KR100763095B1

KR100763095B1 - 유체 제어 밸브

Info

Publication number: KR100763095B1
Application number: KR1020060082013A
Authority: KR
Inventors: 오사무 시마네; 구니오 난바
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2007-10-04
Also published as: US20070045586A1; CN1924338A; DE102006000425B4; DE102006000425A1; US7472886B2; CN100432411C; JP4715396B2; KR20070026072A; JP2007064277A

Abstract

하우징과 링형 홈을 구비한 밸브와 외경 및 내경 사이에서 연장되는 유격을 구비한 시일 링을 포함하는 유체 제어 밸브 조립체가 개시된다. 시일 링은 한 쌍의 대향하는 축방향 측면들을 포함하고 홈에 마련된다. 시일 링은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 하우징을 밀폐시킨다. 밸브 조립체는 또한 시일 링의 축방향 측면들 중 하나에 인접해서 홈에 마련되는 백업 링을 포함함으로써 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링의 유격을 통한 유체 유동을 막는다.

유체 제어 밸브 조립체, 시일 링, 백업 링, 절결 유격, 링형 홈

Description

유체 제어 밸브{FLUID CONTROL VALVE}

도1은 유체 제어 밸브 조립체의 일 실시예의 단면도.

도2a는 유체 제어 밸브 조립체의 부분 단면도.

도2b는 하류측에서 본 유체 제어 밸브 조립체의 일부의 단부도.

도3a 내지 도3d는 유체 제어 밸브 조립체의 시일 링의 실시예들의 부분 사시도.

도4는 유체 제어 밸브 조립체의 시일 링의 다른 실시예와 백업 링의 사시도.

도5는 유체 제어 밸브 조립체의 백업 링의 다른 실시예의 사시도.

도6a 및 도6b는 도5의 백업 링을 구비한 유체 제어 밸브 조립체의 단면도로서, 도6a는 유체 제어 밸브 조립체의 분해도이고 도6b는 유체 제어 밸브의 조립도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: EGR 제어 밸브 조립체

2: 하우징

3: 라이너

4: 버터플라이형 밸브

5: 밸브 샤프트

6: 시일 링 홈

7: 시일 링

8: 백업 링

10: 라이너 끼움부

15: 제1 배기 가스 재순환 통로

17: 제2 배기 가스 재순환 통로

19: 시일 링 안착면

21: 상류측 홈 벽면

24: 하류측 돌출부

25: 상류측 돌출부

35: 절결 유격

41: 하류측 백업 링 측면

42: 상류측 백업 링 측면

본 발명은 유로에서 유동하는 유체의 유동을 제어하기 위한 유체 제어 밸브 조립체에 관한 것이다.

배기 가스 재순환 장치(EGR 장치)에 배기 시스템을 마련하는 것은 공지되어 있다. 이들 장치에서, 차량의 배기 시스템에서 유동하는 차량의 배기 가스는 흡기 파이프에서 유동하는 흡기와 혼합되어 가스 온도를 떨어뜨린다. 이와 같이, 배기 가스 내에서 유해 물질(예컨대, 이산화질소)이 감소된다. 그러나, 배기 가스의 이런 재순환 과정(즉, 복귀)은 내연 기관의 출력과 구동성의 저하를 야기할 수 있다. 따라서, 배기 파이프로부터 흡기 파이프로 재순환되는 배기 가스의 부피를 조절하는 것이 필요할 수 있다.

이런 요구 사항에 일부 응답해서, 배기 가스 재순환 통로의 개방 면적을 제어 가능하게 변경함으로써 재순환된 배기 가스의 부피를 조절하는 배기 가스 재순환 체적 제어 밸브(EGR 제어 밸브)를 포함하는 배기 시스템이 제안되었다. 이런 종래의 EGR 제어 밸브의 일 예는 밸브 샤프트의 선단에 장착된 버터플라이형 밸브를 포함하고 개방 위치 및 폐쇄 위치 사이의 밸브 샤프트를 중심으로 버터플라이형 밸브를 회전시키기 위해 액츄에이터(예컨대, 기어 감속 기구를 구비한 전기 모터)의 회전 동작을 전달하는 것이다. 보다 상세하게는, 버터플라이형 밸브의 외주연면에는 원형의 링형 홈이 형성되어 있고 이러한 시일 링형 홈에는 밸브가 폐쇄될 때 고온 유체의 누출을 방지하기 위한 시일 링이 끼워진다. 즉, 밸브가 폐쇄될 경우, 시일 링은 방사상 확장됨으로써 버터플라이형 밸브를 수용하는 원형의 파이프형 라이너의 내주연면(즉, 시일면)을 밀폐시킨다.

