KR20180059000A - 이지알시스템용 밸브장치 - Google Patents

이지알시스템용 밸브장치 Download PDF

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Abstract

이지알시스템용 밸브장치를 개시한다. 본 발명의 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치는 엔진의 흡기관로와 배기관로를 연결하는 이지알관로의 개도를 조절하기 위해 흡기관로와 이지알관로가 연결되는 경계부에 회전 가능하게 설치된 개폐부재와, 개폐부재의 축을 회전시키는 구동부를 갖춘 이지알밸브; 이지알관로의 개방 시 개폐부재를 수용하도록 흡기관로와 이지알관로의 경계부에 마련된 수용공간; 및 흡기관로와 이지알관로의 경계부에 마련된 축에 의해 일단이 회전 가능하게 지지되고, 개폐부재의 동작에 의해 흡기관로 내측으로 회전하여 흡기관로의 개도를 조절하는 흡기스로틀밸브를 포함한다.

Description

이지알시스템용 밸브장치{VALVE DEVICE FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM}
이지알(EGR)밸브의 동작에 의해 흡기스로틀밸브의 개폐가 이루어지도록 하여 구성을 단순화하고 부피를 줄일 수 있는 이지알시스템용 밸브장치에 관한 것이다.
차량의 디젤엔진 등에 적용되는 이지알(EGR: Exhaust Gas Recirculation)시스템은 연소 후 배출되는 배기가스 일부를 엔진의 흡기관로를 통해 외기와 함께 연소실로 유입시키는 것이다. 이지알시스템을 동작시키면, 연소실로 유입되는 공기 중의 산소농도를 감소시켜 연소온도 저하시키고, 이산화탄소(CO2)를 증가시킴으로써 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시킬 수 있다.
이러한 이지알시스템의 일 예로 저압이지알시스템(LP-EGR: Low Pressure Exhaust Gas Recirculation)이 알려져 있다. 통상의 저압이지알시스템은 터보차저와 디젤매연필터(DPF: Diesel Particulate matter Filter)를 거쳐 배출되는 배기가스를 터보차저 상류의 흡기관로로 공급하는 저압이지알라인과, 저압이지알라인의 개도를 조절해 흡기관로로 공급되는 배기가스의 양을 조절하는 이지알밸브와, 흡기관로에 설치되어 흡입되는 외기의 양을 조절하는 흡기스로틀밸브를 갖추고 있다.
그러나 이러한 이지알시스템은 흡기관로로 공급되는 배기가스의 양을 조절하는 이지알밸브와 흡기관로로 유입되는 외기 양을 조절하는 흡기스로틀밸브가 별도로 마련되고, 이들을 동작시키기 위해 각각 별도의 구동수단(캠 등의 기구적요소)을 포함하기 때문에 밸브장치의 구성이 복잡하고, 부피가 클 뿐 아니라 제조원가도 높았다.
본 발명의 일측면은 이지알밸브의 동작에 의해 흡기스로틀밸브의 개폐가 이루어지도록 하여 구성을 단순화할 수 있고 부피를 줄일 수 있는 이지알시스템용 밸브장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 측면은 이지알밸브와 흡기스로틀밸브가 유로의 측면 쪽에 배치되어 각각 개방 시 유로의 저항을 최소화함으로써 엔진의 성능과 연비를 향상시킬 수 있는 이지알시스템용 밸브장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 엔진의 흡기관로와 배기관로를 연결하는 이지알관로의 개도를 조절하기 위해 상기 흡기관로와 상기 이지알관로가 연결되는 경계부에 회전 가능하게 설치된 개폐부재와, 상기 개폐부재의 축을 회전시키는 구동부를 갖춘 이지알밸브; 상기 이지알관로의 개방 시 상기 개폐부재를 수용하도록 상기 흡기관로와 상기 이지알관로의 경계부에 마련된 수용공간; 및 상기 흡기관로와 상기 이지알관로의 경계부에 마련된 축에 의해 일단이 회전 가능하게 지지되고, 상기 개폐부재의 동작에 의해 상기 흡기관로 내측으로 회전하여 상기 흡기관로의 개도를 조절하는 흡기스로틀밸브;를 포함하는 이지알시스템용 밸브장치가 제공될 수 있다.
상기 개폐부재는 단면의 형상이 부채꼴로 마련되고, 상기 수용공간은 상기 개패부재와 대응하는 형상으로 마련될 수 있다.
상기 흡기스로틀밸브는 상기 흡기관로의 개방 시 상기 흡기관로의 내면 쪽으로 회전하여 상기 수용공간의 일면을 덮으며, 상기 흡기관로 내면 형성된 밸브수용홈에 수용될 수 있다.
상기 흡기스로틀밸브는 그 축에 설치된 복원스프링에 의해 상기 흡기관로를 개방하는 방향으로 회전할 수 있다.
상기 개폐부재의 축과 상기 흡기스로틀밸브의 축은 상호 인접한 위치에 평행하게 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치는 흡기관로의 개도와 이지알관로의 개도를 다양하게 조절할 수 있으면서도 이지알밸브의 개폐부재 동작에 의해 흡기스로틀밸브의 개폐가 이루어지는 형태이기 때문에 종래보다 구성을 단순화할 수 있고 부피도 줄일 수 있다.
