KR101519901B1 - 자동차용 이지알밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 이지알밸브에 관한 것으로서, 하단부에 연소실로 배기가스가 유입되도록 하는 흡기구(7a)가 마련된 밸브본체(7); 상기 밸브본체 내부에 배치되고 모터(5)의 구동기어(5a)와 치합되어 축 회전되는 회전기어(10); 상기 회전기어(10)와 나사 결합되어 이 회전기어의 정, 역회전에 따라 상하 승강되고 하단부에 밸브본체(7)의 흡기구(7a)를 개폐시키는 밸브판(22)이 마련된 샤프트(20); 및 상기 샤프트(20)의 상부에 배치되어 이 샤프트(20)의 승강에 따라 접촉 가압 및 해제되면서 밸브판(22)의 개폐상태를 감지하는 프로브(25a)가 마련된 센서(25)를 포함하여 구성되는 자동차용 이지알밸브에 있어서, 상기 샤프트(20)와 센서(25)의 프로브(25a) 간에 서로 접촉 가압되는 위치를 조절할 수 있도록 하는 위치조절수단이 마련된 것을 특징으로 한다. 따라서, 기존에 센서의 정확한 출력값을 얻기 위한 제품 각 부분에 대한 공차 조절 작업을 삭제할 수 있어 제작비를 최대한 절감할 수 있게 되며 이에 따라 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.
자동차용 이지알밸브, 센서, 프로브, 접촉가압부재, 플랜지부

Description

자동차용 이지알밸브{Exhaust gas recirculation valve for vehicles}
본 발명은 자동차용 이지알밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 샤프트의 상단에 승강 조절 가능한 접촉가압부재를 마련하는 동시에 샤프트와 센서의 프로브(probe)를 편심 배치하여 접촉가압부재와 프로브 간의 접촉 가압 정도를 필요에 따라 적절히 조절하면서 정확한 센서의 출력값을 얻을 수 있도록 함으로써, 기존에 센서의 정확한 출력값을 얻기 위한 제품 각 부분에 대한 공차 조절 작업을 삭제할 수 있어 제작비를 최대한 절감할 수 있게 되며 이에 따라 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 되는 자동차용 이지알밸브에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관용 배기가스 재순환장치(EGR : exhaust gas recirculation)라 함은 친환경적인 엔진을 지향하는 다양한 배기가스 저감 기술 중에 질소산화물(NOX)을 효과적으로 제어할 수 있도록 하는 장치를 말한다.
자동차용 엔진에 대한 연구는 사회적 현상과 더불어 발전하여 최근에는 연비, 환경, 안전의 3축이 고르게 발전하고 있는데, 이 중 전 세계적으로 환경에 관심이 높아지면서 대기오염에 대한 개선방안이 논의되기 시작하였고 자동차의 배기 가스에 대한 규제가 본격적으로 실시되고 있다.
이에 대해, 이지알(EGR)장치는 질소산화물의 저감을 위한 가장 효과적인 방법 중의 하나로서, 이는 배기가스의 이산화탄소 등과 같은 불활성 가스가 흡기의 일부와 치환되어 혼입됨으로써 혼합기의 열용량이 증대되어 실린더 내 연소가스의 온도상승을 억제하며, 또한 공기 과잉율을 낮추어 서멀(thermal) 질소산화물 생성을 억제함으로써 전체 질소산화물의 발생량을 줄이도록 하는 원리이다.
또한, 흡기의 일부가 산소농도가 낮은 배기가스로 치환되면서 연소실 내 산소가 감소하기 때문에 질소산화물 생성이 억제되어, 결과적으로 이지알 장치는 촉매장치에서 질소산화물 환원반응의 부하를 대폭 줄여주는 역할을 하게 된다.
그리고, 디젤엔진의 이지알에 의한 질소산화물 저감 효과는 휘발유 엔진과는 차이가 있다. 휘발유 엔진에서는 이지알 가스가 연료혼합기와 균일하게 혼합되기 때문에 연소화염을 효율적으로 냉각시키는 반면, 디젤엔진의 경우는 연료혼합기가 공간적으로 매우 불균일하기 때문에 이지알 가스가 연소화염을 냉각시키는데 공간적으로 제약이 있다.
