KR20190095120A - 회전식 액시얼 밸브 - Google Patents

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KR20190095120A
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exhaust gas
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housing
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미로슬라브 자트코
야로슬라브 크레이시
야쿱 플란카
얀 클레멘트
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가렛트 트랜스포테이션 원 인코포레이티드
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Abstract

터보차저 시스템은 유입구, 제1 유출구 및 제2 유출구를 지닌 밸브 조립체를 포함한다. 유입구는 엔진으로부터 배기가스 흐름을 수용하도록 구성된다. 밸브 조립체는 하우징 내에 배치되는 밸브 구조체를 포함한다. 밸브 구조체는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 밸브 구조체는 축방향 상류 단부와 반경방향 하류 단부를 지닌 비선형 유로를 획정한다. 밸브 구조체는 제1 위치에서 배기가스를 유입구로부터 제1 유출구로 지향시키고 제2 유출구를 폐쇄한다. 밸브 구조체는 제2 위치에서 배기가스를 유입구로부터 제2 유출구로 지향시키고 제1 유출구를 폐쇄한다.

Description

회전식 액시얼 밸브{ROTARY AXIAL VALVE}
본 개시는 일반적으로 밸브에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 터보차저 시스템을 위한 회전식 액시얼 밸브(axial valve)에 관한 것이다.
일부 차량은 하나 이상의 터보차저를 지닌 터보차저 시스템을 포함한다. 통상적으로, 터보차저는 공동 샤프트 상에 장착되고, 격리형 터빈과 압축기 하우징 내에서 각각 지탱되는 터빈 휠과 압축기 휠을 포함한다. 터빈 휠은 엔진에 의해 배기가스 출력으로 회전 구동될 수 있다. 이것은 이어서 엔진의 연소실에 공급되는 공기를 압축하기 위한 압축기 휠을 회전시킨다. 따라서, 터보차저는 엔진에 성능 증대와 증가된 효율을 제공할 수 있다.
터보차저 시스템을 통과하는 배기가스 흐름은 엔진의 작동 상태에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 낮은 하중 조건에서는 배기가스 질량 유량이 상대적으로 낮을 수 있다. 이와 대조적으로, 높은 하중 조건에서는 배기가스 질량 유량이 상대적으로 높을 수 있다. 또한, 배기가스 흐름은 엔진이 일정 시간 동안 작동하고 있었을 때와 비교하여 엔진 시동 중에 상이할 수 있다. 다른 작동도 또한 배기가스 흐름에 영향을 줄 수 있다.
따라서, 다양한 작동 상태에서 배기가스 흐름을 조절할 수 있는 개선된 터보차저 시스템을 제공하는 것이 바람직하다. 예컨대, 배기가스의 흐름을 효율적으로 제어하는, 터보차저 시스템을 위한 개선된 밸브 조립체로서, 밸브를 활성화시키는 입력 힘이 비교적 적고, 밸브 조립체를 통한 가스 누설이 비교적 적은 밸브 조립체를 제공하는 것이 바람직하다. 본 개시의 다른 바람직한 피쳐(feature) 및 특징은 첨부도면 및 이 배경기술 설명과 연계되는 후속하는 상세한 설명 및 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.
일실시예에서, 터보차저 시스템은 유입구, 제1 유출구 및 제2 유출구를 지닌 하우징을 포함한다. 유입구는 엔진으로부터 배기가스 흐름을 수용하도록 구성된다. 터보차저 시스템은 배기가스의 제1 흐름에 의해 회전 구동되도록 구성되는 터보차저의 터빈 휠도 또한 포함한다. 제1 흐름은 하우징의 제1 유출구로부터 수용된다. 또한, 터보차저 시스템은 배기가스의 제2 흐름을 수용하도록 구성되는 제2 배기 시스템을 포함한다. 제2 흐름은 하우징의 제2 유출구로부터 수용된다. 터보차저 시스템은 하우징 내에 배치되는 밸브 구조체를 더 포함한다. 밸브 구조체는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된다. 밸브 구조체는 상류 단부, 하류 단부 및 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장되는 비선형 축을 지닌 유로를 획정한다. 상류 단부는 거의 회전축을 따라 지향되고 유입구로부터 배기가스를 수용하도록 구성된다. 하류 단부는 배기가스를 제1 유출구와 제2 유출구 중 어느 하나로 이송하도록 구성된다. 밸브 구조체는 제1 위치에서, 터빈 휠을 구동하기 위해 배기가스를 상류 단부로부터 제1 흐름을 따라 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 제1 유출구로 지향시키도록 구성된다. 밸브 구조체는 제1 위치에서 제2 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성된다. 밸브 구조체는 제2 위치에서, 제2 배기 시스템으로 이송하기 위해 배기가스를 상류 단부로부터 제2 흐름을 따라 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 제2 유출구로 지향시키도록 구성된다. 밸브 구조체는 제2 위치에서 제1 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 터보차저 시스템의 작동 방법은 엔진을 사용하여 하우징의 유입구를 향해 지향되는 배기가스 흐름을 발생시키는 것을 포함한다. 하우징은 제1 유출구 및 제2 유출구를 갖는다. 터보차저 시스템의 작동 방법은, 제어 시스템을 사용하여 하우징을 통과하는 제어가스 흐름을 조절하기 위해 하우징 내의 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전축을 중심으로 밸브 구조체를 선택적으로 회전시키는 것을 포함한다. 밸브 구조체는 상류 단부, 하류 단부 및 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장되는 비선형 축을 지닌 유로를 획정한다. 상류 단부는 거의 회전축을 따라 지향되고 유입구로부터 배기가스를 수용하도록 구성된다. 하류 단부는 배기가스를 제1 유출구와 제2 유출구 중 어느 하나로 이송하도록 구성된다. 밸브 구조체는 제1 위치에서, 배기가스를 상류 단부로부터 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 터보차저의 터빈 휠을 구동하기 위해 제1 유출구로 지향시킨다. 밸브 구조체는 제1 위치에 있을 때에 제2 유출구를 실질적으로 폐쇄한다. 밸브 구조체는 제2 위치에서, 배기가스를 상류 단부로부터 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 제2 배기 시스템으로 이송하기 위해 제2 유출구로 지향시키도록 구성된다. 밸브 구조체는 제2 위치에 있을 때에 제1 유출구를 실질적으로 폐쇄한다.