또 본 발명의 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치는 흡기관로와 이지알관로를 개방한 상태에서 흡기스로틀밸브와 이지알밸브의 개폐부재가 각각 유로의 측면 쪽에 위치하여 유로저항을 최소화할 수 있기 때문에 엔진의 성능과 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브장치가 적용된 차량 흡배기계통의 이지알시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치의 평면도로, 이지알관로가 폐쇄되고 흡기관로가 개방된 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치의 평면도로, 이지알관로와 흡기관로가 모두 개방된 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치의 평면도로, 이지알관로가 개방되고 흡기관로가 폐쇄된 상태를 나타낸다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 밸브장치가 적용된 차량 흡배기계통의 이지알시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 차량 흡배기계통은 엔진(10)의 흡기매니폴트(11)에 연결되어 연소공기의 흡입을 안내하는 흡기관로(20), 엔진(10)의 배기매니폴드(12)에 연결되어 연소 후 배출되는 배기가스의 배출을 안내하는 배기관로(30)를 구비한다.
배기관로(30)와 흡기관로(20)에는 터보차저(50)의 터빈(51)과 압축기(52)가 각각 설치된다. 터보차저(50)는 배기가스의 에너지에 의해 터빈(51)이 동작하고, 터빈(51)의 동작에 의해 압축기(52)가 동작하여 흡기관로(20)를 통하여 유입되는 흡입공기를 압축한다.
흡기관로(20)의 압축기(52) 하류에는 터보차저(50)의 압축기(52) 동작으로 온도가 상승한 공기를 냉각시키는 인터쿨러(60)가 설치될 수 있고, 터보차저(50)의 터빈(51) 하류 측 배기관로(30)에는 디젤매연필터(70, DPF: Diesel Particulate matter Filter)가 설치될 수 있다.
이러한 흡배기계통에 적용되는 이지알(EGR: Low Pressure Exhaust Gas Recirculation)시스템은 디젤매연필터(70) 하류 측 배기관로(30)와 터보차저(50)의 압축기(52) 상류 측 흡기관로(20)를 연결해 배기가스의 일부가 흡기관로(20)로 재 유입될 수 있도록 하는 이지알관로(40)와, 이지알관로(40)에 설치된 냉각기(80)와, 이지알관로(40)와 흡기관로(20)가 연결되는 경계부에 설치되어 이지알관로(40) 및 흡기관로(20)의 개도를 조절하는 밸브장치(100)를 포함한다.
이러한 이지알시스템은 터보차저(50)의 터빈(51) 하류 측 저압 배기가스를 터보차저(50)의 압축기(52) 상류 측 흡기관로(20)로 공급하므로 저압 이지알(LP-EGR)시스템이라고도 한다.
밸브장치(100)는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 이지알관로(40)의 개도를 조절하는 이지알밸브(110)와, 흡기관로(20)의 개도를 조절하는 흡기스로틀밸브(130)와, 이지알밸브(110) 및 흡기스로틀밸브(130)의 동작을 위해 이들 사이 두 관로(20,30)의 경계부에 마련된 수용공간(150)을 포함한다.
이지알밸브(110)는 흡기관로(20)와 이지알관로(40)의 경계부에 회전 가능하게 설치되며 단면의 형상이 부채꼴로 마련된 개폐부재(111)와, 이 개폐부재(111)의 축(112)을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 개폐부재(111)를 동작시킴으로써 이지알관로(40)의 개도를 조절하는 구동부(113)를 구비한다.
개폐부재(111)는 부채꼴의 단면을 가지도록 원통을 절단한 형태일 수 있고, 그 내각과 근접한 위치에 축(112)이 설치됨으로써 이 축(112)을 중심으로 회전할 수 있다. 구동부(113)는 축(112)을 정방향과 역방향으로 회전시키는 모터일 수 있다.
수용공간(150)은 개폐부재(111)가 회전하여 이지알관로(40)를 개방할 때 개폐부재(111)를 수용할 수 있도록 개폐부재(111)의 외형과 대응하는 형상으로 마련될 수 있다.
흡기스로틀밸브(130)는 평판형태로 마련될 수 있고, 흡기관로(20)와 이지알관로(40)의 경계부에 마련된 축(131)에 그 일단이 회전 가능하게 지지된다. 흡기스로틀밸브(130)는 흡기관로(20)의 개방 시 자유단이 흡기관로(20)의 입구를 향하도록 회전하여 수용공간(150)의 일면을 덮을 수 있다. 또 이 상태에서 흡기스로틀밸브(130)는 흡기관로(20)를 흐르는 공기의 유동저항을 최소화할 수 있도록 흡기관로(20) 내면에 형성된 밸브수용홈(22)에 수용될 수 있다.
