KR102389708B1 - 포핏밸브 고정기능을 구비하는 이지알 밸브조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 배기가스가 유출입되는 유입구 및 유출구가 형성되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 수직으로 세워져 수직으로 왕복 이송 가능하도록 장착되며, 하단에 포핏밸브가 구비되어 상승 시 상기 유입구를 폐쇄시키고 하강 시 상기 유입구를 개방시키는 밸브샤프트; 상기 밸브샤프트의 상단에 고정결합되며, 일측에 고정턱이 돌출되는 샤프트브라켓; 상기 하우징 내부 중 상기 샤프트브라켓의 상측에 장착되어 구동모터에 의해 회전되며, 상기 유입구가 폐쇄되도록 밸브샤프트가 상승되었을 때 상기 고정턱의 저면에 걸리는 고정후크를 구비하는 판캠; 상기 샤프트브라켓의 상단에 회전 가능한 구조로 결합되어, 상기 판캠의 회전 시 상기 판캠의 외주면을 타고 구르면서 승강하는 구름롤러; 상기 밸브샤프트가 상승하는 방향으로 상기 밸브샤프트에 탄성력을 인가하는 가압스프링;을 포함하여 구성된다.

Description

포핏밸브 고정기능을 구비하는 이지알 밸브조립체 {EGR valve assembly having poppet valve fixing function}

본 발명은 판캠을 이용하여 구동모터의 회전력을 밸브샤프트의 직선운동으로 변환시킴으로써 포핏밸브를 승강시키는 이지알 밸브조립체에 관한 것으로, 더 상세하게는 배기가스 유입구를 폐쇄시키도록 작동된 포핏밸브가 역압에 의해 개방되지 아니하도록 포핏밸브를 고정시킬 수 있는 이지알 밸브조립체에 관한 것이다.

일반적으로 NOx(질소산화물)은 고압, 고온 시에 산소와 질소가 결합하여 발생하는 것으로, 이를 억제하기 위하여 대기 중으로 배출되는 배기가스 일부를 다시 흡기계통측에 공급하여 최고 연소온도를 낮추고, 산소 공급을 줄여 NOx의 생성을 저감시키는 EGR(exhaust gas recirculation) 시스템이 사용된다.

상기 EGR 시스템에서 대기 중으로 배출되는 배기가스 일부를 다시 흡기계통측에 공급하는 배기가스의 양에 따라 연료의 연소상태가 좌우됨으로 엔진의 출력과 배출가스에 함유되는 NOx과 PM(입자상 물질) 등에 영향을 미친다.

즉, EGR 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 실린더의 흡기장치로 되돌림으로써 엔진의 연소 온도를 내리고, NOx의 발생량을 저감시킨다. 상기와 같이 EGR 시스템에서는 리턴되는 배기가스의 양이 중요시되며, 상기 리턴되는 배기가스를 제어하는 것이 이지알 밸브조립체이다. 상기 이지알 밸브조립체는, 배기가스의 재순환을 제어할 수 있도록 재순환 유로에는 포핏밸브가 설치되고, 상기 포핏밸브에 결합된 샤프트 즉, 밸브샤프트의 승강 높이를 감지할 수 있도록 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 이지알 밸브조립체에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 이지알 밸브조립체의 단면도이고, 도 2는 종래의 이지알 밸브조립체의 내부구성을 도시하는 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 이지알 밸브조립체는, 배기가스가 유출입되는 유입구(12) 및 유출구(14)가 형성되되 유입구(12)의 내벽에 밸브안착부(16)가 구비되는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 내부에 수직으로 세워지되 하단에 결합된 포핏밸브(22)가 유입구(12)를 개폐시키도록 수직으로 왕복 이송되는 밸브샤프트(20)와, 구동모터(30)의 회전력에 의해 회전되는 동력전달기어(40) 및 출력기어(50)와, 상기 밸브샤프트(20)의 상단에 결합되되 출력기어(50)에 형성된 원호 형태의 캠홈(52)을 따라 이동하는 베어링(62)을 구비하는 연결링크(60)를 포함하여 구성된다.

상기 캠홈(52)은 곡률중심이 출력기어(50)의 중심점과 어긋나도록 형성되는바, 상기 출력기어(50)의 회전방향에 따라 상기 연결링크(60) 및 이에 결합된 밸브샤프트(20)는 상승 또는 하강을 하게 되고, 이에 따라 포핏밸브(22)는 출력기어(50)의 회전각도에 따라 유입구(12)를 적절한 비율로 개방시킬 수 있게 된다. 한편, 상기 출력기어(50)에는 밸브샤프트(20)가 상승하는 방향으로 회전탄성력을 인가하는 토션스프링(70)이 장착되므로, 별도의 외력이 인가되지 아니하는 동안에는 상기 유입구(12)가 폐쇄된 상태를 유지할 수 있게 된다.

