KR20120117698A - 감열성 액츄에이터를 구비한 배기라인 요소 - Google Patents

Abstract

배기가스 순환을 위한 초기 배기파이프(3), 밀폐식 밸브(33)와 내열재가 있는 후기 배기파이프(13)를 포함하고 있는 구성요소(1)는 다음과 같다.
- 상기 내열재를 통해 열 접촉을 하는 온도센서기를 포함하고 있는 내실(47)
- 피스톤(49)
EGR 시동장치(45)는 다음의 부품을 포함하고 있다.
- 내실(47)과 연결되어 세로 방향으로 움직이는 진공 본체(51)
- 메인 피스톤링(53)
- 오버트래블 피스톤링(55)
피스톤(49), 메인 피스톤링(53)과 오버트래블 피스톤링(55)은 진공 본체(51)에 장착되어 있으며, 진공 본체(51)는 밀폐식 밸브(33)와 연결되어 있음.

Description

감열성 액츄에이터를 구비한 배기라인 요소 {EXHAUSTION LINE ELEMENT HAVING THERMONASTY ACTUATOR}

본 발명은 일반적으로 배기라인 밸브 제어에 관한 것으로, 구체적으로 자동차 배기라인 요소 중 하나이며, 배기가스가 통과하는 제1 도관 및 변온재료가 장착된 제2 도관, 제1 배기관에서 적어도 부분적으로 폐쇄하는 지점과 배출하는 지점 간을 왕래하는 유동적 차폐장치 및, 폐쇄지점과 배출지점 사이에서 이러한 차폐장치를 이동시키기 위한 액츄에이터를 포함한다. 이러한 액츄에이터는 다음을 포함한다.

- 변온 재료에 열로 접촉하는 감열성 재료가 장착된 케이스

- 챔버에 대해 상대적으로 움직이는 피스톤.

이러한 액츄에이터는 피스톤이 '정지' 위치에서부터 '동작' 위치로의 종방향으로 움직일 수 있도록 되어 있으며, 이는 변온 재료의 온도가 사전 설정된 하한선보다 높을 때, 감열성 재료가 부피 확장을 하여 생기는 원리이다.

배기라인 요소는 EP 1 852 585로 알려져 있다. 제2 도관은 배기가스의 열에너지 일부를 회수하는 역할을 하는 열교환기 내에 포함되어 있으며, 이것의 목적은, 예를 들면, 차량 시동을 위한 모터의 냉각액 가열을 촉진하거나 또는 차 내의 온도를 높이는데 있다. 변온 재료는 제2 도관을 흐르는 방열액으로 되어 있다. 제1 도관은 예를 들어 방열액의 온도가 사전에 설정된 수치에 이르렀을 때, 열교환기가 우회할 수 있도록 한다.

차례장치는 방열액의 온도가 사전 설정된 한계치보다 낮을 때에는 배기가스의 방향을 열교환기쪽으로 향하도록 하고, 온도가 한계치를 초과할 때에는 제1 도관 족으로 방향을 설정하기 위한 장치이다.

EP 1 852 585에는, 피스톤의 끝단이 차폐축의 견고한 판과 연결되어 있다. 제1 배기가스관 및 열교환기가 매우 밀집하여 결합되어 있을 때에는 이러한 ㅈ아치를 배치하는 것이 어렵다.

그러므로, 본 발명에서는 제한된 공간 내에서 배치를 용이하도록 하기 위하여 액츄에이터를 구비한 배기라인 요소를 제시한다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은 다음을 포함하는 액츄에이터를 통하여 앞서 언급한 형식으로 특화된 배기가스라인 요소를 특정한다.

- 케이스에 비하여 종방향으로 유동적인 중공체;

- 피스톤이 '정지' 위치로 복귀하도록 하는 역할을 하고, 케이스와 중공체 사이에 세로로 삽입된 주 스프링;

- 케이스와 중공체 사이에 세로로 삽입된 오버트래블(overtravel) 스프링, 상기 스프링은 변온 재료의 온도가 설정된 상한선을 초과할 때, 피스톤이 '동작' 위치를 넘어서는 것을 흡수하기 위함임;

중공내 내부에는 피스톤 및 스프링, 오버트래블 스프링이 있고, 중공체는 차폐장치와 연결되어 있다.

중공체의 모든 외부 표면이 차폐장치의 페달(lug)을 지지할 수 있도록 피스톤과 스프링들이 중공체 내부에 있다.

또한, 조종페달을 정위치에 놓을 수 있돌고 상당한 폭을 가지고 있다. 이는 액츄에이터를 배치하기 위한 공간이 제한되어 있을 때, 이러한 액츄에이터가 차폐장치에 가장 근접해야 하므로 매우 중요하다.

케이스 또한 가능한 중공체 내부에 위치한다.

그러므로, 액츄에이터는 특별히 컴팩트형(compact)이다.

중공체는 첫번째와 두번째의 서로 대칭된 세로로 된 끝단이 있으며, 케이스와 첫번째 끝단 사이에 세로로 삽입된 주 스프링 및 피스톤과 두번째 끝단 사이에 세로로 삽입된 오버트래블 스프링이 있다. 다시 말하면, 주 스프링 및 오버트래블 스프링은 케이스의 양쪽에 세로로 위치해 있다. 이러한 구조는 간단하며 또한 밀집형이다. 또 다른 형태로, 스프링들은 동심원 형태로 배치될 수 있다. 그러나, 이러한 구조는 더욱 복잡하며, 덜 컴팩트형이다.

감열성 재료는 사전 설정된 제한 온도 또는 이에 근접한 온도에서 용해되는 재료이다. 용해된 후에, 변온재료의 온도가 더 상승하게 되면, 용해된 재료는 열에 의해 팽창하며, 또한 부피가 증가된다.

