KR20130032967A - Ｅｇｒ 밸브 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 EGR 밸브 조립체에 관한 것으로, 하부에 배기가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 일측에 상기 배기가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 유입구와 배출구 사이에는 제 1 및 제 2배출가스 유로가 형성되는 하우징, 상기 하우징에 결합되어 상기 제 1 및 제 2배출가스 유로 사이를 개폐하는 EGR 밸브, 상기 EGR 밸브의 상부에 내장되어 EGR 밸브의 개폐 위치를 감지하는 감지부 및 상기 EGR 밸브와 감지부의 상부를 차폐하는 커버를 포함하고, 상기 EGR 밸브는 전자제어유닛의 제어신호에 기초하여 정역 회전하는 모터, 상기 모터의 회전운동을 전달받아 승강 동작하는 밸브 로드 및 상기 밸브 로드의 하단에 설치되어 상기 제 2배출가스 유로를 개폐하는 밸브시트 플레이트를 포함하며, 상기 밸브 로드의 일부분은 상기 모터의 회전축 내부에 나사 결합되는 구성을 마련한다.
상기와 같은 EGR 밸브 조립체를 이용하는 것에 의해, 본 발명은 모터의 회전운동을 이용해 직접 밸브 로드를 승강 동작시켜 회전력 손실 없이 EGR 밸브를 개폐함에 따라, EGR 밸브의 응답성을 향상시키고, 밸브 결합부재와 하우징을 통해 냉각수를 순환시켜 재순환되는 배기가스의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지한다.

Description

ＥＧＲ 밸브 조립체{EXHAUST GAS RECIRCULATION VALVE ASSEMBLY}

본 발명은 EGR 밸브 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스를 흡기 매니폴드로 재순환시켜 배기가스의 질소산화물을 감소시키는 EGR 밸브 조립체에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 배기가스는 연료가 실린더 내에서 고온·고압으로 압축되어 팽창된 다음 배기 매니폴드를 통해 대기 속으로 배출되는 가스이다.

이러한 배기가스는 대부분 수증기와 이산화탄소이며, 그밖에 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질을 포함하고 있다.

배기가스 재순환장치(EGR: Exhaust Gas Recirculation System)는 배기가스 중의 질소산화물을 감소시키는 수단으로서, 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드로 다시 돌려보내어 혼합기가 연소될 때 연소 온도를 낮추어 질소산화물(NOx)의 생성량을 저감한다.

즉, 상기 질소산화물(NOx)은 연소온도를 저하시켜 발생량을 감소시킬 수 있고, 이러한 연소온도는 연소속도의 영향을 가장 많이 받는 것이므로 실린더 혼합기 자체의 공연비를 변화시키지 않고 밀도를 저하시키게 된다.

그러므로 연소속도가 저하되고 연소온도의 상승이 억제되면, 결과적으로 질소산화물을 저감시킬 수 있게 된다.

한편 배기가스 재순환밸브(Exhaust Gas Recirculation Valve, 이하 'EGR 밸브'라 함)는 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 설치되어 공전 및 워밍업 이외의 회전에서만 EGR 밸브의 제어에 의해 통로를 개폐한다.

공전 및 워밍업 전에는 작동되지 않다가 공전 및 워밍업 이외의 회전에서 스로틀 밸브가 열리는 양에 따라 EGR 밸브를 열어 엔진의 흡기 매니폴드에 배기가스의 일부를 재순환시켜 가능한 한 엔진 출력의 감소를 최소로 하면서 연소온도를 낮추어 질소산화물(NOx)의 배출량을 감소시키는 역할을 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 배기가스 재순환장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 EGR 밸브의 내부 구성을 보인 단면사시도이다.

배기가스 재순환장치는 엔진(102)에서 연소된 후 배기가스가 배출되는 배기 매니폴드(104)와 엔진(102)으로 흡기가 공급되는 흡기 매니폴드(106) 사이에 연결되어 배기 매니폴드(104)를 통과하는 배기가스 중 일부를 흡기 매니폴드(106)로 재순환시키는 EGR 파이프(108), EGR 파이프(108) 상에 설치되어 EGR 파이프(108)의 개폐 작용을 하는 EGR 밸브조립체(110) 및 EGR 파이프(108) 상에 설치되어 EGR 파이프(108)를 통과하는 배기가스를 냉각하는 EGR 쿨러(112)로 구성된다.

EGR 밸브조립체(110)는 흡기 매니폴드(106)에 형성되는 부압에 의해 개폐되어서 흡기 매니폴드(106)로 재순환되는 배기 가스량을 조절한다.

EGR 쿨러(112)는 EGR 파이프(108)가 양단에 연결되고, 그 일측에는 엔진의 냉각수가 유입되는 유입구(120)가 형성되고 타측에는 EGR 쿨러(112)를 통과하면서 냉각작용을 완료한 냉각수가 배출되는 배출구(122)가 형성된다.

이와 같은 배기가스 재순환장치는 흡기관에 형성되는 부압에 의해 EGR 밸브조립체(110)가 작동되면서 EGR 파이프(108)를 개방하면, 배기 매니폴드(104)를 통과하는 배기가스 중 일부가 EGR 파이프(108)를 통해 흡입 매니폴드(106)로 공급되어 흡기와 함께 엔진(102)의 연소실로 공급된다.

이때, EGR 파이프(108)를 통과하는 배기가스는 EGR 클러(112)에 의해 냉각된다.

