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KR20010006634A - 배기 가스 재순환 시스템 및 동 시스템용 개량 액츄에이터 - Google Patents

배기 가스 재순환 시스템 및 동 시스템용 개량 액츄에이터 Download PDF

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KR20010006634A
KR20010006634A KR1020000006691A KR20000006691A KR20010006634A KR 20010006634 A KR20010006634 A KR 20010006634A KR 1020000006691 A KR1020000006691 A KR 1020000006691A KR 20000006691 A KR20000006691 A KR 20000006691A KR 20010006634 A KR20010006634 A KR 20010006634A
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South Korea
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gear
valve
exhaust gas
sector gear
gas recirculation
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시타마이클조셉
데피이데이비드윌리암
우드빌디
Original Assignee
존 씨. 메티유
이턴 코포레이션
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Abstract

본 건은, 배기 가스의 흐름을 차단하는 폐쇄 위치(도 2)를 가지며, 배기 가스 통로(E)에서 폐쇄 위치(도 2)를 향해 가스 압력에 의해 바이어스(bias)되는 밸브를 포함하는, 내연 기관용 배기 가스 재순환 시스템(11)에 관한 것으로, 상기 시스템은 섹터 기어(sector gear)를 구동하는 입력 기어(55) 및 치차열(gear train)을 가진 전동기(51)를 포함한다. 링키지 부재(linkage member)(93)의 양 단(91, 95)은 각각 섹터 기어(73) 및 밸브 스템(valve stem)(29)에 연결된다. 섹터 기어 및 링키지 부재는, 밸브가 배기 가스 압력에 대항하여 개방되기 시작하면, 밸브 스템은 상대적으로 큰 힘과 상대적으로 저속으로 이동하도록 구성된다. 밸브가 완전 개방 위치(도 7)를 향해 이동함에 따라서, 밸브 스템은 비교적 적은 힘이지만, 비교적 고속으로 이동한다.

Description

배기 가스 재순환 시스템 및 동 시스템용 개량 액츄에이터{EGR SYSTEM AND IMPROVED ACTUATOR THEREFOR}
본 발명은 내연 기관의 배기 가스 통로로부터 엔진 흡기 통로로의 배기 가스의 흐름을 제어하는 배기 가스 재순환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배기 가스 재순환 시스템용 액츄에이터 조립체에 관한 것이다.
본 발명의 이용이 어느 특정 형식의 엔진에 제한되는 것은 아니지만, 다음에서 명백해지는 이유 때문에, 디젤 엔진에 사용하면 특히 유리하다.
일반적으로, 배기 가스 재순환(EGR) 밸브는 엔진 배기 매니폴드(manifold)와 엔진 흡기 매니폴드 사이에 배치되어, 개방 위치에 있을 때, 엔진의 배기측으로부터 흡기측으로 배기 가스를 재순환시키는 작동을 한다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 이러한 배기 가스의 재순환은 각종 엔진 방출물의 감소에 유용하다.
미합중국 특허 제5,606,957호에서 전기 작동식 액츄에이터를 포함하는 EGR 시스템을 나타내고 설명한다. 인용한 특허에서 밸브 스템을 위한 액츄에이터는 스텝 모터이며, EGR 밸브의 개방 및 폐쇄의 기본 기능을 수행하기에는 대체적으로 만족스럽다. 그러나, EGR 밸브를 위한 대부분의 차량에 대한 적용, 특히 디젤 엔진에 대한 적용에서, 폐쇄 명령이 생성되면 50 밀리초(millisecond)의 시간내에 EGR 밸브를 폐쇄시키고, 개방 명령이 생성되면 100 밀리초의 시간내에 EGR 밸브를 개방시키는 것이 가능해야 되며, 인용한 특허의 장치는 이렇게 빠른 개방 및 폐쇄가 일반적으로 불가능하다.
