KR20140085134A - 차량용 배기가스 재순환 밸브장치 - Google Patents

Abstract

차량용 배기가스 재순환 밸브장치가 개시된다. 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 전자빔 용접으로 결합된 밸브샤프트를 포함하여, 내구성과 강성을 증대시킬 수 있다.

Description

차량용 배기가스 재순환 밸브장치{Exhaust gas recirculation valve device for vehicle}

본 발명은 차량용 배기가스 재순환(EGR) 밸브장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸브시프트와 레버 및 플랩밸브가 전자빔 용접으로 결합된 차량용 배기가스 재순환 밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 엔진에서 배출되는 배기가스 중에는 일산화탄소나 질소산화물 등과 같은 인체에 유해한 성분이 다량으로 포함되어 있는 데, 상기 질소산화물은 산성비나 지구온난화 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 흡기 다기관에 공급하여 연소실로 유입시키면, 체적이 변하지 않는 불활성 가스인 배기가스가 상대적으로 혼합기의 밀도를 저하시켜 연료의 연소시 화염전파속도가 저하됨으로써, 연료의 연소 속도가 저하됨과 더불어 연소 온도의 상승도 억제되어 질소산화물의 생성이 억제되게 된다.

상기와 같은 종래의 EGR 시스템은 엔진의 배기 경로와 EGR 쿨러 사이에 장착되어, 필요에 따라 엔진으로부터 배기 경로로 배출되는 배기가스를 상기 EGR 쿨러로 공급하는 EGR 밸브장치를 포함한다.

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.

상기와 같이 밸브샤프트는 레버와 플랩밸브에 MIG 용접 및 리벳팅을 통해 연결하는 종래의 연결구조에서 용접으로 인한 강성 및 내구성 저하를 적절히 방지할 수 있는 방안이 필요하게 되었다.

본 발명의 실시 예는, 플랩밸브를 회전 가능하게 지지하는 밸브샤프트를 레버 및 플랩밸브와 전자빔 용접으로 일체로 결합하여, 용접부의 강성 및 내구성의 향상을 도모할 수 있는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치는, 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 전자빔 용접으로 결합된 밸브샤프트를 포함할 수 있다.

상기 밸브샤프트의 일단은 레버를 관통해서 끼워져 전자빔 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.

상기 밸브샤프트와 상기 플랩밸브는 20~40mm의 용접 길이로 용접될 수 있다.

상기 밸브샤프트와 상기 레버는 2~4mm의 용접 깊이로 용접될 수 있다.

상기 밸브샤프트는 INCONEL 751 재질로 제작될 수 있다.

상기 밸브샤프트는 CrN 코팅으로 10㎛ 두께로 코팅될 수 있다.

상기 밸브샤프트의 외주에서 상기 플랩밸브가 결합된 부위의 상부와 하부에 각각 부시가 끼워져 장착되고, 상기 부시는 T400 합금으로 제작될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치에 따르면, 플랩밸브를 관통해서 조립된 밸브샤프트가 상기 플랩밸브와 전자빔 용접을 통해 일체로 회전되게 결합되고, 액추에이터로부터 작동력을 전달받아 밸브샤프트를 회전시키는 레버와 상기 밸브샤프트도 전자빔 용접을 통해 일체로 연결되어, 용접 작업시 용접 열에 의한 내구성 및 강성 저하를 최소화시킬 수 있다.

또한 밸브샤프트와 레버 및 플랩밸브가 전자빔 용접을 통해 상호 일체로 강건하게 연결되어, 연결 강성이 증대되고, 밸브샤프트와 플랩밸브를 리벳팅할 필요가 없으므로, 작업 공수의 저감으로 생산성 향상 및 원가 절감을 도모할 수 있으며, 밸브샤프트의 강성 재질로 고온 강성 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 밸브장치의 밸브샤프트가 레버 및 플랩밸브와 결합된 상태의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 밸브장치의 밸브샤프트가 레버에 결합된 상태의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치의 밸브샤프트가 플랩밸브에 결합된 상태의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 배기가스 재순환 밸브장치(10)는 밸브하우징(20)과, 상기 밸브 하우징(20)의 한쪽 하부에 장착된 액추에이터(30)를 포함한다.

상기 밸브하우징(20)에서 상기 액추에이터(30)가 장착된 부위의 반대쪽 부위에는 도시되지 않은 배기 경로와 연결되는 배기가스 유입포트(22)가 구비되고, 상기 배기가스 유입포트(22)에 대해 90도의 각도로 반시계 방향으로 회전된 부위에는 2개의 배기가스 유출포트(24)가 구비되어 있다.

상기 2개의 배기가스 유출포트(24)는 도시되지 않은 EGR 쿨러에 연결된다.

