KR20130023112A - 공기 통로에 상부 엔드 스탑을 구비한 3방향 밸브 - Google Patents

Abstract

2개의 플랩을 갖는 3방향 밸브는 2개의 플랩을 위한 단일의 제어 수단(9)과, 2개의 플랩 중 하나를 일시적인 위상 변이에 의해 경로들 중 하나의 개방 및 폐쇄 위치 중 한 위치로부터 다른 위치로 피봇 방식으로 각각 구동시키도록 배치된 구동 수단(12, 13, 50)을 포함하고, 3방향 밸브는 상기 구동 수단 각각을 위한 최대 변위 엔드 스탑을 포함하고, 그 플랩의 최대 폐쇄 위치에 대응하는 제2 구동 수단(12, 50)의 엔드 스탑(31)과 제1 구동 수단(13)의 엔드 스탑은 제2 구동 수단(12, 50)이 그 엔드 스탑(31) 상에 있을 때에 제1 구동 수단의 위치를 넘어서 위치 결정되고, 기구학적 연쇄는 제1 및 제2 구동 수단을 명목상 작동하는 단일의 제어 수단에 연결하는 것을 특징으로 한다.

Description

공기 통로에 상부 엔드 스탑을 구비한 3방향 밸브{THREE-WAY VALVE WITH TOP END-STOP ON THE AIR PATHWAY}

본 발명은 차량, 보다 구체적으로는 엔진에 동력을 공급하는 장비에 관한 것이다.

차량의 열기관은 일반적으로 복수 개의 실린더에 의해 형성되는 연소 챔버를 포함하고, 이 연소 챔버 내에서 연료와 공기의 혼합물이 연소되어 열기관의 일을 발생시킨다. 공기는 열기관이 터보차저를 포함하는지 포함하지 않는지의 여부에 따라 압축되거나 압축되지 않을 수 있다. 터보차저를 갖는 열기관의 경우에, 압축기에 의해 압축된 공기는 열기관 내로 인입되고, 열기관에서 연료와 함께 연소된 다음에 배기 덕트를 통해 배출된다. 배기 가스는 압축기에 부착되어 압축기와 함께 터보차저를 형성하는 터빈을 구동시킨다.

흡입 공기는 또한 배기 가스와 혼합될 수 있다. 이는 재순환되는 배기 가스 및 소위 EGR(exhaust gas recirculation) 루프를 따른 가스의 순환 개념을 도입한다. 이때에, 연소 챔버로 인입된 가스는 흡기 가스라고 불린다. 이에 따라, 오염 배출물, 특히 질소 산화물 배출물의 감소가 얻어진다.

배기 가스의 재순환은 터빈 후에 태핑되고 압축기 전에 재도입되는 배기 가스에 적용될 때에 "저압"이라고 불릴 수 있거나, 터빈 전에 태핑되고 압축기 후에 재도입되는 가스에 적용될 때에 "고압"이라고 불릴 수 있다. 일례로서, 가솔린 기관에서는 저압 재순환이 주로 사용되어 연료 소비를 감소시키고 보다 양호한 기관 효율을 얻을 수 있다.

따라서, 가스는 다양한 덕트에 의해 이송되고 그 순환은 밸브를 이용하여 제어되는데, 밸브는 이들 덕트에서 가스의 이동을 억제하거나 조절하게 한다. EGR 루프의 경우에, 소위 "3방향" 밸브가 이미 제안되었다. 그러한 밸브는 터보차저의 압축기의 상류에, 즉 혼합물 흡입 덕트 상에 배치될 수 있고, 상기 덕트에서 순환하는 공기의 양 및 덕트 내로 인입되는 배기 가스의 양을 조절한다. 이때에, 밸브는 배기 라인이 아니라 흡기 라인에 배치되기 때문에 기관의 차가운 측에 배치된다.

차가운 측에 배치된 3방향 밸브의 경우, 밸브, 및 이에 따라 기관의 다수의 작동 모드가 파악될 수 있다. 기관은 재순환되는 배기 가스없이 신선한 공기만을 수신할 수 있다. 기관은 또한 배기 가스의 일부가 혼합된 신선한 공기를 수신할 수 있고, 기관의 배기와 흡기 사이의 압력차는 배기 가스의 재순환을 보장하기에 충분하다. 압력차가 배기 가스의 재순환을 위해 그리고 정확한 EGR 레이트를 보장하기에 충분하지 않을 때에, 배압이 EGR 루프의 하류의 배기 경로를 스로틀링함으로써 생성되어 배기 가스의 일부를 기관의 흡기 경로를 향해 강제 이동시킬 수 있다. 그러나, 이 해법은 그 복잡성에 의해 매우 만족스럽지 못하고, 아래와 같이 EGR 루프를 사용하는 것이 바람직하다.

EGR 밸브의 공기 입구 경로에서 신선한 공기의 유량이 최대인 경우에, EGR 가스의 경로는 밸브에서 점차 개방되고, 밸브에서 EGR 가스의 유량이 증가를 멈추기 전에, 신선한 공기 입구 경로가 점차 폐쇄되어 EGR 가스의 유량이 계속 증가하게 하여 증가 단조 곡선을 따른다.

본 출원인에 의해 국제 공개 번호 제WO2009/106727호의 특허 출원이 출원되었고, 이 출원은 2개의 플랩을 갖는 3방향 밸브를 기술하고 있는데, 2개의 플랩은 밸브의 2개의 입구 경로 내에 배치되어 1개 그리고 동일한 구동 수단에 의해 일시적인 오프셋 상태로 구동된다.

