KR102169944B1 - 결합된 egr 및 배기가스 냉각기 밸브 - Google Patents

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Abstract

결합된 EGR 및 배기가스 냉각기 밸브(G)가 하나 이상의 유입구(1), 2개 이상의 유출구(2, 3) 그리고 하나 이상의 추가 개구(4)를 구비하고, 이 경우 상기 유입구(1)와 하나의 유출구(3) 사이에 그리고 상기 유입구(1)와 추가 개구(4) 사이에 각각 탄성적으로 지지된 밸브 부재(9, 10)에 의해 폐쇄 가능한 밸브 시트가 제공되어 있으며, 그리고 상기 밸브 부재(9, 10)들은, 다른 밸브 시트가 폐쇄 상태로 유지되는 동안 2개의 밸브 시트가 폐쇄될 수 있고, 그리고 개별적으로 개방될 수 있도록 공동 샤프트(8) 상에 탄성적으로 지지되어 있다.

Description

결합된 EGR 및 배기가스 냉각기 밸브{COMBINED EGR- AND EXHAUST GAS COOLER-VALVE}
본 발명은 결합된 EGR 및 배기가스 냉각기 밸브 그리고 상기와 같은 밸브를 구비한 배기가스 재순환 시스템(Exhaust Gas Recirculation system)에 관한 것이다.
배기가스 재순환 시스템들은 오염 물질의 배출량을 줄이고 내연 기관들의 효율을 향상시키는 데 사용된다. 이 점에 있어 예를 들어, 터보 과급기가 달린 디젤 엔진(supercharged diesel engine)들의 경우, 배기가스의 재순환에 의해 질소 산화물 생성이 감소될 수 있다. 배기가스 재순환 시스템에서, 배기가스 재순환 밸브는 배기가스의 일부를 배기 매니폴드(exhaust manifold)로부터 다시, 신선 공기와 혼합되는 엔진의 흡기 장치로 안내한다. 이 경우 단점은, 재순환된 고온의 배기 공기로 인해 엔진의 흡입 공기가 전체적으로 가열되고, 이는 엔진 성능을 저하시킬 수 있다는 것이다. 이러한 이유로, 상이한 엔진 상태에 대해 상이한 냉각 용량을 제공하도록 제어 방식으로 관류될 수 있고, 경우에 따라 선택적으로 스위칭될 수 있는 하나 또는 다수의 EGR 냉각기를 갖는 엔진들이 개발되었다. DE 10 2016 211 725 A1호에는 2개의 배기가스 냉각기를 위한 효율적인 밸브 장치가 공지되어 있다. 그러나 특정 작동 상태들은 특히, 단일 배기가스 냉각기가 있는 경우에는 나타날 수 없다.
이러한 배경에서 본 발명의 과제는 다수의 작동 상태가 실현될 수 있는 결합된 EGR 및 배기가스 냉각기 밸브를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결책은 청구항 1에 설명된 밸브에 의해 해결된다.
따라서 상기 밸브는 유입구, 제1 유출구, 제2 유출구 그리고 추가 개구를 구비하며, 상기 유입구와 상기 제1 유출구는 서로 연통되며, 상기 유입구와 상기 제2 유출구 사이에 그리고 상기 유입구와 상기 추가 개구 사이에는 각각 탄성적으로 지지되어 각각 상기 제2 유출구와 상기 추가 개구를 선택적으로 폐쇄 가능한 밸브 부재가 제공되어 있다. 그리고 상기 밸브 부재들은, 상기 제2 유출구와 상기 추가 개구를 모두 폐쇄하거나 또는 상기 제2 유출구와 상기 추가 개구를 개별적으로 개방할 수 있도록 공동 샤프트 상에 탄성적으로 지지되어 있다. 바꾸어 말하면, 공동 샤프트의 운동이, 상기 밸브 부재들 중 하나의 밸브 부재가 개방될 정도로 다른 밸브 부재의 폐쇄 방향으로 힘을 유도한다.
이로 인해 2개의 밸브 부재가 폐쇄된 경우, 예를 들어 전체 배기가스가 유입구로부터 예를 들어 배기 시스템에 연결될 수 있는 (폐쇄되지 않은) 제1 유출구로 유입되며, 그 결과 배기가스 재순환이 발생하지 않고, 마찬가지로 배기가스 냉각기의 우회도 발생하지 않는 작동 상태가 가능하다. 따라서 배기가스 내에 포함된 전체 열에너지가 예를 들면, 차량 실내를 가열하는 데 사용될 수 있다.