따라서, 디젤엔진에서 이지알에 의한 질소산화물 저감 메카니즘은, 휘발유 엔진처럼 이지알 가스가 연소온도를 낮춘다는 설명보다는 연소공기의 산소농도를 저감시킴으로써 질소산화물이 저감된다는 이론이 강하게 제시되어 있으며 이들의 규명에 대한 연구가 계속되고 있다.
한편, 일례로 종래 기술의 내연기관용 배기가스 재순환장치에 적용되는 이지알밸브에 대해 개략적으로 살펴보면, 중앙 관통공 내주면에 나사산이 형성되고 모 터의 구동기어와 치합되어 축 회전되는 회전기어와, 이 회전기어의 관통공을 관통하여 나사 결합되도록 외주면에 나사산이 형성되고 하단부에 밸브본체의 흡기구를 개폐시키는 밸브판이 마련된 샤프트와, 이 샤프트 상단부에 마련된 센서와, 상기 회전기어와 결합되어 이 회전기어가 원상태로 복귀되도록 탄성 지지하는 스프링 및 이 스프링의 외부를 덮어씌우고 중앙에 상기 샤프트가 상방으로 관통되도록 한 상태에서 샤프트를 감싸는 연장관체가 마련된 스프링커버를 포함하여 구성된다.
이러한 구성에 따른 종래 기술의 이지알밸브는 밸브판을 개방시키기 위해 모터의 구동기어가 회전하여 밸브본체 내의 회전기어를 축 회전시키면 이와 연동하여 이 회전기어와 나사 결합되어 있는 샤프트가 하강되어 흡기구를 개방시키도록 하는 구조로 되어 있다.
그리고, 상기 샤프트(2)와 센서(4) 간의 작동 관계에 대해 첨부된 도 1 및 도 2를 참조하여 개략적으로 살펴보면, 이들 샤프트(2)와 센서(4)의 프로브(4a)는 동축상에 배열된 상태에서 샤프트(2)의 승강에 따라 프로브(4a)가 접촉 가압 및 가압 해제되면서 소정의 센서값을 출력하게 되는 것이다.
그러나, 위와 같은 종래 기술의 자동차용 이지알밸브는 샤프트와 센서의 프로브가 동축 상에 배열되는 구조로 되어 있고 이 프로브를 접촉 가압하는 정도를 조절하기 위한 수단이 전혀 마련되어 있지 않기 때문에, 밸브 전체에 대해 각 부품들의 제작 공차에 따른 센서의 출력값이 달라지게 되고, 이를 방지하기 위해 각 부 품들, 예를 들어 샤프트와 밸프판 간의 결합 공차나 이 밸브판과 밸브본체 간의 결합 공차 등을 최소화하기 위한 작업을 수행하여야 하며 이에 따라 밸브의 제작비가 대폭 상승하게 되는 등의 문제점을 갖고 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 샤프트의 상단에 승강 조절 가능한 접촉가압부재를 마련하는 동시에 샤프트와 센서의 프로브를 편심 배치하여 접촉가압부재와 프로브 간의 접촉 가압 정도를 필요에 따라 적절히 조절하면서 정확한 센서의 출력값을 얻을 수 있도록 함으로써, 기존에 센서의 정확한 출력값을 얻기 위한 제품 각 부분에 대한 공차 조절 작업을 삭제할 수 있어 제작비를 최대한 절감할 수 있게 되며 이에 따라 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 되는 자동차용 이지알밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 자동차용 이지알밸브는 하단부에 연소실로 배기가스가 유입되도록 하는 흡기구가 마련된 밸브본체; 상기 밸브본체 내부에 배치되고 모터의 구동기어와 치합되어 축 회전되는 회전기어; 상기 회전기어와 나사 결합되어 이 회전기어의 정, 역회전에 따라 상하 승강되고 하단부에 밸브본체의 흡기구를 개폐시키는 밸브판이 마련된 샤프트; 및 상기 샤프트의 상부에 배치되어 이 샤프트의 승강에 따라 접촉 가압 및 해제되면서 밸브판의 개폐상태를 감지하는 프로브가 마련된 센서를 포함하여 구성되는 자동차용 이지알밸브에 있어서, 상기 샤프트와 센서의 프로브 간에 서로 접촉 가압되는 위치를 조절할 수 있도록 하는 위치조절수단이 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 자동차용 이지알밸브에 있어서, 상기 위치조절수단은 샤프트와 센서의 프로브가 서로 편심 배치되도록 하고, 상기 샤프트의 상단부에 설치되어 프로브의 저면과 접촉 가압되는 위치를 변경시킬 수 있도록 하는 위치변경구조를 갖는 접촉가압부재가 마련된 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 자동차용 이지알밸브에 있어서, 상기 접촉가압부재의 위치변경구조는 이 접촉가압부재가 샤프트의 상단 외주면에 억지 끼움 결합되어 상하로 슬라이딩 가능하게 되도록 한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 자동차용 이지알밸브에 있어서, 상기 접촉가압부재는 샤프트의 상단 외주면을 감싸는 결합관체와, 이 결합관체의 상단부에 센서의 프로브를 접촉 가압하기 위한 플랜지부로 이루어진 것이 바람직하다.