피스톤은 케이스와 연결된 끝단을 포함한다. 감열성 재료가 용해될 대, 이 재료의 부피는 증가하여 케이스 내부에서 피스톤의 끝부분을 종방향으로 밀어낸다. 온도가 상승할수록 감열성 재료의 부피는 증가하며, 피스톤은 케이스를 중심으로 더욱 종방향으로 변위한다.

사전설정된 제한 온도에 따라 감열성 재료를 선정한다.

예를 들어, 감열성재료로 용해온도 85℃, 되도록이면 60℃ ~ 120℃ 이내의 재료인 밀랍으로 한다.

감열성재료를 장착한 케이스는 지지대에, 즉 변위재료를 장착한 제2 도관에 견고하게 고정된다.

피스톤은 사전설정된 종방향 작용으로 인하여 케이스를 중심으로 변위한다.

피스톤은 차폐장치가 '폐쇄' 지점에 있는 '정치' 위치에서부터 이동한다. 변온재료의 온도가 상승할 때, 이 '정지' 위치에서부터 차폐장치가 '배출' 지점으로 놓이게 되는 '동작' 위치까지 그 방향을 따라 종방향으로 이동한다.

피스톤은 오버트래블 스프링을 통해 그 첫방향을 따라 중공체를 조종하게 되며, 중공체는 중공체 외부에서 페달을 올리게 되므로 액츄에이터를 조종하게 되는 것이다.

위에서 언급한 바와 같이, 변온재료의 온도가 설정된 수치, 예를 들어 85℃를 초과할 때, 피스톤은 '정지' 위치를 벗어나게 되며, 변온재료의 온도가 설정된 최대수치에 이르렀을 때, 피스톤은 '동작' 위치에 이르게 된다. 변온재료의 온도에 따라 피스톤의 이동을 결정짓는다.

예를들면, '정지'와 '동작' 위치간의 피스톤이동은 5~15mm 이내이며, 이 값은 예를들면, 8mm이다. 전형적으로, 변온재료의 온도가 감열성재료의 용해온도를 설정된 편차의 수치로 초과할 때, 피스톤이 '동작' 위치에 이른다. 이러한 편차는 3~10℃ 이내이며, 이 값은 예를들면, 5℃이다.

첫방향에 따른 중공체의 이동으로 인하여 복귀 역할을 하는 주 스프링의 압축이 일어난다. 주 스프링은 케이스를 중심으로 첫방향에 대칭으로 나타나는 두번째 방향을 따라 세로로 위치해 있다.

이렇게, 변온재료의 온도가 감소할 때, 주 스프링이피스톤이 '정지' 위치로 복귀하게 할 수 있도록, 감열성재료는 접촉하게 된다. 이러한 주 스프링의 작용은 중공체 및 오버트래블 스프링을 통하여 피스톤에 전달된다.

변온재료의 온도가 최대한계치를 초과할 때, 피스톤은 첫방향을 따라 '동작' 위치를 넘어서 종방향으로 이동한다.

반면에, 중공체는 케이스를 기준으로 종방향 이동 범위 내에서, 차폐장치에 의하여 '배출' 위치로 고정되어 묶이게 된다. '동작' 위치를 넘어선 피스톤의 이동은 피스톤과 중공체의 두번째 끝단 사이에서 오버트래블 스프링을 짓누르게 된다.

이러한 기능을 위하여, 주 스프링이 피스톤의 '동작' 위치인 중공체의 첫번째 끝단과 케이스 사이에서 처음 가해진 힘으로 응력을 가할 필요가 있으며, 오버트래블 스프링은 피스톤의 '정지' 위치인 피스톤과 중공체의 두번째 끝단 사이에서 처음의 힘보다 더 강한 두번째 힘을 압축응력을 받게 된다. 이렇게, 오버트래블 스프링의 압축응력을 통하여, '정지' 위치에서 '동작' 위치로 피스톤이 초기 이동하여, 오버트래블 스프링이 아니라 주 스프링이 압축되도록 해야 한다. 오버트래블 스프링은, 피스톤이 '동작' 위치에 놓일 때에만 압축이 이루어져야 한다. 즉, 차폐장치가 '배출' 위치에 고정될때.

전형적으로, 오버트래블은 10℃의 온도 상승할 때마다 1 mm가 된다. 오버트래블은 총 2~10 mm 이내가 되며, 그 값은 예를 들면, 4 mm이다.

그 다음에는, 피스톤의 오버트래블이 오버트래블 스프링의 짓눌림현상으로 완전히 보정된 것은 아니다. 이러한 경우, 중공체의 페달과 액츄에이터 사이에서 움직일 수 있도록 해야 한다. 이 움직임은, 피스톤이 '동작' 위치를 넘어서서 이동했을때, 액츄에이터에 비하여 중공체 및 페달의 이동을 제한하도록 해 준다.

중공체는 어떠한 형태로도 될 수 있다. 전형적으로 세로로 길게 늘어진 모습이다. 종방향의 수직으로, 어떠한 형태의 한 구간을 이룬다.　: 직사각형, 원형등.

주 스프링이 케이스와 중공체의 첫번째 끝단 사이에 세로로 삽입된 것은, 여기에서는 주 스프링이 한쪽으로는 중공체의 종방향 끝단의 밀어내고, 다른한쪽으로는 케이스를 밀어내는 것을 의미하는 것과 마찬가지가 되도록 맞추었다. 예를 들어서 스프링이 케이스 및/또는 중공체의 끝단을 직접적으로 밀어내는 것이다. 이는 스프링과 케이스 및/또는 중공체의 끝단 사이에 삽입된 다른부품들을 간접적으로 밀어내는 다른 형태이다.

주 스프링은 전형적으로, 종방향 압축축을 가진 나선형 스프링이다. 그러나, 주 스프링은 어떠한 형태의 신축장치여도 상관없다.　: 판형용수철, 좌철슬라이스 등.