본 발명의 양수인에게 양도된, 에드윈 디. 로렌즈(Edwin D. Lorenz), 글렌 알. 릴리(Glen R. Lilley) 및 데이비드 터너(David Turner)의 1997년 6월 24일자, 동시 계속 출원 미합중국 일련번호 제08/881,622호인 "EGR SYSTEM AND IMPROVED ACTUATOR THEREFOR"에서 EGR 밸브용 개량 액츄에이터를 개시한다. 동시 계속 출원에서, 액츄에이터는, 비교적 고속으로 낮은 토크(torque) 출력을 구비하는 영구 자석 직류 정류자 전동기 같은, 비교적 고속의 계속 회전식 전동기를 포함한다. 액츄에이터는 또한, 적절한 링키지에 의해 EGR 밸브의 스템에 연결되는 출력 기어가 비교적 높은 토크로 저속 회전하는, 감속 치차열을 포함한다. 동시 계속 출원의 액츄에이터가 대체로 만족스러운 성능을 제공하고, 요구되는 시간내에 EGR 밸브의 개폐가 가능하지만, 내부에 배치되는 감속 치차열의 크기가 커지고, 전반적으로 액츄에이터 조립체가 복잡해지고 고 비용이 소요된다.
미합중국 특허 제4,690,119호에서는, EGR 밸브용 액츄에이터에서 스텝 모터 같은 전동기의 출력이 출력 기어의 수단으로써 섹터 기어를 포함하는 액츄에이터에 전달되는 것을 보여준다. 전동기의 작동에 응답한 섹터 기어의 추축 이동이 링키지 부재를 통하여 EGR 밸브를 이동시킨다. 단지 오토 사이클 엔진(Otto cycle engine)에 활용하기 위한 것으로 판명된, 인용한 특허의 장치에서, 각종 유로(流路) 및 밸브 시이트(seat)는 배기 매니폴드내의 배기 가스 압력이 EGR 밸브를 개방 위치로 향해 바이어스 시키도록 배치된다. 따라서, EGR 밸브를 개방시키는 액츄에이터의 성능 기준은, 가스 압력의 도움으로 별로 심각하지 않으며, 인용한 특허에서, 섹터 기어는, EGR 밸브의 개방시에, 비교적 일정한 수준의 토크와 속도를 제공하도록 배치된다.
많은 디젤 엔진은 과급식(turbo charged)이며, 이는 배기 매니폴드내의 배기 가스 압력은, 과급기의 입력(임펠러)을 구동하는 것이 배기 매니폴드의 압력이라는 사실의 관점에서, 사실상 대기압 이상이 되어야 한다는 것을 의미한다. 이러한 과급식 디젤 엔진에서, EGR 밸브가, 상기 인용된 미합중국 특허 제4,690,119호에서 나타낸 장치와 같이 "압력으로 바이어스되는 개방"식이 되는 것보다는, "압력으로 바이어스되는 폐쇄"식이 되는 것이 필요한 것으로 간주된다. 과급식 디젤 엔진의 EGR 밸브가 "압력으로 바이어스되는 개방"식이면, 상승된 배기 매니폴드 압력이, 이러한 누설이 요구되지 않을 때에, 사실상 배기 가스가 흡기 매니폴드내로 새어 들어가는 결과를 초래하게 된다. 그러나, 압력으로 바이어스되는 폐쇄식 EGR 밸브를 제조함으로써, 액츄에이터 조립체는 더 큰 "개방력"을 요구하게 된다.
따라서, 액츄에이터가 배기 가스 압력의 힘에 대항하여 EGR 밸브를 개방할 수 있는, 개량된 EGR 시스템 및 압력으로 바이어스되는 폐쇄식 EGR 밸브용 액츄에이터를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기의 목적을 완수하고, 일반적으로 규정되는 매우 짧은 시간내에 EGR 밸브를 개방할 수 있는 개량된 EGR 시스템 및 액츄에이터를 제공하는 것이 본 발명의 관련 목적이다.