이때, 캠홈(52)에 삽입된 베어링(62)이 캠홈(52) 내에서 상하로 흔들리면 상기 출력기어(50)가 회전되지 아니하고 고정된 상태이더라도 상기 유입구(12)의 개방률이 변경될 수 있으므로 상기 캠홈(52)의 폭은 베어링(62)의 외경과 동일하도록 형성됨이 바람직하다. 그러나 캠홈(52)의 폭이 베어링(62)의 외경과 완벽하게 동일하게 형성되면 상기 베어링(62)이 캠홈(52)의 길이방향으로 원활하게 구르지 못하게 되므로, 캠홈(52)의 폭은 베어링(62)의 외경보다 미세하게라도 크게 제작되어야 한다. 이와 같이 캠홈(52)의 폭이 베어링(62)의 외경보다 미세하게라도 크게 제작되면, 캠홈(52)의 폭과 베어링(62)의 외경 차이만큼 밸브샤프트(20)가 상하로 흔들릴 수 있으므로, 유입구(12)의 개방률이 일정하게 유지되지 못하여 배기가스의 유량을 정밀하게 제어할 수 없 다는 문제점이 있다.

또한 종래의 이지알밸브 조립체는 포핏밸브(22)를 고정시키는 별도의 구성이 없으므로, 도 1에 도시된 바와 같이 포핏밸브(22)가 유입구(12)를 막고 있는 상태에서 역압(Back Pressure)이 발생되었을 때 상기 포핏밸브(22)가 하강하여 유입구(12)가 개방될 수 있다. 이와 같이 포핏밸브(22)가 비정상적으로 개방되면, 엔진부조 및 고장모드에 의한 이상작동이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

KR 10-2015-0032473 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 포핏밸브를 승강시켜 배기가스 회수유로의 개방률을 조절하되 포핏밸브의 길이방향 흔들림을 방지함으로써 배기가스의 유량을 정밀하게 제어할 수 있고, 역압이 발생하더라도 포핏밸브가 하강하지 아니하도록 함으로써 배기가스 유입구가 비정상적으로 개방되는 현상을 방지할 수 있는 이지알 밸브조립체를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 배기가스가 유출입되는 유입구 및 유출구가 형성되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 수직으로 세워져 수직으로 왕복 이송 가능하도록 장착되며, 하단에 포핏밸브가 구비되어 상승 시 상기 유입구를 폐쇄시키고 하강 시 상기 유입구를 개방시키는 밸브샤프트; 상기 밸브샤프트의 상단에 고정결합되며, 일측에 고정턱이 돌출되는 샤프트브라켓; 상기 하우징 내부 중 상기 샤프트브라켓의 상측에 장착되어 구동모터에 의해 회전되며, 상기 유입구가 폐쇄되도록 밸브샤프트가 상승되었을 때 상기 고정턱의 저면에 걸리는 고정후크를 구비하는 판캠; 상기 샤프트브라켓의 상단에 회전 가능한 구조로 결합되어, 상기 판캠의 회전 시 상기 판캠의 외주면을 타고 구르면서 승강하는 구름롤러; 상기 밸브샤프트가 상승하는 방향으로 상기 밸브샤프트에 탄성력을 인가하는 가압스프링;을 포함하여 구성된다.

상기 샤프트브라켓은, 상기 밸브샤프트의 상측이 하측에 삽입되어 체결되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상면에 수직으로 세워지되 상호 평행하게 이격되는 한 쌍의 수직판을 구비하며, 상기 구름롤러는 상기 한 쌍의 수직판 사이에 자전 가능한 구조로 장착된다.

상기 몸체부의 하단으로부터 수평방향으로 연장되는 플랜지부를 더 포함하고, 상기 가압스프링은 하단이 상기 하우징의 내부 단턱에 안착되고 상단이 상기 플랜지부의 저면에 안착되는 코일스프링으로 적용된다.

상기 고정턱은 상기 몸체부와 상기 수직판 사이에 마련된다.

상기 판캠의 중심축을 둘러싸는 코일스프링 형상으로 형성되어 상기 유입구를 폐쇄시키는 방향으로 상기 판캠이 회전되도록 상기 판캠에 회전탄성력을 인가하는 토션스프링과, 상기 토션스프링의 외측면 전체 또는 일부를 둘러싸도록 원통형상을 이루는 스프링 가이드를 더 포함한다.

상기 샤프트브라켓은 일측 외측면에 마그네트를 구비하고, 상기 마그네트의 승강을 감지하여 상기 밸브샤프트의 승강거리를 산출하는 승강감지센서를 더 포함한다.

