KR20170054543A

KR20170054543A - 자동차용 밸브 장치

Info

Publication number: KR20170054543A
Application number: KR1020177011950A
Authority: KR
Inventors: 피터 쾰른; 라이너 요하네스 몬티그니
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-17
Also published as: EP3215768A1; WO2016071289A1; DE102014222517A1; JP2018503030A; CN107076314A; US20170227130A1

Abstract

본 발명은, 하우징(1), 상기 하우징 내에 위치된 흐름 채널(2), 상기 흐름 채널(2)을 폐쇄하기 위해 상기 흐름 채널(2) 내에 배치된 플랩(3)으로서, 상기 플랩(3)은 상기 플랩(3)을 관통하는 핀(4)이 고정되는 구역을 갖고, 상기 핀(4)은 상기 하우징(1) 내에 회전 가능하게 장착된, 상기 플랩(3), 및 상기 흐름 채널(2) 내에 배치되고 상기 플랩(3)이 폐쇄된 위치에 있을 때 상기 플랩(3)과 접촉하는 밸브 안착부(7)를 포함하는, 자동차용 밸브 장치에 관한 것이다. 상기 밀봉부(8)는 상기 흐름 채널 내에 배치되고, 상기 플랩(3)을 향하는 상기 밀봉부(8) 측은 나머지 단면 영역보다 더 큰 벽 두께를 갖는 구역(14)을 갖고, 상기 구역(14)은 폐쇄된 상태에서 상기 플랩(3)과 대향하여 놓인다.

Description

자동차용 밸브 장치{VALVE DEVICE FOR A MOTOR VEHICLE}

본 발명의 대상은, 자동차용 밸브 장치로서, 하우징, 상기 하우징 내에 위치된 흐름 채널(flow channel), 상기 흐름 채널을 폐쇄하기 위해 상기 흐름 채널 내에 배치된 플랩(flap)으로서, 상기 플랩은 핀(pin)에 부착되고, 상기 핀은 상기 하우징 내에 회전가능하게 장착된, 상기 플랩, 및 상기 흐름 채널 내에 배치되고 상기 플랩이 폐쇄된 위치에 있을 때 상기 플랩과 접촉하는 밸브 안착부를 포함하는, 상기 자동차용 밸브 장치이다.

이러한 밸브 장치는 예를 들어 스로틀 플랩 지지체 또는 배기 가스 재순환 밸브로서 사용되고, 한 동안 알려졌었다. 플랩이 회전 가능하게 장착되기 때문에 흐름 채널을 완전히 폐쇄하거나 개방하여 질량 흐름을 제어할 수 있다. 특히 작은 개방 각도 범위에서 높은 규제 품질이 요구되기 때문에, 플랩과 밀봉부를 설계하는데 특히 주의를 기울여야 한다. 첫째, 밀봉부는 개방과 폐쇄시 높은 기계적 부하를 받아서, 이 때문에 밀봉부는 플랩 상에 배치되는 것이 아니라 하우징 내에 배치된다. 둘째, 원치 않는 동작 조건의 결과, 흐름 채널 내에 그리고 플랩 상에 결빙이 형성됨으로써 심지어 플랩의 움직임을 방해할 수 있다. 최악의 경우, 결빙이 형성되면 플랩이 움직이지 못할 수 있다. 이러한 이유로, 내연 엔진의 수냉식 회로에 연결된 채널을 하우징 내부의 흐름 채널 주위에 배치하여 밸브 장치의 하우징을 가열하는 것이 알려져 있다. 이에 따라 냉각수가 하우징을 가열한다. 이 밸브 장치의 단점은 냉각제 채널이 관련 포트를 갖기 때문에 하우징 설계가 복잡하다는 것이다. 또한, 결빙 방지 코팅을 갖는 흐름 채널을 구성하는 것이 알려져 있지만, 이 또한 비용의 증가를 초래한다.

본 발명은 작은 개방 각도에서부터 흐름 채널이 완전히 폐쇄된 상태에 이르는 범위에서 높은 규제 품질을 달성하는 밸브 장치를 형성하는 것을 목적으로 한다. 상기 밸브 장치는 또한 결빙이 형성되는 것으로 인해 상기 밸브가 막히는 것을 저비용으로 회피한다.

