KR101011643B1

KR101011643B1 - 차량용 이지알 밸브

Info

Publication number: KR101011643B1
Application number: KR1020100088014A
Authority: KR
Inventors: 이창훈; 문국찬; 김성준; 박강우
Original assignee: 주식회사 유니크
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2011-01-28

Abstract

본 발명은 모터의 회전에 의해 밸브의 개폐량 조절이 용이하고, 모터의 회전력이 손실 없이 밸브로 전달되며, 회전축의 흔들림을 방지하여 내구성이 향상된 차량용 이지알 밸브에 관한 것으로, 모터와, 상기 모터의 회전축에 결합되고 안내홈이 형성된 캠과, 상기 회전축에 직각으로 배치되고 상기 안내홈에 일단이 연결되며 상기 캠 회전시 직선왕복운동을 하는 핀들 샤프트와, 배기가스 이송로가 형성된 밸브 하우징과, 상기 핀들 샤프트의 타단에 결합되고 상기 핀들 샤프트 이동시 상기 이송로를 개폐하는 밸브 시트를 포함하며, 모터의 회전축과 핀들 샤프트가 직교하도록 배치되며 캠을 통해 연결되므로 모터의 회전에 의해 밸브의 개폐량 조절이 용이하다.

Description

차량용 이지알 밸브{EXHAUST GAS RECIRCULATION VALVE FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 이지알 밸브에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 모터의 회전에 의해 밸브의 개폐량 조절이 용이하고, 모터의 회전력이 손실 없이 밸브로 전달되며, 회전축의 흔들림을 방지하여 내구성이 향상된 차량용 이지알 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 배기가스(emission)는 혼합기의 연소 시 발생하여 배기관을 통해 외부로 배출되는 가스이며, 일산화탄소(CO), 질소산화물(NO_X), 미연소 탄화수소(HC) 등의 유해물질을 포함한다.

이러한 배기가스에 포함된 유해물질 중 질소산화물은 일산화탄소 및 탄화수소와 반비례적인 인과관계를 갖고 있다. 즉, 연료가 완전히 연소되어 일산화탄소 및 탄화수소가 가장 적게 배출되는 시점에서 질소산화물은 가장 많이 발생한다.

따라서 질소산화물을 포함하는 오염물질의 허용량을 관계 법률로서 규제함에 따라 배기가스의 오염물질을 줄이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 중 하나가 배기가스 재순환 시스템(Exhaust Gas Recirculation; EGR)이다.

배기가스 재순환 시스템은, 배기가스의 일부를 재순환시켜 출력이 저하되는 것을 최소화함과 동시에 최고연소온도를 낮춰 질소산화물의 발생량을 저감시키기 위한 시스템이다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 질소(N₂)에 비해 열용량이 큰 이산화탄소(CO₂)를 함유한 배기가스를 혼합기에 적절한 비율로 혼입할 경우 엔진의 최고연소온도를 낮출 수 있으며 이에 따라 질소산화물의 발생량을 저감시킬 수 있다.

배기가스 재순환 시스템에는 배기가스를 흐름을 제어하는 이지알 밸브가 설치된다. 이러한 이지알 밸브는 구동방식에 따라 엔진의 부압에 의해 작동하는 기계식과 ECU 등에서 인가된 전원에 의해 작동하는 전자식으로 구분되며, 최근에 생산되는 차량에는 전자식 이지알 밸브가 장착된다.

그러나 상술한 종래의 이지알 밸브는 작동부(부압 액추에이터 및 솔레노이드)가 밸브샤프트와 직접 연결되므로 밸브의 개폐량 조절이 용이하지 못하다. 또한, 작동부와 밸브가 상하로 배치되고, 밸브가 수직으로 작동되는 구조로 이루어지므로, 미소 열림 영역에서 밸브의 부딪침에 의한 이상소음이 발생한다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 모터의 회전에 의해 밸브의 개폐량 조절이 용이하고, 모터의 회전력이 손실 없이 밸브로 전달되며, 회전축의 흔들림을 방지하여 내구성이 향상된 차량용 이지알 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차량용 이지알 밸브는, 모터와, 상기 모터의 회전축에 결합되고 안내홈이 형성된 캠과, 상기 회전축에 직각으로 배치되고 상기 안내홈에 일단이 연결되며 상기 캠 회전시 직선왕복운동을 하는 핀들 샤프트와, 배기가스 이송로가 형성된 밸브 하우징과, 상기 핀들 샤프트의 타단에 결합되고 상기 핀들 샤프트 이동시 상기 이송로를 개폐하는 밸브 시트를 포함한다.

