KR101293311B1 - 2개의 배출 통로 사이에 마련되는 작동 수단을 구비한 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 2개의 유체 배출 덕트(4, 5)로 통하여 교차부(6)를 이루는 유체 흡입 덕트(3)를 형성하는 본체(2)를 포함하고, 이 교차부에는 버터플라이 밸브(10)가 장착되며, 이 버터플라이 밸브는 버터플라이 밸브가 유체를 주로 제1 배출 덕트(4)를 향해 유도하는 제1 극단 위치와 버터플라이 밸브가 유체를 주로 제2 배출 덕트(5)를 향해 유도하는 제2 극단 위치 사이에서 작동하는 것인 밸브에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 버터플라이 밸브의 제1 극단 위치에서 상기 버터플라이 밸브(10)의 제1 부분(10.2)은 제2 배출 덕트(5)를 부분적으로 차단하고, 버터플라이 밸브의 제2 극단 위치에서 상기 버터플라이 밸브(10)의 제2 부분(10.1)은 제1 배출 덕트(4)를 차단한다.

Description

2개의 배출 통로 사이에 마련되는 작동 수단을 구비한 밸브{VALVE WITH OPERATING MEANS BETWEEN TWO OUTLET PASSAGES}

본 발명은, 예컨대 자동차용 내연 기관의 배기 가스를 재순환시키기 위한 장치에 사용될 수 있는 밸브에 관한 것이다.

배기 가스 재순환 장치(또는 EGR)는, 한편으로는 내연 기관의 흡입 회로에 다른 한편으로는 내연 기관의 배기 매니폴드의 고압 영역에 형성된 태핑(tapping)에 연결되는 냉각 채널 및 비냉각 채널을 대개 포함한다. 이러한 2개의 채널은 "바이패스 밸브"라 하는 밸브에 의해 서로 연결되는데, 이 바이패스 밸브는 냉각 채널과 비냉각 채널 사이에서 배기 가스의 흐름을 조절한다. 이러한 재순환 장치는 배기 가스의 일부분이 내연 기관에 공급되는 혼합기(mixture)에 재이용될 수 있게 한다.

이후로는 공해 방지 기준으로 인해 배기 가스의 더 많은 부분을 재순환할 필요가 있을 것이다. 현재의 구조는 재순환시킬 수 있는 배기 가스의 양에 관하여 그 한계에 도달하였다.

배기 가스의 재순환을 향상시키기 위해, 재순환 장치를 배기 매니폴드의 저압 부분, 즉 배기 가스 팽창 영역의 하류에 연결하여, 배기 가스의 대부분을 내연 기관의 흡입 회로를 향해 유도하는 방안이 고려되었다. 따라서, 배기 매니폴드의 저압 부분에 밸브를 마련하여, 배기 가스를 외부를 향해 또는 재순환 장치를 향해 유도할 수 있게 할 필요가 있다. 그러나, 배기 매니폴드의 저압 부분에서는, 배기 가스가 오염 제거 처리를, 구체적으로는 연소 후에 배기 가스의 온도를 높이는 처리를 받는다.

밸브는 이러한 온도를 견디도록 마련되어야만 하는데, 이로 인해 밸브의 비용이, 보다 구체적으로는 작동 모터 등과 같이 밸브를 제어하는 제어 부재의 비용과 모터로부터 버터플라이 밸브로 운동을 전달하는 운동 전달 수단의 비용이 증대된다. 한 가지 해법은, 고온의 배기 가스가 이동하는 덕트로부터 제어 부재를 가능한 멀리 배치하는 것일 것이다. 그러나, 이와는 반대로 필요 공간을 제한하려면, 컴팩트하고 배기 매니폴드에 꼭 맞게 배치되는 구조를 갖는 밸브가 바람직하다. 이러한 구조는 밸브의 고온화를 조장하고 밸브의 냉각을 어렵게 만든다.

본 발명의 한 가지 목적은 전술한 요건을 충족시키는 밸브를 제안하는 것이다.

이런 이유 때문에, 본 발명에 따르면, 2개의 유체 배출 덕트로 통하여 교차부를 이루는 유체 흡입 덕트를 형성하는 본체를 포함하고, 이 교차부에는 버터플라이 밸브가 장착되며, 이 버터플라이 밸브는 버터플라이 밸브가 유체를 주로 제1 배출 덕트를 향해 유도하는 제1 극단 위치와 버터플라이 밸브가 유체를 주로 제2 배출 덕트를 향해 유도하는 제2 극단 위치 사이에서 버터플라이 밸브를 작동시키는 모터에 연결되고, 이 모터는 두 배출 덕트가 서로 연결되는 연결 영역 부근에서 두 배출 덕트 사이에 배치되며, 버터플라이 밸브는 상기 연결 영역에 있어서 유체에 대한 스크린을 형성하도록 상기 연결 영역의 전방에 장착되는 것인 밸브가 제공된다.

