KR101644132B1 - 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법은, 밸브플레이트와 밸브스템으로 이루어지는 포핏밸브를 제작하는 방법에 있어서, 상기 밸브플레이트와 형합되는 내부공간과 상기 밸브스템과 형합되는 내부공간을 구비하는 단조금형을 마련하는 제1 단계; 상기 단조금형에 가공모재를 인입시킨 후 펀치로 상기 가공모재를 타격하여 단조가공 함으로써, 상기 가공모재를 밸브플레이트와 밸브스템으로 형성하는 제2 단계; 상기 밸브플레이트와 밸브스템의 표면을 연마하는 제3 단계를 포함한다. 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법을 이용하면, 한 번의 공정으로 밸브플레이트와 밸브스템을 제작할 수 있어 제조공정 수를 현저히 줄일 수 있고, 포핏밸브 생산성을 높일 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브는, 밸브플레이트와 밸브스템이 일체로 단조가공되므로 전체적인 기계적 강성이 향상되고, 제조원가가 낮아진다는 장점이 있다.

Description

배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법{Poppet valve for exhaust gas recirculation and manufacturing process of the same}

본 발명은 밸브플레이트와 밸브스템으로 구성되어 배기가스 재순환장치에 적용되는 포핏밸브 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 한 번의 단조공정으로 밸브플레이트와 밸브스템을 일체로 제조함으로써 제조공정이 단순화되고 내구성이 개선된 포핏밸브 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 등의 차량에는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC) 등의 배기가스 중 질소산화물(NOx)의 생성을 억제하기 위한 배기가스 재순환장치(Exhaust Gas Recirculation)가 구비된다.

배기가스 재순환장치는 연소 후 배출되는 배기가스의 일부를 흡기계통으로 재순환시켜 혼합기의 연소 시의 온도를 낮춤으로써 질소산화물의 생성량을 저감시키기 위한 수단으로 사용된다.

이러한 배기가스 재순환장치는 배기가스 유로를 개폐시키는 포핏밸브의 동작을 기계적으로 수행하는 기계식과, 전원의 공급에 의한 솔레노이드를 이용하여 포핏밸브를 동작시키는 전기식으로 분류되며, 근래 들어 대부분의 차량에서 전원을 공급받아 작동하는 전기타입의 배기가스 재순환장치가 널리 적용되고 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 배기가스 재순환장치에 적용되고 있는 종래의 포핏밸브에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 배기가스 재순환장치용 포핏밸브의 분해사시도이다.

종래의 배기가스 재순환장치용 포핏밸브(10)는, 배기가스 유로를 막을 수 있도록 원판 형상으로 제작되는 밸브플레이트(12)와, 일단이 상기 밸브플레이트(12)에 결합되는 밸브스템(14)으로 구성된다.

이때, 상기 밸브플레이트(12)와 밸브스템(14)은 각각 별도로 제작되어 결합된 후 용접 등의 접합공정을 통해 일체로 결합되는데, 이와 같은 방식으로 포핏밸브(10)를 제작하는 경우에는, 밸브플레이트(12)와 밸브스템(14)을 각각 제작하는 공정과, 밸브플레이트(12)와 밸브스템(14)를 결합시키는 공정과, 밸브플레이트(12)와 밸브스템(14)를 용접하는 공정과, 밸브플레이트(12)와 밸브스템(14)의 외측면을 마감하는 공정 등 여러 공정을 거쳐야 하므로 생산성을 높이는데 한계가 있고, 제조비용이 높아진다는 문제점이 있다.

KR 10-2003-0080982 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 밸브플레이트와 밸브스템을 일체로 제작하여 제조공정 수를 줄일 수 있고, 단조 방식으로 밸브플레이트와 밸브스템을 한 번에 제작함으로써 기계적 강성 및 표면조도를 향상시킬 수 있는 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법은,

밸브플레이트와 밸브스템으로 이루어지는 포핏밸브를 제작하는 방법에 있어서,

상기 밸브플레이트와 형합되는 내부공간과 상기 밸브스템과 형합되는 내부공간을 구비하는 단조금형을 마련하는 제1 단계;

상기 단조금형에 가공모재를 인입시킨 후 펀치로 상기 가공모재를 타격하여 단조가공 함으로써, 상기 가공모재를 밸브플레이트와 밸브스템으로 형성하는 제2 단계;

를 포함한다.

상기 가공모재는 상기 밸브스템보다 직경이 큰 봉 형상으로 제공되며,

상기 제2 단계는, 상기 가공모재의 일측 직경이 증가하도록 상기 가공모재의 일측을 상기 가공모재의 길이방향으로 타격하는 과정을 포함한다.

