KR101928517B1 - 선택적으로 작동하는 바이패스 밸브를 구비한 egr 쿨러 조립체 - Google Patents

선택적으로 작동하는 바이패스 밸브를 구비한 egr 쿨러 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이패스 밸브(14) 및 적어도 하나의 EGR 쿨러(12, 13)를 포함하는, EGR(배기가스 재순환) 쿨러 조립체에 관한 것으로서, 이 경우 상기 바이패스 밸브(14)는 축 방향을 규정하는 밸브 스템(15)을 갖는 밸브 하우징(16)을 포함하고, 상기 밸브 하우징은 제 1, 제 2 및 제 3 가스 격실(9, 10, 11)을 규정하며, 상기 가스 격실들은 각각 배기가스의 유입 및 유출을 위한 개구를 가지며, 상기 제 1 가스 격실(9)은 제 1 밸브 개구(18)를 통해서 상기 제 2 가스 격실(10)과 연결되어 있고, 상기 제 2 가스 격실(10)은 제 2 밸브 개구(17)를 통해서 상기 제 3 가스 격실(11)과 연결되어 있으며, 그리고 상기 EGR 쿨러(12, 13)가 입구측에서 상기 제 1 가스 격실(9)에 연결되어 있고, 출구측에서는 상기 제 2 가스 격실(10)에 연결되어 있거나, 또는 입구측에서 상기 제 2 가스 격실(10)에 연결되어 있고, 출구측에서는 상기 제 3 가스 격실(11)에 연결되어 있으며, 이 경우 상기 바이패스 밸브는 상기 제 1 및 제 2 밸브 개구(18, 17)를 선택적으로 개방하고 폐쇄하기에 적합하다.

Description

선택적으로 작동하는 바이패스 밸브를 구비한 EGR 쿨러 조립체{EGR COOLER ASSEMBLY WITH SELECTIVELY OPERATING BYPASS VALVE}
본 발명은 선택적으로 작동하는 바이패스 밸브를 구비한 EGR(배기가스 재순환) 쿨러 조립체 그리고 상기와 같은 EGR 쿨러 조립체가 설치된 배기가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
배기가스 재순환 시스템들은 오염 물질 배출량을 감소시키고 내연 기관의 효율을 향상시키기 위해 사용된다. 이 결과 예컨대 충전된 디젤 엔진의 경우 배기가스 재순환에 의해 질소 산화물 발생이 감소될 수 있다. 배기가스 재순환 시스템 내에서, 배기가스 재순환 밸브는 일부 배기가스를 배기 매니폴드(exhaust manifold)로부터 엔진의 흡기 통로(intake passage)로 향하게 하는데, 상기 위치에서 배기가스는 신선한 공기와 혼합된다. 이러한 경우에 단점은, 재순환되는 고온 배기가스로 인하여, 엔진의 흡입 공기가 전체적으로 가열된다는 것이며, 이러한 엔진 흡입 공기 가열은 엔진 출력을 떨어뜨릴 수 있다. 이러한 이유로 하나 또는 다수의 EGR 쿨러를 구비하는 엔진들이 개발되었으며, 이때 상기 하나 또는 다수의 EGR 쿨러는 직렬로 연결되어 있고, 그리고 상이한 엔진 상태에 맞게 상이한 냉각 출력을 제공하기 위해 별도의 바이패스 밸브들(쿨러당 각 하나씩의 바이패스 밸브)의 도움으로 선택적으로 스위칭(switching)될 수 있다. 2개의 EGR 쿨러를 구비한 상기와 같이 해결책은 예를 들면 DE 10 2008 035 747 A1(US 2009/0101122 A1)호에 기술되어 있다.
상기와 같은 해결책에서 나타나는 단점은 시스템이 높은 복잡성을 갖는다는 것인데, 그 이유는 2개의 EGR 쿨러가 사용되는 경우 선택적 스위칭을 위해 별도의 2개의 바이패스 밸브가 요구되고, 그에 상응하게 전력 공급을 위한 2개의 와이어링 하니스(wiring harness)가 설치되어야 하기 때문이다. 더 나아가 별도의 2개의 밸브 구동장치가 추가적인 설치 공간을 필요로 한다.
또한, US 2009/0013978 A1호에는 2개의 EGR 쿨러 및 2개의 바이패스 밸브를 구비한 EGR 시스템이 공지되어 있으며, 이 경우 상기 바이패스 밸브들은 단일 액추에이터에 의해 동일한 방식으로 제어되는데, 즉 동기적으로(synchronously) 개방 및 폐쇄된다. 그러나 이런 경우 개별적인 EGR 쿨러들의 선택적이고 개별적인 스위칭이 불가능하다.
그 밖에도 자동차 제조업체들은 부품 공급업자(OEM)들로 하여금 한 편으로는 일정하게 더 효율적인 EGR 쿨러 시스템을 요구하고, 다른 한 편으로는 해당 국가 고유의 적용(배기가스 배출 기준, 출력)으로 인해, 지금까지 하나의 엔진에 대해 다수의 EGR 디자인으로 제공된 EGR 열 방출 실행 시 더 높은 유연성도 요구한다.
따라서 본 발명의 기초가 되는 과제는, 위에서 언급한 문제점들을 해결하고, 더 단순하고 콤팩트하되, 공간 요건과 관련해서는 유연한 적용이 가능한 구조를 갖는 동시에 가변적인 냉각 출력을 생산할 수 있는, 선택적으로 작동하는 바이패스 밸브를 구비한 EGR(배기가스 재순환) 쿨러 조립체를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 상기와 같은 EGR 쿨러 조립체를 갖는 상응하는 배기가스 재순환 시스템을 제공하는 것이다. 상기 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는 EGR 쿨러 조립체 및 청구항 13의 특징들을 갖는 배기가스 재순환 시스템에 의해서 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 규정되어 있다.
