KR100531999B1 - 일체형 터빈 배기가스 재순환 제어밸브 - Google Patents

일체형 터빈 배기가스 재순환 제어밸브 Download PDF

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Abstract

터빈하우징(32)내에 합체된 일체적인 배기가스 재순환(EGR)챔버를 구비한 터보차저는 분리형 EGR 챔버를 가진 터보차저엘보캐스팅(10)에 부착된다. 터빈하우징의 EGR 챔버(40)내의 밸브(42)는 터빈볼루트(50)로부터 바로 배기가스의 재순환을 허용한다.

Description

일체형 터빈 배기가스 재순환 제어밸브{INTEGRAL TURBINE EXHAUST GAS RECIRCULATION CONTROL VALVE}
본 발명은 일반적으로 배기향상을 위한 터보차저 및 내연기관 배기가스 재순환(EGR)시스템의 분야에 관한 것이며 보다 상세하게는 터보차저의 부분으로 합체된 EGR 제어밸브를 포함하는 터보차저에 관한 것이다.
가솔린 및 디젤 내연기관의 터보차저는 엔진에서 나가는 배기가스의 열 및 체적유동을 사용함으로써 엔진의 연소실에 이송된 흡입공기스트림을 가압 또는 승압하는 기술에 사용되는 장치로 알려져 있다. 특히, 엔진에서 나가는 배기가스는 배기가스구동식 터빈을 하우징내에서 회전시키는 방식으로 터보차저의 터빈하우징내로 이송된다. 배기가스구동식 터빈은 축의 대향끝상에 장착된 방사상 공기 압축기에 공통인 축의 한쪽 끝에 장착된다. 따라서 터빈의 회전작용은 공기 압축기가 배기하우징으로부터 분리되는 터보차저의 압축기 하우징내에서 회전되도록 한다. 공기 압축기의 회전작용은 흡입공기가 압축기 하우징으로 들어가서 연료와 혼합 및 엔진 연소챔버내에서 연소되기 전의 소정의 양을 가압 또는 승압시킨다.
EGR은 내연기관내의 NOX 배기를 감소시키는 방법으로 알려져 있다. 효과적으로 사용하기 위하여 EGR 시스템은 그 작동범위의 적어도 일부분으로 현재의 고효율 디젤엔진의 전형적인 실례인 엔진을 가로지르는 정압기울기에 의해서 발생된 역압력기울기를 극복하여야 한다. 종래의 EGR 시스템은 엔진배기매니폴드로부터 취출되고 흡입공기와 혼합되고 그 다음에 연소를 위하여 엔진유도시스템으로 복귀되는 배기가스의 량을 조절하는 제어밸브를 포함하고 있다. EGR 제어밸브는 엔진 및 터보차저로부터 분리되는 보조장치이다. 또한, 종래의 EGR 시스템은 터보차저와 엔진으로부터 분리되고 EGR 제어밸브에 의해서 유도시스템으로 이송된 복귀배기가스의 압력을 증가시켜 터보차저에서 나가는 흡입공기충전 또는 승압과 조화시켜 엔진을 가로지르는 정압기울기를 극복하는 펌프를 포함하고 있다.
현재의 엔진구획실 특히 터보차저식 내연기관의 구획실은 엔진자체를 보조하는 장치용 최소공간을 가진 형상이며 분리제어밸브, 펌프 및 배기 및 흡입 매니폴드 바이패스를 포함하고 어렵고 때때로 불가능한 흡입작용 및 플럼빙작용에 관련된 이러한 종래의 EGR 시스템을 사용한다. 그러므로, EGR 시스템의 하나이상의 장치는 터보차저식 내연기관의 현존하는 구성요소의 일체적인 부재로서 구성되어 EGR 시스템이 현재의 엔진구획실의 공간내에 사용될 수 있다. 또한, 터보차저식 내연기관의 구성요소가 엔진구성요소 자체의 성능을 감소시키지 않고 향상된 EGR 시스템작동을 제공하는 방식으로 EGR 시스템의 적어도 하나의 장치를 합체하는 것은 바람직하다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 터보차저 터빈하우징 엘보캐스팅의 제1 사시측면도,
도 2는 도 1의 상기 터빈하우징 엘보캐스팅의 제2 사시측면도,
도 3은 본 발명의 원리에 따라 구성된 터보차저 터빈하우징의 사시측면도,
도 4는 도 3의 터보차저 터빈하우징의 측면도, 및
도 5는 도 4의 터보차저 터빈하우징의 단면 A-A의 단면도.