상기 밸브플레이트는, 상기 밸브스템의 끝단과 곡면을 이루도록 연결되는 연결부와, 상기 연결부 끝단으로부터 수평방향으로 연장되는 수평부와, 상기 수평부의 끝단으로부터 하향으로 만곡되는 만곡부와, 상기 만곡부의 끝단으로부터 수직으로 연장되는 수직부를 구비하고,

상기 단조금형은 구속형 금형으로 적용된다.

상기 단조금형은, 상기 밸브플레이트의 수직부를 둘러싸는 바닥금형과, 상기 밸브플레이트의 상면과 형합되는 덮개금형과, 상기 밸브스템의 측면과 형합되는 스템금형으로 구분되며,

상기 제2 단계는, 상기 바닥금형과 상기 덮개금형과 상기 스템금형으로 상기 가공모재의 외측면을 타격하여 상기 가공모재의 표면을 가공하는 과정을 더 포함한다.

상기 밸브플레이트와 밸브스템의 표면을 연마하는 제3 단계를 더 포함한다.

본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브는, 상기 언급한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법에 의해 제작된다.

본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법을 이용하면, 한 번의 공정으로 밸브플레이트와 밸브스템을 제작할 수 있어 제조공정 수를 현저히 줄일 수 있고, 포핏밸브 생산성을 높일 수 있다는 장점이 있다.

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도 1은 종래의 배기가스 재순환장치용 포핏밸브의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법을 이용하여 포핏밸브를 단조가공하는 형상을 도시한다.
도 3은 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법에 사용되는 단조금형의 제2 실시예 단면도이다.
도 5 및 도 6은 제2 실시예에 따른 단조금형을 이용하여 배기가스 재순환장치용 포핏밸브를 제조하는 과정을 도시한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법을 이용하여 포핏밸브를 단조가공하는 형상을 도시하며, 도 3은 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브의 측면도이다.

본 발명은 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)으로 구성되어 배기가스 재순환장치(Exhaust Gas Recirculation)에 적용되는 배기가스 재순환장치용 포핏밸브(100)를 제조하는 방법 및 이를 통해 제작된 포핏밸브(100)에 관한 것으로서, 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)이 별도로 제작된 후 결합되는 것이 아니라, 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)이 한 번의 단조공정에 의해 일체로 제작된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법은, 밸브플레이트(110) 및 밸브스템(120)과 형합되는 내부공간을 구비하는 단조금형(300)을 마련하는 제1 단계와, 상기 단조금형(300)에 가공모재를 인입시킨 후 펀치로 상기 가공모재를 타격하여 단조가공 함으로써 상기 가공모재를 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)으로 형성하는 제2 단계와, 상기 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)의 표면을 연마하는 제3 단계로 구성된다. 상기 단조금형(300)은 상면이 평평한 베이스블록(200) 상에 안착되며, 상기 가공모재는 단조금형(300)과 베이스블록(200)으로 둘러싸인 공간에서 압입됨으로써 포핏밸브(100) 형태로 가공된다.

종래에는 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)을 각각 별도로 제작하여 조립한 후 용접하는 공정을 통해 배기가스 재순환장치용 포핏밸브(100)를 생산할 수 있었으나, 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법을 이용하면 한 번의 단조공정을 통해 포핏밸브(100) 전체가 일체로 제작되는바, 제조공정 수가 매우 줄어들게 되고, 이에 따라 생산성 향상 및 제조원가 절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)을 한 번의 단조공정을 통해 일체로 제작하면, 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120) 간의 연결부(112)위 강도가 매우 높아지므로 내구성이 높아지고, 조직이 치밀해지며 표면 조도가 개선된다는 효과도 얻을 수 있다.