상기 목적은, 흐름 채널 내에 밀봉부가 배열되고, 플랩을 향하는 상기 밀봉부 측이 나머지 단면 영역(cross-section area)보다 더 큰 벽 두께를 갖는 구역을 구비하고, 이 구역은 폐쇄된 상태에서 상기 플랩과 대향하여 놓이는 것에 의해 달성된다.

상기 나머지 단면 영역보다 더 큰 벽 두께를 갖는 구역 - 이 구역은 폐쇄된 상태에서 상기 플랩과 대향하여 놓임 - 을 갖게 밀봉부를 구성하면, 이러한 방식으로 노출된 영역은 이 구역에서 상기 밀봉부가 가장 작은 내부 직경을 갖도록 형성되는 결과를 초래한다. 상기 플랩이 폐쇄된 위치에 있을 때 상기 플랩이 위치된 지역(zone)에 이 구역을 배치함으로써, 상기 플랩이 폐쇄된 위치에 있을 때 상기 흐름 채널이 신뢰성 있게 폐쇄되는 것이 보장된다. 이 구역에서 재료의 축적량이 더 많은 것으로 인해, 더 낮은 탄성이 생겨 밀봉 효과를 증가시킨다. 그러나 이 구역은 상기 플랩이 폐쇄된 위치에 위치된 구역에서만 형성되기 때문에 이 구역이 기하학적으로 확장(expansion)되는 것이 최소로 감소된다. 그 결과, 상기 밀봉부와 상기 플랩에 가해지는 부하는 물리적으로 극히 제한된 지역에서 발생하여 마모를 현저하게 감소시켜서 상기 밀봉부와 상기 플랩의 사용 수명을 연장시킨다. 또한, 상기 흐름 채널에 상기 밀봉부를 배치하면 설치 동안 손상될 위험을 상당히 감소시킨다.

유리한 실시예에서, 상기 흐름 채널의 직경에 따라, 더 큰 벽 두께를 갖는 구역은, 8° 내지 -8°, 바람직하게는 5° 내지 -5°, 특히 2° 내지 -2°의 상기 플랩의 선회 각도 범위에 걸쳐 연장되고, 직경이 더 큰 경우에는, 더 작은 선회 각도 범위가 선택될 수 있다. 여기서 상기 플랩이 폐쇄된 위치는 0°에 대응한다.

특히 높은 규제 품질을 위해, 더 큰 벽 두께를 갖는 구역은 상기 플랩이 폐쇄된 위치에 위치된 구역에서 판상으로 형성된다.

더 큰 벽 두께를 갖는 구역이 상기 플랩의 방향을 향하는 곡률을 갖는 경우 상기 밀봉부와 상기 플랩 사이에 최소 마모가 달성된다. 이러한 설계는 상기 밀봉부와 상기 플랩이 접촉하는 구역이 최소 공간으로 감소되는 것을 달성한다.

밀봉 립(sealing lip)은 나머지 밀봉 몸체에 비해 좁은 단면 영역을 갖기 때문에, 밀봉 립을 사용하면 큰 영역에 걸쳐 높은 탄성을 제공할 수 있다. 밀봉 효과를 공간적으로 작은 구역으로 제한하면서도, 그럼에도 불구하고 적절한 유연성을 보장하기 위해, 상기 밀봉부를 U-형상 또는 V-형상 단면을 갖게 구성하는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 원하는 유연성은 단면 영역의 2개의 레그에 의해 보장되고 단면 영역의 2개의 레그의 두께를 통해 특정 한계 내에서 조절될 수 있다.

밀봉 단면의 레그들 중 하나의 레그는 상기 플랩을 향하는 반면, 다른 레그는 상기 흐름 채널 내 상기 밀봉부를 위한 수용부(receiver)에 놓이는 경우 높은 유연성이 달성된다.

매우 높은 규제 품질을 위해, 상기 U-형상 또는 V-형상의 단면 영역의 정상부가 상기 플랩을 향하고, 상기 정상부의 반대쪽 상기 레그들의 단부들이 상기 흐름 채널 내 상기 밀봉부를 위한 상기 수용부에 놓이도록 상기 밀봉부는 상기 흐름 채널 내에 배치된다. 상기 레그들과 접촉하는 것에 의해, 이 배향에서 상기 플랩과 접촉하는 영역의 위치가 단지 약간만 변할 뿐, 상기 밀봉부를 정밀하게 한정된 위치에 제공하여, 최종적으로 상기 흐름 채널을 통해 흐르는 매체를 정밀하게 설정할 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 밀봉부는 좁은 단면 영역을 갖지만 상기 밀봉부가 보강 프로파일을 갖는 경우 적절한 형태 안정성을 갖게 생산될 수 있다.

