여 배기 가스의 부분 기류가 바이패스(20)를 통해 신선한 공기와 혼합되게 한다. 따라서 신선한 공기의 산소 함량은 감소되고, 적은 양의 산화 질소가 연소, 공정에서 형성된다. 따라서 환경 오염이 감소된다.
제 2 도는 배기 가스 재순환 밸브(10)의 단면도를 도시한다. 상기 배기 가스재순환 밸브는 흡인 덕트(14)의 벽 영역(36)을 관통하는 밸브 슬리브(34)를 갖는다. 상기 벽 영역(36)은 흡입 덕트(14)의 일체화된 일부일 수도 있으나, 독립된 슬리브로서 흡입 덕트(14)에 조립될 수도 있다. 이 경우, 흡입 덕트(14)의 엔진 측 영역(40)과 신선한 공기 측 영역(38)이 벽 영역(36)의 양측에 인접한다.
상기 밸브 슬리브(34)는 큰 직경의 섹션(section; 42)과 작은 직경의 섹션(44)을 가지며, 이들은 환형 스텝(46)에 의해 서로 병합된다. 상기 벽 영역(36)은 밸브 슬리브(34)가 관통하는 스터브(48)를 형성한다. 상기 밸브 슬리브(34)의 섹션(42)은 스터브(48)에 결속된 플랜지(50)에 의해 둘러싸인다. 따라서, 상기 플랜지(50)는 고정된 위치에서 밸브 슬리브(34)를 보유한다. 큰 접촉 영역(52)은 밸브 슬리브(34), 특히 섹션(42)과 플랜지(50) 사이에 형성되며, 이 표면은 한편으로는 밸브 슬리브(34)의 충분한 위치 고정과 다른 한편으로는 큰 열 전도면을 확보한다. 상기 플랜지(50)는 예를 들면 알루미늄과 같은 열전도성이 양호한 물질로 구성되며, 큰 면적의 환형 숄더(51)를 갖는다, 섹션(42)과 스터브(48) 사이에는 비교적 작은 접촉 영역(54)만이 존재하며, 따라서, 여기서 이용 가능한 열전달면은 크지 않게 된다. 상기 스터브(48)의 내경은 밸브 슬리브(34)의 작은 직경의 섹션(44)의 외경보다 크며, 따라서 환형 챔버(56)는 스터브(48) 영역에 형성된다. 상기 환형 챔버(56)는 흡입 덕트(14)에 연결된다. 상기 스터브(48)의 내벽 상에는 블레이드(60)로 설계된 공기 안내 요소(58)가 배열된다. 여기서 상기 블레이드(60)는 적어도 밸브 슬리브(34)의 축선(62)까지 섹션(44)에서 밸브 슬리브(34)를 둘러싼다. 블레이드(60)는 최적의 유동을 제공하도록 구성된다. 상기블레이드(60)는 흡입 덕트(14)의 축선(64)과 거의 평행하게 연장하며, 대략 스터브(48)의 축선(62) 영역에서 종결한다. 이러한 배열에 있어서, 상기 블레이드(60)는 편향면(66)을 형성한다. 블레이드(60) 및 그의 편향면(66)에 의하여, 흡입 덕트(14)를 관통하는 신선한 공기로부터의 부분 기류(68)는 환형 챔버(56) 내로 안내된다. 상기 부분 기류(68)는 밸브 슬리브(34)의 섹션(44) 주위로 유동하여 환형 챔버(56)로부터 흡입 덕트(14) 내로 재유입된다. 제 1 도에 도시된 바이패스(20)는 플랜지 단부에 있는 밸브 슬리브(34)에 연결될 수 있다. 흡입 덕트(14)가 위치되는 단부에서, 상기 밸브 슬리브(34)는 밸브 로드(72)에 의해 압력 캡슐(76)의 다이아프램(diapharam; 74)에 연결되는 밸브 링(70)에 의해 폐쇄된다. 여기서 압력 캡슐(76)은 제 1 도에 도시된 작동 수단(26)을 형성한다. 다이아프램(74)은 스프링(78)의 힘에 대항하여 축방향으로 이동될 수 있다. 상기 스프링(78)은 다이아프램 커버(80) 상에 지지된다. 상기 밸브 로드(72)는 다이아프램(74)을 운반하는 다이아프램 플레이트(82)에 연결된다. 상기 밸브 로드(72)는 부시(84)에 의해 지지되며 밀폐 및 이동 가능한 방식으로 부시 내에서 안내된다.
