KR100408452B1 - 내연기관용 이지알밸브 - Google Patents

Abstract

엔진의 흡기 또는 배기 매니폴드에 설치되어 질소산화물 등과 같은 배기가스의 배출을 저감시킬 수 있도록 한 것으로, 배기가스의 입,출구 통로와 리턴통로가 연통되도록 형성되는 하우징과, 승강시 하우징에 형성된 밸브시이트에 착탈되어 입,출구 통로를 개폐시키는 밸브와, 하우징 상측에 설치되며 전류 인가시 구동하여 밸브의 개폐를 제어하는 액츄에이터와, 하우징과 액츄에이터사이에 설치되어 밸브에 의해 통로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 탄성부재와, 하우징 상측에 결합되어 밸브의 승강시 밸브축을 지지하는 부쉬와, 리턴통로와 연통되도록 부쉬에 형성되어 밸브축과 부쉬사이의 틈새를 통해 누설되는 배기가스를 흡기계통측으로 배출시키는 공간부를 제공한다.

이로 인해, 이지알밸브 개폐시 누설되는 배기가스 일부를 부쉬 하측에 설치된 메쉬필터에 의해 포집하고 흡기계통측으로 직접 공급하여 부쉬측으로 누설되는 것을 방지하여 밸브 작동의 신뢰도를 높이고, 액츄에이터측으로 외부 공기가 유입되어 배기가스로 인해 액츄에이터 내부의 온도가 상승되는 것을 방지하여 성능을 향상시키며, 해당 부품수를 줄이며 구조 간단화로 인해 원가비용을 절감한다.

Description

내연기관용 이지알밸브{EGR valve of internal-combustion engine}

본 발명은 엔진의 흡기 또는 배기 매니폴드에 설치되어 질소산화물(NOx) 등과 같은 배기가스의 배출을 저감시킬 수 있도록 한 내연기관용 이지알밸브(exhaust gas recirculation valve)에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 이지알밸브 개폐시 누설되는 배기가스에 포함되는 습기, 매연 등이 이지알밸브 하우징내부의 메인부쉬(main bush)저면에 구비된 흡기측과 연통되는 통로 및 메쉬필터(mesh filter)에 의한 포집으로 밸브축, 부쉬 내측에 고착방지 및 밸브와 밸브시이트의 선접촉방식에 의해 배기가스의 고착 및 퇴적되는 것을 방지하며, 배기가스의 열원이 상부측 액츄에이터에 전달되지않도록 한 내연기관용 이지알밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 질소산화물(NOx)은 고압, 고온시에 산소와 질소가 결합하여 발생하는 것으로, 이를 억제하기 위하여 대기중으로 배출되는 배기가스 일부를 다시흡기계통측에 공급하여 최고 연소온도를 낮추고, 산소 공급을 줄여 질소산화물의 생성을 저감시키는 수단으로서, 액츄에이터를 진공방식으로 구동하는 기계식 이지알밸브와, 전류를 공급하여 액츄에이터를 구동하는 전자식 이지알밸브가 사용되고 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 내연기관용 이지알밸브는, 배기가스의 입,출구 통로(1a,1b)가 연통되게 형성되는 하우징(1)과, 승강하는 밸브축(4) 하단부에 형성되어 하우징(1)에 형성된 밸브시이트(3)에 대해 착탈되어 통로(1a,1b)를 개폐하는 밸브(2)와, 밸브축(4)을 지지하는 부쉬(5)와, 하우징(1) 상측에 설치되어 전류 인가시 구동하여 밸브(2)를 개폐시키는 액츄에이터(13)와, 하우징(1)과 액츄에이터(13) 사이에 설치되어 밸브(2)에 의해 통로(1a,1b)를 폐쇄시킨 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 탄성부재(8)와, 밸브축(4)과 부쉬(5)의 결합부위의 미세한 틈새를 통해 누출되는 배기가스가 통과하는 챔버(10)를 구비한다.