이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 이지알밸브는 샤프트의 상단에 승강 조절 가능한 접촉가압부재를 마련하는 동시에 샤프트와 센서의 프로브를 편심 배치하여 접촉가압부재와 프로브 간의 접촉 가압 정도를 필요에 따라 적절히 조절하면서 정확한 센서의 출력값을 얻을 수 있도록 함으로써, 기존에 센서의 정확한 출력값을 얻기 위한 제품 각 부분에 대한 공차 조절 작업을 삭제할 수 있어 제작비를 최대한 절감할 수 있게 되며 이에 따라 제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상 세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 내지 도 7에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 이지알밸브는 밸브본체(7) 내에 배치되고 모터(5)의 구동기어(5a)와 치합되어 축 회전되는 회전기어(10)와, 이 회전기어(10)와 나사 결합되어 승강되는 샤프트(20)와, 이 샤프트(20)의 상부에 배치되는 센서(25)와, 상기 회전기어(10)가 원상태로 복귀되도록 탄성 지지하는 스프링(30)과, 이 스프링(30)의 외부를 덮어씌우는 스프링커버(40) 및 상기 샤프트(20)의 상단부에 설치되는 접촉가압부재(50)를 포함하는 구성으로 되어 있다.
상기 밸브본체(7)는 하단부에 연소실(미도시)로 배기가스가 유입되도록 하는 흡기구(7a)가 마련된 구조로 되어 있다.
상기 회전기어(10)는 밸브본체(7) 내부에 배치되고 중앙 관통공(12) 내주면에 샤프트(20)의 나사산(20a)과 나사 결합되도록 나사산(12a)이 형성되며 그 외주면에 모터(5)의 구동기어(5a)와 치합되어 축 회전되도록 하는 기어치(14)가 형성된 원판 링 구조로 되어 있다.
상기 샤프트(20)는 회전기어(10)의 관통공(12)을 관통하여 나사 결합되도록 외주면 중앙부에 나사산(20a)이 형성되는 길다란 봉 형상으로, 그 하단부에는 밸브본체(7)의 흡기구(7a)를 개폐시키기 위한 원판 형상의 밸브판(22)이 마련되어 있다.
여기서, 상기 회전기어(10)와 샤프트(20)의 나사 결합에 따른 승강 구조는 일반적인 볼스크류 구조를 적용하여 회전기어(10)의 정, 역회전에 따라 샤프트(20) 가 승강되도록 하는 구조로 되어 있다.
상기 센서(25)는 샤프트(20)의 상부에 배치되어 이 샤프트(20)의 승강에 따라 접촉 가압 및 해제되면서 밸브판(22)의 개폐상태를 감지하는 프로브(25a)가 마련되어 있다.
상기 스프링(30)은 회전기어(10)와 결합되어 이 회전기어(10)가 원상태로 복귀되도록 탄성 지지하는 것으로서, 즉, 상기 샤프트(20)가 하강되어 밸브본체(7)의 흡기구(7a)가 개방된 상태로 있다가 모터(5)의 전원 차단시 스프링(30)의 반발력에 의해 샤프트(20)가 원상 복귀되면서 흡기구(7a)를 밀폐시킬 수 있도록 회전기어(10)를 원상태로 회전 복귀시키는 기능을 갖는다.
