KR101973480B1 - 역회전이 가능한 토션스프링과 기어하우징의 장착구조 - Google Patents

역회전이 가능한 토션스프링과 기어하우징의 장착구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 토션스프링과 기어하우징에 관한 것으로서, 특히 EGR 밸브에 적용가능한 토션스프링이 정회전 뿐만 아니라 역회전도 가능하도록 구성된 토션스프링과 기어하우징의 장착구조에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 토션스프링; 외주면에 기어이가 형성되고, 일면에 상기 토션스프링이 장착되는 기어하우징; 및 상기 기어하우징으로부터 돌출형성되고 상기 토션스프링의 일단과 타단의 이동을 제한하는 제1가이드바;을 포함하고, 상기 토션스프링에 상기 제1가이드바를 감싸는 바디고정용 고리가 형성된 것을 특징으로 하는 역회전이 가능한 토션스프링과 기어하우징의 장착구조를 제공한다.

Description

역회전이 가능한 토션스프링과 기어하우징의 장착구조{MOUNTING STRUCTURE OF REVERSIBLE TORSION SPRING AND GEAR HOUSING}
본 발명은 토션스프링과 기어하우징에 관한 것으로서, 특히 EGR 밸브에 적용가능한 토션스프링이 정회전 뿐만 아니라 역회전도 가능하도록 구성된 토션스프링과 기어하우징의 장착구조에 관한 것이다.
일반적으로 배기가스 재순환(EGR; EXHAUST GAS RECIRCULATION)이라함은 엔진의 배기가스 중 일부를 다시 엔진의 흡기계통으로 순환시켜 배기가스를 외기와 함께 연소에 활용하는 기술을 일컫는다. 배기가스를 재순환시킴으로써 차량으로부터 대기로 배출되는 NOx을 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 EGR 기술에서 중요한 기술로서, EGR 밸브가 있다.
EGR 밸브는 배기관으로부터 흡기 매니폴드 측으로 또는 외기와 혼합되어 컴프레서 전단측으로 유입되는 배기가스의 재순환 량을 조절하는 역할을 한다.
EGR 밸브로는 통상 버터플라이(butterfly) 밸브가 주로 사용되는데, 여기에는 밸브의 거동을 조절하기 위해 토션스프링이 장착된 기어하우징이 마련된다.
EGR 밸브의 사용환경에 따라 불순물이 EGR 밸브에 적층된 경우, 이 불순물을 적절히 제거하여야 EGR 밸브의 올바른 성능을 유지할 수 있다. EGR 밸브 내 불순물을 제거하기 위한 방법으로는 EGR 밸브를 분해하여 불순물을 직접 제거하는 방식과, EGR 밸브를 일반적인 개도방향과 반대방향으로 역회전시켜 불순물을 제거하는 방식이 주로 사용되었다.
그런데 EGR 밸브를 분해하여 불순물을 직접 제거하는 방식은 시간과 함께 인적 loss가 커서 정비효율이 좋지 못한 문제가 있었고, 따라서 EGR 밸브를 역회전시켜 불순물을 제거하는 방식이 주목되었다.
EGR 밸브를 역회전시키는 방식으로는 종래에 기어하우징 내 한 개의 토션 스프링을 2단 스프링으로 제조하거나, 두 개의 토션스프링을 서로 연결하여 역회전이 가능하도록 설계하는 방식이 연구되었다. 그런데 이와 같은 방식의 경우는 제조상의 난점이 있었을 뿐만 아니라 제조상의 어려움으로 인해 비용 절감 측면에서도 크게 기여하는 바가 없었다.
