KR20150138085A

KR20150138085A - 버터플라이 밸브

Info

Publication number: KR20150138085A
Application number: KR1020150075826A
Authority: KR
Inventors: 조셉 에르미다 도밍구에즈 존; 칼레 파칼 텔모
Original assignee: 보그워너 에미션스 시스템스 스페인, 에스.엘.유.
Priority date: 2014-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2015-12-09
Also published as: CN105276201A; EP2949974A1; US20150345644A1

Abstract

본 발명은, 폐쇄 위치에서의 내부 손실들을 감소시키도록 변형된 버터플라이 밸브에 관한 것이다. 본 발명에 따른 변형들은, 버터플라이 밸브의 플랩(flap)의 샤프트(shaft)를 통하여 주로 발생하는 손실들을 감소시킨다. 본 발명은, 배기가스재순환(egr; exhaust gas recirculation) 시스템에 의하여 흡입(intake)으로의 도입을 위한 배기가스들을 관리하기 위하여 내연기관들에서의 버터플라이 밸브의 사용에 있어서 특별히 중요하다.

Description

버터플라이 밸브 {BUTTERFLY VALVE}

본 발명은, 폐쇄 위치에서 내부 손실들을 감소시키도록 변형된 버터플라이 밸브에 관한 것이다.

내연기관들, 주로 차량용을 목적으로 한 것들은 산화질소 배출을 감소시키기 위해 EGR 시스템을 포함한다. EGR 시스템은, 산소가 결여된 배기가스의 일부를 택하여 흡입으로 재유입 시킨다. 흡입으로 재유입된 배기가스는, 엔진의 연소 챔버로 들어가는 산소의 퍼센티지를 감소시켜, 결과적으로, 연소 후 배출되는 산화질소의 퍼센티지를 감소시킨다.

배기가스들의 재유입은, 상기 가스의 사전 처리를 필요로 한다. 상기 가스는 하나 이상의 열교환기에 의하여 냉각되고 다운스트림(하류)에 배치된 요소들에 손상을 입힐 수도 있는 입자들의 통과를 방지하는 필터들을 통과한다. 컴프레셔-터빈 그룹들의 터빈들은, 입자들에 가장 민감한 요소들 중의 하나이다.

내연기관에서 공기의 양을 증가시키기 위한 컴프레셔-터빈 그룹들의 사용은, 엔진 출력을 증대시킨다. EGR 시스템은, 재순환가스가 컴프레셔 전에 유입되는가 또는 후에 유입되는가에 따라, 각각, 저압 또는 고압 EGR 시스템이라 일컬어 진다.

상기 EGR 시스템이 고압 EGR 시스템일 때, 엔진 인피드(도입)에 유입되는 재순환 가스는, 통상적으로 밸브, 소위 버섯꼴 타입 밸브(poppet-type valve)를 가지고 처리된다. 이러한 밸브들은 밸브의 양측들에서 매우 높은 압력차에도 불구하고 매우 잘 폐쇄한다. 그렇지만, 상기 밸브를 통과하는 배관이 복잡한 기하학적 형태를 가지기 때문에, 이러한 밸브들의 문제점은 높은 하중 손실이다. 이와 같은 밸브들은 기술분야에서 "다소 빠져 나갈 수 없는"이라 한다.

상기 EGR 시스템이 저압 EGR 시스템일 때, 재순환 가스는 저압에서 엔진 인피드(도입)에 유입되고, 버섯꼴 타입 밸브의 사용이 필요하지 않다. 단면에 변화가 없는 배관들을 사용할 수 있는 버터플라이 밸브들이, 보통으로 사용되고, 상당한 하중 손실을 일으키는 중대한 유동 전환을 방지한다. 이와 같은 밸브들은, 기술분야에서 "매우 빠져 나갈 수 있는"이라 한다.

비록 이러한 밸브들은 버섯꼴 타입 밸브들과 대등한 폐쇄역량을 갖고 있지 않더라도, 유입구와 유출구 사이의 압력차가 높지 않을 때, 손실들이 엔진 성능과 무관하기 때문에 지금까지 저압시스템에서 그것의 사용은 만족스러웠다.

상기 EGR 밸브는, 그것이 폐쇄되고 엔진이 풀 하중 상태에서 작동할 때 유입구와 유출구 사이에서 최고 압력차를 갖는다. 이 경우에 어느 정도 EGR 가스가 손실되기는 하지만, 풀 하중 상태에서 유입되는 공기유동이 높고 엔진 성능에 영향을 끼치지 않는다.

상기한 것에도 불구하고, 오늘날 점차 더 엄격해진 기준들에서 파생된 준수 사양들은, 이러한 EGR 가스 손실을 일으키는 것을 더 이상 허용하지 않는 여러 조건들을 강요하고 있다.

촉매 변환장치의 존재는, SO₂의 일부를 SO₃로 변환시키고, 그것이 물과 접촉했을 때, SO₃가 물과 결합하여 황산이 생기게 한다. 응결이 발생했을 때, 황산은 pH를 감소시키고 부식의 발생을 초래한다.

이러한 바람직하지 못한 결과를 방지하기 위해, 밸브가 폐쇄되었을 때 EGR 가스 손실 수준이 감소되어야만 한다.

이러한 조건들 하에서 및 이것의 사용으로 그와 같은 밸브에서의 손실들을 감소시키는 방법은, 기술분야에서 전혀 고려되지 않았고, 왜냐하면 지금까지는 획득된 손실들이 충분히 낮게 여겨졌고, 그리고 더 큰 압력차를 가진 배관을 폐쇄해야 할 경우에, 접근법은 디자인 단계에서 밸브의 타입을 변경하는 것이었다.

버터플라이 밸브의 폐쇄위치에서의 손실들을 감소시키기 위해 기술분야에서 사용되는 또 다른 대안은, 손실들이 항상 플랩과 배관의 내벽 사이의 접촉에서 발생한다는 점에 대한 이해에 근거하여, 가능한 가장 낮은 허용오차를 이용하여, 플랩의 서포트를 개선하는 것이었다. 그러나, 이 방식은 감소시킬 수 없는 한계가 있다는 점이 증명되었다.

