KR20160061084A - 배기가스 재순환 밸브 장치 - Google Patents

Abstract

배기가스 재순환 밸브 장치는, 액추에이터, 밸브 플레이트를 구비하는 밸브 샤프트, 상기 밸브 샤프트가 설치되는 액추에이터 하우징, 그리고 상기 액추에이터의 출력을 상기 밸브 샤프트로 전달하는 동력 전달 유닛을 포함한다. 상기 동력 전달 유닛은 상기 액추에이터의 동력을 전달받는 유성 기어 세트, 상기 유성 기어 세트의 출력 요소를 원 상태로 리턴시키도록 작용하는 리턴력을 제공하도록 상기 출력 요소와 상기 액추에이터 하우징에 각각 연결되는 탄성 부재, 그리고 상기 유성 기어 세트의 출력을 전달받아 회전하면서 상기 밸브 샤프트를 구동하는 회전 부재를 포함한다. 상기 유성 기어 세트는 상기 액추에이터의 출력축에 연결되는 썬 기어, 링 기어, 그리고 상기 썬 기어와 링 기어에 각각 치합되며 캐리어에 의해 지지되는 복수의 유성 기어를 포함한다. 상기 캐리어는 상기 액추에이터 하우징에 고정되고, 상기 링 기어가 출력 요소로 작용하여 회전하면서 상기 회전 부재에 동력을 전달한다.

Description

배기가스 재순환 밸브 장치{Exhaust gas recirculation valve device}

본 발명은 차량의 배기가스 재순환 시스템에 적용되는 밸브에 관한 것이다.

차량의 엔진에서 배출된 배기가스를 엔진으로 다시 유입시키는 배기가스 재순환 시스템(Exhaust gas recirculation system)이 사용되고 있으며, 이러한 배기가스 재순환 시스템은 개폐 작동에 의해 배기가스를 선택적으로 재순환시킬 수 있도록 작용하는 밸브를 구비한다.

이러한 배기가스 재순환 시스템에 적용되는 밸브가 작동 불능 상태에 빠질 경우, 엔진의 작동에 영향을 주지 않기 위해서는 밸브는 자동으로 폐쇄 또는 개방 상태로 복귀하여야 한다.

밸브 자동 복귀 기능을 제공하기 위해 사용되는 스프링은 통상 토션 스프링 혹은 압축 스프링인데, 토션 스프링을 사용할 경우 회전 운동을 직선 운동으로 변환하기 위해 캠과 회전축을 지지하는 밸브 몸체 사이에 스프링이 연결되어 자동 복귀를 위한 토크를 제공하게 된다. 한편, 압축 스프링을 사용하는 경우에는 회전축에서 편심된 위치에서 접선력을 제공함으로써 밸브를 복귀시킨다.

회전 스프링을 사용할 경우의 문제점은 캠이 고정된 후 밸브의 초기 위치에 필요한 토크를 부여해야 하기 때문에, 캠 조립 완료 후 캠과 몸체 사이의 스프링을 회전시키기 위한 별도의 공정을 두거나 조립 후에 토크를 부여하기 위한 별도의 구조를 추가해야 하는 것이다. 뿐만 아니라 밸브의 힘을 증가시키기 위해 기어비를 증가시키거나 유성기어를 사용함으로 인해 복귀 토크 역시 증가되어야 할 경우에 스프링의 직경이 캠의 크기에 제한을 받게 되어 설계의 자유도가 줄어드는 문제가 있다. 압축 스프링을 사용하는 경우에는 구조가 간단해지고 스프링의 제작 및 설치가 용이한 장점이 있으나, 필연적으로 회전 운동 축에서 편심된 위치에 스프링을 설치하여야 하고 회전 운동에서 변환되는 직선 운동의 크기를 증가시키기 위해 편심의 크기를 줄일 경우, 스프링의 힘이 증가되어야 하기 때문에 스프링의 치수가 커져야 하는 단점이 있다.