한편, EGR 밸브 조립체(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, EGR 파이프(108)에 설치되는 관체(130)와 관체(130)에 설치되어 배기가스의 흐름을 제어하는 EGR 밸브(140) 및 관체(130)와 EGR 밸브(140) 사이에 설치되는 가스켓(150)을 포함한다.

이때, EGR 밸브(140)에는 전자제어유닛에 제어에 따라 구동되는 모터(141)가 내장된다.

하지만, 종래의 EGR 밸브조립체(110)에 내장되는 모터(141)는 도 2에 도시된 바와 같이, 관체(130)의 배기가스 유로를 개폐시키도록 상하 운동하는 샤프트(142)와 수직하게 설치된다.

그래서 종래의 EGR 밸브조립체(110)는 모터(141)의 회전운동을 모터축과 수직 방향을 따라 상하 운동하는 샤프트(142)로 전달하기 위해 모터(141)의 회전시 회전량을 조절하는 감속기어, 감속기어에 연결된 레버 및 레버의 선단에 결합되는 캠과 같은 별도의 운동전달기구를 구비해야만 한다.

즉, 종래의 EGR 밸브조립체는 모터(141)의 회전운동을 별도의 운동전달기구를 이용해 샤프트(142)에 전달하기 때문에 샤프트(142)의 응답 속도가 느려 EGR 밸브(140)의 응답성이 불량한 문제점이 있었다.

이에 따라, 종래의 EGR 밸브(140)는 배기가스의 양을 정밀하게 제어하는데 한계가 있었다.

또한 종래의 EGR 밸브(140)는 모터(141)의 회전운동을 샤프트(142)로 전달하기 위한 별도의 운동전달기구가 구비되어야 하므로, 제품의 구성이 복잡하고 제작비용이 증가하는 문제점이 있었다.

그리고 종래의 배기가스 재순환장치는 배기가스의 효과적인 냉각을 위해 EGR 쿨러(112)의 용량을 증대시키는 경우, 배압이 상승하게 되고 무게 및 크기가 증가하여 설치 공간이 커지고 설계상 많은 제약을 받게 되는 문제점이 있었다.

또한 종래의 EGR 밸브조립체는 EGR 쿨러(112)를 이용해 배기가스의 온도를 낮추지만, 고온의 배기가스가 통과되는 EGR 밸브(140) 자체를 냉각하지 못함에 따라 고온으로 인한 EGR 밸브(140)의 오작동이 발생하는 문제점이 있었다.

한편, 대한민국 특허 공개번호 제10-2011-0028878호(2011년 3월 22일자 공개, 이하 '특허문헌 1'이라 함)에는 자동차용 EGR 밸브가 개시되어 있다.

도 3은 특허문헌 1에 따른 자동차용 EGR 밸브의 단면도이다.

특허문헌 1은 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브본체(1) 내에 배치되고 모터(2)의 구동기어(2a)와 치합되어 축 회전되는 회전기어(3), 회전기어(3)와 나사 결합되어 승강되는 샤프트(4), 샤프트(4)의 상부에 배치되는 센서(5), 회전기어(3)가 원상태로 복귀되도록 탄성 지지하는 스프링(6), 스프링(6)의 외부를 덮어씌우는 스프링커버 및 샤프트(4)의 상단부에 설치되는 접촉가압부재(7)를 포함한다.

접촉가압부재(7)는 서로 편심 배치된 샤프트(4)와 센서(5)의 프로브(5a) 간에 서로 접촉 가압되는 위치를 조절하는 위치조절수단으로서, 샤프트(4)의 상단 외주면에 억지 끼움 결합되어 상하로 슬라이딩 가능하게 설치된다.

이러한 접촉가압부재(7)는 샤프트(4)의 상단 외주면을 감싸는 결합관체(8)와 결합관체(8)의 상단부에 센서(5)의 프로브(5a)를 접촉 가압하기 위한 플랜지부(9)를 구비한다.

이와 같이 구성되는 특허문헌 1에 따른 자동차용 EGR 밸브는 샤프트의 상단에 승강 조절 가능한 접촉가압부재를 마련하는 동시에 샤프트와 센서의 프로브를 편심 배치하여 접촉가압부재와 프로브 간의 접촉 가압 정도를 필요에 따라 적절히 조절하면서 정확한 센서의 출력값을 얻을 수 있다.

하지만, 특허문헌 1에 따른 자동차용 EGR 밸브는 모터와 샤프트, 센서의 프로브를 서로 편심 배치함에 따라 이들을 서로 연결하기 위한 별도의 연결수단을 구비해야만 함에 따라, 밸브의 응답성이 저하되고, 제품의 구성이 복잡해지는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 공개번호 제10-2011-0028878호(2011년 3월 22일자 공개)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 모터 구동시 EGR 밸브에 구비된 샤프트의 응답성을 향상시킬 수 있는 EGR 밸브 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 배기가스 재순환장치를 통해 재순환되는 배기가스의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 EGR 밸브 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 밸브의 위치를 감지하는 감지센서의 출력값을 안정적으로 출력하게 하는 EGR 밸브 조립체를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 하부에 배기가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 일측에 상기 배기가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 유입구와 배출구 사이에는 제 1 및 제 2배출가스 유로가 형성되는 하우징, 상기 하우징에 결합되어 상기 제 1 및 제 2배출가스 유로 사이를 개폐하는 EGR 밸브, 상기 EGR 밸브의 상부에 내장되어 EGR 밸브의 개폐 위치를 감지하는 감지부 및 상기 EGR 밸브와 감지부의 상부를 차폐하는 커버를 포함하고, 상기 EGR 밸브는 전자제어유닛의 제어신호에 기초하여 정역 회전하는 모터, 상기 모터의 회전운동을 전달받아 승강 동작하는 밸브 로드 및 상기 밸브 로드의 하단에 설치되어 상기 제 2배출가스 유로를 개폐하는 밸브시트 플레이트를 포함하며, 상기 밸브 로드의 일부분은 상기 모터의 회전축 내부에 나사 결합된다.

