KR20170034495A

KR20170034495A - 전자식 egr 밸브

Info

Publication number: KR20170034495A
Application number: KR1020150132811A
Authority: KR
Inventors: 김명진
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2017-03-29

Abstract

본 발명은 차량의 배기가스 재순환 전자식 EGR(Exhaust gas recirculation) 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 회전력을 직선 운동으로 변환하여 응답성과 내구성을 향상시킨 전자식 EGR 밸브에 관한 것으로써, 회전운동을 왕복운동으로 전환하여주는 캠을 기어 내부에 마련함으로써 내구성을 향상하고 소음을 저감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 복수개의 부시를 밸브 샤프트에 마련하고 복수개의 부시를 일정간격으로 이격시켜 캠동작으로 인한 밸브샤프트의 흔들림을 방지하는 효과가 있다.

Description

전자식 EGR 밸브{Eletronic EGR Valve}

본 발명은 차량의 배기가스 재순환 전자식 EGR(Exhaust gas recirculation) 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 회전력을 직선 운동으로 변환하여 응답성과 내구성을 향상시킨 전자식 EGR 밸브에 관한 것이다.

EGR은 배기가스 배출 규제 물질 중 하나인 Nox를 저감하기 위해서 가장 일반적으로 사용되고 있는 수단의 하나로써, 종래의 일반적인 기계식 EGR 밸브는 흡기관과 배기관의 차압(부압)을 이용하여 기계식 EGR 밸브의 하단부에 장착되어 있는 밸브를 들어올려 배기가스를 연소실로 재순환하였다. 그러나 이러한 부압을 이용한 EGR 밸브는 부압량에 따른 밸브의 선형적 움직임, 응답 시간 및 제어범위의 정밀도가 떨어져 빠르고 정밀한 제어가 불가능하고, 더불어 최근에는 세계 각국의 배기가스 배출물에 대한 규제가 점차 강화됨에 따라 엔진 회전속도와 부하, 냉각수온도 등을 감지하고 차량의 전 영역에 걸친 작동 상태를 파악하여 보다 빠르고 정밀한 제어가 가능한 전자식 EGR 액츄에이터의 적용이 필요한 실정이다.

종래의 EGR밸브는 엔진의 흡배기 밸브를 개폐하는 캠샤프트와 유사한 구조를 가지고 있는데 캠샤프트를 통한 지속적인 밸브개폐로 내부 구동장치의 내구성 저하와 밸브샤프트가 흔들리는 등의 문제가 있었다.

본 발명은 내구성이 우수한 새로운 구조의 전자식 EGR 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명의 일실시예에 따라, 기어에 캠프로파일을 형성하여 내구성을 개선한 전자식 EGR 밸브를 제공한다.

한편, 부시를 통해 밸브 샤프트의 직선 운동을 원활히 하도록 하여 밸브 샤프트가 흔들리지 않도록 하는 전자식 EGR 밸브를 제공한다.

본 발명에 의한 일실시예의 전자식 EGR 밸브는 모터실과 상기 모터실, 일측에 형성되고 복수개의 지지부가 형성된 기어실, 배기가스 배출구와 배기가스 유입구를 가지며 상기 기어실 하부에 형성된 밸브실, 상기 기어실과 상기 밸브실 사이의 격벽을 관통하여 형성된 밸브가이드실을 포함하는 하우징을 포함한다.

모터는 상기 모터실에 안착되고, 제1기어는 상기 모터의 모터축에 연결되고 상기 기어실에 설치된다.

제2기어는 상기 복수의 지지부에 양단이 회전가능하게 지지되고, 상기 제1기어와 결합될 수 있다.

제3기어는 상기 제2기어에 연결되고, 회전 중심이 상기 복수의 지지부에 양단이 회전가능하게 지지되며, 원주방향을 따르며 관통 형성되되 상기 회전 중심으로부터 제1간격 이격된 제1지점과 제2간격 이격된 제2지점을 가지며, 상기 제1지점과 제2지점 사이에 캠프로파일이 형성된 캠홀을 포함한다.

종동회전자는 상기 제3기어의 캠홀에 설치되어 상기 캠홀의 내면을 따라 상기 제1지점 및 제2지점 사이를 왕복 이동할 수 있다.

밸브는 상기 하우징 밸브실의 상기 유입구 및 배출구 사이의 유로를 개폐하는 밸브체와, 일단은 상기 하우징의 기어실로 노출되어 상기 종동회전자와 회전가능하게 연결되고, 상기 하우징의 밸브가이드실에 삽입되어, 타단은 상기 하우징의 밸브실로 노출되는 밸브샤프트를 포함한다.