시일 링은 시일 링과 라이너 사이의 열팽창의 차이로 인해 휘어질 수 있다. 휨 가능성을 줄이기 위해 방사상 절결된 유격이 시일 링에 마련될 수 있다. 그러나, 서로 중첩된 복수의 시일 링이 마련되어 서로에 대해 회전됨으로써 각 시일 링의 절결된 유격은 오정렬된다. 이처럼, 절결된 유격을 통한 유체 누수는 일어나지 않는다. 또한, 시일 링 홈의 바닥부와 절결된 유격을 통한 유체 누출을 방지하기 위해 두 개의 시일 링 사이에는 백업 링이 마련된다.(예컨대, 일본 특허 공보 제60-245,880호 참조)

그러나, 이런 유형의 EGR 제어 밸브는 고가의 시일 링을 여러 개 사용하고 내부에 백업 링을 포함하고 있기 때문에 가격이 비쌀 수 있다. 또한, 시일 링을 서로에 대해 회전하는 상태로 유지하는 것은 고가의 구성 부품을 필요로 한다. 또한, 시일 링 홈에 백업 링을 끼우기 위해서, 두 개의 버터플라이 판의 바닥면은 원반형의 버터플라이형 밸브를 구성하도록 서로 밀접 접촉하게 조립된다. 즉, 버터플라이형 밸브는 두 개의 버터플라이 판의 두 부분으로 구성된다. 이는 구조를 복잡하게 만들고 부품수를 증가시킨다. 따라서, 조립이 복잡해질 수 있고 비용이 증가할 수 있다.

본 발명의 일 태양은 유체의 유동을 제어하기 위한 유체 제어 밸브 조립체에 관한 것이다. 밸브 조립체는 유로를 한정하는 하우징과 링형 홈을 구비한 밸브를 포함한다. 밸브는 유로에 마련된다. 또한, 밸브는 유로에서 유체를 유동시키기 위한 개방 위치와 유로에서 유체의 유동을 감소시키기 위한 폐쇄 위치를 갖는다. 밸브 조립체는 또한 외경 및 내경 사이에서 연장되는 유격을 구비한 시일 링을 포함하고, 시일 링은 축방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 측면들을 포함한다. 시일 링은 홈에 마련되고 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 하우징을 밀폐함으로써 하우징을 통한 유체의 유동을 감소시킨다. 또한, 밸브 조립체는 시일 링의 축방향 측면들 중 하나에 인접해서 홈에 마련됨으로써 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링의 유 격을 통한 유체의 유동을 막는 백업 링을 포함한다.

본 발명의 다른 태양은 유체의 유동을 제어하기 위한 유체 제어 밸브 조립체에 관한 것이다. 밸브 조립체는 유로를 한정하는 하우징과 링형 홈 및 링형 홈의 서로 대향하는 측면 상에 한 쌍의 링형 돌출부를 구비한 밸브를 포함한다. 밸브는 유로에 마련된다. 또한, 밸브는 유로에서 유체를 유동시키기 위한 개방 위치와 유로에서 유체의 유동을 감소시키기 위한 폐쇄 위치를 갖는다. 밸브 조립체는 또한 외경 및 내경 사이에서 연장되는 유격을 구비한 시일 링을 포함하고, 시일 링은 홈에 마련된다. 시일 링은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 하우징을 밀폐함으로써 하우징을 통한 유체의 유동을 감소시킨다. 또한, 밸브 조립체는 홈에 마련됨으로써 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링의 유격을 통한 유체의 유동을 막는 백업 링을 포함한다. 링형 돌출부들 중 하나의 외경은 다른 링형 돌출부의 외경보다 작다.

본 발명의 다른 태양은 유체의 유동을 제어하기 위한 유체 제어 밸브 조립체에 관한 것이다. 밸브 조립체는 유로를 한정하는 하우징과 유로에 마련되는 링형 홈을 구비한 밸브를 포함한다. 밸브는 유로에서 유체를 유동시키기 위한 개방 위치와 유로에서 유체의 유동을 감소시키기 위한 폐쇄 위치를 갖는다. 밸브 조립체는 또한 홈에 마련되는 시일 링을 포함한다. 시일 링은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 하우징을 밀폐함으로써 하우징을 통한 유체의 유동을 감소시킨다. 링형 돌출부들 중 하나의 외경은 다른 링형 돌출부의 외경보다 작다.

도1, 도2a 및 도2b는 유체 제어 밸브 조립체(1)의 일 실시예를 도시한다. 일 실시예에서, 유체 제어 밸브 조립체(1)는 배기 가스 재순환 부피 제어 밸브 조립체에 사용하기 위해 이용된다. 그러나, 기술 분야의 당업자라면 유체 제어 밸브 조립체(1)가 본 발명의 범위에서 벗어나지 않은 모든 적절한 유체 제어 시스템에 이용될 수 있을 것음을 알 것이다.

일 실시예에서, 유체 제어 밸브 조립체(1)는 자동차와 같은 차량의 디이젤 엔진과 같은 내연기관(이하, "엔진"이라 함)에 사용된다. 유체 제어 밸브 조립체(1)는 엔진의 배기 통로에 유체 결합된 배기 가스 재순환 파이프(미도시)에 유체 결합된다. 일 실시예에서, 배기 가스 재순환 파이프의 상류측 단부는 배기 파이프의 배기 매니폴드에 연결되고 배기 가스 재순환 파이프의 하류측 단부는 흡기 파이프의 흡기 매니폴드에 연결된다. 배기 가스(이하, "EGR 가스"라 함)의 일부는 흡기 파이프의 흡기 통로 내로 재순환된다. 유체 제어 밸브 조립체(1)[이하, EGR 제어 밸브 조립체(1)]는 배기 가스 재순환 통로에서 유동하는 재순환 EGR 가스의 부피를 제어한다.

