KR20160026703A - 내연기관의 배기가스 라인용 밸브 - Google Patents

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KR20160026703A
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duct
sealing
shaft
circular
circumferential surface
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KR1020150116120A
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바레이스 베른트
하셀마이어 줄리안
빌데 패트릭
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보그와르너 에슬링겐 게엠바흐
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Abstract

내연기관의 배기가스 라인용 밸브(1)는 아래의 특징들을 갖는 것으로 설명된다. 밸브(1)는 유입구(3)와 유출구(4)를 구비하고 유입구(3)에서 유출구(4)로 배기가스를 유동시키는 덕트(5)를 구비한 하우징(2)을 가지며; 덕트(5)에는 샤프트(7)에 회전방지 방식으로 고정되는 잠금체(6)가 배치되고; 잠금체(6)는 샤프트(7)의 회전축(8)을 중심으로 축회전가능하고, 덕트(5)의 상류 부분(9)과 덕트(5)의 하류 부분(10)을 나누는 잠금 위치를 가지며; 잠금체(6)의 구역에서 덕트(5)의 내벽에는 2개의 가늘고 긴 돌출부들(17,18)이 배치되고, 돌출부들은 덕트(5) 안으로 돌출하고 덕트(5)의 원주 방향으로 그것들의 길이 방향(11) 만큼 연장하며; 돌기부들 중 하나(17)는 덕트(5)의 상류 부분(9)에 위치되고 다른 돌기부(18)는 덕트(5)의 하류 부분(10)에 위치되며; 각각의 돌기부들(17,18)은 덕트(5)의 길이방향(11)을 가리키는 밸브 시트(19,20)를 가지고, 두 밸브 시트(19,20)는 맞은편 방향에 위치하고; 잠금체(6)는 2개의 밀봉면들(21,22)을 가지며, 밀봉면들의 각각은 잠금체(6)의 잠금 위치에서 밸브 시트들(19,20) 중 하나에 기대어 놓이고, 잠금 위치에서 잠금체(6)의 축회전에 의해 각각의 밸브 시트(19,20)로부터 상승될 수 있으며; 밀봉면들(21,22)은 잠금체(6)의 반대면들에 배치되며; 폴리머로 된 밀봉재(30;31;32)가 밸브 시트들(19,20) 상에 배치되고, 밸브 시트들은 각각의 밸브 시트(19,20)에 속하는 돌출부(17,18)에 고정되고 잠금체(6)의 잠금 위치에서 잠금체(6)의 관련 밀봉면(21,22)에 의해 밀봉 방식으로 접촉되며; 샤프트(7) 또는 잠금체(6) 상에서 잠금체(6)의 가장자리의 영역에 원형의 원통형(circular-cylindrical) 원주면(25,26)이 샤프트(7)와 동축으로 배치되고; 그리고 밀봉재(30;33;34)는, 원형의 원통형 원주면(25,26)의 원주방향으로 연장하고, 덕트(5)의 상류 부분(9)을 향하는 적어도 원형의 원통형 원주면(25,26)의 부분에 기대어 밀봉 방식으로 놓여있다.

Description

내연기관의 배기가스 라인용 밸브{VALVE FOR AN EXHAUST GAS LINE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 1의 전제부의 특징들을 갖는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브에 관한 것이다.
이러한 저압 플랩 밸브들(low pressure flap valves)은 독일 공개특허 DE 10 2011 119 139 A1호 및 DE 10 2013 101 302 A1호로부터 공지되어 있고 특히 자동차들의 내연기관들에서 배기가스 복귀를 조절하는데 사용된다. 밸브의 잠금체(closure body)는 샤프트에 회전차단(torque-proof) 방식으로 고정되는 플랩이며, 샤프트에 직접 연결된 전자기 작동 드라이브(electromagnetic actuating drive)에 의해 축회전(pivot)된다. 플랩을 축회전시킴으로써, 복귀된 가스의 질량 흐름(mass flow)은 제어될 수 있다. 이러한 플랩 밸브들은 비교적 작은 전체 크기와 함께 비교적 큰 자유 단면(free cross-section)을 가지며, 그에 의해 작은 압력 강하에 의해 높은 질량 처리(mass throughput)가 가능하게 된다. 따라서, 플랩 밸브들은 바람직하게는 배기가스가 저압 배기가스 라인으로부터 획득될 때 사용된다. 밸브의 유출구로부터, 배기가스는 바람직하게는, 내연기관에, 예를 들면 압축기 상류로 공급되는 맑은 공기 흐름(fresh air flow)으로 공급될 수 있다.
배기가스 복귀는 내연기관의 배출물들(emissions), 특히 질소산화물 및 기타 오염물질들을 감축하기 위해 사용된다. 내연기관들에 대한, 특히 자동차의 내연기관들에 대한 법적인 배기가스 배출 요건들은 근래에 특히 유럽과 북미에서 이미 크게 증가되었으며, 앞으로 몇 년 동안 더 크게 강화될 것이다.
본 발명은 도입부에서 명명된 형태의 개선된 밸브를 제공하는 문제에 기초하며, 이것에 의해 내연기관들은 장래에 요구되는 감소된 배기가스 배출 요건들을 달성한다.
상기 문제는 청구항 1의 특징들을 갖는 밸브에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 추가의 개선점들은 종속항들의 주제이다.