유사하게, 또 다른 형태가 일본 특허 JP2013245625A에 기술된 바와 같이 알려져 있는데, 샤프트의 존재로 인한 플랩과 배관의 내벽 사이에서의 서포트의 방해는, 샤프트에 대한 경사 플랩 형태에 의하여 회피된다. 이러한 또 다른 형태는, 두 개의 끝단 위치들, 개방위치와 폐쇄위치 사이에 일시적으로 존재하는 위치들로 인한 문제점을 갖고, 폐쇄 서포트의 위치와 플랩 사이에서 기계적 간섭을 생성하여, 복잡한 형태를 갖거나 또는 심지어 이동가능한 서포트들과 함께 마감처리하여 해결되어야 한다.

본 발명은, 특허 WO2008/144686A1에 기술된 바와 같이 일반적인 버터플라이 밸브의 디자인을 변형하여, 샤프트가 플랩에 의해 한정된 평면에 포함되도록 한다. 상기 샤프트는, 상기 플랩이 회전하여 개방과 폐쇄를 생성하게 할 수 있다.

본 발명은, 폐쇄위치에서 손실들을 감소시키기 위해 버터플라이 밸브의 형태를 변형함으로써 상기에 기술된 문제점들을 극복한다. 그리하여 저압 EGR 시스템들에서 낮은 투과성 버섯꼴 타입의 밸브들의 사용은, 불필요하다.

상기 밸브의 변형은, 지금까지 기술분야에서 행해져 온 방법들과 달리, 플랩을 고정시키는 샤프트에 수행되었다. 배관의 내벽에 있는 상기 플랩의 서포트에 대한 개선점이 한계를 가진 것으로 알려지고 있다는 것을 고려하여, 실제에서 유체가 따라가는 실제 경로들이 손실들을 발생시키는 것을 증명하는 것이 불가능하고, 또는 접한 상태에 있고 마찰과 마모의 대상이 되는 벽들에 의하여 주로 한정된 윤곽 조건들에 의하여 부과된 어려움으로 인하여 시뮬레이션 기술들이 신뢰성이 높지 않고, 그 결과로 그 형상 및 위치에 변화들을 가하는 것을 고려하여, 손실들이 존재하도록 구축된 유체 통과의 경로(paths)가 가설에 의하여 가정되었다. 이 마지막 주장은, 다른 것들 중에서, 윤곽 조건들이 상기 경계 구역과 상기 경계 구역에 접촉한 하우징의 벽으로 구성된 표면에 가해진다는 사실에 근거한다.

본 명세서 전반에서, 개방과 폐쇄를 위한 상기 플랩이 수용된 상기 밸브의 상기 배관이 길이방향을 한정한다는 것이 이해될 것이다. 다음으로, 상기 플랩을 움직이는 상기 샤프트는, 이 길이방향에 가로질러 배치된다. 상기 배관의 길이방향 또는 상기 샤프트의 축방향은 본 명세서에서 적절하게, 문맥에 따라, 문장에서 참조로서 교대로 사용될 것이며, 둘 다 실질적으로 서로 직각이라는 것이 이해될 것이다.

하나 이상의 실시예들에 따르면, 상기 샤프트는, 캔틸레버 방식으로 배치되고 그 결과로 회전 기능을 가진 상기 밸브의 본체에 대한 고정이 상기 밸브의 내벽에 위치한 유입구를 가진 단일의 하우징을 통해 수행될 것이다. 다른 실시예들에 따르면, 상기 샤프트는 적어도 두 포인트들에서 지지되고 그 결과로 상기 샤프트는 상기 밸브의 내벽으로 입구를 가진 적어도 두 개의 하우징들 사이에서 연장된다.

손실들이 상기 샤프트를 통해 발생하고, 누출유동이 적어도 세 개의 구성요소들, 상기 샤프트의 하우징, 즉, 상기 샤프트의 외부 표면과 상기 샤프트의 외부 표면과 접촉하는 상기 하우징의 벽 사이에 도입되기 위해 상기 샤프트의 방향에 따른 축 구성요소; 상기 플랩에 의해 한정된 메인 평면의 다른 측으로 흐르는 경계 구성요소; 및 상기 샤프트의 방향을 따른 그러나 상기 배관으로 다시 접근하고 그러나 상기 플랩의 다운스트림 공간에 있는 상기 제1구성요소의 방향보다 반대 방향에 따른 제3축 구성요소를 가지는 경로를 따라간다는 것이 가설로서 고려되었다.

본 발명은 이러한 세 개의 경로들 중 적어도 하나를, 특히 상기 샤프트 주변 경계에서 주로 흐르는 상기 누설유동의 상기 제2경로 또는 구성요소를 차단 또는 적어도 축소시키는 특정 수단들을 도입하는 것을 제안한다. 상기 특정 해결 수단은 상기 샤프트와 상기 샤프트의 하우징의 벽 사이에 존재하는 것으로 추정되는 상기 유동의 통과의 차단 또는 축소를 포함한다. 본 발명에 따라 구축된 상기 수단들이 상기 밸브의 다른 구성요소들과 상호작용하여, 누출유동에 저항하고, 과도한 마모를 발생시키는 기계적 간섭 없이 상기 샤프트의 회전 또는 작동을 보장하기 위해 필요한 작은 공간들이 될 수 있는 구성요소들을 가진 형태 예들이 있기 때문에 용어 축소가, 명시된다.

본 발명에 따른 상기 밸브는, 상기 버터플라이 밸브의 특정 형태에 의하여 상기 누출유동의 제2구성요소를 위한 장벽 또는 축소를 구축함으로써 기술적 문제를 해결한다. 그 결과로 상기 버터플라이 밸브는:

- 상기 밸브에 의해 조절되는 유량 통로를 위한 배관과, 플레이트 구조를 갖는 플랩과, 상기 밸브의 개방과 폐쇄를 위해 상기 플랩을 작동시키기 위한 샤프트를 포함하며, 상기 샤프트는 축을 따라 연장하며, 상기 배관은 상기 샤프트를 수용하기 위한 제1하우징을 포함하며, 상기 제1하우징은 벽을 포함한다.