상기 모터는 회전축의 코어 상에 아마추어 코일이 권선된 아마추어 조립체, 영구자석을 구비한 요크 조립체 및 상기 모터의 상부에 결합되는 캡을 포함하고, 상기 아마추어 조립체는 회전축에 일체로 고정되어 있는 코어, 상기 코어의 슬롯에 권선되는 아마추어 코일 및 상기 회전축에 일체로 고정되고 상기 아마추어 코일이 접속되는 정류자를 포함하며, 상기 회전축은 중앙부에 상기 밸브 로드가 결합되는 결합공간이 형성된 원통 형상으로 형성되고, 상기 회전축의 내주면에는 나사산이 형성되며, 상기 밸브 로드는 상기 회전축의 나사산에 대응되는 위치에 나사산이 형성된 나사부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전축의 상단에는 기어가 형성되고, 상기 감지부는 상기 기어에 치합되어 회전운동하는 센서기어, 상기 센서기어에 설치되는 센서 마그네트 및 상기 센서기어의 회전시 상기 센서 마그네트의 자속밀도 변화를 감지하는 홀센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서기어의 하부에는 상기 센서기어의 원통 부분이 삽입되도록 링 형상으로 형성되는 진동흡수수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 회전축의 상단에는 원판부가 형성되고, 상기 감지부는 상기 원판부의 상면에 설치되는 센서 마그네트 및 상기 센서기어의 회전시 상기 센서 마그네트의 자속밀도 변화를 감지하는 홀센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브 로드의 나사부 하부에는 외측을 향해 돌출되게 돌출리브가 형성되고, 상기 모터의 하단부에는 상기 돌출리브를 고정하도록 상기 돌출리브가 형성된 밸브 로드의 단면에 대응되는 형상으로 고정홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 EGR 밸브는 상기 밸브 로드의 하강 동작시 상기 밸브 로드에 결합된 스프링 홀더에 의해 압축되어 상기 모터의 역회전 이상 시 또는 상기 밸브 로드의 상승 동작시 밸브 로드에 탄성력을 인가하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 EGR 밸브는 상기 모터가 설치되는 밸브 본체 및 상기 밸브 본체와 하우징을 연결하는 밸브 결합부재를 포함하고, 상기 밸브 결합부재의 내부에는 일측에 결합된 냉각수 공급 파이프를 통해 공급된 냉각수를 상기 하우징으로 전달하는 공급유로와 상기 하우징으로부터 배출되는 냉각수를 외부로 배출하는 배출유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징의 상면에는 상기 공급유로를 통해 전달되는 냉각수를 순환시켜 상기 배출유로를 통해 배출하는 순환유로가 요입되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 모터는 회전축의 코어 상에 아마추어 코일이 권선된 아마추어 조립체, 상기 아마추어 조립체의 외곽에 설치되는 영구자석을 구비한 요크 조립체 및 상기 요크 조립체의 상부에 결합되는 캡을 포함하고, 상기 아마추어 조립체는 상기 코어 및 아마추어 코일과 회전축 사이를 전기적 절연하는 가이드 링을 더 구비하고, 상기 가이드 링은 상기 코어와 일체로 사출 성형되는 것을 특징으로 한다.

상기 요크 조립체는 상방이 개구된 원통 형상의 하우징인 요크, 상기 요크의 내벽면에 설치되는 복수의 영구자석 및 상기 복수의 영구자석을 미리 설정된 간격으로 유지하여 고정하는 지지프레임을 포함하고, 상기 요크의 바닥면에는 상기 가이드 링의 하부와 결합되는 베어링이 설치되며, 상기 베어링은 상기 요크의 바닥면에 인서트 사출 성형되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 모터의 회전운동을 이용해 직접 밸브 로드를 승강 동작시켜 회전력 손실 없이 EGR 밸브를 개폐하여 EGR 밸브의 응답성을 향상시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 모터의 회전운동을 밸브 로드로 전달하기 위한 별도의 운동전달기구를 제거하여 제품의 제작비용을 절감하고, 작업성을 향상시킬 수 있다.

그리고 본 발명은 모터의 회전축 상단에 기어를 형성하고, 기어와 치합되는 센서기어에 센서 마그네틱을 설치하여 자속밀도 변화에 따라 EGR 밸브의 개폐 위치를 정확하게 판단할 수 있다.

특히, 본 발명은 센서기어의 하부에 진동흡수수단을 설치하여 EGR 밸브의 승강 동작 및 차량 주행시 발생하는 진동을 흡수하여 감지부의 출력값을 안정적으로 출력하게 한다.

이에 따라, 본 발명은 감지부의 감지신호에 따라 모터의 회전량을 조절하여 재순환되는 배기가스 량을 정밀하게 제어함으로써, 차량의 효율을 향상시킬 수 있다.