밸브 변위에 대한 전동기 회전비는 가변(可變)이고, EGR 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동함에 따라 감소하는, 개량된 EGR 시스템 및 액츄에이터를 제공하는 것이 본 발명의 더 특별한 목적이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적은 내연 기관용의 개량된 배기 가스 재순환 시스템을 구성함으로써 완수되며, 이 시스템은, 밸브가 엔진 배기 가스 통로로부터 엔진 흡기 통로로의 연통을 봉쇄하는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 가동(可動)하는, 밸브 스템을 포함한 밸브를 갖는다. 엔진 배기 가스 통로내의 압력은 밸브를 폐쇄 위치로 향해 바이어스시킨다. 이 시스템은, 하우징 수단과, 입력 기어 및 하우징 수단과 협동하여서 전동기로의 전기 입력 신호의 변동에 응답하여 입력 기어에 비교적 고속의, 적은 토크 운동을 제공하는, 전동기를 포함한다. 입력 기어는 제1축에 대하여 추축이된, 내부 치(齒)의 섹터 기어와 구동 연결된다. 링키지 수단은 섹터 기어 및 밸브 스템과 협동하여 섹터 기어의 추축 이동을, 밸브 스템의 축방향 이동으로 전달한다.
개량된 배기 가스 재순환 시스템은, 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방 위치를 향해 이동함에 따라, 섹터 기어 및 링키지 수단은 먼저 비교적 큰 힘 및 비교적 저속으로 밸브 스템을 축 방향으로 이동시키는 구성이 된, 섹터 기어 및 링키지 수단을 특징으로 한다. 그다음 밸브가 추가로 개방됨에 따라, 섹터 기어 및 링키지 수단은 비교적 작은 힘 및 비교적 고속으로 밸브 스템을 축 방향으로 이동시킨다.
도 1은 본 발명의 EGR(exhaust gas recirculation) 시스템 및 액츄에이터 조립체의 대체적인 후면 사시도.
도 2는 밸브가 폐쇄 위치에 있는, 도 1에 나타낸, EGR 시스템 및 액츄에이터 조립체를 전면에서 본, 축 방향 종 단면도.
도 3은 대체로 도 2의 3-3 선을 따른, 확대 부분 수직 횡 단면도.
도 4는 대체로 도 2의 4-4 선을 따른, 확대 부분 수평 횡 단면도.
도 5는 본 발명의 액츄에이터 조립체의 치차열을 나타내는, 도 1과 유사하나 큰 축척의, 대체적인 후면 사시도.
도 6은 도 5보다 조금 작은 축척이고, 도 2의 밸브 폐쇄 위치에 상응하는, 커버를 제외시킨 액츄에이터 조립체의 상부 정면도.
도 7은 도 6보다 작은 축척이고, 밸브는 개방 위치인, 커버를 제외시킨 전체 액츄에이터 조립체의 정면도.
도 8은 본 발명의 장점의 하나를 나타내는, 밸브 개방력 대(對) 섹터 기어의 추축 이동 각도의 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11: 배기 가스 재순환 시스템(exhaust gas recirculation system)
25: 밸브 17: 냉각부
29: 밸브 스템 E: 배기 가스 통로
I: 엔진 흡기 통로 51: 전동기
39: 하우징 55: 입력 기어
73: 섹터 기어 93: 링키지 수단
81: 스프링 수단 15: 액츄에이터부
본 발명을 제한하려는 것이 아닌 도면을 참조하면, 도 1은 대체로 (11)로 표시된 배기 가스 재순환 시스템을 나타낸다. EGR 시스템(11)은, 다수의 부분을 포함하며, 본 실시예에서 매니폴드부(13), 액츄에이터부(15), 및 열 전달(냉각)부(17)(도 2를 볼 것)를 포함한다. 냉각부(17)는 매니폴드부(13) 및 액츄에이터부(15) 사이에 배치된다.
당업자에게 잘 알려진 바와 같이, EGR 시스템은, 일군의 방법으로 엔진 배기 및 흡기 시스템내에 배관되며, 달리 특별히 지적하지 않는 한 그렇게 하는 특별한 배치는 본 발명의 일부를 구성하지 않고, 단지 개략적으로 보여주며, 또한 단지 예로써, 배관 배치를 여기에 나타낸다.
매니폴드부(13)는, 통로(21)(도 2를 볼 것)를 형성하는 매니폴드 하우징(19)과, 대체로 (25)로 표시된 밸브 부재의 축 방향 운동이 그 안에서 왕복적으로 지지되는 보어(23)를 포함한다. 밸브 부재(25)는 밸브 스템(29)과 일체로 형성된 포핏 밸브부(poppet valve portion)(27)를 포함한다.