상기 2개의 배기가스 유출포트(24)는 반드시 2개일 필요는 없고, 하나 혹은 그 이상의 개수로 형성될 수 있다.

상기 엔진에서 연소되어 배출되는 배기가스는 상기 배기경로는 통해 상기 배기가스 유입포트(22)를 매개로 밸브하우징(20)의 내부로 유입된 다음에 상기 2개의 배기가스 유출포트(24)를 거쳐서 EGR 쿨러로 유입되고, 상기 EGR 쿨러에서 배기가스가 적절히 냉각된 다음에 다시 흡기장치를 통해 상기 엔진으로 유입되는 재순환 구조를 가지게 된다.

상기 배기가스 유출포트(24)를 개폐하기 위해 상기 밸브하우징(20)의 내부에는 플랩밸브(40)가 회전 가능하게 설치된다.

상기 플랩밸브(40)는 밸브샤프트(50)에 일체로 회전되게 결합되고, 상기 밸브샤프트(50)의 일단은 레버(60)를 관통해서 끼워져서 일체로 연결되며, 상기 레버(60)의 한쪽 부위에는 작동로드(70)가 연동되게 연결된다.

상기 작동로드(70)는 상기 액추에이터(30)로부터 조작력을 전달받을 수 있도록 액추에이터(30)와 연결된다.

이에 따라 상기 액추에이터가 도시되지 않은 제어기로부터 작동 제어신호를 인가받아 가동되면, 상기 작동로드(70)가 액추에이터(30)에 의해 회전하게 되고, 상기 작동로드(70)의 회전 운동은 상기 레버(60)에 그대로 전달되어 레버(60)가 회전하게 된다.

상기 레버(60)의 회전 운동으로 상기 밸브샤프트(50)가 일체로 회전하게 되고, 상기 밸브샤프트(50)의 회전 운동으로 상기 플랩밸브(40)도 함께 회전해서 상기 배기가스 유출포트(24)를 개폐하게 된다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 레버(60)에는 관통하는 조립홀이 형성되어, 상기 조립홀에 상기 밸브샤프트(50)의 일단이 끼워져서 전자빔 용접으로 일체로 결합된다.

상기 전자빔 용접은 기히 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.

상기 레버(60)의 두께가 8mm일 때에 상기 레버의 상부로 부터 밸브샤프트(50)의 축방향을 따라 2~4mm의 용접 깊이로 용접하는 것이 바람직하다.

상기 밸브샤프트(50)는 상기 플랩밸브(40)를 관통해서 끼워져 전자빔 용접으로 일체로 결합된다.

상기 밸브샤프트(50)와 플랩밸브(40)의 용접 길이는 20~40mm가 바람직하다.

상기와 같이 밸브샤프트(50)와 레버(60) 및 플랩밸브(40)를 전자빔 용접으로 일체로 결합시키면 용접 열에 의한 영향을 최소화시켜 강성 및 내구성 향상을 도모할 수 있다.

상기 밸브샤프트(50)는 INCONEL 751과 같은 니켈-크롬 내열합금으로 제작하고, CrN 코팅으로 10㎛ 두께로 코팅하는 것이 바람직하다.

상기 밸브샤프트(50)의 외주에는 상기 플랩밸브(40)가 장착된 부위의 상부와 하부에 각각 부시(80)가 끼워져 장착된다.

상기 부시(80)는 상기 밸브샤프트(50)와 플랩밸브(40)를 밸브하우징(20)에 회전 가능하게 조립하는 데에 사용될 수 있다.

상기 부시(80)는 T400 합금으로 제작하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 배기가스 재순환 밸브장치
20: 밸브하우징
30: 액추에이터
40: 플랩밸브
50: 밸브샤프트
60: 레버
70: 작동로드
80: 부시

Claims (8)

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 전자빔 용접으로 결합된 밸브샤프트;
   를 포함하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밸브샤프트의 일단은 레버를 관통해서 끼워져 전자빔 용접으로 결합되고;
   상기 레버는 작동로드를 통해 액추에이터와 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 배기가스 유입포트는 배기 경로와 연통되게 연결되고;
   상기 배기가스 유출포트는 EGR 쿨러와 연통되게 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 밸브샤프트와 상기 플랩밸브는 20~40mm의 용접 길이로 용접된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 밸브샤프트와 상기 레버는 2~4mm의 용접 깊이로 용접된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 밸브샤프트는 INCONEL 751 재질로 제작된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 밸브샤프트는 CrN 코팅으로 10㎛ 두께로 코팅된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 밸브샤프트의 외주에서 상기 플랩밸브가 결합된 부위의 상부와 하부에 각각 부시가 끼워져 장착되고;
   상기 부시는 T400 합금으로 제작된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 재순환 밸브장치.

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