토션스프링의 역회전이 가능한 또 다른 구조로서, 도 1과 도 2에 도시된 선행기술이 개시된 바 있다. 도 1은 선행기술의 기어하우징과 토션스프링의 결합상태를 나타내는 사시도이다. 도 2는 선행기술의 기어하우징과 토션스프링의 결합상태를 아래방향에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 1과 도 2를 함께 참조하면, 기어하우징(10)의 일면에는 원통형상의 내측가이드(11)와 외측가이드(12)가 구비되고, 내측가이드(11)와 외측가이드(12)는 동심원을 이루며 상호 이격된 상태로 돌출 형성되어 있다. 토션스프링(20)은 내측가이드(11)를 감싸는 형태로서, 내측가이드(11)와 외측가이드(12) 사이에 배치된다. 여기서 외측가이드(12)에는 토션스프링의 일단이 고정되는 고정부와 토션스프링의 타단(22)이 이동가능하게 배치되는 이동부(14)가 형성되어 있는데, 토션스프링(20)은 이동부(14)에 배치된 타단(22)의 이동에 의해 압축 또는 이완된다. 이 과정에서 이동부(14)는 얼마간의 유격(수 mm)을 가지고 있어 이 유격만큼은 역회전이 가능하게 된다.
그런데 상기 도 1과 도 2에 도시된 선행기술의 경우 이동부(14)의 유격된 거리만큼 토션스프링(20)이 임의로 움직여 정회전을 하여야 하는 상황에서도 의도치 않게 역회전되는 문제가 발생하기도 한다. 이는 EGR 밸브 자체의 내구성을 저하시키는 원인이 되기도 한다.
한국 등록특허공보 제 10-1611974호
본 발명은 종래기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 1단 스프링 구조를 가지면서도 역회전이 가능한 구조를 고안하여, 궁극적으로는 EGR 밸브의 내구성 향상을 꾀하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따르면 토션스프링; 외주면에 기어이가 형성되고, 일면에 상기 토션스프링이 장착되는 기어하우징; 및 상기 기어하우징으로부터 돌출형성되고 상기 토션스프링의 일단과 타단의 이동을 제한하는 제1가이드바; 및 상기 제1가이드바와 이격된 거리에서, 상기 기어하우징으로부터 돌출형성되고, 상기 토션스프링의 외주연과 접하는 제2가이드바를 포함하되, 상기 토션스프링에 바디고정용 고리가 형성되고, 상기 제2가이드바는 상기 바디고정용 고리를 감싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 역회전이 가능한 토션스프링과 기어하우징의 장착구조를 제공한다.
여기서 상기 제2가이드바는 상기 토션스프링의 전체 외주연을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 바디고정용 고리는 상기 토션스프링의 일부분으로부터 원심방향으로 돌출연장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서 상기 바디고정용 고리는, 기 설정된 밸브 개도각에 따라 상기 토션스프링의 회전축방향으로 위치 조절이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 역회전이 가능한 토션스프링의 장착구조를 개시한다.
본 발명의 토션스프링은 1단 구조의 토션스프링으로서 2단 구조의 토션스프링에 비해 제조가 용이한 이점이 있다.
토션스프링의 종동축과 기어하우징의 축 방향을 맞춘 상태에서, 토션스프링을 기어하우징의 고정바에 걸어주기만 하면, 필요에 따라 역회전이 가능하게 되므로 장착 공정상의 이점도 가진다.
도 1은 선행기술의 기어하우징과 토션스프링의 결합상태를 나타내는 사시도이다.
도 2는 선행기술의 기어하우징과 토션스프링의 결합상태를 아래방향에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기어하우징과 토션스프링의 결합상태도를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토션스프링의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 기어하우징과 토션스프링의 결합상태를 아래방향에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토션스프링의 모습을 나타내는 사시도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 기어하우징과 토션스프링의 장착구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 기어하우징과 토션스프링의 결합상태도를 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 토션스프링의 모습을 나타내는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 기어하우징과 토션스프링의 결합상태를 아래방향에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 토션스프링의 모습을 나타내는 사시도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 기어하우징과 토션스프링의 장착구조는 토션스프링(200); 외주면에 기어이가 형성되고, 일면에 상기 토션스프링(200)이 장착되는 기어하우징(100); 및 상기 기어하우징(100)으로부터 돌출형성되고 상기 토션스프링(200)의 일단과 타단의 이동을 제한하는 제1가이드바(120)를 포함한다.
