내연기관의 혼합 밸브

내연기관의 혼합 밸브{MIXING VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 흡기 덕트에 배치된 흡기 플랩(intake flap)을 구비하며, 그리고 배기 덕트에 배치된 배기 플랩(exhaust flap)을 구비하며, 흡기 덕트와 배기 덕트는 공동 집합 덕트로 합류되며, 그리고 흡기 플랩과 배기 플랩을 구동하기 위한 구동 장치를 구비하며, 그리고 제1 위치에서 배기 덕트는 폐쇄되며 흡기 덕트는 개방되며, 배기 플랩의 제어 레버와 흡기 플랩의 제어 레버에 연결되는 연결 장치(coupling device)를 구비하는, 자동차 내연기관의 혼합 밸브에 관한 것이다.

상기 유형의 혼합 밸브들은 현대의 자동차 내연기관의 배기 가스 재순환 시스템에 흔히 사용되며 실무상 공지된다. 흡기 플랩 및 배기 플랩의 운동들은 제1 위치에서 시작하여 배기 플랩이 구동 장치의 작동 신호로 선형적으로 개방되도록 제어된다. 그러나 흡기 플랩은 제1 위치에서 처음에는 정지상태이며 작동 신호가 특정값을 초과할 때만 폐쇄된다. 2 개의 제어 레버들의 연결(coupling)로 인해, 단 하나의 구동장치면 충분하다. 연결 장치는 아이들트래벌(idle travel)을 갖는 구동기를 가지며, 흡기 플랩의 제어 레버는 배기 플랩의 제어 레버가 특정 편향값을 초과할 때만 구동기에 의해 구동된다. 구동기는 또한 흡기 플랩을 예압하기 위한 스프링 요소를 갖는다. 그러나 이러한 방식으로, 공지된 혼합 밸브는 구조적인 면에서 고비용을 수반한다.

본 발명은 더 적은 구성부품을 필요로 하고 높은 안정성을 나타내도록 서두에 언급된 유형의 혼합 밸브를 더욱 발전시키는 과제를 기초로 한다.

상기 과제는 연결 장치가 제어 레버들의 운동들의 직접 전달을 위한 연결 로드(coupling rod)를 가지며, 제1 위치에서 배기 플랩의 제어 레버와 연결 로드가 서로에 대해 둔각으로 배치되며, 흡기 플랩의 제어 레버와 연결 로드가 서로에 대해 예각으로 배치된다는 점에서 본 발명에 따라 해결된다.

이러한 구성으로 인해, 제1 위치로부터 시작하여, 연결 로드의 편향이 흡기 플랩의 제어 레버의 운동보다 배기 플랩의 제어 레버의 상당히 더 큰 운동으로 이어진다. 따라서, 초기 운동 동안, 배기 덕트는 흡기 덕트가 폐쇄되는 것보다 더 큰 정도로 개방된다. 기술된 위치로부터 시작하여, 연결 로드의 운동의 시작에서 배기 덕트는 흡기 덕트의 횡단면이 크게 변화되지 않고 개방된다. 따라서 흡기 덕트의 폐쇄 운동은 배기 덕트의 개방 운동에 대해 초기 지연을 갖고 발생한다. 배기 플랩과 흡기 플랩 사이의 운동의 직접 전달로 인해, 본 발명에 따르는 혼합 밸브의 구성부품들에서는 아이들트래벌, 댐핑 또는 스프링 요소가 필요하지 않다는 것이 명백하게 된다. 이러한 방식으로, 상기 혼합 밸브는 특히 높은 안정성을 나타내며 특히 적은 수의 구성부품들로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선형태에 따르면, 배기 덕트의 개방 동안 흡기 덕트의 폐쇄를 더욱 지연시키기 위하여, 제1 위치로부터 시작하여 제어 레버들과 연결 로드가, 배기 플랩 및 흡기 플랩의 운동들이 반대 방향으로 발생하며, 부분 운동 후 동일한 방향으로 발생하도록 배치되는 경우, 유리하다. 이러한 방식으로, 배기 플랩 및 흡기 플랩의 운동들은 2 개의 하위 범위들(sub-ranges), 구체적으로는 운동들이 반대 방향으로 발생하는 제1 하위 범위 및 운동들이 동일 방향으로 발생하는 제2 하위 범위로 나누어진다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선형태에서는, 흡기 플랩의 운동의 역전(reversal)은, 제1 위치에서 배기 플랩의 제어 레버가 상기 제어 레버가 연결 로드와 직선을 형성하는 사점(dead center)에 앞서 위치하는 경우, 간단한 방법으로 실현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선형태에서는, 흡기 플랩의 제어 레버가 배기 플랩의 제어 레버와 다른 길이를 갖는 경우, 흡기 플랩의 선회 범위는 간단한 방법으로 설정될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 배기 플랩이 완전히 폐쇄된 위치로부터 완전히 개방된 위치로 선회되는 것이 가능하며, 반면에 흡기 플랩은 완전히 개방된 위치로부터 단지 부분적으로 폐쇄된 위치로 선회된다. 이들 운동들은 흡기 플랩의 제어 레버가 배기 플랩의 제어 레버보다 더 짧을 경우 달성된다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선형태에서는, 구동 장치가 배기 플랩을 구동하기 위한 작동 모터를 갖는 경우, 사점에서 제어 레버들로 연결 로드의 운동의 저지가 간단한 방법으로 회피될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 운동의 전달 방향이 배기 플랩으로부터 제어 레버들과 연결 로드를 거쳐 흡기 플랩으로 정의된다.