추가의 실시예에서, 터보차저 시스템은 배기가스 흐름을 출력하도록 구성되는 엔진을 포함한다. 터보차저 시스템은, 터빈 휠과 배기가스 재순환(EGR; Exhaust Gas Recirculation) 시스템을 지닌 터보차저도 또한 포함한다. 추가로, 터보차저 시스템은 유입구, 제1 유출구 및 제2 유출구를 획정하는 밸브 하우징을 갖는 밸브 조립체를 포함한다. 밸브 조립체는 밸브 하우징에 고정되는 부싱도 또한 포함한다. 부싱은 밸브 하우징 내에 수용되는 제1 부분과, 밸브 하우징의 내면으로부터 돌출하는 제2 부분을 갖는다. 밸브 조립체는 하우징 내에 배치되는 밸브 구조체도 또한 포함한다. 밸브 구조체는 본체와, 본체의 하류 페이스로부터 연장되는 샤프트를 포함한다. 샤프트는 부싱 내에 수용되고, 부싱에 의해 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전하도록 지지된다. 본체는 회전축을 따라 지향되는 상류 페이스와, 상류 페이스의 반대측을 향하는 하류 페이스를 포함한다. 본체는 회전축에 대하여 반경방향으로 지향되고 상류 페이스와 하류 페이스 사이에서 연장되는 반경방향 페이스를 포함한다. 하류 페이스는 밸브 하우징의 내면을 향한다. 본체는 상류 페이스에 상류 단부를 그리고 반경방향 페이스에 하류 단부를 지닌 유로를 포함한다. 상류 단부는 유입구로부터 배기가스를 수용하도록 구성된다. 하류 단부는 배기가스를 제1 유출구와 제2 유출구 중 어느 하나로 이송하도록 구성되고, 하류 페이스는 본체에 배기가스로 인한 하중이 작용할 때에 부싱 및 밸브 하우징의 내면에 대해 압박되도록 구성된다. 본체는 제1 위치에서, 배기가스를 상류 단부로부터 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 터빈 휠을 구동하기 위해 제1 유출구로 지향시키도록 구성된다. 반경방향 페이스의 제2 제어면이 제1 위치에서 제2 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성된다. 본체는 제2 위치에서, 배기가스를 상류 단부로부터 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 EGR 시스템으로의 이송을 위해 제2 유출구로 지향시키도록 구성된다. 반경방향 페이스의 제1 제어면이 제2 위치에서 제1 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성된다. 하류 단부는 반경방향 페이스 상에서 제1 제어면과 제2 제어면 사이에 둘레방향으로 배치된다.
아래에서는, 본 개시를 아래의 첨부도면 - 유사한 도면부호는 유사한 요소를 지칭함 - 과 연계하여 설명하겠다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따라 구성된 터보차저 시스템의 개략도.
도 2는 제1 위치에 있는 도 1의 밸브 조립체의 축방향 단면도.
도 3은 제2 위치에 있는 도 1의 밸브 조립체의 축방향 단면도.
도 4는 도 2의 밸브 조립체의 종방향 단면도.
도 5는 도 2의 밸브 조립체에 있는 밸브 구조체의 사시도.
도 6은 본 개시의 추가의 예시적인 실시예에 따른 밸브 구조체의 사시도.
도 7은 본 개시의 추가의 예시적인 실시예에 따른 터보차저 시스템의 개략도.
아래의 상세한 설명은 사실상 단지 예시적일 뿐이며, 본 개시나 본 개시의 어플리케이션 및 용도를 제한하는 것으로 의도되진 않는다. 더욱이, 선행 배경기술이나 아래의 상세한 설명에 제시되는 어떠한 이론으로도 구속하려는 의도는 없다
대략, 여기에 개시되는 예시적인 실시예는 2개 이상의 시스템 또는 디바이스 사이에서의 엔진의 배기가스의 개선되고 선택적인 제어를 제공하도록 구성되는 밸브 조립체를 지니 터보차저 시스템을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 밸브 조립체는 적어도 2개의 위치를 가질 수 있다. 하나의 위치에서, 밸브 조립체는 배기가스를 터보차저의 터빈 섹션으로 지향시키고, 다른 위치에서 밸브 조립체는 흐름을 제2 배기 시스템[예컨대, 후처리 시스템, 배기가스 재순환(EGR) 시스템, 웨이스트 게이트 시스템(waste gate system) 등]으로 지향시킬 수 있다.
밸브 조립체는 유입구와 적어도 2개의 유출구를 획정하는 밸브 하우징을 포함할 수 있다. 밸브 조립체는 밸브 조립체를 통과하는(즉, 유입구에서 하나의 유출구로의) 배기가스 흐름을 조절하기 위해 밸브 하우징 내에서 이동하도록 지지되는 밸브 구조체도 또한 포함할 수 있다.
밸브 구조체는 축방향으로 지향되는 상류 단부와, 실질적으로 반경방향으로 지향되는 하류 단부를 지닌 유로를 포함할 수 있다. 밸브 구조체는 하류 단부의 둘레방향 위치(즉, 회전 각도)를 변경하도록 회전할 수 있다. 이와 같이, 밸브 구조체는 밸브 하우징의 제1 유출구와 제2 유출구 사이에서 배기가스 흐름을 변경하기 위해 회전할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 밸브 구조체는, 이 밸브 구조체가 밸브 하우징의 제2 유출구를 실질적으로 실링(sealing)하면서 흐름을 밸브 하우징의 유입구로부터 제1 유출구로 지향시키는 제1 위치를 가질 수 있다. 이와 대조적으로, 제2 위치에서 밸브 구조체는 밸브 하우징의 제1 유출구를 실질적으로 실링하면서 흐름을 유입구로부터 제2 유출구로 지향시킬 수 있다. 즉, 밸브 조립체의 하나의 유출구를 개방하는 것은 다른 유출구를 폐쇄하고 그 반대도 이루어진다.
더욱이, 밸브 조립체는, 밸브 구조체가 비교적 낮은 입력 하중 하에서 이동하도록 구성될 수 있다. 또한, 배기가스로 인한 밸브 구조체에 대한 하중은 밸브 조립체에 “예하중”을 가하는 역할을 할 수 있다. 즉, 이러한 하중은 밸브 구조체를 대향면에 대해 압박하여, 밸브 조립체로부터의 배기가스 누설을 제한하는 시일을 형성할 수 있다.
더욱이, 몇몇 실시예에서 밸브 구조체는, 밸브 하우징에 고정되고 밸브 하우징의 내면으로부터 돌출하는 부싱을 통해 회전하도록 지지될 수 있다. 부싱의 돌출부는 밸브 구조체의 본체 내에 수용될 수 있다. 배기가스로 인한 축방향 하중은 밸브 구조체와 부싱 사이의 유체 시일을 강화하여, 누설을 저감하는 역할을 할 수 있다. 또한, [밸브 구조체의 본체와 밸브 하우징 사이 그리고 본체와 부싱 사이에 획정되는] 클리어런스 경로가 실질적으로 비선형이어서, 밸브 조립체로부터의 배기가스 누설을 저감할 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 터보차저 시스템(104)의 개략도이다. 터보차저 시스템(104)은 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 다양한 타입의 차량(자동차, 트럭, 밴 또는 다른 차량)에 포함될 수 있다. 일반적으로, 터보차저 시스템(104)은 터보차저(100)와 엔진(125)을 포함할 수 있다.
엔진(125)은 디젤 엔진과 같은 다양한 타입들 중 하나일 수 있다. 엔진(125)은 제1 연소실(112), 제2 연소실(114), 제3 연소실(116) 및 제4 연소실(118)을 포함할 수 있다. 각각의 연소실(112, 114, 116, 118)은 배기가스 매니폴드(123)의 각각의 분기부 - 터보차저(100)로의 이송을 위한 배기 유입 파이프(119)에서 합쳐짐 - 를 통해 흐르는 배기가스를 생성할 수 있다.