따라서, 두 배출 덕트의 연결 영역 부근에서 두 배출 덕트 사이에 모터를 배치하면, 두 배출 덕트의 주위에 컴팩트한 구조를 확보하는 것이 가능해진다. 버터플라이 밸브는, 스크린을 형성함으로써, 연결 영역이 이송 유체와 직접 접촉하는 것을 방지하며, 이러한 방식으로 유체의 온도가 모터의 온도에 미치는 영향을 제한한다.

모터는 두 배출 덕트의 연결 영역을 형성하는 벽을 구비한 하우징 내에 수용되는 것이 바람직하다.

따라서, 밸브의 컴팩트성이 더 향상된다.

특정 실시예에 따르면, 하우징에는 상기 연결 영역을 형성하는 벽을 냉각시키기 위한 냉각 수단이 마련된다.

냉각 수단은, 모터와, 운동을 버터플라이 밸브로 전달하는 운동 전달 수단을 최적의 온도로 유지할 수 있게 한다. 또한, 이러한 냉각 수단은 내열성이 강한 재료로 제조되는 엘라스토머 밀봉 요소 대신에 비교적 일반적인 엘라스토머 밀봉 요소를 사용할 수 있게 한다. 이러한 밀봉 요소는 비교적 저렴한 비용으로 만족스러운 밀봉을 제공한다.

버터플라이 밸브가 그 극단 위치에 있을 때 버터플라이 밸브의 적어도 일부분이 하우징의 벽의 적어도 일부분을 따라 연장되는 것이 유익하다.

이 경우, 버터플라이 밸브의 적어도 일부분은 직접적으로는 전도에 의해 또는 적어도 간접적으로 냉각 수단의 작동의 영향을 받을 수 있다. 이는 또한 상기 이송 유체가 버터플라이 밸브와 벽 사이에서 순환할 위험을 제한한다.

버터플라이 밸브는 냉각 수단의 영향을 받는 베어링에 단부가 수납되는 스핀들에 의해 지지되는 것이 더 바람직하다.

베어링의 냉각은 베어링의 정지 위험을 제한하고, 전도에 의한 스핀들 및 버터플라이 밸브의 냉각을 허용한다.

버터플라이 밸브는 벽의 바로 부근에서 벽의 일부분을 따라 연장되는 스핀들에 의해 지지되는 것이 또한 유익하다.

따라서, 복사에 의해 스핀들이 냉각될 수 있다.

본 발명의 그 밖의 특징 및 장점은 본 발명의 비제한적인 특정 실시예에 대한 이하의 설명을 읽으면 분명해질 것이다.

본 발명에 따르면, 전술한 요건을 충족시키는 밸브를 얻을 수 있다.

첨부 도면을 참조하는데, 이들 도면 중
도 1은 본 발명에 따른 밸브를 절개하여 보여주는 사시도이고,
도 2는 버터플라이 밸브가 제1 위치에 있는 본 발명에 따른 밸브를 도 1의 평면 Ⅱ을 따라 취하여 보여주는 개략적인 상단면도이며,
도 3은 버터플라이 밸브가 제2 위치에 있는 본 발명에 따른 밸브를 도 2와 유사하게 보여주는 도면이다.

첨부 도면을 참조하면, 도면 부호 1로 전체적으로 지시되어 있는 밸브는 이 실시예에서 내연 기관의 배기 매니폴드(100)의 저압 부분 상에 배치되어, 배기 가스를 외부를 향해 또는 재순환 장치(101)(재순환 장치의 흡입 덕트 중 일부분만이 도시되어 있음)를 향해 유도하도록 구성되어 있다. 터보차저(turbocharger)를 갖춘 내연 기관을 예로 들면, 배기 매니폴드의 저압 부분은 터보차저 터빈의 하류 측에 해당한다.

밸브(1)는 2개의 배출 덕트(4, 5)로 통하여 교차부(6)를 이루는 흡입 덕트(3)를 형성하는 본체(2)를 포함한다. 흡입 덕트(3)는, 흡입 덕트를 내연 기관 상의 배기 매니폴드(100) 측에 연결하는 수단이 마련되는 일단부와, 두 배출 덕트(4, 5)의 제1 수렴 단부에 연결되는 타단부를 구비하는데, 두 배출 덕트의 타단부에는 이들 타단부를 재순환 장치(101)에 그리고 배기 매니폴드(100)의 최종 섹션(102)에 각각 연결하는 수단이 마련된다. 두 배출 덕트(4, 5)의 제1 수렴 단부는 실질적으로 직각을 이루며 연결되는데, 이 직각의 정점은 흡입 덕트(3)를 향해 배향된다.