본 발명의 또 다른 유리한 개선형태에서는, 배기 덕트가 흡기 덕트에 대해 직각으로 배치되며, 제1 위치에서 배기 플랩이 흡기 플랩에 대략 평행하게 배치되며, 제어 레버들이 서로 대면하는 경우, 혼합 밸브는 특히 간단한 구성을 갖는다.

본 발명은 더 적은 구성부품을 필요로 하고 높은 안정성을 갖는 혼합 밸브를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 수 많은 실시형태들을 가능하게 한다. 그 기본 원리를 더욱 도시하기 위해, 상기 실시형태들 중 하나가 도면에 예시적으로 도시되며 이하에서 설명된다. 도면에서:
도 1은 본 발명에 따르는 혼합 밸브를 갖는 자동차의 내연기관을 개략적으로 도시하며,
도 2는 제1 위치에서 도 1로부터의 혼합 밸브를 개략적으로 도시하며,
도 3, 4는 중간 위치들에서의 도 2로부터의 혼합 밸브를 도시하며,
도 5는 종료 위치에서의 도 2로부터의 혼합 밸브를 도시하며, 그리고
도 6은 작동 신호에 대한 흡기 플랩과 배기 플랩의 편향각들의 프로파일을 도시한다.

도 1은 흡기 라인(intake line)(2) 및 배기 라인(exhaust line)(3)을 갖는 내연기관(1)을 개략적으로 도시한다. 흡기 라인(2)은 그를 통해 주위로부터 공기가 흡인되는 흡기 덕트(4)를 갖는다. 배기 덕트(5)는 배기 라인(3)으로부터 혼합 밸브(6)를 거쳐 흡기 라인(2)으로 이어진다. 혼합 밸브(6)는 흡기 덕트(4)와 배기 덕트(5)를 통합시켜 집합 덕트(7)를 형성한다. 집합 덕트(7)는 내연기관(1)으로 바로 이어진다. 전기 작동 모터(9)를 갖는 구동 장치(8)는 혼합 밸브(6)의 조정을 가능하게 한다.

도 2는 흡기 덕트(4), 배기 덕트(5) 및 집합 덕트(7)의 하위 영역들(sub-regions)을 갖는 혼합 밸브(6)의 예시적인 확대 단면도를 나타낸다. 흡기 덕트(4)에는 흡기 플랩(10)이 배치되며 흡기 플랩은 도시된 제1 위치에서 거의 완전히 개방된다. 도시된 제1 위치에서, 배기 덕트(5)에 배치된 배기 플랩(11)은 완전히 밀폐된다. 각각의 제어 레버들(12, 13)은 흡기 플랩(10) 및 배기 플랩(11)의 샤프트에 고정된다. 제어 레버들(12, 13)은 연결 장치(14)에 의해 연결 로드(15)에 연결된다. 혼합 밸브(6)의 도시된 제1 위치에서, 연결 로드(15) 및 배기 플랩(11)의 제어 레버(13)는 둔각을 형성하며, 반면에 연결 로드(15) 및 흡기 플랩(10)의 제어 레버(12)는 예각을 형성한다. 배기 플랩(11)의 제어 레버(13)가 반시계 방향으로 구동될 때, 연결 로드(15)는 선회되며, 도 3에 도시된 사점까지 흡기 플랩(10)의 제어 레버(12)의 방향으로 이동된다. 이러한 방식으로, 흡기 플랩(10)은 시계 방향으로 선회된다.

도 3에서, 배기 플랩(11)의 제어 레버(13)는 연결 로드(15)와 기술된 사점에 위치된다. 상기 사점에서, 연결 로드(15) 및 배기 플랩(11)의 제어 레버(13)는 직선을 형성한다. 이것은 흡기 플랩(10)의 역전 점(reversal point)의 특징이 된다.

도 3의 위치로부터 시작하여, 배기 플랩(11)의 제어 레버(13)가 반시계 방향으로 더욱 선회되는 경우, 흡기 플랩(10)은 연결 로드(15)에 의해 마찬가지로 시계 방향으로 공동으로 선회된다. 상기 운동 동안의 흡기 플랩(10) 및 배기 플랩(11)의 위치들은 도 4에 도시된다. 샤프트 섀도(shaft shadow) W는 도 2 내지 도4에 도시된다. 상기 샤프트 섀도 W는 흡기 덕트(4)의 횡단면이 흡기 플랩(10)이 고정된 샤프트(미도시)에 의해 제한되는 정도를 나타낸다.

도 5는 배기 덕트(5)가 완전히 개방되는 혼합 밸브(6)의 종료 위치를 도시한다. 흡기 덕트(4)는 부분적으로 폐쇄된다. 상기 종료 위치에서의 흡기 플랩(10)의 위치는 제어 레버들(12, 13)의 길이들의 비율에 의해 설정될 수 있다.

도 6은 흡기 플랩(10)의 선회각