매니폴드 하우징(19)은, 밸브 부재(25)의 폐쇄시에 포핏 밸브부(27)가 대항하여 자리잡아 밸브 시이트(seat)(33)가 "폐쇄 정지부"로서 역활을 하는, 밸브 시이트(33)를 형성한다. 도 2에서, 명백히 나타내기 위해서 포핏 밸브부(27)를 밸브 시이트(33)로부터 약간 띠어서 나타냈으나, 도 2에 나타낸 것을, 사실상 이하에서는 밸브 부재(25)의 폐쇄 위치를 대표하는 것으로서 참조한다. 단지 예로서, 매니폴드 하우징(19)은, 도 2의 포핏 밸브부(27)의 아래 지역이 배기 가스 통로(E)를 구성하도록 배기 매니폴드(도시 없음)에 연결하기 위한 플랜지(flange)(35)를 포함한다. 통로(21)의 하류 단에서, 매니폴드 하우징(19)은, 통로(21)의 하류 단이 흡기 통로(I)를 나타내도록, 흡기 매니폴드에 연결하기 위한 플랜지(37)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 액츄에이터부(15) 및 열 전달부(17)는, 다수의 볼트(41)로서 여기에 나타낸 어떤 적절한 수단에 의해서 매니폴드 하우징(19)이 하우징 부재(39)의 하측 표면에 부착된, 단일 일체형 하우징 부재(39)를 포함하는 것으로서 여기에 나타낸다. 하우징 부재(39)의 하부를 "열 전달부(17)"로 나타내는 이유는, 하우징 부재(39)가, 그 외부에서 엔진 냉각 회로(도시 없음)의 잔여부분에 연결되는 피팅(fitting)을 수용하기 적합한 포트(47)를 가진 통로(45)를 통해서 엔진 냉각제를 수용하기 적합한 냉각 챔버(43)를 형성하기 때문이다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 배기 가스 통로(E)로부터 흡기 통로(I)로 흐르는 고열의 배기 가스와 매니폴드 하우징(19)의 접촉은, 매니폴드 하우징(19)이 매우 뜨거워지는, 예를 들면 화씨 550도를 초과하는 결과를 초래한다. 여기에 나타낸 본 설계의 하나의 중요한 양태에 따르면, 열 전달부(17)가 매니폴드부(13)와 액츄에이터부(15) 사이에 배치되어서, 열 차단벽의 역활을 하여 액츄에이터부(15)를 가능한한 냉각시켜, 바람직하게는 화씨 250도 이하로 유지한다.
다시 도 1을 참조하여, 액츄에이터부(15)를 상세히 설명한다. 하우징 부재(39)는, 어떤 적절한 수단에 의해 그것의 전방 표면에 부착되는 커버(49)를 갖는다. 하우징 부재(39)의 후방 표면에는, 대체로 (51)로 표시된, 특정 구조나 규격이 본 발명에서 필수적이 아닌 전동기의 케이싱(casing)이 부착된다. 그러나, 기술 분야에서 설명한 이유 때문에, 전동기(51)는 비교적 고속의 연속 회전식이 바람직하며, 본 발명의 범주내에서 전동기(51)는 무 브러쉬(brushless) 직류 전동기를 포함할 수 있을지라도, 영구 자석 직류 정류자 전동기 또는 높은 토크-대-관성 비를 갖는 어느 다른 전동기를 사용하는 것이 바람직하다. 전동기(51)는 (52)로 어느정도 개략적으로 나타낸 한쌍의 인입선 또는 와이어로써 전기 입력을 수신한다.
도 1과 관련하여 도 2 및 도 3을 참조하면, 전동기(51)는, 전동기 피니언 기어(55)가 장착된 전동기 출력축(53)에서 낮은 토크의, 고속 회전 출력을 제공한다. 전동기 피니언 기어(55)는, 전동기(51)의 비교적 낮은 토크의, 고속 회전 출력을 밸브 부재(25)에 전달될 비교적 높은 토크의, 저속 회전 출력으로 변환시키는 일반적인 기능을 가진 치차열의 입력 기어를 구성한다. 전동기 피니언 기어(55)는 비교적 큰 기어(57)와 정합되고, 이것은 다시 비교적 작은 피니언(59)을 구동시킨다. 기어(57) 및 피니언(59)을, 단지 치차열의 기능이 점진적으로 토크는 증가시키며 속도는 감소시키는 것을 나타내기 위하여, 각각 "비교적 큰" 및 "비교적 작은"이라고 나타냈으며, 따라서 특정 기어 및 피니언을 선택하며, 그들간의 치차비를 정하는 것은 당업자의 능력내에 있다고 사료된다.