터보차저(100)는 터보차저 하우징(101)과 로터(102)를 포함할 수 있다. 로터(102)는 터보차저 하우징(101) 내에서 회전축(103)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 로터(102)는 하나 이상의 베어링(도시하지 않음)을 통해 회전하도록 지지될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 로터(102)는 스러스트 베어링과 복수 개의 저널 베어링에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 대안으로서, 다른 베어링이 포함될 수도 있다.
예시한 실시예에 도시한 바와 같이, 터보차저 하우징(101)은 터빈 하우징(105), 압축기 하우징(107) 및 베어링 하우징(109)에 포함될 수 있다. 베어링 하우징(109)은 터빈과 압축기 하우징(105, 107) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 베어링 하우징(109)은 로터(102)의 베어링을 포함할 수 있다.
추가로, 로터(102)는 적어도 하나의 터빈 휠(111), 압축기 휠(113) 및 샤프트(115)를 포함할 수 있다. 터빈 휠(들)(111)은 실질적으로 터빈 하우징(105) 내에 위치한다. 압축기 휠(113)은 실질적으로 압축기 하우징(107) 내에 위치한다. 샤프트(115)는 회전축(103)을 따라 베어링 하우징(109)을 통과하도록 연장되어, 터빈 휠(들)(111)을 압축기 휠(113)에 연결한다. 따라서, 터빈 휠(들)(111)과 압축기 휠(113)은 축(103)을 중심으로 함께 회전한다.
압축기 하우징(107)과 압축기 휠(113)은 압축기(즉, 압축기 섹션, 압축기 단)를 형성하도록 협동한다. 압축기 휠(113)은 축방향으로 수용된 입력 공기[예컨대, 대기(131) 또는 다단 압축기의 이전 단에서 나온 이미 압축된 공기]를 압축기로부터 엔진(125)을 향해 방출되는 압축 공기 스트림(133)으로 압축하도록 구성된다.
몇몇 실시예에서, 압축 공기 스트림(133)은 대류 냉각식 급기 냉각기와 같은 공기 냉각기(135)(즉, 인터쿨러)를 통과하도록 채널링될 수 있다. 공기 냉각기(135)는 압축 공기 스트림(133)으로부터 열을 소산시켜 그 밀도를 증가시키도록 구성될 수 있다. 결과적인 냉각 및 압축 출력 공기 스트림(137)은 아래에서 보다 상세히 설명하겠지만 EGR 믹서(140) 내로 그리고 엔진(125)으로 더 하류로 채널링된다.
터빈 하우징(105)과 터빈 휠(들)(111)은 터보차저(100)의 터빈(즉, 터빈 섹션, 터빈 단)을 형성하도록 협동한다. 터빈은 배기가스 유입 파이프(119)를 통해 엔진(125)으로부터 고압 고온 배기가스 스트림(121)을 수용하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 몇몇 실시예에서 터빈 하우징(105)은 축(103)을 중심으로 터빈 휠(들)(111) 둘레에서 둘레방향으로 연장되는 하나 이상의 소용돌이(volute) 구조체를 포함할 수 있다. 예컨대, 터빈 하우징(105)은 제1 소용돌이 구조체(122)와 제2 소용돌이 구조체(124)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 소용돌이 구조체(122, 124)는 배기가스 스트림(121)을 수용하고, 터빈 휠(들)(111)을 향한 흐름을 가속시킬 수 있다. 따라서, 터빈 휠(들)(111)[그리고 이에 따라 로터(102)]은 고온 고압 배기가스 스트림(121)에 의해 축(103) 주위에서 회전 구동된다.
시스템(104)은, 터빈 하우징(105)의 하류에 유동적으로 연결되는 배기 파이프(128)도 또한 포함한다. 배기 파이프(128)는 저압 저온 배기가스 스트림(127)을 수용할 수 있고, 이 스트림(127)을 후처리 디바이스(126)를 향해 지향시킬 수 있다. 후처리 디바이스(126)는 내부의 소정 물질, 미립자 등을 줄이기 위해 배기가스 스트림(127)을 처리하는 다수의 디바이스 중 하나일 수 있다. 예컨대, 후처리 디바이스(126)는 3방향 촉매(Three-Way Catalyst) 디바이스, 선택적 촉매 환원(Selective Catalyst Reduction; SCR) 디바이스 등일 수 있다.
도시한 바와 같이, 시스템(104)은 제2 배기 시스템(130)을 더 포함할 수 있다. 도 1로 나타낸 몇몇 실시예에서, 제2 배기 시스템(130)은 배기가스를 엔진(125)으로부터 그리고 터보차저(100)로부터 멀어지게 라우팅할 수 있다. 제2 배기 시스템(130)은 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이, 다양한 타입 중 어느 하나일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 배기 기스템(130)은 배기가스를 처리하고 내부의 다량의 물질을 줄이도록 구성된 후처리 시스템일 수 있다. 예컨대, 제2 배기 시스템(130)은 배기가스를 엔진(125)을 향해 다시 재순환시키도록 구성된 배기가스 재순환(EGR) 시스템을 포함할 수 있다. 구체적으로는, 몇몇 실시예에서, EGR 시스템은 분기 파이프(134), EGR 쿨러(136), EGR 파이프(138) 및 EGR 믹서(140)를 포함할 수 있다.
밸브 조립체(142)는 매니폴드(123)와 분기 파이프(134) 사이에 작동적으로 부착되고 배치될 수 있다. 구체적으로, 몇몇 실시예에서 밸브 조립체(142)는 매니폴드(123)의 제1 분기부(144)와 분기 파이프(134) 사이에 작동적으로 부착되고 배치될 수 있다. 상세히 설명하겠지만, 밸브 조립체(142)는 제1 연소실(112)로부터 나온 제1 연소실 배기가스 흐름(146)을 조절하도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우, 밸브 조립체(142)는 제1 연소실 배기가스 흐름(146)을 분기 파이프[그리고 이에 따라 EGR 쿨러(136), EGR 파이프(138) 및 EGR 믹서(140)]로 지향시킬 수 있다. 다른 경우, 밸브 조립체(142)는 제1 연소실 배기가스 흐름(146)을 매니폴드(123)의 구성요소 하류로 지향시켜, 파이프(119)에서 다른 연소실에서 나온 배기가스 흐름과 조합할 수 있다. 아래에서, 예시적인 실시예에 따른 밸브 조립체(142)를 더 상세히 설명하겠다.
EGR 믹서(140)는 공기 스트림(137)과 임의의 EGR 스트림(141)을 흡기 스트림(143)으로 조합할 수 있다. 흡기 스트림(143)은 엔진(125)의 흡기 매니폴드(139)에 공급될 수 있다. 스로틀(148)이 흡기 매니폴드(139)로의 흡기 스트림(143)의 질량 유량을 조절할 수 있다.
시스템(104)의 작동은 제어 시스템(150)에 의해 제어될 수 있다. 제어 시스템(150)은 전산화 프로세서(151)를 포함할 수 있고, 차량의 엔진 제어 유닛(ECU) 내에 통합될 수 있다. 제어 시스템(150)은 하나 이상의 통신 접속부(152)를 통해 시스템의 나머지 부분에 접속될 수 있다. 제어 시스템(150)은 아래에서 상세히 설명하는 바와 같이 밸브 조립체(142), 스로틀(148)뿐만 아니라 시스템(104)의 다른 피쳐를 제어하도록 구성될 수 있다.
