KR100364492B1 - 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 비접촉식 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핀틀의 상하운동에 따라 두 극판에 의해 생성되는 정전용량이 가변되도록 함으로써 핀틀의 변위를 측정할 수 있도록 한 전기적인 배기가스의 재순환 밸브의 비접촉식 센서에 관한 것으로, 정전용량 검출회로를 통해 변화되는 정전용량을 전압신호로 변환하고 전압신호의 변화를 통해 밸브의 개폐정도를 판단하도록 하는 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 센서에 있어서, 밸브를 개폐시키는 개폐수단에 장착되어 개폐수단의 이동에 연동되는 이동 전극판, 이동 전극판의 이동 경로 상에서 이동 전극판과 일정 간격으로 마주보도록 고정 설치되는 고정 전극판, 및 이동 전극판, 고정 전극판의 대향 길이에 따라 가변 형성되는 상기 정전용량을 전기신호로 변환하여 개폐수단의 이동을 제어하는 제어기에 전달하는 신호전달수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

전기적인 배기가스 재순환 밸브의 비접촉식 센서{A none-contact sensor of electronic exhaust gas recirculation valve}

본 발명은 EEGR 밸브에 관한 것으로, 두 극판에 의해 생성되는 정전용량이 가변되도록 함으로써 핀틀의 변위를 측정할 수 있도록 한 전기적인 배기가스의 재순환 밸브의 비접촉식 센서에 관한 것이다.

전기적인 EGR 밸브(Electric Exhast Gas Recirculation: 이하 EEGR 밸브라 함)는 내연기관에서 배출되는 배기가스에서 질소산화물의 양을 줄이기 위해 널리 사용되고 있다.

도 1은 전술한 EEGR 밸브의 개략적인 구조단면도이다.

도 1에서 도시한 바와 같이 EEGR 밸브는 배기 매니폴드(도시하지 않음)에서 배출되는 가스의 통로가 형성되어 있는 베이스(1), 베이스(1)의 상부에 체결되고 전체적으로 원통형인 쉘(9), 그리고 쉘(9)의 상부에 핀틀(3)의 변위를 측정하는 센서(13)로 구성되어 있다.

베이스(1)는 내연기관의 배기 매니폴드의 표면에 배치되는 것으로서, 배기 매니폴드에 EEGR 밸브의 분리가능한 부착을 위해 구비된 소정의 관통구멍을 갖춘 플랜지가 구성되어 있다.

쉘(9)은 중심축(17) 상으로 상하 운동을 하는 핀틀(3), 핀틀(3)로 구동력을 전달하는 솔레노이드 코일 조립체(5)가 구성되어 있다. 핀틀(3)의 하부에는 베이스(1)에 형성된 상기 가스통로를 개폐하는 차단판(15)이 구성되어 있다.

도 2는 전술한 센서(13)의 상세도이다.

도 2에 도시한 바와 같이 센서(13)는 핀틀(3)을 탄성력에 의하여 고정된 위치를 유지시키는 탄성부재(21), 핀틀(3)의 상하 변위측정을 위한 저항 패턴(27)이 형성된 세라믹 플레이트(31), 핀틀(3) 상부에서 고정 연장된 이동부(29)에 고정되어 핀틀(3)의 상하운동에 따라 세라믹 플레이트(31)의 저항 패턴(27) 위를 접촉하면서 슬라이딩하는 도체발(Moving Contact Member)(25)이 구성되어 있다.

전술한 EEGR 밸브는 엔진의 동작에 따라 솔레노이드 코일 조립체(5)로부터 전달되는 구동력 및 탄성부재(21)의 탄성력에 의하여 핀틀(3)이 상하운동을 하고, 핀틀(3)과 일체로 된 차단판(15)이 배기가스를 차단하도록 되어 있다. 이때, 도체발(25)과 저항 패턴(27)과의 접촉점이 변하게 됨에 따라 출력전압(Vo)이 가변되어 핀틀(3)의 변위를 측정할 수 있다.

전술한 바와 같이 종래의 EEGR 밸브에서는 핀틀(3)의 변위 측정시 저항의 변화에 의한 포텐쇼미터를 이용하였다.

그런데, 종래의 EEGR 밸브는 핀틀(3)의 상하 운동에 의하여 포텐쇼미터의 도체발(25)의 운동을 유발시키도록 되어 있는 바, 도체발(25)이 세라믹 플레이트(31) 위의 저항 패턴(27)과 접촉하는 운동이 반복되면 도체발(25) 및 저항 패턴(27)의 마모가 생기는 문제점이 있었다.