이때, 전술한 액츄에이터(13)는 보빈(19)에 권선되어 전류 인가시 자기력을 발생하는 코일(20)과, 코일(20)에 전류 인가시 보빈(19) 내부에 지지된 부쉬(18)를 따라 하강되어 고정코어(16)와 접촉됨에 따라 밸브축(4)과 착탈되어 밸브(2)를 개폐시키는 가동코어(17)와, 액츄에이터(13)상측에 설치되어 가동코어(17)가 축방향으로 위치이동하는 것의 검출에 따른 이지알밸브의 작동위치를 감지하는 위치감지센서(21)와, 위치감지센서(21)와 코일(20)을 연결하는 터미널단자(22)를 구비한다.

미 설명부호 9는 단열 및 배기가스의 누설되는 것을 방지하는 가스킷, 11은하우징(1)과 액츄에이터(13) 사이에 챔버(10)를 형성하기 위한 스페이서, 12는 챔버(10)로 부터 배기가스의 누설되는 것을 방지하는 0링, 15는 챔버(10)내의 배기가스를 흡입기측으로 공급하는 리턴파이프 이다.

즉, 전술한 코일(20)에 전류를 인가시키는 경우, 가동코어(17)가 자기력에 의해 고정코어(16)에 대해 축방향으로 이동함에 따라 도 1의 도면상, 밸브축(4)을 하강시켜 밸브축(4)하단에 형성된 밸브(2)를 하우징(1)의 밸브시이트(3)로 부터 이격시켜 개방시킴에 따라 통로(1a,1b)를 연통하게 된다.

따라서, 밸브(2) 개방시 대부분의 배기가스는 통로(1b)와 연통되는 이지알파이프(23)를 통해 흡입계통측으로 재공급되며, 밸브축(4)과 부쉬(5)사이에 발생하는 틈새(밸브축(4)이 슬라이딩가능하게 형성되는 허용공차범위를 말함)를 통해 누설되는 배기가스의 일부는 챔버(10)와 연통되는 리턴파이프(15)를 통해 흡입기측으로 재공급되는 것이다.

한편, 전술한 코일(20)에 인가되는 전류를 차단하는 경우, 하우징(1)과 액츄에이터(13)사이에 설치된 탄성부재(8)의 복원력에 의해 전술한 가동코어(17)를 도 1의 도면상, 상방향으로 밀어올려 초기위치로 복귀시킴에 따라, 연동하여 상승하는 밸브축(4)의 밸브(2)가 하우징(1)의 밸브시이트(3)에 접촉하여 통로(1a,1b)를 폐쇄하여 배기가스의 흐름을 차단하는 것이다.

한편, 미도시된 전자제어장치(ECU를 말함)를 통해 전술한 액츄에이터(13)를 전기신호에 의해 제어함에 따라 밸브(2)의 개도량을 제어하며, 배기가스 배출량을 검출하는 산소 및 가스 센서와, 배기가스의 온도를 검출하는 온도센서에 의해 자가진단을 할 수 있음은 물론 이다.

그러나, 전술한 바와 같은 이지알밸브 구조에서는, 밸브(2)의 개폐에 따라 배기가스 일부가 밸브축(4)과 부쉬(5)사이의 틈새를 통하여 누설되며, 전술한 밸브(2)가 밸브시이트(3)에 대해 면접촉하도록 형성됨에 따라 장시간 사용시 밸브축(4)외주연, 부쉬(5)내주연 및 밸브(2)와 밸브시이트(3)의 접촉부에 배기가스에 포함되는 매연, 습기 등이 퇴적되며, 스티킹(sticking;습동면이 고착되는 현상)이 발생되어 작동의 신뢰성이 떨어지는 문제점을 갖게 된다.