또한, 오버트래블 스프링이 피스톤과 중공체의 두번째 끝단 사이에 세로로 삽입된 것은, 오버트래블 스프링이 한쪽으로는 중공체의 두번째 끝단쪽을 밀어내고, 다른 한쪽으로는 피스톤에 연계된 지지측판을 밀어내는 것을 의미하는 것과 마찬가지가 되도록 맞추었다. 위와 마찬가지로, 오버트래블 스프링이 측판 및/또는 중공체의 두번째 끝단을 직접적으로 밀어내는 것이다. 한편, 이는 측판 및/또는 중공체의 두번째 끝단, 오버트래블 스프링과 측판 및/또는 중공체의 끝단에 삽입된 다른 부품들을 간접적으로 밀어낸다.

오버트래블 스프링은 전형적으로, 종방향 압축축을 가진 나선형 스프링이다. 또한, 오버트래블 스프링은 다른 형태일 수 있다.　: 판형용수철, 좌철스라이스 등.

차폐장치는 전형적으로, 축을 중심으로 회전하며 '폐쇄' 위치와 '배출' 위치 사이를 왕래하는 유동적 형태이다. 이러한 회전축은 액츄에이터에 민감하게 반응하며, 전형적으로 측면에 위치해 있다.

상세하게 말하자면, 회전축은 종방향의 수직에 민감하다. 만약 횡방향이 종방향 및 회전축의 모든 수직방향으로 정의한다면, 이 횡방향에 따라 중공체와 상관하여 회전축을 이룬다.

차폐장치의 중공체에 결합된 페달은 이 횡방향에 따라 길게 늘어져 있다. 이 페달은 중공체의 외부 표면에 견고하게 고정되어 있다.

회전축과 피스톤 사이에 횡방향 간격은 알맞게 축소되어 있으며, 예를 들어서 중공체의 종방향 길이보다 짧다.

이렇게, 전체의 형태, 특히 횡방향으로 매우 밀집된 형태를 갖는다.

다른 한편, 액츄에이터는 중공체를 종방향으로 이동하기 위한 유도핵(核)의 형태를 띄는 내부몸체를 갖고 있으며, 이는 케이스와 연결되어 있다.

실질적으로, 중공체가 횡방향으로 늘어진 페달을 통하여 차폐장치와 연결되므로,중공체를 통한 차폐장치로 전달된 힘은 피스톤에서 중공체의 축을 벗어나게 한다. 유도핵의 형태를 띠고 중공체 내부에 배치된 고정내부몸체를 사용하여, 피스톤을 왜곡하지 않고도 피스톤에서 중공체가 축을 벗어나는 것을 막을 수 있다.

내부몸체는 전형적으로 가소성 재질의 요소이며 케이스 주위에 위치한다. 종방향의 수직구간으로 여겨지는 이 내부몸체는 중공체의 내부구간과 짝을 이루는 외부구간으로 형성되거나 또는, 중공체의 내부표면을 슬라이딩 방식으로 밀어내기 위한 외부표면으로 나타난다. 내부몸체는 중공체의 종방향길이를 따라 종방향으로 자리를 차지한다. 예를 들어서, 내부몸체는 중공체 종방향길이의 최소한 30%를 차지한다. 이렇게 내부몸체는 중공체의 효과적인 유도역할을 할수 있도록 하며, 피스톤에서 스스로 축을 벗어나는 것을 방지한다.

중공체는 전형적으로, 열전도율이 약하지만 내부몸체와 마찰계수가 적은 하나의 재질, 예를들 이면가소성재질로 되어있다.

되도록, 액츄에이터, 특히 감열성재료를 내포한 케이스는 변온재료를 통과하는 도관의 외부에 위치한다. 그리하여 액츄에이터는 차폐장치보다 더 자율적으로 이동할 수 있다.

또한, 액츄에이터는 변온재료와 케이스간의 열중개 역할을 하는 형태의 금속장치를 내포한다. 금속장치는 전형적으로 열전도율이 높은 구리 또는 구리합금, 알루미늄, 알루미늄합금 등과 같은, 하나의 재료로 구성된다.

이렇게, 케이스가 변온재료를 내포하는 도관외부에 위치함에도 불구하고, 금속장치를 통하여 변온재료와 감열성재료간의 열전송을 보장하게 된다.

금속장치는 전형적으로, 케이스를 덮고 있는 관형태의 한부분을 가지며, 변온재료 내에 침수된 두번째 부분을 갖는다. 관형부분은 예를 들이면 종방향 중심축이 된다. 이 부분은 케이스의 주변 전체를 둘러싸고있으며, 케이스 내벽둘레 전체와 접촉하고 있다.

금속장치는 제2 도관의 내벽을 통과한다. 내벽과 금속장치간에는 방수장치가 되어있다.

한편, 액츄에이터는 제2 도관과 연결되는 하나의 공간을 가지며, 이 공간 안에 배치된 케이스를 포함한다. 이렇게 케이스의 입구의 위치가 우연하게 제2 도관의 입구쪽으로 위치한다. 그러므로, 변온재료가 방열액일 경우, 이는 이 공간 내의 제2 도관에서부터 유통된다. 이 공간은 중공체의 유도핵의 형태를 띤 내부몸체로 경계를 이룬다.

제2 도관에는 액츄에이터 공간 내의 제2 도관으로부터 방열액을 억지로 흐르게하는 방식의 전향장치를 포함한다. 전향장치는 케이스 주변으로 방열액이 흐르도록하는 방식으로 공간 내부까지 연장될 수 있다. 이렇게 방열액과 케이스 사이의 열교환이 이루어질 수 있도록 개선하였다.

본 발명은은 다음요소의 구성을 위하여 특별히 잘 적응시켰다.　