본 발명에 따라, EGR(배기가스 재순환) 쿨러 조립체가 제공되고, 상기 EGR 쿨러 조립체는 다음의 요소들을 포함한다: 바이패스 밸브 및 적어도 하나의 EGR 쿨러, 이 경우 상기 바이패스 밸브는 축 방향을 규정하는 밸브 스템(valve stem)을 갖는 밸브 하우징을 포함하며, 상기 밸브 하우징은 제 1, 제 2 및 제 3 가스 격실(gas compartment)을 규정하고, 상기 가스 격실들은 각각 배기가스의 유입 및 유출을 위한 개구를 가지며, 상기 제 1 가스 격실은 제 1 밸브 개구를 통해서 제 2 가스 격실과 연결되어 있고, 상기 제 2 가스 격실은 제 2 밸브 개구를 통해서 제 3 가스 격실과 연결되어 있으며, 그리고 상기 EGR 쿨러는 a) 입구측에서 상기 제 1 가스 격실에 연결되어 있고, 출구측에서 상기 제 2 가스 격실에 연결되어 있거나, 또는 b) 입구측에서 상기 제 2 가스 격실에 연결되어 있고, 출구측에서 상기 제 3 가스 격실에 연결되어 있으며, 이 경우 상기 바이패스 밸브는 상기 제 1 및 제 2 밸브 개구를 선택적으로 개방하고 폐쇄하기에 적합하다.
배기가스의 유입 또는 유출을 위한 개구들이 형성되어 있는 밸브 하우징은 제 1, 제 2 및 제 3 가스 격실을 둘러싼다. 상기 가스 격실들은 아래위로 바이패스 개구들과 연결되어 있으며, 이때 상기 바이패스 개구들은 바이패스 밸브에 의해 폐쇄될 수 있다.
(바이패스 밸브를 통해서 선택적으로 연결될 수 있는) 서로 연결된 3개의 가스 격실을 갖는 EGR 쿨러 조립체의 형태로 인해, 매우 단순한 구조의 도움으로 EGR 쿨러용 바이패스 밸브 조립체가 달성된다. 단일 밸브 하우징 내에 그리고 가스 격실들, 유입 및 유출 개구들의 조립체 내에 이루어지는 2개의 쿨러의 선택적인 회로 통합에 의해, 배기가스 흐름을 완전히 제어하는 것이 가능하다.
그 밖에도 하나 또는 다수의 EGR 쿨러를 선택적으로 작동시키기 위하여 단 하나의 밸브 구동장치만 요구된다. 이 경우 설치 공간이 뚜렷이 절감되는데, 그 이유는 하나 이상의 EGR 쿨러에 대해 단 하나의 통합 밸브(하우징)가 사용되기 때문이다. 따라서 상기 새로운 시스템은, 선행 기술에서 사용된 시스템들보다 더 경제적이고 그리고 더 적은 복잡성으로 인해 수명이 더 길거나 유지 보수가 더 용이하다.
특히 본 발명에 따른 EGR 쿨러 조립체의 레이아웃(layout)은 차량 제조업자의 요구에 맞게 유연하게 적용될 수 있다. 따라서 본 발명에서 기술되는 EGR 쿨러는 복잡한 추가 조립 과정 없이 그리고 추가 부품 없이, 상이한 시장들에서 상이한 배기가스 배출 기준과 상이한 열 방출 조건과 관련되어 있는 엔진에 사용될 수 있다. 즉, 경차량(lighter vehicle)에 단 하나의 EGR 쿨러만 설치될 수 있는 한편, 더 높은 출력과 EGR 냉각 필요성을 갖는 중차량(heavy vehicle)에 2개의 EGR 쿨러가 설치될 수 있다. 그러나 이 경우 조립체의 나머지 부분, 즉 바이패스 밸브가 동일하게 - 대규모 설치 - 유지되고, 그와 더불어 비용 절감도 지속된다. 또한, 엔진룸 내에서 실현되는 공간 비율에 따라, EGR 쿨러를 밸브 하우징의 여러 위치들에서 가스 격실들에 연결할 수도 있다.
바람직한 한 실시예에 따르면, 제 1 가스 격실은 재순환되는 배기가스를 위한 배기가스 유입 개구와 상기 배기가스를 제 1 EGR 쿨러로 유입시키기 위한 제 1 쿨러 유입 개구를 갖고, 제 2 가스 격실은 제 1 EGR 쿨러의 제 1 쿨러 유출 개구와 상기 배기가스를 제 2 EGR 쿨러로 유입시키기 위한 제 2 쿨러 유입 개구를 가지며, 그리고 제 3 가스 격실은 제 2 EGR 쿨러의 제 2 쿨러 유출 개구와 엔진으로 재순환되는 배기가스를 위한 배기가스 유출 개구를 갖는다.
단 하나의 EGR 쿨러만 사용되어야 하는 경우, 본 발명의 바람직한 개선예에 따른 EGR 쿨러 조립체는 또한 커버 플레이트를 포함하며, 상기 커버 플레이트는 제 1 쿨러 유입 개구와 제 1 쿨러 유출 개구, 또는 제 2 쿨러 유입 개구와 제 2 쿨러 유출 개구를 기본적으로 가스 밀봉 방식으로 덮는다. 이로 인해, 단 하나의 EGR 쿨러를 (바이패스 밸브가 폐쇄된 상태에서) 충전하거나 또는 (바이패스 밸브가 개방된 상태에서) 우회하는 것이 가능하다.
