KR101825106B1 - 바이패스밸브 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체는, 쿨러를 향하는 측과 바이패스관을 향하는 측으로 출구가 분기되는 배기가스유로를 구비하는 밸브블록; 상기 밸브블록에 형성된 샤프트안착홈에 장착되는 회전샤프트; 상기 회전샤프트에 고정결합되며, 상기 회전샤프트의 자전에 따라 상기 배기가스유로를 개폐함으로써 상기 밸브블록으로 유입된 배기가스를 상기 쿨러 또는 상기 바이패스관으로 안내하는 플랩;을 포함하되, 상기 회전샤프트의 외주면 일측에는 안착돌부가 형성되고, 상기 샤프트안착홈은 상기 플랩이 상기 배기가스유로 중 쿨러를 향하는 측을 폐쇄시키도록 회전샤프트가 자전하였을 때 상기 안착돌부가 안착되는 안착턱을 구비한다. 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체는, 플랩이 결합된 회전샤프트가 원활하게 자전할 수 있도록 회전샤프트와 밸브블록 간의 결합공차를 일정 수준 이상으로 유지하되, 회전샤프트와 밸브블록 사이로 배기가스가 유출되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

Description

바이패스밸브 조립체 {Bypass valve assembly}

본 발명은 플랩을 회전시켜 배기가스유로를 개폐시키는 바이패스밸브 조립체에 관한 것으로, 더 상세하게는 플랩이 결합된 회전샤프트와 밸브블록 사이로 배기가스가 유출되지 아니하도록 구성된 바이패스밸브 조립체에 관한 것이다.

일반적으로, 차량의 배기가스는 혼합기의 연소 시에 발생하여 차량의 배기관을 통해 외부로 배출되는데, 배기가스에 포함된 질소산화물은 배기가스에 포함된 일산화탄소 및 탄화수소와 반비례적인 관계를 갖는다. 이는 연료의 완전 연소에 의해 일산화탄소 및 탄화수소의 배출량이 크게 감소하더라도 질소산화물의 발생량은 더 많이 증가한다는 것을 의미한다. 이에 따라, 질소산화물 등 오염물질을 줄이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다.

질소산화물 발생량 저감 기술로서, 배기가스의 일부를 재순환시켜 출력이 저하되는 것을 최소화함과 동시에 최고 연소 온도를 낮춰 질소산화물의 발생량을 저감시키는 EGR 시스템이 잘 알려져있다.

일반적으로, EGR 시스템은 배기매니폴드를 통하여 배출되는 배기가스의 일부를 흡기매니폴드로 재순환시키는 재순환 파이프라인과, 재순환 파이프라인에 설치되어 재순환된 배기가스를 냉각하는 EGR 쿨러를 포함한다. 재순환 파이프라인은 인렛 파이프와 아웃렛 파이프를 포함한다. 인렛 파이프를 통해 고온의 배기가스가 EGR 쿨러 내로 유입되고, 아웃렛 파이프를 통해 EGR 쿨러에서 냉각된 배기가스가 배출된다. 인렛 파이프 상에는 EGR밸브와 더불어 배기가스를 선택적으로 유입하여 바이패스시키는 바이패스 밸브 조립체가 설치된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 바이패스밸브 조립체에 대하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 종래의 바이패스밸브 조립체의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 바이패스밸브 조립체는, 배기가스가 유입되는 배기가스유로(110)가 형성된 밸브블록(10)과, 밸브블록(100)의 배기가스유로 상에 장착되는 회전샤프트(600)와, 상기 회전샤프트(600)에 고정결합되어 상기 밸브블록(100)으로 유입된 배기가스의 흐름을 쿨러(200)와 바이패스관(400) 중 어느 하나로 선택적으로 흐르게 하는 플랩(500)을 포함한다. 상기 쿨러(200)와 바이패스관(400)의 후단에는 배출구(310)를 갖는 배기블록(300)이 구비되는바, 쿨러(200)를 지나면서 냉각된 배기가스나 바이패스관(400)을 통해 바이패스된 배기가스는 모두 배출구(310)를 통해 배출된다.

따라서 도 1에 도시된 바와 같이 상기 플랩(500)이 배기가스유로(100) 중 바이패스관(400)을 향하는 측을 폐쇄시키도록 작동되면, 상기 밸브블록(100)으로 유입된 배기가스는 쿨러(200)를 지나면서 일정 수준 냉각된 이후 엔진 측으로 재순환된다.