이러한 원상복귀 기능을 부여할 수 있도록 하기 위한 스프링(30)으로는 회전된 상태의 대상물을 원상태로 원활하게 복귀시킬 수 있도록 하는 기능을 갖는 태엽스프링을 적용하는 것이 바람직할 것이다.
상기 스프링커버(40)는 스프링(30)의 상측 외부를 덮어씌우는 커버 형상으로, 그 중앙에는 상기 샤프트(20)가 상방으로 관통되도록 하는 원관 구조의 연장관체(42)가 마련되어 있다.
그리고, 상기 샤프트(20)와 센서(25)의 프로브(25a) 간에 서로 접촉 가압되는 위치를 조절할 수 있도록 하는 위치조절수단이 마련되어 있다.
여기서, 상기 위치조절수단은 샤프트(20)와 센서(25)의 프로브(25a)가 서로 편심 배치되도록 하고, 상기 샤프트(20)의 상단부에 설치되어 프로브(25a)의 저면과 접촉 가압되는 위치를 변경시킬 수 있도록 하는 위치변경구조를 갖는 접촉가압 부재(50)가 마련된 구조로 되어 있다.
이러한 상기 접촉가압부재(50)의 위치변경구조는 이 접촉가압부재(50)가 샤프트(20)의 상단 외주면에 억지 끼움 결합되어 상하로 슬라이딩 가능하게 되도록 되어 있다.
그리고, 상기 접촉가압부재(50)는 샤프트(20)의 상단 외주면을 감싸는 결합관체(52)와, 이 결합관체(52)의 상단부에 센서(25)의 프로브(25a)를 접촉 가압하기 위한 플랜지부(54)로 이루어져 있다.
한편, 상기 모터(5)의 정, 역회전 작동 및 전원차단에 의해 밸브판(22)이 개폐되도록 자동 제어하는 별도의 콘트롤러(미도시)가 마련됨은 자명할 것이다.
이러한 구성에 따른 본 발명의 자동차용 이지알밸브는 밸브본체(7)의 흡기구(7a)를 개방시키기 위해 모터(5)의 구동기어(5a)가 회전하여 밸브본체(7) 내의 회전기어(10)를 축 회전시키면 이와 연동해서 이 회전기어(10)의 관통공(12)을 상하로 관통하여 나사 결합되어 있는 샤프트(20)가 하강되어 최종적으로 밸브본체(7)의 흡기구(7a)를 개방시키게 되는 것이다.
그리고, 샤프트(20)가 하강 중 해당 지점에 도달하게 되면 별도의 스톱퍼(미도시)에 의해 샤프트(20)의 하강이 정지되고, 이와 동시에 회전기어(10) 및 구동기어(5a)의 회전도 정지하게 된다.
이때, 상기 샤프트(20)의 접촉가압부재(50)가 센서(25)의 프로브(25a)와 접촉이 떨어지게 되면서 센서(25)는 일정한 범위내의 출력값을 발생시킨다.
그리고, 상기 회전기어(10)는 회전된 회전각만큼 스프링(30)에 의해 탄성 지 지된 상태가 된다.
이러한 상태에서 개방된 흡기구(7a)를 통해 배기가스가 원활하게 흡입되어 연소실 방향으로 순환하게 되는 것이다.
그리고, 흡기구(7a)를 밀폐시키고자 할 경우 역으로 회전기어(10)를 통해 샤프트(20)를 상승시키게 되고 어느 정도 상승되면 접촉가압부재(50)의 플랜지부(54)가 센서(25)의 프로브(25a)와 접촉 가압되면서 일정 지점에서 샤프트(20)의 상승이 정지되어 흡기구(7a)는 밀폐되는 것이다.
여기서도 상기 샤프트(20)의 접촉가압부재(50)가 센서(25)의 프로브(25a)와 접촉 가압된 정도를 센서(25)가 감지하여 일정한 범위 내의 출력값을 발생시킨다.