추가 실시예에 따르면, 높은 냉각 출력을 위해서는 적어도 하나의 EGR 쿨러가 제 1 및 제 2 EGR 쿨러를 포함하는 것이 바람직하고, 이 경우 상기 제 1 EGR 쿨러는 입구측에서 제 1 가스 격실에 연결되어 있고, 출구측에서는 제 2 가스 격실에 연결되어 있으며, 그리고 상기 제 2 EGR 쿨러는 입구측에서 제 2 가스 격실에 연결되어 있고, 출구측에서는 제 3 가스 격실에 연결되어 있다.
이 경우 특히 바람직하게 상기 제 1 EGR 쿨러는 제 1 냉각 회로와 연결되어 있고, 상기 제 2 EGR 쿨러는 별도의 제 2 냉각 회로와 연결되어 있다. 이로 인해, 각각의 EGR 쿨러에 대해 상이한 냉각제 및 이에 따라 상이한 냉각 출력(냉각 매개변수)을 제공할 수 있다. 따라서 특히 엔진의 피크 부하(peak load)에서는, EGR 쿨러당 필요한 냉각 출력이 감소되기 때문에 더 큰 냉각 효과가 제공될 수 있고, 그 결과 열 교환이 더 효율적이게 된다.
하나의 특수한 실시예에서, 제 1 및 제 2 EGR 쿨러로 이어지는 또는 제 1 및 제 2 EGR 쿨러로부터 외부로 이어지는 쿨러 유입 개구들과 쿨러 유출 개구들은 밸브 하우징의 한 측면에 배치되어 있다. 밸브 하우징의 동일한 측면에 이루어지는 이러한 배치는, EGR 쿨러들이 엔진룸 내에 서로 나란히 배치되어야 하는 경우(소위 "수직" 배치)에 매우 바람직한데, 그 이유는 상기 EGR 쿨러들의 설치 공간이 단지 약간만 늘어나기 때문이다. 동시에 축 방향으로 소요 면적이 최소로 유지되는데, 그 이유는 상기 소요 면적이 바이패스 밸브의 치수가 아닌 단지 EGR 쿨러들의 치수에 의해서만 결정되기 때문이다.
본 발명에서, 밸브 하우징의 "한 측면에" 또는 "동일한 측면에" 이루어지는 개구들의 배치는, 이러한 개구들 배치에 의해 규정되는 법선 방향들, 즉 축 방향에 수직인 평면에 있는 법선 방향들이 기본적으로 일치하거나, 또는 약 45°를 초과하여 서로 편향되지 않는 것을 의미한다. 따라서 "마주 놓인 측면"에 배치된 개구들의 법선 방향들은 언급한 평면에서, 즉 적어도 90°정도 차이가 나고, 바람직하게는 기본적으로 180°정도로 상호 배치되어 있다.
이 경우 추가로, 배기가스 유입 개구와 배기가스 유출 개구가 마주 놓인 밸브 하우징의 측면에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 쿨러 유입 개구들과 쿨러 유출 개구들이 서로 나란히 놓인 EGR 쿨러("수직" 설계)의 경우와 같이 바람직하게 한 측면에 위치하고, 반면에 마주 놓인 측면에 배치된 배기가스 유입 개구와 배기가스 유출 개구는 바이패스 밸브가 폐쇄된 상태에서 곡률 없는 유동 가이드를 가능하게 하며, 이때 상기 유동 가이드는 상대적으로 더 적은 난류 및 이와 더불어 매우 적은 오염(fouling)(과냉각(over cooling)과 응축으로 인해 쿨러 내에 코팅 형성)을 야기하는데, 상기와 같은 난류와 오염은 냉각 출력이 높을 때 중요하다.
대안적인 한 실시예에 따르면, 제 1 쿨러 유입 개구와 제 1 쿨러 유출 개구는 밸브 하우징의 한 측면에 배치되어 있고, 제 2 쿨러 유입 개구와 제 2 쿨러 유출 개구는 밸브 하우징의 마주 놓인 측면에 배치되어 있다. 이로 인해, 엔진룸 내에서 설치 공간이 요구되는 한, 밸브 조립체의 마주 놓인 측면에서 2개의 EGR 쿨러가 연결될 수 있다(소위 "수평" 배치). 이와 같은 설계는 "수직 배치"와 같이 축 방향으로 대략 반 정도 적은 설치 공간을 요구하지만, 그러나 대략 2배 넓게 형성된다.
이 경우 배기가스 유입 개구는 밸브 하우징의 축 방향으로 향하는 측면에 그리고 배기가스 유출 개구는 상기 측면에 마주 놓인 측면에 배치될 수 있으며, 이때 상기와 같은 배기가스 유입 개구와 배기가스 유출 개구의 배치는 서로 나란히("수직") 놓인 EGR 쿨러들을 갖는 전술한 제 1 실시예에도 적용될 수 있다.
