KR20140103243A - 배기 가스 재순환 시스템 - Google Patents

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KR20140103243A
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exhaust gas
gas recirculation
actuator
recirculation system
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KR1020140097494A
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베른하르트 크리펠
크리스토프 씨어리
얀 헬베르
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쿠퍼-스탠다드 오토모티브(도이칠랜드) 게엠베하
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Abstract

하우징(24) 및 입구측(20) 상에 선회 작동식 밸브 부재를 갖춘 적어도 하나의 밸브를 구비한 적어도 하나의 냉각기(12)를 갖는 본 발명의 배기 가스 재순환 시스템(10)은 상기 냉각기의 하우징(24)에 장착되며 적어도 하나의 레버(30, 34)를 거쳐 상기 밸브(50)에 연결되는, 밸브용 액추에이터(14)와, 커플링 로드(32)와 같은 적어도 하나의 연결 부재를 포함하며, 적어도 하나의 레버(30, 34)와 커플링 로드(32)와 같은 적어도 하나의 연결 부재 사이에 볼 소켓 조인트가 제공된다.

Description

배기 가스 재순환 시스템{EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM}
본 발명은 배기 가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
연료 소비 및 오염 물질 배출을 줄이기 위해 작동 상태의 함수로서 배기 가스를 신선한 공기 측으로 재순환하는 것이 내연 기관 분야에 공지되어 있다. 이와 관련하여, 배기 가스는 재순환된 배기 가스의 온도를 특별히 조정하기 위해, 역시 작동 상태의 함수로서 배기 가스 냉각기를 통해 적어도 일부가 유동될 수도 있다.
배기 가스 재순환용 장치가 유럽 특허 공개 제 0 916 837 A1 호에 개시되어 있는데, 이 문헌에는 재순환되는 배기 가스의 양을 결정하는 밸브용 조정 부재가 배기 가스 냉각기의 플랜지에 장착된다.
일본 특허 공개 제 평9-88728 호는 배기 가스 냉각기에 관한 것으로, 그 조정 부재가 배기 가스 냉각기의 재킷에 장착되는 활주 이동 가능한 밸브가 제공되는 배기 가스 냉각기에 관한 것이다.
유럽 특허 공개 제 1 251 263 A1 호는 본원의 특허청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 배기 가스 재순환 시스템을 개시한다.
본 발명은 가능한 모든 작동 조건하에서, 특히 신뢰할 수 있는 배기 가스 재순환 시스템을 제공하는 목적을 근거로 한다.
전술된 목적은 본원의 특허청구범위 제 1 항에 청구된 배기 가스 재순환 시스템에 의해 해결된다.
이에 따라, 배기 가스 재순환 시스템은 하우징 및 입구측 상의 선회 또는 회전식으로 작동 가능한 적어도 하나의 작동 밸브를 갖춘 적어도 하나의 냉각기를 갖는다. 냉각기의 하우징은 예를 들어, 임의의 적합하게 절연된 바이패스 라인 뿐 아니라, 재순환될 배기 가스가 통과하는 라인을 수용하기 위해 사용된다. 작동 동안, 예를 들어 물과 같은 냉각제가 하우징 내에 존재하고, 이러한 냉각제는 전술된 라인 주위로 유동하여, 대응하는 라인을 통과하여 안내되는 배기 가스를 냉각시킨다. 바이패스 파이프는 냉각기의 하우징 외부 또는 내부에 적절하게 절연되어 제공되는데, 이에 따라 재순환된 배기 가스의 냉각은 그다지 광범위하진 않다. 특히, 본원에 설명된 배기 가스 재순환 시스템의 냉각기는 출원인의 유럽 특허 공개 제 1 277 945 A1 호에 개시된 바와 같이 설계될 수 있으며, 상기 문헌의 개시 내용은 특히 냉각기와 관련하여 본 출원의 요지를 이룬다.