이 구성은 플랩의 위치를 알기 위해 단일의 센서만을 제공하는데, 센서는 재순환 가스를 위한 플랩의 제어부(가스의 경로 또는 EGR 경로) 상에 배치된다. 이에 따르면, 공기 흡입 플랩의 제어 경로(공기 경로)에서의 고장이 검출되지 않는다.

이 문제를 해결하기 위한 제1 해법은 제2 센서를 공기 경로에 배치하는 것이다. 그러나, 이 해법은 수반되는 추가 구성요소들의 비용 및 용적으로 인해 만족스럽지 않다.

본 발명의 목적은 경로들 중 하나(공기 또는 EGR)에서의 결함이 단일 센서를 이용하여 검출될 수 있도록 설계된 3방향 밸브를 제안함으로써 이들 단점을 개선하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 주제는 밸브의 3개의 경로 중 2개의 경로에 각각 배치되는 2개의 게이트를 갖는 3방향 밸브로서, 상기 3방향 밸브는 2개의 게이트를 위한 단일의 제어 수단과, 단일의 제어 수단에 의해 제어되고 제1 및 제2 위치 중 한 위치로부터 다른 위치로 상기 2개의 게이트 중 한 게이트를 각각 구동시키도록 배치되는 제1 및 제2 구동 수단을 포함하고, 상기 제어 수단과 구동 수단은 정상 작동 모드에서 2개의 게이트가 그 각각의 제2 위치에 동시에 도달하게 할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 3방향 밸브는 상기 구동 수단 중 적어도 하나를 위한 최대 변위 엔드 스탑을 포함하고, 상기 엔드 스탑은 대응하는 게이트가 그 제2 위치에 있을 때에 상기 구동 수단을 차단하도록 구성되며, 상기 밸브는 상기 다른 게이트가 그 제2 위치를 넘어서 이동하는 것을 검출하는 수단을 더 포함한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 기구학적 연쇄의 무결성이 모든 경로에서 점검되고, 이는 경로들 중 단 하나에 마련되는 검출 수단을 이용하여 행해진다. 검출 수단은 설치된 경로 뿐만 아니라 다른 경로에서의 결함을 진단할 수 있게 한다. 그 이유는, 검출 수단이 설치된 경로에 끼워진 게이트가 예정된 위치를 초과한다면, 이는 다른 경로에 끼워진 게이트의 구동 수단이 그 엔드 스탑 위치에 도달하지 않았았고 대응하는 기구학적 연쇄에 결함이 있다는 것을 의미하기 때문이다.

전술한 예시적인 용례에서, 검출 수단은 가스용 플랩에 의한 최대 개방 위치의 지나침, 및 이에 따라 공기 연쇄의 기구학적 연쇄에서의 고장을 추가 센서없이 식별할 수 있게 한다.

함께 또는 별개로 취할 수 있는 상이한 실시예에 따르면,

-상기 다른 게이트가 그 공칭 이동을 넘어서 이동하는 것을 검출하는 수단은 상기 다른 게이트의 위치를 측정하는 수단을 포함하고,

-상기 최대 변위 엔드 스탑은 상기 제2 구동 수단을 차단하도록 구성되고, 상기 다른 게이트가 그 공칭 이동을 넘어서 이동하는 것을 검출하는 수단은 제2 구동 수단이 정상 작동 모드에서 그 엔드 스탑에 있을 때에 상기 제1 구동 수단의 위치를 넘어서 위치되도록 구성되는 제1 구동 수단용 엔드 스탑을 포함하며,

-상기 다른 게이트가 그 공칭 이동을 넘어서 이동하는 것을 검출하는 수단은 상기 제1 구동 수단에 마련된 이동 종료 엔드 스탑과, 상기 제1 구동 수단의 엔드 스탑과 상기 이동 종료 엔드 스탑 간의 접촉을 검출하는 검출기를 더 포함하고,

-상기 게이트는 플랩이고, 상기 제어 수단과 구동 수단은 상기 플랩을 피봇 방식으로 구동시키도록 구성되며, 상기 제1 및 제2 구동 수단은 톱니 크라운 링 세그먼트를 포함하고,

-상기 제1 구동 수단의 엔드 스탑은 대응하는 톱니 크라운 링 세그먼트의 단부를 형성하는 면 중 하나와 대면하도록 배치되며,

예시적인 실시에 따르면, 제2 구동 수단은 제2 구동 수단의 톱니 크라운 링 세그먼트에 형성된 스캘럽에서 순환하는 멈춤쇠를 더 포함하고, 상기 제2 구동 수단과 관련된 엔드 스탑은 밸브의 본체에 부착되고 상기 멈춤쇠와 대면하게 위치 결정된다.

변경예에 따르면, 상기 제2 구동 수단은 제1 플랩에 대해 회전 연결되고 상기 톱니 크라운 링 세그먼트에 대해 회전이 자유로운 제어 바퀴를 더 포함하며, 상기 제어 바퀴는 상기 제1 플랩이 그 제1 위치로부터 제2 위치로 전환될 때에 상기 톱니 크라운 링 세그먼트에 의해 구동될 수 있다. 상기 제어 바퀴는 예컨대 제2 게이트가 그 제2 위치에 있을 때에 최대 변위 엔드 스탑에 대해 접촉하도록 구성되는 진단 엔드 스탑을 포함한다.