상기 판캠의 외주면 일측에는 캠돌부가 형성되고, 상기 하우징의 내측에는, 상기 밸브샤프트가 최대한 상승되도록 상기 판캠이 회전되었을 때 상기 캠돌부가 간섭되는 상승제한턱과, 상기 밸브샤프트가 최대한 하강되도록 상기 판캠이 회전되었을 때 상기 캠돌부가 간섭되는 하강제한턱이 구비된다.

상기 포핏밸브가 상기 유입구를 폐쇄시키도록 상기 밸브샤프트가 상승되었을 때 상기 캠돌부와 상기 상승제한턱의 접촉면 사이각은 5°이고, 상기 포핏밸브가 상기 유입구를 완전 개방시키도록 상기 밸브샤프트가 하강되었을 때 상기 캠돌부와 상기 하강제한턱의 접촉면 사이각은 10°로 설정된다.

상기 밸브샤프트의 중단을 감싸도록 상기 하우징 내부에 장착되는 상측부시 및 하측부시를 더 포함하되, 상기 상측부시와 하측부시는 상기 밸브샤프트의 길이방향을 따라 일정 거리 이격된다.

상기 밸브샤프트의 외측면 중 상기 하측부시와 대응되는 부위에는 카본제거홈이 형성되며, 상기 카본제거홈의 입구는 절곡된 모서리를 갖도록 형성된다.

상기 판캠과 상기 구름롤러 간의 접선방향과 상기 밸브샤프트의 길이방향이 직각에 가까워지도록, 상기 밸브샤프트의 길이방향은 상기 판캠의 회전중심을 벗어나게 오프셋(offset)된다.

본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 포핏밸브를 승강시켜 배기가스 회수유로의 개방률을 조절할 수 있고, 포핏밸브의 길이방향 흔들림을 방지함으로써 배기가스의 유량을 정밀하게 제어할 수 있으며, 역압이 발생하더라도 포핏밸브가 하강하지 아니하므로 배기가스 유입구가 비정상적으로 개방되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 이지알 밸브조립체의 단면도이다.
도 2는 종래의 이지알 밸브조립체의 내부구성을 도시하는 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체의 단면사시도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체의 내부구성을 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체에 포함되는 판캠과 샤프트브라켓의 배열구조를 도시하는 분해사시도이다.
도 7 및 도 8은 샤프트브라켓에 밸브샤프트 및 구름롤러의 결합구조를 도시하는 분해사시도 및 단면사시도이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체의 사용상태도이다.
도 13 및 도 14는 밸브샤프트의 위치에 따른 판캠과 구름롤러의 접촉각도를 도시하는 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체의 단면사시도 및 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체의 내부구성을 도시하는 사시도이다.

본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는 엔진에서 발생되는 배기가스를 엔진의 흡기관으로 재순환시켜 질소산화물을 저감시키기 위한 장치로서, 배기가스 유로를 개폐시키는 밸브샤프트(200)가 길이방향으로 흔들리지 아니하도록 함으로써 배기가스 유로의 개방률을 정밀하게 제어할 수 있고, 역압이 발생하더라도 포핏밸브(210)가 하강하지 아니하므로 배기가스 유입구(102)가 사용자의 의도에 반하여 비정상적으로 개방되는 현상이 발생하지 아니하게 된다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 배기가스가 유출입되는 유입구(102) 및 유출구(104)가 형성되는 하우징(100)과, 상기 하우징(100)의 내부에 수직으로 세워져 수직으로 왕복 이송 가능하도록 장착되며 하단에 포핏밸브(210)가 구비되어 상승 시 상기 유입구(102)를 폐쇄시키고 하강 시 상기 유입구(102)를 개방시키는 밸브샤프트(200)와, 상기 밸브샤프트(200)의 상단에 고정결합되며, 일측에 고정턱(302)이 돌출되는 샤프트브라켓(300)과, 상기 하우징(100) 내부 중 상기 샤프트브라켓(300)의 상측에 장착되어 구동모터(400)에 의해 회전되며 상기 유입구(102)가 폐쇄되도록 밸브샤프트(200)가 상승되었을 때 상기 고정턱(302)의 저면에 걸리는 고정후크(510)를 구비하는 판캠(500)과, 상기 샤프트브라켓(300)의 상단에 회전 가능한 구조로 결합되어 상기 판캠(500)의 회전 시 상기 판캠(500)의 외주면을 타고 구르면서 승강하는 구름롤러(600)와, 상기 유입구(102)를 폐쇄시키는 방향으로 상기 판캠(500)이 회전되도록 상기 판캠(500)에 회전탄성력을 인가하는 토션스프링(700)과, 상기 밸브샤프트(200)가 상승하는 방향으로 상기 밸브샤프트(200)에 탄성력을 인가하는 가압스프링(800)을 포함하여 구성된다.

