KR20060026013A - Exhaust for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내연기관용 배기장치에 관한 것이며, 또한 상기 배기장치용 3-경로(way) 밸브에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust device for an internal combustion engine and also relates to a three-way valve for the exhaust device.
본 발명은 자동차 산업분야에 관한 것으로, 특히 내연기관의 작동 시 파생되는 환경 오염 물질 배출 감소와 관련된 장비에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the automotive industry, and more particularly to equipment related to the reduction of environmental pollutant emissions derived from the operation of internal combustion engines.
내연기관, 특히 자동차 내연기관에는 배기라인이 부가되며, 상기 배기라인 상에는 내연기관 작동시 파생되는 환경 오염 물질의 배출을 감소시키는 것을 목적으로 하는 적어도 하나의 촉매변환장치(catalytic converter)가 거의 장착된다.An internal combustion engine, in particular a motor vehicle internal combustion engine, is provided with an exhaust line, on which the exhaust line is almost equipped with at least one catalytic converter for the purpose of reducing the emissions of environmental pollutants derived during operation of the internal combustion engine. .
이와 관련하여, 상기 촉매변환장치의 올바른 기능은 배기 가스가 촉매변환장치에 도달할 때 나타내는 온도에 크게 좌우된다.In this regard, the correct functioning of the catalytic converter depends largely on the temperature at which the exhaust gases reach the catalytic converter.
또한, 배기라인 상류에, 다시 말해 내연기관에 아주 가까운 쪽에, 서로 아주 근접하여 놓인 두 개의 촉매변환장치를 쉽게 발견할 수 있다. 둘 중 하나의 촉매변환장치는 내연기관의 출구에서부터 탄소 일산화물(carbon monoxide) 및 탄화수소(hydrocarbon)를 처리하는 역할을 수행하는 반면, "Nox 덫(snare)"이라고 불리는 다른 하나의 촉매변환장치는 배기라인 하류에 설치되어 질소 산화물(nitrogen oxide)을 처리하는 역할을 수행한다.It is also easy to find two catalytic converters located very close to each other upstream of the exhaust line, ie very close to the internal combustion engine. One catalytic converter is responsible for treating carbon monoxide and hydrocarbons from the exit of the internal combustion engine, while the other catalytic converter, called a "Nox trap", It is installed downstream of the exhaust line and serves to treat nitrogen oxides.
상기 각각의 두 촉매변환장치는 각각 다른 특정 온도를 나타내는 구역 내에서 최적의 방법으로 작용한다.Each of the two catalytic converters works in an optimal way in a zone where each exhibits a different specific temperature.
이처럼 두 촉매변환장치의 조합은 상기 가스들을 동반할 수 있게 하는 열교환장치의 사용을 종종 필요로 한다. 특히 상기 가스들이 제 1 촉매변환장치를 통과한 후에 제 2 촉매변환장치의 올바른 기능에 적합한 온도를 가지는 구역에서 열교환장치의 사용을 필요로 한다.This combination of two catalytic converters often requires the use of a heat exchanger to entrain the gases. In particular, the use of a heat exchanger in a zone having a temperature suitable for the correct functioning of the second catalytic converter after the gases have passed through the first catalytic converter is required.
배기 가스 온도는 변하므로, 예를 들어 내연기관의 시동시 등 내연기관의 기능이 변화하는 페이즈에 놓이는 동안, 배기 가스가 열교환장치를 통과하게 하는 선택은 배기 가스가 촉매변환장치 기능의 정상 조건, 또는 최적의 조건보다 더 높은 온도에 놓이는 경우에만 사용되어야 한다는 것은 이미 잘 알려져 있다. 그렇지 않은 경우, 배기 가스는 최적의 작동 구역보다 낮은 온도로 만들어주는 냉각 페이즈를 거치지 않고 직접 촉매변환장치를 통과해야 한다.As the exhaust gas temperature changes, the choice of allowing the exhaust gas to pass through the heat exchanger during a phase in which the function of the internal combustion engine changes, for example at the start of the internal combustion engine, determines that the exhaust gas is subjected to the normal conditions of the catalytic converter function, It is already well known that it should only be used if it is placed at a higher temperature than the optimum conditions. Otherwise, the exhaust gas must pass directly through the catalytic converter without undergoing a cooling phase that leads to temperatures below the optimum operating zone.
