KR20150023333A - 모터차량의 플랩축용 플랩힌지 장치 - Google Patents

모터차량의 플랩축용 플랩힌지 장치 Download PDF

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KR20150023333A
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Abstract

본 발명은 모터차량의 플랩축(12)용 플랩베어링 장치에 관한 것으로, 플랩몸체(10)가 배치된 플랩축(12)이 회전 가능하게 배열된 레이디얼 베어링(26); 플램몸체(10)와 같이 플랩축(12)을 회전시켜 유동 단면적을 조절할 수 있는 채널하우징(16); 레이디얼 베어링(26)을 둘러싸는 베어링 하우징(18); 축방향으로 베어링 하우징(18)을 밀폐하고, 플랩축 단부(32)가 돌출하는 개구부(69)가 형성되어 있는 베어링 하우징커버(68); 및 베어링 하우징(18)의 적어도 일부분을 둘러싸는 슬리브(36);를 포함하고, 슬리브(36)로 둘러싸인 베어링 하우징(18)의 구간(37)의 외벽에 원주 홈(70)이 형성되고, 베어링 하우징(18)에서 돌출한 플랩축 단부(32)가 반대쪽 플랩축 단부와 같은 높이나 더 높게 배열된다.

Description

모터차량의 플랩축용 플랩힌지 장치{FLAP HINGES SYSTEM FOR A FLAP SHAFT IN A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 플랩몸체가 배치된 플랩축이 회전 가능하게 배열된 레이디얼 베어링, 플램몸체와 같이 플랩축을 회전시켜 유동 단면적을 조절할 수 있는 채널하우징, 레이디얼 베어링을 둘러싸는 베어링 하우징, 축방향으로 베어링 하우징을 밀폐하고 플랩축 단부가 돌출하는 개구부가 형성되어 있는 베어링 하우징커버, 및 베어링 하우징의 적어도 일부분을 둘러싸는 슬리브를 포함하는, 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치에 관한 것이다.
모터차량에 사용되는 각종 플랩베어링 장치가 공지되어 있는데, 특히 열수축부에 배치된 플랩들의 경우, 전기조절기의 과열을 방지하기 위해 작동기들을 이용해 결합부에서 열분산을 잘 하는 것이 중요하다. 이런 이유로, 특히 배기 플랩의 경우, 베어링들을 밀폐 하우징 안에 완전히 가두지 않고 일부 외부로 노출시키도록 배치한 플랩베어링 장치를 사용한다. 이 경우, 플랩축을 통해 전달되는 열을 적어도 일부는 주변으로 분산시키는 효과가 있다.
이런 플랩베이렁 장치는 플랩축의 원활한 작동을 보장하기 위해 밸브축이나 베어링측의 열팽창을 보상해야만 한다. 이를 위해서는, 베어링 지지부의 플랩축에 침착물이 쌓이는 것을 최대한 피해야 하고, 그 결과 플랩밸브 베어링측의 내외부를 잘 밀봉하려는 여러 조치가 있었다.
예컨대, DE19526144A1과 DE10006795A1은 액튜에이터를 향한 쪽에서 베어링 하우징 안에 배치된 레이디얼 베어링을 통해 플랩축을 지지한 트로틀 플랩 장치를 소개한다. 밀봉을 위해, 베어링 하우징 안에 축방향으로 베어링 와셔를 추가로 배치하고, 이 와셔는 플랩축의 원추형 셜도에 맞닿는 형상을 갖는다. 이 와셔는 베어링 하우징을 둘러싼 외벽을 압박하고, 이를 위해 압축스프링이 축과, 외벽을 향해 숄더를 밀어준다. 이 스프링은 베어링 하우징의 가장자리보다 길게 뻗는 슬리브로 둘러싸인다.