본 실시예의 EGR 제어 밸브 조립체(1)는 유로를 한정하는 하우징(2)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 유로는 제1 및 제2 배기 가스 재순환 통로(15, 17)를 포함한다. 하우징(2)은 또한 이들 통로(15, 17) 사이에 원통형 라이너 끼움부(10)를 한정한다. 하우징(2)은 또한 제1 및 제2 배기 가스 재순환 통로(15, 17) 사이에 마련되는 파이프형 라이너(3)를 포함한다.

EGR 제어 밸브 조립체(1)는 또한 하우징(2)의 라이너(3)에 마련되는 버터플라이형 밸브(4)를 포함한다. 밸브(4)는 유체가 제1 배기 가스 재순환 통로(15)로 부터 제2 배기 가스 재순환 통로(17)로 유동할 수 있게 하는 개방 위치에 위치될 수 있다. 밸브(4)는 또한 이와 같은 배기 가스의 유동을 감소(또는 방지)하기 위한 폐쇄 위치에도 위치될 수 있다. 일 실시예에서, 밸브(4)는 또한 이들 통로(15, 17)를 통한 유동을 조절하기 위해 완전 개방 및 완전 폐쇄 위치 사이의 중간 위치에 위치되어 유지될 수 있다. 도1에서, 밸브(4)는 폐쇄 위치에 있는 것으로 도시된다. EGR 제어 밸브 조립체(1)는 또한 이런 버터플라이형 밸브(4)를 개방 위치 및 폐쇄 위치 중 어느 한쪽으로 편의시키기 위한 복귀 스프링과 같은 밸브 편의 수단(미도시)을 포함한다.

도시된 실시예에서, 버터플라이형 밸브(4)는 전기 모터와 같은 액츄에이터와 전동 기구의 구동력을 제공 받는 밸브 샤프트(5)를 갖는다. 이와 같이, 밸브 샤프트(5)는 회전되어 적소에 유지된다.

또한, 원형의 링형 시일 링 홈(6)[즉, 링형 홈(6)]이 버터플라이형 밸브(4)의 외주면에 형성된다. 시일 링(7)과 백업 링(8)은 시일 링 홈(6)에 마련된다.

밸브(4)가 폐쇄 위치에 있을 때, 버터플라이형 밸브(4)는 라이너(3)의 표면과 대략적으로 직교(즉, 수직)하고 라이너(3)에서 유동하는 EGR 가스(즉, 고온 유체)와 대략적으로 직교하는 방향으로 설정된다. 시일은 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이 시일 링(7)의 방사방향 팽창으로 인해 시일 링(7)과 라이너(3)의 표면 사이에 형성된다.

일 실시예에서, 버터플라이형 밸브(4)를 개폐하기 위한 밸브 구동 장치는 동력 유닛을 포함하는 전기 작동식 액츄에이터이다. 액츄에이터는 전기 모터와 전기 모터의 모터 샤프트(즉, 출력 샤프트)의 회전 동작을 밸브 샤프트(5)로 전달하기 위한 전동 기구(예컨대, 기어 감속 기구)로 구성된다. 일 실시예에서, 브러시리스 DC 모터와 같은 직류(DC) 모터 또는 브러시를 구비한 DC 모터가 전기 모터로서 사용된다. 3상 유도 모터와 같은 교류(AC) 모터가 전기 모터로서 사용될 수 있다. 기어 감속 기구는 전기 모터의 모터 출력 샤프트 토크(즉, 구동력)를 밸브 샤프트(5)로 전달하기 위한 소정의 감속비를 생성하도록 전기 모터의 모터 샤프트의 회전 속도를 감속시킨다. 일 실시예에서, 전기 모터는 전원을 공급받아 엔진 제어 유닛(이하, "ECU")에 의해 제어된다.

ECU는 제어 처리 및 작업 처리를 수행하기 위한 CPU와, 다양한 프로그램 및 데이터를 저장하기 위한 저장 장치(즉, ROM 및 RAM과 같은 메모리)와, 입력 회로, 출력 회로 등의 기능을 포함하는 주지된 구성의 마이컴을 갖는다. 또한, ECU는 점화 스위치(미도시)가 켜질 때 메모리에 저장된 제어 프로그램에 기초해서 버터플라이형 밸브(4)의 밸브 개방도(즉, 밸브 개도)를 전자식으로 제어하도록 구성된다. 일 실시예에서, ECU는 점화 스위치가 꺼질 때 제어 프로그램에 기초해서 상술한 제어를 완료한다. ECU는 다양한 종류의 센서로부터 제공되는 센서 신호가 A/D 컨버터에 의해 변환되어 ECU에 설치된 마이컴으로 입력되도록 구성된다. 마이컴에는 EGR 부피 센서, 크랭크 각도 센서, 가속기 위치 센서, 공기 유동계, 냉각수 온도 센서 등이 연결되어 있다.

하우징(2)은 다이 캐스팅에 의해 알루미늄 합금으로 특수한 형상으로 성형된다. 하우징(2)은 배기 가스 재순환 파이프를 거쳐 배기 매니폴드에 연결되는 입력 측 개방 단부와 배기 가스 재순환 파이프를 거쳐 흡기 매니폴드(또는 서지 탱크 또는 트로틀 본체)에 연결되는 출력측 개방 단부를 갖는다. 하우징(2)은 볼트와 같은 체결부(미도시)를 사용하여 엔진의 흡기 파이프 또는 배기 가스 재순환 파이프에 고정된다.