좀 더 바람직한 실시예들에 따르면, 상기 유동의 통과를 위한 상기 배관은, 상기 밸브의 본체에 형태화된 관상 캐비티에 의해 형태화된다. 상기 플랩은, 유동이 상기 배관의 메인 방향에 평행한 방향을 가질 때 상기 유동을 허용하거나, 유동이 본질적으로 가로지르는 방향을 가질 때 상기 유동을 막는 것에 의해 상기 유동의 통과를 결정하는 요소이다. 상기 방향이 상기 배관의 내벽에 대하여 상기 플랩의 에지를 끼워넣기 쉽게 기울어졌기 때문에 그 결과 감소된 누출 정도에 일치하는 지지가 생성되기 때문에 본질적으로 가로지른다고 일컬어진다. 상기 플랩은, 상기 샤프트와 일체화되고, 상기 샤프트의 회전은, 상기 플랩의 움직임을, 적어도 두 개의 끝단 위치들, 개방위치 또는 반 개방 위치 및 폐쇄위치 사이에서 구축한다.

플레이트 구조를 갖는 상기 플랩, 일 예로써, 판금으로 제작된 상기 플레이트는, 하나의 평면에서 주로 연장된다. 상기 플랩의 메인 평면으로 식별되는 상기 플랩의 중간면은, 본 명세서 전체에서 기준이 될 것이다. 상기 플랩이 폐쇄위치에 있을 때, 상기 메인 평면은 통상적으로 경사져 있고 상기 배관의 길이방향에 대하여 직각이 아니다.

상기 샤프트는,

o 플레이트 구조를 가지는 상기 플랩을 수용하고, 상기 플랩과 상기 샤프트의 축 둘 다 메인 평면에 포함되는 그루브와,

o 상기 샤프트에 상기 플랩을 부착하기 위한 고정 수단들과,

o 상기 샤프트의 제1하우징에 수용되고 그 결과로 상기 하우징의 상기 벽이 맞대어 배치되는 적어도 하나의 경계 구역과,

o 적어도 두 개의 끝단 위치들, 폐쇄위치와 비폐쇄위치 사이에서 상기 샤프트의 운동을 위해 액츄에이터와 운동학적으로 연결되도록 조정된 구동 구역을 포함하며,

o 상기 플랩은, 상기 샤프트가 폐쇄 위치에 있을 때 상기 배관의 통로를 폐쇄하기 위하여 형태화 된다.

상기 샤프트의 형태는, 상기 그루브의 내부에 플레이트 구조를 가진 상기 플랩을 수용하고 그 결과로 상기 플랩은 상기 그루브의 양측에서 나오도록 디자인된다. 플레이트는, 다른 두 개의 차원들과 비하여 상대적으로 작은 특정 두께를 가진 주로 2차원의 구조적 요소로서 이해된다. 플레이트 구조를 가진 상기 플랩을 제조하는 간단한 방법은, 타출판금 및 및 상기 경계에지에 있는 서포트들의 후속 가공을 통하여 얻는 것이다.

상기 유동의 통과를 폐쇄하기 위한 상기 플레이트의 두께를 고려하여, 상기 샤프트의 양측들에서 나오는 상기 플랩의 단면들은, 상기 플랩의 메인 평면과 상기 배관의 벽의 교차와 일치하는 형상을 가진 메인 평면을 따라 연장된다. 실시예들에 따르면, 상기 플레이트의 가장자리는, 가능한한 높은 수준으로 일치되도록 상기 배관의 내벽에 지지되기 위하여 의도된 표면을 생성하기 위하여 가공된다.

상기 구동 구역은, 상기 플랩의 개방과 폐쇄를 위해 상기 회전을 구동하는 액츄에이터와 운동학적으로 연결되도록 하는 상기 샤프트의 단면이다. 실시예들에서, 이 단면은, 상기 샤프트와 상기 액츄에이터의 구동 모터를 연결하는 최종 기어에 부착된 클램프로 잡기에 용이하도록 깔쭉깔쭉되어(knurled) 있다.

부가적으로, 상기 샤프트는, 이른바 경계 구역을 가지고, 이 구역은 상기 샤프트의 하우징의 벽과 축방향으로 일치하는(즉 동일한 축방향 위치를 갖는) 경계영역이고, 그 결과로 상기 벽이 상기 샤프트의 외부 표면에 맞대어 배치되는 것을 고려하여 이 벽이 상기 샤프트의 경계 구역에 반대되는 형태를 갖는 표면이다. 용어 "맞대어 배치된"은, 상기 벽과 상기 외부 표면이 서로 가까이 있어서 그 결과로 상기 벽과 상기 외부 표면 사이의 접촉이 배제되지 않는다 하더라도 틈새가 구축되어 이를 통해 누출유동이 생성되는 것을 가리킨다.

본 발명은 이 두 개의 표면들 사이에서 상기 누출유동의 차단 또는 축소를 구축한다.

상기 밸브는, 리니어 형태를 갖고 상기 플랩을 수용하는 상기 그루브에 인접하게 위치한 두 개의 탄성중합체의 실링 돌기들을 포함하며, 상기 각 돌기는 상기 샤프트의 길이방향에 따라 적어도 축방향으로 연장되도록 위치와 방향을 갖고, 폐쇄위치에서의 상기 플랩의 메인 평면과 상기 경계 구역을 따라서 상기 샤프트의 교차와 일치하며, 그리고 상기 돌기들은:

o 상기 샤프트의 상기 경계 구역의 표면으로부터 나와, 상기 제1하우징의 벽에 대하여 프레스하도록 조정되거나;

o 또는 상기 제1하우징의 벽으로부터 나와, 상기 샤프트의 상기 경계 구역에 맞대어 프레스 되도록 조정된다.