또한, 전술한 밸브축(4)과 부쉬(5)사이의 틈새를 통해 챔버(10)를 경유하여 흡기계통으로 재공급되는 과정에서 배기가스로 인한 열이 밀폐구조의 액츄에이터(13)측으로 전달되어 내부의 온도 상승으로 인해 성능이 저하되며, 챔버(10)내에 배기가스의 퇴적이 점진적으로 증가되어 액츄에이터(13)의 가동코어(17)측으로 유입되므로 액츄에이터(13)의 작동상 신뢰성이 떨어지는 문제점을 갖게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 이지알밸브 개폐시 누설되는 배기가스 일부를 부쉬 하측에 설치된 메쉬필터에 의해 포집하고, 내연기관의 흡기계통측으로 직접 공급하여 부쉬측으로 누설되는 것을 방지하여 밸브의 원활한 작동을 확보하여 신뢰도를 높일 수 있도록 한 내연기관용 이지알밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 액츄에이터측으로 외부 공기가 유입되어 배기가스로 인해 액츄에이터에 전달되는 열을 냉각하며, 액츄에이터 내부의 온도가 상승되는것을 방지하여 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 한 내연기관용 이지알밸브를 제공하는것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 해당 부품수를 줄이며, 구조 간단화로 인해 원가비용을 절감할 수 있도록 한 내연기관용 이지알밸브를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 내연기관용 이지알밸브의 단면도,

도 2는 종래 기술에 의한 내연기관용 이지알밸브에서 밸브와 밸브시트의 결합도,

도 3은 본 발명에 의한 내연기관용 이지알밸브의 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 내연기관용 이지알밸브에서 밸브와 밸브시이트의 결합도,

도 5(a,b)는 본 발명에 의한 내연기관용 이지알밸브에서 메인부쉬의 사시도,

도 6(a,b,c,d)은 본 발명에 의한 내연기관용 이지알밸브에서 메인부쉬의 측단면도,

도 7은 본 발명에 의한 내연기관용 이지알밸브에서 메쉬필터부의 분리도,

도 8은 본 발명에 의한 내연기관용 이지알밸브에서 하우징의 개략도 이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

51; 하우징

52; 밸브

53; 밸브 시이트

54; 밸브축

55; 가이드 부쉬

56; 메쉬필터

57; 차열판

58; 부쉬

59; 리턴통로

69; 액츄에이터

전술한 본 발명의 목적은, 배기가스의 입,출구 통로와 리턴통로가 연통되도록 형성되는 하우징과, 승강시 하우징에 형성된 밸브시이트에 착탈되어 입,출구 통로를 개폐시키는 밸브와, 하우징 상측에 설치되며 전류 인가시 구동하여 밸브의 개폐를 제어하는 액츄에이터와, 하우징과 액츄에이터사이에 설치되어 밸브에 의해 통로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 탄성부재와, 하우징 상측에 결합되어 밸브의 승강시 밸브축을 지지하는 부쉬와, 리턴통로와 연통되도록 부쉬에 형성되어 밸브축과 부쉬사이의 틈새를 통해 누설되는 배기가스를 흡기계통측으로 배출시키는 공간부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 이지알밸브를 제공함에 의해 달성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 액츄에이터의 저면과 대향하는 하우징의 외측면에 형성되며, 액츄에이터 내부에 외부 공기를 유입시켜 온도 상승되는 것을 방지하는 방열용 공기유입구를 구비한다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 부쉬의 공간부 단면형상은 반원형, 터널형, 삼각형, 다각형중 어느 하나로서 형성되며, 부쉬재는 인청동이 사용된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 밸브시이트는 밸브에 대해 선접촉되도록형성된다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 부쉬 하측으로 설치되어 액츄에이터측으로 배기가스의 유입되는 것을 방지하는 수단은, 밸브축에 결합되어 배기가스의 열을 차단하는 차열판과, 차열판에 삽입되어 배기가스를 포집하는 메쉬필터를 구비한다.

바람직한 실시예에 의하면, 전술한 부쉬와 차열판 사이에 장착되어 밸브축을 지지하는 가이드 부쉬를 구비하며, 가이드 부쉬재는 카본이 사용된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명이 속하는 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.