또한, 부싱(11) 또는 볼 베어링과 같은 베어링부 및 고무 시일과 같은 오일 시일(12) 또는 고무 시일과 같은 패킹을 거쳐 버터플라이형 밸브(4)와 일체로 회전하는 밸브 샤프트(5)를 회전 가능하게 지지하는 원통형 밸브 베어링부(13)가 포함된다. 또한, 냉각수 순환 통로(14)를 통해 소정 온도 범위(예컨대 75 ℃ 내지 80 ℃) 내에 있는 엔진 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 파이프(미도시)가 하우징(2)에 연결된다. 예컨대, 순환 통로(14)는 완전 폐쇄된 밸브 위치에 인접하게 포함되거나 라이너 끼움부(10) 또는 밸브 샤프트 베어링부(13) 둘레에 포함된다.

라이너(3)는 배기 가스 재순환 파이프의 일부를 형성하고 버터플라이형 밸브(4)가 자유롭게 개폐될 수 있도록 버터플라이형 밸브(4)를 수용하는 원통부이다. 일 실시예에서, 라이너(3)는 고온 내열재(예컨대, 스테인리스강)로 형성된다. 라이너(3)는 배기 가스 재순환 통로(15, 17)들을 유체 결합하는 배기 가스 재순환 통로(16)(즉, 유로)를 한정한다. 라이너(3)의 내경면은 시일 링 안착면(19)(즉, 원통형 방사면)을 한정한다. 시일 링(7)은 이하 상세히 설명하는 바와 같이 밸브(4)가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링 안착면(19)을 밀폐시킨다.

버터플라이형 밸브(4)는 내열재(예컨대, 스테인리스강)로 형성되는 버터플라이형 회전 밸브이다. 버터플라이형 밸브(4)는 대략적으로 원반형이고 EGR 가스의 EGR 부피를 제어하여 흡기 파이프에서 유동하는 흡기 공기와 혼합되도록 한다. 버터플라이형 밸브(4)는 배기 가스 재순환 통로(16)의 개방 면적을 변경시켜 EGR 부피를 제어하도록 ECU로부터 제공되는 신호에 제어 기초하여 완전 폐쇄 밸브 위치로부터 완전 개방 밸브 위치로 연속으로 또는 단계적으로 폐쇄되고 개방된다. 완전 폐쇄 밸브 위치(예컨대, θ = 0도)에서, 버터플라이형 밸브(4)의 외부 방사측 단부면(즉, 밸브의 외주연면)과 라이너(3)의 내주연면 사이의 유격은 최소이다. 이와 같이, 밸브가 완전 폐쇄될 때 EGR 가스의 누출 부피는 최소이다(즉, 유동이 감소된다). 또한, 개방 밸브 위치(예컨대, θ = 70도 내지 90도)에서, 버터플라이형 밸브(4)의 외부 방사측 단부면의 단부 표면과 라이너(3)의 내주연면 사이의 유격은 최대이다. 이와 같이, 밸브가 완전 개방될 때 EGR 가스의 누출 부피는 최대이다(즉, 유동이 증가된다).

또한, 도2a에 도시된 바와 같이, 버터플라이형 밸브(4)의 외경면의 단부 표면 상에는 시일 링 홈(6)(즉, 원주형 홈 또는 링형 홈)이 원주방향으로 연속 형성된다. 시일 링(7)은 시일 링 홈(6)에 장착되며 장착 상태로 방사방향 및 축방향으로 이동할 수 있다.

도2a에 도시된 바와 같이, 시일 링 홈(6)의 대향하는 양 측면 상에서 버터플라이형 밸브(4)의 외부 방사상 측단부에는 한 쌍의 제1 및 제2 링형 돌출부(24, 25)(즉, 링형 홈벽)가 포함된다. 보다 구체적으로, 버터플라이형 밸브(4)는 하류측 돌출부(24)와 상류측 돌출부(25)를 포함한다. 이와 같이, 시일 링 홈(6)은 일반적으로 상류측으로 대면하는 상류측 표면(21)과 일반적으로 하류측으로 대면하는 하류측 표면(22)과 일반적으로 외향하여 방사상으로 대면하는 바닥면(23)을 포함한다. 도2a의 단면도에서, 상류측 및 하류측 표면(21, 22)은 바닥면(23)에 대략적으로 수직하다. 도시된 실시예에서, 상류측 돌출부(25)의 외경(R')(즉 상류측 벽의 높이)은 하류측 돌출부(24)의 외경(R)(즉, 하류측 벽의 높이)보다 작다.