상기 판캠(500)은 회전중심으로부터 외주면까지의 거리가 방향별로 상이하게 형성되어 있으므로, 상기 판캠(500)이 회전될 때 상기 판캠(500)의 외주면을 타고 구르는 구름롤러(600) 및 이와 결합된 밸브샤프트(200)는 상하로 이동하게 되고, 이에 따라 포핏밸브(210)는 유입구(102)를 개폐시키게 된다.

상기 유입구(102)의 내벽에는 링 형상의 밸브안착부(112)가 구비되는바, 포핏밸브(210)가 도 3에 도시된 바와 같이 밸브안착부(112)의 하단에 밀착되었을 때 상기 유입구(102)는 차단되고, 도 3에 도시된 상태에서 포핏밸브(210)가 하강하여 밸브안착부(112)로부터 이격되었을 때 상기 유입구(102)는 개방된다.

또한, 토션스프링(700)은 출력기어(430)에 회전탄성력을 인가할 수 있도록 상기 판캠(500)의 중심축을 둘러싸는 코일스프링으로 적용되는 것이 일반적인데, 토션스프링(700)이 코일스프링 형상으로 형성되면 판캠(500) 회전 시 상기 토션스프링(700)에 편하중이 발생되어 일측 권선에 응력이 집중될 수 있다. 이와 같이 토션스프링(700)의 일측 권선에 응력이 집중되면 상기 토션스프링(700)이 이탈되거나 파손되는 문제가 발생될 수 있다.

본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는 상기와 같은 토션스프링(700)의 이탈 및 파손을 방지할 수 있도록, 상기 토션스프링(700)의 외측면을 둘러싸는 원통형상의 스프링 가이드(710)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 토션스프링(700)의 외측면에 스프링 가이드(710)가 구비되면, 상기 토션스프링(700)에 편하중이 발생되더라도 토션스프링(700)이 일측으로 치우치거나 기울어지는 현상을 방지할 수 있으므로, 토션스프링(700)의 이탈 및 파손을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 이때, 상기 스프링 가이드(710)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 토션스프링(700)의 외측면 일부를 감싸도록 형성될 수도 있고, 상기 토션스프링(700)의 외측면 전체를 감싸도록 형성될 수도 있다.

한편, 상기 구동모터(400)의 회전력이 곧바로 출력기어(430)로 전달되면 상기 출력기어(430)가 매우 빠른 속도로 회전되므로, 밸브샤프트(200)의 승강 거리를 정밀하게 조절하기 어렵고, 이에 따라 유입구(102)의 개방률을 정밀하게 제어하는데 한계가 발생될 수 있다. 따라서 상기 구동모터(400)의 모터기어(410)와 출력기어(430) 사이에는, 상기 구동모터(400)의 회전력을 감속시켜 상기 출력기어(430)로 전달하는 동력전달기어(420)가 구비될 수 있다.

본 실시예에서는 모터기어(410)와 출력기어(430) 사이에 동력전달기어(420)가 하나만 장착되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 동력전달기어(420)의 개수는 모터기어(410)와 출력기어(430) 간의 목표 감속비에 따라 둘 이상 장착될 수도 있다.

또한 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 상기 판캠(500)이 일측으로 회전할수록 포핏밸브(210)가 밸브안착부(112)에 밀착되고, 상기 판캠(500)이 타측으로 회전할수록 포핏밸브(210)가 밸브안착부(112)와 이격되도록 구성된다. 이때, 상기 판캠(500)이 과도하게 회전되면 포핏밸브(210)가 밸브안착부(112)에 과도하게 압착되어 포핏밸브(210)나 밸브안착부(112)가 손상되거나, 포핏밸브(210)와 밸브안착부(112) 간의 이격거리가 과도해져서 유입구(102)의 개방률이 필요 이상으로 증가될 수 있다.

본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 판캠(500)의 회전각도가 제한되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 판캠(500)의 외주면 일측에는 캠돌부(520)가 형성되고, 상기 하우징(100)의 내측에는 상기 밸브샤프트(200)가 최대한 상승되도록 상기 판캠(500)이 회전되었을 때 상기 캠돌부(520)가 간섭되는 상승제한턱(110)과, 상기 밸브샤프트(200)가 최대한 하강되도록 상기 판캠(500)이 회전되었을 때 상기 캠돌부(520)가 간섭되는 하강제한턱(120)이 구비될 수 있다.