직각의 내부는 두 배출 덕트(4, 5)를 직각의 내부에서 연결하는 하우징(8)의 벽(7)으로 형성된다. 따라서, 벽(7)은 두 배출 덕트(4, 5)를 연결하기 위한 영역을 형성한다. 하우징(8)은 하우징을 냉각시키는, 보다 구체적으로는 벽(7)을 냉각시키는 냉각 수단을 포함하는 알루미늄 케이싱으로 형성된다. 이 예에서, 상기 냉각 수단은 하우징(8)을 형성하는 알루미늄 케이싱 내에 만들어져 열 전도 유체의 순환을 허용하는, 입구 부분(13) 및 출구 부분(14)을 구비한 냉각 채널을 포함한다. 이 예에서 상기 냉각 채널의 입구 부분(13) 및 출구 부분(14)은 내연 기관의 냉각 회로에 연결되도록 구성되어 있다.

하우징(8)은 덕트(3, 4, 5)에 있어서의 배기 가스의 흐름 방향과 관련하여 벽(7)의 상류 측에서 교차부(6)에 장착되는 버터플라이 밸브(10)를 작동시키는 모터(9)를 수납한다. 모터(9)는 직류 전기 모터이다. 버터플라이 밸브(10)는 벽(7)의 바로 부근에서 벽을 따라 연장되는 스핀들(11)에 고정 부착되는데, 스핀들의 단부는 하우징(8)에 고정 부착된 베어링(12) 내에 피벗식으로 수납되어 있고, 그 결과 베어링(12)은 하우징(8)의 냉각 채널에 의해 벽(7)에 제공되는 냉각의 이익을 적어도 부분적으로 취한다. 냉각 채널의 입구 부분(13)과 출구 부분(14)은 베어링(12)에 인접해 있고, 베어링에 접촉하여 상기 베어링(12)을 냉각시킨다. 스핀들(11)을 벽(7)에 대해 근접 배치하여, 스핀들(11)의 냉각을 촉진한다. 냉각 채널은 스핀들(11) 가까이 지나는 것이 바람직하다. 스핀들(11)은 통상적인 타입의 운동 전달 수단을 매개로 하여, 이 예에서는 하우징(8)의 냉각 수단의 작동의 영향을 받도록 하우징(8)에 장착된 기어(15)를 매개로 하여 모터(9)의 출력 샤프트에 연결된다. 이 예에서 기어(15)는 플라스틱으로 제조된다. 기어의 밑에는 스핀들(11)과 본체(2) 사이에 밀봉을 형성하도록 스핀들(11) 상에 시일(seal)(도면에 도시되지 않음)이 설치된다. 전술한 스핀들(11)의 냉각을 통해, 엘라스토머 시일을 사용할 수 있게 된다. 냉각 수단에 의해 제공되는 냉각의 이익을 직접적으로 또는 간접적으로 취할 수 있는 밸브의 그 밖의 밀봉 요소에도 엘라스토머 시일을 사용할 수 있게 된다. 고온의 영향을 받는 밀봉 요소는 세라믹 등과 같이 내열성이 강한 재료로 제조된다.

따라서, 버터플라이 밸브(10)는, 버터플라이 밸브(10)가 유체를 주로 배출 덕트(4)를 향해 유도하는 제1 극단 위치와 버터플라이 밸브(10)가 유체를 주로 배출 덕트(5)를 향해 유도하는 제2 극단 위치 사이에서 움직일 수 있다.

버터플라이 밸브의 제1 극단 위치에서, 버터플라이 밸브(10)는 배출 덕트(4) 측에서 벽(7)을 따라 연장되는 부분(10.1)과 배출 덕트(5)를 부분적으로 차단하는 부분(10.2)을 구비한다. 부분(10.1)의 자유 에지는 벽(7)에 맞닿아 있다. 벽(7)의 리세스(16)는 부분(10.1)의 뒤쪽에 남겨지는 얇은 자유 공간을 형성한다.

버터플라이 밸브의 제2 극단 위치에서, 버터플라이 밸브(10)는 배출 덕트(5) 측에서 벽(7)을 따라 연장되는 부분(10.2)과 배출 덕트(4)를 차단하는 부분(10.1)을 구비한다. 부분(10.2)의 자유 에지는 벽(7)에 맞닿아 있다. 벽(7)의 리세스(17)는 부분(10.2)의 뒤쪽에 남겨지는 얇은 자유 공간을 형성한다.

이러한 버터플라이 밸브의 작동 및 제어는 통상적인 것이다.

물론, 본 발명은 전술한 실시예에 국한되는 것이 아니라, 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 사상 내에 포함되는 모든 변형예를 포함하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 밸브는 배기 가스의 재순환 용례와 관련하여 기술되었지만, 본 발명의 밸브는 유체, 특히 저온 유체의 조절 또는 분배에 관한 그 밖의 용례에도 사용될 수 있다.

