KR20160103432A - 배기가스 재순환밸브 - Google Patents

Abstract

배기가스 재순환밸브에 관한 것으로, 하부에 배기가스가 유입되는 유입구와 배기가스가 배출되는 배출구가 형성되며 상부에 구동모터가 설치되는 모터 삽입부가 형성된 제1 하우징 및 상기 제1 하우징에 대응되는 제2 하우징으로 이루어지는 하우징, 상기 구동모터의 회전력을 다수의 기어로 전달받아 회전되는 회전축이 구비되는 회전력 전달부, 상기 회전축이 일측에 편심되게 결합되고 상기 회전축의 회전에 의해 승강되도록 결합되는 편심캠과 상기 편심캠에 의해 일정 높이로 승강되는 링크로 이루어진 편심 승강부, 상기 링크에 승강 가능하게 결합되어 상기 하우징의 유출구를 개폐시키는 밸브 구동부를를 마련하여 편심캠에 회전축과 링크가 근접하게 설치되어 편심캠의 회전 시 압력각을 줄일 수 있고, 회전축의 반달키가 편심캠의 일측에 편심되어 있어 편심캠의 회전에 따른 압력각을 줄일 수 있으며, 회전축과 링크의 압력각이 작아 제1 힌지와 제2 힌지에 가해지는 응력을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

배기가스 재순환밸브{Exhaust Gas Recirculation Valve}

본 발명은 배기가스 재순환밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모터의 회전력을 전달하여 밸브 시트를 개폐할 수 있는 배기가스 재순환밸브에 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, 그 밖에 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질을 포함하고 있다.

배기가스 재순환밸브(EGR: Exhaust Gas Recirculation Valve)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 저하시킴으로써 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 공회전 및 워밍업 이외의 회전에서만 EGR 밸브의 제어에 의해 통로를 개폐한다.

공회전 및 워밍업 전에는 작동되지 않다가 공회전 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.

한편 최근 들어 배기가스의 규제가 강화됨에 따라 배기가스 재순환밸브는 더욱 더 정밀한 제어를 요하고 있으며, 배기가스 재순환밸브의 모터는 직접 구동 방식으로서, 아마추어(armature)의 회전 운동이 스크류(screw)의 역할을 하여 밸브 샤프트의 직선운동으로 변환시켜 준다.

이러한 직접구동 방식의 배기가스 재순환밸브의 직류모터는 밸브의 왕복거리(stroke)가 6㎜이므로, 아마추어 내부의 스크류(screw)의 리드(lead)도 6㎜로 이루어진다.

따라서 전체 왕복거리까지 모터는 1회전만 하게 되어 정밀한 제어가 매우 어렵고, 재순환밸브의 성능과 모터의 크기(size)가 비례하여 커지게 되며, 재순환밸브의 성능이 높아질수록 크기가 커지게 되는 문제점이 있었다.

아울러 캠(cam) 타입의 배기가스 재순환밸브는 정밀한 제어가 가능하나 3단 기어의 적용으로 배기가스 재순환밸브의 크기가 비교적 커질 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

도 1 및 도 2는 종래의 차량용 이지알(EGR)밸브를 도시한 것으로, 도 1은 이지알 밸브의 입체도이고, 도 2는 이지알 밸브용 개폐장치의 결합 입체도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 이지알 밸브는 연결로드(250, 203)에 가이드 베어링(235)이 회전 가능하게 설치되며, 상기 가이드 베어링(235)이 상기 가이드 프레임(70)의 내부에 수용되어 상기 가이드 프레임(70)의 안내를 받아서 상하 이동된다.

가이드 프레임(70)은 액츄에이터 하우징(11)의 전면에 소정의 체결부재에 의하여 고정되는 고정부(70a), 상기 고정부(70a)에 의하여 전방으로 연장되는 'ㄷ'자 형태의 연장부(70b, 70c), 상기 연장부(70b, 70c) 내부에 마련되어 상기 가이드 베어링(235)이 수용되고, 상기 가이드 베어링(235)의 상하 이동을 가이드 하는 가이드 공간부(72)를 포함한다

링크 부재(201, 202)는 액츄에이터에 연결되는 연결샤프트(210)에 결합되는 제1링크부재(201), 상기 제1링크부재(201)와 회동가능하게 결합되는 제2링크부재(202)를 포함한다.

상기 제1링크부재(201)와 상기 제2링크부재(202)는 일측으로 길게 연장되는 바(bar)형태로 이루어지며, 상기 제1링크부재(201)의 일단부에 상기 연결샤프트(210)가 끼워 맞춤되어 연결되고, 상기 제1링크부재(201)의 타단에 상기 제2링크부재(202)가 회동 가능하게 연결된다.

상기 액츄에이터(10) 동작에 의하여 상기 연결샤프트(210)가 회전하면, 그에 따라 상기 제1링크부재(201)가 회전을 하고, 상기 제2링크부재(202)가 상승 또는 하강된다.