본 발명의 한가지 양태에 따르면, 상기 제1 및 제2 위치는 경로 중 한 경로의 개방 및 폐쇄 위치이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 제어 수단과 구동 수단은 상기 게이트를 일시적인 위상 변이에 의해 구동시키도록 구성되어, 제1 게이트를 그 제1 위치로부터 제2 위치로 제1 구동 수단을 통해 계속 변위시켜 대응하는 경로를 개방(각각 폐쇄)시키는 동안에, 제2 게이트는 제2 구동 수단을 통해 제1 위치로부터 제2 위치로 변위되기 시작하여 대응하는 경로를 폐쇄(각각 개방)시킨다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 제2 구동 수단은 그 제2 위치로부터 제1 위치로 복귀 스프링에 의해 복귀된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 게이트는 2개의 입구 경로에 배치되고, 밸브는 차량의 내연 기관의 흡기 매니폴드에 연결되는 차가운 측을 위한 EGR 루프 밸브이다.

본 발명은 또한 전술한 3방향 밸브의 기구학적 연쇄의 무결성을 시험하는 방법에 관한 것으로서, 상기 단일의 제어 수단을 통해 동작 중인 제1 구동 수단을 관련 게이트의 제1 위치로부터 상기 게이트의 제2 위치를 향해 세팅하는 단계와, 이어서 상기 플랩에 의해 도달된 극단적인 위치를 측정하는 단계를 포함한다.

첨부된 개략적인 도면을 참조하여 순전히 예시적이고 비제한적인 예로서 제공되는 본 발명의 실시예의 이하의 예시적인 상세한 설명으로부터 본 발명이 보다 잘 이해되고, 그 기타 목적, 상세, 특징 및 이점이 보다 명백해질 것이다.

도 1은 종래 기술에 따라 터보차저쪽 기관에 설치된 EGR 루프의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2d는 플랩에 의해 상이한 위치를 점하는 EGR 루프의 3방향 밸브의 작동을 대체적으로 보여주는 개략도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2a, 도 2b 및 도 2d에서 각각 나타낸 경우에 대응하는 위치에서 본 발명에 따른 3방향 밸브의 제1 실시예의 2개의 플랩의 제어 장치를 도시한다.
도 6은 도 2a에 대응하는 위치에서 정상 작동시에 도 3 내지 도 5의 3방향 밸브를 도시하는 개략도이다.
도 7은 도 2d에 대응하는 위치에서 정상 작동시에 전술한 3방향 밸브를 도시하는 개략도이다.
도 8은 공기 경로의 구동시에 발생하는 파손의 경우에 도 2d에 대응하는 위치에서 전술한 3방향 밸브를 도시하는 개략도이다.
도 9는 공기 경로의 플랩의 복귀 스프링의 파손 후에 충전 위치에서 전술한 3방향 밸브를 도시하는 개략도이다.
도 10은 본 발명에 따른 3방향 밸브의 제2 실시예의 부분 사시도이다.

도 1을 참조하면, 이 도면은 배기 가스 재순환(EGR) 루프가 마련되고, 공기와 터보차저(24)의 압축기(26)로부터의 배기 가스를 수신하는 기관의 흡기 매니폴드(23)와, 연소 가스용 배기 매니폴드(22), 터보차저(24)의 터빈(25) 및 EGR 루프(28)을 포함하는 차량의 내연 기관(21)을 도시하고 있는데, 냉각기(29)와 저압 3방향 밸브(1)가 터보차저(24)의 압축기(26)의 상류에 배치되어 있다. 이 3방향 밸브는 그 출구에 의해 압축기에 연결되고 신선한 공기(공기 경로)와 냉각된 배기 가스(EGR 경로 또는 가스 경로)를 수신하기 위한 2개의 입구를 가지며, 혼합 압력은 압축기(26)에 의해 증가된다.

도 2a 내지 도 2d는 공기 입구(2), 재순환되는 배기 가스 입구(3) 및 공기와 가스 혼합물의 출구(4)를 갖는 3방향 밸브(1)를 개략적으로 나타낸다. 여기서, 밸브(1)는 2개의 플랩, 즉 공기 입구 경로(2)에 1개의 플랩(5)과 가스 입구 경로(3)에 1개의 플랩(6)을 갖는 밸브이다. EGR 루프의 인에이블링(enabling)과 관련될 때에, 밸브의 작동은 다음과 같다. 처음에, 공기 플랩(5)은 경로(2)에서 최대의 공기 유량을 허용하는 각도 위치(0°)에 있고, 가스 입구 플랩(6)은 경로(3)를 차단하는 각도 위치(90°)에 있다. 이 상황은 기관이 작동 중인 상황이고, 예컨대 정지되어 아이들링하는 상황이다.

루프의 인에이블링은 공기 플랩(5)을 피봇시키는 일없이 가스 입구 플랩(6)의 피봇의 시작에 반영되어, 경로(3)를 EGR 배기 가스로 점차 개방시킨다(도 2a). 공기 플랩(5)이 여전히 공기 입구(2)의 동일한 최대 개방 위치에 머무는 상태에서, 가스 플랩(6)이 계속 피봇하여 가스 경로(3)를 상당히 개방시킨다(도 2b). 가스 플랩(6)의 특정한 각도 위치(여기서, 35°)에서, 즉 55°의 회전 후에, 경로(3) 내에 EGR 가스의 유량은 사실상 증가를 멈추고, 가스 플랩(6)을 계속 피봇시키는 동안에, 공기 플랩(5)은 공기 입구 경로(2)를 폐쇄하도록 피봇하기 시작하여 기관이 보다 많은 EGR 가스를 흡인하게 한다(도 2c). 이 상태는 가스 플랩(6)이 가스 입구 경로(3)의 최대 개방 각도 위치(0°)에 도달하고 공기 플랩이 공기 입구 경로(2)를 차단하는 각도 위치(90°)에 있는 극한적인 위치(도 2d)까지 계속될 수 있다.

이하, 전술한 원리에 따라 작동하는, 본 발명에 따른 3방향 밸브(1)의 실시를 허용하는 기구학적 연쇄를 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명할 것이다.