본 발명에 따른 밸브는 저압 밸브이고 배기가스 복귀(return)에서 배기가스 복귀 밸브로 사용될 수 있다. 밸브는 유입구와 유출구를 구비하고 배기가스들을 유입구로부터 유출구로 향하도록 하는 덕트를 구비한 하우징을 가진다. 유입구는 내연기관의 저압 배기가스 라인과 연결될 수 있다. 저압 배기가스 라인에 만연한(prevailing) 배기가스 온도들은 실질적으로 고압 배기가스 라인에서보다 낮으며 대략적으로 160℃ 내지 180℃에 있다. 밸브의 유출구는 후레쉬 에어 덕트(fresh air duct)와 연결될 수 있으며, 후레쉬 에어 덕트는 연소에 필요한 맑은 공기를 내연기관에 공급하고, 특히 영역 하류에서 맑은 공기는 에어 필터를 통과하고 상류의 맑은 공기는 압축기 내로 유입된다. 잠금체가 덕트에 배치되며, 이 잠금체는 샤프트에 회전차단 방식으로 고정되고, 그리고 바람직하게는 금속으로 이루어진다. 잠금체는 샤프트의 회전축을 중심으로 축회전할 수 있고 잠금 위치(closed position)를 가지며, 이 잠금 위치에서 잠금체는 덕트의 상류 구간(upstream section)을 덕트의 하류 구간(downstream section)으로부터 분리한다. 따라서, 본 발명에 따른 밸브는 플랩 밸브이다. 밸브는 내연기관으로 복귀되는 배기가스 질량 흐름을 제어하는데 사용된다.
덕트의 내벽에서, 잠금체의 영역에, 덕트 내로 돌출하고 덕트의 둘레방향으로 길이방향 만큼 연장하는 2개의 가늘고 긴 돌출부들이 배치된다. 돌출부들 중 하나는 덕트의 상류 구간에 위치하고 다른 한 돌출부는 덕트의 하류 구간에 위치한다. 따라서, 돌출부들은 잠금체의 맞은 편들에 위치한다. 각각의 돌출부들은 덕트의 길이방향으로 향하는 밸브 시트를 가지며, 여기서 2개의 밸브 시트들은 마주하는 방향으로 향한다. 잠금체는 2개의 밀봉면들을 가지며, 이들 각각은 잠금체의 잠금 위치에서 밸브 시트들 중 하나에 맞대어 놓이고, 그리고 잠금체의 잠금 위치로부터 잠금체를 축회전시킴으로써 각각의 밸브 시트로부터 상승될 수 있다. 밀봉면들은 잠금체의 맞은 편들에 배치된다.
밸브는 샤프트와 연결된 전자기 작동 드라이브를 가질 수 있으며, 전자기 작동 드라이브는 다이렉트 드라이브(direct drive)로서 샤프트 상에 직접 놓일 수 있다. 전자기 작동 드라이브는 회전차단 방식으로 샤프트에 연결되는 자석 로터를 포함할 수 있다. 전자기 작동 드라이브는 또한 샤프트에 의하여 관통된 코일체(coil body)를 포함할 수 있다. 잠금체로부터 반대방향으로 향하는 샤프트의 단부에서, 센서 요소가 잠금체의 현재의 축회전 각도를 측정하기 위해 배치될 수 있다. 샤프트는 바람직하게는 하우징에서 회전가능하게 잠금체의 오직 일측에만 장착될 수 있다. 장착부는 바람직하게는 잠금체와 자석 로터 사이에 배치된 볼 베어링을 포함하고, 볼 베어링은 고 자력들을 신뢰성있게 수취할 수 있도록 자석 로터에 특히 근접하여 배치된다. 본 발명에 따른 밸브는 밸브 시트들에 배치되는 폴리머로 만들어진 밀봉재를 포함한다. 밀봉재는 탄성이 있고 바람직하게는 탄성체, 바람직하게는 플루오로고무(fluororubber; FKM)로 이루어지며, 플루오로고무는 바람직하게는 과산화수소 가교(peroxidically cross-linked)된다. 밀봉재는 바람직하게는 200℃까지 내열성(temperature-resistant)이 있으며, 배기가스에 존재하는 공격적인 물질들(aggressive substances)에 대하여 저항력이 있다. 밀봉재는 각각의 밸브 시트에 속하는 돌출부에 고정되고, 상기 잠금체의 연합된 밀봉면에 의해 잠금체의 잠금 위치에서 밀봉 방식으로 접촉된다. 잠금체의 가장자리의 영역에서, 원형-원통형 원주면은 샤프트 상의 또는 잠금체 상의 샤프트에 동축(coaxially) 배치된다. 연속 샤프트의 경우에, 이 원형-원통형 원주면은 샤프트의 원주면에 의해 직접 형성될 수 있다. 이것은 독일 공개특허 DE 10 2013 101 302 A1호에 개시된 밸브의 경우에서와 같이 잠금체가 샤프트를 관통하여 반경 방향으로 뻗어있는 슬롯에 배치되는 플레이트로서 구성될 때 특히 유리하다. 특히, 잠금체가 독일 공개특허 DE 10 2011 119 139 A1호에 개시된 밸브의 경우에서와 같이 샤프트가 배치되는 구멍을 구비한 형성부(shaped part)로서 구성될 때, 잠금체의 가장자리에 슬리브 형상부를 배열하는 것이 유리할 수 있으며, 이 슬리브 형상부는 동축으로 샤프트를 둘러싸고 상기 원형-원통형 원주면을 포함한다.