또 본 발명은 하우징에 냉각수가 순환되는 순환유로를 형성하고 밸브 결합부재에 냉각수의 유입구와 유입유로, 배출유로 및 배출구를 형성하여 밸브 결합부재와 하우징을 통해 냉각수를 순환시킴으로써 재순환되는 배기가스의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 재순환되는 배기가스의 온도를 적정 온도 이하로 유지하여 엔진에 공급되는 혼합기의 과도한 온도 상승으로 인한 질소산화물 발생을 억제하고 부품의 손상을 방지할 수 있다.

또한 본 발명은 하우징 자체에 냉각수가 유입 및 배출되는 유입구 및 배출구, 순환유로를 형성하는 경우에 비해 하우징의 두께를 감소시킬 수 있고, 다이캐스팅 작업에 의해 하우징을 간단하게 성형할 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 배기가스 재순환장치의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 EGR 밸브의 내부 구성을 보인 단면사시도.
도 3은 종래기술에 따른 자동차용 EGR 밸브의 단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 EGR 밸브 조립체의 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 EGR 밸브 조립체의 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 A-A'선에 대한 부분확대단면도.
도 7은 도 5에 도시된 기어와 센서기어의 치합 구조를 보인 확대사시도.
도 8은 도 5에 도시된 감지부의 확대단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EGR 밸브 조립체의 요부단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 EGR 밸브 조립체를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시 예에서 배기가스 재순환장치의 구성은 도 1에 도시된 종래의 배기가스 재순환장치의 구성을 원용하여 설명하기로 한다.

이에 따라, 배기가스 재순환장치의 명칭 및 도면부호는 도 1에 도시된 명칭 및 도면부호의 일부를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 EGR 밸브 조립체의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 EGR 밸브 조립체의 단면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 A-A'선에 대한 부분확대단면도이고, 도 7은 도 5에 도시된 기어와 센서기어의 치합 구조를 보인 확대사시도이며, 도 8은 도 5에 도시된 감지부의 확대단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 EGR 밸브 조립체는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, EGR 파이프(108)에 설치되는 하우징(10), 하우징(10)의 상부에 설치되어 배기가스의 흐름을 제어하는 EGR 밸브(20), EGR 밸브(20)의 상부에 내장되어 EGR 밸브(20)의 개폐 위치를 감지하는 감지부(30) 및 EGR 밸브(20)와 감지부(30)의 상부를 차폐하는 커버(40)를 포함한다.

하우징(10)은 도 1에 도시된 EGR 파이프(108) 상에 설치되고, EGR 파이프(108)는 배기 매니폴드(104)와 흡기 매니폴드(106)에 각각 연결되며, 배기 매니폴드(104)에서 배출되는 배기가스의 일부는 EGR 파이프(108)를 거쳐 흡기 매니폴드(106)로 이동된다.

이러한 배기가스의 이동은 엔진(102)의 부압에 의해 배기 매니폴드(104)의 배기가스가 유입되는 부압식 또는 전자제어유닛(ECU)에 의해 제어되는 전자제어식이 있으며, 이는 통상적인 기술이므로 그 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

본 실시 예에서는 전자제어유닛에 의해 제어되는 전자제어식 배기가스 재순환장치를 이용하여 설명하지만, 부압식을 사용할 수도 있음은 물론이다.

하우징(10)의 하부에는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 배기가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 일측에는 배기가스가 배출되는 배출구가 형성된다.

상기 유입구와 배출구 주변에는 EGR 파이프(108)와 연결되는 플랜지부가 각각 형성되고, 상기 각 플랜지부에는 볼트와 너트 등의 고정수단이 체결되는 체결구멍이 형성된다.

그리고 하우징(10)의 내부에는 도 5에 도시된 바와 같이, 유입구와 배출구를 연결하는 제 1배기가스 유로(13) 및 제 2배기가스 유로(14)가 형성된다.

제 2배기가스(14) 유로의 하단은 EGR 밸브(20)에 구비된 밸브시트 플레이트(63)에 의해 개폐 가능하도록 제 1배기가스 유로(13)의 상단보다 작은 직경으로 형성된다.

하우징(10)의 중앙부분에는 밸브 로드(62)가 승강 동작하도록 제 2배기가스 유로(14)의 상단과 연통되어 상하 방향으로 관통 형성되는 관통공(15)이 형성된다.

관통공(15)에는 제 1 및 제 2배기가스 유로(13,14)를 통해 이동하는 배기가스가 EGR 밸브(20)로 이동하는 것을 방지하는 스템 실(stem seal), 스템 실의 상하단을 고정하는 한 쌍의 고정부재, 배기가스에 포함된 카본이 모터측으로 이동하는 것을 방지하는 필터부재, 필터부재를 고정하는 필터홀더 및 승강 동작하는 밸브 로드(62)를 가이드하는 부시가 설치된다.

하우징(10)의 상면에는 도 5에 도시된 바와 같이, 관통공(15)의 외측에 EGR 밸브(20)에 구비된 스프링(64)이 결합되는 결합홈(16)이 요입되어 형성되고, 하우징(10) 자체에 냉각수가 순환되도록 제 2배기가스 유로(14)의 바깥쪽에 일정 깊이로 요입된 순환유로(17)가 형성된다.

순환유로(17)는 상부에서 보았을 때, 대략 'C'자 형상으로 형성되고, 순환유로(17)의 일측 상부에는 냉각수가 공급되도록 밸브 결합부재(50)의 공급유로가 연결되며, 순환유로(17)의 타측 상부에는 순환된 냉각수를 배출하도록 밸브 결합부재(50)에 형성된 배출유로(14)가 연결된다.