기술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 상기 샤프트는, 상기 메인 평면을 차례로 한정하는 플레이트에 따라 형태화된 상기 플랩을 수용하는 그루브를 가진다. 상기 메인 평면은, 각 측에 하나씩, 두 개의 축방향 라인들을 따라 상기 샤프트를 분할한다. 리니어 형태를 가진 상기 탄성중합체 돌기는, 적어도 양쪽 교차 라인들을 따라 연장된다. 보다 바람직한 예들에서, 상기 경계 구역은 상기 그루브에 인접한다. 그래서 상기 탄성중합체 돌기들은, 상기 플랩을 수용하는 상기 그루브를 한정하는 측면 입구들이 연장된 것처럼 보인다.

본 발명은, 두 가지 경우들을 고려하는데, 상기 탄성중합체의 실링 돌기들이 상기 샤프트에 있는 도면들에서 뒷받침된 상기 실시예들에서 하기에 상세히 기술되는 제1경우, 및 상기 탄성중합체의 실링 돌기가 상기 하우징의 벽에 있는 제2경우를 고려한다. 제1경우에 있어서, 상기 탄성중합체 돌기들은, 상기 샤프트와 함께 회전하고 상기 샤프트의 플랩의 메인 평면과 교차들과 항상 일치한다. 그러므로 상기 탄성중합체 돌기들은 직경방향으로 서로 반대의 위치들에 위치한다. 제2경우에 있어서, 상기 탄성중합체 돌기들은 고정되고 상기 플랩이 폐쇄위치에 있을 때 상기 플랩의 상기 메인 평면과 상기 샤프트 사이에서 교차들과 오직 일치한다. 그러나, 상기 플랩이 개방위치에 있을 때, 상기 밸브가 폐쇄되지 않았기 때문에 상기 유체가 누출될 수 있는 통로가 되는 것과는 더 이상 아무 문제가 되지 않는다.

상기 제1실시예들에 따르면, 상기 누출유동의 제2구성요소의 차단이나 축소는, 스크린 프린팅 기술에 의하여 상기 샤프트의 표면에 탄성 물질을 결합함으로써 수행된다. 스크린 프린팅은 탄성중합체가 표면에 증착되는 모든 기술로서 이해된다. 예로서, 특정 영역에 복수의 층들로 상기 탄성중합체를 증착시킬 수 있는 헤드를 이용하는 프린팅 기술들로 상기 탄성중합체를 증착시키는 것이 가능하다. 또 다른 증착 기술의 일 예는 오버몰딩이다. 이 기술에 있어서, 상기 탄성중합체 증착의 부조(엠보스)를 가진 몰드는, 상기 특정 영역에서 지지된다. 상기 탄성중합체 증착의 형태를 가진 캐비티는, 상기 몰드와 상기 증착 표면 사이에서 형성된다. 일단 상기 몰드가 상기 특정 영역의 표면에 적용되면, 상기 탄성중합체가 분사되어 고체화된다. 상기 모든 예들에서, 스크린 프린팅에 의한 증착은, 본 발명에서 구축된 바와 같이, 스크린 프린팅을 사용하여, 하기에 상세히 기술되는 바와 같이 탄성중합체 부분들에 의하여, 또는 하나의 기술을 다른 것과의 결합에 의하여, 두 개의 돌기들을 위한 적어도 하나의 리니어 형태를 포함한다

제2실시예들에 따르면, 상기 누출유동의 제2구성요소의 차단 또는 축소는, 이러한 목적을 위해 배치된 캐비티에 수용된 탄성중합체 부분을 포함함으로써 수행된다. 상기 제2실시예들은, 본 발명의 자세한 기술에서 보다 상세히 보여질 것이다. 상기 부분의 표면의 일부는, 상기한 누출유동의 차단 또는 축소를 형성하기 위하여 반대쪽 표면에 대한 압력을 통하여 접촉이 생성된다. 이 두 대안들이 명확성을 위하여 기술되었음에도 불구하고, 상기 누출유동의 차단 경계 또는 축소의 부분은, 한 부분에서는 스크린 프린팅 기술들의 결합에 의해 그리고 다른 부분에서는 탄성중합체 부분을 사용함으로써 형태화 될 수 있기 때문에 상기 대안들은 배타적이지 않다. 이것은, 예로서, 상기 플랩을 수용하는 상기 그루브의 연장과 스크린 프린팅에 의해 포함된 부분들에 인접한 경계 링의 포함과 같이 배치된 탄성중합체 부분을 사용하는 경우이다.

상기 샤프트에서의 누출유동과 관련하여 상기에서 세운 가설들 하에서 제안된 해결방법이 내부 누출들이 감소되는데 매우 효과적이라는 것이 실험에서 증명되었다. 이것은 누출들이 상기 플랩과 상기 밸브의 내벽 사이의 서포트에서 주로 발생한다는 것을 가정한 기술적 예상과 반대로, 상기 샤프트를 통한 누출들이 상기 유체 누출의 주 경로가 될 수 있기 때문이다.

누출유동의 1/3 내지 1/2이 상기 서포트와 상기 배관의 내벽 사이에서 발생하고 상기 유량의 1/2 내지 2/3가 상기 샤프트를 통해 발생한다는 것이 추정되었다. 상기 샤프트를 통한 상기 뉴출 유동의 축소 또는 차단을 위한 수단들의 포함은 본 실험들에서 효과적인 것으로 증명되었고, 총 유동이 전체의 50%에 이르는 퍼센티지까지 감소되었고, 상기 샤프트를 통한 누출은 거의 완벽하게 제거되었다.

상기 누출유동의 이와 같은 감소로, 버터플라이 밸브들은, 일 예로써, 해결하고자 하는 기술적 문제들을 구체화 할 때 설명된 부식과 관련된 것들과 같은, 더 많은 요구조건들 하에서 여전히 사용될 수 있다

본 발명에 따른 상기 변형들은, 주로 상기 버터플라이 밸브의 플랩의 샤프트를 통하여 발생하는 손실들을 감소시킨다.