본 발명에 따르면, 밀봉재는 상기 원형-원통형 원주면의 둘레방향으로 연장하고, 덕트의 상류 구간과 면하는 적어도 원형-원통형 원주면의 영역과 밀봉 방식으로 접촉한다. 밀봉재는 바람직하게는 단일편으로 구성되지만, 밀봉 방식으로 서로 맞대어 놓여 있는 서로 분리된 여러 단면들로 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 밸브는 실질적인 장점들을 가진다:
ㆍ본 발명에 따른 밸브에 의해, 내연기관으로 복귀되는 배기가스의 양은 정확하게 조절될 수 있으며, 따라서 너무 많지도 너무 적지도 않은 배기가스가 복귀된다. 배기가스 복귀는 그 자체가 질소산화물 및 다른 오염물질들을 감축하는데 도움을 준다. 그러나, 만일 내연기관으로 복귀되는 배기가스의 질량 흐름이 너무 크면, 매연 생성이 더 증가되고 연료 소모가 더 커지며 내연기관의 성능이 더 낮아질 수 있다. 매연 생성이 증가되면 현대의 디젤 엔진들에 있는 매연 필터가 더 빨리 막히게 된다. 연료 소모가 증가되면 바람직하지 않은 방식으로 이산화탄소 배출이 증가된다.
ㆍ본 발명에 따른 밸브에 의해, 복귀된 배기가스의 질량 흐름의 매우 정확한 제어가 달성될 수 있다. 특히, 높은 부하 하에서 작동하는 내연기관의 경우에, 내연기관으로 복귀된 배기가스의 질량 흐름은 현대의 엔진들에 필요한 방법으로 한정된 방식으로 감소될 수 있으며, 따라서 특히 전부하에서 배기가스의 원하는 양보다 더 많지 않은 배기가스가 복귀된다. 이로써, 내연기관의 배출물들은, 특히 전부하에서 감소될 수 있는데, 그 이유는 복귀된 배기가스 양이 너무 많으면 여기서 최적의 연소가 이루어질 수가 없기 때문이다.
ㆍ유체공학에 대해 호의적인 플랩 밸브의 원리를 유지할 경우, 잠금체가 잠금 위치에서 축회전되었음에도 불구하고 여전히 상기 밸브의 유입구로부터 유출구까지 도달할 수 있는 배기가스의 누설 질량 흐름은 본 발명에 따른 상기 밸브에서 매우 크게 감소될 수 있다. 특히, 샤프트 주위에 반경방향으로 뻗어있는 누설 경로는 폐쇄된다. 본 발명에 따른 밸브에 의해, 시간당 2 킬로그램 미만의 누설 질량 유량이 달성될 수 있으며, 바람직하게는 누설 질량 유량이 시간당 1 킬로그램 미만까지도 감소될 수 있다.
ㆍ현대의 엔진들에서, 예를 들면 암모니아의 추가로써 배기가스 처리를 위한 추가의 촉매들 및 배열체들이 저압 배기가스 라인에 배치된다. 이 촉매들 및 배열체들은 본 발명에 따른 밸브의 유입구의 연결지점 하류의 배기가스 라인에 배치된다. 배기가스 처리를 위한 상기 촉매들 및 배열체들은 배기가스 라인에서 흐름 저항을 증가시키므로, 밸브의 유입구에 존재하는 압력이 증가한다. 이들 경우에, 본 발명에 따른 밸브는 또한 여전히 배기가스 질량 흐름을 정확하게 매우 잘 제어할 수 있으며, 동시에 잠금 위치에 위치한 잠금체로써 요구된 작은 누설 질량 흐름을 보장할 수 있다.
ㆍ밀봉재는 잠금체와 하우징 사이의 직접적인 접촉을 방지한다. 이것은 하우징 및/또는 잠금체가 금속, 특히 알루미늄으로 이루어질 경우 배기가스들에 의해 초래되는 잠금체 및/또는 하우징 상의 부식을 감소시킨다. 부식을 일으키는 공격(corrosive attack)이 잠금체의 밀봉면에 발생하고 또 거기에 평탄하지 않음(unevennesses)이 발생하였더라도, 밀봉재는 그의 탄성 때문에 이 평탄하지 않은 것들이 균형잡히게(balance out) 할 수 있으며 그에 의해 누설이 증가하는 것을 막을 수 있다.
바람직하게는, 밀봉재는 샤프트 상에 또는 잠금체 상에 배치된 상기 원형-원통형 원주면의 전체 둘레를 둘러싸고, 상기 원주면의 전체 둘레를 따라 상기 원형-원통형 원주면과 밀봉 방식으로 접촉한다. 이것은 샤프트의 베어링 및 작동 드라이브까지 샤프트를 연장시키는 덕트의 벽의 통로를 또한 밀봉재가 밀봉하는 장점을 갖는다. 그에 의해 분할 베어링 밀봉재가 생략될 수 있다. 만일 밀봉재가 원형-원통형 원주면에 맞대어 놓인 단면에서 덕트의 벽에 고정되고 잠금체의 축회전시 상기 원형-원통형 원주면에 걸쳐서 슬라이딩한다면 유리하다. 이것은 상기 샤프트의 단면이 홈에 의해 약화되지 않고, 상기 샤프트가 보다 단순하게 만들어질 수 있으며, 그리고 상기 밀봉재가 잠금체의 축회전시 하우징 내에서 이동하지 않는 장점을 갖는다.