미국 등록특허 US6,692,401 (등록일: 2004.02.17) 미국 등록특허 US7,582,036 (등록일: 2009.09.01)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구조가 간단하며 설계 자유도가 향상되고 전체 크기를 줄일 수 있는 배기가스 재순환 밸브 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 밸브 장치는, 액추에이터, 밸브 플레이트를 구비하는 밸브 샤프트, 상기 액추에이터의 출력을 상기 밸브 샤프트로 전달하는 동력 전달 유닛, 그리고 상기 동력 전달 유닛이 설치되는 엑추에이터 하우징을 포함한다. 상기 동력 전달 유닛은 상기 액추에이터의 동력을 전달받는 유성 기어 세트, 상기 유성 기어 세트의 출력 요소를 원 상태로 리턴시키도록 작용하는 리턴력을 제공하도록 상기 출력 요소와 상기 액추에이터 하우징에 각각 연결되는 탄성 부재, 그리고 상기 유성 기어 세트의 출력을 전달받아 회전하면서 상기 밸브 샤프트를 구동하는 회전 부재를 포함한다. 상기 유성 기어 세트는 상기 액추에이터의 출력축에 연결되는 썬 기어, 링 기어, 그리고 상기 썬 기어와 링 기어에 각각 치합되며 캐리어에 의해 지지되는 복수의 유성 기어를 포함한다. 상기 캐리어는 상기 액추에이터 하우징에 고정되고, 상기 링 기어가 출력 요소로 작용하여 회전하면서 상기 회전 부재에 동력을 전달한다.

상기 탄성 부재는 상기 액추에이터 하우징 내에 설치될 수 있다.

상기 탄성 부재는 토션 스프링일 수 있고, 상기 토션 스프링의 일단은 상기 캐리어에 고정되고 다른 일단은 상기 액추에이터 하우징에 고정될 수 있다.

본 발명에 의하면, 유성 기어 세트를 이용하여 밸브 구동력을 전달하고 유성 기어 세트의 출력 요소를 리턴시키기 위한 탄성 부재를 액추에이터 하우징 내부에 배치함으로써, 구조가 간단하고 설계 자유도가 향상될 뿐만 아니라 전체적인 크기를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 밸브 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 밸브 장치의 일부 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 밸브 장치의 동력 전달 유닛의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 밸브 장치의 동력 전달 유닛의 분해 사시도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 밸브 장치는 배기가스 재순환(EGR, exhaust gas recirculation)이 선택적으로 이루어지도록 개폐 작동을 한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 액추에이터(10)가 구비된다. 액추에이터(10)는 밸브의 개폐 작동을 위한 구동력을 제공한다. 액추에이터(10)는 모터일 수 있다.

밸브 샤프트(20)는 밸브 플레이트(21)를 구비하며 액추에이터 하우징(30) 내에 이동 가능하게 설치된다. 밸브 샤프트(20)의 이동 위치에 따라 배기가스 재순환 통로(1)가 개방되거나 폐쇄된다.

동력 전달 유닛(40)은 액추에이터(10)의 출력을 밸브 샤프트(20)로 전달한다. 동력 전달 유닛(40)은 유성 기어 세트(planetary gear set)(41)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 4에 예시적으로 도시된 바와 같이, 유성 기어 세트(41)는 썬 기어(sun gear)(411), 링 기어(ring gear)(413), 그리고 캐리어(carrier)(415)에 의해 지지되는 복수의 유성 기어(planetary gear)(417)를 포함할 수 있다. 이때, 유성 기어(417)는 세 개로 구비될 수 있다.

각 유성 기어(417)는 두 개의 기어치(417a, 417b)를 포함하며, 그 중 하나(417a)는 썬 기어(411)와 치합되고 나머지 하나(417b)는 링 기어(413)와 치합된다. 그리고 각 유성 기어(417)는 체결 부재(418)에 의해 회전 가능한 상태로 캐리어(415)에 체결될 수 있다. 예를 들어, 캐리어(415)와 유성 기어(417)에 각각 체결 구멍(415b, 417c)이 형성되고 이 체결 구멍(415b, 417c)이 삽입됨으로써, 유성 기어(417)가 캐리어(415)에 체결될 수 있다.