제 2 도에 도시된 배기 가스 재순환 밸브(10)는 다음과 같은 기능을 수행한다.
내연기관(도시되지 않음)이 작동되는 동안, 상기 밸브 슬리브(34)는 약 400˚C의 온도를 갖는 배기 가스가 바이패스(20)를 통해 연속 공급된다. 만약 배기 가스가 흡입 덕트(14)에 유입되는 신선한 공기에 첨가될 경우, 상기 압력 캡슐(76)은 진공 소스(24)에 연결되며, 다이아프램(74)은 진공 소스(24)에 연결되며, 다이아프램(74)은 스프링(78)의 힘에 대항하여 이동된다. 동시에, 밸브링(70)이 개방되고 이어서 밸브 슬리브(34) 및 흡입 덕트(14) 사이가 연결된다. 밸브링(70)의 개방 정도 및/또는 개방 시간에 따라, 특히 선택 가능한 양의 배기 가스가 신선한 공기에 첨가될 수 있다. 압력 캡슐(76)이 진공 소스(24)로부터 분리될 때, 상기 스프링(78)은 축방향으로 다이아프램(74)을 가압하고, 따라서 밸브링(70)은 다시 밸브 슬리브(34)를 폐쇄한다.
약 400˚C 온도의 배기 가스는 대부분의 열 에너지를 밸브 슬리브(34)로 방출한다. 접촉 영역(52)을 통해, 대부분의 열은 플랜지(50)로 이동된다. 플랜지는 큰 복사 영역을 가지므로, 밸브 슬리브(34)가 배기 가스로부터 열 에너지를 연속적으로 제거할 수 있게 한다. 저온, 즉 신선한 공기의 온도를 갖는 부분 기류(68)는 또한 밸브 슬리브(34)의 섹션(44) 주위로 안내되며, 그 결과 상기 섹션은 상기 밸브 슬리브(34)의 남은 잔류 열의 대부분을 제거한다. 이에따라, 밸브 슬리브(34)는, 밸브 슬리브가 임계 온도 이하, 특히 사용된 플라스틱의 융해점 이하의 온도를 가질 정도로, 플라스틱으로 구성된 벽 영역(36)과의 접촉 영역(54)에서 냉각된다. 따라서 고온의 배기 가스에도 불구하고, 상기 벽 영역(36) 또는 전체 배기 덕트(14)는 플라스틱 주형으로 제조될 수 있으며, 배기 가스 재순환 밸브(10)를 변형시키거나 손상시키지 않고도 경제적으로 생산될 수 있게 된다.
제 3 도는 또다른 변형 실시예의 배기 가스 재순환 밸브(10)를 도시한다. 제 2 도에 있어서의 동일한 부위는 제 3 도에 있어서도 동일한 부호를 사용하였으며, 반복 설명은 생략하였다. 제 3 도에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 공기 안내요소(58)는 스터브(48)의 슬리브형 연장부(86)와 밸브 슬리브(34)의 상기 연장부를 둘러싸는 섹션(44)에 의해 형성된다. 환형 공간(88)은 상기 연장부(86)와 밸브 슬리브(34) 사이에 형성된다. 상기 환형 공간(88)은 적어도 하나의 관통 개구부 (90)에 의해 흡인 덕트(14)에 연결된다. 이와 같은 배열에 있어서, 적어도 하나의 관통 개구부(90)는 상기 영역(38)의 방향으로 향하고 적어도 하나의 관통 개구부(90)는 흡입 덕트(14) 영역(40)의 방향으로 향한다.