유리한 실시형태에서, 밀봉재는, 원형-원통형 원주면에 맞대어 놓인 밀봉재의 단면과 돌출부들 중 하나에 고정된 단면 사이에 놓인 단면에, 상기 원형-원통형 원주면의 축방향으로 연장하는 밀봉립을 가지며, 상기 밀봉립은 밀봉 방식으로 상기 원형-원통형 원주면에 맞대어 놓이며 상기 잠금체의 축회전시 상기 원형-원통형 원주면에 걸쳐서 슬라이딩(slides)한다. 이로써, 샤프트 주위에 반경방향으로 뻗어있는 누설 경로는 특히 잘 밀봉될 수 있으며 특히 낮은 누설 질량 흐름이 달성될 수 있다. 따라서, 밀봉립을 통해 잠금 위치에서의 잠금체의 매우 양호한 밀봉이 달성된다. 바람직하게는, 밀봉립과 원형-원통형 원주면 사이에는 샤프트의 회전축과 평행한 방향으로 향하는 선형 접촉만이 발생한다. 그에 의해, 밀봉재의 긴 수명과 낮은 이력 손실들(hysteresis losses)을 보장하는 오직 작은 마찰만이 접촉선상에 발생한다. 잠금체의 특정한 축회전 각에 접근할 때 발생할 수 있는 작동 드라이브에서의 전류의 변동들(fluctuations)은 이 축회전 각이 잠금체의 열림 위치로부터 또는 잠금 위치로부터 접근되는지에 따라 좌우되며 “이력 손실들”로서 설계된다. 이력 손실들이 작을 경우, 작동 드라이브의 제어는 단순해진다.
바람직하게는, 샤프트는 하우징 내 잠금체의 오직 일 측에만 회전가능하게 장착된다. 비록, 이 실시형태에서는, 샤프트의 전체 베어링이 잠금체의 오직 일 측에만 위치하기 때문에, 샤프트가 베어링으로부터 반대쪽으로 향하는 잠금체의 가장자리를 지나 연장할 필요가 없고 또한 어떠한 분할 샤프트 스터브(separate shaft stub)도 거기에 필요하지 않지만, 밸브가 2개의 원형-원통형 원주면을 가지고 그 중 하나가 샤프트의 베어링 쪽으로 향하는 잠금체의 가장자리 부근에 배치되고 다른 하나가 샤프트의 베어링의 반대쪽으로 향하는 잠금체의 가장자리의 부근에 배치된다면 이러한 실시형태에서 유리하며, 여기서 밀봉재는 원형-원통형 원주면들의 둘 다에 맞대어 밀봉 방식으로 놓여 있다. 이로써, 잠금 위치에서의 잠금체의 특히 양호하고 간단한 밀봉이, 베어링 반대편에 놓인 잠금체의 상기 일 측에 위치하는, 2개의 돌출부들과 덕트의 벽 사이의 영역에서 보장된다. 본 발명에 따른 원형-원통형 원주면은 샤프트가 잠금체의 가장자리를 지나 잠금체에서 연장하기 때문에 베어링으로부터 반대쪽으로 향하는 잠금체의 가장자리 부근에 형성될 수 있다. 원형-원통형 원주면은 원형-원통형으로 형성된 영역, 예를 들면 샤프트 스터브가 잠금체 상에 형성되거나 장착되기 때문에 또한 형성될 수 있다. 밀봉재는 샤프트의 베어링으로부터 반대쪽으로 향하는 잠금체의 가장자리의 영역에서 - 샤프트의 회전축에 수직으로 놓인 평면에 대하여 - 샤프트의 베어링 쪽으로 향하는 잠금체의 가장자리의 영역에서 거울 반전(mirror-inverted) 방식으로 구성될 수 있다.
하우징은 바람직하게는 내열성 유리섬유 강화 열가소성수지(temperature-resistant glass-fibre-reinforced thermoplast), 특히 유리섬유 강화 PA6 또는 PPA로 이루어진다. 이로써, 하우징의 중량이 감소될 수 있으며, 그에 의해 자동차에 배치된 내연기관의 연료 소모가 감소될 수 있다. 또한, 밸브의 내식성이 더 증가된다. 2성분 사출성형 공정에서 밀봉재와 하우징을 생산하는 것은 유리하다. 여기서, 먼저, 하우징은 하우징 재료로부터 사출된다. 이후에, 전술된 탄성체의 밀봉재가 하우징 내의 적합한 위치에서 하우징 상에 직접 사출된다. 바람직하게는, 실물과 실물 접합 연결(substance-to-substance bonded connection)은 여기서 하우징 재료와 밀봉재의 재료 사이에 발생한다. 이것은 하우징의 매우 간단한 제작을 가능하게 한다. 밀봉재의 분리 장착은 생략된다. 또한, 추가의 밀봉재들, 예를 들면 유입구를 둘러싸는 밀봉재, 유출구를 둘러싸는 밀봉재 및/또는 하우징에 작동 드라이브를 고정시키기 위해 제공된 플랜지 상의 밀봉재가 하우징 상에 추가로 사출될 수 있다.