또, DE3707904A1은 배기관용의 플랩밸브를 소개하는데, 밸브축은 챙없는 모자 형태를 갖는 세라믹 슬리브 안에 지지되고, 이 스프링이 슬리브를 대응 형상의 베어링 하우징 안으로 눌러준다. 슬리브가 들어가는 베어링 하우징은 전체는 아니라도 대부분은 커버로 폐쇄되어 있다.
이런 기존의 밸브베어링 장치들은 작동중에 베어링측에 닿는 물방울량을 슬리브를 통해 줄이는데 효과적이지만, 열응력에 의해 재료의 열팽창도가 차이가 나서 베어링 하우징과 슬리브 사이에 생기는 툼새를 통한 물의 침입을 완전히 방지할 수는 없다. 이런 틈새는 구성요소들이 서로 접촉하는 것을 방지하기도 한다. 그러나, 이런 틈새를 통해 베어링 영역 안으로 물방울이 침투해 밸브축을 따라 흐르며, 열응력 때문에 이런 물방울이 증발되고, 그 안의 오염물이 밸브축과 베어링 사이에 침착하여 오작동을 유발한다. 베어링 영역에 침입한 물방울은 좁은 틈새 때문에 베어링 영역에서 제거하기도 쉽지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 베어링 장치를 가능한 최소량의물방울에만 노출시키는 한편 베어링 지지부의 침착을 피하기 위해 베어링 영역에 침입한 물방을 제거할 수 있는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치를 제공하는데 있다.
이런 목적은 특허청구범위에 기재된 특징들을 갖춘 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치에 의해 달성된다.
슬리브로 둘러싸인 베어링 하우징 구간의 외벽에 원주 홈을 형성하고, 베어링 하우징에서 돌출한 플랩축 단부를 반대쪽 플랩축 단부와 같은 높이나 더 높게 배열하여, 슬리브와 베어링 하우징 사이의 틈새를 통해 베어링 영역에 들어가는 물방울들을 홈에 모았다가, 중력에 의해 홈을 따라 틈새로 되돌린다. 이런 식으로, 축과 베어링 사이의 틈새 안으로의 침입을 크게 방지하여, 플랩베어링 장치의 유효수명을 늘인다.
홈은 단면이 비대칭이고, 플랩몸체에 가까운 쪽의 홈의 제1 벽면이 플랩몸체에서 먼쪽에 있고 제1 벽면에 인접한 홈의 제2 벽면보다 베어링 하우징의 외벽에 대해 더 작은 각도를 이루는 것이 바람직하다. 이 경우, 물방울이 작은 각도와 저항으로 홈 안으로 들어가되, 플랩축 방향으로 홈을 흘러넘티지 못하게 하는 저항은 증가한다. 이에 따라, 물방울의 배수기능이 향상된다.
제1 벽면과 제2 벽면 사이의 각도를 45°보다 작게 하고 제2 벽면과 외벽 사이의 각도를 45°보다 크게 하면 특히 바람직하다.
또, 베어링 하우징 내에서 플랩축을 둘러싸는 슬라이딩 디스크가 있고, 이 디스크가 플랩축의 원추형 숄더와 축방향으로 맞닿으며, 레이디얼 베어링은 슬라이딩 디스크와 베어링 하우징커버 사이에 축방향으로 배치되도록 하면 더 좋다. 이 경우, 슬라이딩 디스크가 플랩축에 대한 밀봉부 역할을 하기 때문에 플랩축을 따라 레이디얼 베어링 영역으로 배가스가 침입하는 것이 상당히 줄어든다.
또, 플랩축 단부에 펄크럼 브래킷을 결합하고, 펄크럼 브래킷은 작동부재에 연결하면, 작동부재가 플랩축에서 떨어져 있어 작동부재의 열응력을 줄일 수 있다.
특히, 이와 관련해, 펄크럼 브래킷을 유체가 새지 않게 플랩축 단부에 결합하면, 축을 따라 펄크럼 브래킷의 개구부를 통해 움직이는 물방울이 베어링 장치 내부로 침입하는 것이 방지된다.