제1연결로드(250) 내부에는 그 상부가 개방되는 수용공간(250a)이 형성되고, 그 수용공간(250a) 내부에 상기 가이드 베어링(235)이 회동 가능하게 설치된다.

상기 제1연결로드(250)의 상부는 상기 제2링크부재(202)와 제2체결부재(230)에 의하여 회동 가능하게 결합되고, 상기 제2링크부재(202)와 연결된 부분보다 아래쪽에 상기 가이드 베어링(235)이 제3체결부재(260)에 의하여 결합된다.

가이드 베어링(235)의 지름은 상기 제1연결로드(250)의 직경보다 크게 형성되며, 이는 상기 가이드 프레임(70)의 가이드 공간부(72)와 내접하하게 된다.

이와 같은 이지알 밸브는 액추에이터의 연결샤프트에 일정 길이를 갖는 제1 링크부재(201)와 제2 링크부재(202)가 결합됨에 따라 연결로드(203)와 연결샤프트(210) 사이에 형성되는 압력각이 커지게 되는 문제점이 있으며, 압력각이 커짐에 따라 연결로드에 받는 하중이 커지게 되는 문제점이 있고, 압력각이 큰 제1 링크부재와 제2 링크부재의 하중을 줄이기 위하여 가이드 베어링을 설치해야 되는 문제점이 있었다.

또한 2개의 링크부재에 의해 액추에이터의 회전력을 연결로드의 회전에 의해 전달함에 따라 압력각이 커지게 되고, 압력각에 따른 충격이 밸브부재에 전달되어 밸브부재의 개폐 동작 시 충격 및 진동이 발생되는 문제점이 있으며, 2개의 링크부재의 회전에 필요한 공간을 확보해야 되므로 이지알 밸브의 크기가 커지게 되는 문제점이 있었다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 '차량용 ＥＧＲ밸브'가 개시되어 있다.

하기 특허문헌 1에 따른 차량용 ＥＧＲ밸브에는 동력을 제공하는 액츄에이터와; 상기 액츄에이터와 연결되며 흡입구와 배출구가 형성되는 하우징과; 상기 엑츄에이터와 연결되어 상기 흡입구를 개폐하는 개폐장치를 포함하며, 상기 개폐장치는 상기 액츄에이터와 연결되고 회전운동 가능하게 마련되는 링크부재와; 상기 링크부재와 연결되되 그 일부가 하우징 내부에 수용되되, 상기 링크부재의 회전에 따라서 왕복운동을 수행하는 연결로드와; 상기 연결로드의 단부에 마련되고 상기 연결로드의 움직임에 따라서 상기 하우징의 흡입구를 개폐하는 밸브 부재와; 상기 하우징과 연결로드 사이를 지지하며 상기 연결로드에 탄성복원력을 제공하는 탄성부재와, 상기 연결로드에 삽입되는 상태로 배치되는 가이드 베어링과; 상기 액츄에이터를 수용하는 액츄에이터 하우징에 설치되어 상기 가이드 베어링의 상하 이동을 안내하는 가이드프레임이 개시되어 있다.

하기 특허문헌 2에는 ' ＥＧＲ밸브 및 ＥＧＲ밸브용 캠 그리고 ＥＧＲ밸브용 캠의 제조방법'이 개시되어 있다.

하기 특허문헌 2에 따른 ＥＧＲ밸브 및 ＥＧＲ밸브용 캠은 구동모터가 설치되되 하우징상에 마련되는 모터설치부와; 상기 모터설치부와 인접하게 형성되고 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유동하도록 마련되며 상기 하우징에 마련되는 배기가스 유로와; 상기 모터설치부와 인접하게 마련되며, 상기 구동모터로부터 동력을 전달받아서 상기 배기가스 유로를 선택적으로 개폐하도록 상기 하우징에 마련되는 밸브유닛을 포함한다.

상기 밸브유닛은 상기 모터설치부로부터 동력을 전달받도록 마련되며 상기 하우징에 회동가능하게 마련되는 작동캠과; 상기 작동캠과 연결되어 상기 작동캠의 동작에 따라서 상하왕복운동을 수행하며 상기 배기가스유로를 선택적으로 단속하는 밸브부재를 포함한다.

상기 밸브부재는 상기 밸브부재는 작동캠에 삽입되어 구름운동을 하는 롤러와; 상기 롤러와 연결되어 작동캠의 회전에 따라 상하운동하는 밸브스템과; 상기 밸브스템의 단부에 연결되어 상기 밸브스템의 상하운동에 따라서 상기 배기가스유로를 선택적으로 개폐하는 밸브 플레이트로 구성된다.

상기 작동캠은 플레이트부와; 상기 플레이트부에 마련되는 안내홈으로 구성되며, 상기 안내홈은 상기 작동캠의 회전중심점으로부터 수직으로 그은 가상의 수직선으로부터 시작하여 반시계방향으로 연장되고 회전중심점으로부터 점점 이격되는 원(原) 캠곡선 중 일부 형상에 대응된다.