유리한 실시형태에서, 샤프트의 베어링 쪽으로 향하는 잠금체의 가장자리 부근에 배치된 원주면이 샤프트의 베어링으로부터 반대쪽으로 향하는 잠금체의 가장자리 부근에 배치된 원주면보다 더 큰 직경을 갖는 것이 제공될 수 있다. 이것은 밀봉재의 생산을, 특히 2성분 사출성형 공정에서 단순화할 수 있는데, 그 이유는 밀봉재의 각각의 내경들이 서로 다르고 따라서 사출성형이 더욱 간단하게 구성될 수 있기 때문이다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 잠금체가 잠금 위치에 도달할 때 밀봉재를 탄성적으로 변형시키는 잠금체의 축회전 운동을 제한하기 위한 하나의 스톱을 상기 밸브가 단지 가진다면 그것은 유리하다. 잠금체의 축회전 운동을 제한하는 단일 스톱은 잠금체의 잠금 위치가 매우 정확하게 정의되고 또한 각 개방 후 다시 정확하게 그리고 재생가능하게(reproducibly) 쓰일 수 있음을 보장한다. 잠금체의 잠금 위치로의 축회전시, 잠금체의 밀봉면들은 먼저 밸브 시트들의 영역에서 밀봉재를 터치한다. 잠금체의 추가적인 축회전시, 밀봉재는 잠금체에서 탄성적으로 변형된다. 점진적인 탄성 변형에 의해, 잠금체 상에 밀봉재에 의해 가해진 반력(counterforce)이 증가한다. 그러나, 이 반력은 온도의 기능 때문에 그리고 시간이 지남에 따라 변할 수 있는 밀봉재의 탄성에 의존한다. 따라서, 잠금체의 힘 조절된 잠금은 서로 다른 잠금 위치들로 이어질 것이므로, 밸브의 개방 지점은 잠금체가 그것의 잠금 위치로부터 축회전될 때 밀봉재의 변경된 탄성에 의해 이동할 것이고 복귀된 배기가스의 질량 흐름의 제어는 부정확하게 될 것이다. 본 발명에 따른 스톱은 잠금 위치에 위치한 잠금체가 덕트의 길이방향에 대하여 항상 동일한 직각 위치를 갖는 것을 보장한다. 따라서, 잠금 위치에 위치한 잠금체는 미리 정의된 양만큼 밸브 시트들 상에 배치된 밀봉 단면들을 변형시키며, 이 미리 정의된 양은 밀봉재의 탄성과 관계없이 항상 동일한 크기를 갖는다. 잠금 위치로 잠금체를 축회전시키기 위해 샤프트 상에 제공되는 회전력은 축회전시 밀봉재에 의해 가해진 반력들이 신뢰성이 있게 극복되고 스톱이 도달될 때까지 잠금체가 항상 축회전될 정도로 크도록 선택된다. 바람직하게는, 스톱은 잠금체에 직접 작동하므로, 잠금 위치에 도달할 때 잠금체는 스톱과 맞부딪친다. 만일 스톱이 돌출부들 중 하나에 장착될 경우, 특히 스톱이 덕트의 상류구간으로 향하는 밸브 시트를 갖는 돌출부 상에 장착될 경우 특히 유리하다. 이후 덕트의 상류 구간에 만연한 초과 압력이 잠금 위치에 있는 잠금체의 유지를 지원한다.
본 발명의 추가의 장점들 및 특징들은 도면들과 관련된 예시적인 실시형태의 아래 설명으로부터 명백해질 것이며, 도면들에서 동일한 부분들은 동일한 참조 번호들로 표시된다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브의 단면도,
도 2는 도 1의 단면 Ⅱ-Ⅱ에 따른 밸브의 단면도,
도 3은 도 1에 따른 밸브의 밀봉을 도시한 확대도,
도 4는 도 2에 따른 밸브의 밀봉을 도시한 확대도,
도 5는 도 1의 단면 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절단된 밸브의 사시도를 나타낸다.
내연기관의 배기가스 라인용 밸브(1)는 유입구(3) 및 유출구(4)를 구비한 하우징(2)을 갖는다. 하우징(2)은 유입구(3)로부터 유출구(4)로 배기가스들의 안내(directing)를 위한 덕트(5)를 포함한다. 덕트(5)에는 플랩(flap)으로서 구성되는 잠금체(closure body;6)가 배치된다. 잠금체(6)는 회전차단(torque-proof) 방식으로 샤프트(7)에 고정되며 샤프트의 회전축(8)을 중심으로 축회전할 수 있다. 잠금체는 잠금 위치를 가지며, 이 위치에서 잠금체는 덕트(5)의 상류 구간(9)을 덕트(5)의 하류 구간(10)으로부터 분리한다.
도 2 및 도 5에서, 잠금체(6)는 열림 위치로 도시된다. 도시되지 않은 방식으로 유입구(3)와 연결되는, 도시되지 않은 자동차의 저압 배기가스 라인으로부터 배출된 배기가스들은 덕트(5)를 통해 흐름 방향 A로 흐를 수 있으며, 도시되지 않은 방식으로 자동차의 후레쉬 에어 덕트(fresh air duct)와 연결되는 유출구(4)를 거쳐 다시 자동차의 내연기관으로 복귀될 수 있다. 도 2에 도시된 잠금체의 위치에서, 잠금체(6)는 최대 크기로 개방된다. 여기서 잠금체(6)는 덕트(5)의 길이방향(11)과 평행하다. 덕트(5)는 원형 단면을 갖는다. 잠금체(6)는 플레이트로서 구성되고 원형 또는 타원형의 외곽선(outer contour)을 갖는다.
도 1에서, 잠금체(6)는 잠금 위치로 도시된다. 잠금체(6)는 덕트(5)의 길이방향(11)을 가로지르는 방향으로 향해 있고, 유입구(3)로부터 유출구(4)까지의 통로가 폐쇄되도록 덕트(5)를 차단한다.
밸브(1)는 샤프트(7)와 연결된 전자기 작동 드라이브(electromagnetic actuating drive;12)를 가지며, 이 드라이브는 도시되지 않았지만 그 자체로 공지되는 방식으로, 샤프트(7)와 회전차단(torque-proof) 방식으로 연결된 자석 로터 및 샤프트에 의해 관통된 코일체(coil body)를 포함한다. 하우징(2)은 작동 드라이브(12)가 스크류들(14)로 고정되는 플랜지(13)를 포함한다. 샤프트(17)는 하우징 내의 잠금체(6)의 오직 일 측에, 즉 볼 베어링(15)을 통해 지지된다. 샤프트(7)용의 추가의 베어링(도시되지 않음)은 작동 드라이브(12) 내에 배치될 수 있다. 볼 베어링(15)의 맞은 편에 놓여 있는 잠금체(6)의 측면에는 베어링이 전혀 위치하지 않는다. 또한, 하우징(2)에는, 작동 드라이브(12)가 작동되지 않거나 고장났을 때 잠금체(6)를 잠금체의 잠금위치로 축회전시키는 복위장치(resetting device;16)가 배치된다.