또한, 상기 연결 영역을 하우징(8)의 벽으로 형성하지 않고서, 하우징(8)을 연결 영역의 부근에 배치할 수 있다. 이러한 하우징의 배치로 인해 야기되는 필요 공간의 증대는, 모터의 온도가 본래 더 낮아서 냉각하기가 더 쉽다는 사실에 근거하여, 연결 영역과 하우징 간의 거리를 근소하게 하는 것을 통해 상쇄된다. 따라서, 하우징(8)은 덕트로부터 분리될 수 있다.

모터의 하우징이 알루미늄으로 제조되고 기어가 플라스틱으로 제조된다고 하였지만(이는 밸브를 비교적 가볍게 만들 수 있음), 이들 구성 요소는 강철로도 제조될 수 있다.

또한, 본체(2)도 하나 이상의 부품으로 만들어질 수 있다.

1 : 밸브 2 : 본체
3 : 흡입 덕트 4, 5 : 배출 덕트
6 : 교차부 7 : 벽
8 : 하우징 9 : 모터
10 : 버터플라이 밸브 11 : 스핀들
12 : 베어링 13 : 입구 부분
14 : 출구 부분 15 : 기어
16 : 리세스 100 : 배기 매니폴드
101 : 재순환 장치 102 : 최종 섹션

Claims (10)

1. 2개의 유체 배출 덕트(4, 5)로 통하여 교차부(6)를 이루는 유체 흡입 덕트(3)를 형성하는 본체(2)를 포함하고, 상기 교차부에는 버터플라이 밸브(10)가 마련되며, 이 버터플라이 밸브는 버터플라이 밸브가 유체를 주로 제1 배출 덕트(4)를 향해 유도하는 제1 극단 위치와 버터플라이 밸브가 유체를 주로 제2 배출 덕트(5)를 향해 유도하는 제2 극단 위치 사이에서 작동하는 것인 밸브에 있어서,
   버터플라이 밸브의 제1 극단 위치에서 상기 버터플라이 밸브(10)의 제1 부분(10.2)은 제2 배출 덕트(5)를 부분적으로 차단하고, 버터플라이 밸브의 제2 극단 위치에서 상기 버터플라이 밸브(10)의 제2 부분(10.1)은 제1 배출 덕트(4)를 차단하는 것을 특징으로 하는 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 버터플라이 밸브는 양 극단 위치에서 유체를 유도하는 하나의 동일한 평평한 측부를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   - 상기 버터플라이 밸브(10)는 양 극단 위치에서 버터플라이 밸브를 작동하기 위한 모터(9)에 연결되도록 장착되며,
   - 상기 모터는 배출 덕트들을 서로에 대해 연결하는 연결 영역 근처에서 배출 덕트들 사이에 배치되고,
   - 상기 버터플라이 밸브가 상기 연결 영역에 대해 유체를 차단하는 스크린을 형성하도록 연결 영역 전방에 버터플라이 밸브가 장착되는 것
   을 특징으로 하는 밸브.
4. 제3항에 있어서, 상기 모터(9)는 배출 덕트(4, 5)의 연결 영역을 형성하는 벽(7)을 갖는 하우징(8)에 수용되는 것을 특징으로 하는 밸브.
5. 제4항에 있어서, 상기 하우징(8)에는 연결 영역을 형성하는 벽(7)을 냉각하기 위한 냉각 수단(13, 14)이 마련되는 것을 특징으로 하는 밸브.
6. 제4항에 있어서, 상기 버터플라이 밸브(10)는, 버터플라이 밸브가 버터플라이 밸브의 극단 위치에 있을 때, 하우징(8)의 벽(7)의 일부를 따라 연장되는 부분(10.1, 10.2)을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 부분(10.1)은, 제1 극단 위치에서, 제1 배출 덕트(4)의 일측에서 벽(7)을 따라 연장되며, 상기 제1 부분(10.2)은, 제2 극단 위치에서, 제2 배출 덕트(5)의 일측에서 벽(7)을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 밸브.
8. 제5항에 있어서, 상기 버터플라이 밸브(10)는, 하우징(8)에 고정되게 부착되고 냉각 수단(13)의 영향을 받는 베어링(12)에 단부가 수납되는 스핀들(11)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 밸브.
9. 제5항에 있어서, 상기 버터플라이 밸브(10)는 벽의 소정 부분을 따라 벽(7) 바로 부근에서 연장되는 스핀들(11)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 밸브.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배출 덕트(4, 5)의 제1 단부들은 실질상 직각을 이루도록 연결되고, 이 직각의 정점은 흡입 덕트(3)를 향해 배향되는 것을 특징으로 하는 밸브.
    

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