상기 원 캠곡선 중 절단된 전단부의 회전에 따른 상기 롤러와 원 캠곡선간의 가상의 접촉위치 및 상기 원 캠곡선 중 절단된 후단부의 회전에 따른 상기 롤러와 원 캠곡선의 가상의 접촉위치는 상기 원 캠곡선의 회전에 따라서 비선형적으로 변화하고, 상기 작동캠에 형성된 안내홈과 상기 밸브부재의 롤러와의 접촉위치는 상기 작동캠의 회전에 따라서 선형적으로 변화함에 따라서 상기 작동캠의 회전에 따라 상기 밸브부재의 위치는 그 길이방향을 따라서 선형적으로 변화할 수 있도록 마련되고, 상기 작동캠과 상기 밸브부재의 접촉지점의 압력각은 소정범위 내에 변화된다.

하기 특허문헌 3에는 '차량용 ＥＧＲ밸브'가 개시되어 있다.

하기 특허문헌 3에 따른 차량용 ＥＧＲ밸브는 하우징과; 동력을 발생시키는 구동모터와; 상기 구동모터와 연결되어 동력을 전달하며 복수의 기어로 구성되는 동력전달부와; 상기 동력전달부를 구성하는 복수의 기어 중 어느 하나와 연결되는 회전축과; 상기 회전축에 연결되어 회전축의 회전방향을 따라서 움직이며 그 내부에 안내홈이 형성되는 작동캠과; 상기 작동캠에 연동되게 마련되며, 상기 하우징에 마련되는 가스 유로를 상기 작동캠의 동작에 따라서 선택적으로 개폐하되, 그 일단부가 상기 작동캠의 안내홈의 상면과 접촉되어 상기 작동캠의 회전동작과 동시에 동작가능하게 마련되는 밸브유닛과, 상기 하우징의 내벽과 상기 동력전달부 사이에 마련되어 탄성복원력을 제공하는 탄성복원부재를 포함한다.

상기 탄성복원부재는 상기 구동모터 및 동력전달부에 의하여 상기 작동캠에 동력이 전달되지 않은 상태에서 상기 작동캠을 하강 회전방향으로 밀 수 있도록 힘을 제공하고, 상기 탄성복원부재는 상기 하우징의 내벽과 상기 동력전달부 사이에 마련되며 코일 형태로 마련되는 몸체부와; 상기 동력전달부를 구성하는 기어에 마련되는 지지공에 설치되는 제1단부와, 상기 하우징 내벽에 마련되는 지지홈에 설치되는 제2단부가 개시되어 있다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1279947호(2013년 6월 24일 등록) 대한민국 특허 등록번호 제10-1225682호(2013년 1월 17일자 등록) 대한민국 특허 등록번호 제10-1237941호(2013년 2월 21일 등록)

그러나 종래기술의 특허문헌 1에 따른 이지알밸브는 액추에이터의 연결샤프트에 일정 길이를 갖는 제1 링크부재와 제2 링크부재가 결합됨에 따라 연결로드와 연결샤프트 사이에 형성되는 압력각이 커지게 되는 문제점이 있으며, 압력각이 커짐에 따라 연결로드에 받는 하중이 커지게 되는 문제점이 있고, 압력각이 큰 제1 링크부재와 제2 링크부재의 하중을 줄이기 위하여 가이드 베어링을 설치해야 되는 문제점이 있었다.