3방향 밸브(1)의 기구학적 연쇄는 여기서 직류 전기 모터(7)와, 회전시에 공기 플랩(5)과 가스 플랩(6)을 각각 구동시키는 2개의 샤프트(51, 61) 사이에서 연장하는 기어 시스템을 포함한다. 2개의 샤프트(51, 61)는 서로 평행하게 연장된다. 전기 모터(7)의 샤프트(14)는 샤프트에 부착되어 중간 톱니 바퀴(9)를 구동시키는 피니언(8)을 구비하고, 중간 톱니 바퀴는 주변 톱니(10)와 중앙 톱니(11)를 갖는다. 중간 톱니 바퀴의 주변 톱니(10)는 톱니 크라운 링(12)과 맞물려 공기 플랩(5)을 회전 구동시킨다. 톱니 크라운 링(12)은 플랩(5)의 축(51)에 대해 회전이 자유롭다. 크라운 링(12)에 의한 공기 플랩(5)의 회전 구동은 플랩(5)의 축(51)에 회전 가능하게 부착되는 구동 멈춤쇠(15)를 통해 달성된다. 이 구동 멈춤쇠(15)는 밸브의 본체(도시 생략)에 부착되는 조정 가능한 엔드 스탑, 또는 바닥 공기 엔드 스탑(16)에 대해 안착하게 배치된다. 크라운 링(12)은 멈춤쇠(15)를 구동시키는 일 없이, 그리고 이에 따라 플랩(5)을 구동시키는 일 없이 정해진 각도 세그먼트에 걸쳐 크라운 링(12)의 자유 회전을 허용하도록 설계된 각도 스캘럽(17; scallop)을 포함한다. 크라운 링(12)이 한 방향 또는 다른 방향으로 이 각도 세그먼트를 넘어서 회전 구동되면, 구동 엔드 스탑(30)을 형성하는 스캘럽(17)의 제1 에지가 멈춤쇠(15)를 구동시킨다. 나중에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 크라운 링(12)의 스캘럽(17)의 대향 에지는 또한 복귀 엔드 스탑(34)이라고 불리는 엔드 스탑을 형성한다.

중간 톱니 바퀴(9)의 중앙 톱니(11)는 톱니 크라운 링(13)과 맞물려 가스 플랩(6)을 회전 구동시킨다. 톱니 크라운 링(13)은 플랩(6)의 축(61)에 대해 회전 부착된다. 톱니 크라운 링은 오직 각도 세그먼트에 걸쳐서만 원형으로 연장되고, 그 단부는 밸브의 본체에 부착되는 부분과 협동하기에 적절한 반경 방향 면을 갖고, 반경 방향 면은 나중에 설명되는 바와 같이 톱니 크라운 링(13)의 원형 변위를 위한 엔드 스탑을 형성한다.

정상 모드에서, 모터(7)의 작용 하에, 플랩(6)은 크라운 링(13)의 회전에 의해 직접 회전 구동되고, 플랩(5)은 오직 크라운 링(12)이 멈춤쇠(15)를 회전 구동시킬 때에만 회전 구동된다.

고려된 예에서, 전기 모터(7)는 시계 반대 방향으로 회전 구동될 때에 그 피니언(8)을 통해 중간 톱니 바퀴(9)를 시계 방향으로 회전 구동시킨다. 바퀴(9)는 그 복귀시에 그 톱니(10, 11)에 의해 2개의 톱니 크라운 링(12, 13)을 시계 반대 방향으로 구동시키는데, 이 2개의 톱니 크라운 링은 이에 따라 동일한 중간 톱니 바퀴(9)에 의해 그러나 2개의 상이한 세트의 톱니(10, 11)를 통해 회전 구동된다. 일례로서, 전기 모터(7)의 샤프트(14)와 가스 플랩(6) 간의 물림률은 여기서 대략 16이고, 구동될 때에 샤프트(14)와 공기 플랩(5) 간의 물림률은 대략 7이다.

이하, 피니언(8)의 회전시에 상이한 단계에서 톱니 크라운 링과 바퀴를 도시하는 도 3, 도 4 및 도 5와 관련하여 공기 플랩(5)의 폐쇄를 위상 변이시키는 메카니즘을 설명한다.

도 3 내지 도 4에서, 크라운 링(12, 13)은 시계 반대 방향으로 구동되어 가스 플랩(6)이 개방되게 하지만, 공기 플랩(5)은 각도 스캘럽(7)에 의해 움직일 수 없게 유지된다. 도 4의 위치에서, 구동 엔드 스탑(30)을 형성하는 이 스캘럽(17)의 에지는 멈춤쇠(15)와 접촉하게 된다. 이어서, 크라운 링(12)의 회전은 도 5에 나타낸 위치를 향해 계속되어, 멈춤쇠(15)[및 이에 따라 플랩(5)]가 구동 엔드 스탑(30)에 의해 회전 구동된다. 따라서, 공기 플랩(5)은 스캘럽(7)의 존재에 의하여 가스 플랩(6)에 대한 일시적인 위상 변이에 의해 폐쇄된다.