개폐부재(111)의 축(112)과 흡기스로틀밸브(130)의 축(131)은 흡기관로(20)와 이지알관로(40)가 만나는 경계부에 배치될 수 있고, 상호 인접한 상태로 평행하게 설치될 수 있다. 흡기스로틀밸브(130)의 축(131)에는 평소 흡기스로틀밸브(130)를 흡기관로(20)의 개방방향으로 회전시키는 복원스프링(132)이 설치된다.
흡기스로틀밸브(130)는 도 3에 도시한 예처럼 개폐부재(111)가 이지알관로(40)를 폐쇄하는 방향으로 회전할 때 복원스프링(132)의 탄성에 의해 회전하여 흡기관로(20)를 개방할 수 있다. 또 흡기스로틀밸브(130)는 도 5에 도시한 예처럼 개폐부재(111)가 이지알관로(40)를 개방한 후 흡기스로틀밸브(130) 쪽으로 회전할 때 개폐부재(111)에 의해 밀리면서 흡기관로(20) 내측으로 회전해 흡기관로(20)의 개도를 조절하거나 흡기관로(20)를 폐쇄할 수 있다.
흡기관로(20)와 이지알관로(40)는 도 2에 도시한 예처럼 단면의 형상이 사각형인 관으로 이루어질 수 있으나 그 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 도면에 나타내지는 않았지만, 흡기관로(20)와 이지알관로(40)의 단면형태는 원통형, 타원형, 반원형, 다른 형태의 다각형 등으로 다양하게 변경될 수 있다. 이 경우 개폐부재(111)와 흡기스로틀밸브(130)도 이에 대응하는 형상으로 변경될 수 있다.
다음은 도 3 내지 도 6을 참조하면서 본 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치의 동작을 설명한다.
이지알시스템을 사용하지 않을 때는 도 3에 도시한 바와 같이, 이지알밸브(110)의 개폐부재(111)가 이지알관로(40) 쪽으로 회전하여 이지알관로(40)를 완전히 폐쇄하고, 흡기스로틀밸브(130)가 흡기관로(20)를 개방할 수 있다. 이때는 이지알관로(40)가 개폐부재(111)에 의해 완전히 폐쇄되므로 배기가스가 흡기관로(20)로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 흡기스로틀밸브(130)는 개폐부재(111)와 이격되므로 복원스프링(132)의 동작에 의해 흡기관로(20)를 완전히 개방하도록 회전할 수 있다. 따라서 외기는 저항 없이 흡기관로(20)를 통해 터보차저(50)의 압축기(52) 쪽으로 유입될 수 있다.
엔진(10)의 고속 운전(고부하 운전) 시에는 도 4에 도시한 바와 같이, 이지알밸브(110)의 개폐부재(111)가 수용공간(150)으로 진입하도록 회전하여 이지알관로(40)를 개방할 수 있다. 이 상태에서 흡기스로틀밸브(130)는 흡기관로(20)를 개방한 상태를 유지할 수 있다. 이때는 배기관로(30)의 압력이 충분하기 때문에 흡기관로(20)의 개방을 유지한 채 이지알밸브(110)를 개방하는 것만으로도 배기가스가 이지알관로(40)를 통해 흡기관로(20)로 공급될 수 있다. 또 이때는 흡기관로(20)의 개방을 유지한 채 이지알밸브(110)의 개폐부재(111)를 회전시켜 이지알관로(40)의 개도를 조절할 수도 있다.
엔진(10)의 저속 운전(저부하 운전) 시에는 도 5에 도시한 바와 같이, 이지알밸브(110)의 개폐부재(111)가 흡기스로틀밸브(130) 쪽으로 더 회전하여 흡기스로틀밸브(130)를 폐쇄방향으로 회전시킬 수 있다. 이때 이지알관로(40)는 완전히 개방되고, 흡기스로틀밸브(130)는 개폐부재(111)의 동작에 의해 회전하여 흡기관로(20)를 폐쇄하거나 개도를 조절할 수 있다. 즉 저부하 운전에서 배기관로(30)의 압력이 충분하지 않을 경우 흡기관로(20)를 닫고 이지알관로(40)를 개방함으로써 이지알관로(40)의 배기가스가 터보차저의 압축기(52) 쪽으로 유입되도록 할 수 있다.
이처럼 본 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치(100)는 흡기관로(20)의 개도와 이지알관로(40)의 개도를 다양하게 조절할 수 있으면서도 이지알밸브(110)의 개폐부재(111) 동작에 의해 흡기스로틀밸브(130)의 개폐가 이루어지는 형태이기 때문에 종래보다 구성을 단순화할 수 있고 부피도 줄일 수 있다. 즉 하나의 구동부(113)를 채용하면서도 이지알밸브(110)와 흡기스로틀밸브(130)를 다양하게 동작시킬 수 있다.
아울러 본 실시 예에 따른 이지알시스템용 밸브장치(100)는 도 4의 예처럼 흡기관로(20)와 이지알관로(40)를 개방한 상태에서 흡기스로틀밸브(130)와 이지알밸브의 개폐부재(111)가 각각 유로(20,40)의 측면 쪽에 위치하여 유동저항을 최소화할 수 있기 때문에 엔진의 성능과 연비를 향상시킬 수 있다.
10: 엔진, 20: 흡기관로,
30: 배기관로, 40: 이지알관로,
50: 터보차저, 100: 밸브장치,
110: 이지알밸브, 111: 개폐부재,
113: 구동부, 130: 흡기스로틀밸브,
132: 복원스프링.