상기 대안적인 실시예의 경우에는, 제 1 밸브 개구가 제 1 가스 격실과 제 2 가스 격실 사이 벽 내에 형성되어 있는 것이 특히 바람직한데, 이때 상기 벽은 제 1 쿨러 유입 개구와 제 1 쿨러 유출 개구 사이 밸브 하우징 영역에서 배기가스 유입 개구와 제 2 쿨러 유입 개구 사이 영역까지 연장되고, 그리고 제 2 밸브 개구는 제 2 가스 격실과 제 3 가스 격실 사이 벽 내에 형성되어 있고, 이때 상기 벽은 제 2 쿨러 유입 개구와 제 1 쿨러 유출 개구 사이 밸브 하우징 영역에서부터 배기가스 유출 개구와 제 1 쿨러 유출 개구 사이 영역까지 연장된다.
달리 표현하자면, 가스 격실들은 밸브 스템에 의해 사전에 정해지는 축 방향과 관련하여 비스듬하게 형성되어 있고, 특히 제 2 (중간) 가스 격실은 제 1 EGR 쿨러의 쿨러 유출 개구를 제 2 EGR 쿨러로 이어지는 쿨러 유입 개구와 연결하고, 이때 상기 제 2 EGR 쿨러로 이어지는 쿨러 유입 개구는 축 방향에서 동일한 전체 높이로 배치될 수 있다.
바람직하게 밸브 스템 상에는 각각 제 1 및 제 2 밸브 개구를 폐쇄할 수 있는 제 1 및 제 2 밸브 디스크(valve disc)가 배치되어 있고, 그리고 하나의 밸브 디스크는 밸브 스템 상에서 이동 가능하게 설치되어 있고 폐쇄 방향으로, 바람직하게는 탄성 부재에 의해 초기 인장되어 있다. 제 1 및 제 2 밸브 개구의 선택적인 개방 또는 폐쇄를 위한 상기와 같은 솔루션은 특히 단순하고 유지 보수가 용이하며, EGR 쿨러들의 다양한 스위칭 조합(switching combination)을 허용한다. 이 경우 상기 탄성 부재는 바람직하게 스프링, 예를 들면 헬리컬 스프링(helical spring)일 수 있다.
밸브 스템(이러한 밸브 스템에는 하나의 밸브 디스크가 상기 밸브 스템 상에 있는 탄성 부재에 의해 이동 가능하게 설치되어 있고 폐쇄 방향으로 초기 인장됨)은 3개의 가스 격실 모두를 관통한다. 본 발명에서(본 발명은 그러나 실시예로 한정되지 않음) 다른 한 밸브 디스크는 밸브 스템에 단단히, 즉 이동이 가능하지 않게 고정되어 있다. 그러나 2개의 밸브 디스크를 개별 탄성 부재들에 의해 이동 가능하게 밸브 스템에 고정하는 것도 고려할 수 있으며, 이 경우 상기 개별 탄성 부재들은 상이한 초기 응력을 야기하며, 그 결과 밸브 스템이 이동할 때 각각의 밸브 디스크에 대해 할당된 밸브 개구로부터 들어 올려지는 시기(moment)가 상이하다.
바람직하게 상기 대안적인 실시예(EGR 쿨러의 "수평" 배치)에서 밸브 디스크는 축 방향에 직각이 아닌 각도로, 바람직하게는 45° 각도로 밸브 스템 상에 설치되어 있다. 밸브 디스크들의 비스듬한 배치는 축 방향으로, 가스 격실들 사이 밸브 개구들의 비스듬한 배열과 협력하고, 이러한 협력은 재차, 한 편으로는 제 1 쿨러 유입 개구와 제 2 쿨러 유입 개구 그리고 다른 한 편으로는 제 1 쿨러 유출 개구와 제 2 쿨러 유출 개구를 기본적으로 밸브 하우징을 따라서 동일한 축 방향 위치에 배치하는 것을 가능하게 하며, 또한 이러한 배치는 축 방향으로 특히 콤팩트한 구조를 가능하게 한다.
전술된 본 발명의 한 개선예에 따르면, 밸브 스템에는 재 1 스토퍼와 제 2 스토퍼가 배치되어 있고, 이때 상기 제 1 스토퍼는 상기 밸브 스템 상에서, 탄성 부재가 제공된 밸브 디스크의 이동을 제한하고, 그리고 상기 제 2 스토퍼에는 탄성 부재가 고정되어 있다. 상기 스토퍼들은, 탄성 부재의 초기 응력에 상응하는, 탄성 부재가 제공된 상기 밸브 디스크의 최소 및 최대 이동을 제공하는 것을 가능하게 하며, 이때 상기 스토퍼들 사이에서 밸브 디스크는 할당된 밸브 개구를 확실하게 폐쇄한다. 밸브 스템이 추가로 이동할 경우에는, 밸브 디스크가 제 1 스토퍼에 인접하는 최대 위치에 도달한 후에야 비로소 할당된 밸브 개구가 개방된다.
본 발명의 제 2 양상(aspect)에 따르면, 배기가스 재순환 시스템이 제공되고, 상기 배기가스 재순환 시스템은 전술한 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 EGR 쿨러 조립체를 포함한다.
도면부에서:
도 1은 본 발명의 실시예의 개략도를 도시하며, 이 경우 2개의 EGR 쿨러가 "수직" 배치로 밸브 하우징의 동일한 측면에서 서로 나란히 연결되어 있고,
도 2는 본 발명의 대안적인 실시예의 개략도를 도시하며, 이 경우 2개의 EGR 쿨러가 "수평" 배치로 밸브 하우징의 마주 놓인 측면에서 서로 나란히 연결되어 있으며,
도 3은 도 1의 실시예의 EGR 쿨러들의 상이한 조립 변형예들을 도시하고,
도 4는 도 2의 실시예의 EGR 쿨러들의 상이한 조립 변형예들을 도시하며, 그리고
도 5는 가스 격실들 사이 2개의 밸브 개구들의 상이한 폐쇄 및 개방 상태들 그리고 이와 더불어 도 1의 실시예의 2개의 EGR 쿨러의 선택적인 스위칭을 도시한다.