도 3만을 참조하면, 큰 기어(57)는 토크 제한(미끄럼) 커플링(torque limiting(slipping) coupling)과 협동한다. 이러한 토크 제한 커플링은, 상기에서 인용한 동시 계속 출원에서 매우 상세하게 나타내고 설명되며, 참고로서 여기에 통합한다. 여기에 나타낸 형식의 EGR 시스템의 적절한 작동에는 어떤 종류의 토크 제한 커플링을 갖추는 것이 중요하지만, 도 3에 나타낸 커플링의 특정 구조나 동작은 본 발명의 필수적인 특징이 아님을 이해하여야 한다. 커플링은 일 단이 하우징 부재(39)내에 저널된(journalled) 축(61)을 포함한다. 축(61)의 좌측 단(도 3)에는 피니언(59)이 배치되고, 축(61)과 피니언(59) 사이에는 미끄럼 부재(65)의 원주부(63)가 방사상으로 배치된다. 원주부(63)와 피니언(59)은 고정되어 함께 회전하며, 기어(57)는, 리테이너(retainer) 및 스냅링(snap ring) 조립체(69)에 의해 축방향에서 억제되는 판스프링(67)의 수단으로써, 미끄럼 부재(65)의 방사상 연장부에 마찰 결합하도록 바이어스된다. 토크 제한 커플링 또는 미끄럼 클러치 기술에 대해서 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 기어(57) 및 피니언(59)은, 그 이상이 되면 스프링(67)의 능력을 초과하는, 소정의 최대 입력 토크까지는 하나의 유닛(unit)으로서 회전하나, 기어(57)는 미끄럼 부재(65)에 대해 미끄러지기 시작하며, 따라서 피니언(59)에 대해서도 미끄러지기 시작한다.
치차열에 이러한 미끄럼 능력을 포함시키는 이유는 일차적으로 치차열을 보호하고, 특히 기어 치(齒)(tooth)를 보호하는 것이다. 전동기(51)에 의해 발생되는 토크의 주요 부분은 단지 전동기 자체의 관성을 극복하는 데 요구된다. 전동기에 최대 전류가 인가되는 경우, 상기한 토크 제한(미끄럼) 능력이 없으면 밸브 부재(25)가 폐쇄 위치 또는 개방 위치에 도달할 때마다 치차열의 치는 파괴될 것이다. 본 발명의 범주내에서, 토크 제한 클러치를 전체 토크 전달 경로내에서 다른 위치에 배치할 수도 있으나, 토크 제한 커플링이 전체적인 크기 및 장치의 복잡성에 실질적으로 추가함이 없이 기어(57) 및 피니언(59)과 협동할 수 있기 때문에, 도 3에 나타낸 위치가 바람직하다.
도 2와 관련하여 도 4 및 도 5를 참조하면, 작은 피니언(59)은, 도 3 및 도 4에 부분적으로 나타낸 섹터 기어(73)내에 형성된 내부 치(齒)(71)와 치결합(齒結合)한다. 도 4에서 잘 보이는 바와 같이, 섹터 기어(73)는 섹터 장착 축(75)의 축에 대하여 추축 운동하도록 장착된다. 본 발명의 한 중요한 양태에 따르면, 장착 축(75)의 축은 제1축(A1)을 구성하고, 밸브 스템(29)은 제2축(A2)(도 2를 볼 것)을 형성한다. 최종적으로, 전동기 피니언(입력) 기어(55)는 제3축(A3)(도 3을 볼 것)을 형성한다. 바람직하게는, 제1 및 제3축(A1 및 A3)은 사실상 밸브 스템(29)의 제2축(A2)에 수직이며, 제2축(A2)은 다음에서 명백하게 되는 이유 때문에 축들(A1 및 A3) 사이에 횡으로 배치된다.
