KR101362058B1 - 차량용 배기 가스 재순환 밸브 - Google Patents

Abstract

차량용 배기 가스 재순환 밸브가 개시된다. 개시된 차량용 배기 가스 재순환 밸브는, 유체가 유동되는 유로가 형성된 하우징과; 상기 하우징에 회전 가능하게 설치된 샤프트와; 상기 샤프트의 일측에 설치되어 상기 샤프트와 연동되어 상기 유로를 개폐하는 플랩밸브와; 상기 플랩밸브의 상부에 설치된 부시와; 상기 플랩밸브와 상기 부시 사이의 상기 샤프트에 설치된 안티웨어 와셔와; 상기 부시 상부로 상기 샤프트에 설치된 스프링;을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

Description

차량용 배기 가스 재순환 밸브{EXHAUST GAS RECIRCULATION VALVE FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 배기 가스 재순환 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브의 내구성을 향상시켜 사용 수명이 연장될 수 있도록 하기 위해 그 구조가 개선된 차량용 배기 가스 재순환 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 NOx(질소산화물)은 고압, 고온 시에 산소와 질소가 결합하여 발생하는 것으로, 이를 억제하기 위하여 대기 중으로 배출되는 배기가스 일부를 다시 흡기계통측에 공급하여 최고 연소온도를 낮추고, 산소 공급을 줄여 NOx의 생성을 저감시키는 EGR(exhaust gas recirculation) 시스템이 사용된다.

상기 EGR 시스템에서 대기 중으로 배출되는 배기가스 일부를 다시 흡기계통측에 공급하는 배기가스의 양에 따라 연료의 연소상태가 좌우됨으로 엔진의 출력과 배출가스에 함유되는 NOx과 PM(입자상 물질) 등에 영향을 미친다.

즉, EGR 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 실린더의 흡기장치로 되돌림으로써 엔진의 연소 온도를 내리고, NOx의 발생량을 저감시킨다.

상기와 같이 EGR 시스템에서는 리턴되는 배기가스의 양이 중요시되며, 상기 리턴되는 배기가스를 제어하는 것이 EGR 밸브이다.

그리고 배기가스의 재순환을 제어하기 위해서 재순환 유로에는 플랩밸브(flap valve)가 설치되고, 구동부와 이에 연결된 레버를 이용하여 상기 플랩밸브의 개도를 제어하게 된다.

또한 재순환되는 배기가스의 온도가 높고 엔진의 가동상태에 따라서 열리고 닫히는 동작을 반복하면서, 플랩밸브 및 레버를 포함하는 부품에 반복적인 응력이 집중되어 그 내구성이 저감된다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 플랩밸브(12)와 부시(11)의 접촉면 마모로 상향 시프트(shift)되어 플랩밸브(12)의 접촉부(A)인 하우징(13)이 마모된다.

그리고 열간시 플랩밸브(12)가 하우징에 끼어 작동 불능으로 경고등이 점등되고, 출력이 제한된다.

이를 위해 재질을 스테인리스 스틸(SUS)을 사용하는 경우, 550℃ 이상에서 경도가 급격히 저하되어, 내마모성 불리하고, 제조 공법상 주조 및 용접성 때문에 플랩밸브(12)를 부시(11)와 동일한 재질로 변경이 불가능하다.

한편, 상기와 같은 구성이 포함된 기존 특허 문헌으로, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0041265호(2011. 04. 21. 공개)에는 '자동차 EGR용 밸브'가 개시되어 있다.

상기한 공개 특허는 본 발명과 관련된 플랩밸브의 구성을 포함하고 있으나, 후술하는 본 발명과 같이 상기한 공개 특허에는 내구성을 향상시켜 사용 수명이 연장될 수 있는 구성은 포함되어 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 플랩밸브의 내구성을 향상시켜 사용 수명이 연장될 수 있도록 한 차량용 배기 가스 재순환 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 배기 가스 재순환 밸브는, 유체가 유동되는 유로가 형성된 하우징과; 상기 하우징에 회전 가능하게 설치된 샤프트와; 상기 샤프트의 일측에 설치되어 상기 샤프트와 연동되어 상기 유로를 개폐하는 플랩밸브와; 상기 플랩밸브의 상부에 설치된 부시와; 상기 플랩밸브와 상기 부시 사이의 상기 샤프트에 설치된 안티웨어 와셔와; 상기 부시 상부로 상기 샤프트에 설치된 스프링;을 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 플랩밸브에는, 상기 안티웨어 와셔가 상기 플랩밸브 상부 안쪽에 고정될 수 있도록 상기 플랩밸브의 상부 일부가 커팅된 플랩커팅부가 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 특수코팅 처리된 안티웨어 와셔를 적용하고, 작동시 플랩밸브에 삽입되도록 하며, 이 부시를 키로 고정하며, 고온에서 사용하고 부시와 섭동하는 플랩밸브의 마모를 방지하였다.