본 발명은 하우징의 배기가스로부터 분리되는 일체적인 EGR 챔버가 배치된 터빈하우징을 가진 내연기관용 터보차저이다. EGR 챔버는 EGR 챔버로부터 터빈하우징내의 볼루트로 뻗어 있는 배기가스통로를 포함하고 있다. EGR 제어밸브는 볼루트로부터의 배기가스의 통과 및 터빈하우징의 외부로의 배기가스의 통과를 제어하도록 배기가스의 통로 위에 위치되고 EGR 챔버내에 배치되고 유동통로는 EGR 챔버로부터 EGR 도관까지 제공된다. 본 발명의 상세 및 특징은 수반한 도면을 참조하여 이하에서 상세하게 설명될 것이다.
본 발명의 원리를 따라 구성된 터보차저는 전형적으로는 터빈하우징 엘보캐스팅과 동일한 터보차저의 배기가스 출구캐스팅내에 배치된 배기밸브 및 터보차저 터빈하우징내에 배치된 EGR 제어밸브를 포함하고 있다. 배기밸브는 EGR 제어밸브가 작동될 때에 EGR 제어밸브를 통하여 터보차저 터빈하우징의 외부로 소정의 배기가스유동을 제공하도록 터빈하우징내의 배기배압의 양을 조절하도록 작동된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 터보차저 터빈엘보캐스팅(10)은 엘보캐스팅을 통하여 뻗어 있는 배기가스출구(14)내에 회전가능하게 배치된 배기밸브(12)와 합체되어 있다. 배기밸브(12)는 종래의 설계로 제조될 수 있으며 출구(14)의 직경과 유사하고 반경방향으로 배치된 다이어프램직경을 가진 버터플라이밸브의 형상으로 되어 있다. 배기밸브(12)는 공압, 전기 또는 진공액추에이터와 같은 종래의 작동수단(16)에 의해서 통과하는 배기가스의 유동을 제한하도록 출구내에서 작동한다. 바람직한 실시예에 있어서, 작동수단(16)은 배기밸브(12)로부터 방사상으로 뻗어 있는 스템(20)에 한쪽끝이 부착된 작동피스톤(18)에 의해서 배기밸브에 연결된 진공액추에이터의 형상으로 되어 있다. 작동수단(16)은 적당한 장착판(22)에 의해서 터빈엘보캐스팅에 부착된다.
터빈엘보캐스팅(10)은 짝을 이루는 표면(24)을 따라 터보차저 터빈하우징의 상호보완표면에 부착된다. 터빈엘보캐스팅은 터빈엘보캐스팅내에 합체되고 벽(27)에 의해서 배기가스출구(27)로부터 분리되는 EGR 챔버(26)를 포함하고 있다. EGR 챔버(26)는 EGR 제어밸브의 운동을 수용하기에 충분한 크기 및 깊이를 가지도록 형성되어 있다. 터빈엘보캐스팅은 EGR 도관 또는 다른 장치(도시안됨)를 EGR 챔버(26)에 부착하는 것을 도모하게 되어 있는 외부를 향한 또는 후방측 표면(28)을 포함하고 있으며 EGR 챔버로부터 뻗어 있는 EGR 통로(29)를 합체하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시예에 있어서, EGR 장치는 종래의 볼트부착에 의해서 EGR 통로(29) 둘레에서 동심적으로 EGR 챔버의 후방측표면(28)상에 위치된 짝을 이루는 플랜지(30)를 포함하고 있다.
도 3은 본 발명의 원리에 따라 구성된 터보차저 터빈하우징(32)를 도시하고 있다. 터빈하우징(32)은 내연기관 배기매니폴드에 부착하기 위하여 플랜지식으로 된 하우징을 통하여 방사상으로 뻗어 있는 배기가스입구(34)를 포함하고 있다. 터빈 하우징(32)은 축방향으로 뻗어 있는 중심개구부(36)를 포함하고 있다. 도시되어 있지는 않지만, 터빈하우징은 터보차저 배기가스구동식 터빈을 수용한다. 이 터빈은 터빈하우징의 볼루트(도 5 참조)내에 배치되고 터빈하우징의 배기가스입구(34)에 들어가는 배기가스와 접촉하는 방사상으로 뻗어 있는 블레이드를 포함하고 있다. 터빈하우징은 간략성과 참고의 목적을 위하여 터빈하우징내에 배치된 터빈이 도시되지 않았다. 하지만, 본 발명의 터보차저 터빈하우징이 종래의 터보차저의 부품을 사용한다는 것은 이해될 것이다.