부시는 상기 하우징의 밸브가이드실 내에 설치되어 상기 밸브샤프트의 상하 직선운동을 가이드한다.

탄성부재는 상기 밸브사프트와 상기 하우징 사이에 게재되어 상기 밸브샤프트의 직선운동 방향으로 탄성력을 제공하도록 포함될 수 있다.

상기 하우징에는 상기 밸브가이드실을 둘러싸며 상기 격벽의 상부에 형성된 원형홈이 추가로 형성되며, 상기 탄성부재의 일단은 상기 원형홈에 삽입되며 안착될 수 있다.

상기 탄성부재의 상기 탄성력은 상기 밸브샤프트를 항상 상방으로 밀도록 작용하는 구조일 수 있다. 이를 위해 상기 탄성부재는 항상 압축된 상태로 유지되도록 설치될 수 있다.

상기 밸브샤프트는 상기 종동회전자의 양측과 회전 가능하게 연결된 U자형 지지부가 포함될 수 있다.

상기 복수의 지지부 중 적어도 하나의 지지부에 상하방향으로 관통 슬롯이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 관통 슬롯에 설치되며 상기 밸브샤프트의 직선운동에 따라 상기 관통 슬롯 내를 직선 운동하도록 상기 밸브샤프트와 연결된 제1센서부와 상기 제1센서부의 위치를 센싱하는 제2센서부를 포함하는 위치센서가 추가로 포함될 수 있다. 이러한 위치센서는 밸브의 위치를 센싱하는데 이용될 수 있다.

상기 밸브샤프트에 고정 연결되어 상기 탄성부재의 일단을 지지하며, 일측은 상기 제1센서부와 연결된 탄성부재 지지부재가 추가로 포함될 수 있다.

상기 부시는 상기 밸브가이드실 상부에 설치되는 상부 부시와 상기 상부 부시와 설정간격 이격되어 상기 밸브가이드실 하부에 설치되는 하부 부시를 포함할 수 있다. 상부 부시와 하부 부시를 이격 설치하여 밸브샤프트의 직선운동을 보다 원활하게 가이드한다.

회전운동을 왕복운동으로 전환하여주는 캠을 기어 내부에 마련함으로써 내구성을 향상하고 소음을 저감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 복수개의 부시를 밸브 샤프트에 마련하고 복수개의 부시를 일정간격으로 이격시켜 캠동작으로 인한 밸브샤프트의 흔들림을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 EGR밸브의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 EGR밸브를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 EGR밸브에 마련된 캠장치 중 밸브가 폐쇄된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 EGR밸브에 마련된 캠장치 중 밸브가 개방된 상태를 도시한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 EGR밸브의 단면을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 EGR밸브를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2을 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 전자식 EGR 밸브는 하우징(100) 내에 모터실(101)과 모터실(101) 일측에 형성된 기어실(102), 배기가스 배출구와 배기가스 유입구를 가지며 기어실(102) 하부에 형성된 밸브실(103), 기어실(102)과 밸브실(103) 사이의 격벽을 관통하여 형성된 밸브가이드실(104)을 포함한다.

기어실(102)은 복수의 지지프레임(120, 121)으로서 모터실 전방프레임(121)과 지지부(120)가 형성되어 있으며, 그 사이의 공간에 의해 정의될 수 있다.

즉, 지지부(120)가 모터실 전방프레임(121)으로부터 일정간격으로 이격되어 형성되어 그 사이의 공간에 기어실(102)를 제공한다.

밸브실(103)은 모터실(101)의 전방 하부에 형성되며, 모터실(101)의 측벽은 밸브실(103)과 연결되지 않고 그 사이는 공간이 형성되어 있기 때문에, 밸브실(103)의 열은 모터실(101)의 측벽으로 전달되기 어려운 구조이다. 또한, 기어실(102)은 모터실(101)과 달리 하우징(100) 구조상 폐쇄되지 않고 개방된 공간으로 형성되므로 밸브실(103)의 열이 기어실(102)로 전달되더라도 모터실(101)로 쉽게 전달되기 어려운 구조이다.

모터(110)는 모터실(101)에 안착되고, 제1기어(200)가 모터(110)의 모터축(101)에 연결되고 기어실(102)에 설치될 수 있다.

제2기어(210)는 복수의 지지프레임(120, 121)에 양단이 회전 가능하게 지지되고, 제1기어(200)와 결합될 수 있다.