- 배기가스가 통과하게 하기 위한 첫번째 측면을 포함하는 열교환기, 열교환기의 두번째 측면을 구성하고 첫번째 측면과 열로 접촉되는 제2 도관, 제1 도관의 상류지점과 연결된 배기가스 입구 및 그 상류의 하부지점에 위치한 하류지점과 연결된 배기가스출구가 있는 첫번째 측면, 제2 도관을 통과하는 방열액이 있는 변온재료;

- 상류지점과 하류지점 사이의 제1 도관을 폐쇄하기 위한 차폐장치.

여기에서 상류와 하류는 유체의 순환, 특히 배기가스의 순환을 위하여 맞추었다.

여기에서 방열액은 전형적으로 자동차의 열기관냉각액이다. 한편, 방열액은 폐쇄회로 내에서 순환하고 열기관냉각액을 교체하는 또 다른 유체이다. 이는 또한 자동차 내부의 난방회로를 교환할 수 있다.

본 발명은 FR 1058847의 프랑스 특허에서 요구하는 사항에 일치하도록, 교환기 및 교환기 우회도관이 단일주형(monobloc) 일체를 형성하도록 하는 모든 부분에 잘 적응시켰다.

한편, 제2 도관은 열교환기 내에 통합되지 않을 수도 있다. 제2 도관은 예를 들면, 증발기 또는 변온재료 저장고 이다.

변온재료는 전형적으로 유체, 가스 또는 액체이다. 다른 한편으로, 이 재료는 고형물질이다.

제1 도관은 꼭 열교환기의 우회도관일 필요는 없으며, 배기가스가 통과할 수 있고 차폐장치를 통하여 전체 또는 부분적으로 폐쇄할 수 있는 모든 도관일 수 있다. 예를 들어서, 제1 도관은, 배기가스를 허가된 공기컬렉터로 보내어 모터 연소케이스에서 재활용하는 라인이다.

본 발명의 다른특징은 아래에 상세하게 설명하였으며, 간략하게 첨부된 도면을 참조한다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

- 도 1은, 본 발명 제작 및 한 쪽에서 다른 한쪽으로 병렬 배치된 열교환기, 단일주형의 열교환 우회도관제작을 위한 첫번째 모드이며 배기라인요소를 아래에서 바라본 모습이다;
- 도 2는도 1 전체 단면으로 도 1의 II번 화살표를 따라 자른 모습이다;
- 도 3은 도 1 전체 단면으로 도 1의 III번 화살표를 따라 자른 모습이다;
- 도 4는 도 1의 액츄에이터를 분해한 모습이다;
- 도 5와 6은 도 1의 액츄에이터 단면의 모습으로, 각각피스톤이 '동작' 위치에 있을 때와 피스톤이 오버트래블일 때이다;
- 도 7은 도 4와 유사한 분해 모습이며, 본 발명 제작의 두번째 모드를 위한것이다;
- 도 8은 도 2와 유사한 단면 모습이며, 본 발명 제작의 두번째 모드를 위한것이다;
- 도 9는 도 8 요소의 투시도이며, 액츄에이터 및 열교환기의 내부요소들을 나타내어 따로 떼어 놓은 모습이다.

도 1~3까지에 나타난 모습의 일체 1은 자동차 배기라인을 구성하는 형태이다. 일체 1에는 배기가스순환 을 위한 제1 도관(3)을 포함하며, 배기가스의 열을 회수하기 위한 열교환기(5)를 포함한다. 도관(3)에서는 배기가스입구(7)와 출구(9)를 나타낸다. 입구(7)는 자동차 모터연소에 따라 케이스를 통해 배출된 배기가스를 포획하는 컬렉터(도에나타나지않음)와 연결되어 있다. 배기가스출구(9)는, 정화된 가스를 대기속으로 방사하는 중간장치를 통해 노즐(도에나타나지않음)과 연결되어 있다. 다른 장비들은 전형적으로, 컬렉터 및 배기가스입구(7)의 한 부분과 배기가스출구(9) 및 노즐의 다른 한 부분 사이에 장치되어 있다.

열교환기(5)는 도관(3)을 통과하는 배기가스의 열에너지 일부를 회수하고 방열액으로 이송하기 위한 장치이다. 방열액은 예를 들어 열기관의 냉각액이다.

열교환기는 양 측으로 나타나며, 이는 배기가스순환(11)을 위한 첫번째 측면과 방열액순환(13)을 위한 두번째 측면이다. 첫번째 측면과 두번째 측면은, 첫번째 면에서 순환하는 배기가스가 두번째면에서 순환하는 방열액에게 그 열에너지를 넘겨주는 형식으로 교환기와 열로서 접촉한다.

첫번째면(11)은 배기가스의 순환을 위한 U자형 튜브(15)의 다수를 포함한다. 각각의 U자형튜브는,상류 끝단을 통하여 도관(3)의 상류구역(17)과 연결되어 있으며, 하류 끝단을 통하여 도관(3)의 하류구역(19)과 연결되어 있다.

본 상세 내용에서 상류 및 하류는 유체, 특히 배기가스의 정상적 순환방향을 위하여 비교적 맞추었다.

이렇게, 각 튜브(15)는, 도관(3)의 내부에서 측면내벽(21)의 구역(17)에 나타나는 구멍을 통해 흐름을 원활하게 한다. 튜브(15)의 끝단과 도관(3) 사이의 연결을 위한 모든 구멍은 같은 구역(17)에서 모이게 된다.

다른 관점에서, 튜브(15)의 하류 끝단은 구역(19)에서 집결된 모든 구멍을 통해 도관(3)의 내부와 연결하며, 구역(19)은 도관(3) 내부의 배기가스순환방향을 따라 구역(17)의 하류에 위치한다.