본 발명은, 배기가스 재순환 시스템에 의하여 흡입으로의 도입을 위한 배기 가스들을 관리하기 위하여 내연기관들에서의 버터플라이 밸브들의 사용에 있어서 특히 중요하다.

본 발명에서 다른 특징들과 장점들은 첨부한 도면들을 참조하여, 단지 예시적이며 일 예에 의해 제한되지 않고, 보다 바람직한 예에 대한 하기의 상세한 설명에 근거하여 보다 명확히 이해될 것이다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예를 보여주는데, 상기 버터플라이 밸브의 측면도가 도시되어 있고, 상기 배관의 세로 축에 평행한 시각선이 있어 상기 폐쇄 위치에서의 상기 플랩을 볼 수 있다.
도 2a와 도 2b는, 상기 선행 도면의 일 예의 상기 밸브의 측면도를 보여준다. 상기 샤프트나 상기 플랩은, 상기 두 도면 어느 곳에서도 단면 처리되지 않았다. 도 2a의 단면은, 상기 배관의 축에 평행한 방향에 대하여 약간 회전되어 있고 경사 위치에서의 상기 플랩을 보여준다. 그리고 도 2b는 상기 플랩의 메인 평면에 대하여 직각이고 경사 위치에서의 상기 배관의 단면을 보여준다.
도 3a는, 상기 플랩과 상기 베어링들이 있는 상기 선행 도면들에 도시된 상기 밸브의 샤프트의 상세도를 보여준다.
도 3b는, 상기 선행 도면의 상기 샤프트의 플랩에 직각인 횡단면을 보여준다.
도 4는, 다른 요소들 중에서, 분해 사시도에 따른 모든 것들, 상기 베어링들 뿐만 아니라 상기 플랩, 상기 스크류들 및 상기 탄성중합체 부분들이 있는 상기 선행 도면의 동일한 샤프트를 보여준다.
도 5는, 상기 플랩이 폐쇄위치에 있을 때 상기 플랩의 중간 평면에 따라, 상기 선행 도면들에 도시된 상기 밸브의 단면을 보여준다.
도 6은, 상기 플랩이 폐쇄되었을 때 상기 플랩의 중간평면에 수직인 평면에 따라, 상기 선행 도면들에 도시된 상기 밸브의 단면을 보여준다.
도 7은, 상기 조립을 용이하게 하기 위하여 절단되고, 도넛 형상(환상) 요소를 가지며, 또 다른 실시예에 따른 탄성중합체를 갖는 부분의 세부를 보여준다.
도 8은 경계 노치에서 도넛 형상 요소를 수용하기 위해 변형된 샤프트에 상기 탄성중합체의 조립을 위한 조립순서를 보여준다.

본 발명의 제1측면에 따르면, 본 발명은 감소된 누출유동을 갖는 버터플라이 밸브이다. 도 1은, 상기 밸브(1)의 측면도를 보여주는데 상기 밸브(1)를 축소시키는 상기 배관(1.1.1) 내부를 볼 수 있게 한다. 상기 배관(1.1.1)은, 상기 배관(1.1.1)을 가로질러 샤프트(1.2)에 일체화된 플랩(1.3)에 의하여 폐쇄된다. 상기 실시예에서 상기 샤프트(1.2)는, 두 개의 포인트들에서 지지되지만, 다른 캔틸레버 형태들도 가능하다.

상기 샤프트(1.2)는, 평면 판금에 따라 형태화 된 상기 플랩(1.3)을 수용하는 평면 그루브(1.2.1)를 갖는다. 상기 플랩(1.3)은, 상기 샤프트(1.2)와 상기 플랩(1.3) 둘 다를 관통하는 두 개의 스크류들(1.4)에 의하여 고정된다. 도 2a는, 경사 위치에 있는 상기 플랩(1.3)을 보여주는데, 상기 플랩(1.3)에 의하여 조절되는 상기 배관(1.1.1)의 중앙 축과 평행한 방향에 대해 약간 회전된 경사면에 따른 상기 밸브(1)의 단면을 보여주기 때문이다. 상기 플랩(1.3)은, 두 개의 끝단 위치들, 상기 배관(1.1.1)의 주축에 평행한 상기 플랩(1.3)을 갖는 개방 위치와, 상기 배관(1.1.1)의 내벽에 지지되는 상기 경사 플랩(1.3)을 갖는 제2폐쇄 위치를 갖는다. 다른 실시예들에 따르면, 상기 배관(1.1.1)은 상기 플랩(1.3)이 상기 폐쇄위치에서 지지되도록 조정된 서포트를 갖는다. 두 위치들은, 상기 샤프트(1.2) 및 상기 샤프트(1.2)와 함께, 상기 플랩(1.3)의 회전에 의하여 도달된다. 상기 플랩(1.3)의 형태는, 주로 타원형이며, 상기 폐쇄 위치에 대응하는 그것의 경사 방향에서 상기 플랩(1.3)의 플레이트의 메인 평면의 교차와 일치하고, 상기 배관의 원통형 표면을 갖는다.

상기 실시예에서, 상기 플랩(1.3)의 가장자리(에지)들은 상기 플랩(1.3)과 상기 배관(1.1.1)의 내벽 사이의 폐쇄부를 통과하는 누출유동을 감소시키기 위하여 가능한한 높은 수준으로 일치되게 평행한 표면들 사이에서의 서포트를 형성하도록 기계 가공되었다.

상기 실시예에서, 상기 샤프트(1.2)는, 상기 샤프트(1.2)의 각 끝단에 하나씩, 두 개의 베어링들(1.8)에 수용된다. 상기 베어링들(1.8)은, 상기 배관(1.1.1) 내부에서가 아니라 상기 밸브(1)의 외부를 향한 누출들을 방지하기 위한 누출 방지 오링 실(1.8.1)들을 내부에 갖는다.