이를 위해, 열교환장치 및 측관(by-pass)을 평행하게 장착하는 것이 보통이다. 반면, 거의 밸브로 구성되는 배기 가스 방향 조절 수단들은 배기 가스가 상기 열교환장치 또는 측관을 통과하게 방향을 조절할 수 있도록 열교환장치 및 측관의 상류에 배치된다.For this purpose, it is common to mount the heat exchanger and the by-pass in parallel. On the other hand, the exhaust gas direction adjusting means, which consists almost of valves, is disposed upstream of the heat exchanger and the side pipe so that the exhaust gas can be oriented to pass through the heat exchanger or the side pipe.
이러한 결과를 달성하기 위하여, 현재까지는 배기 가스가 통과하는 이동통로를 폐쇄함과 동시에 다른 하나의 이동통로를 개방하기 위하여 동조식 (synchronized)으로 작동하는 두 개의 밸브를 사용하는 것이 보통이었다.To achieve this result, it has conventionally been the use of two valves operated in synchronized order to close the passage through which the exhaust gas passes and at the same time open the other passage.
두 밸브가 완벽하게 동조식으로 제어되어야 하므로 이러한 두 밸브의 존재가 배기라인의 구성을 다소 복잡하게 만든다면, 배기장치가 제대로 작동하지 않을 위험성이 존재한다.Since the two valves must be controlled in perfect coordination, if the presence of these two valves complicates the configuration of the exhaust line, there is a risk that the exhaust system will not work properly.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다. Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems.
이를 위하여, 본 발명은 측관과 평행하게 배열되는 열교환장치의 상류에 배기 가스 방향 조절 수단이 구비되는 내연기관용 배기장치에 관한 것으로, 상기 조절 수단은 상기 배기 가스를 이동시키는 도관의 하류에 배치되어 두 개의 위치를 가질 수 있는 공급 밸브를 포함하는 3 경로 밸브로 구성되며, 상기 공급 밸브는 두 개의 위치 중 제1 위치에서 가스가 상기 열교환장치를 통하여 흐르도록 하고 제 2 위치에서 가스가 상기 측관을 통하여 흐르도록 하는 것을 특징으로 한다. To this end, the present invention relates to an exhaust device for an internal combustion engine provided with an exhaust gas direction adjusting means upstream of a heat exchanger arranged in parallel with a side pipe, the adjusting means being arranged downstream of a conduit for moving the exhaust gas. And a three-way valve including a supply valve which may have two positions, wherein the supply valve allows gas to flow through the heat exchanger at a first one of the two positions and gas through the side pipe at the second position. It is characterized by flowing.
본 발명은 또한 상부 도관에서 유입되는 배기 가스를 두 개의 다른 방향, 특히 열교환장치 방향 및 측관 방향으로 이동 방향을 결정해주는 내연기관 배기라인용 3 경로 밸브에 관한 것으로, 상기 밸브는 배기 가스의 유입구를 구비한 밸브의 상류 몸체부와 두 개의 유출구를 구비한 밸브의 하류 몸체부로 구성된 밸브 몸체를 포함하며, 상기 밸브 몸체의 두 몸체부는 공급 밸브를 배치한 후 조립될 수 있도록 형성되고, 상기 공급 밸브는 한편으로는 제1 유출구의 폐쇄를 위해 제1 시트(seat)와 함께 작동하고 다른 한편으로는 제2 유출구의 폐쇄를 위해 제2 시트와 함께 작동하며, 상기 각각의 시트들은 적어도 부분적으로 상기 밸브 몸체의 상류 몸체부 및/또는 하류 몸체부의 적어도 일부분으로 구성되는 것을 특징으로 한다. The invention also relates to a three-way valve for an internal combustion engine exhaust line which determines the direction of movement of the exhaust gas entering the upper conduit in two different directions, in particular in the direction of the heat exchanger and in the side pipe, which valve And a valve body comprising an upstream body portion of the provided valve and a downstream body portion of the valve having two outlets, wherein the two body portions of the valve body are formed to be assembled after disposing the supply valve. On the one hand works with the first seat for the closing of the first outlet and on the other hand with the second seat for the closing of the second outlet, each of said seats at least partly said valve body It is characterized by consisting of at least a portion of the upstream body portion and / or the downstream body portion.