가장 단순한 경우에, 상기 보강 프로파일은 상기 단면 영역에 대응하는 U-형상 또는 V-형상으로 구성된다. 이러한 방식으로, 상기 레그의 기능이 지원될 수 있다.

상기 보강 프로파일은 상기 단면 영역 내에 배치될 수 있다. 상기 보강 프로파일이 상기 레그들 내부에 걸쳐 연장되게 배치하되 일측이 상기 밀봉부와 접촉하고 상기 프로파일의 상호 마주보는 면들을 자유롭게 볼 수 있도록 하면, 상기 밀봉부를 생산하는 것이 더 용이해진다.

상기 보강 프로파일이 스프링 효과를 갖는 한, 상기 밀봉부의 탄성이 더 이상 재료 및 그 단면을 통해서만 달성될 필요가 없으므로, 이 실시예는 상기 밀봉부의 단면 영역을 더 감소시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 밀봉부는 보다 저렴하게 생산될 수 있다.

상기 밀봉부가 PTFE로 제조된 경우, 상기 밀봉부의 구역에서 결빙이 형성되는 동안, 엘라스토머로 제조된 밀봉부에 의해 양호한 유연성이 달성된다.

상기 밀봉부가 상기 흐름 채널의 수용부 내에 배치된 경우 상기 밀봉부를 배치하는 것이 특히 간단해진다.

가장 단순한 경우 상기 수용부는 반경 방향으로 외주 그루브(peripheral groove)이다. 다른 바람직한 실시예에 따라, 상기 수용부가 숄더(shoulder)이고 상기 밀봉부가 상기 숄더에 놓이는 경우, 상기 밀봉부를 생산하는 것이 상당히 더 저렴해진다.

이 위치에서 상기 밀봉부를 신뢰성 있게 유지하기 위해, 이 위치에 상기 밀봉부를 고정시키는 클램프 링(clamp ring)이 제공될 수 있다.

본 발명은 예시적인 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 밸브 장치의 단면도;
도 2 내지 도 5는 밀봉부의 여러 실시예를 도시한 도면; 및
도 6은 밀봉부의 확대도.

도 1은 하우징(1), 및 이 하우징 내에 위치되고 디스크형 플랩(3)이 내부에 배치된 흐름 채널(2)을 갖는 밸브 장치로서의 스로틀 플랩 커넥터를 도시한다. 플랩(3)은 핀(4)에 고정 연결되고, 핀(4)은 하우징(1) 내에 회전 가능하게 장착된다. 핀(4)은 기어 기구(6)를 통해 전기 모터(5)에 의해 구동된다.

플랩(3)이 흐름 채널(2)을 밀봉하는 원통형 구역은 밸브 안착부(7)이다. 흐름 채널(2) 내의 흐름 방향은 화살표로 식별된다. 도 2는 흐름 채널(2) 내 폐쇄된 위치에 있는 플랩(3)을 도시한다. 이를 위해, 플랩(3)은 밀봉부(8) 상에 놓인다. 밀봉부(8)는 수용부(9)로 형성된 흐름 채널(2)의 숄더 상에 놓이고, 클램프 링(10)에 의해 이 위치에 고정된다. 밀봉부(8)는 U-형상의 단면을 구비하고, 여기서 밀봉부(8)의 정상부(11)와 레그(12)는 숄더(9) 상에 놓이고, 레그(13)는 플랩(3)과 접촉한다. 플랩(3)을 향하는 레그(13)는 다른 레그(12) 및 정상부(11)보다 더 큰 벽 두께를 갖는다. 더 큰 벽 두께를 갖는 구역(14)은 플랩(3)에 의해 흐름 채널(2)을 정밀하게 밀봉하기 위해 플랩(3)을 향하는 곡률을 갖게 구성된다.

도 2의 밀봉부에 비해 도 3의 밀봉부는 반경 방향으로 내부에 정상부(11)가 있는 90° 회전된 단면 영역을 갖는다. 폐쇄된 위치에서, 플랩(3)은 이 정상부(11)에 놓이고, 이 정상부(11)는 레그(12, 13)들보다 더 큰 벽 두께를 갖는다.