밸브 샤프트(5)는 내열재(예컨대, 스테인리스강)로 일체 성형되며 하우징(2)의 밸브 베어링부(13)에 의해 회전 가능하고 활주 가능하게 지지된다. 기어 감속 기구의 밸브측 기어(미도시)는 밸브 샤프트(5)의 축방향 타단부에 (즉, 밸브측에 대향하는 단부 상에) 고정된다. 밸브 샤프트(5)의 축방향 일단부는 하우징(2)의 라이너 끼움부(10)에 형성된 샤프트 관통 구멍(26)을 통과해서 배기 가스 재순환 통로(16, 17) 내로 돌출한다(즉 노출된다). 밸브 샤프트(5)의 축방향 일단부 상에는 용접과 같은 고정 수단에 의해 버터플라이형 밸브(4)를 유지하고 고정하기 위한 밸브 장착부가 형성된다. 도1에 도시된 실시예에서 밸브 샤프트(5)는 (폐쇄 위치에 있을 때) 버터플라이형 밸브(4)에 대해 양의 예각을 이루도록 버터플라이형 밸브(4)와 결합된다.

시일 링(7)은 내열재(예컨대, 스테인리스강)로 원형 링의 형상으로 형성된다. 시일 링(7)은 외경면(33)과 내경면(34)을 포함한다. 외경면(33)은 시일 링 홈(6)으로부터 방사상 돌출할 정도로 충분히 크다. 내경면(34)은 시일 링 홈(6) 내에 이동 가능하게 포함될 정도로 충분히 작다. 또한, 시일 링(7)은 하류측 축방향 측면(31) 및 상류측 축방향 측면(32)을 포함한다. 시일 링(7)의 두께[즉, 축방향 측면(31, 32) 사이의 거리]는 시일 링(7)이 시일 링 홈(6) 내에서 축방향으로 이동할 수 있도록 시일 링 홈(6)의 길이보다 작다.

버터플라이형 밸브(4)가 폐쇄 위치에 있을 때, 외경면(33)은 라이너(3)의 시일 링 안착면(19)을 밀폐한다. 이와 같이, 시일 링(7)은 이하 상세히 설명하는 바와 같이 배기 가스 재순환 통로(16)를 통한 배기 가스의 유동을 감소(예컨대, 방지)시킨다.

도2b에 도시된 바와 같이, 시일 링(7)은 외경면(33) 및 내경면(34) 사이에서 연장되는 절결 유격부(35)를 포함한다. 이와 같이, 시일 링(7)은 일반적으로 C 형상을 갖는다. 절결 유격부(35)는 시일 링(7)이 시일 링(7)과 라이너(3) 사이에서 열팽창율의 차이로 인해 수축 팽창할 수 있도록 한다.

절결 유격부(35)는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 도3a 내지 도3d는 절결 유격부(35)의 네 개의 서로 다른 실시예를 도시한다. 예컨대, 시일 링(7)의 서로 대향된 단부들은 버트 조인트(도3a), 테이퍼 조인트(도3b), 랩 조인트(lap joint)(도3c) 또는 랩 조인트(도3d)로 형성될 수 있다. 또한, 외경면(33)과 축방향 측면(31, 32)들 간의 교차에 의해 한정되는 모서리들은 버터플라이형 밸브(4)의 개폐를 용이하게 하도록 모떼기되거나 만곡될 수 있다.

백업 링(8)은 내열재(예컨대, 스테인리스강)로 원형 링의 형상으로 형성된다. 백업 링(8)은 외경면(43)과 내경면(44)과 하류측 축방향 측면(41)과 상류측 축방향 측면(42)을 포함한다. 백업 링(8)은 외경면(43)이 시일 링 홈(6)으로부터 방사상 돌출하도록 시일 링 홈(6)에 이동 가능하게 지지된다. 내경면(44) 및 백업 링(8)의 두께는 백업 링(8)이 시일 링 홈(6) 내에서 방사상 및 축방향으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 백업 링(8)은 시일 링(7)의 하류측 축방향 측면(31)에 인접해서 시일 링 홈(6) 내에 마련된다. 도2a에 도시된 바와 같이, 백업 링(8)의 외경면(43)은 시일 링(7)의 외경면(33)보다 직경이 작다.

도2a 및 도2b에 도시된 바와 같이, 버터플라이형 밸브(4)가 폐쇄 위치에 있을 때, 백업 링(8)은 시일 링(7)의 절결 유격부(35)를 적어도 부분적으로 간섭함으로써 절결 유격부(35)를 통한 유체 유동을 방해(예컨대, 방지)한다. 또한, 백업 링(8)의 하류측 축방향 측면(41)은 버터플라이형 밸브(4)의 상류측 표면(21)과 접하며(예컨대, 밀폐시키며), 백업 링(8)의 상류측 축방향 측면(42)은 시일 링(31)의 하류측 축방향 측면(31)과 접한다.

도2b에 도시된 실시예에서, 백업 링(8)은 외경면(43)과 내경면(44) 사이에서 방사상 연장되는 슬릿(45)도 포함한다. 도시된 바와 같이, 슬릿(45)은 시일 링(7)의 유격(35)보다 X 방향으로 좁은 폭을 갖는다. 슬릿(45)은 이를 통해 EGR 가스가 통과하는 것을 상당히 막을(즉, 누출을 방지할) 정도로 충분히 좁다. 도2b에 도시된 실시예에서, 슬릿(45)과 유격(35)은 축방향으로 정렬된다. 그러나, 도4에 도시된 다른 실시예에서, 슬릿(45)과 유격(35)은 축방향으로 오정렬된다(즉, 축방향에서 볼 때, 슬릿이 유격의 중앙에 위치하지 않고 일정 각도로 어긋나 있는 상태). 보다 구체적으로, 백업 링(8)과 시일 링(7)은 슬릿(45)과 유격(35)이 대략 180도만큼 이격되어 축방향으로 오정렬되도록 축을 중심으로 서로에 대해 대략 180도 회전된다.