이와 같이 판캠(500)에 캠돌부(520)가 형성되고 하우징(100) 내부에 상승제한턱(110)과 하강제한턱(120)이 형성되면, 상기 판캠(500)은 캠돌부(520)가 상승제한턱(110)과 하강제한턱(120) 사이에 위치하는 범위 내에서만 회전할 수 있으므로, 밸브샤프트(200) 및 이에 결합된 포핏밸브(210)의 승강거리가 일정한 범위 이내로 제한될 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 판캠(500)의 회전에 의해 밸브샤프트(200)가 승강될 때 상기 밸브샤프트(200)가 측방으로 기울어지거나 흔들리지 아니하고 안정적으로 왕복 이송될 수 있도록, 상기 밸브샤프트(200)의 중단을 감싸는 상측부시(140) 및 하측부시(150)를 더 포함할 수 있다. 상기 상측부시(140) 및 하측부시(150)는 하우징(100) 내부에 장착되되, 상기 밸브샤프트(200)의 길이방향을 따라 일정 거리 이격되는바, 밸브샤프트(200)의 기울어짐이나 흔들림을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 배기가스가 유입되는 측의 부시 즉, 하측부시(150)의 내측면에는 카본이 퇴적될 수 있는데, 이와 같이 하측부시(150)의 내측면에 카본이 퇴적되면 밸브샤프트(200)가 정상적으로 왕복 이송하지 못하는 문제가 발생될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 상기 밸브샤프트(200)의 외측면 중 상기 하측부시(150)와 대응되는 부위에 카본제거홈(202)이 형성될 수 있다. 상기 카본제거홈(202)의 입구는 절곡된 모서리를 갖도록 형성되므로, 하측부시(150)의 내측면에 퇴적된 카본은 카본제거홈(202)의 입구 모서리에 긁혀 제거될 수 있게 된다.

또한, 이지알 밸브조립체는 배기가스 유로의 개방률을 산출하기 위하여, 상기 하우징(100) 내부에 고정결합되어 밸브샤프트(200)의 승강거리를 감지하는 승강감지센서(130)를 구비한다. 일반적으로 승강감지센서(130)는 밸브샤프트(200)에 장착된 마그네트(132)의 높이를 감지하여 밸브샤프트(200)의 승강거리를 판단하도록 구성되는데, 상기 밸브샤프트(200)는 외주면이 곡면을 이루므로 상기 밸브샤프트(200)에 마그네트(132)를 직접 장착시키는데 어려움이 있을 수 있다.

본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 마그네트(132)가 밸브샤프트(200)의 외주면에 장착되는 것이 아니라 상기 밸브샤프트(200)와 일체로 결합된 샤프트브라켓(300)에 장착되도로 구성될 수 있다. 상기 샤프트브라켓(300)은 마그네트(132)의 형상 및 규격에 맞춰 측면 형상을 자유롭게 변경시킬 수 있으므로, 마그네트(132)를 용이하게 장착시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 상기 마그네트(132)가 평면을 이루는 샤프트브라켓(300)의 측면에 장착되도록 구성되면, 상기 마그네트(132)의 크기를 증대시킬 수 있으므로, 승강감지센서(130)의 위치에 약간의 오차가 있더라도 밸브샤프트(200)의 승강거리를 정확하게 산출할 수 있게 된다는 장점이 있다.

도 6은 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체에 포함되는 판캠(500)과 샤프트브라켓(300)의 배열구조를 도시하는 분해사시도이고, 도 7 및 도 8은 샤프트브라켓(300)에 밸브샤프트(200) 및 구름롤러(600)의 결합구조를 도시하는 분해사시도 및 단면사시도이다.

상기 샤프트브라켓(300)은 구름롤러(600)를 회전 가능한 구조로 밸브샤프트(200) 상단에 장착시키기 위한 구성요소로서, 상기 밸브샤프트(200)의 상측이 하측에 삽입되어 체결되는 몸체부(310)와, 상기 몸체부(310)의 상면에 수직으로 세워지되 상호 평행하게 이격되는 한 쌍의 수직판(320)을 구비하도록 구성된다.

상기 몸체부(310)로 삽입된 밸브샤프트(200)는 몸체부(310)의 측벽에 형성된 핀홀(312)을 관통하도록 삽입되는 체결핀(340)에 의해 몸체부(310)에 고정결합되고, 상기 구름롤러(600)는 상기 한 쌍의 수직판(320) 사이에 삽입되되 수직판(320)에 형성된 샤프트홀(322)을 관통하도록 삽입되는 롤러샤프트(350)에 의해 상기 한 쌍의 수직판(320)에 자전 가능한 구조로 장착된다. 이때 상기 고정턱(302)은 상기 몸체부(310)와 상기 수직판(320) 사이에 마련된다.