또한, 상기 도체발(25) 및 저항 패턴(27)의 마모에 의하여 밸브의 수명이 짧아지게 되는 문제가 었었으며, 핀틀(3)의 변위를 정밀하게 측정하는 것이 어렵다는문제가 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 핀틀의 상하운동에 따라 두 극판에 의해 생성되는 정전용량이 가변되도록 함으로써 핀틀의 변위를 측정할 수 있도록 함으로써 종래의 포텐셔미터를 이용한 센서에 비해 수명과 성능이 향상된 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 비접촉식 센서를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 개략적인 구조단면도.

도 2는 도 1에서의 센서의 상세단면도.

도 3은 본 발명에 따른 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 비접촉식 센서의 설치 예시도.

도 4는 도 3에서의 센서의 등가적인 회로도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

1 : 베이스 3 : 핀틀

5 : 솔레노이드 코일 조립체 9 : 쉘

13 : 센서 15 : 차단판

17 : 중심축 21 : 탄성부재

25 : 도체발 27 : 저항 패턴

31 : 세라믹 플레이트

64 : 상측 받침대 66 : 하측 받침대

68 : 프레임 70, 72 : 고정극판

74 : 이동극판 76 : 가이드

78 : 이동부

전술한 목적을 달성하기 안출된 본 발명의 구성은 다음과 같다. 즉, 본 발명은 정전용량 검출회로를 통해 변화되는 정전용량을 전압신호로 변환하고 전압신호의 변화를 통해 밸브의 개폐정도를 판단하도록 하는 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 센서에 있어서, 밸브를 개폐시키는 개폐수단에 장착되어 개폐수단의 이동에 연동되는 이동 전극판, 이동 전극판의 이동 경로 상에서 이동 전극판과 일정 간격으로 마주보도록 고정 설치되는 고정 전극판, 및 이동 전극판, 고정 전극판의 대향 길이에 따라 가변 형성되는 상기 정전용량을 전기신호로 변환하여 개폐수단의 이동을 제어하는 제어기에 전달하는 신호전달수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.또한, 상기한 개폐수단의 이동과 무관하게 이동 전극판과 항상 일정 길이만큼 대향되도록 설치되어 이동 전극판과의 상호 작용에 의하여 고정된 크기의 정전용량을 생성하는 고정 전극판을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 비접촉식 센서의 구조도이다.

도 3a에서 도시한 바와 같이 본 발명의 EEGR 밸브용 센서(60)는 탄성부재(62), 가이드(76), 제1 고정극판(70), 제2 고정극판(72), 이동극판(74),이동부(78), 받침대(64, 66), 프레임(68)이 구성된다.

탄성부재(62)는 일측이 지지부재 지지되고 타측이 핀틀(3) 상부에 지지되어 구동력을 갖지 않을 때의 핀틀(3)의 위치를 탄성력에 의하여 고정시키고, 가이드(76)는 탄성부재(62)가 핀틀(3)의 운동방향과 동일한 방향으로 탄성력을 최대로 발휘할 수 있도록 안내를 위한 안내홈을 형성한다.

이동극판(74)은 제1 고정극판(70)과의 상호작용을 통해 가변적인 정전용량을 형성하고, 제2 고정극판(72)과 의 상호 작용에 의하여 고정적인 정전용량을 형성하며, 이동부(78)는 핀틀(3)의 상단에 고정 연장되고, 일측면에 이동극판(74)이 부착 고정되며, 상하측의 2개의 받침대(64, 66)는 이동극판(74)의 상하운동을 제한하며, 프레임(68)에 제1 및 제2 고정극판(70, 72)이 부착 고정된다.

도 3b는 고정극판에 대한 이동극판의 변위를 검출하는 원리를 설명하는 도면으로서, 도 3b에 도시한 바와 같이 핀틀(3)에 고정된 이동부(78)에 고정 부착된 이동극판(74)이 핀틀(3)의 상하운동과 연동하여 소정 거리(L)만큼 상하운동함에 따라 이동극판(74)과 제1 고정극판(70)이 서로 겹치는 부분이 증가 또는 감소하게 되는 바, 이에 따라 이동극판(74)과 제1 고정극판(70) 사이에 형성되는 정전용량은 증가 또는 감소하게 된다.