썬 기어(411)는 액추에이터(10)의 출력축(11)에 연결되고, 캐리어(415)는 액추에이터 하우징(30)에 고정된다. 즉, 썬 기어(411)를 통해서 액추에이터(10)의 출력이 입력되고, 캐리어(415)는 정지 요소로 작용한다. 링 기어(413)는 회전 가능하게 설치된다. 이러한 연결 관계에 의해 회전 가능하게 설치되는 링 기어(413)가 출력 요소로 작용한다.

예를 들어, 캐리어(415)는 외측으로 돌출된 체결 돌기(415a)가 형성되고 액추에이터 하우징(30)의 내벽에는 체결 홈(31)이 형성될 수 있으며, 체결 돌기(415a)가 체결 홈(31)에 삽입됨으로써 캐리어(415)가 회전 가능하지 않은 상태로 액추에이터 하우징(30)에 설치될 수 있다.

이러한 구조에 의해 액추에이터(10) 작동 시에 링 기어(413)가 출력 요소로 작용하여 회전하면서 동력을 전달한다.

한편, 동력 전달 유닛(40)은 탄성 부재(43)와 회전 부재(45)를 구비할 수 있다.

탄성 부재(43)는 유성 기어 세트(41)의 출력 요소를 원 상태로 리턴시키도록 작용하는 리턴력(return force)을 제공하도록 출력 요소, 즉 링 기어(413)와 액추에이터 하우징(30)에 각각 연결된다. 예를 들어, 탄성 부재(43)는 도면에 도시된 바와 같이, 토션 스프링일 수 있다. 액추에이터(10)가 작동하면 링 기어(413)가 회전하고 이 과정에서 링 기어(413)와 액추에이터 하우징(30)에 각각 연결된 탄성 부재(43)가 비틀어지게 된다. 그리고 나서 액추에이터(10)의 작동이 해제되면 탄성 부재(43)의 탄성 복원력이 작용하면서 링 기어(413)가 원 위치로 복귀하게 된다.

이때, 토션 스프링(43)의 일단(43a)은 링 기어(413)에 고정되고 다른 일단(43b)은 액추에이터 하우징(30)에 고정될 수 있다. 이를 위해 링 기어(413)에 구멍(413a)이 형성될 수 있고, 토션 스프링(43)의 일단(43a)이 이 구멍(413a)에 삽입되어 체결될 수 있다.

회전 부재(45)는 유성 기어 세트(41)의 출력을 전달받아 회전하면서 밸브 샤프트(20)를 구동한다. 이때, 회전 부재(45)는 연결 부재(46)를 통해 유성 기어 세트(41)의 출력 요소인 링 기어(413)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 회전 부재(45)는 유성 기어 세트(41)의 링 기어(413)에 형성된 연결부(416)에 연결축(46)을 통해 연결될 수 있으며, 이에 의해 회전 부재(45)가 유성 기어 세트(41)의 출력 요소인 링 기어(413)와 함께 회전한다. 이때, 연결부(416)는 연결 로드(414)를 통해서 링 기어(413)에 연결될 수 있다.

이때, 링 기어(413)의 연결 로드(414)와 캐리어(415)의 체결 돌기(415a)가 서로 교대로 배열되고 양자 사이에 간격이 존재함으로써, 회전하지 않고 고정되어 있는 체결 돌기(415a) 사이의 공간에서 연결 로드(414)가 회전할 수 있게 된다.