상기 구성의 본 발명에 의하면, 모터의 회전축과 핀들 샤프트가 직교하도록 배치되며 캠을 통해 연결되므로 모터의 회전에 의해 밸브의 개폐량 조절이 용이하다.

이때, 상기 캠은 부채꼴 형상을 가지며 상기 안내홈이 바깥쪽 둘레를 따라 곡선으로 형성되고, 상기 안내홈에 삽입되어 안내되는 베어링이 상기 핀들 샤프트의 일단에 설치된다. 또한, 상기 밸브 하우징의 브라켓에 상기 모터의 회전축을 지지하는 부시가 상기 브라켓에 설치된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 모터의 회전축과 핀들 샤프트가 직교하도록 배치되며 캠을 통해 연결되므로 모터의 회전에 의해 밸브의 개폐량 조절이 용이하다. 또한, 핀들 샤프트의 일단에 설치된 베어링이 곡선의 안내홈을 따라 이동하므로 모터의 회전력이 손실 없이 밸브로 전달된다. 뿐만 아니라, 모터의 회전축이 부시에 의해 지지되므로 회전축의 흔들림을 방지하여 내구성이 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 차량용 이지알 밸브의 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 차량용 이지알 밸브의 단면도이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 차량용 이지알 밸브 중 캠의 사시도이다.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 차량용 이지알 밸브의 개폐과정을 도시한 도면이다.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 차량용 이지알 밸브 중 모터의 단면도이다.
도 6은 도 1의 실시예에 따른 차량용 이지알 밸브 중 모터의 코어와 마그넷을 도시한 도면이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 이지알 밸브는, 배기가스 재순환 시스템의 재순환 파이프(미도시) 또는 바이패스 밸브(미도시)에 설치되는 밸브 본체(100)와, 전원 인가시 밸브 본체(100)를 작동시키는 모터(200)와, 모터(200)의 회전력을 밸브 본체(100)로 전달하는 캠(300)을 포함한다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 상술한 차량용 이지알 밸브의 각 구성요소에 대해 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.

도 2를 참조하면, 밸브 본체(100)는, 밸브 하우징(110)과, 밸브 하우징(110)의 일측에 형성된 브라켓(120)과, 밸브 본체(100)를 관통하는 핀들 샤프트(130)와, 핀들 샤프트(130)에 결합되는 밸브 시트(140)로 구성된다.

밸브 하우징(110)은 원통형상으로 형성되고, 일측에 배기가스 유입구(112)가 형성되며, 타측에 배기가스 배출구(114)가 형성된다. 또한, 내부에는 유입구(112)와 배출구(114)를 연결하는 이송로(116)가 형성된다.

브라켓(120)은 재순환 파이프(미도시) 또는 바이패스 밸브(미도시)에 결합되는 제1부재(122)와, 제1부재(122)에 대해 직교하도록 형성되고 모터(200)가 결합되는 제2부재(124)로 이루어진다. 제1부재(122)에는 핀들 샤프트(130)가 통과할 수 있도록 제1관통공(122h)이 형성된다. 또한, 제2부재(124)에는 모터(200)의 회전축(210)이 통과할 수 있도록 제2관통공(124h)이 형성된다.