더욱 상세하게는 제2기어(210)는 2개의 기어가 형성된 컴파운드기어로서 하나는 제1기어(200)와 치합되고 다른 하나는 후술할 제3기어(220)와 치합된다.

제3기어(220)는 제2기어(210)에 연결되고, 회전 중심이 복수의 지지프레임(120, 121)에 양단이 회전가능하게 지지되며, 원주방향을 따르며 관통 형성되되 회전 중심으로부터 제1간격 이격된 제1지점과 제2간격 이격된 제2지점을 가지며, 제1지점과 제2지점 사이에 캠프로파일이 형성된 캠홀(250)을 포함하여 구성될 수 있다.

종동회전자(230)는 제3기어(220)의 캠홀(250)에 설치되어 제3기어(250)의 왕복 회전에 따라 캠홀(250)의 내면을 따라 제1지점 및 제2지점 사이를 왕복 이동할 수 있다.

종동회전자(230)는 캠홀(250)을 따라 움직이면서 회전운동을 왕복운동으로 변환하여 주는 역할을 수행한다. 즉, 종동회전자(230)은 제3기어(250)가 황복 회전함에 따라 캠홀(250)의 내면과 상대적으로 움직이며 제자리에서 회전하며 상하운동을 하게 된다.

밸브(300)는 하우징(100) 밸브실(103)의 유입구(103a) 및 배출구(103b) 사이의 유로를 개폐하는 밸브체(310)와, 일단은 하우징(100)의 기어실(102)로 노출되어 종동회전자(230)와 회전가능하게 연결되고, 하우징(100)의 밸브가이드실(104)에 삽입되어, 타단은 하우징(100)의 밸브실(103)로 노출되는 밸브샤프트(320)를 포함한다.

제3기어(220)의 회전운동이 종동회전자(230)에 의해 왕복운동으로 변경되면 종동회전자(230)와 연결된 밸브샤프트(320)는 왕복운동을 하면서 밸브체(310)를 개폐하게 된다.

종동회전자(230)와 밸브샤프트(320)의 결합관계는 후술한다.

부시(330)는 하우징(100)의 밸브가이드실(104) 내에 설치되어 밸브샤프트(320)의 상하 직선운동을 가이드한다.

탄성부재(400)는 코일스프링으로서 밸브샤프트(320)와 하우징(100) 사이에 게재되어 밸브샤프트(320)의 직선운동 방향으로 탄성력을 제공할 수 있다. 또한, 탄성부재(400)의 탄성력은 밸브샤프트(320)를 항상 상방으로 밀도록 작용되게 할 수 있다.

즉 탄성부재(400)는 하방으로 개방된 밸브체(310)가 제자리로 돌아올 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 본 실시예에서 모터(110)의 왕복 회전을 통해 밸브(300)는 왕복 상하운동을 할 수 있지만, 탄성부재(400)을 통해 밸브(300)의 복귀를 빠르게 진행시킬 수 있다. 또한, 탄성부재(400)가 밸브(300)를 상방으로 항상 밀고 있기 때문에 관련 구성품들 사이의 헐거움이 없이 밸브(300)의 정확한 움직임을 달성할 수 있다.

하우징(100)에는 밸브가이드실(104)을 둘러싸며 격벽의 상부에 형성된 원형홈(410)이 추가로 형성되며, 탄성부재(400)의 일단은 원형홈(410)에 삽입되며 안착 될 수 있다. 이 경우 탄성부재(400)는 수축과 팽창을 할 때 형상이 변형되지 않고 완벽하게 가이드 될 수 있다.

밸브샤프트(320)는 종동회전자(230)의 양측과 회전 가능하게 연결된 U자형 지지부(420)를 포함한다. 종동회전자(230)은 U자형 지지부(420)의 양 수직 다리 사이로 위치되어 그 양측이 지지되도록 U자형 지지부(420)와 결합될 수 있다.

종동회전자(230)에는 중앙에 관통홀이 형성되어 있고 사프트가 추가될 수 있다. 또 다른 실시예로는 종동회전자 중심축에 U자형 지지부(420)를 고정하는 돌출부가 형성될 수 있다.

U자형 지지부(420)의 하부에는 밸브샤프트(320)의 상부가 결합되어 종동회전자(230)의 왕복운동이 전달될 수 있다.

한편, 지지부(120)에는 상하방향으로 관통 슬롯(500)이 형성되고, 제1센서부(510)가 관통 슬롯(500)에 설치되며 밸브샤프트(320)의 직선운동에 따라 관통 슬롯(500) 내를 직선 운동하도록 밸브샤프트(320)와 연결될 수 있다.

