KR20200011680A - Motor-driven exhaust valve apparatus using the BLDC motor - Google Patents

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KR20200011680A KR1020180086422A KR20180086422A KR20200011680A KR 20200011680 A KR20200011680 A KR 20200011680A KR 1020180086422 A KR1020180086422 A KR 1020180086422A KR 20180086422 A KR20180086422 A KR 20180086422A KR 20200011680 A KR20200011680 A KR 20200011680A
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Abstract

The present invention relates to a motor-driven exhaust valve device for controlling the exhaust pressure of a vehicle exhaust line. The object of the present invention is to provide the motor-driven exhaust valve device using a BLDC motor, which controls the opening and closing operation of a flap valve using the brushless DC (BLDC) motor that does not use a mechanical brush, wherein a controller controlling the rotational position of the rotor of the BLDC motor controls the conduction of a current supplied to a stator coil of the BLDC motor instead of using the mechanical brush.

Description

BLDC 모터를 이용한 전동식 배기 밸브장치 {Motor-driven exhaust valve apparatus using the BLDC motor}Motor-driven exhaust valve apparatus using the BLDC motor}

본 발명은 차량 배기 제어 시스템의 전동식 배기 밸브장치에 관한 것으로서, 상세하게는 차량 배기라인의 배기 압력을 제어하는 전동식 배기 밸브장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electric exhaust valve device of a vehicle exhaust control system, and more particularly, to an electric exhaust valve device for controlling the exhaust pressure of the vehicle exhaust line.

일반적으로 차량의 엔진에서 발생하는 배기가스 중 일부는 엔진으로 재순환되고 다른 일부는 배기라인을 통하여 차량 외부로 배출된다. 이때 외부로 배출되는 배기가스는 차량 배기라인에 설치된 전동식 밸브에 의해 배기유량이 조절된다. In general, some of the exhaust gas generated from the engine of the vehicle is recycled to the engine and the other part is discharged to the outside of the vehicle through the exhaust line. At this time, the exhaust gas discharged to the outside is controlled by the electric valve installed in the vehicle exhaust line.

종래에는 엔진 배기라인에 전동식 밸브를 설치하고 상기 전동식 밸브의 작동을 DC 모터를 이용하여 제어함으로써 엔진 배기라인을 개폐하였다. 상기 DC 모터는 기계식 브러시를 이용하여 모터 코일에 전류를 공급하거나 또는 차단하도록 구성되는데, 상기 기계식 브러시가 모터 코일로의 전류 공급 여부를 결정하기 위한 스위칭 역할을 담당함에 따라 스파크가 발생하는 위험이 존재하고, 기계식 브러시의 스위칭 작동에 의한 작동소음 발생 및 작동정밀도 저하의 문제점이 발생하며, 또한 기계식 브러시의 스위칭 작동에 의한 마모로 인해 잦은 수리가 필요한 단점이 있다. Conventionally, an engine exhaust line is opened and closed by installing an electric valve in an engine exhaust line and controlling the operation of the electric valve using a DC motor. The DC motor is configured to supply or cut off current to the motor coil by using a mechanical brush, and there is a risk of sparking as the mechanical brush plays a switching role to determine whether to supply current to the motor coil. In addition, there is a problem in that operation noise is generated due to the switching operation of the mechanical brush and deterioration of the operation precision, and also frequent repairs are required due to wear due to the switching operation of the mechanical brush.

공개특허 제10-2014-0073979호Patent Publication No. 10-2014-0073979

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 기계식 브러시를 사용하지 않는 BLDC(brushless DC) 모터를 이용하여 플랩밸브의 개폐 작동을 제어하고, 기계식 브러시를 사용하지 않는 대신 상기 BLDC 모터의 로터 회전 위치를 제어하는 제어기가 상기 BLDC 모터의 스테이터 코일에 공급되는 전류의 통전을 제어하도록 구성되는 BLDC 모터를 이용한 전동식 배기 밸브장치를 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, as a control of the opening and closing operation of the flap valve using a brushless DC (BLDC) motor without using a mechanical brush, instead of using a mechanical brush rotor of the BLDC motor It is an object of the present invention to provide an electric exhaust valve apparatus using a BLDC motor, in which a controller for controlling a rotation position is configured to control energization of a current supplied to a stator coil of the BLDC motor.