Claims (5)

  1. 엔진의 흡기관로와 배기관로를 연결하는 이지알관로의 개도를 조절하기 위해 상기 흡기관로와 상기 이지알관로가 연결되는 경계부에 회전 가능하게 설치된 개폐부재와, 상기 개폐부재의 축을 회전시키는 구동부를 갖춘 이지알밸브;
    상기 이지알관로의 개방 시 상기 개폐부재를 수용하도록 상기 흡기관로와 상기 이지알관로의 경계부에 마련된 수용공간; 및
    상기 흡기관로와 상기 이지알관로의 경계부에 마련된 축에 의해 일단이 회전 가능하게 지지되고, 상기 개폐부재의 동작에 의해 상기 흡기관로 내측으로 회전하여 상기 흡기관로의 개도를 조절하는 흡기스로틀밸브;를 포함하는 이지알시스템용 밸브장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개폐부재는 단면의 형상이 부채꼴로 마련되고,
    상기 수용공간은 상기 개패부재와 대응하는 형상으로 마련되는 이지알시스템용 밸브장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡기스로틀밸브는 상기 흡기관로의 개방 시 상기 흡기관로의 내면 쪽으로 회전하여 상기 수용공간의 일면을 덮으며, 상기 흡기관로 내면 형성된 밸브수용홈에 수용되는 이지알시스템용 밸브장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기스로틀밸브는 그 축에 설치된 복원스프링에 의해 상기 흡기관로를 개방하는 방향으로 회전하는 이지알시스템용 밸브장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 개폐부재의 축과 상기 흡기스로틀밸브의 축은 상호 인접한 위치에 평행하게 설치되는 이지알시스템용 밸브장치.
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