이때, 제2 고정극판(72)은 이동극판(74)의 상하운동에 관계없이 서로 겹치는 부분이 일정하므로 고정적인 정전용량이 형성된다. 이렇게 제1 고정극판(70)에 의한 정전용량이 변화하는 것을 이용하여 고정극판(70)에 대한 이동극판(74)의 변위를 검출할 수 있게 된다.

고정극판(70, 72)에 생성되는 정전용량은 이동극판(74)과 고정극판(70, 72)의 간격을 D, 고정극판(70, 72) 각각의 너비를 W, 이동 극판(74)의 이동량을 X, 고정 극판(72)의 길이를 H라고 하면, 두 고정극판(70, 72)이 형성하는 정전 용량은 아래의 식과 같이 이동량 X에 대하여 선형적으로 표시되는 가변정전용량(Cv)과 이동극판(74)의 변위에는 관계없이 항상 일정한 값을 갖는 고정정전용량(Co)으로 아래와 같이 표시된다.

Cv = ε· W/D ·X = kX

(ε=유전율, k=비례상수)

Co = ε·W/D ·H = kH

(ε=유전율, k=비례상수)

여기서, 고정정전용량(Co)은 변위 센서의 환경 조건으로 온도 및 습도의 변화와 입력 전원의 불안정성에 대하여 안정된 출력 신호를 제공해 주기 위하여 사용된다.

도 4는 도 3에서의 이동극판(74)과 고정극판(70, 72)의 회로적인 구성도이다.

도 4에 도시한 바와 같이 정전류원(80)에서 공급되는 정전류에 의하여 가변정전용량(Cx)과 고정정전용량(Co)이 생성되고, 가변정전용량(Cx)의 가변량에 대응하도록 출력신호(Vo)가 가변되어 출력된다.

전술한 EEGR 밸브의 작용을 설명한다.

각 고정 극판(70, 72)을 프레임(68)에 설치하고 핀틀(3)의 상부에 연결된 이동부(78)에 이동 극판(74)을 부착시켜 밸브의 개폐에 따라서 이동 극판(74)이 상하 받침대(64, 66) 사이에서 상하 운동하게 한다.

밸브의 개폐에 따라서 제1 고정극판(70)에 대한 이동극판(74)의 상대 변위가 발생하게 되고, 이로 인하여 가변정전용량(Cx)이 [수학식1]과 같이 변하게 된다.

이러한 정전용량의 변화로 인하여 출력신호(Vo)가 변하게 되며, 이러한 정전 용량의 변화는 일반적인 정전용량 검출회로에 의하여 전압신호로 변환이 가능하고, 이후, 도시하지 않은 CPU는 상기 출력되는 전압신호를 근거로 밸브의 개폐 정도를 판단하여 밸브 제어를 수행하게 된다.

본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 센서는 비접촉식이기 때문에 반복 동작에 의한 저항선의 마모가 없으며, 진동에 의한 접촉점의 분리로 발생되는 센서의 오동작이 없다.

또한, 기준 정전용량의 설치로 열악한 환경 변화에도 오차 요인을 감소시킬 수 있기 때문에 EEGR 밸브에 대한 성능의 신뢰성과 수명을 높일 수 있다.

Claims (2)

1. 정전용량 검출회로를 통해 변화되는 정전용량을 전압신호로 변환하고 상기 전압신호의 변화를 통해 밸브의 개폐정도를 판단하도록 하는 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 센서에 있어서,

   상기 밸브를 개폐시키는 개폐수단에 장착되어 상기 개폐수단의 이동에 연동되는 이동 전극판;

   상기 이동 전극판의 이동 경로 상에서 상기 이동 전극판과 일정 간격으로 마주보도록 고정 설치되는 고정 전극판; 및

   상기 이동 전극판 및 상기 고정 전극판의 대향 길이에 따라 가변 형성되는 상기 정전용량을 전기신호로 변환하여 상기 개폐수단의 이동을 제어하는 제어기에 전달하는 신호전달수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 비접촉식 센서.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 개폐수단의 이동과 무관하게 상기 이동 전극판과 항상 일정 길이만큼 대향되도록 설치되어 상기 이동 전극판과의 상호 작용에 의하여 고정된 크기의 정전용량을 생성하는 고정 전극판을 더 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전기적인 배기가스 재순환 밸브의 비접촉식 센서.