KR20180029447A - Egr 액추에이터 장치 - Google Patents

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KR20180029447A
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임재필
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 EGR 액추에이터 장치는 배기 가스 재순환량을 조절하는 EGR 밸브와 연결된 연결 부재를 동작시키는 모터, 상기 모터가 장착되는 모터 하우징, 상기 모터 하우징에 장착되며, 상기 모터를 선택적으로 작동시켜 상기 EGR 밸브를 제어하는 제어기, 그리고 상기 모터 및 상기 제어기를 냉각시키도록 상기 제어기의 상부 및 하부에 형성되는 냉각 유닛을 포함한다.

Description

EGR 액추에이터 장치{EXHAUST GAS RECIRCULATION ACTUATOR APPARATUS}
본 발명은 배기가스 재순환 장치의 EGR 액추에이터 장치에 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 연결부재, 상기 연결부재에 의해 회전되면서 상기 EGR 쿨러와 연결되는 포트를 개폐하는 EGR 밸브를 포함한다.
최근 EGR 밸브장치는 전자제어유니트와 액추에이터가 일체로 구성되나, 모터 밑의 하부 하우징에 냉각수 통로를 통해 모터를 냉각시켰다. 따라서, PCB 집적회로 이루어진 전자제어유니트는 냉각이 되지 않아 별도의 방열 패드를 장착하는 어려움이 있었다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 모터와 제어기가 일체로 형성된 EGR 액추에이터 장치를 제안하고자 한다.
본 발명의 EGR 액추에이터 장치는 배기 가스 재순환량을 조절하는 EGR 밸브와 연결된 연결 부재를 동작시키는 모터, 상기 모터가 장착되는 모터 하우징, 상기 모터 하우징에 장착되며, 상기 모터를 선택적으로 작동시켜 상기 EGR 밸브를 제어하는 제어기, 그리고 상기 모터 및 상기 제어기를 냉각시키도록 상기 제어기의 상부 및 하부에 형성되는 냉각 유닛을 포함한다.
상기 모터 하우징의 하부에 체결되는 기어 하우징, 그리고 상기 모터 하우징과 상기 기어 하우징 사이에 배치되며, 상기 모터와 상기 제어기를 상기 모터 하우징에 고정하는 모터 고정부를 더 포함하며, 상기 냉각 유닛은, 상기 모터 하우징에 형성되되, 상기 제어기 하단에 배치된 상기 모터 고정부에 형성할 수 있다.
상기 냉각 유닛은, 상기 모터 하우징의 일측에 형성되고, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구, 상기 냉각수가 통과하는 제1 냉각 유로, 그리고 상기 모터 하우징의 타측에 형성되고, 상기 제1 냉각 유로의 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구를 포함할 수 있다.
상기 제1 냉각 유로는, 상기 모터가 장착된 부분을 둘러싸도록 상기 모터 하우징에 형성될 수 있다.
상기 냉각 유닛은, 상기 모터 고정부에 형성되며, 상기 제1 냉각 유로의 냉각수가 통과하는 제2 냉각 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 냉각 유로 및 상기 제2 냉각 유로 사이에는, 상기 제1 냉각 유로의 냉각수가 상기 제2 냉각 유로로 유입되는 제1 홀, 그리고 상기 제2 냉각 유로로 유입된 냉각수가 상기 제1 냉각 유로로 유출되는 제2 홀이 형성될 수 있다.
상기 제어기는, 상기 모터의 하부에 형성될 수 있다.
상기 제1 냉각 유로는, 상기 제어기의 상부에 형성될 수 있다.
상기 제2 냉각 유로는, 상기 제어기의 하부에 형성될 수 있다.
상기 제1 냉각 유로 또는 상기 제2 냉각 유로는, 상하 또는 좌우 방향으로 굴곡을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 모터와 제어기가 일체로 형성된 EGR 액추에이터 장치에서 모터와 제어기 사이 및 제어기의 상부 및 하부에 냉각 유닛을 배치함으로써, 모터의 냉각 효율을 향상시키고 모터의 발열로 인한 제어기의 열해를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명에 따르면 EGR 액추에이터 장치의 구조를 최적화하여 액추에이터의 중량 및 사이즈를 축소시킬 수 있는 환경을 제공한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치를 포함하는 배기가스 재순환 장치의 일부를 도시한 도면이다.