하우징(10)의 상단에는 EGR 밸브(20)와 결합되도록 복수의 플랜지(18)가 형성되고, 각 플랜지(18)에는 체결볼트가 체결되는 체결공(19)이 형성된다.

EGR 밸브(20)는 도 5에 도시된 바와 같이, 밸브 결합부재(50)와 모터(61)가 내장된 밸브 본체(60)를 포함한다.

밸브 결합부재(50)는 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(10)과 밸브 본체(60)를 연결하는 역할을 하고, 중앙에는 밸브 본체(60)의 밸브 로드(63) 및 스프링(64)이 결합되도록 결합공(51)이 관통되어 형성되며, 일측에는 냉각수가 공급 및 배출되는 공급 파이프(52) 및 배출 파이프(53)가 연결된다.

그리고 밸브 결합부재(50)의 내부에는 공급 파이프(52)를 통해 공급된 냉각수를 하우징(10)의 순환유로(17)로 전달하는 공급유로 및 순환유로(17)를 통해 순환된 냉각수를 배출 파이프(53)로 전달하는 배출유로가 형성된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 EGR 밸브 조립체는 하우징에 냉각수가 순환되는 순환유로를 형성하고 밸브 결합부재에 냉각수의 유입구, 유입유로, 배출유로 및 배출구를 형성한다.

이에 따라, 본 발명은 하우징 자체에 냉각수가 유입 및 배출되는 유입구 및 배출구, 순환유로를 형성하는 경우에 비해 하우징의 두께를 감소시킬 수 있고, 다이캐스팅 작업에 의해 하우징을 간단하게 성형할 수 있어 작업성이 향상된다.

밸브 본체(60)는 도 5에 도시된 바와 같이, 전자제어유닛(미도시, ECU)에 의해 인가된 전원으로 구동되는 모터(61), 모터(61)의 회전운동에 의해 상하 방향으로 승강 동작하는 밸브 로드(62), 밸브 로드(62)의 선단에 설치되는 밸브시트 플레이트(63), 밸브 로드(63)에 탄성력을 인가하는 스프링(64) 및 스프링(64)의 상단과 밸브본체(60) 하단 사이에 설치되는 스프링 홀더(65)를 포함한다.

모터(61)는 정역회전이 가능한 직류모터(Direct Current Motor)를 사용한다.

이러한, 모터(61)는 회전축(661)의 코어(662) 상에 아마추어 코일이 권선된 아마추어 조립체(66), 아마추어 조립체(66)의 외곽에 설치되는 영구자석(672)을 구비한 요크 조립체(67) 및 요크 조립체(67)의 상부에 결합되는 캡(68)을 포함한다.

아마추어 조립체(66)는 회전축(661)에 일체로 고정되어 있는 코어(662), 코어(662)의 슬롯에 권선되는 아마추어 코일(도면 미도시) 및 회전축(661)에 일체로 고정되고 아마추어 코일이 접속되는 정류자(663)를 포함한다.

회전축(661)은 중앙부분에 밸브 로드(62)의 상단에 형성된 나사부(621)가 결합되도록 결합공간(664)이 형성된 원통 형상으로 마련되고, 회전축(661)의 내주면에는 밸브 로드(62)의 나사부(621)와 1:1로 물리는 나사산이 형성되고, 회전축(661)의 상단에는 도 7에 도시된 바와 같이, 감지부(30)의 센서기어(31)와 치합되는 기어(665)가 형성된다.

일반적으로 코어(662) 및 아마추어 코일과 회전축(661) 사이에 절연지를 삽입하여 절연하지만, 본 실시 예에서 아마추어 조립체(66)는 스테인리스강(stainless steel) 재질의 가이드 링(666)을 삽입하여 코어(662) 및 아마추어 코일과 회전축(661) 사이를 절연한다.

가이드 링(666)은 밸브 로드(62)가 모터(61)의 회전축(661)에 직접 결합되어 승강 동작함에 따라 밸브 로드(62)와 회전축(661)의 동심도를 유지하기 위해, 코어(662)와 일체로 사출 성형되는 것이 바람직하다.

여기서, 사출 성형된 코어(662)의 표면은 인슐레이터 몰드(insulator mold) 처리된다.

요크 조립체(67)는 상방이 개구된 원통 형상의 하우징인 요크(671), 요크(671)의 내벽면에 배치되어 4극의 계자부를 이루는 영구자석(672) 및 영구자석(672)을 일정간격으로 유지하여 고정하는 지지프레임(도면 미도시)을 포함한다.

밸브 로드(62)가 모터(61)의 회전축(661)에 직접 결합되어 승강 동작함에 따라 밸브 로드(62)와 회전축(661)의 동심도를 유지하기 위해, 본 실시 예에서는 요크(671)의 바닥면에 가이드 링(666)의 하부와 결합되는 베어링(673)이 설치된다.

여기서, 베어링(673)은 회전축(661)을 완전하게 지지할 수 있도록 요크(671)의 바닥면에 인서트 사출 성형되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 아마추어 조립체(66)는 가이드 링(666)을 베어링(673)에 결합하여 요크 조립체(67)에 압입 조립된다.