입구측에 밸브를 배열하는 것은, 배기 가스가 비교적 고온이어서, 밸브가 밸브 시트에 붙게 되는 결과를 가져올 수 있는 증착 및 먼지 축적의 위험이 현저하게 감소된다고 하는 장점을 제공한다. 그럼에도, 밸브가 밸브 시트에 어느 정도 부착될 수 있는 문제가 발생한다면, 선회 작동식(pivotably actuated) 밸브로서의 본 발명에 따른 밸브의 설계가 여러 장점을 제공한다. 이는 밸브용 액추에이터가 선회 가능하도록 설계될 뿐 아니라 밸브 또는 밸브 부재 자체가 폐쇄 위치와 개방 위치 사이, 그리고 그 역의 관계에서 선회 가능하게 이동된다는 의미인 것으로 이해된다. 이하에서 보다 명확하게 설명되는 바와 같이, 신뢰 가능한 작동, 특히 신뢰 가능한 개방은 간단한 수단에 의해 보장될 수 있다. 특히, 상기 밸브는 본 출원인의 법적 전임자의 유럽 특허 공개 제 1 245 820 A1 호에 개시된 밸브일 수 있으며, 상기 문헌의 개시 내용은 본원의 요지, 특히 본원에 설명된 밸브와 관련하여 본원에 참조된다. 또한, 선회 작동식 밸브 부재는 편리한 방식 및 상대적으로 간단한 수단으로 배치되어, 개방된 상태에서 배기 가스의 유동에 가능한 적은 영향을 미쳐 밸브에서의 유동 저항을 최소화할 수 있다. 이와 관련하여, 출원인의 유럽 특허 공개 제 1 544 449 A1 호가 참조되며, 상기 문헌의 개시 내용은 본원의 요지, 특히 개방된 상태에서의 밸브 부재의 차폐와 관련된다.
입구측 상의 밸브의 배열이 전술된 장점을 제공한다고 하더라도, 이 영역은 발생되는 온도로 인해 밸브의 액추에이터에 대해서는 바람직하지 않다. 이를 목적으로, 본 발명에 따라, 밸브용 액추에이터가 냉각기의 하우징 상에 제공되는 것이 제안된다. 따라서, 액추에이터는 유리한 방식으로 냉각된다. 특히, 액추에이터의 과도한 가열이 방지되고, 높은 작동 신뢰성이 얻어진다. 전술된 바와 같이, 냉각기의 하우징은 예를 들어, 대응하는 라인을 통과하여 유동하는 배기 가스를 냉각하는데 사용되는 냉각제(통상 액체임)를 수용할 수 있다. 따라서, 냉각기의 하우징 역시 냉각되며, 이는 유리하게, 액추에이터에 대한 대응하는 냉각 효과를 가져온다. 또한, 액추에이터는 조정 부재로서도 언급될 수 있으며, 예를 들어, 전동기, 특히 DC 모터로서 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 배기 가스 재순환의 바람직한 전개가 특허청구범위에 청구된다.
선회 가능하게 작동되는 예를 들어, 대형 원형 밸브의 회전축의 배열은 항상 주요한 도전에 직면하게 된다. 특히, 회전축이 밸브 부재를 "통과하여" 연장되고, 이에 따라 밸브 부재의 에지가 차단되는 경우, 누설 방지 문제가 발생되곤 한다. 이러한 관점에서, 밸브 부재가 회전축에 대해 적어도 단일 편심되도록 제공되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 회전축은 폐쇄된 상태에서 볼 때, 유동 방향 또는 대향 방향으로 밸브 부재에 대해 오프셋 될 수 있으며, 이에 따라 밸브 부재의 에지가 차단될 필요가 없어, 신뢰할 수 있는 폐쇄가 보장될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 회전축은 폐쇄된 상태에서 볼 때 유동 방향에 대해 직교하는 방향으로 밸브 부재에 대하여 오프셋 되어, 즉 편심되어 제공될 수 있다.
전술된 바와 같이, 상기 밸브 부재가 그 전체 주위에서 밸브 시트를 폐쇄하는 것 즉, 그 에지가 본질적으로 차단되지 않는 것은 신뢰할 수 있는 폐쇄의 원인으로서 바람직하다.
액추에이터는 적어도 하나의 레버 및 커플링 로드와 같은 적어도 하나의 연결 부재를 통해 밸브에 연결된다. 이는 설계의 현저한 자유도를 제공하며 동시에 전술된 바와 같이 밸브가 "고온" 측 상에 배치될 수 있도록 하며, 액추에이터가 냉각된 구성요소 상에 배치될 수 있도록 한다.
설계의 자유도는 볼 소켓식 조인트가 적어도 하나의 레버와 적어도 하나의 커플링 로드 사이에 제공되어 추가로 증가된다.