도 2b는, 도 2a와 약간 다른 단면도인데, 단면의 평면이 상기 플랩(1.3)에 수직이다.

상기 샤프트(1.2)의 끝단들 중의 하나는, 제1하우징(1.5)을 통하여 상기 밸브(1)의 본체 내부에 들어가고, 다른 하나는 제2하우징(1.6)으로 들어간다.

두 하우징들(1.5, 1.6)은, 샤프트(1.2)의 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)을 둘러싸고 있는 원통형 표면(1.5.1, 1.6.1)에 따른 벽에 의해 형성된다. 상기 샤프트(1.2)의 자유로운 회전을 허용하기 위하여, 상기 원통형 벽(1.5.1)과 상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3) 사이에는 허용 오차가 있다.

도 2b는, 상기 그루브(1.2.1)를 보여주는데, 상기 그루브(1.2.1)는, 상기 실시예에서, 상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)의 축 치수와 대략 동일한 거리에 있을 때까지 상기 샤프트(1.2)의 축 방향을 따라 내부 끝단이 있는 위치에 도달할 때까지 양쪽 끝단들에서 연장된다.

상기 연장된 그루브(1.2.1)는, 상기 플랩(1.3)과 평행한 평면 캐비티를 생성하고, 실링 하우징(1.2.1.1)으로 참조되는 상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)과 축방향으로 일치하도록 위치한다.

상기 샤프트(1.2)의 양측들에서, 상기 실링 하우징(1.2.1.1)으로서 형성되고 상기 그루브(1.2.1)의 연장에 의해 생성된 상기 캐비티 내에서, 상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)에서 한정된 원통형 표면을 지나 상기 샤프트(1.2)의 양측까지 가로질러 연장된 평면 탄성중합체(1.7)에 의해 형성된 부분이 수용되어 있다. 평면 탄성중합체(1.7)의 연장 결과는, 상기 하우징(1.5, 1.6)의 내벽(1.5.1, 1.6.1)에 맞대어 어느 정도의 힘으로 지지하는 리니어 형태를 가진 탄성중합체 돌기(1.7.1)가 된다.

리니어 형태를 가진 상기 돌기(1.7.1)는, 도시된 방향에 따라서 수직으로 위치된, 도 2b에서 보여지는 경로를 따라가고; 상기 샤프트(1.2)의 축방향과 일치한다. 축방향으로 배치된 상기 돌기(1.7.1)는 경계 누출유동, 제2구성요소에 따른 유동을 위한 축소를 형성하거나, 또는 만약 상기 돌기(1.7.1)가 전체 누출유동을 막는다면 경계(베리어)를 형성한다.

이와 같이 형태화된 상기 돌기는, 상기 유동이 상기 샤프트(1.2)의 상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)의 표면과 상기 하우징(1.5.1, 1.6.1)의 벽 사이에서 축방향을 따라 들어갈 수 있게 하나, 상기 유동이 상기 플랩에 의해 한정된 평면의 일측으로부터 타측으로 가기 위해 경계쪽으로 흐르는 것을 허용하지 않는다. 따라서, 상기 플랩(1.3)의 폐쇄는 본 발명에 의해 제시된 해결 수단이 없는 버터플라이 밸브와 비교하여 보다 작은 누출유속들을 생성한다는 것이 실험적으로 증명되었다.

다른 실시예들에 따르면, 상기 돌기(1.7.1)는, 축방향으로 연장된 선에 따라서 스크린 인쇄에 의하여 상기 샤프트(1.2)의 표면에 탄성중합체를 증착함으로써 얻어지고, 상기 그루브(1.2.1)의 상기 연장(1.2.1.1) 이외에는, 도 2b 에서 보여지는 바와 같은 동일한 외형이 된다.

도 3b는, 도 3a에서 도시된 바와 같이, 상기 플랩(1.3)에 수직인 평면에 따른 상기 샤프트(1.2)의 단면을 보여준다. 상기 평면은, 상기 플랩(1.3)과 상기 탄성체(1.7)를 분할한다. 상기 샤프트(1.2)가 회전을 할 수 있게 하게 하는 상기 베어링들(1.8)은, 상기 샤프트(1.2)의 끝단들에 가까이 도시되어 있다. 도 3b에서 도시된 방향에 따라, 좌측 끝단에, 와셔(1.10)를 고정하는 서클립(circlip; 원형클립; 1.11)이 있어서, 축방향으로의 상기 샤프트(1.2)의 움직임을 방지한다.

상기 샤프트(1.2)의 반대 끝단에는, 구동 구역(1.5)에 널링(돌기)이 도시되어 있는데, 구동 수단들(1.9)의 구동 모터가 작동할 때 상대회전을 일으키지 않고 기어(1.9.1)와의 부착을 용이하게 하며, 상기 기어(1.9.1)는, 도 6의 단면도에 도시되어 있다.

상기 동일한 형태가 도 4의 사시도에 도시되어 있는데, 각 돌기들(1.7.1)이 상기 탄성체(1.7)의 양측들에서 반대쪽에 위치함과 함께, 상기 탄성중합체(1.7)에 의해 형성된 부분이 도시되어 있다.

도 7은, 또 다른 실시예를 보여주는데, 상기 탄성중합체(1.7)는, 상기 샤프트(1.2)의 상기 하우징(1.5, 1.6)의 상기 벽(1.5.1, 1.6.1)과 접촉하는 상기 샤프트(1.2)를 경계에서 둘러싸도록 조정되고 상기 탄성중합체(1.7)의 가장자리(1.7.1)들을 통하여 연결된 도넛 형상의 본체(1.7.2)를 포함하는 또 다른 실시예를 보여준다.

도 8의 시퀀스에서 도시된 바와 같이, 상기 샤프트(1.2)는, 상기 도넛 형상의 본체(1.7.2)를 수용할 수 있게 하는 경계 노치(1.2.4)를 갖는다.