또, 슬리브가 베어링 하우징 방향으로 펄크럼 브래킷에서부터 뻗도록 하면, 슬리브와 펄크럼 브래킷 사이에서 축을 따른 물의 침입을 방지하기 위한 추가 밀봉요소가 불필요하다.
베어링 하우징커버를 끼워맞춤이나 접착 방식으로 베어링 하우징에 부착하면 베어링 장치를 간단하게 설치하고 고정할 수 있다.
베어링 하우징을 환형 연장부가 달린 스프링지지 슬리브로 둘러싸고, 복귀스프링을 환형 연장부에 축방향으로 맞닿게 배열하면 바람직하다. 이 경우, 고온 채널하우징에 스프링이 직접 맞닿는 것을 피해 스프링의 열적 과잉응력을 방지하는 한편, 베어링 하우징에 물이 침입하는 틈새를 좁혀, 베어링 하우징에 들어가는 물방울 량을 크게 줄일 수 있다.
스프링지지 슬리브가 적어도 3개의 지지대를 갖고, 이들 지지대를 통해 스프링지지 슬리브를 채널하우징과 축방향으로 맞닿게 하면 복귀스프링의 열응력을 더 줄일 수 있는데, 이는 접촉면적을 줄여 열전달을 줄이기 때문이다.
또, 스프링지지 슬리브가 적어도 3개의 지지대를 갖고, 이들 지지대를 통해 스프링지지 슬리브가 베어링 하우징과 방사상으로 맞닿도록 하는 것이 좋다. 이런 조치에 의해, 하우징과 스프링지지 슬리브 사이는 물론 복귀스프링과의 사이의 열전달이 줄어들과 복귀스프링의 열응력도 낮아진다.
또, 복귀스프링은 채널하우징의 맞대기요소에 맞닿는 제1 스프링다리와, 복귀스프링의 반대쪽 단부에 형성된 제2 스프링다리를 갖고, 제2 스프링다리는 펄크럼 브래킷의 맞대기요소에 맞닿도록 하면 바람직하다. 이 경우, 액튜에이터가 고장났을 때의 긴급위치는 물론 설정위치로 세팅하기 위한 동작으로의 플랩의 복귀이동이 보장된다.
또, 제1 베어링 하우징에 대해 반경방향으로 반대의 채널하우징 쪽에 제2 베어링 하우징을 배치하고, 플랩축의 베어링 지지를 위한 제2 레이디얼 베어링을 제2 베어링 하우징 내부에 설치하는 것이 좋다. 이런 식으로 반경 양쪽 지지가 이루어져, 플랩의 원활하고 영구적인 회전이 보장됨은 물론 닫힌 상태에서 밀봉성이 우수해진다.
이런 플랩베어링 장치는 플랩축과 베어링 사이의 틈새를 통한 물방울의 침입이 크게 줄어들기 때문에 긴 유효수명을 갖는다. 또한, 이 영역에서 물의 증발로 인한 침착물도 줄어든다. 슬리브들 사이의 틈새로 침입한 물방울도 다시 배출할 수 있다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 베어링장치를 갖춘 배기플랩의 횡단면도;
도 2는 도 1의 배기플랩의 플랩베어링 장치의 일부의 단면도.
도 1의 장치에서, 밸브몸체(10)는 플랩축(12)에 회전하도록 배치되고, 플랩축이 들어있는 배기채널(14)은 반경방향으로 채널하우징(16)이 경계를 이룬다.
배기채널(14)의 양단부에서, 플랩축(12)은 채널하우징(16)을 관통해 베어링 하우징(18,20) 안으로 뻗으며, 베어링 하우징들은 채널 하우징(16)의 해당 개구부(22,24)에 용접된다. 플랩축(12)의 베어링 지지는 각각 제1, 제2 베어링 하우징(18,20)의 제1, 제2 레이디얼 베어링(26,28)을 통해 이루어진다. 제2 베어링 하우징(20)은 커버(30)에 의해 바깥쪽이 완전히 닫혀있어, 이쪽으로는 외부와 통하지 않는다.