제어 시스템(150)은 하나 이상의 센서(153)를 갖는 센서 시스템을 포함할 수 있다. 센서(들)(153)는 몇몇 실시예에서 엔진 속도 및/또는 스로틀 위치를 측정하기 위해 속도 센서를 포함할 수 있다. 따라서, 센서(들)(153)는 엔진(125)에 대한 현재 하중 및/또는 엔진(125)의 현재 연료 소비 요구를 검출할 수 있다. 또한, 센서(들)(153)는 터보차저(100)의 압축기 섹션으로의 및/또는 이 압축기 섹션으로부터의 기류를 측정하기 위해 흐름 센서를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 센서(들)(153)는 터보차저(100)의 터빈 섹션으로의 및/또는 이 터빈 섹션으로부터의 배기가스 흐름의 특징을 검출할 수 있다.
제어 시스템(150)은 하나 이상의 액추에이터(155)를 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 액추에이터(155)는 전기 모터일 수 있지만, 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 액추에이터(155)가 다른 타입일 수도 있다는 점이 이해될 것이다. 프로세서(151)는 아래에서 상세히 설명하는 다양한 위치들 사이에서 밸브 조립체(142)를 이동시키기 위해 제어 명령을 생성하고, 이들을 액추에이터(155)로 전송할 수 있다.
터보차저 시스템(104)의 이러한 피쳐는 예시된 실시예로부터 변할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예컨대, 터빈 휠(들)(111)은 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 반경방향, 축방향 또는 혼합형 터빈 휠로서 구성될 수 있다. 또한, 도 1에서는 간략화를 위해 하나의 유입 파이프(119)만이 도시되어 있지만, 다수의 유입 파이프(119)[예컨대, 개개의 유입 파이프(119)는 제1 또는 제2 소용돌이 구조체(122, 124)로 배기가스를 개별적으로 전달하도록 구성됨]가 마련될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 추가로, EGR 배기 시스템(130)은 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상이한 배기 시스템(예컨대, 웨이스트 게이트 조립체 등)일 수 있다. 더욱이, 단지 하나의 연소실[여기에서는, 제1 연소실(112)]만이 밸브 조립체(142)에 유동적으로 연결되지만, 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 다수의 연소실이 밸브 조립체(142)에 유동적으로 연결될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
이제 도 1 내지 도 5를 참고하면, 예시적인 실시예에 따른 밸브 조립체(142)가 상세히 설명될 것이다. 밸브 조립체(142)는 하나의 유체 유입구 및 2개의 유체 유출구롤 갖도록 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유입구는 제1 연소실 배기가스 흐름(146)을 수용하도록 제1 분기부(144)에 유동적으로 연결될 수 있고, 하나의 유출구는 터보차저(100)의 터빈에 흐름을 공급하도록 배기가스 유입 파이프(119)에 유동적으로 연결될 수 있으며, 다른 유출구는 EGR 배기 시스템(130)에 흐름을 공급하도록 분기 파이프(134)에 유동적으로 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 밸브 조립체(142)는, 예컨대 제1 연소실(112)로부터의 흐름을 조절하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 도 2에 도시한 제1 위치에서 밸브 조립체(142)는 제1 연소실 배기가스 흐름(146)을 엔진(125)으로 다시 재순환시키도록 분기 파이프(134)로 그리고 EGR 배기 시스템(130)으로 지향시킬 수 있다. 도 3에 도시한 제2 위치에서 밸브 조립체(142)는 터빈 휠(111)을 구동하기 위해 제1 연소실 배기가스 흐름(146)을 배기가스 유입 파이프(119)로 그리고 터보차저(100)의 터빈 하우징(105)으로 지향시킬 수 있다.
아래에서 설명하다시피, 밸브 조립체(142)는 종래의 밸브 조립체에 비해 많은 장점을 제공하는 다양한 피쳐를 포함한다. 예컨대, 밸브 조립체(142)를 활성화하기 위한 입력 하중은 그 구성으로 인해 비교적 낮을 수 있다. 또한, 배기가스로 인한 밸브 조립체에 대한 하중은 밸브 조립체에 “예하중”을 가할 수 있고, 이에 의해 누설을 저감할 수 있다. 하중이 증가할 때, 예컨대 예하중이 증가하여 누설을 더욱 저감한다. 다른 피쳐도 또한 누설을 저감할 수 있다.
일반적으로, 밸브 조립체(142)는, 중공형이고 제1 연소실(112)로부터의 배기가스를 위한 적어도 하나의 유로를 획정하는 내면을 포함하는 밸브 하우징(202)을 포함할 수 있다. 밸브 조립체(142)는 제1 구성에서는 배기가스를 제1 경로를 따라 지향시키고, 제2 구성에서는 배기가스를 상이한 제2 경로를 따라 지향시킬 수 있다.
밸브 하우징(202)은 유입 통로(208)를 획정하는 유입부(206)를 포함할 수 있다(도 4). 유입 통로(208)는 회전축(103)을 따라 연장될 수 있다. 유입 통로(208)는 [회전축(103)에 수직하게 얻은] 임의의 적절한 단면 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 유입 통로(208)는 원형 단면 형상, 계란형 단면 형상, 다각형 단면 형상 등을 가질 수 있다. 밸브 하우징(202)은 또한 제1 유출 통로(212)를 지닌 제1 유출부(210)와, 제2 유출 통로(218)를 지닌 제2 유출부(216)도 또한 포함할 수 있다(도 2 및 도 3). 제1 유출 통로(212)와 제2 유출 통로(218)는 회전축(103)으로부터 멀어지게 횡방향으로 연장될 수 있다. 예컨대, 제1 유출 통로(212) 및/또는 제2 유출 통로(218)는 80도(80°) 내지 100도(100°)의 각도로 회전축(103)으로부터 멀어지게 연장될 수 있다. 제1 유출 통로(212)와 제2 유출 통로(218)의 단면 형상은 원형, 계란형, 다각형 등일 수 있다. 더욱이, 밸브 하우징(202)은 중간 통로(222)를 지닌 중간부(220)를 포함할 수 있다(도 2 내지 도 4). 중간 통로(222)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 다각형 단면[회전축(103)에 수직하게 얻음]을 가질 수 있다. 중간 통로(222)는 유입 통로(208), 제1 유출 통로(212) 및 제2 유출 통로(218)에 유동적으로 연결될 수 있다. 또한, 중간 통로(222)는 회전축(103)을 따라 연장되는 홈(224)(도 2 및 도 3)을 포함할 수 있다. 홈(224)은 밸브 하우징(202)의 저부 상에 배치될 수 있는 반면, 제1 유출부(210)와 제2 유출부(216)는 밸브 하우징(202)의 상부 상에 배치될 수 있다. 즉, 홈(224)은 회전축(103)의 제1 유출부(210) 및 제2 유출부(216) 반대쪽에 배치될 수 있다.