상기 구름롤러(600)와 밸브샤프트(200)가 샤프트브라켓(300)에 결합되는 구조는 본 실시예에 도시된 구조로 한정되지 아니한다. 즉, 상기 구름롤러(600)가 샤프트브라켓(300)에 결합된 상태에서 회전이 가능하고, 상기 밸브샤프트(200)의 상단이 샤프트브라켓(300)에 고정될 수 있다면, 상기 구름롤러(600)와 밸브샤프트(200)가 샤프트브라켓(300)에 결합되는 구조는 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 종래의 이지알 밸브조립체는 베어링(62)이 캠홈(52)에 삽입되어 슬라이딩되므로 베어링(62)과 캠홈(52)의 규격에 오차가 발생되면 밸브샤프트(20)가 상하방향으로 흔들릴 수 있지만, 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는 밸브샤프트(200)의 상단에 결합된 구름롤러(600)가 가압스프링(800)에 의해 판캠(500)의 외주면에 탄성적으로 밀착되도록 구성되므로 구름롤러(600) 및 판캠(500)의 규격에 약간의 오차가 발생하더라도 구름롤러(600) 및 이에 결합된 밸브샤프트(200)가 상하방향으로 흔들리지 아니하게 된다는 장점이 있다.

이때, 상기 가압스프링(800)이 밸브샤프트(200)에 안정적으로 탄성력을 인가할 수 있도록, 상기 몸체부(310)의 하단에는 수평방향으로 연장되는 플랜지부(330)가 추가로 구비되며, 상기 가압스프링(800)은 하단이 상기 하우징(100)의 내부 단턱에 안착되고 상단이 상기 플랜지부(330)의 저면에 안착되는 코일스프링 형상으로 제작되어 적용될 수 있다.

이와 같이 상기 가압스프링(800)이 코일스프링으로 적용되면, 항상 일정한 크기의 탄성력을 밸브샤프트(200)로 인가할 수 있으므로, 구름롤러(600)와 판캠(500) 외주면 간의 밀착력이 일정하게 유지될 수 있고, 이에 따라 상기 구름롤러(600)가 판캠(500) 외주면을 안정적으로 구를 수 있게 된다는 장점이 있다.

도 9 내지 도 12는 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체의 사용상태도이다.

도 9에 도시된 바와 같이 판캠(500)의 외주면 중 회전축과 가장 가까운 지점에 구름롤러(600)가 위치되었을 때, 상기 밸브샤프트(200)는 가압스프링(800)의 탄성에 의해 최대한 높은 지점에 위치하게 되고, 이에 따라 포핏밸브(210)는 밸브안착부(112)에 밀착되어 유입구(102)를 폐쇄시킨 상태가 된다. 이때 상기 밸브샤프트(200)에는 항상 가압스프링(800)의 상향 탄성력이 인가되고 있으므로, 상기 밸브샤프트(200)는 외부 진동이나 외력이 인가되더라도 수직으로 흔들리지 아니하고 고정된 상태를 유지할 수 있게 된다.

한편, 도 9에 도시된 상태에서 역압이 발생하면 포핏밸브(210)가 하향으로 당겨져 유입구(102)가 개방되어 엔진부조 등과 같은 각종 이상이 발생될 우려가 있다. 그러나 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는 밸브샤프트(200)가 최대한 상승되었을 때 판캠(500)의 고정후크(510)가 샤프트브라켓(300)의 고정턱(302)의 저면에 밀착되도록 걸리게 되므로, 상기 샤프트브라켓(300) 및 이에 결합된 밸브샤프트(200)는 하강하지 못하고 고정된 상태를 유지하게 된다.

또한, 도 9에 도시된 상태에서 판캠(500)이 과도하게 반시계방향으로 회전하지 못하도록, 판캠(500)의 캠돌부(520)는 상승제한턱(110)에 인접하게 된다. 이때, 상기 캠돌부(520)가 상승제한턱(110)에 접하도록 설계되면 포핏밸브(210)가 유입구(102)를 폐쇄시킬 때마다 캠돌부(520)가 상승제한턱(110)에 부딪히는 현상이 발생되는바, 상기 캠돌부(520)와 상승제한턱(110)의 접촉면은 미세하게 이격된 상태를 유지함이 바람직하다. 예를 들어 상기 포핏밸브(210)가 상기 유입구(102)를 폐쇄시키도록 상기 밸브샤프트(200)가 상승되었을 때 상기 캠돌부(520)와 상기 상승제한턱(110)의 접촉면 사이각(a)은 5°로 설정될 수 있다.

도 9에 도시된 상태에서 출력기어(430) 및 이에 결합된 판캠(500)이 시계방향으로 회전하면, 상기 구름롤러(600)는 도 10에 도시된 바와 같이 판캠(500)의 외주면을 타고 굴러 상기 판캠(500)의 회전축과 일정거리 멀어진 지점에 위치하게 된다. 이와 같이 판캠(500)이 회전되어 구름롤러(600)가 판캠(500)의 회전축과 멀리 떨어지게 되면 밸브샤프트(200)는 하강하게 되고, 이에 따라 상기 포핏밸브(210)는 밸브안착부(112)와 이격되어 유입구(102)가 일부 개방된다.