잠금체(6)의 영역에서의 덕트(5)의 내벽에는, 덕트(5) 내로 돌출하고 덕트(5)의 둘레방향으로 길이방향 만큼 연장하는 2개의 가늘고 긴 돌출부(17 및 18)가 배치된다. 돌출부(17)는 덕트(5)의 상류 구간(9)에 위치하고 돌출부(18)는 덕트(5)의 하류 구간(10)에 위치한다. 따라서, 돌출부들(17,18)은 잠금체(6)의 맞은 편들에 놓여 있다. 돌출부(17)는 길이방향(11)으로 덕트(5)의 하류 구간(10) 쪽으로 향하는 밸브 시트(19)를 가진다. 돌출부(18)는 길이방향(11)으로 덕트(5)의 상류 구간(9) 쪽으로 향하는 밸브 시트(20)를 가진다. 잠금체(6)는 밸브 시트들(19,20)에서의 접합(abutment)을 위한 2개의 밀봉면들(21,22)을 가진다. 잠금체(6)의 잠금 위치에서, 밀봉면(21)은 밸브 시트(19)에 맞대어 놓이고, 밀봉면(22)은 밸브 시트(20)에 맞대어 놓인다. 잠금체(6)를 잠금 위치로부터 외부로 축회전시킴으로써, 밀봉면들(21,22)은 그것들의 각각의 밸브 시트(19,20)로부터 상승된다. 밀봉면들(21 및 22)은 잠금체(6)의 맞은 편들에 배치된다.
밸브(1)는 특히 도 3 및 4에서 볼 수 있는 밀봉재(30)를 포함한다. 밀봉재(30)는 단일편으로 구성되고, FKM으로 이루어지며 복수의 기능 단부들(functional sections; 31,32,33,34,35)을 가진다. 그러나, 밀봉재(30)는 또한 여러 부분들로, 예를 들면 밀봉 방식으로 서로 맞대어져 놓인 분할 밀봉재들로서 구현되는 개개의 기능 단부들(31,32,33,34 및/또는 35)에 의해 구성될 수 있다. 단순화를 위해, 밀봉재들이 서로 단일편으로 바람직하게 연결되더라도 하기에 “밀봉재들(31,32,33,34,35)”로서 기술된다.
밸브 시트(19)에 밀봉재(31)가 배치되고. 밀봉재는 돌출부(17)에 고정되며 밀봉 방식으로 밀봉면(21)에 의해 잠금체(6)의 잠금 위치에 접촉된다. 밀봉재(32)는 밸브 시트(20)에 배치되고 돌출부(18)에 고정된다. 잠금체(6)의 잠금 위치에서, 밀봉재(32)는 밀봉면(22)에 의해 밀봉 방식으로 접촉된다. 돌출부들(17,18) 각각은 밀봉재(31,32)를 수납하기 위한 홈 형상의 덕트를 가지며, 덕트는 각 돌출부(17,18)의 길이방향으로 연장한다.
베어링(15)과 면하는 잠금체(6)의 가장자리의 영역에는, 원형-원통형 원주면(25)이 배치된다. 원형-원통형 원주면(26)은 베어링(15)으로부터 반대쪽으로 향하는 잠금체(6)의 가장자리의 영역에 배치된다. 원형-원통형 원주면들(25,26)은 샤프트(7)의 원통형 외곽선에 의해 형성된다. 원형-원통형 원주면(26)은 잠금체(6)에 고정될 수 있는 샤트트(7)로부터 분리된 샤프트 스터브(shaft stub)에 의해 대안적으로 또한 형성될 수 있다. 밀봉재(33)는 원형-원통형 원주면(25)의 둘레방향으로 연장하고, 원형-원통형 원주면(25)의 전체 원주를 둘러싸며, 그리고 원형-원통형 원주면(25)의 전체 둘레를 따라 원형-원통형 원주면(25)과 밀봉 방식으로 접촉한다. 밀봉재(34)는 원형-원통형 원주면(26)의 둘레방향으로 연장하고, 원형-원통형 원주면(26)의 전체 원주를 둘러싸며, 그리고 원형-원통형 원주면(26)의 전체 둘레를 따라 원형-원통형 원주면(26)과 밀봉 방식으로 접촉한다. 밀봉재들(33,34)은 덕트(5)의 벽에 고정되고, 그리고 잠금체(6)의 축회전시 밀봉재들의 각각의 원형-원통형 원주면(25,26)에 걸쳐서 슬라이딩(slide)한다. 밀봉재(33)가 이미 베어링(15)을 밀봉한 경우에도, 기밀을 개선하기 위해 밀봉재(33)와 베어링(15) 사이에 밀봉링(23)이 샤프트에 추가로 제공될 수 있다.
밀봉재(32)로부터 밀봉재(33)까지의 사이 구간(transition)에 밀봉립(35)이 배치된다. 밀봉립(35)은 원형-원통형 원주면(25)의 축방향으로 연장한다. 밀봉립(35)은 원형-원통형 원주면(25)에 밀봉 방식으로 접촉하고, 잠금체의 축회전시 원형-원통형 원주면(25)에 걸쳐서 슬라이딩한다. 동일한 방식으로, 밀봉립(35)은 밀봉재들(31과 34 뿐만 아니라 32와 34, 31과 33) 사이에 각각 배치된다. 밀봉립들(35)을 통해, 잠금 위치에서의 잠금체(6)의 특히 양호한 기밀이 보장된다.