밸브 하우징(202)은 복수 개의 유체 합류부를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 밸브 하우징(202)은, 중간 통로(222)가 제1 유출 통로(212)에 유동적으로 연결되는 제1 시트(230)를 포함할 수 있다. 밸브 하우징(202)은, 중간 통로(222)가 제2 유출 통로(218)에 유동적으로 연결되는 제2 시트(232)를 더 포함할 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 시트(230)와 제2 시트(232)는 밸브 하우징(202)의 상류 지향 내면(226)에 근접하게 배치될 수 있다. 내면(226)은 구멍(228)을 포함할 수 있다. 구멍(228)은 회전축(103)에 대해 센터링될 수 있고, 회전축(103)을 따라 연장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 구멍(228)은 밸브 하우징(202)의 내면(226)과 중간부(220)를 관통하여 연장되는 원형 관통공일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 유입부(206), 제1 유출부(210), 제2 유출부(216) 및 중간부(220)는, 밸브 하우징(202)이 단일 일체형 및 모놀리식이 되도록 일체로 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, 밸브 하우징(202)은 2개 이상의 별개 부재로부터 조립될 수 있다. 또한 몇몇 실시예에서, 밸브 하우징(202)은 터빈 하우징(105)의 외측부에 부착될 수 있다. 더욱이, 몇몇 실시예에서 밸브 하우징(202)의 적어도 일부는 터빈 하우징(105)의 적어도 일부에 일체형으로 부착될 수 있고, 이에 따라 부착된 부분이 단일형이고 모놀리식으로 된다. 다른 실시예에서, 밸브 하우징(202)은 터빈 하우징(105)으로부터 이격될 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 밸브 조립체(142)는 부싱(234)을 더 포함할 수 있다. 부싱(234)은 몇몇 실시예에서 원통형 그리고 중공형일 수 있다. 부싱(234)은 내경면(233)과 외경면(235)을 가질 수 있다. 부싱(234)은 밸브 하우징(202)의 구멍(228)에 수용되는 제1 부분(236)도 또한 포함할 수 있다. 외경면(235)은 부싱(234)을 밸브 하우징(202)에 고정하기 위해 구멍(228)의 내면에 고정식으로 부착될 수 있다. 예컨대, 부싱(234)은 구멍(228) 내로의 압박 프로세싱을 통해 압입될 수 있다. 또한, 부싱(234)은 부싱(234)의 회전축(103)을 따라 제1 부분(236)으로부터 이격된 제2 부분(238)을 포함할 수 있다. 제2 부분(238)은 밸브 하우징(202)의 내면(226)으로부터 중간 통로(222) 내로 돌출할 수 있다.
추가로, 밸브 조립체(142)는 밸브 구조체(240)를 포함할 수 있다. 밸브 구조체(240)는 밸브 하우징(202) 내에서 중간 통로(222) 내에 배치될 수 있다. 밸브 구조체(240)는 밸브 조립체(142)를 통과하는 배기가스 흐름을 조절하기 위해 밸브 하우징(202) 내에서 이동하도록 지지될 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예에서 밸브 구조체(240)는 회전축(103)을 중심으로 회전 이동하도록 지지될 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 밸브 조립체(240)는 일반적으로 샤프트(242)와 본체(244)를 포함할 수 있다. 샤프트(242)는 원통형일 수 있고, 본체(244)로부터 돌출할 수 있다. 샤프트(242)는 도 4에 도시한 바와 같이 부싱(234) 내에 수용될 수 있다. 샤프트(242)는 부싱(234)의 내경면(233)에 의해 회전 이동하도록 지지될 수 있다.
본체(244)는 중실형(비중공형) 본체일 수 있다. 본체(244)는 상류 페이스(246), 하류 페이스(248) 및 상류 페이스(246)와 하류 페이스(248) 사이에서 연장되는 반경방향 페이스(250)를 포함할 수 있다. 샤프트(242)는 하류 페이스(248)에 고정식으로 연결될 수 있고, 부싱(234)의 내경면(233)에 수용되도록 하류 페이스로부터 돌출할 수 있다.
상류 페이스(246)는 유입 통로(208)를 향해 상류 방향으로 회전축(103)을 따라 지향될 수 있다. 상류 페이스(248)는 (상류 페이스(246)의 방향에 반대되는) 하류 방향으로 회전축(103)을 따라 지향될 수 있다. 또한, 하류 페이스(248)는 밸브 하우징(202)의 내면(226)을 향해 지향될 수 있고, 이 내면에 반대될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 하류 페이스(248)는 내면(226)에 근접할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서 하류 페이스(248)와 내면(226) 모두는 거의 평편하고 서로 거의 평행할 수 있다.
하류 페이스(248)는 리세스(249)를 더 포함할 수 있다. 리세스(249)는 라운드형 및 환형일 수 있다. 리세스(249)는 샤프트(242)를 연속적으로 에워쌀 수 있다. 리세스(249)는 부싱(234)의 제2 부분(238)을 수용할 수 있다. 이러한 피쳐는 선택점이라는 점이 이해될 것이다; 따라서, 몇몇 실시예에서 부싱(234)은 밸브 구조체(240)의 본체(244) 내로 연장하지 않고 샤프트(242)를 에워쌀 수 있다.
밸브 구조체(240)와 부싱(234) 사이에 비교적 소량의 클리어런스가 존재하여, 회전축(103)을 중심으로 한 밸브 구조체(240)이 회전이 가능함이 이해될 것이다. 구체적으로, 부싱(234)과 리세스(249)의 내면 사이 그리고 샤프트(242)와 부싱(234)의 내경면(233) 사이에 클리어런스가 있을 수 있다. 이러한 소량의 클리어런스에도 불구하고, 밸브 조립체(142)는 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같은 밸브 조립체(142)로부터의 누설량을 저감, 제한 및/또는 방지하는 특정 피쳐를 포함할 수 있다.
밸브 구조체(240)의 반경방향 페이스(250)는 회전축(103)에 대해 횡방향으로(예컨대, 거의 반경방향으로) 지향될 수 있다. 반경방향 페이스(250)는 회전축(103)을 중심으로도 연장될 수 있다. 반경방향 페이스(250)는 회전축(103)의 양 측면에 있을 수 있는 라운드형부(252) 및 제어부(254)를 포함할 수 있다. 라운드형부(252)는 회전축(103)을 중심으로 둘레방향으로 매끄럽고 점차적으로 굴곡질 수 있다. 라운드형부(252)도 또한 밸브 하우징(202)의 홈(224) 내에 수용될 수 있다(도 2 및 도 3). 반경방향 페이스(250)의 제어부(254)는 제1 제어면(256)과 제2 제어면(260)을 포함할 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 제어면(256)은 직사각형일 수 있고, 실질적으로 편평하고 평면형일 수 있다. 제1 제어면(256)은 또한 밸브 구조체(240)에 있는 제어부(254)의 제1 윙(258)에 대해 접선방향으로 돌출할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 제어면(260)은 직사각형일 수 있고, 실질적으로 편평하고 평면형일 수 있다. 제2 제어면(260)은 접선방향으로 돌출하여 제2 윙(262)을 획정할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 제어면(256)과 제2 제어면(260)은 회전축(103)에 대해 각지게 이격될 수 있다(즉, 둘레방향으로 이격될 수 있다). 반경방향 페이스(250)는 둘레방향으로 제1 제어면(256)과 제2 제어면(260) 사이에 배치되는 중간 영역(264)을 더 포함할 수 있다. 중간 영역(264)은 회전축(103)에 대하여 그리고 제1 제어면(256)과 제2 제어면(260) 사이에서 반경 둘레에서 점차로 굴곡질 수 있다.