도 1에는, 본 발명의 제 1 실시예의 제 1 변형예가 도시되어 있다. 상기 도 1은 선택적인 바이패스 밸브(14)를 구비한 EGR 쿨러 조립체를 개략적으로 도시한다. 상기 바이패스 밸브(14)는 밸브 하우징(16)을 포함하고, 상기 밸브 하우징은 제 1 가스 격실(9), 제 2 가스 격실(10) 및 제 3 가스 격실(11)을 둘러싼다. 제 1 밸브 디스크(8)와 제 2 밸브 디스크(7)를 구비한 밸브 스템(15)은 상기 밸브 하우징 내에 배치되어 있고 축 방향을 규정한다. 상기 밸브 스템은 밸브 디스크들로부터 떨어져 있는 자신의 단부에 본 도면에는 도시되지 않은 구동장치를 가지며, 상기 구동장치는 밸브 스템을 축 방향으로 이동시킨다. 상기 제 1 가스 격실(9)과 제 2 가스 격실(10) 사이에는 밸브 시트 형태의 밸브 개구(18)가 제공되어 있으며, 상기 밸브 개구는 제 1 밸브 디스크(8)에 의해 폐쇄될 수 있다.
상응하게 상기 제 2 가스 격실과 제 3 가스 격실 사이에는 상응하게 밸브 시트 형태의 제 2 밸브 개구(17)가 제공되어 있고, 상기 밸브 개구는 제 2 밸브 디스크(7)에 의해 폐쇄될 수 있다. 이 경우 밸브 개구(18, 17)들은 가스 격실들을 축 방향으로 연결한다.
하우징(16)의 한 측면(도 1에서 좌측)에는 쿨러 유입 개구(3)가 형성되어 있고, 상기 쿨러 유입 개구에는 제 1 EGR 쿨러(12)의 쿨러 유입구가 연결되어 있다. 제 1 쿨러 유입 개구(3)와 동일한 밸브 하우징(16)의 측면에는, 제 1 쿨러 유출 개구(4)가 형성되어 있고, 상기 제 1 쿨러 유출 개구에는 제 1 EGR 쿨러(12)의 쿨러 유출구가 연결되어 있다. 마지막으로 쿨러 유입 또는 유출 개구(3, 4)들에 마주 놓인 측면에는 배기가스 유입 개구가 형성되어 있으며, 이때 엔진의 배기 매니폴드로부터 나온 배기가스는 상기 배기가스 유입 개구를 통해 제 1 가스 격실(9) 내로 유입된다.
제 2 가스 격실(10)에 속하는, 밸브 하우징(16)의 섹션 내에서, 쿨러 유입 또는 유출 개구(3, 4)들과 동일한 측면에는 제 2 쿨러 유입 개구(5)가 형성되어 있고, 상기 쿨러 유입 개구에는 제 2 EGR 쿨러(13)의 쿨러 유입구가 연결되어 있다. 마지막으로 제 3 가스 격실(11) 내에서, 유입 및 유출 개구(3, 4, 5)들과 동일한 측면에는 제 2 쿨러 유출 개구(6)가 형성되어 있고, 상기 쿨러 유출 개구에는 제 2 EGR 쿨러(13)의 쿨러 유출구가 연결되어 있다. 이와 달리 상기 측면에 마주 놓인 그리고 배기가스 유입 개구도 인접하는 측면에는, 배기가스 유출 개구(2)가 배치되어 있고, 상기 배기가스 유출 개구로부터는 처리된 (그리고 경우에 따라서는 냉각된) 배기가스가 엔진의 흡기 통로, 예컨대 터보 과급기로 재순환된다.
따라서 2개의 EGR 쿨러는 소위 "수직" 조립체 내에서 서로 나란히, 바이패스 밸브(14)의 밸브 하우징(16)에 연결되어 있다. 이와 같은 구성에서는 최대 냉각 출력이 구현되는데, 그 이유는 배기가스가 상기 2개의 EGR 쿨러(12, 13)를 통해 연속적으로 흐를 수 있기 때문이다. 그럼에도 불구하고 엔진 상태가 요구되는 한, 바이패스 밸브의 밸브 스템(16)이 축 방향으로 이동하고 하나 또는 2개의 밸브 디스크(8, 7)가 자신의 밸브 시트(18, 17)로부터 들어 올려짐으로써, 하나 또는 2개의 EGR 쿨러를 선택적으로 우회하는 것이 가능하다.
본 발명의 제 2 실시예는 도 2에 도시되어 있다. 이 경우 제 1 실시예에 비해 축 방향으로 설치 공간이 뚜렷이 감소되어 있는데, 이러한 설치 공간 절감은 특히, 제 1 쿨러 유입 개구(3)와 제 1 쿨러 유출 개구(4)가 밸브 하우징(16)의 한 (동일한) 측면에 배치되어 있는 한편, 제 2 쿨러 유입 개구(5)와 제 2 쿨러 유출 개구(6)가 상기 밸브 하우징(16)의 마주 놓인 측면에 배치되어 있음으로써 달성된다. 이러한 상황은, 바이패스 밸브(14)의 밸브 하우징(16)의 마주 놓인 측면들에서 2개의 EGR 쿨러(12 및 13)를 소위 "수평" 배치로 연결하는 것을 가능하게 한다.