본 발명은 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통한 아래의 상세한 설명을 통하여 더욱 잘 이해될 수 있을 것이다.The invention will be better understood from the following detailed description through embodiments with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 적합한 배기라인을 도시한 도면,1 is a view showing an exhaust line suitable for the present invention,
도 2는 본 발명에 따른 3 경로 밸브의 분해 사시도,2 is an exploded perspective view of a three-way valve according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 밸브의 제1 실시예의 분해 평면도,3 is an exploded plan view of a first embodiment of a valve according to the invention,
도 4는 본 발명에 따른 밸브의 제2 실시예의 조립 후의 평면 단면도,4 is a plan sectional view after assembling the second embodiment of the valve according to the present invention;
도 5는 도 4에 도시된 밸브 내에 포함된 공급 밸브를 나타내는 사시도이다.FIG. 5 is a perspective view illustrating a supply valve included in the valve illustrated in FIG. 4.
본 발명은 자동차 산업 분야에 관한 것으로, 특히 내연기관의 작동 중 파생되는 환경오염 물질의 배출을 감소시키는 장비에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of the automotive industry, and more particularly to equipment for reducing the emission of environmental pollutants derived during operation of an internal combustion engine.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명은 내연기관용 배기장치(1)에 관한 것으로, 이러한 배기장치(1)는 열교환장치(2) 및 상기 열교환장치(2)와 평행하게 배열되는 측관(3), 상부 도관(5)에서 나오는 배기 가스 방향 조절 수단(4)을 포함하며, 상기 방향 조절 수단(4)은 가스가 경우에 따라 열교환장치(2) 또는 측관(3)을 통하여 이동하도록 한다. 이는 배기 가스가 예컨대 하부에 배치되는 촉매변환장치(6)에 도달 할 경우 가스의 온도를 적절하게 조절할 수 있도록 하기 위해서이다.As shown in FIG. 1, the present invention relates to an exhaust device 1 for an internal combustion engine, and the exhaust device 1 includes a
바람직하게는, 배기 가스 방향 조절 수단(4)은, 상부 도관(5)의 하류에 배치되어 두 개의 배열 위치를 가지는 공급 밸브(8)를 포함하는 3 경로 밸브(7)로 구성된다. 상기 두 배열 위치 중 제 1 위치에서는 가스가 열교환장치(2)를 통하여 이동하며, 제 2 위치에서는 가스가 측관(3)을 통하여 이동한다.Preferably, the exhaust gas direction adjusting means 4 consists of a three-
특히, 상기 3 경로 밸브(7)는 상류 몸체부(10)와 하류 몸체부(11)로 구성된 밸브 몸체(9)를 포함한다. 밸브의 상류 몸체부(10)는 상부 도관(5)에서 유입되는 배기 가스의 유입구(12)를 포함하며, 반면 밸브의 하류 몸체부(11)는 배기 가스가 열교환장치(2)로 이동하도록 하는 제1 유출구(13) 및 가스가 측관(3)을 통하여 이동하도록 하는 제2 유출구(14)를 포함한다.In particular, the three-