신뢰할 수 있는 작동을 위해, 특히 밸브가 약간 개방되는 경우 커플링 로드 및 적어도 하나의 레버 바람직하게는 액추에이터의 레버가 적어도 밸브가 거의 폐쇄된 상태에서 서로에 대해 적어도 대부분 정렬되는 것이 유리하다. 전술된 약간 개방된 상태에서 압력 변동은 재순환된 배기 가스에서 발생할 수 있으며, 밸브 부재 상에 작용한다. 커플링 로드 및 특히 액추에이터 상에 제공되는 레버가 서로 정렬되는 경우 배기 가스로부터 밸브 부재 상에 작용하는 이러한 힘은 밸브 부재의 위치를 변경할 수 없게 되는데, 이는 어느 정도의 차단 또는 로킹 때문이다. 그 이유는 압력 변동의 결과로서 커플링 로드 상에 작용하는 힘의 방향이 본질적으로 액추에이터의 회전축을 통과하여 연장되고 이에 따라 액추에이터의 회전이 발생할 수 없기 때문이다. 밸브 부재의 약간 개방된 상태에서 커플링 로드와 적어도 하나의 레버를 대부분 정렬시키는 전술한 조치는 적어도 단일 편심적으로 제공되는 밸브 부재와의 결합에서 상당히 유리하다는 것이 증명되었으며, 이는 배기 가스 압력과 관련하여 완전히 균형을 이루지는 않는다. 이에 대한 이유는 배기 가스의 변동으로 인한 위치변경에의 비균형식 밸브 부재의 경향이 제거되기 때문이다. 따라서, 액추에이터와 밸브 사이의 전술된 매커니즘은 자체 로킹으로서 언급될 수 있다. 이러한 매커니즘 및 전술된 매커니즘에 대한 추가 상세에 대해 출원인의 유럽 특허 공개 제 1 462 643 A1 호 및 유럽 특허 공개 제 1 640 593 A1 호를 참조하며, 이들 문헌의 개시내용은 특히 개방 및 폐쇄 매커니즘에 관한 것이며 또한 특히 증가된 개방 및/또는 이에 의해 얻어진 폐쇄력에 관한 것으로 본 출원의 요지를 이룬다.
신뢰할 만한 작동 및 밸브의 위치를 제어 또는 조절할 수 있는 기회를 보장하기 위해 액추에이터가 적어도 하나의 위치 센서를 구비하는 것이 바람직하다.
재순환된 배기 가스의 양을 결정하는 배기 가스 재순환 밸브는 예를 들어 전술된 밸브로서 제공될 수 있다. 따라서, 배기 가스 재순환 밸브의 액추에이터는 바람직하게는 냉각기의 하우징에 장착된다.
재순환된 배기 가스의 온도를 조절하기 위해 재순환된 배기 가스의 온도가 전체적으로 보다 명확하게 조절될 수 있도록 (냉각기) 바이패스 밸브를 추가적으로 제공하는 것이 더욱 바람직하다. 이와 관련하여, 배기 가스 재순환 시스템의 컴팩트화의 관점에서 적어도 2개의 밸브, 예를 들어 배기 가스 재순환 밸브 및 바이패스 밸브가 하나의 하우징 내에 통합되는 것이 유리하다.
바이패스 밸브가 진공 액추에이터 또는 전기 액추에이터에 연결되는 것이 유리한 것으로 증명되었다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배기 가스 재순환 시스템의 사시 저면도,
도 2는 액추에이터 트랜스미션의 커버가 제거된 도 1에 따른 배기 가스 재순환 시스템의 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 시스템의 제 2 실시예에 대한 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 시스템의 일부에 대한 단면도.
본 발명은 첨부된 도면에 예시적으로 도시된 실시예를 참고하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1에 도시된 배기 가스 재순환 시스템(10)은 냉각기(12), 배기 가스 재순환 밸브(도 1에는 도시되지 않음), 액추에이터(14), 바이패스 밸브(16) 및 상기 바이패스 밸브(16)용 진공 액추에이터(18)를 구비한다. 재순환된 배기 가스는 입구(20)를 통해 공급된다. 도시된 본 실시예에서 상기 입구는 그 단부에 배기 가스 재순환 라인과의 연결을 위한 플랜지(22)를 구비한다. 도시된 본 실시예에서 입구(20)는 액추에이터(14)에 의해 작동되는 배기 가스 재순환 밸브가 제공되는 단부에서 대략 90°로 만곡된다. 배기 가스 재순환 밸브는 전술된 바와 같이 설계될 수 있으며, 재순환된 배기 가스의 양을 제어한다. 유동 방향에 있어 하류 측에는, 도시된 본 실시에서 배기 가스의 양을 제어하는 바이패스 밸브(16)가 존재하며, 상기 배기 가스는 대응적으로 절연된 바이패스 파이프(도시되지 않음)를 거쳐 안내되어 냉각기(12)를 통해 안내되지만 절연되지 않거나 일부만이 절연된 라인(도시되지 않음)에서의 경우보다 명확하게 낮은 냉각효과를 얻게 된다.