동시에 배기가스 유입 개구(1)는 축 방향으로 향하는 밸브 하우징(16)의 제 1 가스 격실(9)의 측면에 배치되어 있고(도 2에서 아래), 그리고 배기가스 유출 개구(2)는 상기 측면에 마주 놓인, 축 방향으로 향하는 밸브 하우징(16)의 제 3 가스 격실(11)의 측면에 배치되어 있다(도 2에서 위). 이로 인해 상기 3개의 가스 격실이 더 이상 제 1 실시예와 같이 실제로 밸브 스템(15)의 축 방향에 횡 방향으로 배치되어 있지 않고, 축 방향에 비스듬히 배치되어 있다. 이 경우에는, 또한 제 1 밸브 개구(18)가 제 1 가스 격실과 제 2 가스 격실(9, 10) 사이에 그리고 제 2 밸브 개구(17)가 제 2 가스 격실과 제 3 가스 격실(10, 11) 사이에 비스듬히 배치되어 있음으로써, 밸브 디스크들이 이에 상응하는, 축 방향에 직각이 아닌 각도로 밸브 스템 상에 설치되어 있다. 도시된 실시예에서 이러한 각도는 축 방향에 대해 약 45°에 이른다. 밸브 개구(18, 17)들이 형성되어 있는 벽들은 마찬가지로 축 방향에 비스듬히 진행되는데, 더 정확히 말하면 한 편으로는 제 1 쿨러 유입 개구(3)와 제 1 쿨러 유출 개구(4) 사이 밸브 하우징 영역에서 상기 배기가스 유입 개구(1)와 제 2 쿨러 유입 개구(5) 사이 영역으로 진행되고, 그리고 다른 한 편으로는 제 2 쿨러 유입 개구(5)와 제 2 쿨러 유출 개구(6) 상이 밸브 하우징 영역에서 배기가스 유출 개구(2)와 제 1 쿨러 유출 개구(4) 사이 영역으로 진행된다.
도 3에는, 도 1의 실시예에 따른 EGR 쿨러들의 상이한 조립 변형예들이 도시되어 있다. 도 3a는 다시 도 1의 EGR 쿨러 조립체를 도시하는 한편, 도 3b 및 도 3c는 단지 각 하나씩의 EGR 쿨러(12 또는 13)를 갖는 본 발명에 따른 조립체를 2개의 상이한 위치에서 도시한다. 도시되지 않은 EGR 쿨러의 쿨러 유입 개구와 쿨러 유출 개구는 덮개로서 커버 플레이트(19)에 의해 가스 밀봉 방식으로 폐쇄되어 있다. 이와 같은 구조는, 도입부에서 이미 언급한 바와 같이, 예를 들면 배기가스 배출 기준과 관련해서 더 적은 EGR 쿨러 요건(더 적은 열 방출)을 갖는 엔진들에 적합하다.
도 4는 도 2의 실시예에 따른 EGR 쿨러들의 상이한 조립 변형예들을 도시한다. 여기에서도 마찬가지로, 도시되지 않은 EGR 쿨러의 쿨러 유입 개구와 쿨러 유출 개구는 덮개로서 커버 플레이트(19)에 의해 가스 밀봉 방식으로 폐쇄되어 있다.
도 5에는, 밸브 디스크(8, 7)들의 고정이 도시되어 있다. 상부에 있는 제 2 밸브 디스크(7)는 스프링(20)의 한 단부에 고정되어 있고, 반면에 상기 스프링의 다른 한 단부는 스토퍼(21)를 통해서 밸브 스템(15)과 단단히 연결되어 있다. 따라서 밸브 디스크(7)는 밸브 스템(15) 상에서 이동 가능하되, 자신이 밸브 스템(15) 상에서 편향할 때 제 2 스토퍼(22)에 의해 제한되며, 상기 제 2 스토퍼는 밸브 폐쇄 방향으로 최대 위치를 정한다. 이와 달리 하부에 있는 제 1 밸브 디스크(8)는 밸브 스템(15)과 부동으로 연결되어 있다.
마지막으로 도 5에는 또한 바이패스 밸브(14)의 바이패스 회로가 도시되어 있다. 도 5a에서는 제 1 밸브 디스크(8)와 제 2 밸브 디스크(7)가 폐쇄되어 있다. 가스 유입 개구(1)로부터 나와 제 1 가스 격실(9) 내로 유입되는 전체 배기가스는 제 1 EGR 쿨러(12)로 이어지는 제 1 유입 개구(3)로 흐르고, 그리고 상기 제 1 EGR 쿨러로부터 나와 제 1 쿨러 유출 개구(4)를 통해 제 2 가스 격실(10)로 흐른다. 이어서 상기 배기가스는 계속해서 제 2 쿨러 유입 개구(5)를 통해 제 2 EGR 쿨러(13) 내로 흐른 다음, 상기 제 2 EGR 쿨러로부터 나와 제 2 쿨러 유출 개구(6)를 통해 제 3 가스 격실(11) 내로 흐르고, 마지막으로 가스 유출 개구(2)를 통해 EGR 쿨러 조립체로부터 외부로 유출되며, 상기 위치로부터는 배기가스가 엔진의 흡기 통로로 가이드 된다.