이와 같이 구성되는 모터(61)는 회전자인 아마추어 조립체(66)를 고정자인 요크 조립체(67)의 영구자석 내부에 공극을 유지하여 배치한 후, 아마추어 코일에 전류를 흘려주면, 아마추어 코일과 영구자석 사이에 전자기력이 발생하여 플레밍의 왼손법칙에 의해 아마추어 조립체(66)가 회전하면서 동력을 발생시킨다.

밸브 로드(62)는 모터(61)에서 발생된 회전력에 의해 회전축(661)이 회전함에 따라 승강 동작하도록 상부에 모터(61)의 회전축(661) 내부에 나사 결합되는 나사부(621)를 구비한다.

그리고 밸브 로드(62)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 나사부(621)의 하부에 모터(61) 회전에 따른 밸브 로드(62)의 회전을 방지하기 위해 단면이 십자 형상이 되도록 돌출리브(622)가 형성되고, 모터(61)의 요크(671) 하단부에는 돌출리브(622)에 대응되도록 고정홈(674)이 형성된다.

물론, 돌출리브(622)는 하나 이상의 돌기(도면 미도시)로 변경될 수 있고, 고정홈(674)은 상기 돌기의 형상에 따라 변경된다.

스프링(64)은 모터(61)가 구동되기 이전 또는 EGR 밸브(20)가 개방된 후 폐쇄하기 위한 모터(61)의 역회전 동작시 이상이 발생하는 경우, EGR 밸브(20)를 차단하도록 밸브 로드(62)에 탄성력을 제공한다.

스프링홀더(65)는 밸브 로드(62)에 결합되어 밸브 로드(62)의 하강동작 시 스프링(64)을 압축하고, 밸브 로드(62)의 상승 동작시 스프링(64)의 탄성력을 밸브 로드(62)에 전달한다.

캡(68)은 도 5에 도시된 바와 같이, 대략 원판 형상으로 형성되어 요크(671)의 상부에 결합되고, 캡(68)의 중앙에는 회전축(661)이 결합되는 결합공(681)이 관통 형성되고, 결합공(681)의 일측에는 감지부(30)가 설치되는 설치공(682)이 관통 형성된다.

결합공(681) 및 설치공(682)에는 회전축(661) 및 센서기어(31)가 회전 가능하도록 각각 베어링이 설치된다.

이와 같이, 본 발명은 모터의 내부에서 회전하는 회전축의 내주면 및 밸브 로드에 나사산을 형성해서 나사 결합시켜 모터의 회전운동을 이용해 직접 밸브 로드를 승강 동작시킴으로써, EGR 밸브의 응답성을 향상시킬 수 있다.

그리고 본 발명은 밸브 결합부재에 냉각수가 유입되는 공급 파이프와 배출 파이프를 설치하고, 하우징에 순환유로를 형성하여 EGR 밸브 조립체 내부에서 냉각수를 순환시킴으로써, 재순환되는 배기가스의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.

감지부(30)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 회전축(661) 상단에 형성된 기어(665)와 치합되어 회전하면서 회전속도를 감속하는 센서기어(31), 센서기어(31)의 상면에 설치되는 센서 마그네트(32) 및 센서 마그네트(32)의 자속밀도 변화를 감지하도록 홀 센서(34)를 구비하고, 홀 센서는 인쇄회로기판(33)에 마련된다.

센서기어(31)는 외주면에 다수의 돌기가 형성된 원판부(311)와 원판부(311)의 하부에 원통 형상으로 형성되는 원통부(312)를 구비한다.

원판부(311)의 상면에는 센서 마그네트(32)가 설치된다.

원통부(312)는 센서기어(31)가 캡(68)의 설치공(682)에 결합되어 회전 가능하도록 부시 역할을 한다.

이를 위해, 원통부(312)의 중앙에는 볼트가 체결되는 체결공이 형성된다.

이와 함께, 도 8에 도시된 바와 같이, 센서기어(31)의 하면과 캡(68)의 상면 사이에는 센서기어(31)의 원통부(312)가 삽입되도록 링 형상으로 형성되는 진동흡수수단(35)이 설치된다.

진동흡수수단(35)은 EGR 밸브(20)의 승강 동작시 또는 차량 주행시 발생하는 진동을 감소시키도록 웨이브 와셔 스프링(wave washer spring)으로 형성된다.

물론, 진동흡수수단(35)은 웨이브 와셔 스프링뿐만 아니라, 코일 스프링이나 고무 스프링과 같이 탄성을 갖는 다양한 형태의 탄성부재로 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 EGR 밸브나 차량의 진동으로 인한 EGR 밸브의 센서기어 유동을 방지하여 홀 센서가 안정적인 출력값을 출력하게 함으로써, EGR 밸브의 위치를 정확하게 판단할 수 있다.

커버(40)는 밸브 본체(60) 및 감지부(30)의 상부에 결합되고, 커버(40)의 일측에는 인쇄회로기판(33)과 전기적으로 연결되어 홀 센서(34)의 감지신호를 차량의 전자제어유닛(ECU)으로 전달하고 모터(61)에 구동전원 및 제어신호를 전달하도록 상대 커넥터가 결합되는 커넥터(41)가 마련된다.

다음, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 EGR 밸브 조립체의 동작을 상세하게 설명한다.

엔진 구동에 의해 발생된 배기가스는 배기 매니폴드(104)로 배출되는데, 이때 전자제어유닛은 배기 매니폴드(104)를 지나는 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드(106)로 유입되도록 EGR 밸브(20)를 개방하도록 제어한다.