도 3 내지 도 5는 또한 톱니 크라운 링(12, 13)과 관련된 다수의 엔드 스탑을 나타낸다. 공기 경로에는, 밸브(1)의 본체에 부착되고 공기 플랩(5)이 완전 폐쇄 위치에 있을 때에 멈춤쇠(15)가 도달하는 극단적인 위치에 대응하는 상부 공기 엔드 스탑(31)이 존재한다. 따라서, 멈춤쇠(15)는 정상 작동시에 바닥 공기 엔드 스탑(16)과 상부 공기 엔드 스탑(31) 사이에서 구동 엔드 스탑(30)의 작용하에 한 방향으로 그리고 복귀 스프링(도시 생략)의 작용하에 다른 방향으로 변위된다. 이 변위는 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 공기 플랩(5)의 회전에 대응한다. 또한, 도 3에서, 공기 플랩(5)과 복귀 엔드 스탑(34)을 구동시키는 톱니 크라운 링(12)은 구동 멈춤쇠(15)와 접촉하지 않고, 구동 멈춤쇠는 3방향 밸브가 도 2a의 구성(공기 플랩은 개방되고 가스 플랩은 폐쇄됨)에 있을 때에 바닥 공기 엔드 스탑(16)에 대해 복귀된다. 톱니 바퀴와 크라운 링의 기구학적 연쇄는 구동 멈춤쇠(15)의 두께보다 큰 복귀 엔드 스탑(34)과 바닥 공기 엔드 스탑 사이의 간극을 남겨 두도록 되어 있다. 이 간극의 효용은 도 9와 관련하여 나중에 상세하게 설명된다.

동시에, EGR 경로에는 가스 플랩(6)을 구동시키는 톱니 크라운 링(13)의 제1 단부(62)와 제2 단부(63)에 의해 각각 추정될 수 있는 극단적인 위치와 관련된 2개의 엔드 스탑, 즉 바닥 가스 엔드 스탑(32)과 상부 가스 엔드 스탑(33)이 존재한다.

상기 엔드 스탑의 기능은 본 발명에 따른 3방향 밸브의 작동을 나타내는 도 6 내지 도 9와 관련하여 보다 양호하게 설명될 것이다. 이들 도면에서, 중간 톱니 바퀴(9)의 중앙 톱니(11)와 주변 톱니(10)는 도면을 간소화하기 위해 결합되었다. 도 6은 도 2a의 구성에서 정상 모드의 밸브(1)의 작동에 대응하고, 즉 공기 플랩(5)은 완전 개방되고 가스 플랩(6)은 완전 폐쇄된다. 도 7은 도 2d의 구성에서 정상 모드의 밸브(1)의 작동에 대응하고, 즉 공기 플랩(5)은 완전 폐쇄되고 가스 플랩(6)은 완전 개방된다. 도 8에 관한 한, 도면은 제1 결함 작동 모드를 나타내는데, 여기서 공기 플랩(5)은 더 이상 구동되지 않고, 멈춤쇠(15)는 상부 공기 엔드 스탑(31)에 도달하지 않으며, 가스 플랩(6)은 완전 개방 위치를 넘어서며, 톱니 크라운 링(13)의 제2 단부(63)는 상부 가스 엔드 스탑(33)에 맞닿아 엔드 스탑에 도착한다. 최종적으로, 도 9는 제2 결함 작동 모드를 나타내는데, 여기서 공기 플랩(5)은 더 이상 완전 개방 위치로 복귀되지 않고, 복귀 스프링은 복귀 스프링에 의해 가해지는 힘에 의해서만 멈춤쇠(15)의 복귀를 방지하는 공기 경로의 기구학적 연쇄에 파괴된 또는 다른 딱딱한 지점을 갖는 것으로 추정된다.

본 발명의 작동이 먼저 도 6과 도 7을 참조한 정상 모드에서, 이어서 도 8에 대응하는 결함 모드에서 설명된다.

도 6은 도 2a의 구성에서, 즉 재순환 가스의 도입 전에 밸브(1)의 요소들의 상황을 나타낸다. 중간 톱니 바퀴(9)는 크라운 링(13)의 제1 단부(62)가 가스 플랩을 구동시켜 바닥 가스 엔드 스탑(32)에 접촉하게 하는데, 이는 가스 플랩(6)의 완전 폐쇄 위치에 대응한다. 동시에, 공기 플랩을 구동시키는 톱니 크라운 링(12)은 그 구동 엔드 스탑(16)이 구동 멈춤쇠(15)로부터 분리되는 위치에 있다. 구동 멈춤쇠는 공기 플랩(5)을 그 최대 개방 위치로 복귀시키는 경향이 있는 복귀 스프링의 작용하에 조정 가능한 엔드 스탑(16)에 대해 접촉된다. 톱니 크라운 링(12)이 극단적인 각도 위치들 중 하나에 있지만 그 복귀 엔드 스탑(34)은 구동 멈춤쇠(15)와 접촉하지 않는다.

가스의 재순환의 인에이블링은 중간 톱니 바퀴(9)의 회전에 반영된다. 한편으로, 이 회전은 가스 플랩의 톱니 크라운 링(13)이 회전되게 하고 그 제1 단부(62)를 바닥 가스 엔드 스탑(32)으로부터 멀어지게 이동시켜 제2 단부(32)가 상부 가스 엔드 스탑(33)에 더 가까워지게 하지만 도달하지는 않게 하고, 다른 한편으로, 그 회전은 공기 플랩의 톱니 바퀴(12)를 회전시켜 초기에 멈춤쇠(15)의 구동 엔드 스탑(32)에 접근시킨 다음에, 제2 단계에서 상부 공기 엔드 스탑(31)에 접촉할 때까지 구동 엔드 스탑을 회전 구동시킨다. 이때에, 밸브(1)의 상황은 도 2d의 경우에 대응하는 도 7에 나타낸 상황으로서, 공기 플랩(5)이 완전 폐쇄되고 가스 플랩(6)이 완전 개방된다.