이러한 종래기술에 따른 링크부재는 2개의 링크부재에 의해 액추에이터의 회전력을 연결로드의 회전에 의해 전달함에 따라 압력각이 커지게 되고, 압력각에 따른 충격이 밸브부재에 전달되어 밸브부재의 개폐 동작 시 충격 및 진동이 발생되는 문제점이 있으며, 2개의 링크부재의 회전에 필요한 공간을 확보해야 되므로 이지알 밸브의 크기가 커지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 회전축과 구동축의 편심으로 압력각을 줄일 수 있는 배기가스 재순환밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 회전축과 구동축의 편심으로 동력전달을 높일 수 있는 배기가스 재순환밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 회전축과 구동축의 작은 압력각으로 축 방향으로 받는 하중을 최소화할 수 있는 배기가스 재순환밸브를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배기가스 재순환밸브는 하부에 배기가스가 유입되는 유입구와 배기가스가 배출되는 배출구가 형성되며 상부에 구동모터가 설치되는 모터 삽입부가 형성된 제1 하우징 및 상기 제1 하우징에 대응되는 제2 하우징으로 이루어지는 하우징, 상기 구동모터의 회전력을 다수의 기어로 전달받아 회전되는 회전축이 구비되는 회전력 전달부, 상기 회전축이 일측에 편심되게 결합되고 상기 회전축의 회전에 의해 승강되도록 결합되는 편심캠과 상기 편심캠에 의해 일정 높이로 승강되는 링크로 이루어진 편심 승강부, 상기 링크에 승강 가능하게 결합되어 상기 하우징의 유출구를 개폐시키는 밸브 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 회전력 전달부는 상기 구동모터에 의해 회전되는 제1 기어, 상기 제1 기어에 맞물리며 일면에 제3 기어가 형성된 제2 기어, 상기 제3 기어에 맞물려 소정의 각도만큼 왕복 회전되는 제4 기어, 상기 제4 기어에 일측이 고정되는 회전축, 상기 편심캠의 일측 편심구멍에 끼워져 고정되는 반달키를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 편심 승강부는 상기 회전축의 일측이 끼워져 결합되도록 반달 형상으로 편심구멍이 형성되고 상기 편심구멍으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 상기 링크의 일단이 회전 가능하게 결합되도록 고정구멍 형성된 편심캠, 상기 고정구멍에 일단이 회전 가능하게 결합되는 링크, 상기 링크의 타단에 일정 길이를 가지며 상기 밸브 구동부의 밸브 로드가 상하 이동 가능하게 일정 길이로 형성되는 제2 회전구멍을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 링크는 상기 편심캠의 고정구멍에 결합되는 베어링, 상기 베어링을 관통하여 상기 링크의 회정구멍에 회전 가능하게 결합되는 제1 힌지, 상기 편심캠의 원호면을 따라 승강 가능하게 면 접촉되는 롤러, 상기 롤러 및 상기 링크의 제2 회전구멍을 관통하여 상하 승강 가능하게 결합되는 제2 힌지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브 구동부는 상기 링크에 회전 가능하게 결합되며 일정 길이를 갖는 밸브 로드, 상기 밸브 로드의 상부에 고정되는 받침판, 상기 받침판의 저면에 설치되는 스프링, 상기 밸브 로드의 하단에 상기 유입구를 개폐시키는 밸브 시트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배기가스 재순환밸브에 의하면, 편심캠에 회전축과 링크가 근접하게 설치되어 편심캠의 회전 시 압력각을 줄일 수 있고, 회전축의 반달키가 편심캠의 일측에 편심되어 있어 편심캠의 회전에 따른 압력각을 줄일 수 있으며, 회전축과 링크의 압력각이 작아 제1 힌지와 제2 힌지에 가해지는 응력을 줄일 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 종래의 이지알 밸브의 입체도,
도 2는 종래의 이지알 밸브용 개폐장치의 결합 입체도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 입체도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 일측에서 보인 분해 입체도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 타측에서 보인 분해 입체도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 동력전달부를 보인 분해 입체도,
도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 링크를 보인 입체도,
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 상승된 상태를 보인 정면도,
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 하강된 상태를 보인 정면도,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 동력전달부 압력각을 보인 개념도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 입체도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 일측에서 보인 분해 입체도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 타측에서 보인 분해 입체도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 동력전달부를 보인 분해 입체도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브는 하부에 배기가스가 유입되는 유입구(115)와 배기가스가 배출되는 배출구(116)가 형성되며 상부에 구동모터(113)가 설치되는 모터 삽입부(112)가 형성된 제1 하우징(111) 및 상기 제1 하우징(111)에 대응되는 제2 하우징(120)으로 이루어지는 하우징(110), 상기 구동모터(113)의 회전력을 다수의 기어로 전달받아 회전되는 회전축(155)이 구비되는 회전력 전달부(150), 상기 회전축(155)이 일측에 편심되게 결합되고 상기 회전축(155)의 회전에 의해 승강되도록 결합되는 편심캠(210)과 상기 편심캠(210)에 의해 일정 높이로 승강되는 링크(230)로 이루어진 편심 승강부(200), 상기 링크(230)에 승강 가능하게 결합되어 상기 하우징(110)의 유입구(115)를 개폐시키는 밸브 구동부(250)를 포함할 수 있다.

도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브는 회전력 전달부(150)와 편심 승강부(200) 사이에 설치되는 편심캠(210) 및 링크(230)에 의해 압력각을 작게 하여 밸브 구동부(250)에 가해지는 하중(응력)을 줄일 수 있도록 함은 물론 편심캠(210) 및 롤러(237)의 승강에 따라 밸브 구동부(250)의 승강을 정밀 제어할 수 있도록 한다.

상기 하우징(110)은 모터 삽입부(112) 및 배출유로(114)가 형성되는 제1 하우징(111)과 제1 하우징(111)의 일면에 고정되는 제2 하우징(120)이 포함될 수 있다.

상기 제1 하우징(111)에는 상부에 구동모터(113)를 안정되게 설치할 수 있는 모터 삽입부(112)가 돌출 형성될 수 있고, 제1 하우징(110)의 하부에는 배기가스를 필요에 따라 개폐시킬 수 있는 배출유로(114)가 형성될 수 있다.