상기 도넛 형상의 본체(1.7.2)를 가진 상기 탄성중합체(1.7)를 삽입할 수 있도록 하기 위하여, 상기 탄성중합체(1.7)의 메인 평면체는, 일측에서 하나의 돌기(1.7.1) 및 타측에서 또 다른 돌기(1.7.1)로 분할되도록 가로질러 분할된다(1.7.3).

상기 탄성체(1.7)가 탄성적으로 변형될 수 있는 것을 고려하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 단면(1.7.3)은, 상기 본체의 절반 두 개가 분리되도록 할 수 있다. 상기 변형된 형태는, 직경방향으로 대향된 절반의 탄성중합체를 2개 가지는 도넛 형상이다.

상기 도넛 형상의 본체(1.7.2)는, 상기 도넛 형상의 본체(1.7.2)가 상기 경계 노치(1.2.4)에 수용될 때까지 상기 탄성체(1.7)에 의해 형성된 부분을 축 방향으로 이동함으로써 상기 샤프트(1.2)에 삽입될 수 있다. 일단 상기 경계 노치(1.2.4)에 수용되면, 상기 절반 부분 두개는 탄성적으로 그 원래 형상을 회복하여, 상기 그루브(1.2.1)의 연장, 상기 실링 하우징(1.2.1.1)의 내부에 들어가고, 표면들을 서로 마주보는 상기 단면(1.7.3)과 일치시킨다.

상기 도넛 형상의 본체(1.7.2)는, 축 구성요소를 가지는 누출유동에 대한 경계 또는 축소를 구축하며, 상기 돌기(1.7.1)에 의해 형성된 실링을 향상시킨다. 상기 탄성체(1.7)의 본체와 상기 도넛 형상의 본체(1.7.2) 사이의 부착은, 끝단 영역에서 누출이 있는 것을 방지한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 부분으로 형성된 탄성중합체(1.7)와 스크린 프린팅에 의해 얻어진 돌기들을 결합하는 것이 가능하다. 이것은 스크린 프린팅에 의해 경계 요소를 추가하는 경우인데, 상기 탄성체(1.7)에 의해 형성된 부분과 스크린 프린팅에 의해 획득된 상기 경계 돌기의 결과로서, 평행하면서 직경방향으로 대향된 두 개의 세로 돌기들이 상기 샤프트에 배치된다. 또 다른 흥미로운 실시예는, 스크린 프린팅에 의해 얻어진 상기 샤프트에 배치되며 평행하면서 직경방향으로 대향된 두 개의 세로 돌기들, 및 하나의 링, 일 예로 도넛 형상의 링에 의해 형성되고, 상기 세로 돌기들의 끝단들에 접촉하거나 부착되도록 위치된 탄성중합체 물질로 이루어진 부분을 포함한다. 스크린 프린팅과 탄성중합체 부분들에 의하여 상기 탄성중합체 돌기(1.7.1)를 얻는 방법들의 조합은, 누출들이 발생될 수 있는 특정 영역들에서 개선을 할 수 있게 한다.

상기 예들 중 어느 하나에 있어서, 상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)에 맞대어 배치된 상기 하우징(1.5, 1.6)의 상기 벽(1.5.1, 1.6.1)과 상기 베어링(1.8) 사이의 공간은 그리스로 밀봉된다.