도 7에서, 중간 톱니 바퀴(9)의 회전이 상부 공기 엔드 스탑(31)에 대한 멈춤쇠(15)의 접촉에 의해 차단되고 그 회전을 계속할 수 없다는 것을 알 수 있다. 이 상황에서, 본 발명은 톱니 크라운 링(13)의 제2 단부(63)가 상부 가스 엔드 스탑(33)과 접촉하지 않고 그들 사이에 간극이 남아 있도록 톱니 바퀴의 기구학적 연쇄를 제공한다. 이 간극은 밸브가 정상 작동 모드에 있는 한 취소되도록 설계되지 않는다.

도 8은 고장, 즉 기구학적 연쇄에서 톱니의 파손, 클러치 문제 또는 구동 멈춤쇠(15)의 손상으로 언급된 제1의 경우에서 밸브(1)의 작동을 나타낸다. 톱니 크라운 링(12, 13)의 맞물림들 사이에 더 이상의 1대1 연결이 존재하지 않는다. 중간 톱니 바퀴(9)에 의한 멈춤쇠(15)의 구동에 있어서의 손상 때문에, 중간 톱니 바퀴는 상부 공기 엔드 스탑에 대항하여 엔드 스탑이 되지 않거나, 엔드 스탑이 존재한다면 중간 톱니 바퀴(9)의 회전 연속성에 대해 어떠한 저항도 제공하지 않는다. 따라서, 중간 톱니 바퀴는 톱니 크라운 링(13)을 구동시켜 가스 플랩을 가스 플랩(6)의 완전 개방 위치를 넘어서 구동시켜서 그 제2 단부(63)가 상부 가스 엔드 스탑(33)에 충돌한다.

플랩(6), 그 축선(61) 또는 톱니 크라운 링(13)이든지 아니든지 EGR 상의 어디든 배치되는 가스 플랩(6)의 위치를 감지하는 센서가 톱니 크라운 링의 추가 회전을 검출하고 공기 경로 고장 경보를 트리거 가능할 것이다.

공기 경로의 정확한 작동을 진단하는 방법이 또한 본 발명에 따라 구성된 3방향 밸브에 의해 실행될 수 있다.

이 방법은 가스 플랩을 구동시키는 톱니 크라운 링(13)이 그 제1 단부(62)가 바닥 가스 엔드 스탑(32)에 있고 가스 플랩(6)이 완전 폐쇄 위치에 있는 위치로부터 가스 플랩의 완전 개방 위치까지 완전한 이동을 수행하도록 중간 톱니 바퀴(9)의 회전을 시작하는 것을 포함한다. 공기 경로가 건강한 경우에, 톱니 바퀴(9)의 회전은 상부 공기 엔드 스탑(31)과 구동 멈춤쇠(15)의 접촉시에 정지되고, 센서는 완전 개방 위치에 대응하는 가스 플랩(6)의 위치를 검출하게 된다. 그렇지 않으면, 멈춤쇠는 구동되지 않고, 중간 톱니 바퀴(9)의 바퀴에 대한 차단을 제공하지 않는다. 중간 톱니 바퀴(9)는 가스 플랩(6)의 완전 개방 위치를 넘어가는 톱니 크라운 링(13)을 구동하고 상부 가스 엔드 스탑(33) 위에 오는 그 제2 단부(63)에 의해서만 정지된다. 이 초과 회전에 의해, 가스 플랩의 위치를 감지하는 센서가 공기 경로에서 발생된 고장을 검출하게 된다. 그러한 진단 방법은, 예컨대 차량이 시동될 때마다 적용되어 임의의 고장이 대시보드 상의 표시에 의해 운전자에게 알려지게 된다.

공기 경로의 고장을 검출하는 다른 수단은 톱니 크라운 링(13)의 제2 단부(63)와 상부 가스 엔드 스탑(33) 사이에 접촉 검출기를 끼워맞춤으로써 생성될 수 있다.

도 9는 언급된 제2 고장의 경우에 밸브(1)에게 제공되는 위치를 나타내는데, 이 위치에서 멈춤쇠(15)는 더 이상 바닥 공기 엔드 스탑(16)에 대해 복귀되지 않는다. 그러한 경우는, 예컨대 제어 연쇄에서 복귀 스프링의 파손 또는 그 밖의 사건, 복귀 스프링에 의해 가해지는 힘이 극복할 수 없는 딱딱한 지점의 파손 이후에 발생할 수 있다.

이 경우에, 도 2a에 대응하는 위치로 복귀하려는 전기 모터(7)의 구동은 시계 방향으로 공기 플랩(5)을 구동시키는 톱니 크라운 링(12)의 회전을 초래하고 그 스캘럽의 단부의 복귀는 바닥 공기 엔드 스탑(16)을 향한 복귀 엔드 스탑(34)을 형성한다. 이 복귀 엔드 스탑은 차단되는 지점으로부터 멈춤쇠(15)를 바닥 공기 엔드 스탑(16)을 향해 구동시키고, 공기 플랩(5)을 그 완전 개방 위치에 가까운 위치에 오게 한다. 바꿔 말해서, 스프링의 고장을 완화시키도록 전기 모터(7)에 의해 형성되는 토크가 사용된다. 따라서, 차량 기관은 3방향 밸브의 작동시에 관찰되는 고장에도 불구하고 계속 기능할 수 있다.

그러나, 멈춤쇠(15)와 바닥 공기 엔드 스탑(16) 사이에 간극이 남아 있어, 정상 작동시에 복귀 엔드 스탑(34)은 예컨대 진동 작용하에 구동 멈춤쇠(15)의 위치 결정을 방해하지 않는다.

도 10은 공기 경로를 구동하는 수단의 변경예를 도시하고 있다. 공기 경로에는, 투명하게 나타낸 톱니 크라운 링 세그먼트(12)와, 제어 바퀴(50)에 의해 동반되는 복귀 스프링이 존재하고, 복귀 스프링의 선회부(100)는 부분적으로 보인다. 제어 바퀴는 도시되지 않은 공기 플랩에 대해 회전 연결되고, 톱니 크라운 링 세그먼트(12)에 대해 회전이 자유롭다.