도 2은 도 1에 따른 배기가스 재순환 장치를 A에서 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 EGR 액추에이터 장치를 B에서 바라본 도면이다.
도 5는 도 3에 따른 EGR 액추에이터 장치의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 모터 하우징과 모터 고정부에 형성된 냉각 유닛을 도시한 도면이다.
도 7은 제2 냉각 유로가 형성된 모터 고정부를 도시한 도면이다.
도 8은 냉각 유로의 구조를 도시한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 "차량", "차", "차량의", "자동차" 또는 다른 유사한 용어들은 스포츠 실용차(sports utility vehicles; SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용차를 포함하는 승용차, 다양한 종류의 보트나 선박을 포함하는 배, 항공기 및 이와 유사한 것을 포함하는 자동차를 포함하며, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그 인 하이브리드 전기 차량, 수소연료 차량 및 다른 대체 연료(예를 들어, 석유 외의 자원으로부터 얻어지는 연료) 차량을 포함한다.
추가적으로, 몇몇 방법들은 적어도 하나의 제어기에 의하여 실행될 수 있다. 제어기라는 용어는 메모리와, 알고리즘 구조로 해석되는 하나 이상의 단계들을 실행하도록 된 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 언급한다. 상기 메모리는 알고리즘 단계들을 저장하도록 되어 있고, 프로세서는 아래에서 기재하는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위하여 상기 알고리즘 단계들을 특별히 실행하도록 되어 있다.
더 나아가, 본 발명의 제어 로직은 프로세서, 제어기 또는 이와 유사한 것에 의하여 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단 상의 일시적이지 않고 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단의 예들은, 이에 한정되지는 않지만, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래쉬 드라이브, 스마트 카드 및 광학 데이터 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 재생 매체는 네트웍으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 예를 들어 텔레매틱스 서버나 CAN(Controller Area Network)에 의하여 분산 방식으로 저장되고 실행될 수 있다.
이제 도 1 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치를 포함하는 배기가스 재순환 장치의 일부를 도시한 도면이고, 도 2은 도 1에 따른 배기가스 재순환 장치를 A에서 바라본 도면이다. 이때, 배기가스 재순환 장치는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 포함하는 배기가스 재순환 장치는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브(10), 연결부재(20) 및 EGR 액추에이터 장치(100)를 포함한다.
EGR 밸브(10)는 배기 매니폴드(미도시)와 흡기 매니폴드(미도시)를 연결시키는 EGR 파이프(미도시)의 중간에 배치된다. EGR 밸브(10)는 배기 매니폴드에서 흡기 매니폴드로 재순환되는 EGR 가스의 흐름을 조절한다.
EGR 액추에이터 장치(100)는 연결 부재(20)를 통해 EGR 밸브(10)와 연결된다. 그리고, EGR 액추에이터 장치(100)는 연결 부재(20)를 동작시켜 EGR 밸브(10)의 개폐 동작을 조절한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치의 사시도이고, 도 4는 도 3에 따른 EGR 액추에이터 장치를 B에서 바라본 도면이다. 이때, 배기가스 재순환 장치는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 포함하는 EGR 액추에이터 장치(100)는 모터가 장착되는 모터 하우징(110)과, 모터 하우징(110)에 체결되는 기어 하우징(120)을 포함한다.
모터 하우징(110)은 본 발명의 한 실시에에 따라 냉각 유닛(130)이 배치된다.
냉각 유닛(130)은 본 발명의 한 실시예에 따라 냉각수 유입구(132), 냉각수 유출구(134) 및 제1 냉각 유로(136)를 포함한다.
냉각수 유입구(132)는 상기 모터 하우징(110)의 일측에 형성되고, 외부의 냉각수가 유입된다. 그리고, 냉각수 유출구(134)는 상기 모터 하우징(110)의 타측에 형성되고, 제1 냉각 유로(136)를 통과한 냉각수를 외부로 유출시킨다.