이때, 제1관통공(122h)의 내부에는 핀들 샤프트(130)의 이동방향을 안내하는 리니어 부시(126a)와 배기가스의 누출을 방지하기 위한 밀봉수단(128)이 설치된다. 좀 더 상세하게는 밀봉수단(128)이 리니어 부시(126a)와 후술할 스프링(132) 사이에 개재된다. 또한, 제2관통공(124h)의 내부에는 회전축(210)을 지지하는 부시(126b)가 설치된다.

상술한 리니어 부시(126a) 및 부시(126b)는 핀들 샤프트(130) 및 회전축(210)의 이동 및 회전시 발생하는 마찰을 최소화하기 위한 수단이다. 특히, 회전축(210)을 지지하는 부시(126b)는 모터(200) 작동시 회전축(210)의 흔들림을 감소시켜 모터(200)의 내구성을 향상시킨다.

핀들 샤프트(130)는 다단의 봉 형상으로 형성되고, 그 일단(대경부)은 캠(300)을 통해 모터(200)의 회전축(210)과 연결되며, 타단(소경부)에는 밸브 시트(140)가 결합된다.

이때, 핀들 샤프트(130)의 일단과 제1부재(122) 사이에는 핀들 샤프트(130)를 모터(200) 측으로 탄성 지지하는 스프링(132)이 설치된다. 또한, 회전축(210)과 연결되는 핀들 샤프트(130)의 일단에는 평면의 안착부(134)가 형성된다. 그리고 안착부(134)에는 고정핀(136)이 설치되며, 고정핀(136)에는 베어링(138)이 결합된다.

밸브 시트(140)는 핀들 샤프트(130)의 타단에 결합되어 모터(200) 작동시 이송로(116), 좀 더 상세하게는 배기가스가 유입되는 유입구(112)를 개폐한다.

도 3의 (a)는 캠(300)의 평면 사시도이고, (b)는 캠(300)의 저면 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 캠(300)은 부채꼴 형상으로 형성되고, 꼭짓점 부근에는 회전축(210)과의 결합을 위한 결합공(310)이 형성되고, 원호 부근에는 베어링(138)이 삽입되는 안내홈(320)이 형성된다.

이때, 결합공(310)은 반원형으로 형성되고, 결합공(310)에 삽입되는 회전축(210)의 상단 또한 그와 대응되는 반원형으로 형성된다. 그리고 안내홈(320)은 캠(300)의 바깥쪽 둘레를 따라 형성된 완만한 곡선 형태를 이룬다.

이러한 구조에 따르면, 모터(200) 작동시 회전축(210)과 결합공(310) 사이에 슬립이 발생하지 않고, 베어링(138)이 안내홈(320)을 따라 자연스럽게 회전하게 된다. 따라서 모터(200)의 회전운동을 핀들 샤프트(130)의 직선운동으로 전환하는 과정에서 회전력이 손실 없이 전달되어 이지알 밸브의 개폐동작이 확실하다.

또한, 회전축(210)이 결합공(310)에 삽입되는 결합구조이므로 캠(300)의 설치가 용이하고, 안내홈(320)이 베어링(138)의 상면을 덮을 수 있도록 형성되어 안내홈(320)의 내부로 이물질이 유입될 우려가 낮다.

도 4를 참조하여 캠(300)과 캠(300)에 의한 이지알 밸브의 개폐과정을 살펴보도록 한다.

전원이 인가되어 모터(200)가 작동하면 회전축(210)이 회전하며 캠(300)을 회전시킨다. 이때, 캠(300)이 도면의 화살표(A) 방향으로 회전하면 베어링(138)이 안내홈(320)을 따라 회전하며 핀들 샤프트(130)를 화살표(B) 방향으로 이동시킨다. 따라서 밸브 시트(140)가 유입구(112)에서 이격되며 이지알 밸브를 개방한다.

반면, 전원이 차단되면 스프링(도 2의 132)의 탄성에 의해 핀들 샤프트(130)가 화살표(B)와 반대 방향으로 이동하고, 밸브 시트(140)가 유입구(112)에 접촉되어 이지알 밸브를 폐쇄한다.

한편, 도 5와 도 6을 참조하여 모터(200)에 대해 살펴보면 다음과 같다.