단조금형(300)으로 제공되는 가공모재가 직육면체 형상이나 구 형상으로 형성되면 상기 가공모재를 포핏밸브(100) 형상으로 가공하는데 많은 시간과 공정이 요구되므로, 상기 단조금형(300)으로 제공되는 가공모재는 밸브스템(120)보다 직경이 큰 봉 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 상기 가공모재가 봉 형상으로 제공되면, 가공모재를 단조가공할 때에 상기 가공모재의 일측(본 실시예에서는 하측) 직경이 증가하도록 상기 가공모재의 일측을 가공모재 길이방향으로 타격함으로써, 도 3에 도시된 바와 같이 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)으로 구성된 포핏밸브(100)를 얻을 수 있게 된다. 이때, 가공모재를 단조하는 과정에서 가공모재가 터지는 현상을 방지하기 위하여, 상기 단조금형(300)은 구속형 금형으로 적용됨이 바람직하다. 이와 같이 구속형 금형에 가공모재를 인입시킨 후 펀치를 이용하여 가공모재를 단조하는 단조방법은 본 발명이 해당하는 기술분야에서 널리 상용화되어 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법에 의해 제작되는 포핏밸브(100)는, 단조를 보다 용이하게 할 수 있으면서 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120) 연결부(112)위 강도가 매우 개선되도록 상기 밸브플레이트(110)가 다수 개의 만곡부(116)와 평면부를 갖도록 형성된다. 즉, 상기 밸브플레이트(110)는, 상기 밸브스템(120)의 끝단과 곡면을 이루도록 연결되는 연결부(112)와, 상기 연결부(112) 끝단으로부터 수평방향으로 연장되는 수평부(114)와, 상기 수평부(114)의 끝단으로부터 하향으로 만곡되는 만곡부(116)와, 상기 만곡부(116)의 끝단으로부터 수직으로 연장되는 수직부(118)를 구비하도록 형성된다.

이와 같이 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120) 연결부(112)위가 곡면을 이루는 연결부(112)로 연결되면, 단조 과정에서 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120) 사이에 응력이 집중되거나 크랙이 발생되는 현상을 방지할 수 있어, 해당부위의 강도가 향상된다는 장점이 있다. 또한, 밸브플레이트(110)의 상면 가장자리에 수직부(118)가 형성되면 상기 밸브플레이트(110)가 측방으로 움직이지 아니하도록 고정시킬 수 있는바, 보다 안정적인 단조가 가능해진다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법과 같이 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)을 일체로 단조 제작하는 경우, 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120) 간의 연결부(112)위가 매끈하게 제작되고, 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)의 외측면 조도가 높게 제작되는바, 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)의 표면을 연마하는 마감공정이 생략될 수도 있다. 즉, 상기 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)의 표면을 연마하는 제3 단계는 제작하고자 하는 포핏밸브(100)의 특성이나 요구되는 조도 등 여러 조건에 따라 포함될 수도 있고 생략될 수도 있다.

도 4는 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법에 사용되는 단조금형(300)의 제2 실시예 단면도이고, 도 5 및 도 6은 제2 실시예에 따른 단조금형(300)을 이용하여 배기가스 재순환장치용 포핏밸브(100)를 제조하는 과정을 도시한다.

본 발명에 의한 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법에 사용되는 단조금형(300)은, 도 2에 도시된 바와 같이 하나의 블록으로 이루어질 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 분할금형 구조로 이루어질 수도 있다.

즉, 상기 단조금형(300)은, 상기 밸브플레이트(110)의 수직부(118)를 둘러싸는 바닥금형(310)과, 상기 밸브플레이트(110)의 상면과 형합되는 덮개금형(320)과, 상기 밸브스템(120)의 측면과 형합되는 스템금형(330)으로 구분될 수 있다. 이와 같이 상기 단조금형(300)이 분할금형으로 이루어지면, 단조금형(300) 내에 가공모재를 인입시키고 펀치(미도시)로 타격하여 단조가공한 후, 도 5에 도시된 바와 같이 수직부(118)에 바닥금형(310)을 밀착시킨 상태에서 덮개금형(320)을 상하 왕복시키면서 밸브플레이트(110)의 상면을 타격하여 밸브플레이트(110)의 상면을 더욱 정밀하게 단조가공할 수 있다. 마찬가지로, 도 6에 도시된 바와 같이 바닥금형(310)과 덮개금형(320)을 밸브플레이트(110)에 압착시킨 상태에서 스템금형(330)을 측방으로 왕복시키면서 밸브스템(120)의 외측면을 정밀하게 단조가공할 수 있게 된다.

일반적으로 단조가공으로 제작되는 제품은, 각 부위별로 단조작업 요구횟수가 상이하다는 특성 즉, 형상 가공이 쉬운 부위는 한 번의 단조가공을 통해 제작이 완료될 수 있지만 형상 가공이 어려운 부위는 단조를 2회 이상 반복해야만 제작이 가능해진다. 특히, 제품의 표면을 정밀하고 매끈하게 가공하기 위해서는 여러 회에 걸쳐 단조를 반복해야 하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 단조금형(300)이 하나의 블록 형상으로 이루어지면 상기 단조금형(300)을 여러 개 제작해야 하므로 단조금형(300) 제조비용이 많이 소요된다는 단점이 있다. 그러나 본 실시예에 도시된 바와 같이 단조금형(300)을 분할금형 구조로 제작하면, 바닥금형(310)과 덮개금형(320)과 스템금형(330)을 하나씩 교체해 가면서 단조공정을 수행할 수 있어 단조금형(300) 제조비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다.