밸브 구조체(240)는 배기가스 흐름을 밸브 조립체(240)를 통과하도록 지향시키기 위해 유로(266)를 추가로 포함할 수 있다. 유로(266)는 상류 페이스(246)에 획정되고 회전축(103)을 따라 지향되는 상류 단부(268)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상류 단부(268)는 도 5에 도시한 바와 같이 거의 원형일 수 있다. 상류 단부(268)는 밸브 하우징(202)의 유입 통로(208)와 정렬되고, 이 유입 통로와 유체 연통될 수 있다. 유체 통로(266)는 반경방향 페이스(250)의 중간 영역(264)에 배치되는 하류 단부(270)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 유로(266)의 하류 단부(270)는 둘레방향으로 제1 제어면(256)과 제2 제어면(260) 사이에 배치될 수 있다. 하류 단부(270)는 회전축(103)에 대하여 횡방향으로[즉, 회전축(103)과 교차하는 방향으로] 지향될 수 있다. 예컨대, 하류 단부(270)는 회전축(103)에 대해 80도(80°) 내지 100도(100°)의 각도로 지향될 수 있다. 하류 단부(270)는 몇몇 실시예에서 도 5에 도시한 바와 같이 긴(예컨대, 타원형) 형상일 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 유로(266)는 상류 단부(268)와 하류 단부(270) 사이에서 연장되는 비선형 축(272)을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유로(266)는 상류 단부(268)에서 하류 단부(270)로 밸브 구조체(240)를 관통하여 매끄럽게 그리고 점차적으로 굴곡질 수 있다.
상세히 설명하겠지만, 유로(266)의 상류 단부(268)는 제1 연소실(112)로부터 나온 배기가스 흐름(146)을 수용할 수 있다. 유로(266)는 이 흐름을 하류 단부(270)를 향해 축(272)을 따라 횡방향으로(예컨대, 반경방향으로) 지향시킬 수 있다. 하류 단부(270)는 밸브 하우징(202) 내에서의 밸브 구조체(240)의 위치에 따라 이 흐름을 제1 유출 통로(212) 또는 제2 유출 통로(218)로 이송할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 밸브 구조체(240)는 부싱(234) 내에서, 제1 위치(도 2)와 제2 위치(도 3) 사이에서 회전 이동하도록 지지될 수 있다.
제1 위치에서, 유로(266)의 하류 단부(270)는 유출 통로(212)를 향해 지향되고, 이 유출 통로에 유동적으로 연결될 수 있다. 한편, 제어면(260)은 시트(232)에 대해 실링할 수 있고, 유출 통로(218)를 실질적으로 실링할 수 있다. 추가로, 윙(258)은 밸브 하우징(202)의 내면에 맞닿아, 밸브 하우징(202)의 중간 통로(222)를 분할하고 유체 경계를 제공할 수 있다.
따라서, 밸브 구조체(240)가 제1 위치에 있는 경우, 유입 통로(208)는 연소실(112)로부터 나온 배기가스 흐름(146)을 수용할 수 있다. 유로(266)의 상류 단부(268)는 이 흐름을 수용할 수 있고, 밸브 구조체(240)는 이 흐름을 유로(266)를 거쳐 하류 단부(270)로 그리고 유출 통로(212)로 지향시킬 수 있다. 배기가스 스트림(141)은 밸브 조립체(12)를 빠져나가, EGR 쿨러(136)를 향해 그리고 궁극적으로 엔진(125)을 향해 흐를 수 있다. 한편, 밸브 구조체(240)는 제1 위치에서 유출 통로(218)를 폐쇄하고, 연소실(112)로부터 터보차저(100)로의 흐름을 방지할 수 있다.
이와 대조적으로, 제2 위치(도 3)에서 유로(266)의 하류 단부(270)는 유출 통로(218)를 향해 지향되고, 이 유출 통로에 유동적으로 연결될 수 있다. 한편, 제어면(256)은 시트(230)를 실링할 수 있고, 유출 통로(212)를 실질적으로 실링할 수 있다. 추가로, 윙(262)은 밸브 하우징(202)의 내면에 맞닿아, 밸브 하우징(202)의 중간 통로(222)를 분할하고 유체 경계를 제공할 수 있다.
따라서, 밸브 구조체(240)가 제2 위치에 있는 경우, 유입 통로(208)는 연소실(112)로부터 나온 배기가스 흐름(146)을 수용할 수 있다. 유로(266)의 상류 단부(268)는 이 흐름을 수용할 수 있고, 밸브 구조체(240)는 이 흐름을 유로(266)를 거쳐 하류 단부(270)로 그리고 유출 통로(218)로 지향시킬 수 있다. 스트림(121)은 밸브 조립체(142)를 빠져나와, 터보차저(100)에 있는 터빈 하우징(105)의 적어도 하나의 소용돌이 구조체(122, 124)를 향해 흐를 수 있다. 한편, 밸브 구조체(240)는 제2 위치에서 유출 통로(212)를 폐쇄하고, 연소실(112)로부터 EGR 시스템(130)으로의 흐름을 방지할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 제어 시스템(150)(도 1)은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 밸브 구조체(240)의 이동을 제어하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 몇몇 실시예에 센서(153)는 상태[예컨대, 현재 엔진 속도, 연소실(112)로부터의 배기가스 흐름(146)의 질량 유량, 스로틀(148)의 위치 또는 다른 상태]를 검출할 수 있다. 따라서, 센서(153)는, 예컨대 엔진(125)의 연료 소비 요구를 검출할 수 있다.
센서(153)는 센서(153)에 의해 검출된 상태와 관련된 신호를 생성할 수 있고, 프로세서(151)는 센서(153)로부터 상기 신호를 수신할 수 있다. 프로세서(151)는, 센터(153)로부터의 입력에 기초하여 밸브 구조체(240)가 어느 위치에 있어야만 하는지를 결정하기 위해 프로그래밍된 로직에 의존할 수 있다. 프로세서(151)는 밸브 구조체(240)를 결정된 위치로 이동시키기 위한 제어 명령을 생성하고 이 제어 명령을 액추에이터(155)로 전송할 수 있다.
예컨대, 낮은 엔진 속도, 낮은 엔진 부하 등에서, 프로세서(151)는, 제1 연소실(112)로부터의 배기가스 흐름(146)이 EGR 시스템(130)으로 이송되고 엔진(125)으로 다시 재순환되도록 하기 위해 제1 위치(도 2)에 있어야만 한다고 결정할 수 있다. 이와 대조적으로, 높은 엔진 속도, 높은 엔진 부하 등에서, 프로세서(151)는, 제1 연소실(112)로부터의 배기가스 흐름(146)이 터보차저(100)의 터빈 하우징(105)으로 이송되도록 하기 위해 제2 위치(도 3)에 있어야만 한다고 결정할 수 있다.