이하, 본 실시예의 배기 가스 재순환 장치의 작업에 대해 간단히 설명한다.

엔진이 시동되어 엔진의 실린더 헤드의 흡기 포트의 흡기 밸브가 개방되면, 공기 청정기에 의해 여과된 흡기 공기는 흡기 파이프 및 트로틀 본체를 통과하여 각 실린더의 흡기 매니폴드로 분배된 후 엔진의 각 실린더의 연소실로 흡입된다. 흡기 공기는 온도가 연소 온도로 증가할 때까지 압축되고 뒤이어 연료가 주입되어 연소된다. 연소실에서 생성된 연소 가스는 실린더 헤드의 배기 포트로부터 배출되어 배기 매니폴드와 배기 파이프를 거쳐 배출된다.

버터플라이형 밸브(4)를 소정의 밸브 개방 위치(즉, 회전각)로 가져가기 위해 전원이 ECU에 의해 전기 모터로 공급된다. 보다 구체적으로, 전기 모터의 모터 샤프트가 회전된다. 전기 모터의 구동력(즉, 모터 출력 샤프트 토크)이 밸브 샤프트(5)로 전달될 때, 밸브 샤프트(5)는 소정의 회전각만큼 회전된다. 따라서, 버터플라이형 밸브(4)는 버터플라이형 밸브(4)가 개방되는 방향으로 회전되어 구동된다. 그 후, 배기 가스(EGR 가스)의 적어도 일부가 엔진의 배기 파이프에 형성된 배기 통로, 배기 가스 재순환 통로, 하우징(2)의 배기 가스 재순환 통로(15), 라이너(3)의 배기 가스 재순환 통로(16), 하우징(2)의 배기 가스 재순환 통로(17), 배기 가스 재순환 파이프 내의 배기 가스 재순환 통로를 거쳐 유동하여 흡기 매니폴드 내로 유동한다.

하우징(2)의 배기 가스 재순환 통로(17)로부터 흡기 매니폴드 내로 유입되는 EGR 가스는 트로틀 본체로부터 흡기 매니폴드 내로 도입되는 흡기 공기와 혼합된다. 소정의 EGR 부피는 흡기 공기 부피 센서(즉, 공기 유동계), 흡기 온도 센서 및 EGR 부피 센서로부터 제공되는 검출 신호에 의해 소정 값으로 유지된다. 따라서, 배출물질을 감소시키기 위해, 버터플라이형 밸브(4)의 밸브 개방은 EGR 부피를 엔진의 작동 상태에 따라 유지하도록 제어되고 흡기 공기는 흡기 매니폴드 내로 재 순환된 EGR 가스와 혼합된다.

이와 반해, 전기 모터로의 전원 공급이 중단되면, 버터플라이형 밸브(4)는 밸브 편의 수단의 편의력에 의해 완전 폐쇄 밸브 위치(도1)로 복귀된다. 이와 같이, 시일 링(7)의 시일 링 외경면(33)은 라이너(3)의 시일 링 안착면(19)에 인접하게 위치되어 시일 링 안착면을 밀폐한다. 일 실시예에서, 시일 링(7)의 열팽창율은 시일 링(7)이 승온으로 인해 방사상 팽창해서 시일 링(7)으로부터 시일 링 안착면(19)으로 가해지는 장력이 시일 링과 시일 링 안착면 사이의 밀폐를 유지하도록 정해진다. 도2a에 도시된 실시예에서, 백업 링(8)과 시일 링 안착면(19) 사이에 유격이 유지되고 단지 시일 링(7)만이 안착면(19)을 밀폐한다.

또한, 버터플라이형 밸브(4)가 폐쇄 위치에 있을 때, 시일 링(7)은 EGR 가스(즉, 배기 가스)의 압력으로 인해 시일 링 홈(6) 내에서 축방향 하류로 이동된다. 그 결과, 시일 링(7)의 하류측 시일 링 측면(31)은 상류측 백업 링 측면(42)에 대해 가압되고(즉, 이를 밀폐시키고) 하류측 백업 링 측면(41)은 상류측 홈 벽면(21)에 대해 가압된다(즉, 이를 밀폐시킨다). 따라서, 밸브가 완전히 폐쇄될 때, 배기 가스 재순환 통로(16)는 EGR 압력으로 인한 시일 링(7)과 백업 링(8)의 축방향 이동과 시일 링(7)의 방사방향 팽창으로 인해 밀폐된다.

상술한 바와 같이, 절결 유격(35)은 시일 링(7)에 마련된다. 그러나, 절결 유격(35)을 통한 EGR 가스의 누출은 제한(예컨대, 방지)되는데, 이는 백업 링(8)이 시일 링(7)과 중첩되어 이런 유동을 막기 때문이다. 따라서, 절결 유격(35)을 통한 EGR 가스의 누출은 발생하지 않게 되고 EGR 가스는 흡기 공기와 혼합되지 않는 다.