또한 도 10에 도시된 상태에서 출력기어(430) 및 이에 결합된 판캠(500)이 시계방향으로 더 회전하면, 상기 구름롤러(600)는 도 11에 도시된 바와 같이 판캠(500)의 외주면 중 판캠(500)의 회전축과 더 멀리 떨어진 지점에 위치하게 된다. 이와 같이 구름롤러(600)가 위치하게 되면, 밸브샤프트(200)는 더욱 하강하게 되고, 포핏밸브(210)는 밸브안착부(112)와 멀리 이격되어 유입구(102) 개방상태를 구현하게 된다.

반대로 도 11에 도시된 상태에서 판캠(500)이 반시계방향으로 회전하면, 도 10에 도시된 상태를 거쳐 도 9에 도시된 상태와 같이 포핏밸브(210)가 유입구(102)를 폐쇄시키는 상태로 되돌아가게 된다. 상기 언급한 바와 같이 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는 출력기어(430)에 결합된 판캠(500)의 회전에 따라 유입구(102)의 개방률이 변경되는바, 출력기어(430)의 회전각도를 조절함으로써 유입구(102)의 개방률을 자유롭게 제어할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 판캠(500)의 외주면을 타고 구르는 구름롤러(600)가 항상 탄성적으로 판캠(500)의 외주면에 압착된 상태를 유지하므로, 판캠(500)의 회전이 고정된 상태에서 밸브샤프트(200)가 상하방향으로 흔들려 유입구(102)의 개방률이 변경되는 현상이 발생하지 아니하게 된다는 장점이 있다.

한편, 도 11에 도시된 유입구(102) 개방상태보다 출력기어(430) 및 판캠(500)이 시계방향으로 더 회전하면 도 12에 도시된 바와 같이 밸브샤프트(200)가 최대한 하강하여 유입구(102)가 최대한 개방된 상태가 되고, 상기 캠돌부(520)는 상기 밸브샤프트(200)가 더 이상 하강하지 못하도록 하강제한턱(120)에 간섭된다. 이와 같이 캠돌부(520)가 하강제한턱(120)에 간섭되면 소음 및 부품 손상을 발생시킬 수 있으므로, 상기 밸브샤프트(200)는 통상적으로 도 9 내지 도 11에 도시된 범위 내에서 승강하도록 설정됨이 바람직하다.

도 11에 도시된 바와 같이 유입구(102) 개방상태가 되었을 때 캠돌기와 하강제한턱(120)은 일정 간격 이격되도록 설정됨이 바람직하다. 예를 들어 상기 포핏밸브(210)가 상기 유입구(102)를 완전 개방시키도록 상기 밸브샤프트(200)가 하강되었을 때 상기 캠돌부(520)와 상기 하강제한턱(120)의 접촉면 사이각(b)은 10°로 설정될 수 있다.

도 13 및 도 14는 밸브샤프트(200)의 위치에 따른 판캠(500)과 구름롤러(600)의 접촉각도를 도시하는 측면도이다.

밸브샤프트(200)를 승강시키는 판캠(500)은 일측으로 회전할수록 직경이 커지는바, 도 11에 도시된 바와 같이 판캠(500)의 회전축과 밸브샤프트(200)의 길이방향이 일치하게 되면 판캠(500)과 구름롤러(600)의 접선(C) 방향이 수평을 이루는 것이 아니라 일측으로 기울어진 상태를 유지하게 된다.

이와 같이 판캠(500)과 구름롤러(600)의 접선(C) 방향이 일측으로 기울어지면, 판캠(500)이 구름롤러(600)를 가압하는 힘의 방향(점선화살표)이 밸브샤프트(200)의 길이방향과 어긋나게 되고, 이에 따라 밸브샤프트(200)를 승강시키는 구동효율이 떨어지는 문제가 발생될 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 이지알 밸브조립체는, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 판캠(500)과 상기 구름롤러(600) 간의 접선(C) 방향과 상기 밸브샤프트(200)의 길이방향이 직각에 가까워지도록, 상기 밸브샤프트(200)가 판캠(500)의 회전중심으로부터 오프셋(offset)됨이 바람직하다. 이와 같이 밸브샤프트(200)의 길이방향이 판캠(500)의 회전중심으로부터 오프셋되면, 판캠(500)과 구름롤러(600) 간의 접선(C) 방향과 밸브샤프트(200)의 길이방향이 직각에 가까워지고, 판캠(500)이 구름롤러(600)를 가압하는 힘의 방향(점선화살표)이 밸브샤프트(200)의 길이방향을 향하게 된다. 즉, 상기 판캠(500)은 밸브샤프트(200)를 길이방향으로 가압하게 되므로, 상기 밸브샤프트(200)를 승강시키는 구동효율이 높아진다는 장점이 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 : 하우징 102 : 유입구
104 : 유출구 110 : 상승제한턱
112 : 밸브안착부 120 : 하강제한턱
130 : 승강감지센서 132 : 마그네트
140 : 상측부시 150 : 하측부시
200 : 밸브샤프트 202 : 카본제거홈
210 : 포핏밸브 300 : 샤프트브라켓
302 : 고정턱 310 : 몸체부
312 : 핀홀 320 : 수직판
322 : 샤프트홀 330 : 플랜지부
340 : 체결핀 350 : 롤러샤프트
400 : 구동모터 410 : 모터기어
420 : 동력전달기어 430 : 출력기어
500 : 판캠 510 : 고정후크
520 : 캠돌부 600 : 구름롤러
700 : 토션스프링 710 : 스프링가이드
800 : 가압스프링