이에 따라, 밸브 조립체(142)는 실질적으로 다른 유출구를 실링하면서 하나의 유출구로 배기가스를 지향시키도록 구성된다. 따라서, 밸브 조립체(142)는 배기가스 흐름의 효율적인 조절을 제공할 수 있다.
더욱이, 유로(266)를 통과하는 배기가스 흐름은 밸브 구조체(240)의 본체(244)를 축방향으로 압박할 수 있다. 본체(244)의 하류 페이스(248)는 이에 따라, 배기가스 흐름으로부터의 축방향 하중으로 인해 부싱(234)의 축방향 단부에 대하여 압박 및 압축될 수 있다. 하류 페이스(248)는 또한 이러한 축방향 하중으로 인해 밸브 하우징(202)의 내면에 대하여 압박 및 압축될 수 있다. 따라서, 하류 페이스(248)와 내면(226) 사이의 배기가스 누설이 제한될 수 있다.
추가로, 몇몇 실시예에서 부싱(234)은 특정 장점을 제공하기 위해 밸브 구조체(240)의 본체(244) 내로 축방향으로 연장된다. 앞서 설명한 바와 같이, 밸브 구조체(240)의 하류 페이스(248)와 밸브 하우징(202)의 내면(226) 사이 그리고 밸브 구조체(240)와 부싱(234) 사이에 소량의 클리어런스가 형성될 수 있다. 그러나, 도 4에 도시한 바와 같이, 이 경로가 우회적이고 복잡하기 때문에 경로를 따른 누설 가능성은 거의 없다. 구체적으로, 이 클리어런스를 따른 밸브 조립체(142) 내부로부터 외측부로의 경로는 a) 중간 통로(222)로부터; b) 하류 페이스(248)와 내면(226) 사이의 영역에서 반경방향 내측으로; c) 이어서, 부싱(234)의 내경면(235)과 리세스(249)의 대향 내면 사이에서 축방향 상류로; d) 다음에, 부싱(234)의 단부와 리세스(249)의 대향 내면 사이에서 반경방향 내측으로; 이어서, e) 부싱(234)의 내경면(233)과 샤프트(242)의 외경 사이에서 축방향 하류로 연장된다. 이러한 우회적인 루트는 밸브 조립체(142)로부터의 누설을 실질적으로 방지할 수 있다.
이제 도 6을 참고하면, 본 개시의 추가의 실시예에 따른 밸브 구조체(340)가 예시된다. 도 2 내지 도 5의 실시예의 구성요소에 상응하는 구성요소는 100만큼 증분된 대응하는 참조부호로 나타낸다.
도시한 바와 같이, 밸브 조립체(340)는 샤프트(342)와 본체(360)를 포함할 수 있다. 샤프트(342)는 도 2 내지 도 5의 실시예와 거의 유사할 수 있다. 그러나, 본체(360)는 다소 다이아몬드 형상 단면을 가질 수 있다. 본체(360)의 라운드형부(352)는, 라운드형부(352)의 하나의 둘레방향 단부가 제1 접촉면(356)에서 종결되고, 타 둘레방향 단부가 제2 제어면(360)에서 종결되도록, 상기 실시예에서보다 큰 반경을 가질 수 있다.
더욱이, 유로(366)는 도 2 내지 도 5의 실시예와 상이하게 구성될 수 있다. 유로(366)는 상류 단부(368)가 상류 페이스(346)에 근접한 하류 단부(370)로 개방되도록 개방 채널로서 구성될 수 있다.
이제 도 7을 참고하면, 본 개시의 추가의 실시예에 따른 터보차저 시스템(400)이 예시된다. 도 1의 실시예의 구성요소에 상응하는 구성요소는 300만큼 증분된 대응하는 참조부호로 나타낸다.
도시한 바와 같이, 터보차저 시스템(404)은 터보차저(400)와 제2 배기 시스템(430)을 포함할 수 있다. 제2 배기 시스템(430)은 상류 단부(457)와 하류 단부(458)를 지닌 웨이스트 게이트 구조체(456)를 갖는 웨이스트 게이트 시스템일 수 있다. 웨이스트 게이트 구조체(456)는 중공형 튜브일 수 있고, 하류 단부(458)는 배기 파이프(428)에 유동적으로 연결될 수 있다.
시스템(404)은 밸브 조립체(442)를 더 포함할 수 있다. 밸브 조립체(442)는 전술한 것과 거의 유사할 수 있다. 그러나, 밸브 조립체(442)는 배기가스 매니폴드(423)에 유동적으로 연결될 수 있고, 매니폴드로부터 배기가스를 수용할 수 있다. 따라서, 밸브 조립체(442)는 엔진(425)의 다수의 연소실(예컨대, 전부)로부터 배기가스를 수용할 수 있다. 밸브 조립체(442)는 또한 터보차저(400)에 있는 터빈 하우징(405)의 유입 파이프(419)에 작동적으로 연결될 수 있다. 더욱이, 밸브 조립체(442)는 웨이스트 게이트 구조체(456)의 상류 단부(457)에 작동적으로 연결될 수 있다.
따라서, 밸브 조립체(442)의 제1 위치에서는 엔진(425)에서 나온 배기가스가 터보차저(400)의 터빈 휠(444)로 지향될 수 있다. 이와 대조적으로, 제2 위치에서는 엔진(425)에서 나온 배기가스가 터보차저(400)를 우회할 수 있고, 대신에 웨이스트 게이트 조립체(456)를 통해 배기 파이프(428)로 지향될 수 있다.
전술한 상세한 설명에서는 적어도 하나의 예시적인 실시예가 제시되었지만, 많은 변형이 존재한다는 점을 이해해야만 한다. 예시적인 실시예 또는 예시적인 실시예들은 단지 예일뿐, 본 개시의 범위, 이용가능성 또는 구성을 어떠한 방식으로든 제한하지 않는 것으로 의도된다는 점도 또한 이해해야만 한다. 오히려, 전술한 상세한 설명은 당업자에게 본 개시의 예시적인 실시예를 구현하기 위한 편리한 로드맵을 제공할 것이다. 첨부된 청구범위에 기술된 바와 같은 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이, 예시적인 실시예에 설명된 요소들의 기능 및 구성에 있어서 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 점이 이해된다.