상기 모터 삽입부(112)에는 인가된 전원에 의해 회전되는 구동모터(113)가 장착될 수 있고, 상기 배출유로(114)는 하단에 형성되는 유입구(115)와 유입구(115)를 통해 유입된 배기가스를 배출시키는 배출구(116)가 서로 인접하게 형성될 수 있다.

이들 유입구(115)의 상면에는 단턱이 형성되며, 상기 유입구(115)는 밸브 구동부(250)의 승강에 따라 유입구(115)가 개방됨에 따라 배기가스가 배출구(116)를 통해 배출되게 한다.

또한 제2 하우징(120)은 제1 하우징(111)의 일면에 장착되며, 하우징(110)에는 구동모터(113)의 회전력을 밸브 구동부(250)로 전달하는 동력전달부가 마련되는데, 동력전달부는 구동모터(113)에 의해 밸브 구동부(250)가 승강되도록 구동모터(113)의 회전력을 전달하는 회전력 전달부(150)와 회전력 전달부(150)에 의해 소정의 높이만큼 왕복 승강되는 편심 승강부(200)가 포함될 수 있다.

상기 회전력 전달부(150)는 구동모터(113)에 의해 회전력을 전달받는 제1 기어(151), 제1 기어(151)와 맞물리는 제2 기어(152), 상기 제2 기어(252)의 일면에 형성되는 제3 기어(153), 상기 제3 기어(153)에 맞물리는 제4 기어(154) 및 제4 기어(154)에 의해 회전되는 회전축(155)을 포함할 수 있다.

상기 회전축(155)은 일정 길이를 가지며, 그 일측은 편심 승강부(200)에 고정되어 편심 승강부(200)를 승강시킴에 따라 밸브 구동부(250)를 승강되게 하며, 타측은 회전축(155)의 회전 속도 및 회전각을 감지할 수 있도록 마그네틱(157)과 홀센서(158)가 설치될 수 있다.

상기 회전축(155)의 일단은 편심캠(210)에 고정되는데, 회전축(155)의 일단은 그 형상이 대략 반달 형상의 반달키(156)로 형성될 수 있다. 이는 편심캠(210)에 결합되는 회전축(155)과 링크(230)의 간격을 좁게 하여 압력각을 줄이기 위함이다.

즉, 반달키(156)는 회전축(155)의 회전력으로 편심캠(210)을 회전시킴은 물론 회전축(155)과 링크(230) 사이를 좁게 하여 회전축(155)의 회전 시 링크(230)의 회전 반경을 짧게 형성할 수 있게 된다.

또한 회전축(155)의 타단에는 서로 다른 극성을 갖는 마그네틱(157)이 삽입 고정될 수 있고, 회전축(155)과 인접한 위치에는 마그네틱(157)의 회전에 따른 회전속도 및 회전각을 감지할 수 있는 홀센서(158)가 설치될 수 있다.

상기 편심 승강부(200)는 회전축(155)과 베어링(236)이 결합되는 편심캠(210)과 상기 베어링(236)의 일단이 회전 가능하게 결합되고 타단에 밸브 로드(251)가 승강 가능하게 결합되는 링크(230)를 포함할 수 있다.

상기 편심 승강부(200)는 회전력 전달부(150)에 의해 소정의 각도로 회전시킴으로써 편심 승강부(200)에 결합되어 있는 밸브 구동부(250)를 승강시킬 수 있도록 한다.

상기 편심캠(210)에는 회전축(155)이 결합될 수 있도록 반달 형상으로 편심구멍(211)이 형성될 수 있고, 편심구멍(211)과 소정 거리만큼 떨어진 위치에는 베어링(236)이 결합될 수 있는 고정구멍(212)이 형성될 수 있다.

상기 링크(230)는 편심캠(210)의 고정구멍(212)에 회전 가능하게 결합되는데, 링크(230)의 일단에는 고정구멍(212)에 결합될 수 있도록 제1 회전구멍(231)이 형성될 수 있고, 링크(230)의 타단에는 밸브 로드(251)가 결합될 수 있도록 제2 회전구멍(232)이 형성될 수 있다.

상기 제2 회전구멍(232)에는 밸브 구동부(250)의 밸브 로드(251)가 회전 가능하게 결합될 수 있다.

상기 링크(230)는 대략 'U'자 형상으로 이루어진 것으로, 편심캠(210)의 양 측면에 각각 접촉될 수 있도록 일정 길이를 갖는 제1 링크절(233)과 제2 링크절(234)이 동일한 길이로 이루어질 수 있으며, 이들 제1 링크절(233)과 제2 링크절(234)은 하부의 연결절(235)에 의해 일체로 이루어질 수 있다.

상기 제1 링크절(233) 및 제2 링크절(234)은 편심캠(210)에서 가해지는 하중이 제1 링크절(233) 및 제2 링크절(234)에 의해 서로 분산되어 전달되도록 한다.