도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 배기가스의 입,출구 통로(51a,51b)와 리턴통로(59)가 연통되도록 형성되는 하우징(51)과, 승강시 하우징(51)에 형성된 밸브 시이트(53)에 대해 선접촉으로 인해 착탈되어 입,출구 통로(51a,51b)를 개폐하여 배기가스의 흐름을 제어하는 밸브(52)와, 하우징(51) 상측에 설치되며 전류 인가시 구동하여 밸브(52)의 개폐를 제어하는 액츄에이터(69)와, 하우징(51)과 액츄에이터(69)사이에 설치되어 밸브(52)에 의해 통로(51a,51b)를 폐쇄시킨 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 탄성부재(61)와, 하우징(51) 상측에 결합되어 밸브(52)의 승강시 밸브축(54)을 지지하는 부쉬(58)와, 리턴통로(59)와 연통되도록 부쉬(58)에 형성되어 밸브축(54)과 부쉬(58)사이의 틈새를 통해 누설되는 배기가스를 흡기계통측으로 배출시키는 공간부(58a)를 구비한다.

또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 전술한 액츄에이터(69)의 저면과 대향하는 하우징(51)의 외측면에 형성되며, 액츄에이터(69) 내부에 외부 공기를 유입시켜 온도 상승되는 것을 방지하는 방열용 공기유입구(64)(일예로서, 3개소가 형성됨)와, 전술한 부쉬(58)하측으로 설치되어 액츄에이터(69)측으로 배기가스의 유입되는 것을 방지하는 수단으로 밸브축(54)에 결합되어 배기가스의 열을 차단하는 스테인레스재의 차열판(57)과, 차열판(57)에 삽입되어 배기가스를 포집하는 스테인레스재의 와이어가 사용되는 메쉬필터(56)와, 전술한 부쉬(58)와 차열판(57) 사이에 장착되어 밸브축(54)의 승강을 안내하며 고온에서 내구성을 갖도록 카본(carbon)재 또는 그라피트(graphite)재가 사용되는 가이드 부쉬(55)를 구비한다.

이때, 도 5(a,b) 및 도 6(a,b,c,d)에 도시된 바와 같이, 전술한 부쉬(58)의 바닥면에 "+"형상, 일자형 또는 방사형으로 형성되는 공간부(58a)의 단면형상은 반원형, 터널형, 삼각형, 다각형중 어느 하나로서 형성되며, 부쉬(58a)재는 카본재에 대해 상대적으로 가격이 저렴하고 고온에서 내마모성을 갖도록 인청동이 사용되며, 전술한 밸브(52), 밸브축(54), 밸브 시이트(53)재는 내고온성, 방청성을 갖도록 스테인레스재가 사용된다.

미 설명부호 62는 보빈(71)에 권선되어 전류 인가시 자기력을 발생하는 코일, 72는 코일(62)에 전류 인가시 고정코어(68)측으로 위치이동하여 밸브(52)를 개폐시키는 가동코어, 74는 위치감지센서(75)와 코일(62)을 연결하는 터미널단자, 75는 가동코어(72)가 축방향으로 위치이동하는 것의 감지에 따른 밸브(52)의 작동위치를 감지하는 위치감지센서, 66은 하우징(51)의 지지기둥(65)상면에 장착되어 열 전달되는 것을 차단하는 가스킷 이다.

이하, 본 발명에 의한 내연기관용 이지알밸브의 사용방법을 첨부도면을 참조하여 설명하면 아래와 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 액츄에이터(69)의 보빈(71)에 권선된 코일(62)에 전류가 인가되어 자기력이 발생함에 따라 코일(62)내부에 장착되는 가동코어(72)는 자화되어 고정코어(68)측으로 이동하게 되므로(이때, 탄성부재(61)는 인장됨), 가동코어(72)하단부와 접촉하는 밸브축(54)이 도면상, 하측방향으로 이동하여 밸브축(54)하단부에 형성된 밸브(52)는 하우징(51)의 밸브 시이트(53)로 부터 분리되어 개방된다.

전술한 밸브(52)의 개방시 입구 통로(51a)를 통해 유입되는 배기가스중 대부분은 출구 통로(51b)와 연통되는 이지알파이프(76)를 통해 흡기측으로 공급되며, 이와 동시에 배기가스의 일부는 차열판(57), 메쉬필터(56), 가이드 부쉬(55)를 차례로 경유하여 하우징(51)에 형성된 리턴통로(59)와 연통되도록 부쉬(58)에 형성된 공간부(58a) 및 리턴파이프(77)를 통해 흡기측으로 공급되는 것이다.