열교환기(5)는 도관(3)에 씌워진 덮개(23)을 포함한다. 이 덮개는 전형적으로, 도관(3)의 측면 내벽(21)과 결합되어 있다. 튜브(15)는 덮개(23) 내부에 위치한다. 덮개(23)에는 방열액을 위한 입구25)가 있으며, 이 입구는 방열액 도입을 위한 관로(27)와 연결되어 있다. 덮개(23)에는 또한 방열액출구(29)가 있으며, 이 배출구는 방열액 배출을 위한 관로(31)와 연결되어 있다.

도 1과 3에서 나타나듯이, 배기라인(1)에는 또한 제1 도관(3)의 '폐쇄' 위치와 '배출' 위치 사이를 이동하는 차폐장치(33)를 포함한다. 차폐장치(33)에는 회전축(35) 및 이 축회전과 연계된 날개판(37), 회전축(35)번과 연동된 손잡이(39)가 있다.

회전축(35)에는 제1 도관(3) 외부로 돌출되고 손잡이(39)에 견고하게 고정된 끝단이 있다.

날개판(37)은 도관(3) 내부에 배치되어 있다. 제1 도관의 '폐쇄' 위치에서는, 상류구역(17)과 하류구역(19) 사이에 위치한 날개판(37)으로 제1도관(3) 구역을 폐쇄한다. 이렇게, 배기가스는 도관(3)을 통한 입구(7)로부터 출구(9)까지 순환하지 못하고 U자형 튜브(15)로 갈 수밖에 없게 된다.

'배출' 위치에서, 날개판(37)번은, 상류구역(17)에 위치한 U자형 튜브(15)의 연결구멍을 폐쇄한다. 이때, 배기가스는 도관(3)을 통한 입구(7)로부터 출구(9)까지 직접 자유롭게 순환하게 된다.

도 1에서 나타나듯이, 회전축(35)은 상류(17) 및 하류구역(19) 사이에 위치한다.

배기라인요소(1)에는 또한 차폐장치가 '폐쇄' 위치와 '배출' 위치 사이를 이동하게 하기 위한 액츄에이터(45)를 포함한다:

- 열교환기의 두번째 측면(13)에서 순환하는 방열액과 열로써 접촉하는 감열성재료가 있는 케이스(47);

- 케이스(47)에 비하여, 종방향으로 유동적인 피스톤(49);

- 케이스(47)에 비하여 역시 종방향으로 유동적인 중공체(51);

- 아래에 그 기능을 설명한, 주 스프링(53) 및 오버트래블 스프링(55);

- 케이스(47)와 관련된 내부몸체(57);

- 방열액과 케이스(47)간의 열중개 역할을 하는 형태의 금속장치;

- 중공체(51)와 관련되고, 이 중공체를 액츄에이터의 손잡이(39)에 연결하는 페달(61).

케이스(47)는, 그 내부에서 피스톤 머리부분을 자유롭게 종방향으로 움직일 수 있는 밀폐된 케이스이다.

케이스(47)에 포함된 감열성재료는 방열액 온도에 따라 부피가 변화한다. 이 재료는 금속장치(59)를 매개로 방열액과 열로써 접촉한다. 방열액의 온도가 사전설정된 하한치보다 낮을 때, 감열성재료는 단단해진다. 방열액의 온도가 사전설정된 하한치에 이를 때, 감열성재료는 용해된다. 방열액의 온도가 증가하거나 설정된 하한치를 초과할 때, 케이스(47) 내의 감열성재료는, 피스톤의 머리부분이 종방향으로 밀어내도록 그 부피가 증가한다. 그러므로, 피스톤은 도 2 및 4, 6에서 나타내는 방향인 좌측으로 이동한다.

금속장치(59)는 구리 또는 구리합금으로 되어 있다. 이는 케이스(47)를 감싸는 관형부분(63) 및 방열액에 침수된 다른 부분(65)을 포함한다. 부분(63)은 종방향 중심축으로 뚜렷하게 실린더 형태를 갖는다. 케이스(47)는 실린더부분과 결속되어 있으며, 그 내벽 주위는 실린더부분(63)과 열로써 접촉한다.

다른부분(65)은 열교환기의 외부덮개(23) 내에 마련된 틈새(67)를 통하여 결속되어 있다. 이렇게, 액츄에이터(45)는, 방열액에 침수된 다른부분(65) 구역을 제외하고는 그 전체가 열교환기 외부에 위치해 있다. 균열(67)의 가장자리와 다른부분(65) 사이에는 가능한 모든 방법으로 방수처리를 하였다. 이러한 방수처리는 조인트, 용접 등의 방식으로 실행할 수 있다.

예를 들어, 도 3에 나타나듯이, 금속장치(59)는 자체적으로 접힘처리한 동판이며, 관형부분(63)을 구성하는 동판 중심구역과 다른부분(65)을 구성하는 동판의 끝단 부분이 서로 맞붙어 있는 형식이다.

액츄에이터는 또한, 금속장치(59)와 같은 재료로 구성되고, 관형부분(63)의 종방향 끝단을 막고 있는 바닥체(69)를 포함한다. 바닥체(69)는 케이스(47)와 종방향 끝단과 직접적으로 열로써 접촉된다.

내부몸체(57)는 가소성재질의 부품으로, 뚜렷한 실린더 형태이며 그 내부에는 케이스(47) 및 금속장치의 관형부분(63)이 내장되어 있다. 이는 열교환기의 덮개틈새(67)과 마주보도록 위치해 있는 틈새(71)를 포함한다. 금속장치의 다른부분(65)은 틈새(71)를 통과한다.

내부몸체(57)에는 중공체(51)의 내부구역과 동일한 외부구역이 있다. 그러므로, 내부몸체(57)는 중공체(51)를 종방향으로 이동하기 위한 유도핵의 형태를 띤다.