도 4 및 도 5는 도 2 및 도 3에 따른 배향으로 배치된 밀봉부(8)를 도시하지만, 도 4 및 도 5의 밀봉부(8)는 각각이 형태 안정성을 지원하는 보강 프로파일(15)을 갖는다는 점에서 도 2 및 도 3의 밀봉부와 상이하다. 보강 프로파일(15)은 레그(12, 13)들 각각의 내부에 배치된다. 그러나 또한 이 보강 프로파일을 볼 수 없도록 보강 프로파일(15)을 밀봉부(8)의 완전 내부에 배치하는 것도 고려할 수 있다.

도 6의 밀봉부(8)는 더 큰 벽 두께를 갖는 구역(14)이 곡률을 갖게 형성되는 것이 아니라 판상(16)으로 형성된다는 점에서 도 2의 밀봉부(8)와 구조 면에서 다르다. 이러한 실시예는 도 3 내지 도 5의 밀봉부(8)에도 구현 가능하다.

Claims

자동차용 밸브 장치로서, 하우징, 상기 하우징 내에 위치된 흐름 채널, 상기 흐름 채널을 폐쇄하기 위해 상기 흐름 채널 내에 배치된 플랩플랩(flap)으로서, 상기 플랩은 상기 플랩을 관통하는 핀(pin)이 고정되는 구역을 갖고, 상기 핀은 상기 하우징 내에 회전 가능하게 장착된, 상기 플랩, 및 상기 흐름 채널 내에 배치되고 상기 플랩이 폐쇄된 위치에 있을 때 상기 플랩과 접촉하는 밸브 안착부를 포함하고, 상기 밀봉부(8)는 상기 흐름 채널(2) 내에 배치되고, 상기 플랩(3)을 향하는 상기 밀봉부(8) 측은 나머지 단면 영역보다 더 큰 벽 두께를 갖는 구역(14)을 구비하고, 상기 구역(14)은 상기 폐쇄된 상태에서 상기 플랩(3)과 대향하여 놓이는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제1항에 있어서, 상기 더 큰 벽 두께를 갖는 구역(14)은 8° 내지 -8°, 바람직하게는 5° 내지 -5°, 특히 2° 내지 -2°의 상기 플랩(3)의 선회 각도 범위에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제2항에 있어서, 상기 더 큰 벽 두께를 갖는 구역(14)은 상기 플랩(3)이 상기 폐쇄된 위치에 위치된 구역에서 판상(16)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제2항에 있어서, 상기 더 큰 벽 두께를 갖는 구역(14)은 상기 플랩(3)의 방향을 향하는 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제1항 내지 제4항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 밀봉부(8)는 U-형상 또는 V-형상 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제5항에 있어서, 상기 밀봉 단면의 레그(12)들 중 하나의 레그는 상기 플랩(3)을 향하는 반면, 다른 레그(13)는 상기 흐름 채널(2) 내 상기 밀봉부(8)를 위한 수용부(9) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제5항에 있어서, 상기 U-형상 또는 V-형상의 단면 영역의 정상부(11)는 상기 플랩(11)을 향하고, 상기 정상부(11)의 반대쪽 상기 레그(12, 13)들의 단부들은 상기 흐름 채널(2) 내 상기 밀봉부(8)를 위한 상기 수용부(9) 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제5항 내지 제8항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 밀봉부(8)는 보강 프로파일(15)을 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제8항에 있어서, 상기 보강 프로파일(15)은 상기 단면 영역에 대응하는 U-형상 또는 V-형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 장치.
제5항 내지 제9항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 보강 프로파일(15)은 상기 레그(12, 13)들의 내부에 걸쳐 연장되게 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제8항에 있어서, 상기 보강 프로파일(15)은 스프링 효과를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제1항 내지 제11항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 밀봉부(8)는 엘라스토머 또는 PTFE로 제조된 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제1항 내지 제12항 중 적어도 한 항에 있어서, 상기 밀봉부(8)는 상기 흐름 채널(2)의 수용부(9) 내에 배치된 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제13항에 있어서, 상기 수용부(9)는 반경방향 외주 그루브(peripheral groove)인 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.
제13항에 있어서, 상기 수용부(9)는 숄더(shoulder)이고, 상기 밀봉부(8)는 상기 숄더 상에 놓이고, 클램프 링(10)이 이 위치에서 상기 밀봉부(8)를 고정시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 밸브 장치.