따라서, 부품수가 감소됨으로써, 조립을 간단하게 하고 비용을 떨어뜨린다. 구체적으로, 라이너(3)의 안착면(19)을 밀폐시키기 위해 단지 하나의 시일 링(7)만이 사용된다. 또한, 단지 하나의 백업 링(8)만이 포함된다.

또한, 상술한 바와 같이, 상류측 돌출부(25)의 외경(R')(즉, 상류측 벽의 높이)은 하류측 돌출부(24)의 외경(R)(즉, 하류측 벽의 높이)보다 작다. 이와 같이, 시일 링(7)은 EGR 가스에 더 노출되어 이로 인한 압력(즉, 배기 압력)을 받는다. 따라서, 시일 링(7)과 백업 링(8)은 가스 압력으로 인해 축방향으로 보다 쉽게 이동한다. 따라서, 밀폐 동작이 개선된다.

도5, 도6a 및 도6b를 참조하면, 유체 제어 밸브 조립체(1)의 다른 실시예가 도시되어 있다. 상술한 구성 부품에 대응하는 구성 부품은 도면에서 대응하는 번호로 지시된다.

도시된 실시예에서, 백업 링(8)은 원주방향으로 연속적이다. 즉, 백업 링(8)은 상술한 실시예의 슬릿(45)을 포함하지 않는다.

또한, 버터플라이형 밸브(4)는 본체(4a)와 본체(4a)에 제거 가능하게 결합되는 리테이너(4b)를 포함한다. 본체(4a)는 상술한 바와 같은 하류측 돌출부(24)를 포함하고 리테이너(4b)는 상술한 바와 같은 상류측 돌출부(25)를 포함한다. 즉, 시일 링 홈(6)이 본체(4a)와 리테이너(4b) 사이에 한정된다. 따라서, 시일 링(7)과 백업 링(8)은 본체(4a)와 리테이너(4b) 사이에 마련된다.

도시된 실시예에서, 본체(4a)와 리테이너(4b)는 나사 체결식으로 결합된다. 보다 구체적으로, 본체(4a)와 리테이너(4b)를 나사 체결식으로 결합 및 분리하기 위해 본체(4a)는 수형 나사부를 포함하고 리테이너(4b)는 암형 나사부를 포함한다.

다른 실시예에서, 시일 링(7)은 배기 가스 재순환 통로(16)의 내경면을 직접 밀폐하며 라이너(3)는 포함되지 않는다. 이와 같이, 부품수가 더욱 저감됨으로써 비용을 낮추고 조립을 단순화시킨다.

또한, 일 실시예에서, 버터플라이형 밸브(4)는 체결 나사 또는 고정 볼트와 같은 체결구를 사용하여 밸브 샤프트(5)에 체결되어 고정된다.

또한, 일 실시예에서, 버터플라이형 밸브(4)를 개폐하기 위한 밸브 구동 장치는 전자식(electromagnetic) 또는 전기식 부압 제어 밸브를 갖는 부압 작동 액츄에이터 또는 전자식 유체 제어 밸브와 같이 전자식 작동 액츄에이터이다. 따라서, 스프링과 같은 편의 수단이 불필요하다.

또한, 상술한 실시예에서, 버터플라이형 밸브(4)는 밸브 샤프트(5)의 회전 중심축을 중심으로 회전한다. 그러나, 판형 밸브, 포핏형 밸브, 이중 포핏형 밸브 또는 회전형 밸브와 같이 다른 유형의 밸브가 밸브에 사용될 수 있음을 알게 될 것이다.

상술한 실시예에서, 하우징(2)은 배기 가스 재순환 파이프의 중간부에 연결된다. 그러나, 하우징은 엔진의 흡기 파이프의 일부와 배기 가스 재순환 파이프의 일부를 형성할 수 있다. 또한, 하우징은 엔진의 배기 파이프의 일부와 배기 가스 재순환 파이프의 일부를 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 밸브는 엔진의 연소실 내로 흡입되는 흡기 공기의 부피를 제어하기 위한 트로틀 밸브와 같은 흡기 제어 밸브, 엔진의 연소실로부터 배출되는 배기 가스의 부피를 제어하기 위한 배기 가스 제어 밸브 및/또는 트로틀 밸브를 우회하는 흡기 공기의 부피를 제어하기 위한 공회전 속도 제어 밸브에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 밸브는 가스 및 액체와 같은 유체의 유속을 제어하기 위한 유체 제어 밸브(즉, 유속 제어 밸브)의 밸브 본체에 적용될 수 있다.

상술한 실시예에서, 유체 제어 밸브는 EGR 가스(즉, 고온 유체)와 같은 유체의 유속을 제어하기 위한 EGR 제어 밸브(1)에 적용된다. 그러나, 유체 제어 밸브는 이런 유속 제어 밸브로 제한되지 않으며 유로 개폐 밸브, 유로 절환 밸브 및 유압 제어 밸브에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 유체 제어 밸브는 텀블 유동 제어 밸브 및 스월 유동 제어 밸브와 같은 흡기 공기 유동 제어 밸브와 흡기 통로의 통로 길이 또는 단면적을 가변시키기 위한 흡기 공기 가변 밸브에 적용될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 본 발명은 예시를 위한 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어는 제한적인 의미가 아닌 설명을 위한 의미로 해석되어야 한다. 상술한 가르침에 비추어 본 발명에 대한 많은 변경과 개조가 가능하다. 따라서, 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위 내에서 특별히 설명한 내용과 달리 실시될 수 있다.