역시 도 4를 참조하면, 장착 축(75)의 후방 단(77)은, 여기에 나타내지 않은, 그 기능이 장착 축(75)의 순간 회전 위치, 따라서 섹터 기어(73)의 순간 회전 위치를 나타내는 신호를 제공하는, 축 위치 센서(sensor)를 수용하기에 적합한 하우징(79)내에 배치된다. 축(75)을 감싸고 토션 스프링(torsional spring)(81)(도 2를 볼 것)이 있으며, 축(75)과 스프링(81) 사이에는, 그 기능이 여러 방향의 하중을 감당하도록 된 축(75)을 지지하는, 대체로 원주형의 하우징 지지부(83)가 방사상으로 배치된다. 본 발명의 한 특징에 따르면, 토션 스프링(81)은 도 2에 나타낸 폐쇄 위치를 향해서 밸브(25)를 바이어스시키는 경향이 있는, 밸브 복귀 스프링으로서 이용된다. 미합중국 특허 제4,690,119호를 포함하는 대부분의 종래 기술에서 EGR 밸브는, 밸브 스템이 코일 압축 스프링으로 포위되어 밸브를 폐쇄 위치 방향으로 바이어스시키지만, 이러한 배치는 밸브 스템 주위에서 사실상 많은 공간을 필요로 하므로, 본 발명은 도 2에서 잘 보이는 바와 같이 사실상 EGR 밸브의 패키징(packaging)을 개선하게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 섹터 기어(73)를 추가로 설명한다. 바람직하게는, 섹터 기어(73)는 원주방향으로 연장되고 대체로 내부 치(齒)(71)에 평행한 아치형 구조부(85)를 포함한다. 도 6에서 제일 잘 볼 수 있듯이, 섹터 기어(73)는 장착 축(75) 부근에서는 속이 비지 않았으나, 구조부(85)로부터 방사상 안쪽으로는 개방되는 것이 바람직하다. 최종적으로, 섹터 기어(73)가 섹터 기어(73)의 전방 표면에서, 구조부(85)로부터 외부 주변으로 연장되는 커버부(87)를 포함하는 것이 바람직하다. 효과적으로 커버부(87)가 내부 치(71)의 부근에서 덮개를 형성하여, 피니언(59) 및 치(71)의 맞물림내로 흐르는 윤활 유체가 이 덮개내의 주위로 튀겨질 것이나, 덮개내에 보지되어서 치(齒)의 맞물림 윤활을 개선하게 된다.
다시 도 5 및 도 6을 참조하면, 섹터 기어(73)의 방사상 안쪽 속이 찬 부분에 개구(89)(도 5를 볼 것)가 형성되고, 그것의 후방 단으로부터 개구(89)로 연장되는 곳에 링키지 부재(linkage member)(93)의 하축부(lower axial portion)(91)가 있다. 이 부재(93)는 또한, 밸브 스템(29)의 상부 단에 인접한 개구를 통해 축방향 및 후방으로 연장되는 상축부(upper axial portion)(95)를 포함한다. 따라서, 링키지 부재(93)는 도 5에 나타낸 바와 같이 어느 정도 "Z형상"이며, 일반적으로 경화 스프링 와이어로 제조된다. 링키지 부재(93)의 일반적인 목적은, 섹터 기어(73)의 그 축(A1)에 대한 추축 운동을 밸브 스템(29)의 그 축(A2)에 따르는 직선 운동으로 변환시키는 것이다.
그러나, 본 발명의 특별한 양태에 따르면, 섹터 기어(73)의 방향과 링키지 부재(93)의 구조는, 개방(폐쇄)력과 속도는 일정하지 않고, 대신에 나타낸 주변 환경, 즉 포핏 밸브부(27)가 "압력으로 바이어스되는 폐쇄"형내에서 EGR 밸브의 요구에 부응하여 맞추어지도록 선택된다. 배경 기술에서 지적한 바와 같이, 포핏 밸브부(27)가 압력으로 바이어스되는 폐쇄형일 경우, 도 2에 나타낸, 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방 위치를 향해 이동하기 시작하면, 초기에는 저속의 큰 힘이 요구된다. 다음, 도 7에 나타낸 바와 같이, 밸브가 약간의 개방 위치로부터 완전 개방 위치를 향해 이동함에 따라, 요구되는 개방 시간을 달성하기 위해 적은 힘과 빠른 속도가 요구된다.