아울러 편심캠(210)의 고정구멍(212)에는 베어링(236)이 회전 가능하게 결합될 수 있으며, 베어링(236)에는 링크(230)의 일단이 회전 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 링크(230)의 제1 회전구멍(231)에는 베어링(236)을 관통하는 제1 힌지(238)가 결합될 수 있다.

이러한 제1 힌지(238)는 링크(230)의 제1 회전구멍(231) 및 베어링(236)을 관통하여 결합되며, 링크(230)의 제2 회전구멍(232)에는 밸브 로드(251)를 관통하는 제2 힌지(239)가 결합되는데, 제2 힌지(239)에는 제2 회전구멍(232) 및 밸브 로드(251)가 회전 가능하게 결합될 수 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 링크를 보인 입체도이다.

도 7에는 다른 실시 예에 의한 링크(230)가 도시되어 있으며, 도 7(a)에서와 같이, 링크(230)는 대략 "H"형상으로 형성될 수 있고, 도 7(b)에서와 같이, 링크(230)는 대략 "h"형상으로 형성될 수 있으며, 도 7(c)에서와 같이, 일정 길이를 갖는 평판형으로 형성될 수 있다.

상기 밸브 구동부(250)는 일정 길이를 갖는 밸브 로드(251), 밸브 로드(251)의 상부에 설치되는 받침판(252), 밸브 로드(251)의 외측에 밸브 로드(251)가 상승된 상태를 유지할 수 있도록 탄성력을 가하는 스프링(253)이 설치될 수 있다.

상기 스프링(253)은 구동모터(113)의 고장 등으로 인하여 회전력 전달부(150) 및 편심 승강부(200)가 정상적으로 작동되지 못하는 경우 밸브 로드(251)를 상승시켜 밸브 시트(254)가 배출유로(114)를 차단할 수 있도록 한다.

상기 밸브 로드(251)의 하단에는 배출유로(114)의 유입구(115)를 개폐시키는 밸브 시트(254)가 고정될 수 있으며, 밸브 시트(254)는 유입구(115)를 개폐시키도록 설치된다.

다음 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 결합관계를 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브는 회전력 전달부(150), 편심 승강부(200) 및 밸브 구동부(250)를 감싸는 하우징(110)을 형성하는데, 하우징(110)은 구동모터(113)가 설치됨은 물론 배출유로(114)를 갖는 제1 하우징(111)과 제1 하우징(111)에 대응되는 제2 하우징(120)을 각각 형성한다.

상기 제1 하우징(111)의 상부에는 모터 삽입부(112)를 형성하며, 모터 삽입부(112) 내부에는 회전력 전달부(150)를 회전시킬 수 있는 구동모터(113)를 설치할 수 있다.

또 제1 하우징(111)의 하부에는 배기가스가 이동될 수 있는 배출유로(114)를 형성하는데, 배출유로(114)는 배기가스가 유입되는 유입구(115) 및 배기가스가 배출되는 배출구(116)가 서로 직교되는 방향으로 형성할 수 있다.

상기 구동모터(113)에는 제1 기어(151)를 설치하며, 제1 기어(151)에는 제2 기어(152)를 맞물려 결합할 수 있고, 제2 기어(152)의 일면에는 제3 기어(153)를 일체로 형성할 수 있다.

또한 제3 기어(153)에는 소정의 원호 길이만큼 기어가 형성된 제4 기어(154)를 결합할 수 있으며, 제4 기어(154)에는 일정 길이를 갖는 회전축(155)을 고정할 수 있다.

상기 회전축(155)의 일단에는 편심 승강부(200)의 편심캠(210)을 설치할 수 있으며, 회전축(155)의 일단은 회전력을 전달하도록 반달키(156)를 형성할 수 있다. 이는 편심캠(210)의 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 회전축(155)과 링크(210)의 설치 거리를 좁게 하여 줌으로써 편심캠(210)의 회전 시 회전축(155)과 링크(210)에 의해 형성되는 압력각을 줄일 수 있게 된다.

또 회전축(155)의 타단에는 극성이 다른 마그네틱(157)을 내장할 수 있으며, 마그네틱(157)과 떨어진 위치에는 마그네틱(157)의 회전에 따른 회전 속도 및 회전각을 감지하는 홀센서(158)를 설치할 수 있다.

상기 편심 승강부(200)는 회전력 전달부(150)의 회전축(155)에 의해 소정의 각도만큼 회전되면서 밸브 구동부(250)를 승강되게 한다.

상기 편심 승강부(200)의 편심캠(210)은 일측에 회전축(155)의 반달키(156)가 끼워져 고정되는 편심구멍(211)을 형성할 수 있으며, 편심구멍(211)과 소정 거리만큼 떨어진 위치에 링크(230)가 결합되는 고정구멍(212)을 형성할 수 있다.

이들 편심구멍(211)과 고정구멍(212)은 비교적 근접하게 형성되는데, 이는 편심구멍(211)과 고정구멍(212)의 거리를 근접하게 하여 편심캠(210)의 회전 시 회전축(155)과 링크(210)와의 압력각을 작게 형성되게 하기 위함이다.