상기 상류 몸체부(10) 및 하류 몸체부(11)는 상기 밸브 몸체(9)를 형성할 수 있도록 조립 가능하게 형성된다. 이를 위하여, 그리고 도 2에 도시되어 있듯이, 밸브(9)의 상류 몸체부(10)에는 조인트 플랜지(joint flange)(16)가 구비되고, 상기 하류 몸체부(11)는 상기 조인트 플랜지(16)와 함께 작용하는 이와 유사한 조인트 플랜지(15)를 포함할 수 있다. 이러한 결합은 특히 상기 공급 밸브(8)를 밸브 몸체(9)의 내에 삽입한 후에 이루어진다.The
본 발명의 또 다른 특징은 밸브 몸체(9)가 힌지 형태의 공급 밸브(8)의 수용 수단(17)를 또한 포함한다는 점이다. Another feature of the invention is that the
도 2에 도시된 실시예에 따르면, 상기 수용 수단(17)은 상기 하류 몸체부(11) 부분에서 직경 방향에 따라 대립되는 두 개의 반구형 요소(18,19)(특히 세라 믹 또는 이와 유사한 물질로 구성됨)를 통해 한정된다. 이 두 반구형 요소에 공급 밸브(8)가 직경 방향으로 대립되도록 포함하는 반구형 혹은 원추형 저널(journal)(20,21)을 삽입할 수 있다.According to the embodiment shown in FIG. 2, the receiving
도 2에 도시된 것처럼, 상기 반구형 요소들(18,19)의 하나 및/또는 다른 하나는 상기 공급 밸브(8)의 삽입이 가능하도록, 좀 더 구체적으로 상기 공급 밸브(8)가 밸브의 하류 몸체부(11)와 연결된 후 삽입될 수 있도록 신축성을 가진다. 상기 하류 몸체부(11)는 적절한 개구(22)를 통하여 세라믹으로 된 상기 반구형 요소들(18,19)을 수용한다.As shown in FIG. 2, one and / or the other of the
본 발명은 공급 밸브(8)의 수용 수단(17)를 실현하는 형태에만 한정되는 것은 아니다. 도 4에 도시되어 있듯이, 상기와 같은 수용 수단(17)들은 하나의 축 혹은 그와 유사한 것을 통해 한정될 수도 있다.This invention is not limited only to the form which implements the accommodating means 17 of the
본 발명에 따르면, 두 개의 시트가 밸브 몸체(9) 내에 배열되도록 형성되며, 제 1 위치(도 4에서 2점쇄선으로 도시됨)에서 상기 공급 밸브(8)는 제 1 유출구(13)를 폐쇄하기 위하여 상기 시트들 중 하나의 시트 상으로 적용되며, 반면 제 2 위치(도 4에서 실선으로 도시됨)에서는 상기 공급 밸브(8)가 제 2 유출구(14)를 폐쇄하기 위하여 다른 시트 상으로 적용된다.According to the invention, two seats are formed to be arranged in the
이를 위하여, 상기 각각의 수용 시트들의 적어도 일부분은 밸브 몸체(9)의 상류 몸체부(10) 및/또는 하류 몸체부(11)의 적어도 일부를 통해 구성된다.To this end, at least a portion of each of the receiving seats is configured through at least a portion of the
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공급 밸브(8)의 각각의 수용 시트들은 밸브의 상류 몸체부(10) 및 하류 몸체부(11)를 통해 부분적으로 구성된다. 요컨대, 공급 밸브의 하나의 시트는 두 개의 하프-시트로 구성되며, 두 하프-시트 중 하나는 밸브의 상류 몸체부(10) 내에 위치하고, 나머지 하프-시트는 밸브의 하류 몸체부(11) 내에 위치한다.According to one embodiment of the invention, the respective receiving seats of the
도 3 및 도 4에는 한편으로는 열교환장치(2)로 연결되는 제 1 유출관(23) 및 다른 한편으로는 측관(3)에 연결되는 제 2 유출관(24)을 포함하는 본 발명에 따른 밸브 몸체(9)의 다른 실시예들을 도시하고 있다.3 and 4 according to the invention comprise a
도 3은 일 실시예에 상응하는 도면으로서, 여기서 밸브 몸체(9)의 하류 몸체부(11)는 "Y"자 형태를 가지며, 두 개의 유출관(23,24)이 상기 밸브 몸체(9)의 하류 몸체부(11)를 통과하는 면(도시되지 않음)에 대해 거의 대칭적인 형태를 취한다.3 is a view corresponding to one embodiment, where the