회전 부재(45)는 그 회전 위치에 따라 밸브 샤프트(20)의 수직 위치를 변화시킬 수 있도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전 부재(45)는 원호 형상을 가지는 장공(45a)를 구비할 수 있으며, 밸브 샤프트(20)에 체결된 연결 부재(20a)가 장공(45a)에 삽입됨으로써 회전 부재(45)의 회전 위치가 변경됨에 따라 연결 부재(20a)가 장공(45a) 내에서의 위치가 변경되고 그에 따라 밸브 샤프트(20)의 수직 위치가 변경될 수 있다.

위에서 설명한 탄성 부재(43)는 도면에 도시된 바와 같이 액추에이터 하우징(30) 내에 설치될 수 있다.

이러한 구조에 의해 회전 부재(45)의 설계와 탄성 부재(43)가 독립적으로 되어 설계의 자유도가 증가하게 된다. 또한 배기가스 재순환 시스템에서의 고온의 배기가스가 흐르기 때문에 탄성 부재(43)를 액추에이터 하우징(30)의 외부에 설치하는 것보다 내부에 설치하는 것이 온도의 영향을 적게 받을 수 있다. 그리고 조립 공정에서 회전 부재(45)의 조립 후에 스프링 각도 조절의 위한 공정을 삭제할 수 있으며 회전 부재(45)의 위치 고정 단계에서 미리 정한 전류를 액추에이터(10)에 인가하여 캐리어(415)를 회전시킨 상태에서 회전 부재(45)를 조립함으로써, 쉽게 토크를 부여할 수 있다. 또한 스프링의 제조 편차와 관계없이 밸브의 원점 상태에서의 복귀 토크 편차를 최소로 관리할 수 있다. 특정 위치에서의 밸브 직선 운동의 힘을 증가시키거나 줄이기 위해 회전 부재(45)의 압력각을 조절할 경우에도 스프링의 변경 없이 동일한 수준의 복귀 성능을 확보할 수 있기 때문에 작은 비용으로 큰 힘을 발생시킬 수 있는 배기가스 순환 밸브 장치의 구현이 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

10: 액추에이터
20: 밸브 샤프트
30: 액추에이터 하우징
4); 동력 전달 유닛
21: 유성 기어 세트
411: 썬 기어
412: 링 기어
415: 캐리어
417: 유성 기어
43: 탄성 부재
45: 회전 부재

Claims (3)

1. 배기가스 재순환 밸브 장치로서,
   액추에이터,
   밸브 플레이트를 구비하는 밸브 샤프트,
   상기 액추에이터의 출력을 상기 밸브 샤프트로 전달하는 동력 전달 유닛, 그리고
   상기 동력 전달 유닛이 설치되는 액추에이터 하우징을 포함하며,
   상기 동력 전달 유닛은
   상기 액추에이터의 동력을 전달받는 유성 기어 세트,
   상기 유성 기어 세트의 출력 요소를 원 상태로 리턴시키도록 작용하는 리턴력을 제공하도록 상기 출력 요소와 상기 액추에이터 하우징에 각각 연결되는 탄성 부재, 그리고
   상기 유성 기어 세트의 출력을 전달받아 회전하면서 상기 밸브 샤프트를 구동하는 회전 부재를 포함하고,
   상기 유성 기어 세트는
   상기 액추에이터의 출력축에 연결되는 썬 기어,
   링 기어, 그리고
   상기 썬 기어와 링 기어에 각각 치합되며 캐리어에 의해 지지되는 복수의 유성 기어를 포함하고,
   상기 캐리어는 상기 액추에이터 하우징에 고정되고,
   상기 링 기어가 출력 요소로 작용하여 회전하면서 상기 회전 부재에 동력을 전달하는 배기가스 재순환 밸브 장치.
2. 제1항에서,
   상기 탄성 부재는 상기 액추에이터 하우징 내에 설치되는 배기가스 재순환 밸브 장치.
3. 제1항에서,
   상기 탄성 부재는 토션 스프링이고,
   상기 토션 스프링의 일단은 상기 캐리어에 고정되고 다른 일단은 상기 액추에이터 하우징에 고정되는 배기가스 재순환 밸브 장치.

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