또한 고온에서의 탄성을 유지하는 특수 재질의 스프링을 설치하여 상하 진동을 흡수하여 안티웨어 와셔의 강건성을 유지하였다.

도 1은 일반적인 차량용 배기 가스 재순환 밸브의 요부 구성을 나타내 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 배기 가스 재순환 밸브의 구성을 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 작동 상태를 나타내 보인 작동도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 차량용 배기 가스 재순환 밸브의 구성을 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 작동 상태를 나타내 보인 작동도가 도시되어 있다.

설명에 앞서, 일반적인 차량용 배기 가스 재순환 밸브의 구성은 전술한 기존의 공개특허공보를 참조하기로 하고, 여기에서는 본 발명에 따른 차량용 배기 가스 재순환 밸브의 특징적인 구성만을 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 배기 가스 재순환 밸브는, 유체가 유동되는 유로(20a)가 형성된 하우징(20)과, 이 하우징(20)에 회전 가능하게 설치된 샤프트(21)와, 이 샤프트(21)의 일측에 설치되어 샤프트(21)와 연동되어 상기 유로(20a)를 개폐하는 플랩밸브(22)와, 이 플랩밸브(22)의 상부에 설치된 부시(23)와, 상기 플랩밸브(22)와 부시(23) 사이의 샤프트(21)에 설치된 안티웨어 와셔(anti-wear washer)(26)와, 상기 부시(23) 상부로 샤프트(21)에 설치된 스프링(25)을 포함하여 구성된다.

상기 플랩밸브(22)에는, 안티웨어 와셔(26)가 플랩밸브(22) 상부 안쪽에 고정될 수 있도록 플랩밸브(22)의 상부 일부가 커팅된 플랩커팅부(22a)가 형성된다.

그리고 상기 플랩커팅부(22a)의 높이는 2.3∼2.7mm이며, 상기 안티웨어 와셔(26)의 두께도 플랩커팅부(22a)의 높이에 맞게 2.3∼2.7mm인 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 안티웨어 와셔(26)의 두께가 2.5mm이면, 플랩커팅부(22a)의 높이도 2.5mm로 하면 된다.

또한 상기 안티웨어 와셔(26)가 플랩커팅부(22a)의 안쪽에 삽입될 수 있도록 안티웨어 와셔(26)의 양 가장자리 일부가 커팅된 와셔커팅부(26a)가 형성된다. 그 이유는 상기 플랩밸브(22) 회전시 안티웨어 와셔(26)와 섭동할 수 있도록 하기 위해서이다.

그리고 상기 안티웨어 와셔(26)는 두께가 2.5mm에서도 고온 강성을 유지할 수 있도록 인코넬 713C를 적용한다.

또한 상기 플랩밸브(22) 회전시 안티웨어 와셔(26)와 부시(23)가 섭동될 때, 상기 안티웨어 와셔(26)와 부시(23)의 섭동부에는 탁시콘(TiAlCrSiCN)이 코팅된다. 상기한 탁시콘은, 본 발명의 출원인에 의해 고안된 내마모성, 내소착 강화 코팅제이다.

그리고 상기 부시(23)는 하우징(20)에 키(미도시)에 의해 고정되며, 이에 따라 상기 부시(23)의 외주에는 키홈(23a)이 형성된다. 따라서 부시(23)와 하우징(20)간 키 장착 구조로 고온에서의 열팽창 차이로 인한 부시(23)의 이탈을 방지한다. 기존에는 부시(23)가 압입 방법에 의해 설치됨으로써, 약 700℃ 이상의 고온에서는 이탈되는 문제점이 있었다.