이때, 여기서 센서(25)의 출력값이 일정 범위를 벗어나게 되면 샤프트(20)에 대해 접촉가압부재(50)의 높낮이를 적절히 승강 조절하여서 다시 원하는 센서(25)의 출력값으로 맞출 수 있게 되는 것이다.
한편, 이렇게 흡기가 이루어지는 동안 상기 모터(5)에 전원 공급이 차단되면 모터(5)의 구동기어(5a)는 아이들 상태가 되고 이에 따라 이 구동기어(5a)와 맞물려있는 회전기어(10) 역시 아이들 상태가 되며, 여기서 이 회전기어(10)는 스프링(30)의 반발력에 의해 원상 복귀되고 샤프트(20)도 연동되면서 결과적으로 흡기구(7a)로 밸브판(22)이 밀폐되면서 흡기가 차단된다.
이렇게, 콘트롤러를 통해 상기 모터(5)를 정, 역회전 작동시키거나 또는 전원을 차단하여 선택적으로 밸브판(22)이 개폐되도록 할 수 있을 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 실시예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변형하여 이용할 수 있는 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
도 1은 종래 기술의 자동차용 이지알밸브에서 샤프트와 센서가 동축상에 배열된 상태를 나타낸 개략도이다.
도 2는 종래 기술의 자동차용 이지알밸브에서 샤프트가 승강되어 센서의 프로브를 가압하고 있는 상태를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 이지알밸브를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 이지알밸브를 나타낸 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 이지알밸브를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 이지알밸브의 접촉가압부재가 샤프트의 상방으로 일정높이 들어 올려져 위치 조절된 상태를 나타낸 요부 개략단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 이지알밸브의 접촉가압부재가 샤프트의 하방으로 일정높이 내려져 위치 조절된 상태를 나타낸 요부 개략단면도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
2 : 샤프트 4 : 센서
4a : 프로브 5 : 모터
5a : 구동기어 7 : 밸브본체
7a : 흡기구 10 : 회전기어
12 : 관통공 12a : 나사산
14 : 기어치 20 : 샤프트
20a : 나사산 22 : 밸브판
25 : 센서 25a : 프로브
30 : 스프링 40 : 스프링커버
42 : 연장관체 50 : 접촉가압부재
52 : 결합관체 54 : 플랜지부

Claims (4)

  1. 하단부에 연소실로 배기가스가 유입되도록 하는 흡기구(7a)가 마련된 밸브본체(7);
    상기 밸브본체 내부에 배치되고 모터(5)의 구동기어(5a)와 치합되어 축 회전되는 회전기어(10);
    상기 회전기어(10)와 나사 결합되어 이 회전기어의 정, 역회전에 따라 상하 승강되고 하단부에 밸브본체(7)의 흡기구(7a)를 개폐시키는 밸브판(22)이 마련된 샤프트(20); 및
    상기 샤프트(20)의 상부에 배치되어 이 샤프트(20)의 승강에 따라 접촉 가압 및 해제되면서 밸브판(22)의 개폐상태를 감지하는 프로브(25a)가 마련된 센서(25):
    를 포함하여 구성되는 자동차용 이지알밸브에 있어서,
    상기 샤프트(20)와 센서(25)의 프로브(25a) 간에 서로 접촉 가압되는 위치를 조절할 수 있도록 하는 위치조절수단이 마련되며,
    상기 위치조절수단은 샤프트(20)와 센서(25)의 프로브(25a)가 서로 편심 배치되도록 하고, 상기 샤프트(20)의 상단부에 설치되어 프로브(25a)의 저면과 접촉 가압되는 위치를 변경시킬 수 있도록 하는 위치변경구조를 갖는 접촉가압부재(50)가 마련되고,
    상기 접촉가압부재(50)의 위치변경구조는 이 접촉가압부재(50)가 샤프트(20)의 상단 외주면에 억지 끼움 결합되어 상하로 슬라이딩 가능하게 되도록 한 것을 특징으로 하는 자동차용 이지알밸브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접촉가압부재(50)는 샤프트(20)의 상단 외주면을 감싸는 결합관체(52)와, 이 결합관체(52)의 상단부에 센서(25)의 프로브(25a)를 접촉 가압하기 위한 플랜지부(54)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 이지알밸브.
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