반대로 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 플랩(500)이 배기가스유로(100) 중 쿨러(200)를 향하는 측을 폐쇄시키도록 작동되면, 밸브블록(100)으로 유입된 배기가스는 바이패스관(400)을 통해 그대로 엔진측으로 재순환된다. 이때, 상기 회전샤프트(600)가 자전할 때 밸브블록(100)과의 마찰력이 크게 발생되지 아니하도록, 상기 밸브블록(100)과 회전샤프트(600)는 상호 미세하게 이격되는데, 밸브블록(100)으로 유입된 배기가스 중 일부가 상기 이격 틈새를 통해 쿨러(200)를 지나 배출구(310)로 배출된다는 문제점 즉, 엔진으로 재순환되는 배기가스 온도가 과도하게 낮아지는 문제가 발생될 수 있다.

물론, 회전샤프트(600)와 밸브블록(100) 간의 결합공차를 줄이면 배기가스 유출을 낮출 수 있으나, 허용공차 범위 내에서 회전샤프트(600)가 크게 제작되었을 때 상기 회전샤프트(600)가 밸브블록(100)에 끼어 정상적으로 회전하지 못하는 현상이 발생될 수도 있다.

KR 10-1420326 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 플랩이 결합된 회전샤프트가 원활하게 자전할 수 있도록 회전샤프트와 밸브블록 간의 결합공차를 일정 수준 이상으로 유지하되, 회전샤프트와 밸브블록 사이로 배기가스가 유출되는 현상을 방지할 수 있는 바이패스밸브 조립체를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체는, 쿨러를 향하는 측과 바이패스관을 향하는 측으로 출구가 분기되는 배기가스유로를 구비하는 밸브블록; 상기 밸브블록에 형성된 샤프트안착홈에 장착되는 회전샤프트; 상기 회전샤프트에 고정결합되며, 상기 회전샤프트의 자전에 따라 상기 배기가스유로를 개폐함으로써 상기 밸브블록으로 유입된 배기가스를 상기 쿨러 또는 상기 바이패스관으로 안내하는 플랩;을 포함하되, 상기 회전샤프트의 외주면 일측에는 안착돌부가 형성되고, 상기 샤프트안착홈은 상기 플랩이 상기 배기가스유로 중 쿨러를 향하는 측을 폐쇄시키도록 회전샤프트가 자전하였을 때 상기 안착돌부가 안착되는 안착턱을 구비한다.

상기 안착돌부와 상기 안착턱은 상호 면접촉을 이루도록 형성된다.

상기 안착돌부 중 상기 안착턱을 향하는 측은 평면 형상으로 형성되고, 상기 안착턱을 향하는 반대측은 횡단면이 원호를 이루는 곡면으로 형성된다.

상기 안착돌부는 상기 회전샤프트의 길이방향 전체에 걸쳐 형성된다.

상기 안착돌부는, 상기 회전샤프트의 외측면 중 상기 플랩이 결합된 반대측에 형성된다.

상기 안착돌부 중 상기 안착턱과 접촉되는 면에 부착되는 가스켓시트를 더 포함한다.

본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체는, 플랩이 결합된 회전샤프트가 원활하게 자전할 수 있도록 회전샤프트와 밸브블록 간의 결합공차를 일정 수준 이상으로 유지하되, 회전샤프트와 밸브블록 사이로 배기가스가 유출되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 바이패스밸브 조립체의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체의 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체에 포함되는 회전샤프트와 밸브블록의 결합구조를 도시하는 단면사시도 및 분해도이다.
도 6은 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체에 포함되는 회전샤프트의 다른 실시예이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체의 단면도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체에 포함되는 회전샤프트와 밸브블록의 결합구조를 도시하는 단면사시도 및 분해도이다.

본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체는 배기가스에 포함되는 질소산화물을 저감시키기 위하여 배기가스를 엔진 측으로 재순환시킬 때 상기 배기가스가 쿨러(200)를 거친 후 엔진측으로 제공되거나, 상기 배기가스가 쿨러(200)를 거치지 아니하고 곧바로 엔진측으로 제공되도록 상기 배기가스 유동방향을 선택적으로 가이드하기 위한 장치로서, 상기 배기가스가 사용자의 의도에 반하여 쿨러(200)로 유입되는 현상을 방지할 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체는, 쿨러(200)를 향하는 측과 바이패스관(400)을 향하는 측으로 출구가 분기되는 배기가스유로(110)를 구비하는 밸브블록(100)과, 상기 밸브블록(100)에 형성된 샤프트안착홈(120)에 장착되는 회전샤프트(600)와, 상기 회전샤프트(600)에 고정결합되어 상기 회전샤프트(600)의 자전방향에 따라 배기가스 유동방향을 제어하는 플랩(500)으로 구성되되, 상기 회전샤프트(600)의 외주면 일측에는 안착돌부(610)가 형성되고, 상기 안착돌부(610)가 안착되는 안착턱(122)을 구비한다. 상기 플랩(500)은 상기 밸브블록(100)으로 유입된 배기가스를 쿨러(200) 측으로 안내하거나 바이패스관(400)으로 안내하도록 구성되고, 상기 안착돌부(610)는 플랩(500)이 도 3에 도시된 바와 같이 배기가스유로(110) 중 쿨러(200)를 향하는 측을 폐쇄시켰을 때 안착턱(122)에 안착되는바, 샤프트안착홈(120)과 회전샤프트(600) 사이의 간극을 통해 배기가스가 유출되는 현상이 방지될 수 있다.

