KR101836254B1 - 차량용 배기가스 재순환 밸브장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치는, 배기가스 유입포트와 배기가스 유출포트가 각각 구비된 밸브하우징과, 상기 배기가스 유출포트를 개폐하도록 상기 밸브하우징에 회전 가능하게 장착된 플랩밸브와, 상기 플랩밸브를 관통해서 끼워져 일체로 회전될 수 있도록 결합된 밸브샤프트와, 상기 밸브샤프트의 일단이 관통하여 끼워지는 레버와, 상기 레버에 고정되고 상기 밸브샤프트의 외주면에 장착되는 스프링과, 축방향으로 상기 스프링과 상기 플랩밸브 사이의 상기 밸브샤프트의 외주면에 끼워지는 부시, 및 상기 플랩밸브와 상기 부시 사이에 구비되는 쓰러스트 와셔를 포함한다.

Description

차량용 배기가스 재순환 밸브장치{EXHAUST GAS RECIRCULATION VALVE DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 배기가스 재순환(EGR) 밸브장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배기가스 다중 씰링 구조를 갖는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 엔진에서 배출되는 배기가스 중에는 일산화탄소나 질소산화물 등과 같은 인체에 유해한 성분이 다량으로 포함되어 있는데, 상기 질소산화물은 산성비나 지구 온난화 혹은 인간의 호흡기 질병을 일으키는 특히 유해한 요소이기 때문에 강력히 규제되고 있다.
상기 질소산화물은 엔진에서 연료의 연소 온도가 높아질수록 그 양도 증가하는 특성이 있다.
상기 질소산화물의 배출을 저감하기 위해 다양한 방법들이 시도되고 있는 바, 그 중에서 배기가스 재순환(EGR; Exhaust Gas Recirculation) 시스템이 차량에 통상적으로 적용되고 있다.
상기 EGR 시스템은 엔진에서 연료의 연소 후 배출되는 배기가스의 일부를 엔진의 흡기장치로 재순환시켜 엔진의 연소실로 다시 유입되게 함으로써, 연료와 공기의 혼합물인 혼합기의 자체 공연비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키게 된다.
즉, 상기 EGR 시스템은 엔진의 운전 상태에 따라 질소산화물의 배출 양을 저감시킬 필요가 있을 때에, 배기가스의 일부를 엔진의 흡기계에 공급하여 연소실로 유입시키면, 체적이 변하지 않는 불활성 가스인 배기가스가 상대적으로 혼합기의 밀도를 저하시켜 연료의 연소시 화염 전파 속도가 저하됨으로써, 연료의 연소 속도가 저하됨과 더불어 연소 온도의 상승도 억제되어 질소산화물의 생성이 억제되게 된다.
상기와 같은 종래의 EGR 시스템은 엔진의 배기계와 흡기계 사이에 장착되어, 필요에 따라 엔진으로부터 배기 경로로 배출되는 배기가스를 흡기계에 공급하도록 되어 있다. 또한, 상기 EGR 시스템은 EGR 쿨러를 더 포함하며, 상기 EGR 쿨러는 흡기계로 공급되는 배기가스의 온도를 열교환을 통해 냉각하도록 되어 있다.
상기 EGR 시스템은 EGR 밸브장치를 포함하며, 상기 EGR 밸브장치는 전자제어유니트를 통해 작동이 제어되는 액추에이터와, 상기 액추에이터의 작동력을 전달하는 작동로드, 상기 작동로드에 의해 회전되면서 상기 EGR 쿨러와 연결되는 포트를 개폐하는 플랩밸브를 포함한다.
상기 플랩밸브는 밸브하우징에 밸브샤프트를 매개로 회전 가능하게 장착되고, 상기 밸브샤프트는 상기 작동로드에 레버를 통해 연결된다.
상기 밸브샤프트는 상기 레버와 통상적으로 MIG 용접(Metal Inert Gas Welding)으로 일체로 부착되고, 상기 플랩밸브와는 MIG 용접 및 리벳팅을 통해 일체로 회전되게 연결된다.