Claims (15)

  1. 터보차저 시스템으로서,
    엔진으로부터 배기가스의 흐름을 수용하도록 구성된 유입구, 제1 유출구 및 제2 유출구를 획정하는 하우징;
    하우징의 제1 유출구로부터 수용된 배기가스의 제1 흐름에 의해 회전 구동되도록 구성되는 터보차저의 터빈 휠;
    하우징의 제2 유출구로부터 수용된 배기가스의 제2 흐름을 수용하도록 구성된 제2 배기 시스템; 및
    하우징 내에 배치되는 밸브 구조체
    를 포함하고, 밸브 구조체는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전축을 중심으로 회전하도록 구성되고,
    밸브 구조체는 상류 단부, 하류 단부 및 상류 단부와 하류 단부 사이에서 연장되는 비선형축을 지닌 유로를 획정하며, 상류 단부는 실질적으로 회전축을 따라 연장되고 유입구로부터 배기가스를 수용하도록 구성되고, 하류 단부는 제1 유출구 및 제2 유출구 중 어느 하나로 배기가스를 이송하도록 구성되며,
    밸브 구조체는 제1 위치에서, 터빈 휠을 구동하기 위해 배기가스를 제1 흐름을 따라 상류 단부로부터 유로를 거쳐 하류 단부 및 제1 유출구로 지향시키도록 구성되고,
    밸브 구조체는 제1 위치에서 제2 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성되며,
    밸브 구조체는 제2 위치에서, 배기가스를 제2 배기 시스템으로 이송하기 위해 제2 흐름을 따라 상류 단부로부터 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 제2 유출구로 지향시키도록 구성되고,
    밸브 구조체는 제2 위치에서 제1 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성되는 것인 터보차저 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 밸브 구조체는 본체와, 본체의 하류 페이스로부터 연장되는 샤프트를 포함하고,
    샤프트는 회전축을 중심으로 회전하도록 지지되며,
    상류 단부는 본체의 상류 페이스에 포함되고, 상류 페이스는 하류 페이스의 반대측을 향하고,
    하류 페이스는 배기가스로 인해 본체가 하중을 받는 상태에서 하우징에 대해 압박되도록 구성되는 것인 터보차저 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 밸브 구조체는 본체와, 본체로부터 연장되는 샤프트를 포함하고,
    샤프트는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전하도록 지지되며,
    본체는 제1 위치에서 제2 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성되고,
    본체는 제2 위치에서 제1 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성되는 것인 터보차저 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 회전축을 따라 이격된 제1 부분과 제2 부분을 지닌 부싱을 더 포함하고,
    제1 부분은 밸브 하우징에 의해 수용된 샤프트를 수용하고,
    제2 부분은 밸브 구조체의 본체 내에 수용되는 것인 터보차저 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 본체는, 밸브 구조체가 제1 위치에 있을 때에 제2 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성되는 제1 표면을 포함하고,
    본체는, 밸브 구조체가 제2 위치에 있을 때에 제1 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성되는 제2 표면을 포함하며,
    유로의 하류 단부가 제1 표면과 제2 표면 사이에 배치되는 것인 터보차저 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 본체는 회전축을 중심으로 연장되는 반경방향 페이스를 갖고,
    제1 표면과 제2 표면은 반경방향 페이스의 각각의 부분을 획정하는 것인 터보차저 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 제1 표면과 제2 표면 중 하나 이상은 거의 평면형 표면인 것인 터보차저 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 본체는 상류 페이스, 하류 페이스 및 상류 페이스와 하류 페이스 사이에서 연장되는 반경방향 페이스를 포함하고,
    유로의 상류 단부는 상류 페이스에 획정되며,
    유로의 상류 단부는 반경방향 페이스에 획정되고,
    하류 페이스는 하우징의 내면에 대향하는 것인 터보차저 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 밸브 구조체를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 활성화시키도록 구성되는 액추에이터를 더 포함하는 터보차저 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상태를 검출하도록 구성된 센서를 더 포함하고,
    프로세서를 지닌 제어 시스템을 더 포함하며,
    프로세서는 센서로부터, 검출된 상태에 대응하는 입력을 수신하도록 구성되고,
    프로세서는, 적어도 부분적으로 프로세서에 의해 수신된 입력에 기초하여, 밸브 구조체를 제1 위치와 제2 위치 사이에서 활성화시키기 위해 액추에이터를 위한 제어 명령을 생성하도록 구성되는 것인 터보차저 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 터빈 휠은 터빈 하우징 내에서 회전하도록 지지되고,
    터빈 하우징은 복수 개의 소용돌이(volute) 구조체를 포함하며,
    소용돌이 구조체들 중 적어도 하나는 제1 유출구로부터 배기가스의 제1 흐름을 수용하도록 구성되는 것인 터보차저 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 복수 개의 연소실을 지닌 내연기관을 더 포함하고,
    복수 개의 연소실 중 단지 하나만이 하우징의 유입구와 유동적으로 연결되는 것인 터보차저 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 제2 배기 시스템은 배기가스 후처리 시스템 및 웨이스트 게이트 조립체(wastegate assembly) 중 어느 하나인 것인 터보차저 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 밸브 구조체는 본체와, 본체의 하류 페이스로부터 연장되는 샤프트를 포함하고,
    샤프트는 하우징에 부착되는 부싱 내에 수용되며, 부싱은 회전축을 중심으로 한 샤프트의 회전을 지지하고, 부싱은 축방향 단부를 포함하며,
    상류 단부는 본체의 상류 페이스에 포함되고, 상류 페이스는 하류 페이스의 반대측을 향하며,
    하류 페이스는 배기가스로 인해 본체가 하중을 받는 상태에서 부싱의 축방향 단부에 대해 압박되도록 구성되는 것인 터보차저 시스템.
  15. 터보차저 시스템으로서,
    배기가스의 흐름을 출력하도록 구성된 엔진;
    터빈 휠을 지닌 터보차저;
    배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 시스템; 및
    밸브 조립체를 포함하고, 밸브 조립체는
    유입구, 제1 유출구 및 제2 유출구를 획정하는 밸브 하우징;
    밸브 하우징에 고정되고, 밸브 하우징 내에 수용되는 제1 부분과, 밸브 하우징의 내면으로부터 돌출하는 제2 부분을 갖는 부싱; 및
    하우징 내에 배치되고, 본체와, 본체의 하류 페이스로부터 연장되고, 부싱에 의해 제1 위치와 제2 위치 사이에서 회전하도록 지지되는 샤프트를 포함하는 밸브 구조체를 포함하고,
    본체는 회전축을 따라 지향되는 상류 페이스와, 상류 페이스의 반대측을 향하는 하류 페이스를 포함하며, 본체는, 회전축에 대하여 반경방향으로 지향되고 상류 페이스와 하류 페이스 사이에서 연장되는 반경방향 페이스를 포함하고, 하류 페이스는 밸브 하우징의 내면을 향하며,
    본체는 상류 페이스에 상류 단부를 그리고 반경방향 페이스에 하류 단부를 지닌 유로를 포함하고,
    상류 단부는 유입구로부터 배기가스를 수용하도록 구성되며, 하류 단부는 배기가스를 제1 유출구와 제2 유출구 중 어느 하나로 이송하도록 구성되고, 하류 페이스는 배기가스로 인해 본체가 하중을 받는 상태에서 부싱 및 밸브 하우징의 내면에 대해 압박되도록 구성되고,
    본체는 제1 위치에서, 터빈 휠을 구동하기 위해 배기가스를 상류 단부로부터 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 제1 유출구로 지향시키도록 구성되며,
    반경방향 페이스의 제2 제어면이 제1 위치에서 제2 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성되고,
    본체는 제2 위치에서, EGR 시스템으로의 이송을 위해 배기가스를 상류 단부로부터 유로를 거쳐 하류 단부로 그리고 제2 유출구로 지향시키도록 구성되며,
    반경방향 페이스의 제1 제어면은 제2 위치에서 제1 유출구를 실질적으로 폐쇄하도록 구성되고,
    하류 단부는 반경방향 페이스 상에서 제1 제어면과 제2 제어면 사이에 둘레방향으로 배치되는 것인 터보차저 시스템.
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