상기 공기 플랩이 그 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 전환될 때에, 그리고 복귀 스프링에 의해 상기 공기 플랩이 복귀 모드에서 그리고 도 10에 도시되지 않은 가스 플랩(6)에 대해 항상 일시적인 위상 변이 상태에 의해 구동될 때에, 상기 제어 톱니(50)는 톱니 크라운 링 세그먼트(12)에 의해 구동될 수 있다.

이를 위해, 상기 톱니 크라운 링 세그먼트(12)는, 상기 공기 플랩(5)이 그 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 전환할 때에 제어 바퀴(50)의 구동 엔드 스탑(54)과 협동할 수 있는 구동 엔드 스탑(53)을 포함한다. 보다 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 톱니 크라운 링 세그먼트(12)는 도 2a의 구성으로부터 도 2b의 구성으로 밸브의 전환에 대응하는 상기 톱니 크라운 링 세그먼트(12)의 제1 회전 위상에서 구동 엔드 스탑(53)이 제어 바퀴(50)의 구동 엔드 스탑(54)으로부터 소정 각도로 떨어져 있도록 구성된다. 이어서, 2개의 구동 엔드 스탑(53, 54)은 접촉하게 되고, 톱니 크라운 링 세그먼트(12)의 제2 회전 위상에서 톱니 크라운 링 세그먼트가 제어 크라운 링(50)을 구동시킨다. 바꿔 말하면, 이 제2 위상에서, 공기 플랩은 그 완전 개방 위치로부터 완전 폐쇄 위치로 밸브의 모터에 의해 구동된다.

역회전 방향에서, 정상 모드에서, 스프링은 도 10에 도시된 바와 같이 상기 제어 바퀴의 구동 엔드 스탑(54)을 공기 플랩의 완전 개방 위치에 있는 바닥 공기 엔드 스탑(16)에 대해 압박하는 제어 바퀴(50)를 구동시킨다. 여기서, 바닥 공기 엔드 스탑(16)은 밸브의 본체와 동일한 재료로 제조된다. 구동 엔드 스탑(54)은 바닥 공기 엔드 스탑(16)과 협동하는 반경 방향 연장부를 갖는다.

언급된 제1 고장의 경우, 즉 기구학적 연쇄의 톱니의 파손을 처리하게 할 수 있는 상부 공기 엔드 스탑(31)을 이 도면에서 또한 볼 수 있다. 여기서, 상기 상부 공기 엔드 스탑(31)은 밸브 본체와 동일한 재료로 제조된다. 동일한 목적을 위해, 제어 바퀴(50)에는 진단 엔드 스탑(55)이 마련되고, 상기 제어 바퀴(50)와 상기 밸브 본체는 상기 상부 공기 엔드 스탑(31)과 진단 엔드 스탑(55)이 상기 제1 고장의 경우에 접촉하게 되도록 구성된다.

엔드 스탑들 간의 간섭을 피하기 위해, 상기 진단 엔드 스탑(55)은 구동 엔드 스탑(54)이 마련된 쪽의 반대쪽에 있는 제어 바퀴(50)의 면에 및/또는 상기 제어 바퀴(50)의 주변부에 배치된다.

제2 고장의 경우를 처리하기 위하여, 여기서 상기 톱니 크라운 링 세그먼트(12)는 상기 복귀 수단의 고장의 경우에 제어 바퀴(50)의 복귀 엔드 스탑(52)과 협동할 수 있는 복귀 엔드 스탑(71)을 포함한다.

이전 실시예에서와 같이, 상기 복귀 엔드 스탑(51, 52)은 도 10에 도시된 바와 같이 공기 플랩(5)이 완전 개방 위치에 있을 때에 소정 각도 오프셋을 갖는다.

여기서, 제어 바퀴(50)의 복귀 엔드 스탑(52)은 상기 제어 바퀴의 구동 엔드 스탑(54)의 각도 연장부에 및/또는 구동 엔드 스탑과 동일한 제어 바퀴의 면에 배치된다. 제어 바퀴의 상기 복귀 엔드 스탑(52)과 구동 엔드 스탑(54)은 스페이서(56)를 이용하여 서로 지탱될 수 있다.

본 발명은 EGR 경로의 점진적인 개방 후에 일시적인 오프셋에 의해 공기 경로의 폐쇄가 이어지는 EGR 루프의 환경에 사용되는 3방향 밸브와 함께 설명되었다. 본 발명이 임의의 타입의 3방향 밸브에서 완벽하게 실시될 수 있음은 물론이다. 구체적으로, 다른 용례에 사용되어 플랩들의 개방 및 폐쇄 방향이 명백하게 상이한 3방향 밸브에 사용될 수 있을 것이다.