그런데, 밸브 열림에서 닫힘 과정시 밸브샤프트의 외경과 레버 사이의 틈새로 배기 가스가 미소 누기되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배기가스가 부품 내경의 틈새로 미소 누기되지 않도록 다중 씰링 구조를 갖는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치는, 배기가스 유입포트와 배기가스 유출포트가 각각 구비된 밸브하우징과, 상기 배기가스 유출포트를 개폐하도록 상기 밸브하우징에 회전 가능하게 장착된 플랩밸브와, 상기 플랩밸브를 관통해서 끼워져 일체로 회전될 수 있도록 결합된 밸브샤프트와, 상기 밸브샤프트의 일단이 관통하여 끼워지는 레버와, 상기 레버에 고정되고 상기 밸브샤프트의 외주면에 장착되는 스프링과, 축방향으로 상기 스프링과 상기 플랩밸브 사이의 상기 밸브샤프트의 외주면에 끼워지는 부시, 및 상기 플랩밸브와 상기 부시 사이에 구비되는 쓰러스트 와셔를 포함한다.
상기 밸브샤프트의 일단은 레버를 관통해서 끼워져 용접으로 결합되고, 상기 레버는 작동로드를 통해 액추에이터와 연결될 수 있다.
상기 배기가스 유입포트는 배기 경로와 연통되게 연결되고, 상기 배기가스 유출포트는 EGR 쿨러와 연통되게 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브 장치는, 상기 부시와 상기 스프링 사이에 장착되는 플레인 와셔를 더 포함할 수 있다.
상기 밸브샤프트는 그 외주면에 형성되며 반경 내측으로 단차진 단차부를 포함하며, 상기 플레인 와셔는 상기 밸브샤프트의 단차부에 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브 장치는, 상기 밸브하우징과 상기 레버의 단부 사이에 장착되는 웨이브 와셔를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치는, 배기가스 유입포트와 배기가스 유출포트가 각각 구비된 밸브하우징과, 상기 밸브하우징을 회전 가능하게 관통하는 밸브샤프트와, 상기 밸브하우징과 상기 밸브샤프트 사이에 장착되어 상기 밸브샤프트의 회전을 원활하게 하는 부시와, 상기 부시와는 축방향으로 이격되어 상기 밸브샤프트에 고정적으로 장착되며 상기 배기가스 유출포트를 개폐하도록 된 플랩밸브, 및 상기 플랩밸브와 상기 부시 사이에 구비되는 쓰러스트 와셔를 포함한다.
상기 밸브샤프트는 그 외주면에 형성되며 반경 내측으로 단차진 단차부를 포함하며, 상기 플랩밸브의 반대쪽 부시의 일단은 상기 단차부에 위치하도록 되어 있으며, 상기 배기가스 재순환 밸브장치는 상기 부시의 일단과 상기 단차부 사이를 밀폐하는 플레인 와셔를 더 포함할 수 있다.
상기 밸브샤프트의 일단부가 그 일단부 내부에 삽입되는 레버를 더 포함하며, 상기 레버의 타단은 상기 밸브하우징까지 연장되게 형성되고, 상기 레버의 타단과 상기 밸브하우징 사이에는 웨이브 와셔가 개재되어 있을 수 있다.
상기 레버와 플레인 와셔는 그 사이에 배치된 스프링을 위한 스프링 시트를 제공하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량용 배기가스 재순환 밸브장치에서 밸브샤프트와 밸브하우징 사이에 다중 씰링 구조를 제공함으로써, 밸브 열림에서 닫힘 과정시 배기 가스가 부품 내경의 틈새로 미소 누기되지 않도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I선을 따라 자른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치를 개략적으로 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 2의 I-I선을 따라 자른 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치는 배기 파이프와 흡기 매니폴드 또는 흡기덕트 사이에 장착되어, 엔진으로부터 배출되어 배기 파이프를 거쳐 흡기 매니폴드 또는 흡기덕트로 공급되는 배기가스의 양을 조절한다.
도 1을 참조하면, 차량용 배기가스 재순환 밸브장치(10)는, 밸브하우징(20)과, 플랩밸브(40)와, 밸브샤프트(50)와, 레버(60)와, 스프링(62)과, 부시(80), 및 쓰러스트 와셔(92)를 포함한다.
밸브하우징(20)에는 배기가스 유입포트(22)와 배기가스 유출포트(24)가 각각 구비된다. 배기가스 유입포트(22)는 액추에이터(30)가 장착된 부위의 반대쪽 부위에 구비된 배기 경로와 연통되게 연결되며, 배기가스 유출포트(24)는 배기가스 유입포트(22)에 대해 90도 각도로 반시계 방향으로 회전된 부위에 구비된다.
배기가스 유출포트(24)는 EGR 쿨러(미도시)에 연통되게 연결된다.