배기플랩의 작동을 위해, 플랩축(12)의 단부(32)는 제1 베어링 하우징(18) 바깥까지 뻗는다. 플랩축 단부(32)에 결합된 펄크럼 브래킷(34)의 타단부에 작동부재(도시 안됨)가 연결되고, 작동부재가 펄크럼 브래킷(34)을 작동시키면 플랩축(12)이 밸브몸체(10)와 함께 회전축을 중심으로 움직인다. 플랩축 단부(32)에 있는 그릇형 펄크럼 브래킷(34)은 리베팅이나 용접으로 결합된다. 플랩축 단부(32)가 브래킷(34)의 중심 구멍을 관통할 때 밀봉을 하여, 플랩축 단부(32)와 브래킷(34) 사이의 틈새를 통해 플랩축(12)을 따라 베어링 영역에 액체가 침투하지 않도록 한다.
베어링 하우징(18)의 축 구간(37)을 방사상으로 둘러쌌다가 채널하우징(16) 방향으로 뻗는 슬리브(36)가 펄크럼 브래킷(34)을 둘러싼다. 이 슬리브(36)는 복귀스프링(38)을 안내하는 역할도 하는데, 복귀스프링(38)은 슬리브(36)를 둘러싸고, 복귀스프링의 제1 스프링다리(40)는 채널하우징(16)에 있는 맞대기요소(42)에 맞닿고, 스프링의 제2 스프링다리(44)는 브래킷(34)에 있는 맞대기요소(도시 안됨)에 맞닿아, 플랩축(12)이 회전하면 복귀스프링(38)이 비틀리면서 에너지를 저장했다가, 작동부재의 회전모멘트 없이도 플랩축(12)을 원래위치로 복귀시킨다.
복귀스프링(38)은 첫번째 권선(50)이 슬리브(36)의 환형 연장부(48)와 축방향으로 맞물리고, 최종 권선(52)이 슬리브(36) 방향을 향한 스프링 지지슬리브(56)의 환형 연장부(54)에 맞물리는데, 지지슬리브(56)는 복귀스프링(38)을 안내한다. 슬리브(36)와 스프링 지지슬리브(56) 사이에 틈새(58)가 있어서, 복귀스프링이 열팽창이나 열수축될 경우 양쪽 슬리브(36,56)가 접촉되어 배기플랩의 기능에 악영향을 주는 것을 피할 수 있다.
복귀스프링(38)에 의해 스프링 지지슬리브(56)가 채널하우징(16)을 누르고, 채널하우징(16)에서 스프링 지지슬리브(56)를 거쳐 복귀스프링(38)으로의 열전달을 피하기 위해, 스프링 지지슬리브(56)는 전체가 아닌 지지대(60)를 통해서만 채널하우징(16)에 지지된다. 또한, 스프링 지지슬리브(56)의 내부에 지지대(62)를 설치하고, 이 지지대를 통해서만 스프링 지지슬리브가 베어링 하우징(18)에 지지되도록 하여 베어링 하우징을 향해 너무 큰 표면적이 접촉하지 않도록 한다. 이런 식으로, 복귀스프링(38)을 향한 열전달 표면적을 늘리지 않고 스프링 지지슬리브(56)의 위치를 고정한다.