또한, 유입구(3)를 둘러싸는 밀봉재(36)와 유출구(4)를 둘러싸는 밀봉재(37)가 하우징(2)상에 배치된다. 하우징(2)은 PPA GF 50의 사출형성부품(injection moulded part)으로서 생산된다. 밀봉재들(30 내지 37)은 2성분 사출성형 공정(two-component injection moulding process)에 의해 하우징(2) 상에 사출된다. 추가의 밀봉재(도시되지 않음)는 작동 드라이브(12)와 면하는 플랜지(13)의 표면에 장착될 수 있다. 밀봉재들(30 내지 37)은 하우징에 배설된 덕트들을 연결함으로써 서로 연결되며, 덕트들은 단순화의 이유를 위해 도면들에 도시되지 않았다. 연결된 덕트들은 하우징의 표면 위(on) 또는 아래(under)를 지나갈 수 있으며, 밀봉재들(30 내지 37)이 하나의 스프루(sprue)로부터 사출되는 것을 가능하게 한다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 샤프트(7)는 잠금체(6)를 수납하도록 슬롯화(slotted)된다. 원형-원통형 원주면(25)의 영역에는 샤프트(7)를 반경방향으로 통과하고 잠금체(6)가 놓여지는 슬롯(27)이 배치된다. 원형-원통형 원주면(26)의 영역에는 샤프트(7)를 반경방향으로 통과하고 잠금체(6)가 놓여지는 슬롯(28)이 배치된다. 원형-원통형 원주면들(25,26)은 각각의 슬롯(27,28)과 붙어 있고 부분적으로 슬롯에 의해 관통된다. 베어링(15)과 면하는 잠금체(6)의 가장자리 부근에, 원형-원통형 원주면(25), 밀봉재(33), 슬롯(27), 및 원형-원통형 원주면(25)에 맞대어 놓인 2개의 밀봉립들(35)의 조합을 통해, 특히 양호한 밀봉 및 매우 미미한 누설 질량 흐름이 보장된다. 베어링(15)으로부터 반대쪽으로 향하는 잠금체(6)의 가장자리 부근의 조합(26,34,28 및 35)에 대해서도 유사한 방식으로 동일하게 적용된다.
잠금체(6)의 잠금 위치로의 축회전시, 잠금체의 밀봉면들(21,22)은 먼저 밀봉재들(31,32)과 접촉(touch)한다. 잠금체(6)의 추가적인 축회전시, 밀봉재들(31,32)은 함께 탄성적으로 눌려진다. 밸브는 잠금체의 잠금 위치 도달시 밀봉재(30)를 탄성적으로 변형시키는 잠금체(6)의 축회전 운동을 제한하기 위한 단일 스톱(stop;29)를 가진다. 스톱(29)은 돌출부(18)에 배치되고, 돌출부는 덕트(5)의 상류 구간(9)을 향하는 밸브 시트(20)를 갖는다. 잠금체(6)는 잠금 위치에 도달시 스톱(29)에 맞부딪친다. 따라서, 잠금 위치는 밀봉재들(31,32)에 의해 정의되지 않고 오히려 스톱(29)에 의해 정의된다. 잠금체(6)는 돌출부(17)와 접촉하지 않는다.
1 : 밸브
2 : 하우징
3 : 유입구
4 : 유출구
5 : 덕트
6 : 잠금체
7 : 샤프트
8 : 회전축
9 : 상류 구간
10 : 하류 구간
11 : 길이방향
12 : 작동 드라이브
13 : 플랜지
14 : 스크류들
15 : 볼 베어링
16 : 복위장치
17 : 돌출부
18 : 돌출부
19 : 밸브시트
20 : 밸브시트
21 : 밀봉면
22 : 밀봉면
23 : 샤프트 밀봉링
25 : 원주면
26 : 원주면
27 : 슬롯
28 : 슬롯
29 : 스톱(stop)
30 : 밀봉재(seal)
31 : 밀봉재(seal)
32 : 밀봉재(seal)
33 : 밀봉재(seal)
34 : 밀봉재(seal)
35 : 밀봉립
36 : 밀봉재(seal)
37 : 밀봉재(seal)
A : 흐름방향

Claims (15)

  1. ㆍ밸브(1)가, 유입구(3) 및 유출구(4)를 구비하며 상기 유입구(3)로부터 상기 유출구(4)로 배기가스를 향하도록 하는 덕트(5)를 구비한 하우징(2)을 갖고;
    ㆍ상기 덕트(5)에, 회전차단 방식으로 샤프트(7)에 고정되는 잠금체(6)가 배치되고;
    ㆍ상기 잠금체(6)는 샤프트(7)의 회전축(8)을 중심으로 축회전가능하고 잠금 위치를 가지며, 이 잠금 위치에서 상기 잠금체(6)가 상기 덕트(5)의 상류 구간(9)을 상기 덕트(5)의 하류 구간(10)과 분리시키고;
    ㆍ상기 잠금체(6)의 영역의 상기 덕트(5)의 내벽에 2개의 가늘고 긴 돌출부들(17,18)이 배치되고, 상기 돌출부들은 상기 덕트(5)내로 돌출하며 상기 덕트(5)의 둘레방향으로 상기 돌출부들의 길이방향 만큼 연장하고;
    ㆍ상기 돌출부들 중 하나(17)는 상기 덕트(5)의 상류 구간(9)에 위치하고, 다른 돌출부(18)는 상기 덕트(5)의 하류 구간(10)에 위치하며;
    ㆍ상기 돌출부들(17; 18)의 각각은 상기 덕트(15)이 길이방향(11)으로 향하는 밸브 시트(19; 20)를 가지고, 여기서 상기 2개의 밸브 시트들(19,20)은 마주하는 방향으로 향하며;
    ㆍ상기 잠금체(6)는 2개의 밀봉면들(21,22)을 갖고, 상기 밀봉면들의 각각은 잠금체(6)의 잠금 위치에서 밸브 시트들(19,20) 중 하나에 맞대어 놓여지고, 잠금 위치로부터 빠져나온 잠금체(6)의 축회전에 의해 각각의 밸브 시트(19;20)로부터 상승될 수 있으며;
    ㆍ상기 밀봉면들(21,22)은 상기 잠금체(6)의 맞은 편들에 배치되는 구성을 갖는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브(1)에 있어서,