상술한 바로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면 부품의 수가 감소함으로써 그 구조가 간단하게 되고 조립이 용이하고 제조 비용이 감소하게 된다.

Claims

유체의 유동을 제어하기 위한 유체 제어 밸브 조립체이며,

유로를 한정하는 하우징과,

링형 홈을 구비하고 유로에 마련되되 유로에서 유체를 유동시키기 위한 개방 위치 및 유로에서 유체의 유동을 감소시키기 위한 폐쇄 위치를 갖는 밸브와,

외경 및 내경 사이에서 연장되는 유격을 구비하되 축방향으로 서로 대향하는 한 쌍의 측면들을 포함하고 홈에 마련되고 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 하우징을 밀폐함으로써 하우징을 통한 유체의 유동을 감소시키는 시일 링과,

시일 링의 축방향 측면들 중 하나에 인접하여 홈에 마련됨으로써 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링의 유격을 통한 유체의 유동을 막는 백업 링을 포함하는 유체 제어 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 백업 링은 백업 링의 외경 및 내경 사이에서 연장되는 슬릿을 포함하는 유체 제어 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 백업 링은 하류측 축방향 측면 및 상류측 축방향 측면을 포함하며, 홈은 상류측 표면을 포함하며, 백업 링의 상류측 축방향 측면은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링의 축방향 측면들 중 적어도 하나와 접하고 하류측 축방향 측면은 홈의 상류측 표면과 접하는 유체 제어 밸브 조립체.
제2항에 있어서, 슬릿과 유격은 축방향으로 오정렬되는 유체 제어 밸브 조립체.
제2항에 있어서, 슬릿은 시일 링의 유격보다 좁은 유체 제어 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 백업 링은 외경 및 내경을 포함하며, 백업 링의 외경은 시일 링의 외경보다 작은 유체 제어 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 백업 링은 원주방향으로 연속적인 유체 제어 밸브 조립체.
제7항에 있어서, 밸브는 본체 및 본체에 제거 가능하게 결합되는 리테이너를 포함하며, 백업 링 및 시일 링은 본체 및 리테이너 사이에서 밸브에 결합되는 유체 제어 밸브 조립체.
제8항에 있어서, 리테이너는 본체에 나사식으로 결합되는 유체 제어 밸브 조립체.
제1항에 있어서, 시일 링은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 방사방향으로 팽창되어 하우징을 밀폐하도록 열팽창율을 갖는 유체 제어 밸브 조립체.
유체의 유동을 제어하기 위한 유체 제어 밸브 조립체이며,

유로를 한정하는 하우징과,

링형 홈 및 링형 홈의 서로 대향하는 측면 상에 한 쌍의 링형 돌출부를 구비한 밸브를 포함하고 유로에 마련되되 유로에서 유체를 유동시키기 위한 개방 위치 및 유로에서 유체의 유동을 감소시키기 위한 폐쇄 위치를 갖는 밸브와,

외경 및 내경 사이에서 연장되는 유격을 구비하되 홈에 마련되고 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 하우징을 밀폐함으로써 하우징을 통한 유체의 유동을 감소시키는 시일 링과,

홈에 마련됨으로써 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링의 유격을 통한 유체의 유동을 막는 백업 링을 포함하며,

링형 돌출부들 중 하나의 외경은 다른 링형 돌출부의 외경보다 작은 유체 제어 밸브 조립체.
제11항에 있어서, 백업 링은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링의 하류측에 마련되며, 링형 돌출부 중 하나는 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 백업 링과 시일 링의 상류측에 마련되며, 다른 링형 돌출부는 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 백업 링의 하류측에 마련되는 유체 제어 밸브 조립체.
제11항에 있어서, 시일 링은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 방사방향으로 팽창 되어 하우징을 밀폐하도록 열팽창율을 갖는 유체 제어 밸브 조립체.
유체의 유동을 제어하기 위한 유체 제어 밸브 조립체이며,

유로를 한정하는 하우징과,

링형 홈을 구비하고 유로에 마련되되 유로에서 유체를 유동시키기 위한 개방 위치 및 유로에서 유체의 유동을 감소시키기 위한 폐쇄 위치를 갖는 밸브와,

홈에 마련되되 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 하우징을 밀폐함으로써 하우징을 통한 유체의 유동을 감소시키는 시일 링을 포함하며,

링형 돌출부들 중 하나의 외경은 다른 링형 돌출부의 외경보다 작은 유체 제어 밸브 조립체.
제14항에 있어서, 시일 링의 하류측에서 홈 내에 마련되는 백업 링을 추가로 포함하되, 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 시일 링은 백업 링을 밀폐시키고 백업 링은 밸브의 링형 돌출부들 중 하나를 밀폐시키는 유체 제어 밸브 조립체.
제15항에 있어서, 시일 링은 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때 방사방향으로 팽창되어 하우징을 밀폐하도록 열팽창율을 갖는 유체 제어 밸브 조립체.