도 2에 나타낸 포핏 밸브부(29)의 폐쇄 위치에 상응하는 도 6을 참조하면, 섹터 기어(73)는, 링키지 부재(93) 및 섹터 기어(73)의 연결 위치(즉, 개구(89) 및 하축부(91))가 섹터 기어 장착 축(75)의 축(A1)과 밸브 스템(29)의 축(A2) 사이에 횡으로 배치되도록, 방향이 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 2 및 도 6과 같이 밸브가 폐쇄되면, 링키지 부재(93)는, 도 6에 나타낸 바와 같은 각도로 방향이 되고, 밸브 스템(29)의 수직 이동 속도는, 섹터 기어 (73)가 도 7에 나타낸 위치를 향해 추축이 되고 링키지 부재(93)가 거의 수직일 때보다, 초기에는 작을 것이다. 도 6의 위치에서, 하축부(91)의 위치는 횡 방향에서 축(A1)에 근접하고, 따라서, 횡 분리("모멘트 암(moment arm)")가 커서 밸브 스템(29)상에 적은 하방력(downward force)이 작용하는 도 7의 위치보다, 밸브 스템(29)상에 더 큰 하방력을 발생시킨다. 큰 힘으로부터 고속으로 변화시키는 수학적 관계는, 4 바 링키지(four bar linkage)에 대한 당업자에게는 잘 이해될 것으로 사료된다.
이러한 관계의 변화를 도 8에 나타냈으며, 이것은 밸브 개방력 대(對) 각도(角度), 즉 도 6의 위치("폐쇄")에서 시작하여, 도 7의 위치("개방")를 향해 이동하는 섹터 기어(73)의 시계 반대 방향 추축 이동 각도의 그래프이다. 본 발명은, 밸브가 배기 가스 압력의 힘에 대항하여 개방하기 시작함에 따라서 최대의 기계적 이득을 제공하고, 밸브를 개방하는 데 요구되는 힘이 적어짐에 따라서, 도 8에 나타낸 바와 같이 기계적 이득은 점차 감소됨을 링키지 및 기계적 비율에 대해 숙지한 당업자는 이해할 것이다. 당업자는 또한, 밸브의 이동 속도는 도 8 그래프의 역 그래프를 따르며, 느리게 출발하여 밸브가 도 7의 개방 위치에 접근함에 따라 점차 최대 속도로 증가하게 됨을 이해할 것이다.
본 발명을 전기한 규격에서 상세히 설명하였으며, 본 발명의 각종 변경 및 변형이 규격을 읽고 이해함으로써 당업자에게 명백해질 것으로 사료된다. 이러한 모든 변경 및 변형은, 이들이 첨부한 청구내용의 범주에 속하는 한, 본 발명에 포함되는 것으로 한다.
개량된 배기 가스 재순환 시스템은, 밸브가 폐쇄 위치로부터 개방 위치를 향해 이동함에 따라, 먼저 비교적 큰 힘 및 비교적 저속으로 밸브 스템을 축 방향으로 이동시키고, 그다음 밸브가 더 개방됨에 따라, 비교적 작은 힘 및 비교적 고속으로 밸브 스템을 축 방향으로 이동시켜서 시스템의 원활한 작동을 보장한다.