도 5b에서는 밸브 스템(15)이 본 발명에서 도시되지 않은 액추에이터에 의해 들어 올려지며, 이 경우 제 1 밸브 디스크(8)는 밸브 시트(18)로부터 들어 올려지고, 이에 따라 제 1 EGR 쿨러(12)의 가변적인 바이패스를 제공한다. 제 2 밸브 디스크(7)는 밸브 스프링(20)의 초기 응력으로 인해 계속해서 자신의 밸브 시트(17) 상에서 폐쇄 상태로 유지된다. 제 1 밸브 디스크(8)의 개방도는 밸브 취급(valve management) 및 엔진의 필요성에 따라 달라진다. 가스는 배기가스 유입 개구(1)로부터 제 1 가스 격실(9)로 흐른 다음, 부분적으로 개방된 제 1 밸브 디스크(8)를 통해 제 2 가스 격실(10) 내로 흐르고, 그리고 부분적으로 제 1 쿨러 유입 개구(3), EGR 쿨러(12) 및 제 1 쿨러 유출 개구(4)를 통해 제 2 가스 격실(10) 내로 흐르며, 상기 위치에서는 배기가스 흐름들이 다시 하나로 합쳐진다. 그런 다음 전체 배기가스 흐름은 완전히 제 2 쿨러 유입 개구(5)를 통해, 즉 제 2 EGR 쿨러(13)를 통해 흐르고, 그리고 제 2 쿨러 유출 개구(6)로부터 나와 제 3 가스 격실(11) 내로 그리고 가스 유출 개구(2)로 흐른다.
도 5c에는 제 1 밸브 디스크(8)가 자신의 밸브 시트(18)로부터 완전히 들어 올려지고, 이에 따라 배기가스에 의해 완전히 제 1 EGR 쿨러(12)가 우회된다. 제 2 밸브 디스크(8)는 스프링 초기 응력으로 인해 계속해서 폐쇄되어 있으며, 그 결과 제 2 EGR 쿨러(13)가 100%까지 관류된다.
도 5d에서는, 밸브 스템(15)이 더 들어 올려지고, 결과적으로 제 1 밸브 디스크(8)가 계속해서 100%까지 밸브 개구(18)를 개방 상태로 유지하고, 이에 따라 배기가스가 제 1 EGR 쿨러(12)를 완전히 우회하는 한편, 제 2 밸브 디스크(7)는 자신의 밸브 시트(17)로부터 들어 올려지는데, 그 이유는 상기 제 2 밸브 디스크가 밸브 스템(15) 상에서 제 2 스토퍼(22)에 도달했기 때문이다. 상기 제 2 스토퍼는 밸브 스템(15)과 함께 제 2 밸브 디스크(7)의 이동을 야기한다. 따라서 상기 단계에서는 제 1 EGR 쿨러(12)가 완전히 우회되는 한편, 제 2 EGR 쿨러(13)는 상기 제 2 밸브 디스크(7)의 개방도에 상응하게 부분적으로 우회된다.
마지막으로 도 5e에서는 밸브 스템(15)이 자신의 최대 편향에서 상부로 이동되고, 그 결과 2개의 밸브 디스크(8 및 7)가 각각 자신의 밸브 시트(18, 17)로부터 완전히 들어 올려짐으로써 2개의 EGR 쿨러(12, 13)가 완전히 우회된다.
탄성 부재(20)(스프링)가 제공된 밸브 디스크(7)는 물론 자신의 이동성을 위해 밸브 스템(15)용 홀을 가지며, 이 경우 상기 밸브 스템(15)은 상기 홀을 통해 이동될 수 있다. 상기 스프링의 초기 응력은 특히 도 5d 및 도 5e에 도시된 상태를 제공하는 데 적합하게 선택되어 있다. 또한, 스토퍼(21 및 22)들이 상응하게 배치되어 있다. 따라서 상기 스토퍼들은, 도 5a 내지 도 5e의 각각의 상태에서 스프링(20)이 상응하는 힘을 제공하는 한편, 도 5d 및 도 5e의 상태에서는 밸브 디스크(7)가 밸스 스템(15) 상에서 더 이상 이동하지 않고, 오히려 상기 밸브 스템과 함께 이동하는 것을 보장한다. 앞의 설명은 상응하게 도 2 및 도 4에 도시된 변형예들에도 적용되며, 이 경우 당업자는 기능을 상응하게 적용시킨다.
도 1 및 도 2의 두 실시예에서 스프링은 스토퍼(21)의 한 단부에서 밸브 스템(15)에 오프셋 방식으로 고정되어 있다. 스프링(20)의 다른 한 단부에는 밸브 디스크(7)가 고정되어 있고, 그리고 자신이 밸브 스템(15) 상에서 편향할 때 밸브 제 2 스토퍼(22)에 의해 제한되며, 상기 제 2 스토퍼는 밸브 폐쇄 방향에서 최대 위치를 정한다.