    ㆍ폴리머로 이루어진 밀봉재(30; 31; 32)가 밸브 시트들(19,20)에 배치되고, 상기 밀봉재는 각각의 밸브 시트(19,20)에 속해 있는 돌출부(17;18)에 고정되며, 잠금체(6)의 잠금 위치에서 상기 잠금체(6)의 연합된 밀봉면(21;22)에 의해 밀봉 방식으로 접촉되며;
    ㆍ상기 샤프트(7) 상의 또는 상기 잠금체(6) 상의 상기 잠금체(6)의 가장자리의 영역에서, 원형-원통형 원주면(25;26)이 샤프트(7)에 동축으로 배치되고; 그리고
    ㆍ상기 밀봉재(30; 33; 34) 는 원형-원통형 원주면(25;26)의 둘레방향으로 연장하고, 상기 덕트의 상류 구간(9) 쪽으로 향하는 적어도 상기 원형-원통형 원주면(25;26)의 영역과 밀봉 방식으로 접촉하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밀봉재(30; 33; 34)는 상기 원형-원통형 원주면(25;26)의 전체 둘레를 둘러싸고, 상기 원주면의 전체 둘레를 따라 상기 원형-원통형 원주면과 밀봉 방식으로 접촉하는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    단면이 상기 원형-원통형 원주면(25;26)에 맞대어 놓여진 상기 밀봉재(30; 33; 34)는 상기 덕트(5)의 벽에 고정되고, 상기 잠금체(6)의 축회전시 상기 원형-원통형 원주면(25;26)에 걸쳐 슬라이드하는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    단면이 상기 원형-원통형 원주면(25;26)와 맞대어 놓여 있는 단면(33;34)과 상기 돌출부들(17;18) 중 하나에 고정된 단면(31;32) 사이에 놓여 있는 상기 밀봉재(30)는 상기 원형-원통형 원주면(25;26)의 축방향으로 연장하는 밀봉립(35)을 가지며, 상기 밀봉립(35)은 상기 원형-원통형 원주면(25;26)과 밀봉 방식으로 접촉하고, 상기 잠금체(6)의 축회전시 상기 원형-원통형 원주면(25;26)에 걸쳐 슬라이딩하는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉재(30)는 단일편으로 구성되는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤프트(7)는 상기 하우징(2)내 잠금체(6)의 오직 일측에 회전가능하게 지지되는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  7. 제 6항에 있어서,
    원형-원통형 원주면들(25;26)을 갖고, 상기 원주면들 중 하나(25)는 상기 샤프트(7)의 베어링(15) 쪽으로 향하는 상기 잠금체(6)의 가장자리 부근에 배치되고, 다른 하나(26)는 상기 샤프트(7)의 상기 베어링(15)으로부터 반대쪽으로 향하는 상기 잠금체(6)의 가장자리 부근에 배치되며, 상기 밀봉재(30, 33, 34)는 원형-원통형 원주면들(25;26) 둘 다에 밀봉 방식으로 접촉하는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 샤프트(7)의 상기 베어링(15)쪽으로 향하는 상기 잠금체(6)의 상기 가장자리 부근에 배치된 상기 원주면(25)은 상기 샤프트(7)의 상기 베어링(15)로부터 반대쪽으로 향하는 상기 잠금체(6)의 상기 가장자리 부근에 배치된 상기 원주면(26)보다 큰 직경을 갖는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샤프트(7)는 상기 샤프트(7)를 반경방향으로 통과하는 적어도 하나의 슬롯(27;28)을 가지며, 상기 슬롯(27;28)에 상기 잠금체(6)가 배치되고, 상기 슬롯(27;28)은 특히 상기 원형-원통형 원주면들(25;26) 상에 접하는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉재(30)는 탄성체로 이루어진 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  11. 제 10항에 있어서,
    잠금 위치에 도달할 때 상기 밀봉재(30)을 탄성적으로 변형시키는 상기 잠금체(6)의 축회전 이동을 제한하는 단 하나의 스톱(29)을 갖는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 잠금체(6)는 잠금 위치에 도달할 때 상기 스톱(29)과 맞부딪치는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 스톱(29)은 상기 돌출부들(17;18) 중 하나에, 특히 상기 덕트(5)의 상류 구간(9)으로 향하는 상기 밸브 시트(20)를 갖는 상기 돌출부(18)에 장착되는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징(2)은 내열성이 있는 유리섬유 강화 열가소성수지로 이루어지는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉재(30;36;37) 및 상기 하우징(2)은 2성분 사출성형 공정으로 생산되는 내연기관의 배기가스 라인용 밸브.
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