복귀스프링(38)은 양쪽 슬리브(36,56)의 2개 환형 연장부(48,54) 사이에서 축방향으로 약간 치우쳐 있어, 플랩축(12)도 펄크럼 브래킷(34)을 통해 제1 베어링 하우징(18) 방향으로 치우쳐 있다. 플랩축(12)은 원추형 숄더(64)를 중심으로 2 부분으로 구분되는데, 베어링 하우징(18) 내부의 소직경부는 레이디얼 베어링(26)을 향한다. 이 숄더(64)는 대응되는 형상의 슬라이딩 디스크(66)에 맞닿아있고, 이 디스크는 복귀스프링(38)에 의해 플랩축(12)의 숄더쪽으로 힘을 받는다. 숄더(64)와 대응 슬라이딩 디스크 모두 구형일 수도 있다.
슬라이딩 디스크(66)의 반대쪽 면은 레이디얼 베어링(26)에 맞닿고, 슬라이딩 디스크(66)와 셜도(64)와 복귀스프링(38)에 의해 레이디얼 베어링은 베어링 하우징커버(68)를 누르며, 이 커버는 베어링하우징(18)을 덮는 것으로 베어링하우징(18)의 일단부에 결합된다. 베어링 하우징커버(68)에 형성된 개구부(69)를 통해 밸브축(12)이 외부로 뻗는다. 밸브축(12)이 베어링 하우징커버(68)에 대해 회전하도록 틈새가 있고, 틈새(58)를 통해 베어링 하우징 영역으로 침입하는 물이 이 틈새를 거쳐 밸브축(12)을 따라 레이디얼 베어링(26)을 향해 흐를 수 있다.
이를 막기위해, 제2 베어링 하우징(20)과 같은 높이나 낮은 높이로 배열된 베어링 하우징(18)의 외주면에, 구체적으로는 슬리브(36)로 둘러싸인 구간(37)에 원주 홈(70)을 형성한다. 이 홈(70)은 양쪽 2개의 벽면(72,74)으로 이루어지는데, 제1 벽면(72)는 채널하우징(16)에 가까운 쪽으로 베어링 하우징(18)의 외벽(76)에 대해 30도 정도의 각도를 이루고, 제2 벽면(74)은 펄크럼 브래킷(34)에 가까운 쪽으로서 베어링 하우징(18)의 외벽(76)에 대해 60도 정도의 각도를 이룬다. 그 결과, 홈(70)의 단면은 비대칭 형상이다.
이제 배기플랩이 물방울에 노출되어도, 슬리브(36)와 스프링 지지슬리브(56)에 의해 물방울이 베어링 영역에 침투하는 것이 방지된다. 그러나, 어느정도의 잔류 물방울은 슬리브(36,56) 사이의 틈새(58)를 통해 베어링 하우징을 따라 흐를 것이다. 그러나, 이렇게 침입한 물의 대부분은 베어링 하우징(18)의 외벽(76)을 따라 플랩축(12)에 도달하게 된다. 그러나, 이런 경로에서도, 물방울들이 홈(70)에 들어가게 되고, 홈(70)의 제1 벽면(72)에 대한 외벽(76)의 작은 각도 때문에 홈의 바닥을 향해 큰 저항 없이 홈을 타고내려 모이게된다. 홈(70)을 통해 외벽(76)을 따라 축(12)의 축방향으로 계속 흐르는 것이 방지되는데, 이는 제2 벽면(74)에 대한 각도와 높은 유동저항 때문이다. 따라서, 최소의 유동저항과 최고의 압력구배에 맞춰, 물은 홈(70)을 따라 아랫쪽으로 흘러내리고, 홈(70)의 최저 영역에서 물이 홈을 빠져나와 슬리브(36)의 내벽을 타고내려, 틈새(58)를 통해 베어링 밖으로 나가고, 플랩축(12)과 베어링 하우징커버(68) 사이의 틈새에는 다시 도달하지 않게된다.
이런 식으로, 밸브축(12)을 따라 움직이는 물방울들이 레이디얼 베어링(26)이나 슬라이딩 디스크(66) 안으로 침입하고 열때문에 증발하여, 물방울의 오염물이 밸브축(12)에 침착되어 밸브축의 회전을 방해하며 베어링을 손상시키는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이런 플랩 베어링장치의 유효수명과 내구성이 획기적으로 개선된다.