케이스(47) 및 금속장치(59), 내부몸체(57)는 액츄에이터의 고정된 부분을 형성하고 있으며, 이들은 열교환기의 덮개(23)에 견고하게 고정되어 있다.

중공체(51)는 종방향을 따라 속이 비어 있고, 관형이며, 길게 늘어진 형태의 부품이다. 예를 들었던 것과 같이, 중공체(51)는 서로 맞붙어서 나사(76)로 고정된 두개의 반(半)체(73과 75)로 구성되어 있다. 이 두개의 반체(73 및 75)의 접촉 도면에는 종방향축을 내포한다.

중공체(51)는 가소성재질의 하나로 된 부품이다. 이 재질은 주물 제작하였다. 가소성재질은 내부몸체(57)에 마찰되는 계수가 낮은 것으로 선정하였다. 이 재질은 또한 열전도율이 낮아야 한다.

반체(75)에는 금속장치의 다른부분(65)이 결속된 종방향틈새(78)가 있는데, 이는 중공체(51)가 '정지' 위치와 '동작' 위치를 금속장치(59)와의 별다른 충돌없이 이동할 수 있도록 충분한 길이를 종방향으로 갖는다.

주 스프링(53)은, 종방향압축축을 갖는 나선상의 스프링이다. 이는 내부몸체(57)(도 2)의 내부격막(77)을 첫번째 끝단으로 밀어내고 있다. 내부격막(77)은 내부몸체와 같이 주물형식으로 제작되었다. 이는 종방향으로 뚜렷하게 수직이며, 내부몸체(57)의 내부공간을 완전히 밀폐한다. 바닥체(69)가 격막(77)을 밀어내고 있음을 주의한다.

내부몸체(57)의 내부공간은 격막(77)과 대립하여 내부몸체(57) 위에 덧붙여진 통(79)으로 밀폐한다. 통(79)은 피스톤이 통과할 수 있도록 그 중심부의 속이 비어있다. 이렇게, 도 2에서 나타나듯이, 케이스(47)는, 한쪽은통(79)이고 다른 한쪽은 격막(77)인 몸체(57) 내부에서 종방향으로 막혀져 있다.

주 스프링(53)은 격막(77)과 대립하여, 그 끝단에서 종방향의 수직으로 중공체의 첫번째 끝단(83)을 막고 있는 바닥체(81)를 밀어내고 있다.

오버트래블 스프링(55)은 첫번째 끝단에서, 두번째 종방향 끝단(87)으로 중공체를 막고있는 바닥체(85)를 밀어내고있다. 바닥체는 종방향으로 뚜렷하게 수직이다. 그 두번째 끝단에서, 오버트래블스프링(53)이 잔 모양의 부품(89)을 종방향의 수직으로 밀어내고 있다. 잔 모양 부품은 중공체 내부에서 자유롭게 미끄러질 수 있도록 되어 있다. 잔 모양 부품(89)의 유격현상은, 한쪽으로는 중공체의 바닥체(85)와 다른 한쪽으로는 중공체에 올려진 핀(91)으로 제한된다. 핀(91)은 종방향의 수직으로 놓여진 U자형이다. 이 핀은 중공체 내부공간으로 구멍(95)을 통하여 침투하는 두 개의 가지(93)로 되어 있으며, 이 중심부(97)는 두 개의 가지(93)를 연결하고 중공체 외부에 놓여지게 된다. 이 두 가지(93)는 중공체 내부공간에서 돌출되게 하며, 케이스(47)로 향하는 잔 모양 부품(89)의 유격현상을 제한한다.

잔 모양 부품에는 케이스(47) 방향으로 돌아가는 요형의 움푹한 요철(99)이있다. 이 요철(99)은 종방향축에 위치해 있으며 피스톤(49) 끝단을 받을 수 있도록 되어있다.

이렇게, 도 2에서 나타나듯이, 케이스(47)는 주 스프링(53) 및 오버트래블 스프링(55)과 마찬가지로 중공체 내부에 존재한다. 53및 55 스프링은케이스(47)의 양방향에 종방향으로 위치해 있다.

페달(grommet; 61)은 삼각형 형태를 이루고 있으며 세 개의 나사(101)로 진공 상태의 에어크리너 본체(51)에 견고하게 고정되어있다. 페달(61)은 본체(51) 외부에 달려있으면서 수평으로 보았을 때 본체가 튀어나와 보이게 한다. 이 부분을 수평으로 놓고 볼 때 세로 방향에서 배기 파이프의 밀폐식 밸브회전축(35)과 직각을 이룬다. 페달(61)은 수평으로 길게 확장되어 있는 모양이다. 끝 부분에 밀폐식 밸브의 레버(lever; 39)를 지탱하는 조임핀(105)과 함께 장방형(103)으로 본체와 맞대어 있다.

지금부터 자동차 배기 라인의 기능에 대해서 주로 그림2, 그림5와 그림6을 참조하여 설명하겠다.

그림2를 보면, 밀폐식 밸브는 초기 배기파이프를 폐쇄시킨다. 덮개 플랩(flap; 37)은 17번과 19번의 앞뒤에서 초기 배기파이프(3)를 폐쇄시킨다. 배기가스는 초기 배기파이프의 입구(7)로부터 열교환기(heat exchanger)의 U자 배기파이프(15)을 통과하여 출구(9)까지 순환하게 된다. 이때 냉각수는 온도가 상승한 가스를 식힌다. 본 용액은 배기파이프의 입구(25)로부터 열교환기의 후기 부분(13)을 통과하여 출구(29)까지 순환한다.

피스톤(piston; 49)은 정지 포지션에 있다. 피스톤은 그 내실(47)과 연결되어있다. 이 포지션은 배기파이프(3) 내에 달려있는 받침대를 지탱하는 덮개 플랩(37)이 경계를 이루고 있다. 이에 따라 본체와 피스톤(49) 사이에 세로로 달려있는 레버(39)의 포지션 각이 정해진다.