그리고 본 발명의 일 특징에 따르면 상기 토션스프링(200)에 바디고정용 고리(230)가 형성된 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면 본 발명의 기어하우징(100)의 일면으로부터 내측가이드월(110)이 추가 형성될 수 있다. 내측가이드월(110)의 축과 토션스프링(200)의 종동축(또는 회전축)은 대략 동심원을 이룬다.
그리고 본 발명의 또 다른 특징에 따른 토션스프링과 기어하우징의 장착구조는 상기 제1가이드바(120)와 이격된 거리에서, 상기 기어하우징(100)으로부터 돌출형성되고, 상기 토션스프링(200)의 외주연과 접하는 제2가이드바(130)를 포함할 수 있다.
토션스프링(200)은 상기 내측가이드월(110)을 감싼 채로 장착되는데, 여기서 본 발명의 기어하우징(100)에는 일면에 토션스프링(200)이 안착될 수 있도록 제2가이드바(130)가 내측가이드월(110)이 형성된 방향과 동일한 방향으로 연장형성된다.
참고로 ,제1가이드바(120) 또한 내측가이드월(110)이 형성된 방향과 동일한 방향으로 연장형성된다.
본 발명에서 제1가이드바(120)는 2개 형성되어 토션스프링(200)의 일단(210)과 타단(220)의 이동을 제한한다. 토션스프링의 일단(210)과 타단(220)은 각각 제1가이드바(120)에 걸려 고정된 상태로 위치한다.
본 발명의 토션스프링(200)은 통상의 토션스프링과 같이 SUS 재질로 이루어지되, 2단 스프링 구조가 아닌 1단 스프링 구조임에도 필요에 따라 역회전 가능하도록 설계된다.
보통의 스프링은 압축이나 인장 시 발생하는 탄성을 이용해 수직방향의 힘을 완충하는 역할을 하지만, 토션스프링은 비틀릴 때 발생하는 탄성을 이용해 비틀림 힘을 완충하는 역할을 한다. 일반적인 토션스프링은 비틀림 변형이 발생하면 일 방향의 비틀림 변형에 대해서는 완충하는 역할을 수행하되, 그 반대로는 완충하는 역할을 수행할 수 없다.
그러나 본 발명의 토션스프링(200)은 일방향(정방향)의 비틀림 변형뿐만 아니라 반대방향(역방향)의 비틀림 변형에 의해서도 완충작용을 할 수 있도록 설계된다.
이를 위해 본 발명의 토션스프링(200)은 제작과정에서 도 4에 도시된 바와 같이 나선 방향으로 권취되는 과정에서 일부분이 토션스프링 종동축의 외측 방향으로 돌출&연장되어 원호 형상의 고리를 형성한다. 도 5에 도시된 바와 같이 이 고리는 상기 제2가이드바(130)내측으로 안착되므로, 바디고정용 고리(230)라 명명할 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 바디고정용 고리(230)는 상기 토션스프링(200)의 일부분으로부터 원심방향으로 돌출&연장 형성된다.
일방향(정방향)의 비틀림 변형이 바디고정용 고리(230)에서 단절되고, 바디고정용 고리(230) 이후의 스프링은 비틀림 변형을 받지 않게 되므로, 반대방향(역방향)의 비틀림 변형에 대하여 완충작용이 가능하게 된다.
그리고 토션스프링(200)의 종동축과 기어하우징(100)의 축 방향을 맞춘 상태에서, 토션스프링을 기어하우징(100)의 제2가이드바(130)에 안착하여 주기만 하면, 필요에 따라 역회전이 가능하게 되므로 장착 공정상의 이점도 가진다.
도 1과 도 2에서 살펴본 종래기술과 달리 유격을 주지 않고, 토션스프링(200)의 일단(210)과 타단(220)을 제2가이드바(130)에 완전히 고정한 상태에서도 정방향 회전과 역방향 회전이 가능하게 되는 것이다. 이로써 토션스프링(200)이 장착된 밸브의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 제2가이드바(130)에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.