이와 같이 압력각이 작게 형성됨에 따라 편심캠(210)의 회전에 따른 밸브 구동부(250)에 가해지는 하중(외력)을 줄일 수 있게 된다.

상기 고정구멍(212)에는 링크(230)를 결합하기 위하여 베어링(236)을 회전 가능하게 결합할 수 있으며, 베어링(236)에는 링크(230)를 회전 가능하도록 제1 힌지(238)를 결합할 수 있다.

즉, 링크(230)의 제1 회전구멍(231)은 베어링(236)과 일치시킨 상태에서 제1 힌지(238)를 끼워 결합할 수 있으며, 링크(230)의 제2 회전구멍(232)에는 밸브 로드(251)를 관통하는 제2 힌지(239)를 결합할 수 있다.

상기 밸브 구동부(250)는 제1 하우징(111)의 하부에 형성된 배출유로(11)를 개폐시키는 것으로, 밸브 구동부(250)는 일정 길이를 갖는 밸브 로드(251)를 형성할 수 있고, 밸브 로드(251)의 상부에는 스프링(253)을 지지하는 받침판(252)을 고정할 수 있다.

또 받침판(252)의 저면에는 밸브 로드(251)를 상승시킬 수 있는 스프링(253)을 설치할 수 있고, 밸브 로드(251)의 하단에는 유입구(115)를 개폐시키는 밸브 시트(254)를 고정할 수 있다.

다음 도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 작동방법을 상세하게 설명한다.

도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 상승된 상태를 보인 정면도이고, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 하강된 상태를 보인 정면도이며, 도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브의 동력전달부 압력각을 보인 개념도이다.

도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환밸브는 제2 힌지(239)를 기준으로 회전축(155)의 중심점과 제1 힌지(138) 사이의 압력각이 작게 형성됨으로써 제1 힌지(138) 및 제2 힌지(139)에 가해지는 응력을 줄이게 된다.

이로 인하여 링크(230) 및 밸브 구동부(250)에서 응력이 줄게 되며, 회전축(155)에 의한 동력 전달을 높일 수 있게 되며, 밸브 시트(254)의 개폐 응답성을 높여 배기가스의 개폐를 보다 원활하면서도 양호하게 할 수 있게 된다.

인가된 전원에 의해 구동모터(113)가 회전됨에 따라 회전력 전달부(150)의 제1 기어(151)가 회전되며, 제1 기어(151)에 의해 제2 기어(152) 및 제3 기어(153)가 회전되고, 제3 기어(153)에 맞물린 제4 기어(154)가 회전됨에 따라 회전축(155)이 회전된다.

이러한 구동모터(113)는 정역 회전되는 모터를 사용하여 제4 기어(154)를 정역 회전되게 한다.

또 회전축(155)에는 마그네틱(157)이 고정되어 있어 상기 마그네틱(157)의 회전에 따라 회전축(155)의 회전 속도 및 회전각이 홀센서(158)에 의해 감지된다.

이러한 회전속도 및 회전각에 따라 회전축(155)의 속도 및 회전각을 조절하여 밸브 구동부(250)의 승강 높이를 조절할 수 있게 되며, 밸브 구동부(250)의 승강에 따라 밸브 시트(254)의 승강 높이를 조절할 수 있게 된다.

한편 회전축(155)은 반달키(156)에 의해 편심캠(210)의 일측에 형성된 편심구멍(211)에 고정되어 있으므로, 편심캠(210)은 회전축(155)의 반달키(156)를 중심으로 회전된다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 편심캠(210)의 회전 중심은 도면상 반달키(156)의 오른쪽에 위치한 가상의 중심점을 기준으로 회전하게 되며, 편심캠(210)의 회전에 의해 고정구멍(212)에 결합된 베어링(236) 및 링크(230)가 상승하게 된다.

이때 링크(230) 및 베어링(236)은 회전축(155)의 중심점을 기준으로 회전하게 되는데, 링크(230)의 제1 회전구멍(231)은 회전축(155)의 중심점으로부터 시계방향으로 회전하면서 하강된다.

이러한 링크(230)가 하강됨에 따라 밸브 구동부(250)의 밸브 로드(251)가 하강되도록 힘을 가하게 되며, 편심캠(210)의 제1 힌지(238) 및 밸브 로드(251)에 결합된 제2 힌지(239)에 힘이 가해지게 된다.

이와 같이 편심캠(210)의 회전에 따라 제2 힌지(239)는 밸브 구동부(250)를 상승시키게 되므로, 회전축(155)의 회전력은 밸브 구동부(250)를 승강시키는 위치 에너지로 변환되므로, 힘이 전달되는 각 절점(마디)인 제1 힌지(238) 및 제2 힌지(239)에는 응력(stress)이 발생하게 된다.