도시된 본 실시예에서, 냉각기(12)는 하우징(24)을 구비하며, 상기 하우징(24)은 냉각될 배기 가스가 유동하는 라인 및 적어도 하나의 바이패스 파이프에 배치된다. 냉각제, 예를 들어 물은 전술된 라인 및 파이프 주위에서 유동하며 적절한 입구 및 출구(그 중 하나가 도 1에서는 도면부호 "26"으로 지시됨)를 통해 공급 및 배출된다. 배기 가스 재순환 밸브용 액추에이터(14)는 냉각기의 냉각 하우징(24) 상에 배치되며, 이에 따라 바람직하지 않은 과도하게 높은 온도로부터 보호된다. 액추에이터(14)는 예를 들어 DC 모터로서 설계되며 모터축은 도 2에서 상세하게 도시되는 트랜스미션(28)에 연결된다. 트랜스미션의 출력부는 레버(30)에 의해 형성되며, 상기 레버(30)는 도시된 바와 같이 케이스 내의 볼 소켓 조인트를 통해 커플링 로드(32)와 연결된다. 배기 가스 재순환 밸브의 회전축 상에 배치된 레버(34)와의 연결은 추가의 볼 소켓 조인트를 통해 이루어진다. 이러한 이유로 그리고 특히 레버 및 커플링 로드(32)의 사용으로 인해 (고온) 입구측으로부터 명확한 거리에서 액추에이터(14)를 배치하는 것이 유리하다. 또한, 특히 배기 가스 재순환 밸브와 그의 액추에이터 사이의 위치 관계에 있어서 볼 소켓 조인트와의 결합으로 설계의 자유도가 커진다.
이는 트랜스미션의 커버가 제거된 평면도인 도 2에 추가적으로 도시될 수 있다. 따라서, 비교적 큰 피니언(38) 상에 작용하는 비교적 작은 피니언(36)을 갖는 모터축이 도시된다. 이는 치형(42)과 결합되는 추가의 소형 피니언(40)에 연결된다. 상기 세그먼트(42)는 레버(30)에 연결되며, 힘이 상기 레버에 의해 커플링 로드(32)에 전달되고, 레버(34)(도 1과 비교)를 통해 배기 가스 재순환 밸브로 전달된다. 치형 세그먼트(42)의 크기는 제공된 범위의 동작에 대략적으로 상응한다. 치형 세그먼트에서 관측한 경우 액추에이터가 위치 센서(44)를 구비하는 도 2에 추가적으로 도시될 수 있다. 결국 액체 냉각제용 입구 또는 출구(26)가 도 2에 도시될 수 있다. 도시된 본 실시예에서 주위 구성요소와의 배기 가스 재순환 시스템의 부착을 위한 지지부(46)가 추가로 제공된다.
도 3은 특히 액추에이터(14)로부터 배기 가스 재순환 밸브(도 3에 도시되지 않음)로의 힘의 전달에 관해 상이하게 설계된 추가적인 실시예를 도시한다. 액추에이터 또는 액추에이터의 트랜스미션의 "출력부"는 역시 레버(30)에 의해 형성되며, 상기 레버(30)는 볼 소켓 조인트를 통해 커플링 로드에 연결된다. 커플링 로드(32)와 배기 가스 재순환 밸브 사이의 연결은 또한 배기 가스 재순환 밸브의 회전축에 연결된 레버(34) 및 볼 소켓 조인트를 통해 이루어진다. 그러나 도시된 본 실시예에서 레버(30) 및 커플링 로드(32)는 거의 평행하게 정렬된다. 레버(34)는 레버(30) 및 커플링 로드(32)와 동일한 평면상에 위치될 수 있지만 도 3의 실시예에서 레버(34)는 도 3에 도시된 바에 따라 관측자를 향해 약간 "경사져" 있다.
바람직한 구성이 도 3에 도시될 수 있으며 커플링 로드(32) 및 액추에이터에 제공되는 레버(30)는 도 3에 도시된 배기 가스 재순환 밸브의 폐쇄 상태 또는 약간 개방된 상태에서 서로 대부분 정렬된다. 결과적으로, 밸브 부재에 작용할 수 있는 압력 변동은 밸브 부재의 위치를 변경할 수 없다. 이에 대한 원인으로서, 발생된 힘이 커플링 로드(32)의 방향으로 연장되고 그 후에, 레버(30)의 방향으로 연장되어 레버(30)의 회전축(48)을 통해 연장되기 때문이다. 힘이 대부분 상기 축 상을 통해 연장되기 때문에 레버 아암의 부재로 인한 압력 변동에 의한 어떠한 토크도 레버에 작용하지 않으며 이에 따라 이러한 압력 변동으로 인한 밸브 부재의 위치 변경에 대한 위험성도 없어진다.