도 5는 도 3에 따른 EGR 액추에이터 장치의 분해 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치(100)는 모터 하우징(110)의 하부에 기어 하우징(120)이 체결된다.
모터 하우징(110)에는 모터(140) 및 제어기(150)가 장착된다. 그리고, 기어 하우징(120)에는 상기 모터(140)의 동력을 상기 연결 부재(20)에 전달하는 기어(170)가 배치된다.
모터(140)는 연결 부재(20)를 동작시켜 EGR 밸브(10)를 작동시킨다. 모터(140)는 모터 하우징(110)의 돌출된 부분에 배치된다. 그리고, 냉각 유닛(130)의 제1 냉각 유로(136)가 모터(140)가 장착된 돌출된 부분을 둘러싸도록 형성된다. 여기서, 상기 모터(140)는 본 발명의 한 실시예에 따라 BLDC 모터(Brush-Less Direct Current Electric Motor)일 수 있다.
그리고, 모터(140)는 모터 고정부(160)를 통해 모터 하우징(110)에 고정된다. 그리고, 모터(140)는 모터 피니언 기어(142)를 통해 기어(170)에 동력을 전달한다.
여기서, 모터 고정부(160)는 모터 하우징(110)과 기어 하우징(120) 사이에 배치되며, 상기 모터(140)와 상기 제어기(150)를 모터 하우징(110)에 고정한다. 그리고, 모터 고정부(160)는 모터(140)와 상기 기어(170)를 연결하며, 모터(140)의 상하 진동을 방지한다.
도 6은 도 5의 모터 하우징과 모터 고정부에 형성된 냉각 유닛을 도시한 도면이고, 도 7은 제2 냉각 유로가 형성된 모터 고정부를 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 모터 하우징(110)에는 냉각수 유입구(132), 냉각수 유출구(134) 및 제1 냉각 유로(136)가 형성되고, 모터 고정부(160)에는 제2 냉각 유로(138)가 형성된다.
제1 냉각 유로(136) 및 제2 냉각 유로(138) 사이에는 제1 홀들(X1, Z1) 및 제2 홀들(X2, Z2)이 각각 형성된다.
여기서, 제1 냉각 유로(136)의 제1 홀(X1) 및 제2 냉각 유로(138)의 제1 홀(Z1)은 제1 씰링 부재(Y1)을 통해 연결된다. 또한, 제1 냉각 유로(136)의 제2 홀(X2) 및 제2 냉각 유로(138)의 제2 홀(Z2)은 제2 씰링 부재(Y2)을 통해 연결된다.
그리고, 제1 냉각 유로(136)의 냉각수는 제1 홀들(X1, Z1)을 통해 제2 냉각 유로(138)로 유입되고, 상기 제2 냉각 유로(138)로 유입된 냉각수는 제2 홀들(X2, Z2)을 통해 상기 제1 냉각 유로(136)로 유출된다.
제어기(150)는 모터(140)를 선택적으로 작동시켜 EGR 밸브(10)를 제어한다. 그리고, 제어기(150)는 EGR 밸브(10)의 밸브 궤도를 제어하거나 EGR 액추에이터의 고장 진단 등을 수행하고, 이를 ECU(미도시)에 전달한다. 제어기(150)는 모터(140)의 하부에 형성되고, PCB 기판으로 이루어질 수 있다. 그리고, 제어기(150)의 상부 및 하부에는 냉각 유닛(130)의 냉각 유로들(136, 138)이 배치된다.
즉, 냉각 유닛(130)의 냉각 유로들(136,138)은 상기 모터(140) 및 상기 제어기(150)를 냉각시키도록 제어기(150)의 상부 및 하부에 각각 형성된다.
제1 냉각 유로(136)는 모터(140)가 장착된 부분을 둘러싸도록 모터 하우징(110)에 형성되며, 제어기(150)의 상부에 형성된다. 그리고, 제2 냉각 유로(138)는 제어기(150)의 하부에 형성된 모터 고정부(160)에 형성된다.