터빈하우징(32)은 터빈엘보캐스팅(10)의 상호보완적으로 짝을 이루는 표면(24)과 짝을 이루도록 되어 있고 EGR 챔버(40)가 배치된 짝을 이루는 표면(38)을 포함하고 있다. EGR 챔버(40)는 EGR 제어밸브(42)(도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이)를 합체하기에 충분한 크기 및 깊이를 가진 형상으로 형성되어 있다. EGR 챔버(40)는 벽(44)에 의해서 터빈하우징 중심개구부(36)로부터 분리된다. EGR 챔버(40)는 터빈하우징의 볼루트(50)(도 5에 도시된 바와 같이)에 상호연결된 EGR 챔버의 벽표면(48)을 통하여 뻗어 있는 배기가스통로(46)를 포함하고 있다.
도 4를 참조하면, EGR 제어밸브(42)는 비작동상태로 있을 때에 배기가스통로에 대해 안착되어 배기가스가 통과하지 않도록 EGR 챔버(40)내에 배치된다. EGR 제어밸브는 종래의 타입일 수 있으며 바람직한 실시예에 있어서는 배기가스의 통과를 막도록 배기가스통로위에 위치된 포핏 또는 다이어프램(52)을 포함하는 플래퍼밸브의 형태로 되어 있다. 액추에이터 아암(54)의 한쪽끝은 다이어프램(52)에 부착되고 EGR 챔버(40)의 벽부(58)내의 개구부(56)를 통과한다. 액추에이터 아암(54)은 다이어프램(52)에 대향한 끝(55)에 형성되어 배기밸브를 작동시키기 위하여 사용하는 상술된 작동수단과 같은 적당한 작동수단(도시안됨)의 부착을 허용한다. 바람직한 실시예에 있어서, 액추에이터 아암(54)은 EGR 제어밸브 다이어프램의 작동을 허용하고 작동끝(55)에 의해서 발생된 개구부(56)내의 작동아암의 회전운동에 의해서 배기가스통로를 개폐하도록 형성되어 있다.
도 5를 참조하면, 배기가스통로(46)위의 EGR 밸브 다이어프램(52)의 정착 또는 안착은 터빈하우징의 볼루트(50)내의 배기가스가 터보차저의 작동동안에 나가는 것을 방지한다. EGR 밸브(42)는 예컨대 EGR 제어기 등으로부터 EGR 제어밸브작동수단으로 송신한 제어신호에 반응하여 작동한다. EGR 밸브(42)는 배기밸브(12)가 배기가스출구(14)를 경유하여 중심개구부(36)부터 터빈하우징(32)을 통하여 나가는 배기가스의 유동통로를 제한하도록 작동된 후에 작동된다. 소정의 배압이 터빈하우징(32) 및 터빈볼루트(50)내에서 달성된 후, EGR 제어밸브(42)는 작동되어 다이어프램(52)이 배기가스통로(46)로부터 멀리 이동되며 이에 따라, 배기가스가 터빈하우징의 EGR 챔버 및 터빈엘보캐스팅 EGR 챔버를 통하여 터빈엘보캐스팅 후방측표면에 부착된 플럼빙하는 EGR 장치 또는 EGR 시스템으로 이송되도록 한다. 그 다음에 터보차저로부터 제거된 배기가스는 내연기관의 흡입공기스트림내로의 유입을 위하여 연료 대 공기의 정확한 비율로 적당하게 처리, 예컨대 가압 및 조정된다.
도면에 도시된 바람직한 실시예에 있어서, 터빈하우징내의 EGR 챔버(40)와 엘보캐스팅내의 EGR 챔버(26)는 서로 터빈하우징내에 장착된 EGR 밸브의 작동을 수용하는 크기로 되어 있다, 변형실시예에 있어서, EGR 밸브는 EGR 챔버(26)의 크기를 적당하게 조정하는 상태로 엘보캐스팅내에 장착되어 있다.
본 발명의 원리에 따라 구성된 터보차저 터빈하우징과 터빈엘보캐스팅은 종래의 실시에 따라 서로 부착되고 배기밸브와 EGR 제어밸브모두를 합체하는 내연기관용 터보차저를 제공하기 위하여 터보차저와 통상적으로 결합된 다른 부품과 합체된다. 본 발명의 특징은 EGR 제어밸브가 엔진 및 터보차저에 부수적인 EGR 시스템의 개별의 장치보다는 차라리 터보차저 자체의 구성에 합체되어 엔진실내의 부가적인 공간의 필요성을 배제하고 현재의 엔진실내에 사용가능한 제한된 공간을 최대화하는 것이다. 부가적으로, 본 발명의 원리에 따라 구성된 터보차저 터빈하우징 및 터빈엘보캐스팅은 터보차저 또는 EGR 제어밸브성능에 역으로 영향를 미치지 않는 방식으로 EGR 제어밸브를 합체한다. 특허법에 의해서 요구됨에 따라 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당해분야의 통상의 기술자이라면, 여기에 개시된 특정실시예에 대한 수정 및 대체는 이해할 수 있다. 이러한 변형은 다음의 청구범위에서 한정된 본 발명의 범위 및 목적내에 있다.