도 4는 본 발명에 따른 밸브 몸체(9)의 다른 일 실시예를 도시한 것이다. 여기서 상류 몸체부(10)는 상부 도관(5)에 연결되며 축(26)에 따라 급속히 확장되는 유입관(25)을 가진다.4 shows another embodiment of the
도시되지 않은 일 실시예에 따르면, 유출관(24)(측관(3)에 연결)은 밸브 몸체(9)의 유입관(25)의 축(26)과 거의 평행하게 배열되는 축(27)을 따라 연장된다.According to one embodiment, not shown, the outlet pipe 24 (connected to the side pipe 3) has an
그러나, 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유출관(24)은 밸브 몸체(9)의 유입관(25)의 축(26)에 대해 상당히 비스듬하게 놓이는 축(27)을 따라 연장된다.However, according to the preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 4, the
유출관(23)(열교환장치(2)에 연결)은 유입관(25)의 축(26)에 대해 측면으로 (예: 수직으로) 연장되며, 특히 상기 축(26)에 대해 수직인 축(28)을 따라 연장된 다.The outlet pipe 23 (connected to the heat exchanger 2) extends laterally (eg vertically) with respect to the
이러한 실시예를 통해, 측관(3) 방향으로 가스를 보내는 것(거의 대부분의 경우 사용되며, 특히 내연기관이 풀로드(full load)로 기능하는 페이즈에서 열교환장치(2)보다 더 집중적으로 사용됨)을 더욱 조장할 수 있으며, 또한 부수되는 가스에 의해 발생하는 압력이 측관(3)에 연결된 유출관(24)을 폐쇄하는 공급 밸브(8)의 부분(29)에서 열교환장치(2)에 연결돤 유출관(23)을 폐쇄하는 공급 밸브(8)의 부분(30)에서 보다 더 높게 한다. Through this embodiment, the delivery of gas in the direction of the side pipe 3 (used in most cases is used more intensively than the
또한, 열교환장치(2)에 연결된 유출관(23)은 유입관(25)의 축(26)에 대해 측면으로 형성된다는 사실에 의하여, 가스가 측관(3)에 연결된 도관(24)으로 더 잘 흐를 수 있으므로, 열교환장치(2)가 공급 밸브(8)에 의해 폐쇄되는 경우 열교환장치(2)에 연결된 상기 유출관(23) 부분에 진공상태를 형성할 수 있으며, 이러한 진공상태는 상기 유출관(23)이 폐쇄 위치에 놓일 때 공급 밸브(8)의 유지력을 강화시키는 효과를 가진다.Also, due to the fact that the
또한, 본 발명에 따른 유출관(23,24)의 형상을 통하여 열교환장치(2)에 연결된 유출관(23)에 의해 야기되는 압력 손실을 줄일 수 있다. 상기 유출관(23)은 경우에 따라서만 사용되며(예: 저온에서 시동 시 차량 내부의 난방), 또한 가스 유량이 적은 조건에서만 사용되기 때문이다.In addition, it is possible to reduce the pressure loss caused by the
또한, 상기 실시예를 통하여, 3 경로 밸브(7)를 장착할 수 있는(안전위치) 공급 밸브(8)의 제어 시스템에 문제가 발생할 경우, 열교환장치(2)에 연결된 유출관(23)의 폐쇄를 보장해 줄 수 있다.In addition, through the above embodiment, when a problem occurs in the control system of the
도 4에 도시되어 있듯이, 밸브 몸체(9)는 역시 상류 몸체부(10) 및 하류 몸체부(11)를 포함하며, 이 두 부분은 밸브 몸체(9)를 구성하기 위하여 특히 삽입을 통하여 결합되도록 형성된다. 이 점에 있어서, 유입관(25)은 상기 상류 몸체부(10)에 형성되는 반면, 측관(3)에 연결되는 유출관(24)은 하류 몸체부(11)에 형성된다. 열교환장치(2)에 연결되는 유출관(23)은 일부분은 상기 밸브(9)의 상류 몸체부(10)에 그리고 다른 일부분은 하류 몸체부(11)에 형성된다. 특히, 상기 유출관(23)의 폐쇄 위치에서 공급 밸브(8)의 유지를 강화시켜주는 효과를 나타내는 진공상태가 나타나는 것은 바로 상기 유출관(23)의 상류 몸체부(10)에 속한 부분에서 이다.As shown in FIG. 4, the