이때, 배기가스의 일부가 전술한 가이드 부쉬(55)를 통과하여 리턴파이프(77)측으로 공급시, 하우징(51)상측에 지지기둥(65)(일예로서, 3개가 형성됨)에 의해 형성되는 방열용 공기유입구(64)를 통하여 액츄에이터(69)내부로 외부 공기가 유입됨에 따라, 배기가스로 인해 열 전달되는 것을 차단하여 최소화시킴에 따라 액츄에이터(69)내부 공기의 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 전술한 코일(62)에 인가되는 전류를 차단하는 경우, 하우징(51)과 액츄에이터(69)사이에 설치된 탄성부재(61)의 복원력에 의해 전술한 가동코어(72)를 도 3의 도면상, 상방향으로 밀어올려 초기위치로 복귀시킴에 따라, 연동하여 상승하는 밸브축(54)의 밸브(52)가 하우징(51)의 밸브시이트(53)에 접촉하여 통로(51a,51b)를 폐쇄하여 배기가스의 흐름을 차단하는 것이다.

또한, 본 발명에 의한 내연기관용 이지알밸브는 기계식 이지알밸브에 적용하여 동일한 효과를 얻을 수 있음은 물론인 것이다.

이상에서와 같이, 바람직한 실시예에 의하면 아래와 같은 이점을 갖는다.

이지알밸브 개폐시 누설되는 배기가스 일부를 부쉬 하측에 설치된 메쉬필터에 의해 포집하고, 내연기관의 흡기계통측으로 직접 공급하여 부쉬측으로 누설되는 것을 방지하여 밸브의 원활한 작동을 확보하여 신뢰도를 높일 수 있다.

또한, 액츄에이터측으로 외부 공기가 유입되어 배기가스로 인해 액츄에이터에 전달되는 열을 냉각하며, 액츄에이터 내부의 온도가 상승되는 것을 방지하여 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 해당 부품수를 줄이며, 구조 간단화로 인해 원가비용을 절감할 수 있다.

Claims (6)

1. 배기가스의 입,출구 통로 및 리턴통로가 연통되도록 형성되는 하우징;

   승강시 상기 하우징에 형성된 밸브시이트에 착탈되어 상기 입,출구 통로를 개폐시키는 밸브;

   상기 하우징 상측에 설치되며 전류 인가시 구동하여 상기 밸브의 개폐를 제어하는 액츄에이터;

   상기 하우징과 액츄에이터사이에 설치되어 상기 밸브에 의해 상기 통로를 폐쇄시킨 것을 초기상태로서 탄성바이어스하는 탄성부재;

   상기 하우징 상측에 결합되어 상기 밸브의 승강시 밸브축을 지지하는 부쉬; 및

   상기 리턴통로와 연통되도록 상기 부쉬에 형성되어 상기 밸브축과 부쉬사이의 틈새를 통해 누설되는 배기가스를 흡기계통측으로 배출시키는 공간부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 이지알밸브.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 액츄에이터의 저면과 대향하는 상기 하우징의 외측면에 형성되며, 상기 액츄에이터 내부에 외부 공기를 유입시켜 온도 상승되는 것을 방지하는 방열용 공기유입구를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 이지알밸브.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 부쉬 공간부의 단면형상은 반원형, 터널형, 삼각형, 다각형중 어느 하나로서 형성되며, 상기 부쉬재는 인청동인 것을 특징으로 하는 내연기관용 이지알밸브.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브시이트는 상기 밸브에 대해 선접촉되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 이지알밸브..
5. 청구항 1에 있어서, 상기 부쉬 하측으로 설치되어 상기 액츄에이터측으로 배기가스의 유입되는 것을 방지하는 수단은;

   상기 밸브축에 결합되어 배기가스의 열을 차단하는 차열판; 및

   상기 차열판에 삽입되어 배기가스를 포집하는 메쉬필터를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 이지알밸브.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 부쉬와 차열판 사이에 장착되어 상기 밸브축을 지지하는 가이드 부쉬를 구비하며, 상기 가이드 부쉬재는 카본이 사용되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 이지알밸브.