즉, 전자제어유닛은 EGR 밸브(20)에 설치된 모터(61)를 구동시키도록 제어신호를 발생하고, 모터(61)는 제어신호에 따라 구동되어 회전축(661)을 일측 방향으로 회전시킨다.

그러면, 회전축(661)과 나사 결합된 밸브 로드(62)가 회전축(661)의 회전운동에 의해 하방으로 하강하면서 스프링(64)의 탄성력에 의해 제 2배기가스 유로(14)의 하단을 차단하고 있던 밸브시트 플레이트(63)가 하강하여 제 2배기가스 유로(14)가 개방된다.

이에 따라, EGR 파이프(108)로부터 하우징(10)의 유입구를 통해 유입된 배기가스는 제 1 및 제 2배기가스 유로(13,14)와 배출구를 통해 흡기 매니폴드(106)로 유입된다.

한편, EGR 밸브(20)의 밸브 로드(62)가 하강할 때 스프링(64)은 하강하는 스프링 홀더(65)에 의해 하부측으로 압축된다.

이때, 하우징(10)에는 밸브 결합부재(50)의 공급 파이프(52)를 통해 냉각수가 유입되고, 유입된 냉각수는 공급유로(54) 및 순환유로(17)를 따라 하우징(10) 내부를 순환한 뒤 배출유로(55) 및 배출 파이프(53)를 통해 배출된다.

한편, 회전축(661) 상단의 기어(665)와 치합된 센서기어(31)가 회전함에 따라 감지부(30)는 홀 센서(34)를 이용해 센서기어(31)의 상면에 설치된 센서 마그네트(32)의 자속밀도 변화를 감지하고, 감지된 감지신호를 전자제어유닛으로 전달한다.

그러면, 전자제어유닛은 감지신호에 따라 EGR 밸브(20)의 개폐 위치를 판단하여 모터(61)의 구동을 제어하는 제어신호를 모터(61)로 출력한다.

이때, 웨이브 와셔 스프링으로 형성되는 진동흡수수단(35)은 EGR 밸브(20)의 승강 동작 및 차량 주행중 발생하는 진동을 흡수함에 따라, 홀 센서(34)는 안정적인 출력값을 출력할 수 있게 된다.

이에 따라, 본 발명은 재순환되는 배기가스의 온도를 적정 온도 이하로 유지하여 흡기 매니폴드로 공급함에 따라 스로틀 밸브를 통해 유입된 외기와 재순환된 배기가스가 혼합된 혼합기의 온도 상승으로 인한 질소산화물 발생을 방지할 수 있다.

이어서, 공회전 또는 엔진이 정지하면, 전자제어유닛은 흡기 매니폴드(106)로 유입되는 배기가스를 차단하기 위해 EGR 밸브(20)를 폐쇄하도록 제어한다.

즉, 전자제어유닛은 EGR 밸브(20)에 설치된 모터(61)를 역방향으로 구동시키도록 제어신호를 발생하고, 모터(61)는 제어신호에 따라 구동되어 회전축(661)를 역방향으로 회전시킨다.

그러면, 회전축(661)과 나사 결합된 밸브 로드(62)는 회전축(661)의 회전운동에 의해 상방으로 상승하면서 제 2배기가스 유로(14)를 개방하고 있던 밸브시트 플레이트(63)도 상승하여 제 2배기가스 유로(14)를 폐쇄한다.

이에 따라, EGR 파이프(108)로부터 하우징(10)의 유입구를 통해 제 1배기가스 유로(13)로 유입된 배기가스는 더 이상 제2배기가스 유로(14)로 공급되지 않게 된다.

이때, 모터(61)에 이상이 발생하여 회전축(661)가 회전하지 않더라도, 밸브 로드(62)는 스프링(64)의 탄성력에 의해 상승 동작하여 EGR 밸브(20)를 차단한다.

상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 모터의 회전운동을 이용해 직접 밸브 로드를 승강 동작시켜 회전력 손실 없이 EGR 밸브를 개폐함에 따라, EGR 밸브의 응답성을 향상시키고, 밸브 결합부재와 하우징을 통해 냉각수를 순환시켜 재순환되는 배기가스의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지한다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉, 상기의 실시 예에서는 회전축의 상단에 기어가 형성되고, 감속기능을 수행하는 센서기어를 기어와 치합하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

예를 들어, 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EGR 밸브 조립체의 요부단면도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 EGR 밸브 조립체는 회전축(661) 상단에 원판 형상의 원판부(667)가 형성되고, 원판부(667)의 상면에 센서 마그네트(32)가 설치된다.

예컨대, 본 발명은 상기 실시 예에 비해 회전축(661) 내주면의 나사산 피치를 1.5mm에서 2mm로 증가시키고, 리드를 6mm에서 8mm로 변경하며, 약 25% 정도 회전축(661)의 회전속도를 감소시켜 최대 스트로크를 유지하게 함으로써, 상기 실시 예에서 감속기능을 수행하는 센서기어(31)를 제거하도록 변경될 수 있다.