모터(200)의 케이스(220)에는 전원 공급을 위한 터미널(222)이 형성되고, 케이스(220)의 상부에는 하우징(230)이 결합된다. 하우징(230)의 내부에는 회전축(210)이 회전 가능하게 결합되고, 하우징(230)과 회전축(210) 사이에는 베어링(232)이 설치된다.

회전축(210)의 중단에는 로테이터 코어(240)가 결합되고, 로테이터 코어(240)의 둘레에는 마그넷(250)이 위치된다. 또한, 마그넷(250)의 둘레에는 스테이터 코어(260)가 위치되며, 스테이터 코어(260)에는 코일(270)이 감긴다.

이때, 로테이터 코어(240)는 마그넷(250)의 자기장이 흐르는 통로 역할을 하며, 전원 인가시 발생된 회전력을 회전축(210)에 전달한다. 또한, 마그넷(250)은 전원 인가시 자기장을 일으켜 회전력을 발생시키는 수단이고, 코일(270)은 전원 인가시 회전력을 발생시키기 위한 전기장을 일으키는 수단이다. 또한, 스테이터 코어(260)는 코일(270)에서 발생한 전기장이 흐르는 통로 역할을 한다.

한편, 케이스(220)의 내부에는 회전축(210)의 위치를 감지하기 위한 감지수단(280)이 설치된다. 이러한 감지수단(280)은, 회전축(210)의 하단에 설치되는 감지구(282)와, 케이스(220)의 상면에 설치되는 센서(284)로 이루어진다.

이와 같이 구성된 모터(200) 중 마그넷(250)은 4극이고, 스테이터 코어(260)는 4슬롯 구조인 것이 바람직하다. 또한, 마그넷(250)과 스테이터 코어(260) 사이에는 래디얼 캡(radial gap)이 형성되는 것이 바람직하다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 밸브 본체 110: 밸브 하우징
112: 유입구 114: 배출구
116: 이송로 120: 브라켓
122: 제1부재 122h: 제1관통공
124: 제2부재 124h: 제2관통공
126a: 리니어 부시 126b: 부시
128: 밀봉수단 130: 핀들 샤프트
132: 스프링 134: 안착부
136: 고정핀 138: 베어링
140: 밸브 시트 200: 모터
210: 회전축 220: 케이스
222: 터미널 230: 하우징
232: 베어링 240: 로테이터 코어
250: 마그넷 260: 스테이터 코어
270: 코일 280: 감지수단
282: 감지구 284: 센서
300: 캠 310: 결합공
320: 안내홈

Claims

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모터;
상기 모터의 회전축에 결합되고, 부채꼴 형상으로 형성되며, 바깥쪽 둘레를 따라 곡선의 안내홈이 형성된 캠;
상기 회전축에 직각으로 배치되고, 상기 안내홈에 일단이 연결되며, 상기 캠 회전시 직선왕복운동을 하는 핀들 샤프트;
상기 핀들 샤프트의 일단에 회전 가능하게 설치되고, 상기 안내홈에 삽입되어 안내되는 베어링;
배기가스 이송로가 형성된 밸브 하우징; 및
상기 핀들 샤프트의 타단에 결합되고, 상기 핀들 샤프트 이동시 상기 이송로를 개폐하는 밸브 시트를 포함하는 차량용 이지알 밸브.
청구항 3에 있어서,
상기 밸브 하우징의 일측에 브라켓이 돌출되고, 상기 모터의 회전축을 지지하는 부시가 상기 브라켓에 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 이지알 밸브.
청구항 4에 있어서,
상기 밸브 하우징의 내부에 설치되어 상기 핀들 샤프트의 이동방향을 안내하는 리니어 부시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 이지알 밸브.
청구항 5에 있어서,
상기 밸브 하우징에 설치되어 상기 핀들 샤프트를 상기 모터 측으로 탄성 지지하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 이지알 밸브.
청구항 6에 있어서,
상기 리니어 부시와 상기 스프링 사이에 개재된 밀봉수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 이지알 밸브.