또한, 종래에는 펀치로 가공모재를 타격함으로써 가공모재를 단조금형(300) 형상으로 제작하는바, 가공모재의 표면(단조금형(300)과 접촉되는 면)을 매끄럽게 제작하는데 한계가 있었다. 그러나 본 발명에 의한 제조방법을 이용하면, 바닥금형(310)을 모재에 고정시켜 둔 상태에서 덮개금형(320)과 스템금형(330)을 가공모재에 타격하여 가공모재 표면을 직접적으로 단조가공할 수 있으므로, 최종적으로 생산되는 제품의 표면을 매끄럽고 정교하게 제작할 수 있다는 장점이 있다.

예를 들어, 밸브플레이트(110)를 단조가공할 때에는 도 5에 도시된 바와 같이 바닥금형(310)을 고정시키고 덮개금형(320)을 상하로 이동시켜가면서 밸브플레이트(110)의 상면을 직접 단조가공하고, 밸브스템(120)을 단조가공할 때에는 도 6에 도시된 바와 같이 바닥금형(310)과 덮개금형(320)을 고정시킨 상태에서 스템금형(330)을 측방으로 이동시켜가면서 밸브스템(120)의 측면을 직접 단조가공할 수 있다.

또한, 밸브플레이트(110)를 단조가공할 때 가하는 힘의 크기와 밸브스템(120)을 단조가공할 때 가하는 힘의 크기를 다르게 설정해야 하는 경우가 있을 수 있는데, 본 실시예에 도시된 바와 같이 분할금형 구조의 단조금형(300)을 사용하면 밸브플레이트(110)를 단조가공할 때 가하는 힘의 크기와 밸브스템(120)을 단조가공할 때 가하는 힘의 크기를 다르게 할 수 있다는 장점도 기대할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 포핏밸브 110 : 밸브플레이트
112 : 연결부 114 : 수평부
116 : 만곡부 118 : 수직부
120 : 밸브스템 200 : 베이스블록
300 : 단조금형 310 : 바닥금형
320 : 덮개금형 330 : 스템금형

Claims (6)

1. 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)으로 이루어지는 포핏밸브(100)를 제작하는 방법에 있어서,
   상기 밸브플레이트(110)와 형합되는 내부공간과 상기 밸브스템(120)과 형합되는 내부공간을 구비하는 단조금형(300)을 마련하는 제1 단계; 및
   상기 단조금형(300)에 가공모재를 인입시킨 후 펀치로 상기 가공모재를 타격하여 단조가공 함으로써, 상기 가공모재를 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)으로 형성하는 제2 단계;
   를 포함하되,
   상기 밸브플레이트(110)는, 상기 밸브스템(120)의 끝단과 곡면을 이루도록 연결되는 연결부(112)와, 상기 연결부(112) 끝단으로부터 수평방향으로 연장되는 수평부(114)와, 상기 수평부(114)의 끝단으로부터 하향으로 만곡되는 만곡부(116)와, 상기 만곡부(116)의 끝단으로부터 수직으로 연장되는 수직부(118)를 구비하고,
   상기 단조금형(300)은 구속형 금형이며,
   상기 단조금형(300)은,
   상기 밸브플레이트(110)의 수직부(118)를 둘러싸는 바닥금형(310)과, 상기 밸브플레이트(110)의 상면과 형합되는 덮개금형(320)과, 상기 밸브스템(120)의 측면과 형합되는 스템금형(330)으로 구분되며,
   상기 제2 단계는, 상기 바닥금형(310)을 고정시킨 상태에서 상기 덮개금형(320)과 상기 스템금형(330)으로 상기 가공모재의 외측면을 타격하여 상기 가공모재의 표면을 정밀가공하는 과정을 더 포함하는 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가공모재는 상기 밸브스템(120)보다 직경이 큰 봉 형상으로 제공되며,
   상기 제2 단계는, 상기 가공모재의 일측 직경이 증가하도록 상기 가공모재의 일측을 상기 가공모재의 길이방향으로 타격하는 과정을 포함하는 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브플레이트(110)와 밸브스템(120)의 표면을 연마하는 제3 단계를 더 포함하는 배기가스 재순환장치용 포핏밸브 제조방법.
   
6. 삭제

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