제 3 도에 도시된 배기 가스 재순환 밸브(10)는 제 2 도에 도시된 것과 동일한 방법으로 작동하므로 여기서 재차 설명하지 않는다. 부분 기류(68)에 의한 부가의 냉각이 제 2 도를 참조하여 설명된 바와 같이 플랜지(50)에 의한 냉각에 대해 추가로 제공되며, 부분 기류가 흡입 덕트(14)의 영역(38) 방향으로 향하는 관통 개구부(90)를 통해 환형 공간(88)으로 들어가는 방식으로 제공된다. 거기서, 상기 부분 기류(68)는 밸브 슬리브(34)의 섹션(44) 주위로 유동하며, 따라서 그것을 더욱 냉각한다. 상기 부분 기류(68)는 상기 영역(40) 방향으로 향하는 관통 개구부(90)를 통해 흡입 덕트(14) 안으로 재유입된다. 전체적으로, 플라스틱에 대한 열적 손상이 발생하지 않을 정도로 밸브 슬리브(34)와 벽 영역(36) 사이의 중요한 접촉 영역에서 밸브 슬리브(34)의 온도를 하강시킬 수 있게 된다.
본 발명은 도시된 예시적인 실시예에만 한정되지 않는다. 따라서, 전체적인 신선한 기류로부터 부분 기류(68)를 전용하여 밸브 슬리브(34) 및 벽 영역(36) 사이의 천이 영역을 냉각시키기 위해 사용하는 공기 안내 요소(58)를 어떠한 다른 형상으로 설계할 수 있다. 특히 이들은 스터브(48) 영역에 있는 벽 영역(36)의 내벽상에 일체로 형성된 어떠한 형상이 될 수도 있다. 플랜지(50)의 제공 및 이에 대응하는 배열은, 한편으로는 밸브 슬리브(34)를 갖는 큰 접촉 영역과 다른 한편으로는 배기 가스로부터 충분한 열제거가 발생하는 큰 복사 영역을 갖는 부가적이거나 배타적인 특징일 수도 있다.
제 1 도는 배기 가스가 재순환되는 내연기관의 개략도.
제 2 도는 제 1 실시예에 있어서 배기 가스 재순환 밸브의 단면 약도.
제 3 도는 다른 실시예에 있어서 배기 가스 재순환 밸브의 단면 약도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10:배기 가스 재순환 밸브 14:흡입 덕트
34:밸브 슬리브 48:스터브
54:접촉 영역 68:부분 기류
88:환형 공간

Claims (12)

  1. 배기 덕트에 배열되어 배기 가스를 운반하는 밸브 슬리브(34)를 구비한 배기 가스 재순환 밸브에 있어서,
    상기 밸브 슬리브(34)는 밸브 슬리브(34)와 흡입 덕트(14) 사이의 접촉 영역에서 밸브 슬리브(34)를 냉각하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 슬리브(34)는 밸브 슬리브를 흡입 덕트(14)에 결속하기 위한 수단으로 작용하는 열 전도성이 양호한 플랜지(50)로 흡입 덕트(14)의 외부를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플랜지(50) 및 밸브 슬리브(34)는 흡입 덕트(14)와 작은 접촉 영역(54)만을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 플랜지(50)는 복사 영역으로 작용하는 큰 면적의 환형 숄더(51)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브 슬리브(34)는 흡입 단부에 적어도 하나의 공기 안내 요소(58)를 가지며, 상기 공기 안내 요소는 밸브 슬리브(34)와 흡입 덕트(14) 사이의 접촉 영역(54)에 부분 기류(68)의 편향을 발생시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공기 안내 요소(58)는 흡입 공기 유동을 향하며 적어도 반원 형태로 밸브 슬리브(34)를 둘러싸는 블레이드(60)인 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 블레이드(60)는 부분 기류(68)를 위한 편향면(66)을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 공기 안내 요소(58)는 흡입 덕트(14)의 벽 영역(36)의 연장부(86)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연장부(86)는 밸브 슬리브(34)를 둘러싸며, 적어도 하나의 관통 구멍(90)에 의해 흡입 덕트(14)에 연결되는 환형 공간(88)을 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브 슬리브(34)는, 축 방향에 있어서, 흡입 덕트(14)의 벽 영역(36)을 관통하는 작은 직경의 섹션(44)을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 벽 영역(36)은 밸브 슬리브(34)의 섹션(44)의 외경보다 더욱 큰 내경을 갖는 스터브(48)를 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 흡입 덕트(14)에 연결된 환형 챔버(56)는 스터브(48)와 섹션(44) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 밸브.
KR1019950020418A 1994-07-13 1995-07-12 배기가스재순환밸브 KR100378453B1 (ko)

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