이와 같이 샤프트안착홈(120)과 회전샤프트(600) 사이를 통해 배기가스가 유출되는 현상을 방지할 수 있으면, 도 3에 도시된 바와 같이 바이패스모드 즉, 배기가스가 바이패스관(400)을 통해 배기블록(300)으로 흐르도록 플랩(500)을 회전시킨 상태에서 배기가스 일부가 쿨러(200)로 유입되는 현상을 방지할 수 있어 열손실을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.

이때, 상기 샤프트안착홈(120)과 회전샤프트(600) 사이의 간극이 전체적으로 막힐 수 있도록, 상기 안착돌부(610)는 상기 회전샤프트(600)의 길이방향 전체에 걸쳐 형성됨이 바람직하다. 또한, 샤프트안착홈(120)과 회전샤프트(600) 사이의 간극이 보다 확실하게 폐쇄될 수 있도록 상기 안착돌부(610)와 안착턱(122)은 상호 면접촉을 이룸이 바람직하다.

또한, 상기 안착돌부(610)가 단순한 돌기 형상으로 형성되면, 플랩(500)이 바이패스관(400)을 향하는 배기가스유로(110)를 폐쇄시켰을 때(도 1 참조), 회전샤프트(600)의 외측면을 타고 흐르던 배기가스가 안착돌부(610)에 부딪혀 큰 소음과 진동이 발생될 우려가 있다. 따라서 상기 안착돌부(610) 중 상기 안착턱(122)을 향하는 측은 평면 형상을 이루되, 반대측 즉, 안착턱(122)을 향하는 반대측은 횡단면이 원호를 이루는 곡면으로 형성됨이 바람직하다.

이와 같이 안착돌부(610) 일측이 곡면으로 형성되면, 상기 안착돌부(610) 외측면과 회전샤프트(600) 외측면이 매끈하게 연결되는바, 회전샤프트(600)의 외측면을 타고 흐르던 배기가스가 안착돌부(610)에 충돌하는 현상이 발생되지 아니하고, 이에 따라 소음 및 진동 발생을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 상기 안착돌부(610)는, 회전샤프트(600)의 외측면과 샤프트안착홈(120)의 내측면 사이를 밀폐시킬 수 있다면 회전샤프트(600)의 외측면 어느 방향에라도 형성될 수 있다. 그러나 상기 안착돌부(610)가 회전샤프트(600)의 외측면 중 플랩(500)이 결합된 지점과 인접한 지점에 형성되면, 플랩(500)을 타고 흐르던 배기가스가 안착돌부(610)에 간섭되어 와류가 발생되는바, 원활한 배기가스 흐름이 불가해지고 소음 및 진동이 발생된다는 단점이 있다.

따라서 상기 안착돌부(610)는 회전샤프트(600)의 외측면 중 플랩(500)이 결합된 반대측에 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 안착돌부(610)와 플랩(500)이 상호 반대측에 구비되면, 플랩(500)을 타고 흐르던 배기가스가 안착돌부(610)와 부딪힘으로 인해 발생되는 충격력이 최소화되므로, 배기가스가 보다 안정적으로 흐를 수 있고, 이에 따라 소음 및 진동 발생을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다. 물론, 상기 언급한 바와 같이 안착돌부(610)가 플랩(500)의 반대층에 위치되었을 때에도 안착돌부(610) 후방에서 약간의 와류는 발생되지만, 안착돌부(610)가 플랩(500)과 인접한 지점 즉, 배기가스 유입을 향하는 측에 위치되는 경우에 비해 발생되는 충격력이 매우 작아지므로, 진동 및 소음 발생이 현저히 감소될 수 있다.