Claims (13)

  1. 바이패스 밸브(14) 및 적어도 하나의 EGR 쿨러(12, 13)를 포함하는, EGR(배기가스 재순환) 쿨러 조립체로서,
    상기 바이패스 밸브(14)는 축 방향을 규정하는 밸브 스템(valve stem)(15)을 갖는 밸브 하우징(16)을 포함하고, 상기 밸브 하우징(16)은 제 1, 제 2 및 제 3 가스 격실(gas compartment)(9, 10, 11)을 규정하며, 상기 가스 격실들은 각각 배기가스의 유입 및 유출을 위한 개구를 가지며,
    상기 제 1 가스 격실(9)은 제 1 밸브 개구(18)를 통해서 상기 제 2 가스 격실(10)과 연결되어 있고, 상기 제 2 가스 격실(10)은 제 2 밸브 개구(17)를 통해서 상기 제 3 가스 격실(11)과 연결되어 있으며, 그리고
    상기 EGR 쿨러(12, 13)가
    a) 입구측에서 상기 제 1 가스 격실(9)에 연결되어 있고, 출구측에서는 상기 제 2 가스 격실(10)에 연결되어 있거나, 또는
    b) 입구측에서 상기 제 2 가스 격실(10)에 연결되어 있고, 출구측에서는 상기 제 3 가스 격실(11)에 연결되어 있으며,
    상기 바이패스 밸브는 상기 제 1 및 제 2 밸브 개구(18, 17)를 선택적으로 개방하고 폐쇄하도록 마련되는, EGR 쿨러 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 가스 격실(9)이 재순환되는 배기가스를 위한 배기가스 유입 개구(1) 및 상기 배기가스를 제 1 EGR 쿨러(12) 내로 유입시키기 위한 제 1 쿨러 유입 개구(3)를 구비하고,
    상기 제 2 가스 격실(10)이 상기 제 1 EGR 쿨러(12)의 제 1 쿨러 유출 개구(4) 및 상기 배기가스를 제 2 EGR 쿨러(13) 내로 유입시키기 위한 제 2 쿨러 유입 개구(5)를 구비하며, 그리고
    상기 제 3 가스 격실(11)이 상기 제 2 EGR 쿨러(13)의 제 2 쿨러 유출 개구(6) 및 재순환되는 배기가스를 위한 배기가스 유출 개구(2)를 구비하는, EGR 쿨러 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 EGR 쿨러 조립체가 또한 커버 플레이트(19)를 포함하고, 상기 커버 플레이트는 상기 제 1 쿨러 유입 개구와 제 1 쿨러 유출 개구, 또는 상기 제 2 쿨러 유입 개구와 제 2 쿨러 유출 개구를 기본적으로 가스 밀봉 방식으로 덮는, EGR 쿨러 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 EGR 쿨러가 제 1 및 제 2 EGR 쿨러(12, 13)를 포함하며,
    상기 제 1 EGR 쿨러(12)는 입구측에서 제 1 가스 격실(9)에 연결되어 있고, 그리고 출구측에서는 상기 제 2 가스 격실(10)에 연결되어 있으며, 그리고
    상기 제 2 EGR 쿨러(13)는 입구측에서 제 2 가스 격실(10)에 연결되어 있고, 그리고 출구측에서는 상기 제 3 가스 격실(11)에 연결되어 있는, EGR 쿨러 조립체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 EGR 쿨러(12)가 제 1 냉각 회로와 연결되어 있고, 상기 제 2 EGR 쿨러(13)가 별도의 제 2 냉각 회로와 연결되어 있는, EGR 쿨러 조립체.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 EGR 쿨러(12, 13)로 이어지거나 상기 제 1 및 제 2 EGR 쿨러(12, 13)로부터 외부로 이어지는 상기 쿨러 유입 개구(3, 5)들과 쿨러 유출 개구(4, 6)들이 상기 밸브 하우징(16)의 한 측면에 배치되어 있는(수직), EGR 쿨러 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배기가스 유입 개구(1)와 배기가스 유출 개구(2)가 마주 놓인 밸브 하우징의 측면에 배치되어 있는, EGR 쿨러 조립체.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 쿨러 유입 개구(3)와 제 1 쿨러 유출 개구(4)가 상기 밸브 하우징의 한 측면에 배치되어 있고, 상기 제 2 쿨러 유입 개구(5)와 제 2 쿨러 유출 개구(6)가 마주 놓인 밸브 하우징의 측면에 배치되어 있는(수평), EGR 쿨러 조립체.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 배기가스 유입 개구(1)가 축 방향으로 향하는, 밸브 하우징(16)의 한 측면에 배치되어 있고, 그리고 상기 배기가스 유출 개구(2)가 상기 측면에 마주 놓인 측면에 배치되어 있는, EGR 쿨러 조립체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브 개구(18)가 상기 제 1 가스 격실과 제 2 가스 격실(9, 10) 사이 벽 내에 형성되어 있고, 상기 벽은 상기 제 1 쿨러 유입 개구(3)와 제 1 쿨러 유출 개구(4) 사이 밸브 하우징 영역에서 상기 배기가스 유입 개구(1)와 제 2 쿨러 유입 개구(5) 사이 영역으로 연장되고, 그리고
    상기 제 2 밸브 개구(17)가 상기 제 2 가스 격실과 제 3 가스 격실(10, 11) 사이 벽 내에 형성되어 있고, 상기 벽은 상기 제 2 쿨러 유입 개구(5)와 제 2 쿨러 유출 개구(6) 사이 상기 밸브 하우징 영역에서 상기 배기가스 유출 개구(2)와 제 1 쿨러 유출 개구(4) 사이 영역으로 연장되는, EGR 쿨러 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 스템(15) 상에 제 1 및 제 2 밸브 디스크(valve disc)(8, 7)가 설치되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 밸브 디스크는 각각 상기 제 1 및 제 2 밸브 개구(18, 17)를 폐쇄할 수 있고, 그리고
    하나의 밸브 디스크(8, 7)가 상기 밸브 스템(15) 상에서 이동 가능하게 설치되어 있고, 폐쇄 방향으로, 탄성 부재에 의해 초기 인장되어 있는, EGR 쿨러 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 밸브 디스크(8, 7)들이 축 방향에 직각이 아닌 각도로, 상기 밸브 스템(15) 상에 설치되어 있는, EGR 쿨러 조립체.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른, EGR 쿨러 조립체를 포함하는, 배기가스 재순환 시스템.
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