Claims

버터플라이 밸브(1)로서, 상기 밸브(1)에 의해 조절되는 유량 통로를 위한 배관(1.1)과, 플레이트 구조를 갖는 플랩(1.3)과, 축을 따라 연장하며 상기 밸브(1)의 개방과 폐쇄를 위해 상기 플랩(1.3)을 작동시키기 위한 샤프트(1.2)를 포함하는 버터플라이 밸브(1)로서,
- 상기 배관(1.1)은 벽(1.5.1)을 가지며 상기 샤프트(1.2)를 위한 제1하우징(1.5)을 포함하고,
- 상기 샤프트(1.2)는;
o 상기 플랩(1.3)을 수용하고, 상기 플랩(1.3)과 상기 샤프트(1.2)의 축 둘 다 메인 평면에 포함되는 그루브(1.2.1)와,
o 상기 샤프트(1.2)에 상기 플랩(1.3)을 부착하기 위한 고정 수단들(1.4)과,
o 상기 샤프트(1.2)의 제1하우징(1.5)에 수용되고 그 결과로 상기 하우징(1.5)의 상기 벽(1.5.1)이 맞대어 배치되는 적어도 하나의 경계 구역(1.2.2)과,
o 적어도 두 개의 끝단 위치들, 폐쇄위치와 비폐쇄위치 사이에서 상기 샤프트(1.2)의 운동을 위해 액츄에이터(1.9)와 운동학적으로 연결되도록 조정된 구동 구역(1.2.5)을 포함하며,
o 상기 플랩(1.3)은, 상기 샤프트(1.2)가 폐쇄 위치에 있을 때 상기 배관(1.1)의 통로를 폐쇄하기 위하여 형태화 되며;
상기 밸브(1)는, 리니어 형태를 갖고 상기 플랩(1.3)을 수용하는 상기 그루브(1.2.1)에 인접하게 위치한 두 개의 탄성중합체의 실링 돌기들(1.7.1)을 포함하며, 상기 각 돌기(1.7.1)는 상기 샤프트(1.2)의 길이방향에 따라 적어도 축방향으로 연장되도록 위치와 방향을 갖고, 폐쇄위치에서의 상기 플랩(1.3)의 메인 평면과 상기 경계 구역(1.2.2)을 따라서 상기 샤프트(1.2)의 교차와 일치하며, 그리고 상기 돌기(1.7.1)들은:
o 상기 샤프트(1.2)의 상기 경계 구역(1.2.2)의 표면으로부터 나와, 상기 제1하우징(1.5)의 벽(1.5.1)에 대하여 프레스하도록 조정되거나;
o 또는 상기 제1하우징(1.5)의 벽(1.5.1)으로부터 나와, 상기 샤프트(1.2)의 상기 경계 구역(1.2.2)에 맞대어 프레스 되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 밸브(1).
청구항 1에 있어서,
상기 밸브는, 상기 샤프트(1.2)의 축 방향에 따라서 상기 제1하우징(1.5)이 위치하는, 상기 배관(1.1)의 반대 측면에 위치된 상기 샤프트(1.2)의 제2하우징(1.6)을 포함하며, 상기 샤프트(1.2)는, 적어도 상기 제1하우징(1.5)과 상기 제2하우징(1.6) 사이에서 연장되고, 상기 제2하우징(1.6)은, 벽(1.6.1)을 포함하는 밸브(1).
청구항 2에 있어서,
상기 샤프트(1.2)는, 상기 제2하우징(1.6)에 수용되고 그 결과로 제2하우징(1.6)의 상기 벽(1.6.1)이 상기 제2경계 구역(1.2.3)에 대하여 배치되는 제2경계 구역(1.2.3)을 포함하고,
상기 밸브(1)는, 리니어 형태를 갖고 상기 플랩(1.3)을 수용하기 위한 상기 그루브(1.2.1)에 인접하게 위치한 두 개의 다른 탄성중합체의 실링 돌기들(1.7.1), 각 돌기(1.7.1)는, 상기 샤프트(1.2)의 길이방향에 따라 적어도 축방향으로 연장되도록 위치와 방향을 가지며, 각 돌기(1.7.1)는, 폐쇄 위치에서의 상기 플랩(1.3)의 메인 평면과 상기 제2경계 구역(1.2.3)을 따라서 상기 샤프트(1.2) 사이의 교차와 일치하며, 상기 돌기들(1.7.1)은:
o 상기 샤프트(1.2)의 상기 제2경계 구역(1.2.3)의 표면으로부터 나와 상기 제2하우징(1.6)의 벽(1.6.1)에 대하여 프레스하도록 조정되어거나;
o 또는 상기 제2하우징의(1.6) 벽(1.6.1)으로부터 나와 상기 샤프트(1.2)의 상기 제2경계 구역(1.2.3)에 대하여 프레스되는 밸브(1).
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄성중합체의 실링 돌기는, 스크린 프린팅에 의하여 포함되는 실링을 위한 탄성 물질의 증착을 포함하는 밸브(1).
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랩(1.3)을 수용하기 위한 상기 그루브(1.2.1)는, 상기 샤프트(1.2)의 측면들 중의 적어도 하나에 두 개의 개방 채널들을 수단으로, 그리고 축방향으로, 상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)을 따라서 상기 플랩(1.3)의 메인 평면의 교차들과 상기 샤프트(1.2)에 각각 일치하는 상기 샤프트(1.2)의 길이방향을 따라서 연장되며, 상기 탄성중합체의 실링 돌기는 각 개방 채널에 수용된 탄성중합체 부분으로써 형태화 되고, 상기 하우징(1.5, 1.6)의 상기 벽(1.5.1, 1.6.1)과 접하도록 조정된 압력 에지(1.7.1)를 포함하는 상기 탄성중합체 부분을 포함하는 밸브(1).
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플랩(1.3)을 수용하기 위한 상기 그루브(1,2,1)는, 상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)을 따라 상기 플랩(1.3)의 메인 평면과 상기 샤프트(1.2)의 교차와 일치하는 상기 샤프트(1.2)의 길이방향을 따라서 상기 샤프트(1.2)의 측면들 중 적어도 하나에 축 방향으로 연장되며, 실링 하우징(1.2.1.1)을 생성하는 본질적인 평면 캐비티에 따라, 상기 캐비티의 메인 평면은 상기 플랩(1.3)의 메인 평면에 포함되며, 한 쪽에서 다른 쪽으로 상기 샤프트(1.2)를 통과하며, 상기 탄성중합체의 실링 돌기는 상기 캐비티에 수용되며, 상기 플랩(1.3)과 상기 그루브(1,2.1)의 끝단 사이에서 상기 샤프트(1.2)의 축방향으로 및 상기 샤프트(1.2)에 대해 가로지는 방향으로 연장되는 탄성체(1.7)로써 형태화되고, 그 결과로 상기 탄성체(1.7)는, 양측들에서 상기 하우징(1.5, 1.6)의 상기 벽(1.5.1, 1.6.1)과 접촉하도록 조정된 압력 에지(1.7.1)를 포함하는 밸브(1).
상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)은, 원통형 단면인 밸브.
상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트(1.2)는, 한 개의 또는 두 개의 하우징들(1.5, 1.6)에서 베어링(1.8)에 수용되는 밸브(1).
청구항 8 및 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)은, 상기 샤프트(1.2)의 하우징들(1.5, 1.6) 중의 어느 하나의 벽(1.5.1, 1.6.1)에 접촉하고, 상기 배관(1.1)과 상기 베어링(1.8) 사이에서 상기 샤프트(1.2)의 축방향에 따라 위치되는 밸브(1).
상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄성체(1.7)는, 상기 샤프트(1.2)의 상기 하우징(1.5, 1.6)의 상기 벽(1.5.1, 1.6.1)과 접촉하는 상기 샤프트(1.2)를 경계에서 둘러싸도록 조정된 상기 에지들(1.7.1)를 통하여 연결된 도넛 형상의 본체(1.7.2)를 포함하는 밸브(1).
청구항 10 및 청구항 6에 있어서,
상기 실링 하우징(1.2.1.1)의 내부에 수용된 상기 탄성체(1.7)는, 조립이 용이하도록 절단(1.7.3)된 밸브(1).
청구항 10 또는 청구항 11에 있어서,
상기 샤프트(1.2)는, 상기 도넛 형상의 본체(1.7.2)를 지지하기 위한 경계 노치(1.2.4)를 포함하는 밸브(1).
상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 경계 구역(1.2.2, 1.2.3)에 맞대어 배치된 상기 하우징(1.5, 1.6)의 상기 벽(1.5.1, 1.6.1)과 상기 베어링(1.8) 사이의 공간이 밀봉되고 그리스로 윤활되는 밸브(1).
상기 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
EGR 밸브를 포함하는 EGR 시스템.