제2가이드바(130)는 토션스프링의 외주연과 접하도록 형성되는 것으로서, 제1가이드바(120)와 동일한 방향으로 연장되되, 형상이 다르며 별개로 마련되는 구성이다. 제2가이드바(130)는 제1가이드바(120)와 이격되어 배치되는데, 보다 구체적으로는 토션스프링(200)과 기어하우징(100)의 동심원을 기준으로 방사상 소정의 각도만큼 이격되어 배치될 수 있다.
바디고정용 고리(230)를 토션스프링(200)의 일단(210) 또는 타단(220)이 고정된 제1가이드바(120)가 아닌, 제2가이드바(130)에 걸어 고정시킴으로써 토션스프링(200)의 회전이 보다 자유로워진다.
도 5를 참조하면, 제2가이드바(130)는 토션스프링의 외주연 중 일부를 감싸도록 형성할 수 있으나, 한편으로는 상기 제2가이드바(130)를 상기 토션스프링의 전체 외주연을 감싸도록 형성시킬 수 있다. 즉, 토션스프링(200)의 바디고정용 고리(230) 부분은 오목한 홈 형태로 형성하고, 나머지 제2가이드바(130) 부분은 종래기술의 외측가이드 형태와 같이 형성할 수 있다.
한편, 경우에 따라서는 본 발명의 토션스프링(200)에서 바디고정용 고리(230)가 돌출&연장되는 위치를 상, 하 방향 조절할 수도 있다. 이는 바디고정용 고리(230)를 기 설정된 밸브 개도각에 따라 상기 토션스프링의 회전축방향으로 위치 조절함을 의미한다. 도 6을 참조하면, 도 4에 비해 바디고정용 고리(230)가 아래방향으로 위치 조절된 모습이 도시되는데, 이는 정방향 회전과 역방향 회전의 밸브 개도각 조절 시 설계사양에 따라 자유롭게 조절된다.
예컨대, 토션스프링(200)의 타단(220)을 기어하우징(100) 측에 고정하고 일단(210)을 기어하우징(100)의 반대 측에 고정하는 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 바디고정용 고리(230)를 아래방향으로 위치 조절하면, 밸브의 정방향 또는 역방향 개도각은 증가하게 될 것이며, 만약 도 6와 달리 바디고정용 고리(230)를 윗방향으로 위치 조절하면 밸브의 정방향 또는 역방향 개도각은 감소하게 될 것이다.
본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의 일 실시예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 기어하우징
110 : 내측가이드
120 : 제1가이드바
130 : 제2가이드바
200 : 토션스프링
230 : 바디고정용 고리

Claims (4)

  1. 토션스프링;
    외주면에 기어이가 형성되고, 일면에 상기 토션스프링이 장착되는 기어하우징; 및
    상기 기어하우징으로부터 돌출형성되고 상기 토션스프링의 일단과 타단의 이동을 제한하는 제1가이드바; 및
    상기 제1가이드바와 이격된 거리에서, 상기 기어하우징으로부터 돌출형성되고, 상기 토션스프링의 외주연과 접하는 제2가이드바를 포함하되,
    상기 토션스프링에 바디고정용 고리가 형성되고,
    상기 제2가이드바는 상기 바디고정용 고리를 감싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 역회전이 가능한 토션스프링과 기어하우징의 장착구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2가이드바는 상기 토션스프링의 전체 외주연을 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 역회전이 가능한 토션스프링과 기어하우징의 장착구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바디고정용 고리는 상기 토션스프링의 일부분으로부터 원심방향으로 돌출연장되는 것을 특징으로 하는 역회전이 가능한 토션스프링과 기어하우징의 장착구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 바디고정용 고리는, 기 설정된 밸브 개도각에 따라 상기 토션스프링의 회전축방향으로 위치 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 토션스프링과 기어하우징의 장착구조.



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