본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 상기 공급 밸브(8)는 도 4 및 도 5에 도시되어 있듯이 비대칭적인 형태를 가진다.According to another feature of the invention, the
이 점에 있어서, 부수되는 가스에 제공되는 면적이 측관(3)에 연결된 유출관(24)을 폐쇄하기 위해 배열된 공급 밸브(8)의 부분(29)에서 열교환장치(2)에 연결된 유출관(23)을 폐쇄하기 위해 배열된 공급 밸브(8)의 부분(30) 보다 더 큰 형태를 가지도록 공급 밸브(8)가 형성되어야 한다.In this respect, the outflow pipe connected to the
이러한 실시 형태를 통하여, (상기된 여러 효과들과 함께) 부수되는 가스에 의해 가해지는 압력이 측관(3)에 연결된 유출관(24)을 폐쇄하는 공급 밸브(8)의 부분(30)에서 열교환장치(2)에 연결된 유출관(23)을 폐쇄하는 공급 밸브(8)의 부분(30)보다 더 크게 형성될 수 있다.Through this embodiment, the pressure exerted by the accompanying gas (along with the various effects described above) heat exchanges in the
부가적 특징으로서, 상기 공급 밸브(8)는 유입관(25)에서 도달하는 가스 흐름을 가이드하기 위해, 즉 측관(3)에 연결된 유출관(24) 쪽으로 가이드하기 위해 배치된 가이드 수단들을 포함한다. 이러한 가이드는 열교환장치(2)에 연결된 유출관(23)의 폐쇄 위치에서 공급 밸브(8)를 통해 이루어진다.As an additional feature, the
상기 가이드 수단을 통해 바람직하게는 공급 밸브(8) 상에서 부수적인 열 유동(thermal flux)을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 밸브 몸체(9)에 힌지 연결되는 상기 공급 밸브(8)의 수용 수단(17) 상에서의 부수적인 열의 유동 또한 줄일 수 있다.The guide means not only reduce the incident thermal flux on the
또한, 상기 가이드 수단을 통해 공급 밸브(8)가 열교환장치(2)에 연결된 유출관(23)을 폐쇄하기 위해 지지되는 시트로부터 공급 밸브(8)가 분리되는 것을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent the
도 5에 도시되어 있듯이, 상기 가이드 수단은 오목하게 파인 변형된 형태(31)로 형성되며, 이처럼 변형된 형태는 상기 공급 밸브(8)가 특히 측관(3)에 연결된 유출관(24)을 폐쇄하기에 적합하도록 형성되는 부분(29)에 나타나는 형태이다.As shown in FIG. 5, the guide means is formed in a concave,
또한, 상기와 같은 오목하게 파인 변형된 형태(31)를 통해, 특히 공급 밸브에 의한 폐쇄 위치에서 상기 공급 밸브(8)에 가스에 의해 실행되는 열 스트레스에 직면할 수 있는 증대된 견고함을 제공할 수 있다. In addition, the concave,
마지막으로, 상기 공급 밸브(8)의 수용 수단(17)은 공급 밸브(8)의 범위를 형성하는 입구(inlet) 내에 위치하는 공급 밸브(8)의 회전축을 한정한다. 이를 통해 밀폐성을 증대시키기 위해 위치를 분산시키는 일련의 경사면을 최소 한도로 줄일 수 있다.Finally, the receiving means 17 of the
상기된 본 발명은 차량 내부의 난방, 특히 위에서 기술된 것과 같은 열교환기에 의존하는 차량 내부의 난방을 위하여 배기 가스를 이용하는 경우에 적용될 수 있다(그러나 이에 한정되는 것은 아니다).The invention described above can be applied to (but is not limited to) the use of exhaust gases for heating inside a vehicle, in particular for heating inside a vehicle that depends on a heat exchanger as described above.
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