1: 3방향 밸브 2: 공기 입구 경로
3: 가스 입구 경로 5: 공기 플랩
6: 가스 플랩 7: 전기 모터
8: 피니언 9: 중간 톱니 바퀴
12: 톱니 크라운 링 15: 멈춤쇠
17: 스캘럽 21: 내연 기관
22: 배기 매니폴드 23: 흡기 매니폴드
24: 터보차저 26: 압축기

Claims (14)

1. 밸브(1)의 3개의 경로 중 2개의 경로(2, 3)에 각각 배치되는 2개의 게이트(5, 6)를 갖는 3방향 밸브로서, 상기 3방향 밸브는 2개의 게이트(5, 6)를 위한 단일의 제어 수단(7-11)과, 상기 단일의 제어 수단(7-11)에 의해 제어되고 제1 및 제2 위치 중 한 위치로부터 다른 위치로 상기 2개의 게이트(5, 6) 중 한 게이트를 각각 구동시키도록 배치되는 제1 및 제2 구동 수단(12, 13, 15, 50)을 포함하고, 상기 제어 수단(7-11)과 구동 수단(12, 13, 15, 50)은 정상 작동 모드에서 2개의 게이트가 그 각각의 제2 위치에 동시에 도달하게 할 수 있도록 구성되는 3방향 밸브에 있어서,
   상기 3방향 밸브는 상기 구동 수단(12, 15, 50) 중 적어도 하나를 위한 최대 변위 엔드 스탑(31)을 포함하고, 상기 엔드 스탑(31)은 대응하는 게이트(5)가 그 제2 위치에 있을 때에 상기 구동 수단(12, 15, 50)을 차단하도록 구성되며, 상기 밸브는 상기 다른 게이트(6)가 그 제2 위치를 넘어서 이동하는 것을 검출하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3방향 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 다른 게이트(6)가 그 공칭 이동을 넘어서 이동하는 것을 검출하는 수단은 상기 다른 게이트(6)의 위치를 측정하는 수단을 포함하는 것인 3방향 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 최대 변위 엔드 스탑(31)은 상기 제2 구동 수단(12, 15, 50)을 차단하도록 구성되고, 상기 다른 게이트가 그 공칭 이동을 넘어서 이동하는 것을 검출하는 수단은 제2 구동 수단(12, 15, 50)이 정상 작동 모드에서 그 엔드 스탑(31)에 있을 때에 상기 제1 구동 수단(13)의 위치를 넘어서 위치되도록 구성되는 제1 구동 수단(13)용 엔드 스탑(33)을 포함하는 것인 3방향 밸브.
4. 제3항에 있어서, 상기 다른 게이트가 그 공칭 이동을 넘어서 이동하는 것을 검출하는 수단은 상기 제1 구동 수단(13)에 마련된 이동 종료 엔드 스탑(63)과, 상기 제1 구동 수단(13)의 엔드 스탑(33)과 상기 이동 종료 엔드 스탑(63) 간의 접촉을 검출하는 검출기를 더 포함하는 것인 3방향 밸브.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 게이트(5, 6)는 플랩이고, 상기 제어 수단(7-11)과 구동 수단(12, 13, 15, 50)은 상기 플랩을 피봇 방식으로 구동시키도록 구성되며, 상기 제1 및 제2 구동 수단은 톱니 크라운 링 세그먼트(12, 13)를 포함하는 것인 3방향 밸브.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 구동 수단의 엔드 스탑(33)은 대응하는 톱니 크라운 링 세그먼트(13)의 단부를 형성하는 면(63) 중 하나와 대면하도록 배치되는 것인 3방향 밸브.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2 구동 수단은 제2 구동 수단의 톱니 크라운 링 세그먼트(12)에 형성된 스캘럽(17)에서 순환하는 멈춤쇠(15)를 더 포함하고, 상기 제2 구동 수단과 관련된 엔드 스탑(31)은 밸브(1)의 본체에 부착되고 상기 멈춤쇠(15)와 대면하게 위치 결정되는 것인 3방향 밸브.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2 구동 수단은 제1 플랩에 대해 회전 연결되고 상기 톱니 크라운 링 세그먼트(12)에 대해 회전이 자유로운 제어 바퀴(50)를 더 포함하며, 상기 제어 바퀴(50)는 상기 제1 플랩이 그 제1 위치로부터 제2 위치로 전환될 때에 상기 톱니 크라운 링 세그먼트(12)에 의해 구동될 수 있는 것인 3방향 밸브.
9. 제8항에 있어서, 상기 제어 바퀴(50)는 제2 게이트(5)가 그 제2 위치에 있을 때에 최대 변위 엔드 스탑(31)에 대해 접촉하도록 구성되는 진단 엔드 스탑(55)을 포함하는 것인 3방향 밸브.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 위치는 경로(2, 3) 중 한 경로의 개방 및 폐쇄 위치인 것인 3방향 밸브.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 수단(7-11)과 구동 수단(12, 13, 15, 50)은 상기 게이트(5, 6)를 일시적인 위상 변이에 의해 구동시키도록 구성되어, 제1 게이트(6)를 그 제1 위치로부터 제2 위치로 제1 구동 수단(13)을 통해 계속 변위시켜 대응하는 경로(3)를 개방(각각 폐쇄)시키는 동안에, 제2 게이트(5)는 제2 구동 수단(12, 15, 50)을 통해 제1 위치로부터 제2 위치로 변위되기 시작하여 대응하는 경로(2)를 폐쇄(각각 개방)시키는 것인 3방향 밸브.
12. 제11항에 있어서, 상기 제2 구동 수단(15)은 그 제2 위치로부터 제1 위치로 복귀 스프링에 의해 복귀되는 것인 3방향 밸브.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 게이트(5, 6)는 2개의 입구 경로(2, 3)에 배치되고, 밸브는 차량의 내연 기관의 흡기 매니폴드에 연결되는 차가운 측을 위한 EGR 루프 밸브인 것인 3방향 밸브.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 3방향 밸브(1)의 기구학적 연쇄의 무결성을 시험하는 방법으로서, 상기 단일의 제어 수단(7-11)을 통해 동작 중인 상기 제1 구동 수단(13)을 관련 게이트(6)의 제1 위치로부터 상기 게이트의 제2 위치를 향해 세팅하는 단계와, 이어서 상기 플랩에 의해 도달된 극단적인 위치를 측정하는 단계를 포함하는 3방향 밸브의 기구학적 연쇄의 무결성을 시험하는 방법.

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