Claims (11)

1. 배기가스가 유출입되는 유입구 및 유출구가 형성되는 하우징;
   상기 하우징의 내부에 수직으로 세워져 수직으로 왕복 이송 가능하도록 장착되며, 하단에 포핏밸브가 구비되어 상승 시 상기 유입구를 폐쇄시키고 하강 시 상기 유입구를 개방시키는 밸브샤프트;
   상기 밸브샤프트의 상단에 고정결합되며, 일측에 고정턱이 돌출되는 샤프트브라켓;
   상기 하우징 내부 중 상기 샤프트브라켓의 상측에 장착되어 구동모터에 의해 회전되며, 상기 유입구가 폐쇄되도록 밸브샤프트가 상승되었을 때 상기 고정턱의 저면에 걸리는 고정후크를 구비하는 판캠;
   상기 샤프트브라켓의 상단에 회전 가능한 구조로 결합되어, 상기 판캠의 회전 시 상기 판캠의 외주면을 타고 구르면서 승강하는 구름롤러;
   상기 밸브샤프트가 상승하는 방향으로 상기 밸브샤프트에 탄성력을 인가하는 가압스프링;
   을 포함하며,
   상기 판캠의 외주면 일측에는 캠돌부가 형성되고,
   상기 하우징의 내측에는, 상기 밸브샤프트가 최대한 상승되도록 상기 판캠이 회전되었을 때 상기 캠돌부가 간섭되는 상승제한턱과, 상기 밸브샤프트가 최대한 하강되도록 상기 판캠이 회전되었을 때 상기 캠돌부가 간섭되는 하강제한턱이 구비되는 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 샤프트브라켓은, 상기 밸브샤프트의 상측이 하측에 삽입되어 체결되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상면에 수직으로 세워지되 상호 평행하게 이격되는 한 쌍의 수직판을 구비하며,
   상기 구름롤러는 상기 한 쌍의 수직판 사이에 자전 가능한 구조로 장착되는 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 몸체부의 하단으로부터 수평방향으로 연장되는 플랜지부를 더 포함하고,
   상기 가압스프링은 하단이 상기 하우징의 내부 단턱에 안착되고 상단이 상기 플랜지부의 저면에 안착되는 코일스프링인 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 고정턱은 상기 몸체부와 상기 수직판 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 판캠의 중심축을 둘러싸는 코일스프링 형상으로 형성되어, 상기 유입구를 폐쇄시키는 방향으로 상기 판캠이 회전되도록 상기 판캠에 회전탄성력을 인가하는 토션스프링과,
   상기 토션스프링의 외측면 전체 또는 일부를 둘러싸도록 원통형상을 이루는 스프링 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 샤프트브라켓은 일측 외측면에 마그네트를 구비하고,
   상기 마그네트의 승강을 감지하여 상기 밸브샤프트의 승강거리를 산출하는 승강감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 포핏밸브가 상기 유입구를 폐쇄시키도록 상기 밸브샤프트가 상승되었을 때 상기 캠돌부와 상기 상승제한턱의 접촉면 사이각은 5°이고,
   상기 포핏밸브가 상기 유입구를 완전 개방시키도록 상기 밸브샤프트가 하강되었을 때 상기 캠돌부와 상기 하강제한턱의 접촉면 사이각은 10°인 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸브샤프트의 중단을 감싸도록 상기 하우징 내부에 장착되는 상측부시 및 하측부시를 더 포함하되, 상기 상측부시와 하측부시는 상기 밸브샤프트의 길이방향을 따라 일정 거리 이격되는 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 밸브샤프트의 외측면 중 상기 하측부시와 대응되는 부위에는 카본제거홈이 형성되며,
    상기 카본제거홈의 입구는 절곡된 모서리를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 판캠과 상기 구름롤러 간의 접선방향과 상기 밸브샤프트의 길이방향이 직각에 가까워지도록, 상기 밸브샤프트의 길이방향은 상기 판캠의 회전중심을 벗어나게 오프셋(offset)되는 것을 특징으로 하는 이지알 밸브조립체.

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