한편 제2 힌지(239)는 링크(230)의 제2 회전구멍(232)에 회전 가능하게 결합되어 있으므로, 회전력이 밸브 구동부(250)를 승강시키는 위치 에너지가 가해지게 된다.

상기 제2 힌지(239)는 편심캠(210)에서 링크(230)를 거쳐 밸브 로드(251)에 가해지는 힘에 의해 승강되는데, 편심캠(210) 및 링크(230)에 가해지는 하중이 줄어들게 된다.

상기 제2 힌지(239)를 기준으로 회전축(155)과 제1 힌지(238) 사이에 형성되는 압력각은 대략 0~30°이내의 각도로 형성될 수 있으며, 이는 제1 힌지(238)가 편심캠(210)의 편심구멍(211)에 결합된 반달키(156)와 고정구멍(212)에 결합된 제1 힌지(238)의 거리가 짧아 압력각을 크게 형성하지 않고서도 원활하면서도 작은 하중에도 양호하게 밸브 구동부(250)를 승강시킬 수 있게 된다.

이와 같이 편심 승강부(200)의 링크(230)에 가해지는 하중이 줄어들게 되어 링크(230)의 파손 또는 변형을 줄일 수 있게 되며, 급격한 하중 변화에 의하지 않고서 완만한 하중 변화에 의해 밸브 로드(251)가 승강되므로 밸브 시트(254)의 승강을 보다 부드러우면서도 원활하게 승강시킬 수 있게 된다.

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.

110: 하우징 111: 제1 하우징
112: 모터 삽입부 113: 구동모터
114: 배출유로 115: 유입구
116: 배출구 120: 제2 하우징
150: 회전력 전달부 151: 제1 기어
152: 제2 기어 153: 제3 기어
154: 제4 기어 155: 회전축
156: 반달키 157: 마그네틱
158: 홀센서 159: 스프링
200: 편심 승강부 210: 편심캠
211: 편심구멍 212: 고정구멍
230: 링크 231: 제1 회전구멍
232: 제2 회전구멍 233: 제1 링크절
234: 제2 링크절 235: 연결절
236: 베어링
238: 제1 힌지 239: 제2 힌지
250: 밸브 구동부 251: 밸브 로드
252: 받침판 253: 스프링
254: 밸브 시트

Claims (5)

1. 하부에 배기가스가 유입되는 유입구와 배기가스가 배출되는 배출구가 형성되며 상부에 구동모터가 설치되는 모터 삽입부가 형성된 제1 하우징 및 상기 제1 하우징에 대응되는 제2 하우징으로 이루어지는 하우징,
   상기 구동모터의 회전력을 다수의 기어로 전달받아 회전되는 회전축이 구비되는 회전력 전달부,
   상기 회전축이 일측에 편심되게 결합되고 상기 회전축의 회전에 의해 승강되도록 결합되는 편심캠과 상기 편심캠에 의해 일정 높이로 승강되는 링크로 이루어진 편심 승강부,
   상기 링크에 승강 가능하게 결합되어 상기 하우징의 유출구를 개폐시키는 밸브 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전력 전달부는 상기 구동모터에 의해 회전되는 제1 기어,
   상기 제1 기어에 맞물리며 일면에 제3 기어가 형성된 제2 기어,
   상기 제3 기어에 맞물려 소정의 각도만큼 왕복 회전되는 제4 기어,
   상기 제4 기어에 일측이 고정되는 회전축,
   상기 편심캠의 일측 편심구멍에 끼워져 고정되는 반달키를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환밸브.
3. 제1항에 있어서,
   상기 편심 승강부는 상기 회전축의 일측이 끼워져 결합되도록 반달 형상으로 편심구멍이 형성되고 상기 편심구멍으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 상기 링크의 일단이 회전 가능하게 결합되도록 고정구멍 형성된 편심캠,
   상기 고정구멍에 일단이 회전 가능하게 결합되는 링크,
   상기 링크의 타단에 일정 길이를 가지며 상기 밸브 구동부의 밸브 로드가 상하 이동 가능하게 일정 길이로 형성되는 제2 회전구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 배가가스 재순환밸브.
4. 제3항에 있어서,
   상기 링크는 상기 편심캠의 고정구멍에 결합되는 베어링,
   상기 베어링을 관통하여 상기 링크의 회정구멍에 회전 가능하게 결합되는 제1 힌지,
   상기 편심캠의 원호면을 따라 승강 가능하게 면 접촉되는 롤러,
   상기 롤러 및 상기 링크의 제2 회전구멍을 관통하여 상하 승강 가능하게 결합되는 제2 힌지를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환밸브.
5. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 구동부는 상기 링크에 회전 가능하게 결합되며 일정 길이를 갖는 밸브 로드,
   상기 밸브 로드의 상부에 고정되는 받침판,
   상기 받침판의 저면에 설치되는 스프링,
   상기 밸브 로드의 하단에 상기 유입구를 개폐시키는 밸브 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환밸브.
   

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