제2 작동 상태에서는, 계속해서 열에너지의 완전한 이용이 가능하나, 제어 가능한, 즉 제2 유출구에 대해 1 내지 100% 사이에서 조절 가능한 밸브의 개방을 통해서 제어 가능한 배기가스 재순환이 이루어질 수 있다. 이러한 작동 상태에서는, 모든 열에너지를 이용할 수 있도록 배기가스가 배기가스 냉각기의 바이패스가 아닌, 계속해서 완전히 배기가스 냉각기를 통해 흐르도록 제2 밸브가 닫힌 상태로 유지된다. 이러한 경우에는 형성된 개구에 상응하게 재순환되지 않은 배기가스가 앞서 제1 배출구로 표기된 배출구를 통해 배기 시스템으로 흐른다.
제3 작동 상태에서는, 배기가스 재순환이 발생하지 않도록 전형적으로 신선 공기 측으로 안내되는 밸브가 폐쇄되어 있으나, 배기가스 냉각기의 바이패스는 개방되어 있으며, 그 결과 상기 배기가스 냉각기가 우회되고, 배기가스에서 열에너지가 탈취되지 않는다.
바람직하게는, 언급한 모든 동작 상태는 단일 액추에이터에 의해 실현될 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명은 하나의 유입구, 2개의 유출구 그리고 예를 들어 냉각기-바이패스(cooler-bypass)의 유입구로서 사용될 수 있는 추가 개구를 갖는 단일 밸브를 나타낸다. 이러한 경우에는 본 발명에 따른 밸브가 흐름 방향으로 냉각기 및 냉각기의 바이패스의 다음에 배치됨으로써 상기 밸브가 폐쇄된 경우 흐름 방향으로 상기 바이패스 다음에서 배기가스가 배기가스 냉각기를 통과하는 유동 경로를 선택한다. 밸브가 개방된 경우 압력 비율은 배기가스가 개방된 밸브를 통해 냉각기-바이패스로부터 유입될 정도이다. 즉, 배기가스 냉각기가 배기 시스템으로의 유동 경로와 비교하면 더 큰 유동 저항을 나타낸다.
본 발명에 따른 밸브의 바람직한 개선예들은 추가 청구항들에 기재되어 있다.
본 발명에 따른 밸브의 특히 간단한 설계는, 밸브 부재들이 반대 방향으로 개방 가능하고 각각의 밸브들이 마주보는 측면들 상에 탄성적으로 지지되어 있는 경우 가능해진다. 이로 인해 다른 밸브 부재가 개방되어야 하는 경우 각각 폐쇄된 밸브 부재의 전술한 "지지"가 특히 간단한 방식으로 이루어진다.
유입구, 유출구들 그리고 그 사이에 배치된 밸브 부재들과 관련한 추가 개구의 규정된 배치에 있어서, 상기 유입구, 상기 제1 유출구와 상기 밸브 부재들 사이에, 하나의 밸브 부재와 상기 제2 유출구 사이에, 그리고 다른 하나의 밸브 부재와 상기 추가 개구 사이에 각각 가스 컴파트먼트(gas compartment)가 제공될 수 있다.
밸브의 구조적 형상과 관련하여서는 밸브 디스크(valve disk) 또는 밸브 플랩(valve flap)으로서 하나 이상의 밸브 부재의 형성이 바람직하다. 밸브 디스크들의 경우, 밸브 샤프트가 병진 이동 가능하며, 그리고 상기 밸브 디스크들은 각각 개구를 가지며, 이 경우 탄성적인 지지를 위해 밸브 샤프트는 상기 개구를 통해 연장된다. 밸브 플랩들의 경우, 공통 샤프트가 전형적으로 회전 방식으로 또는 회동 방식으로 작동할 수 있다.
본 발명에 따른 밸브가 단독으로 사용될 수 있더라도, 하나 이상의 상기와 같은 밸브를 구비한 배기가스 재순환(EGR) 시스템은 본 발명의 추가 대상을 형성한다.
이러한 경우 이미 나타낸 바와 같이, 유입구는 내연 기관의 배기 라인에 연결되어 있고, 제1 유출구는 배기 시스템에 연결되어 있으며, 제2 유출구는 배기가스 재순환을 위해 엔진의 신선 공기 측에 연결되어 있고, 그리고 추가 개구는 냉각기-바이패스의 배출구에 연결되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 설계를 통해서 전술한 작동 상태들이 바람직한 방식으로 나타날 수 있다.
하기에서는 본 발명의 실시예가 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 도면부에서:
도 1은 본 발명에 따른 밸브를 구비한 배기가스 재순환 시스템을 도시하고;
도 2는 본 발명에 따른 밸브의 실시예를 도시하며; 그리고
도 3은 도 2에 따른 밸브의 상이한 작동 상태들을 도시한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 내연 기관(H)으로부터는 배기 라인(A)이 한편으로는 라인(B)을 통해 배기가스 냉각기(F)로 안내되고, 다른 한편으로는 상기 냉각기(F)를 우회하는 바이패스(C)로 안내된다. 흐름 방향으로 상기 냉각기(F)와 바이패스(C) 다음에는 본 발명에 따른 밸브(G)가 위치한다. 제1 라인(D)은 밸브(G)로부터 배기 시스템으로 이어지고, 그리고 제2 라인(E)은 내연 기관(H)의 신선 공기 측으로 이어지며, 이렇게 함으로써 상기와 같은 경로를 통해 배기가스가 재순환될 수 있다.
도 2에는 본 발명에 따른 밸브(G)가 세부적으로 개략적으로 도시되어 있다. 상기 밸브는, 전형적으로 내연 기관(H)의 배기 라인(A)에 연결된 유입구(1)를 갖는다. 밸브에 의해 폐쇄될 수 없는 제1 유출구(2)는 전형적으로 배기 시스템에 연결되어 있으며, 그 결과 도 2에 도시된 상태에서는 배기가스 재순환이 이루어지지 않는다. 또한, 여기서 이미 언급되어야 할 점은, 이 상태에서는 냉각기의 바이패스도 폐쇄되어 있으며, 그 결과 배기가스의 전체 열에너지가 냉각기에 의해 탈취되고, 예를 들면 객실을 가열하기 위해 사용될 수 있다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 유출구(3)는 밸브 디스크(9)에 의해 폐쇄될 수 있고, 전형적으로 엔진의 신선 공기 측(E)으로 가이드되며, 그 결과 이러한 경로 상에서 배기가스 재순환이 이루어질 수 있다. 추가 개구(4)는 냉각기-바이패스(C)에 연결되어 있으며, 그러나 도 2에 도시된 바와 같이 폐쇄될 수 있다.
도 2에서는 또한, 2개의 밸브 디스크(9, 10)가 각각 밸브 샤프트(8) 상에서 탄성적으로, 도시된 예에서는 스프링(5, 6)들에 의해 지지되어 있는 것을 알 수 있으며, 그 결과 예를 들어, 상기 스프링(6)은 "다른" 밸브 디스크(9)가 개방되면(도 3의 b 참조) 압축되며, 이와 반대의 경우(도 3의 c 참조)로도 수행된다. 도시된 예에서 스프링(5, 6)들은 또한, 초기 응력 하에 있으며, 그 결과 상기 스프링은 각각의, 개방될 밸브 디스크에서 맨 먼저 팽창된 다음, 스토퍼(11, 12)가 상기 밸브 디스크를 함께 구동하기 위해 상기 밸브 디스크의 개방(도 3의 b 및 c)을 제공한다.
도 3의 a에서는 맨 먼저 2개의 밸브 시트가 폐쇄되어 있고, 따라서 배기가스가 배기 라인(A)으로부터 배기가스 재순환 없이 그리고 배기가스 냉각기를 우회하지 않으면서 완전히 배기 시스템(D)으로 흐르는 작동 상태가 도시되어 있다. 배기가스 냉각기는 냉각기-바이패스(C)로부터 이어지는 추가 개구(4)가 폐쇄되어 있기 때문에 우회되지 않는다.
이는 도 3의 b에 도시된 작동 상태에도 적용되며, 그러나 이러한 작동 상태에서는 신선 공기 측(E)으로 가이드되는 밸브가 개방되어 있으며, 그 결과 재순환된 배기가스의 양이 조절될 수 있다. 요구 조건에 따라 그리고 배기 라인(A)과 신선 공기 측(E) 사이의 밸브 디스크(9)의 위치에 상응하게, 원하는 배기가스량이 재순환되고, 반면에 남은 배기가스는 배기 시스템(D)으로 흐른다.
도 3의 c에 도시된 예에서는 밸브(9)가 폐쇄되어 있기 때문에 배기가스 재순환이 이루어지지 않으며, 그러나 냉각기-바이패스(C)에 연결된 밸브(10)의 개방으로 인해 상기 배기가스 냉각기의 우회가 발생된다. 냉각기-바이패스(C)를 통한 유동 저항이 냉각기를 통해 가이드되는, 대안적인 유동 경로보다 적기 때문에 배기가스는 거의 100% 배기가스 냉각기 주위로 흘러 냉각되지 않은 상태로 개방된 밸브(10)를 통해 배기 시스템(D)에 이른다.