따라서, 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 시스템은 이와 관련하여 높은 작동 신뢰성을 제공한다.
도 4에 도시된 단면도에서 배기 가스 재순환 밸브(50)는 개방된 위치로 도시된다. 전술된 이유로 인해, 회전축(52)은 밸브(50)에 대해 2방향으로 편심된다. 한편, 회전축은 상기 회전축(52)이 비차단식 환경을 갖고 그 전체 둘레를 따라 밸브 시트(54)를 폐쇄하도록 유동 방향(A)으로 밸브(50)에 대해 오프셋된다. 또한, 도 4에 도시된 바에 따라 회전축(52)은 바닥을 향해 오프셋되는데, 이는 개방 상태의 밸브가 대부분 유동 측에 위치되고 한정된 범위에 한해서 상기 유동에 영향을 미치는 것을 의미한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 시트(54) 및 상기 밸브 시트(54)와 대면하는 측 상의 밸브(50)의 에지 양자는 테이퍼진 형상으로 설계되어 가능한 신뢰할 수 있는 밀봉부를 얻을 수 있다.
또한, 바이패스 밸브(16)가 도 4에 도시되며, 상기 밸브(16)는 그 일단부에 회전축(56)을 갖고 일종의 트럼펫 밸브로서 설계된다. 도 4에 도시된 위치에서, 바이패스 밸브(16)는 냉각기(12)에서 냉각되는 파이프에 앞서는 영역을 폐쇄한다. 다른 위치, 즉 도 4에 도시된 위치에 대해 대략 60°반시계 방향으로 회전된 위치에서, 바이패스 밸브는 재순환된 배기 가스가 그 주위에 예를 들어, 물이 흐르는 냉각기 내의 파이프를 통과하여 완전히 유동하여 냉각되도록 바이패스 라인을 폐쇄한다. 바이패스 밸브(16) 및 배기 가스 재순환 밸브(50)가 공통의 일체형 하우징(58) 내에 통합된다는 점을 도 4를 통해서도 알 수 있다.
10: 배기 가스 재순환 시스템 12: 냉각기
14: 액추에이터 16: 바이패스 밸브
18: 진공 액추에이터 20: 입구
22: 플랜지 24: 하우징
28: 트랜스미션 30, 34: 레버
32: 커플링 로드

Claims (8)

  1. 배기 가스 재순환 시스템(10)에 있어서,
    냉각기 하우징(24) 및 적어도 하나의 밸브(50)를 구비한 적어도 하나의 냉각기(12)로서, 상기 적어도 하나의 밸브(50)는, 밸브 하우징 내에서 입구측(20) 상에 배치되며 제 1 평면에 수직인 밸브축 주위로 선회하는 선회 작동식(pivotably actuated) 밸브 부재를 갖춘, 상기 적어도 하나의 냉각기(12)와,
    상기 냉각기 하우징(24)에 장착되며, 적어도 하나의 레버(30, 34)를 거쳐 상기 밸브(50)에 연결되는, 밸브용 액추에이터(14)와,
    적어도 하나의 연결 부재를 포함하고,
    상기 액추에이터는 회전 가능한 출력부를 포함하며,
    상기 액추에이터의 회전 가능한 출력부의 회전축은 상기 밸브축에 대해 횡단하여 배치되고,
    상기 회전 가능한 출력부는 제 2 평면에 배치된 상기 적어도 하나의 레버 중 하나를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 레버(30, 34)와 상기 적어도 하나의 연결 부재 사이에 볼 소켓 조인트(ball-and-socket joint)가 제공되고,
    상기 제 1 평면과 상기 제 2 평면은 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 그의 회전축(52)에 대해 적어도 하나의 방향으로 편심되어 제공되는 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 부재는 그의 전체 둘레 주위에서 밸브 시트(54)를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연결 부재, 및 적어도 하나의 레버(30), 바람직하게는 상기 액추에이터(14)의 레버(30)는 상기 밸브(50)의 적어도 거의 폐쇄된 상태에서 적어도 대부분 서로 정렬되는 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액추에이터(14)는 적어도 하나의 위치 센서(44)를 갖는 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브(50)로서 배기 가스 재순환 밸브가 제공되며, 상기 밸브의 액추에이터(14)가 상기 냉각기 하우징(24)에 장착되는 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브(50)와 함께 공통의 하우징(58)에 통합되는 냉각기 바이패스 밸브(16)가 더 제공되는 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 바이패스 밸브(16)는 진공 액추에이터(18) 또는 전기 액추에이터에 연결되는 것을 특징으로 하는
    배기 가스 재순환 시스템.
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