도 6은 본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체에 포함되는 회전샤프트(600)의 다른 실시예이다.

일반적으로 밸브블록(100)과 회전샤프트(600)는 오랜 기간 동안 사용하더라도 쉽게 마모되거나 파손되지 아니하도록 강성이 높은 재료로 제작되는데, 이와 같이 밸브블록(100)과 회전샤프트(600)가 강성이 높은 재료로 제작되면 안착돌부(610)가 안착턱(122)에 안착될 때 소음 및 진동이 발생될 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 안착돌부(610)와 안착턱(122)이 매우 단단한 재료로 제작되는 경우 안착돌부(610)와 안착턱(122) 간의 밀폐효과가 떨어지고, 이에 따라 안착돌부(610)와 안착턱(122) 사이를 통해 배기가스가 유출되는 현상이 발생될 수도 있다.

본 발명에 의한 바이패스밸브 조립체는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 안착돌부(610) 중 상기 안착턱(122)과 접촉되는 면에 가스켓시트(612)가 추가로 구비될 수 있다.

상기 가스켓시트(612)는 안착턱(122)이나 안착돌부(610)에 비해 탄성이 크고 경도가 낮은 재료로 제작되는바, 본 실시예에 도시된 바와 같이 안착돌부(610)에 가스켓시트(612)가 추가로 구비되면 안착돌부(610)가 안착턱(122)에 안착되는 과정에서 발생하는 소음 및 진동이 감소되고, 안착돌부(610)와 안착턱(122) 간의 밀폐 신뢰성도 높아진다는 장점이 있다.

또한, 안착돌부(610)가 안착턱(122)에 직접 접촉되는 경우에는 바이패스밸브 조립체 사용기간이 오래 경과하였을 때 안착돌부(610)나 안착턱(122)이 마모되거나 변형되는바, 해당 부품 즉, 회전샤프트(600)나 밸브블록(100)을 주기적으로 교체해 주어야 한다. 그러나 본 실시예에 도시된 바와 같이 안착돌부(610)에 가스켓시트(612)가 구비되면, 가스켓시트(612)만 주기적으로 교체하고 회전샤프트(600) 및 밸브블록(100)은 지속적으로 사용할 수 있으므로, 유지비용이 절감되는 효과도 얻을 수 있다.

이때 상기 가스켓시트(612)는, 안착돌부(610)가 안착턱(122)에 안착될 때 발생되는 소음 및 진동을 줄이면서 밀폐성을 향상시킬 수만 있다면, 어떠한 종류의 재료로도 제작될 수 있다. 이와 같은 가스켓시트(612)는 높은 밀폐성을 요구하는 장치에서 다양하게 적용되고 있는바, 상기 가스켓시트(612)의 재질에 대한 상세한 설명은 생략한다.

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 : 밸브블록 110 : 배기가스유로
120 : 샤프트안착홈 122 : 안착턱
200 : 쿨러 300 : 배기블록
310 : 배출구 400 : 바이패스관
500 : 플랩 600 : 회전샤프트
610 : 안착돌부 612 : 가스켓시트

Claims (6)

1. 쿨러를 향하는 측과 바이패스관을 향하는 측으로 출구가 분기되는 배기가스유로를 구비하는 밸브블록;
   상기 밸브블록에 형성된 샤프트안착홈에 장착되는 회전샤프트;
   상기 회전샤프트에 고정결합되며, 상기 회전샤프트의 자전에 따라 상기 배기가스유로를 개폐함으로써 상기 밸브블록으로 유입된 배기가스를 상기 쿨러 또는 상기 바이패스관으로 안내하는 플랩;을 포함하되,
   상기 회전샤프트의 외주면 일측에는 상기 회전샤프트의 길이방향 전체에 걸쳐 안착돌부가 형성되고, 상기 샤프트안착홈은 상기 플랩이 상기 배기가스유로 중 쿨러를 향하는 측을 폐쇄시키도록 회전샤프트가 자전하였을 때 상기 안착돌부가 안착되는 안착턱을 구비하며,
   상기 안착돌부와 상기 안착턱이 상호 면접촉을 이루도록 상기 안착돌부 중 상기 안착턱을 향하는 측은 평면 형상으로 형성되고, 상기 안착턱을 향하는 반대측은 횡단면이 원호를 이루는 곡면으로 형성되며,
   상기 안착돌부는 상기 회전샤프트의 외측면 중 상기 플랩이 결합된 반대측에 형성되고,
   상기 안착돌부 중 상기 안착턱과 접촉되는 면에 부착되는 가스켓시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이패스밸브 조립체.
   
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