이 포지션에서 피스톤(49)의 말단부분을 헤드 캡(head cap-89)의 돌출부(99)가 지탱한다. 헤드 캡 (89)은 세로 방향으로 두 갈래의 핀(93)으로 고정하고 있다. 오버트래블(overtravel) 피스톤링(55)은 초기에 받은 장력으로 헤드 캡(89)과 피스톤 안쪽(85) 사이에 압축응력을 보낸다. 피스톤링(55)은 초기보다 약한 장력으로도 움직이게 된다.

이 상황은 예를 들어서 차량의 열기관(heat engine)을 시동할 경우, 냉각수 온도가 아직 낮을 때에 해당한다. 냉각수의 온도가 신속하게 올라가면 배기가스는 열교환기(5)로 보내진다.

냉각수가 데워져 설정온도 하한선에 도달하여 온도가 상승하게 되면 피스톤 내실(47)에 부착된 온도센서기가 온도 상승을 감지하게 된다. 피스톤 내실(47)과 연결되는 냉각수 안의 금속부품(59)은 열발생 에너지를 전달한다.

온도센서기의 작동으로 인해 피스톤 내실 안의 부피가 증가하게 된다. 온도센서기는 그림2에서 왼쪽 세로 방향으로 피스톤을 밀어낸다. 피스톤의 이동은 헤드 캡(89)과 오버트래블 피스톤링을 매개로 하여 진공 본체로 전달되고 메인 피스톤링(53)을 압축시킨다. 진공 본체는 그림2와 그림5와 같이 왼쪽 방향으로 이동하게 된다.

본체가 이동하게 됨에 따라 페달(61)과 레버(39)로 만들어진 축(35)이 회전하게 된다.

덮개 플랩(37)이 폐쇄되었을 때 진공 본체는 이동을 멈춘다. 따라서 덮개 플랩을 차단시키고 진공 본체의 이동을 막는 것은 전방 부분(17)의 주변에 있는 지지대이다.

이때 피스톤은 가동 포지션에 있다.

이 상황은 그림5에 나타나있다. 이것은 설정온도 상한선에 도달한 냉각수 온도와 관련이 있다.

배기가스는 더 이상 열교환기(5)를 통과하지 않지만 직접 배기파이프(3)의 입구(7)와 출구(9)를 지나게 된다.

냉각수의 온도가 설정온도 상한선 이상으로 계속 증가할 경우, 피스톤은 그림2의 왼쪽 방향으로 계속 이동하게 된다.

이때 피스톤링(55)의 압축응력을 받은 에너지는 그림5에 나와있는 바와 같이 피스톤이 가동하고 있는 포지션의 에너지보다 강하다는 것을 주목할 필요가 있겠다. 피스톤이 정지 포지션에서 가동포지션으로 이동할 경우, 밀폐식 밸브는 폐쇄 포지션에서 개방 포지션으로 이동함으로써, 피스톤의 이동을 위해 메인 피스톤링의 압축이 일어났음을 알 수 있으며, 오버트래블 피스톤링은 초기 압축응력을 그대로 유지한다.

이와 반대로 설정온도 상한선을 넘을 경우 피스톤이 이동한 것은 오버트래블 피스톤링에 압축이 일어났다는 것을 의미하는데, 진공 본체는 세로로 막혀있기 때문이다. 이러한 상황은 그림6에 나타나 있다.

냉각수의 온도가 낮아질 경우, 우선 피스톤링의 운동은 이완된다. 온도가 설정 상한선 이하일 경우, 메인 피스톤링(53)은 피스톤을 이완시켜 정지 포지션으로 복귀시키고, 밀폐식 밸브를 폐쇄 포지션으로 이동시킨다.

이제부터는 두 번째 개발 내용에 대하여 그림7과 그림9를 참조하여 설명하겠다. 첫 번째 개발내용과 차별화되는 점에 대해서만 기술할 예정이다. 두 가지의 시행방식 중에서 동일하거나 비슷한 기능을 갖는 부품들에 대한 참조사항은 똑같이 명시할 것이다.

좀더 정확히 말하면, 두 번째 개발의 시행방식은 내실(47)과 열교환기를 순환하는 냉각수 사이에 있는 온도를 전달할 수 있는 장치와 관련하여 첫 번째와는 차별화된다.

두 번째 시행방식에서 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시동장치에는 열매개체 역할을 하는 금속부품이 없다. 이와 반대로 EGR 시동장치는 열교환기의 후기 측면을 연결하는 입체판(111)이 포함되어있다. 내실(47)은 입체판(111)의 내부에 위치하고 있으며, 냉각수가 들어있다. 입체판(111)은 내부 본체(57)가 경계를 만들고 있다. 내부 본체에는 열교환기의 외부 덮개(23)에 달린 개봉장치(115) 외에 크기(113)가 큰 개봉장치가 더 있다. 내부 본체(57)와 외부 덮개(23) 사이에 있는 개봉장치(113)와 또 다른 개봉장치(115)의 주변은 액체가 새지 않는다. 내부 본체(57)와 덮개(23)는 견고하게 서로 고정되어 있다. 내실 밖 피스톤 출구의 구멍(orifice)이 입체판(111) 외부에 위치하도록 내실(47)은 내부 본체에 단단하게 고정되어 있다. 내실(47)과 본체(57) 내부 사이에 있는 모든 장치로 인해 액체는 새지 않는다.