Claims (3)

  1. EGR 챔버가 EGR 챔버로부터 터빈하우징내의 볼루트로 뻗어 있는 배기가스통로를 포함하고 있고, 하우징의 배기가스출구로부터 분리되고 터빈하우징내에 배치된 일체적인 EGR 챔버를 가진 터빈하우징;
    EGR 챔버내에 배치되어 있고 그리고 볼루트로부터의 배기가스의 통과 및 터빈하우징의 외부로의 배기가스의 통과를 제어하도록 배기가스통로위에 위치된 EGR 제어밸브; 및
    EGR 챔버로부터 EGR 도관까지의 유동통로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 터보차저.
  2. 제 1 항에 있어서, 유동통로는 터빈하우징에 부착되는 터빈엘보캐스팅을 포함하고 있으며 이 터빈엘보캐스팅은 터빈엘보캐스팅으로부터 뻗어 있고 터빈하우징배기가스출구로부터 분리되는 위치에 위치되어 있는 배기가스출구를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 터보차저.
  3. 제 2 항에 있어서, 터빈엘보캐스팅의 배기가스출구내에 배치된 배기밸브; 및
    터빈엘보캐스팅내에 배치되고 터빈하우징의 EGR 챔버에 대향된 EGR 챔버를 더 포함하고 있으며, 터빈엘보캐스팅의 EGR 챔버는 터빈엘보캐스팅의 배기가스출구로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 터보차저.
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