그리고, 제1센서부(510)와 제1센서부(510)의 위치를 센싱하는 제2센서부(미도시)가 제1센서부(510)를 마주보는 형태로 구성될 수 있다. 제1센서부(510)는 밸브샤프트(320)와 함께 상하로 왕복운동하므로 밸브체(310)의 개폐여부 및 정도를 정확하게 파악할 수 있다.

또한, 탄성부재(400) 일측에 밸브샤프트(320)에 고정 연결되어 탄성부재(400)의 일단을 지지하며, 일측은 제1센서부(510)와 연결된 탄성부재 지지부재(520)가 추가로 포함될 수 있다. 즉, 탄성부재(400)는 일단이 원형홈(410)에 삽입되어 안착되고 타단은 탄성부재 지지부재(520)에 의해 하방으로 압축되도록 설치된다. 탄성부재(400)의 팽창하는 상방의 탄성력은 탄성부재 지지부재(520)를 통해 밸브(300)에 전달된다.

부시(330)는 밸브가이드실(104) 상부에 설치되는 상부 부시(330)와 상부 부시(330)와 설정간격 이격되어 밸브가이드실(104) 하부에 설치되는 하부 부시(330)를 포함한다. 부시(330)는 전술한 바와 같이 복수개로 구성되고 회전운동이 왕복운동으로 변경되면서 밸브샤프트(320)에 흔들림이 발생될 수 있다. 따라서 복수개의 부시(330)를 설정간격으로 이격시켜 밸브샤프트(320)가 왕복운동을 할 때 왕복운동 방향과 직각방향으로 흔들리지 않도록 가이드 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 EGR밸브에 마련된 캠장치 중 밸브가 폐쇄된 상태를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자식 EGR밸브에 마련된 캠장치 중 밸브가 개방된 상태를 도시한 도면이다. 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다,

먼저, 제3기어(220)에는 외주면 일부에 기어(241)와 스토퍼(240)가 형성되어 있다. 기어(241)는 제2기어(210)와 치합되고 스토퍼(240)는 제3기어(220)가 완전히 회전하지 못하도록 막아주는 역할을 수행한다.

제3기어(220)의 관통홀로서 캠홀(250)이 형성되어 있다. 캠홀(250)의 일측은 도 3에 도시된 바와 같이 회전중심으로부터 A거리 만큼 이격되어 있고, 타측은 도 4에 도시된 바와 같이 B거리 만큼 이격되어 있다. 즉 제3기어(220)의 중심축과의 거리가 A거리 보다는 B거리가 더 짧게 되어 있기 때문에 제3기어(220)가 회전할 때에 종동회전자(230)가 일측에 위치되면 일측은 중심과의 거리가 멀게 형성되어 종동회전자(230)와 연결된 밸브샤프트(320)는 하방으로 움직이고 밸브샤프트(320)에 설치된 밸브체(310)가 하강하면서 밸브(300)가 개방되게 된다. 반대로 종동회전자(230)가 타측에 위치되면 타측은 중심과의 거리가 가까우므로 종동회전자(230)와 연결된 밸브샤프트(320)가 상승하면서 밸브체(310)가 상승하여 밸브(300)를 폐쇄하게 되는 것이다.

100: 하우징
101: 모터실
102: 기어실
103: 밸브실
104: 밸브가이드실
110: 모터
115: 모터축
120: 지지부
200: 제1기어
210: 제2기어
220: 제3기어
230: 종동회전자
240: 스토퍼
250: 캠홀
300: 밸브
310: 밸브체
320: 밸브샤프트
330: 부시
400: 탄성부재
410: 원형홈
420: U자형 지지부
500: 관통슬룻
510: 제1센서부
520: 탄성부재 지지부재