배기가스 유출포트(24)는 2개로 구비될 수도 있고, 하나 혹은 그 이상의 개수로 형성될 수 있다.
엔진에서 연소되어 배출되는 배기가스는 배기 경로를 통해 배기가스 유입포트(22)를 매개로 밸브하우징(20)의 내부로 유입된 다음에 배기가스 유출포트(24)를 거쳐서 EGR 쿨러로 유입되고, EGR 쿨러에서 배기가스가 적절히 냉각된 다음에 다시 흡기장치를 통해 엔진으로 유입되는 재순환 구조를 가지게 된다.
플랩밸브(40)는 배기가스 유출포트(24)를 개폐하도록 밸브하우징(20)에 회전가능하게 장착되며, 밸브샤프트(50)는 플랩밸브(40)를 관통해서 끼워져 일체로 회전될 수 있도록 결합된다.
밸브샤프트(50)의 일단은 레버(60)를 관통해서 끼워져서 일체로 연결되며, 레버(60)의 한쪽 부위에는 작동로드(70)가 연동되게 연결된다. 밸브샤프트(50)는 레버(60)와 용접으로 결합될 수 있으며, 예를 들어 전자빔 용접으로 결합될 수 있다. 전자빔 용접은 기 공지된 바와 같이 고밀도로 집속되고 가속된 전자빔을 진공 분위기에서 용접물에 고속으로 조사시키고, 조사된 전자빔의 전자는 용접물에 충돌하여 전자의 운동 에너지가 열에너지로 변환되면서 국부적인 고열을 발생시키며, 이와 같이 발생된 고열로 용접면을 가열, 용융시켜 용접물을 접합하게 된다.
작동로드(70)는 액추에이터(30)로부터 조작력을 전달받을 수 있도록 액추에이터(30)와 연결된다.
이에 따라, 액추에이터(30)가 제어기(미도시)로부터 작동 제어신호를 인가받아 가동되면, 작동로드(70)가 액추에이터(30)에 의해 회전하게 되고, 작동로드(70)의 회전 운동은 레버(60)에 그대로 전달되어 레버(60)가 회전하게 된다.
레버(60)의 회전 운동으로 밸브샤프트(50)가 일체로 회전하게 되고, 밸브샤프트(50)의 회전 운동으로 플랩밸브(40)도 함께 회전하여 배기가스 유출포트(24)가 개폐되게 된다.
한편, 스프링(62)은 레버(60)에 고정되고, 밸브샤프트(50)의 외주면에 장착된다. 스프링(62)은 플랩밸브(40)의 유동으로 인한 부시(80), 쓰러스트 와셔(92)의 취성을 방지한다.
부시(80)는 밸브샤프트(50)의 외주면에서 플랩밸브(40)가 결합된 부위의 상부와 하부에 끼워지며, 쓰러스트 와셔(92)는 플랩밸브(40)와 부시(80) 사이에 구비된다. 부시(80)는 밸브샤프트(50)와 플랩밸브(40)를 밸브하우징(20)에 회전가능하게 조립하는데 사용될 수 있으며, 스테인리스 스틸 또는 T400 합금으로 제작될 수 있다.
쓰러스트 와셔(92)는 배기가스 유입포트(22)를 통해 유입된 배기가스가 밸브샤프트(50)와 부시(80) 사이의 미세 공간으로 누기되지 않도록 1차로 배기가스를 차단할 수 있다.
한편, 차량용 배기가스 재순환 밸브장치(10)는 부시(80)와 스프링(62) 사이에 장착되는 플레인 와셔(94)를 더 포함할 수 있다. 밸브샤프트(50)와 부시(80) 사이의 미세 공간으로 누기된 배기가스가 레버(60)를 향하여 누기되지 않도록 2차로 배기가스를 차단할 수 있다. 밸브샤프트(50)는 그 외주면에 형성되며 반경 내측으로 단차진 단차부를 포함하며, 플랩밸브(40)의 반대쪽 부시(80)의 일단은 단차부에 위치하도록 되어 있으며, 플레인 와셔(94)는 부시(80)의 일단과 단차부 사이를 안정적이고 밀착성이 향상되게 밀폐하도록 구비될 수 있다.
또한, 차량용 배기가스 재순환 밸브장치(10)는 밸브하우징(20)과 레버(60)의 단부 사이에 웨이브 와셔(96)를 더 포함할 수 있다. 웨이브 와셔(96)는 밸브하우징(20)과 레버(60) 사이의 유격을 스프링 탄성으로 지속적으로 지지해 주어 충격과 진동의 완충(쿠션)과 일정 유격 범위 내에서의 위치를 고정하는 기능을 하며, 소음의 감소와 부시(80) 수명의 단축을 예방한다.