또한 상기 스프링(25)은 인코넬 X-750이 적용됨으로써, 상기 플랩밸브(22)의 상하 유동으로 인한 안티웨어 와셔(26)의 취성을 방지한다. 즉, 고온에서의 스프링(25)의 탄성을 유지하기 위해 인코넬 재질이 적용된 것이다.

기존의 스프링(25)은 스테인리스 스틸을 적용하였으며, 이에 따라 사용 중 탄성이 상실되었었다.

그리고 상기 스프링(25)과 부시(23) 사이에의 샤프트(21)에는 상부부시(24)가 구비되며, 이 상부부시(24)는 스테인리스 스틸(예컨대, SUS 316)로 이루어진다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 배기 가스 재순환 밸브의 작용을 설명하면 다음과 같다.

설명에 앞서, 일반적인 차량용 배기 가스 재순환 밸브의 작용은 전술한 공개특허공보를 참조하기로 하고, 여기에서는 본 발명에 따른 차량용 배기 가스 재순환 밸브의 특징적인 작용만을 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 배기 가스 재순환 밸브는, 고온(750℃ 이상)에서 사용하는 플랩밸브(22) 방식이 적용된 EGR 밸브로, 부시(고경도 소결재)(23)와 섭동하는 플랩밸브(스테인리스 스틸재)(22)의 마모가 방지되도록 한 것이다.

이를 위해 고온 강성을 유지하기 위한 인코넬 713 및 고온 내마모/내소착용 특수코팅(탁시콘 : TiAlCrSiCN) 처리된 안티웨어 와셔(26)를 안티웨어 와셔(26) 고정을 위한 플랩커팅부(22a)가 구비된 플랩밸브(22)와, 이탈 방지용 키홈(23a)이 형성된 부시(23) 사이에 조립되어 플랩밸브(22)의 마모를 방지하였다.

또한 고온에서의 탄성을 유지하는 인코넬 X750 재질의 스프링(25)을 적용하여 상하 진동을 흡수하여 2.5mm 두께의 와셔(26)의 강건성을 유지하도록 하였다.

상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

20. 하우징
21. 샤프트
22. 플랩밸브
22a. 플랩커팅부
23. 부시
25. 스프링
26. 안티웨어 와셔

Claims (11)

1. 유체가 유동되는 유로가 형성된 하우징과;
   상기 하우징에 회전 가능하게 설치된 샤프트와;
   상기 샤프트의 일측에 설치되어 상기 샤프트와 연동되어 상기 유로를 개폐하는 플랩밸브와;
   상기 플랩밸브의 상부에 설치된 부시와;
   상기 플랩밸브와 상기 부시 사이의 상기 샤프트에 설치된 안티웨어 와셔와;
   상기 부시 상부로 상기 샤프트에 설치된 스프링;을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플랩밸브에는, 상기 안티웨어 와셔가 상기 플랩밸브 상부 안쪽에 고정될 수 있도록 상기 플랩밸브의 상부 일부가 커팅된 플랩커팅부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
3. 제2항에 있어서,
   상기 플랩커팅부의 높이는 2.3∼2.7mm인 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
4. 제2항에 있어서,
   상기 안티웨어 와셔의 두께는 2.3∼2.7mm인 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
5. 제2항에 있어서,
   상기 안티웨어 와셔가 상기 플랩커팅부 안쪽에 삽입될 수 있도록 상기 안티웨어 와셔의 양 가장자리 일부가 커팅된 와셔커팅부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
6. 제1항에 있어서,
   상기 안티웨어 와셔는 인코넬 713C로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
7. 제1항에 있어서,
   상기 플랩밸브 회전시 상기 안티웨어 와셔와 상기 부시가 섭동될 때, 상기 안티웨어 와셔와 상기 부시의 섭동부에는 탁시콘이 코팅된 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
8. 제1항에 있어서,
   상기 부시는 상기 하우징에 키에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
9. 제1항에 있어서,
   상기 스프링은 인코넬 X-750으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
10. 제1항에 있어서,
    상기 스프링과 상기 부시 사이에의 상기 샤프트에는 상부부시가 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.
11. 제10항에 있어서,
    상기 상부부시는 스테인리스 스틸로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배기 가스 재순환 밸브.

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