Claims

모터실과 상기 모터실, 일측에 형성되고 복수개의 지지프레임 형성된 기어실, 배기가스 배출구와 배기가스 유입구를 가지며 상기 기어실 하부에 형성된 밸브실, 상기 기어실과 상기 밸브실 사이의 격벽을 관통하여 형성된 밸브가이드실을 포함하는 하우징;
상기 모터실에 안착된 모터;
상기 모터의 모터축에 연결되고 상기 기어실에 설치된 제1기어;
상기 복수의 지지프레임에 양단이 회전가능하게 지지되고, 상기 제1기어와 결합된 제2기어;
상기 제2기어에 연결되고, 회전 중심이 상기 복수의 지지프레임에 양단이 회전가능하게 지지되며, 원주방향을 따르며 관통 형성되되 상기 회전 중심으로부터 제1간격 이격된 제1지점과 제2간격 이격된 제2지점을 가지며, 상기 제1지점과 제2지점 사이에 캠프로파일이 형성된 캠홀을 포함하는 제3기어;
상기 제3기어의 캠홀에 설치되어 상기 캠홀의 내면을 따라 상기 제1지점 및 제2지점 사이를 왕복 이동하는 종동회전자;
상기 하우징 밸브실의 상기 유입구 및 배출구 사이의 유로를 개폐하는 밸브체와, 일단은 상기 하우징의 기어실로 노출되어 상기 종동회전자와 회전가능하게 연결되고, 상기 하우징의 밸브가이드실에 삽입되어, 타단은 상기 하우징의 밸브실로 노출되는 밸브샤프트를 포함하는 밸브;
상기 하우징의 밸브가이드실 내에 설치되어 상기 밸브샤프트의 상하 직선운동을 가이드하는 부시;
상기 밸브사프트와 상기 하우징 사이에 게재되어 상기 밸브샤프트의 직선운동 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 EGR 밸브.
제1항에 있어서,
상기 하우징에는 상기 밸브가이드실을 둘러싸며 상기 격벽의 상부에 형성된 원형홈이 추가로 형성되며, 상기 탄성부재의 일단은 상기 원형홈에 삽입되며 안착되는 것을 특징으로 하는 전자식 EGR 밸브.
제1항에 있어서,
상기 탄성부재의 상기 탄성력은 상기 밸브샤프트를 항상 상방으로 밀도록 작용하는 것을 특징으로 하는 전자식 EGR 밸브.
제1항에 있어서,
상기 밸브샤프트는 상기 종동회전자의 양측과 회전 가능하게 연결된 U자형 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 EGR 밸브
제1항에 있어서,
상기 복수의 지지프레임 중 적어도 하나의 지지프레임에 상하방향으로 관통 슬롯이 형성되고,
상기 관통 슬롯에 설치되며 상기 밸브샤프트의 직선운동에 따라 상기 관통 슬롯 내를 직선 운동하도록 상기 밸브샤프트와 연결된 제1센서부와 상기 제1센서부의 위치를 센싱하는 제2센서부를 포함하는 위치센서를 추가로 포함하는 전자식 EGR 밸브.
제5항에 있어서,
상기 밸브샤프트에 고정 연결되어 상기 탄성부재의 일단을 지지하며, 일측은 상기 제1센서부와 연결된 탄성부재 지지부재가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 전자식 EGR 밸브.
제1항에 있어서,
상기 부시는 상기 밸브가이드실 상부에 설치되는 상부 부시와 상기 상부 부시와 설정간격 이격되어 상기 밸브가이드실 하부에 설치되는 하부 부시를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 EGR 밸브.
모터실과 상기 모터실, 일측에 형성되고 상하방향의 관통슬롯이 형성된 지지부를 포함하는 복수개의 지지프레임이 형성된 기어실, 배기가스 배출구와 배기가스 유입구를 가지며 상기 기어실 하부에 형성된 밸브실, 상기 기어실과 상기 밸브실 사이의 격벽을 관통하여 형성된 밸브가이드실을 포함하는 하우징;
상기 모터실에 안착된 모터;
상기 모터의 모터축에 연결되고 상기 기어실에 설치된 제1기어;
상기 복수의 지지프레임에 양단이 회전가능하게 지지되고, 상기 제1기어와 결합된 제2기어;
상기 제2기어에 연결되고, 회전 중심이 상기 복수의 지지프레임에 양단이 회전 가능하게 지지되며, 캠프로파일이 형성된 제3기어;
상기 제3기어가 회전함에 따라 상기 캠프로파일에 의해 상하방향으로 직선운동하며, 상기 하우징 밸브실의 상기 유입구 및 배출구 사이의 유로를 개폐하는 밸브체와, 일단은 상기 하우징의 기어실로 노출되고, 상기 하우징의 밸브가이드실에 삽입되어, 타단은 상기 하우징의 밸브실로 노출되는 밸브샤프트를 포함하는 밸브;
상기 하우징의 밸브가이드실 내에 설치되어 상기 밸브샤프트의 상하 직선운동을 가이드하는 부시; 및
상기 관통 슬롯에 설치되며 상기 밸브샤프트의 직선운동에 따라 상기 관통 슬롯 내를 직선 운동하도록 상기 밸브샤프트와 연결된 제1센서부와 상기 제1센서부의 위치를 센싱하는 제2센서부를 포함하는 위치센서
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 EGR 밸브.