Claims (11)

  1. 내연 기관용 배기 가스 재순환 시스템(11)에 있어서, 상기 시스템은 밸브 스템(29)을 포함한 밸브(25)를 가지며, 상기 밸브가 엔진 배기 가스 통로(E)로부터 엔진 흡기 통로(I)로의 연통을 봉쇄하는 폐쇄 위치(도 2)와 상기 엔진 배기 가스통로(E)내의 압력이 상기 밸브(25)를 상기 폐쇄 위치를 향해 바이어스시키는 개방 위치(도 7) 사이에서 가동하고; 상기 시스템은 하우징 수단(39)과, 상기 하우징 수단(39) 및 입력 기어(55)와 협동하여 전동기(51)로의 전기 입력 신호(52)내의 변화에 응답하여 상기 입력 기어(55)에 비교적 고속의 낮은 토크 운동을 제공하는, 상기 전동기(51)를 구비하며; 상기 입력 기어(55)는 내부 치(齒)의 섹터 기어(73)와 제1축(A1)에 대하여 추축으로 구동 결합되고; 링키지 부재는 상기 섹터 기어(73) 및 상기 밸브 스템(29)과 협동하여 상기 섹터 기어(73)의 추축 이동을 상기 밸브 스템(29)의 축방향 이동으로 전달하는 배기 가스 재순환 시스템에서,
    (가) 상기 섹터 기어(73) 및 상기 링키지 수단(93)이 구성되어, 상기 밸브가 상기 폐쇄 위치(도 1)로부터 상기 개방 위치(도 7)로 향해 이동함에 따라;
    (1) 상기 섹터 기어(73) 및 상기 링키지 수단(93)은 우선 비교적 큰 힘과 비교적 저속으로 상기 밸브 스템의 축방향 이동을 발생시키고;
    (2) 그 다음, 상기 밸브(25)가 추가로 개방됨에 따라, 상기 섹터 기어(73) 및 상기 링키지 수단(93)은 비교적 적은 힘과 비교적 고속으로 상기 밸브 스템(29)의 축방향 이동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  2. 제1항에 있어서, 스프링 수단(81)은 상기 섹터 기어(73)와 협동하여 상기 폐쇄 위치(도 1)를 향해 상기 밸브(25)를 바이어스 시키고, 상기 스프링 수단(81)이 상기 섹터 기어(73)와 협동하여, 상기 배기 가스 재순환 조립체(11)내에서 상기 밸브(25)에 유일하고 실질적인 바이어싱 력(力)(biasing force)을 구성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  3. 제1항에 있어서, 상기 밸브 스템(29)은 제2축(A2)을 형성하고, 상기 입력 기어(55)는 제3축(A3)을 형성하며, 상기 제1축(A1)과 제3축(A3)은 상기 제2축(A2)에 사실상 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2축(A2)은 상기 제1축(A1)과 제3축(A3) 사이에 횡으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  5. 제4항에 있어서, 상기 링키지 수단(93)은, 상기 밸브(25)가 상기 폐쇄 위치(도 2 및 도 6)에 있을 때, 상기 제1축(A1) 및 제3축(A3)의 중간에 횡으로 배치된 위치(89)에서, 상기 섹터 기어(73)에 연결되는 부분(91)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  6. 제5항에 있어서, 상기 링키지 수단(93) 부분(91)은, 상기 밸브(25)가 상기 개방 위치(도 7)에 있을 때, 상기 제1축(A1)에 대략 정렬되어 횡으로 배치된 위치(89)에서 상기 섹터 기어(73)에 연결되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  7. 제1항에 있어서, 상기 입력 기어(55)는, 중간 치차열(57, 59)의 수단으로써 상기 내부 치(齒)의 섹터 기어(73)와 구동 결합하여, 상기 섹터 기어(73)에 비교적 저속의, 비교적 높은 토크 입력을 제공하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  8. 제7항에 있어서, 상기 치차열은, 상기 입력 기어(55)에 치결합된 비교적 큰 기어(57)와, 상기 섹터 기어(73)에 치결합된 비교적 작은 기어(59)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  9. 제8항에 있어서, 상기 치차열은, 상기 입력 기어(55)로부터 상기 섹터 기어(73)로 전달되는 토크를 제한할 수 있는 토크 제한 커플링(65, 67, 69)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  10. 제1항에 있어서, 상기 섹터 기어(73)는 상기 밸브 스템(29)의 전방으로 배치되고, 상기 링키지 수단은, 상기 섹터 기어(73)에 결합되는 하축부(91)와 상기 밸브 스템(29)에 결합되는 상축부(95)를 포함한, 어느 정도 Z 형상의 부재(93)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
  11. 제1항에 있어서, 상기 섹터 기어(73)는 일군의 내부 치(齒)(71) 및 상기 내부 치(71)의 전방에 배치된 전방 커버부(87)를 포함하고, 그것의 방사상 안쪽에 상기 내부 치(71)의 맞물림 지역내에서 윤활 덮개를 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 시스템(11).
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