따라서, 본 발명의 한 실시예에 따라 냉각 유닛(130)은 모터(140)를 냉각시킴과 동시에, 제어기(150)를 상부와 하부에서 제어기(150)를 냉각시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치(100)는 모터(140)와 제어기(150) 사이, 그리고 제어기(150)의 상부와 하부에 각각 냉각 유닛(130)의 냉각 유로를 배치함으로써, 모터(140)의 발열로 인한 제어기(150)의 열해를 방지할 수 있다.
도 8은 냉각 유로의 구조를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 냉각 유로들(136, 138)은 상하 또는 좌우 방향으로 굴곡을 가지는 웨이브 형태로 형성된다. 예를 들어, 냉각 유로들(136, 138)은 본 발명의 한 실시예에 따라 물결 모양으로 형성될 수 있다. 따라서, 물결 모양으로 형성된 제1 냉각 유로(136)가 모터(140)를 둘러쌈으로써, 냉각수의 열전달 효율을 향상시키고, 모터를 보다 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치는 모터와 제어기가 일체로 형성된 EGR 액추에이터 장치에서 모터와 제어기 사이 및 제어기의 상부 및 하부에 냉각 유닛을 배치함으로써, 모터의 냉각 효율을 향상시키고 모터의 발열로 인한 제어기의 열해를 방지할 수 있는 환경을 제공한다.
또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 EGR 액추에이터 장치는 EGR 액추에이터 장치의 구조를 최적화하여 액추에이터의 중량 및 사이즈를 축소시킬 수 있는 환경을 제공한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 배기 가스 재순환량을 조절하는 EGR 밸브와 연결된 연결 부재를 동작시키는 모터,
    상기 모터가 장착되는 모터 하우징,
    상기 모터 하우징에 장착되며, 상기 모터를 선택적으로 작동시켜 상기 EGR 밸브를 제어하는 제어기, 그리고
    상기 모터 및 상기 제어기를 냉각시키도록 상기 제어기의 상부 및 하부에 형성되는 냉각 유닛을 포함하는 EGR 액추에이터 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 모터 하우징의 하부에 체결되는 기어 하우징, 그리고
    상기 모터 하우징과 상기 기어 하우징 사이에 배치되며, 상기 모터와 상기 제어기를 상기 모터 하우징에 고정하는 모터 고정부를 더 포함하며,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 모터 하우징에 형성되되, 상기 제어기 하단에 배치된 상기 모터 고정부에 형성되는 EGR 액추에이터 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 모터 하우징의 일측에 형성되고, 냉각수가 유입되는 냉각수 유입구,
    상기 냉각수가 통과하는 제1 냉각 유로, 그리고
    상기 모터 하우징의 타측에 형성되고, 상기 제1 냉각 유로의 냉각수가 유출되는 냉각수 유출구
    를 포함하는 EGR 액추에이터 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 냉각 유로는,
    상기 모터가 장착된 부분을 둘러싸도록 상기 모터 하우징에 형성되는 EGR 액추에이터 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 모터 고정부에 형성되며, 상기 제1 냉각 유로의 냉각수가 통과하는 제2 냉각 유로를 더 포함하는 EGR 액추에이터 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 냉각 유로 및 상기 제2 냉각 유로 사이에는,
    상기 제1 냉각 유로의 냉각수가 상기 제2 냉각 유로로 유입되는 제1 홀, 그리고
    상기 제2 냉각 유로로 유입된 냉각수가 상기 제1 냉각 유로로 유출되는 제2 홀이 형성되는 EGR 액추에이터 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 제어기는,
    상기 모터의 하부에 형성되는 EGR 액추에이터 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 냉각 유로는,
    상기 제어기의 상부에 형성되는 EGR 액추에이터 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 냉각 유로는,
    상기 제어기의 하부에 형성되는 EGR 액추에이터 장치.
  10. 제5항에서,
    상기 제1 냉각 유로 또는 상기 제2 냉각 유로는,
    상하 또는 좌우 방향으로 굴곡을 가지도록 형성되는 EGR 액추에이터 장치.
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