Claims (14)

  1. 플랩몸체(10)가 배치된 플랩축(12)이 회전 가능하게 배열된 레이디얼 베어링(26);
    플램몸체(10)와 같이 플랩축(12)을 회전시켜 유동 단면적을 조절할 수 있는 채널하우징(16);
    상기 레이디얼 베어링(26)을 둘러싸는 베어링 하우징(18);
    축방향으로 베어링 하우징(18)을 밀폐하고, 플랩축 단부(32)가 돌출하는 개구부(69)가 형성되어 있는 베어링 하우징커버(68); 및
    상기 베어링 하우징(18)의 적어도 일부분을 둘러싸는 슬리브(36);를 포함하고,
    상기 슬리브(36)로 둘러싸인 베어링 하우징(18)의 구간(37)의 외벽에 원주 홈(70)이 형성되고, 베어링 하우징(18)에서 돌출한 플랩축 단부(32)가 반대쪽 플랩축 단부와 같은 높이나 더 높게 배열되는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 홈(70)의 단면이 비대칭이고, 플랩몸체(10)에 가까운 쪽의 홈의 제1 벽면(72)이 플랩몸체(10)에서 먼쪽에 있고 제1 벽면에 인접한 홈의 제2 벽면(74)보다 베어링 하우징(18)의 외벽(76)에 대해 더 작은 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 벽면(72)과 제2 벽면(76) 사이의 각도가 45°보다 작은 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제2 벽면(74)과 외벽(76) 사이의 각도가 45°보다 큰 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 베어링 하우징(18) 내에서 플랩축(12)을 둘러싸는 슬라이딩 디스크(66)가 있고, 이 디스크가 플랩축(12)의 원추형 숄더(64)와 축방향으로 맞닿으며, 상기 레이디얼 베어링(26)은 슬라이딩 디스크(66)와 베어링 하우징커버(68) 사이에 축방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 플랩축 단부(32)에 펄크럼 브래킷(34)이 결합되고, 펄크럼 브래킷은 작동부재에 연결되는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 펄크럼 브래킷(34)이 유체가 새지 않도록 플랩축 단부(32)에 결합되는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 슬리브가 베어링 하우징(18) 방향으로 펄크럼 브래킷(34)에서부터 뻗는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 베어링 하우징커버(68)가 끼워맞춤이나 접착 방식으로 베어링 하우징(18)에 부착되는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 베어링 하우징(18)이 환형 연장부(54)가 달린 스프링지지 슬리브(56)로 둘러싸이고, 복귀스프링(38)이 상기 환형 연장부에 축방향으로 맞닿게 배열되는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 스프링지지 슬리브(56)가 적어도 3개의 지지대(60)를 갖고, 이들 지지대를 통해 스프링지지 슬리브(56)가 채널하우징(16)과 축방향으로 맞닿는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 스프링지지 슬리브(56)가 적어도 3개의 지지대(62)를 갖고, 이들 지지대를 통해 스프링지지 슬리브(56)가 베어링 하우징(18)과 방사상으로 맞닿는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  13. 제10항 내지 제12항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 복귀스프링(38)이 채널하우징(16)의 맞대기요소(42)에 맞닿는 제1 스프링다리(40)와, 복귀스프링의 반대쪽 단부에 형성된 제2 스프링다리(44)를 갖고, 제2 스프링다리는 펄크럼 브래킷(34)의 맞대기요소에 맞닿는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중의 어느 하나에 있어서, 제1 베어링 하우징(18)에 대해 반경방향으로 반대의 채널하우징 쪽에 제2 베어링 하우징(20)이 배치되고, 플랩축(12)의 베어링 지지를 위한 제2 레이디얼 베어링(28)이 제2 베어링 하우징(20)의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 모터차량의 플랩축용 플랩베어링 장치.
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