Claims (6)

  1. 유입구(1), 제1 유출구(2), 제2 유출구(3) 그리고 추가 개구(4)를 구비한, 결합된 EGR 및 배기가스 냉각기 밸브(combined EGR- and exhaust gas cooler valve)(G)로서,
    상기 유입구(1)와 상기 제1 유출구(2)는 서로 연통되며, 상기 유입구(1)와 상기 제2 유출구(3) 사이에 그리고 상기 유입구(1)와 상기 추가 개구(4) 사이에는 각각 탄성적으로 지지되어 각각 상기 제2 유출구(3)와 상기 추가 개구(4)를 선택적으로 폐쇄 가능한 밸브 부재(9, 10)가 제공되어 있고, 그리고 상기 밸브 부재(9, 10)들은, 상기 제2 유출구(3)와 상기 추가 개구(4)를 모두 폐쇄하거나 또는 상기 제2 유출구(3)와 상기 추가 개구(4)를 개별적으로 개방할 수 있도록 공동 샤프트(8) 상에 탄성적으로 지지되어 있는, 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 부재(9, 10)들이 반대 방향들로 개방될 수 있고, 그리고 상기 밸브 부재(9, 10)들이 마주보는 측면들에 탄성적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는, 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유입구(1), 상기 제1 유출구(2)와 상기 밸브 부재(9, 10)들 사이에, 하나의 밸브 부재(9)와 상기 제2 유출구(3) 사이에, 그리고 다른 하나의 밸브 부재(10)와 상기 추가 개구(4) 사이에 각각 가스 컴파트먼트(gas compartment)(13, 14, 15)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 밸브.
  4. 제1항에 있어서, 상기 밸브 부재(9, 10)들은 밸브 디스크(valve disk) 또는 밸브 플랩(valve flap)이고, 그리고 상기 샤프트(8)가 병진 이동 가능하거나 회동 가능한 것을 특징으로 하는, 밸브.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 밸브(G)를 구비한, EGR 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유입구(1)가 내연 기관(H)의 배기 라인(A)에 연결되어 있고, 상기 제1 유출구(2)가 배기 시스템(D)에 연결되어 있으며, 상기 제2 유출구(3)가 엔진의 신선 공기 측(E)에 연결되어 있고, 그리고 상기 추가 개구(4)가 냉각기-바이패스(cooler-bypass)의 배출구(C)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, EGR 시스템.
KR1020190084577A 2018-07-30 2019-07-12 결합된 egr 및 배기가스 냉각기 밸브 KR102169944B1 (ko)

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