입체판(111) 내부를 순환할 냉각수를 밀어내기 위해 전향장치(deflector-117)는 열교환기의 후면에 달려있다. 배기파이프 입구(25)부터 출구(29)까지 순환할 때 U자 관(15)으로 냉각수를 밀어내기 위해 전향장치(117)는 후면 내부 안에서 하층구조(119)를 이루고 있다. 하부의 전향장치와 연결된 후기 전향장치(121)는 개봉장치(113)와 또 다른 개봉장치(115)를 통해 입체판(111) 속으로 들어간다. 전향장치(121)는 개봉장치(113)와 또 다른 개봉장치(115)를 통해 입체판(111)으로 냉각수가 들어가서 내실(47) 주위를 순환하게 한다.

그림7에서 보는 바와 같이 진공 본체(51)는 세로 축을 포함하고 있는 면에 두 개의 면이 서로 붙어있는 형태로 이루어져 있지는 않다. 진공 본체는 세로 방향으로 후기 말단 부분까지 폐쇄되어 있고, 세로 방향으로는 초기 말단 부분까지 개봉되어 있는 배기파이프(123)로 구성되어 있다. 초기 말단 부분은 배기파이프(123)까지 나사(127)로 고정시켜 안쪽(125)을 폐쇄하였다.

3: 도관
5: 열교환기

Claims (12)

1. 자동차를 위한 배기 라인의 구성요소로서, 배기가스 순환을 위한 초기 배기파이프(3)를 포함하는 부품(1), 내열재를 포함하고 있는 후기 배기파이프(13)와 초기 배기파이프(3) 중에서 일부의 폐쇄 포지션(33)과 개방 포지션 사이에서 움직이는 밀폐식 밸브, 그리고 폐쇄 포지션과 개방 포지션 사이에서 밀폐식 밸브(33)를 이동시키기 위한 EGR 시동장치 등을 구비하고, EGR 시동장치(45)는,
   - 상기 내열재와 함께 열에 의한 접촉을 위한 온도센서기를 포함하는 내실(47); 및
   - 내실(47)과 연결되어 움직이는 피스톤(49), 그리고 내열재의 온도가 설정온도 하한선을 상위할 경우 온도센서기로 인해 부피가 팽창함으로써 휴지 포지션에서 가동 포지션으로 피스톤을 세로방향으로 이동시키기 위해 구성된 EGR 시동장치(45);
   를 포함하고,
   EGR 시동장치(45)는,
   - 내실(45)과 연결되어 세로 방향으로 움직이는 본체(51);
   - 내실(47)과 본체(51) 사이에 세로로 놓인 휴지 포지션으로 움직이는 피스톤을 복귀시키는 메인 피스톤링(53);
   - 내열재의 온도가 설정온도 상한선을 초과하는 경우 가동 포지션에서 피스톤(49)의 오버트래블 에너지를 흡수하기 위한 피스톤(49)과 본체(51) 사이에 세로로 놓인 오버트래블 피스톤링(55); 및
   진공 본체(51)에 있는 피스톤(49), 메인 피스톤링(53)과 오버트래블 피스톤링(53), 밀폐식 밸브(33)에 연결되어 있는 본체(51);
   를 포함하는, 자동차를 위한 배기 라인의 구성요소.
   
2. 제1항에 있어서,
   내실(47)이 본체(51) 내부에 있는 것을 특징으로 하는 배기 라인의 구성요소.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   진공 본체(51)는 서로 맞대어서 세로방향으로 전면과 후면으로 되어 있고, 이것은 메인 피스톤링(53)은 내실(47)과 전면 사이에 세로 방향으로 놓여있고, 오버트래블 피스톤링(55)은 피스톤(49)과 후면(87) 사이에 세로방향으로 놓여있는 것을 특징으로 하는 배기 라인의 구성요소.
   
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   메인 피스톤링(53)과 오버트래블 피스톤링(55)은 내실(47)의 양쪽에 세로방향으로 놓여 있는 것을 특징으로 하는 배기 라인의 구성요소.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   밀폐식 밸브(33)는 진공 본체와 마주보면서 측면에 위치한 회전축(35) 주변으로 민감하게 움직이는 것을 특징으로 하는 배기 라인이 구성요소.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   진공 본체(51)는 플라스틱 재질로 되어 있는 배기 라인의 구성요소.
   
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   EGR 시동장치(45)가 진공 본체(51)의 세로로 이동하면서 내실(47)과 연결되어 있는 내부 본체(57)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배기 라인의 구성요소.
   
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   EGR 시동장치는 내열재와 내실(47) 사이에서 열매개체 역할을 하는 금속부품(59)을 포함하고 있을 것을 특징으로 하는 배기 라인의 구성요소.
   
9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   EGR 시동장치(45)는 후기 배기파이프(11)와 연결되어 있는 입체판(111)과 입체판 내부에 설치되어 있는 내실(47)로 되어있는 것을 특징으로 하는 배기 라인의 구성요소.
   
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    EGR 시동장치(45)의 입체판(111) 속에서 후기 배기파이프(11)로부터 순환하는 냉각수를 밀어내기 위해 설치된 전향장치(117)가 후기 배기파이프(11)에 달려 있는 것을 특징으로 하는 배기 라인의 구성요소.
    
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 배기가스가 순환하고 있는 전면(11)을 포함하고 있는 열교환기(5), 열교환기의 후면이면서 전면(11)과 마찬가지로 열 접촉을 하는 후기 배기파이프(13), 초기 배기파이프(3)의 앞부분(17)과 연결되어있는 배기가스 입구와 초기 배기파이프(3)의 뒷부분(19)과 연결되어 있는 배기가스 출구가 있는 전면(11), 후기 배기파이프를 순환하는 냉각수
    - 앞부분(17)과 뒷부분(19) 사이에서 초기 배기파이프(3)를 폐쇄시키기 위한 밀폐식 밸브(33)
    를 포함하는 배기 라인의 구성요소.
    
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    EGR 시동장치(45)는 진공 본체(51)의 외부 표면에 고정되어 있고 밀폐식 밸브(33)와 연결되어 이것을 조종하는 페달(66)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 라인의 구성요소.
    

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