또한, 밸브샤프트(50)와 플레인 와셔(94) 사이의 미세 공간을 통과한 배기가스는 밸브하우징(20)과 레버(60)의 단부 사이의 미세 공간을 통과하지 않도록 웨이브 와셔(96)가 장착되어 3차로 배기가스를 차단할 수 있다.
이와 같이, 배기가스 재순환 밸브장치에서 밸브샤프트와 밸브하우징 사이에 쓰러스트 와셔, 플레인 와셔, 및 웨이브 와셔를 포함하는 다중 씰링 구조를 제공함으로써, 밸브 열림에서 닫힘 과정시 배기 가스가 부품 내경의 틈새로 미소 누기되지 않도록 할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 차량용 배기가스 재순환 밸브장치
20: 밸브하우징 22: 배기가스 유입포트
24: 배기가스 유출포트 30: 액추에이터
40: 플랩밸브 50: 밸브샤프트
60: 레버 62: 스프링
70: 작동로드 80: 부시
92: 쓰러스트 와셔 94: 플레인 와셔
96: 웨이브 와셔

Claims (10)

  1. 배기가스 유입포트와 배기가스 유출포트가 각각 구비된 밸브하우징;
    상기 배기가스 유출포트를 개폐하도록 상기 밸브하우징에 회전 가능하게 장착된 플랩밸브;
    상기 플랩밸브를 관통해서 끼워져 일체로 회전될 수 있도록 결합된 밸브샤프트;
    상기 밸브샤프트의 일단이 관통하여 끼워지는 레버;
    상기 레버에 고정되고 상기 밸브샤프트의 외주면에 장착되는 스프링;
    축방향으로 상기 스프링과 상기 플랩밸브 사이의 상기 밸브샤프트의 외주면에 끼워지는 부시;
    상기 플랩밸브와 상기 부시 사이에 구비되는 쓰러스트 와셔; 및
    상기 밸브하우징과 상기 레버의 단부 사이에 장착되는 웨이브 와셔를 포함하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브샤프트의 일단은 레버를 관통해서 끼워져 용접으로 결합되고,
    상기 레버는 작동로드를 통해 액추에이터와 연결되는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기가스 유입포트는 배기 경로와 연통되게 연결되고,
    상기 배기가스 유출포트는 EGR 쿨러와 연통되게 연결되는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부시와 상기 스프링 사이에 장착되는 플레인 와셔를 더 포함하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 밸브샤프트는 그 외주면에 형성되며 반경 내측으로 단차진 단차부를 포함하며,
    상기 플레인 와셔는 상기 밸브샤프트의 단차부에 장착되는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
  6. 삭제
  7. 차량용 배기가스 재순환 밸브장치에 있어서,
    배기가스 유입포트와 배기가스 유출포트가 각각 구비된 밸브하우징;
    상기 밸브하우징을 회전 가능하게 관통하는 밸브샤프트;
    상기 밸브하우징과 상기 밸브샤프트 사이에 장착되어 상기 밸브샤프트의 회전을 원활하게 하는 부시;
    상기 부시와는 축방향으로 이격되어 상기 밸브샤프트에 고정적으로 장착되며 상기 배기가스 유출포트를 개폐하도록 된 플랩밸브; 및
    상기 플랩밸브와 상기 부시 사이에 구비되는 쓰러스트 와셔를 포함하고,
    상기 밸브샤프트는 그 외주면에 형성되며 반경 내측으로 단차진 단차부를 포함하며,
    상기 플랩밸브의 반대쪽 부시의 일단은 상기 단차부에 위치하도록 되어 있으며,
    상기 배기가스 재순환 밸브장치는 상기 부시의 일단과 상기 단차부 사이를 밀폐하는 플레인 와셔를 더 포함하며,
    상기 밸브샤프트의 일단부가 그 일단부 내부에 삽입되는 레버를 더 포함하며,
    상기 레버의 타단은 상기 밸브하우징까지 연장되게 형성되고,
    상기 레버의 타단과 상기 밸브하우징 사이에는 웨이브 와셔가 개재되어 있는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 레버와 플레인 와셔는 그 사이에 배치된 스프링을 위한 스프링 시트를 제공하도록 되어 있는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
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