10: 하우징 13: 제 1배기가스 유로
14: 제 2배기가스 유로 15: 관통공
16: 결합홈 17: 순환유로
18: 플랜지 19: 체결공
20: EGR 밸브 30: 감지부
31: 센서기어 311: 원판부
312: 원통부 32: 센서 마그네트
33: 인쇄회로기판 34: 홀 센서
35: 진동흡수수단 40: 커버
41: 커넥터 50: 밸브 결합부재
51: 결합공 52: 공급 파이프
53: 배출 파이프 60: 밸브 본체
61: 모터 62: 밸브 로드
621: 나사부 622: 돌출리브
63: 밸브시트 플레이트 64: 스프링
65: 스프링 홀더 66: 아마추어 조립체
661: 회전축 662: 코어
663: 정류자 664: 결합공간
665: 기어 666: 가이드 링
667: 원판부 67: 요크 조립체
671: 요크 672: 영구자석
673: 베어링 674: 고정홈
68: 캡 681: 결합공
682: 설치공

Claims (11)

1. 하부에 배기가스가 유입되는 유입구가 형성되고, 일측에 상기 배기가스가 배출되는 배출구가 형성되며, 상기 유입구와 배출구 사이에는 제 1 및 제 2배출가스 유로가 형성되는 하우징,
   상기 하우징에 결합되어 상기 제 1 및 제 2배출가스 유로 사이를 개폐하는 EGR 밸브,
   상기 EGR 밸브의 상부에 내장되어 EGR 밸브의 개폐 위치를 감지하는 감지부 및
   상기 EGR 밸브와 감지부의 상부를 차폐하는 커버를 포함하고,
   상기 EGR 밸브는
   전자제어유닛의 제어신호에 기초하여 정역 회전하는 모터,
   상기 모터의 회전운동을 전달받아 승강 동작하는 밸브 로드 및
   상기 밸브 로드의 하단에 설치되어 상기 제 2배출가스 유로를 개폐하는 밸브시트 플레이트를 포함하며,
   상기 밸브 로드의 일부분은 상기 모터의 회전축 내부에 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 모터는 회전축의 코어 상에 아마추어 코일이 권선된 아마추어 조립체,
   영구자석을 구비한 요크 조립체 및
   상기 모터의 상부에 결합되는 캡을 포함하고,
   상기 아마추어 조립체는 회전축에 일체로 고정되어 있는 코어,
   상기 코어의 슬롯에 권선되는 아마추어 코일 및
   상기 회전축에 일체로 고정되고 상기 아마추어 코일이 접속되는 정류자를 포함하며,
   상기 회전축은 중앙부에 상기 밸브 로드가 결합되는 결합공간이 형성된 원통 형상으로 형성되고,
   상기 회전축의 내주면에는 나사산이 형성되며,
   상기 밸브 로드는 상기 회전축의 나사산에 대응되는 위치에 나사산이 형성된 나사부를 구비하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 회전축의 상단에는 기어가 형성되고,
   상기 감지부는 상기 기어에 치합되어 회전운동하는 센서기어,
   상기 센서기어에 설치되는 센서 마그네트 및
   상기 센서기어의 회전시 상기 센서 마그네트의 자속밀도 변화를 감지하는 홀센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 센서기어의 하부에는 상기 센서기어의 원통 부분이 삽입되도록 링 형상으로 형성되는 진동흡수수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 회전축의 상단에는 원판부가 형성되고,
   상기 감지부는 상기 원판부의 상면에 설치되는 센서 마그네트 및
   상기 센서기어의 회전시 상기 센서 마그네트의 자속밀도 변화를 감지하는 홀센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 밸브 로드의 나사부 하부에는 외측을 향해 돌출되게 돌출리브가 형성되고,
   상기 모터의 하단부에는 상기 돌출리브를 고정하도록 상기 돌출리브가 형성된 밸브 로드의 단면에 대응되는 형상으로 고정홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
7. 제 2항에 있어서, 상기 EGR 밸브는
   상기 밸브 로드의 하강 동작시 상기 밸브 로드에 결합된 스프링 홀더에 의해 압축되어 상기 모터의 역회전 이상 시 또는 상기 밸브 로드의 상승 동작시 밸브 로드에 탄성력을 인가하는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 EGR 밸브는
   상기 모터가 설치되는 밸브 본체 및
   상기 밸브 본체와 하우징을 연결하는 밸브 결합부재를 포함하고,
   상기 밸브 결합부재의 내부에는 일측에 결합된 냉각수 공급 파이프를 통해 공급된 냉각수를 상기 하우징으로 전달하는 공급유로와 상기 하우징으로부터 배출되는 냉각수를 외부로 배출하는 배출유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 하우징의 상면에는 상기 공급유로를 통해 전달되는 냉각수를 순환시켜 상기 배출유로를 통해 배출하는 순환유로가 요입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
10. 제 8항에 있어서, 상기 모터는
    회전축의 코어 상에 아마추어 코일이 권선된 아마추어 조립체,
    상기 아마추어 조립체의 외곽에 설치되는 영구자석을 구비한 요크 조립체 및
    상기 요크 조립체의 상부에 결합되는 캡을 포함하고,
    상기 아마추어 조립체는 상기 코어 및 아마추어 코일과 회전축 사이를 전기적 절연하는 가이드 링을 더 구비하고,
    상기 가이드 링은 상기 코어와 일체로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
11. 제 10항에 있어서, 상기 요크 조립체는
    상방이 개구된 원통 형상의 하우징인 요크,
    상기 요크의 내벽면에 설치되는 복수의 영구자석 및
    상기 복수의 영구자석을 미리 설정된 간격으로 유지하여 고정하는 지지프레임을 포함하고,
    상기 요크의 바닥면에는 상기 가이드 링의 하부와 결합되는 베어링이 설치되며,
    상기 베어링은 상기 요크의 바닥면에 인서트 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 EGR 밸브 조립체.
    

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