이에 본 발명에서는, 차량의 배기라인에 설치되는 플랩밸브; 상기 플랩밸브의 개폐 작동을 위한 구동력을 제공하는 BLDC 모터; 상기 BLDC 모터의 스테이터 코일에 흐르는 전류 및 로터의 회전 위치를 제어하는 제어기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터를 이용한 전동식 배기 밸브장치를 제공한다.In the present invention, the flap valve is installed in the exhaust line of the vehicle; A BLDC motor providing a driving force for opening and closing the flap valve; It provides a motor-driven exhaust valve device using a BLDC motor, characterized in that it comprises a; controller for controlling the current flowing in the stator coil of the BLDC motor and the rotation position of the rotor.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 BLDC 모터와 플랩밸브 사이에는 BLDC 모터의 구동력을 플랩밸브에 전달하는 동력전달수단이 연결 설치되고, 상기 제어기는 배기가스를 발생하는 엔진의 제어를 수행하는 엔진제어기로부터 전송되는 신호를 기반으로 상기 BLDC 모터의 작동을 제어한다. 구체적으로, 상기 제어기는 상기 BLDC 모터의 스테이터 코일에 연결되는 스위칭소자의 스위칭 작동을 제어하고 로터 위치센서의 신호를 기반으로 상기 로터의 회전 위치를 제어한다. According to an embodiment of the present invention, between the BLDC motor and the flap valve is connected to the power transmission means for transmitting the driving force of the BLDC motor to the flap valve, the controller is an engine controller for controlling the engine for generating exhaust gas Control the operation of the BLDC motor based on the signal transmitted from. Specifically, the controller controls the switching operation of the switching element connected to the stator coil of the BLDC motor and controls the rotational position of the rotor based on the signal of the rotor position sensor.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 전동식 배기 밸브장치는 BLDC 모터를 플랩밸브의 동력원으로 이용하여 구동됨으로써 DC 모터를 사용하는 종래기술 대비 차량 배기라인의 정밀한 배기유량 제어 및 배압 제어가 가능하며 또한 정밀한 배기음(소음) 제어도 가능하게 된다. The electric exhaust valve device of the present invention configured as described above is driven by using a BLDC motor as a power source of the flap valve to enable precise exhaust flow rate control and back pressure control of the vehicle exhaust line compared to the prior art using a DC motor, and also accurate exhaust sound. (Noise) control is also possible.

아울러, 상기 전동식 배기 밸브장치는 플랩밸브의 액추에이터와 제어기를 하나로 패키징시킴으로써 콤팩트한 사이즈로 구성될 수 있으며 배기계 중량절감이 가능하도록 한다. In addition, the electric exhaust valve device may be configured in a compact size by packaging the actuator and the controller of the flap valve in one, and it is possible to reduce the weight of the exhaust system.

도 1은 본 발명에 따른 BLDC 모터를 이용한 전동식 배기 밸브장치의 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 전동식 배기 밸브장치의 액추에이터를 나타낸 도면
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 전동식 배기 밸브장치의 플랩밸브를 나타낸 도면
도 5는 본 발명에 따른 전동식 배기 밸브장치의 제2 케이스를 나타낸 도면1 is a view showing the configuration of an electric exhaust valve apparatus using a BLDC motor according to the present invention
2 is a view showing an actuator of the electric exhaust valve apparatus according to the present invention;
3 and 4 are views showing the flap valve of the electric exhaust valve device according to the present invention
5 is a view showing a second case of the electric exhaust valve apparatus according to the present invention;

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described to be easily implemented by those skilled in the art.

도 1 내지 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전동식 배기 밸브장치는 차량의 엔진 배기라인에 설치되는 플랩밸브(10)와 상기 플랩밸브(10)의 개폐 작동을 위한 구동력을 제공하는 액추에이터 및 상기 액추에이터의 작동을 제어하는 제어기(40)를 포함하여 구성된다. As shown in Figure 1 to 4, the electric exhaust valve device of the present invention and the actuator for providing a driving force for opening and closing operation of the flap valve 10 and the flap valve 10 is installed in the engine exhaust line of the vehicle and It is configured to include a controller 40 for controlling the operation of the actuator.

상기 플랩밸브(10)는 엔진 배기라인에 배기가스의 흐름이 가능하도록 설치되는 밸브하우징(11)과 상기 밸브하우징(11)내에 지지되어 회전가능하게 설치되는 밸브바디(12)를 포함하여 구성된다. 상기 밸브하우징(11)은 원통형으로 형성될 수 있고, 상기 밸브바디(12)는 밸브하우징(11)으로 공급되는 배기가스의 흐름을 모두(100%) 차단할 수 있게 원판형으로 형성될 수 있다. 상기 밸브바디(12)는 회전축(13)을 매개로 밸브하우징(11)에 설치되고, 상기 회전축(13)과 일체로 회전하여 배기가스의 흐름을 허용하거나 또는 차단할 수 있다. 즉, 상기 밸브바디(12)는 밸브하우징(11)에 대한 개폐각도가 조절됨으로써 밸브하우징(11)을 통과하는 배기가스의 유량을 제어할 수 있다. The flap valve 10 includes a valve housing 11 installed in the engine exhaust line to enable the flow of exhaust gas, and a valve body 12 supported and rotatably installed in the valve housing 11. . The valve housing 11 may be formed in a cylindrical shape, and the valve body 12 may be formed in a disc shape to block (100%) the flow of exhaust gas supplied to the valve housing 11. The valve body 12 may be installed in the valve housing 11 through the rotation shaft 13, and may rotate integrally with the rotation shaft 13 to allow or block the flow of exhaust gas. That is, the valve body 12 may control the flow rate of the exhaust gas passing through the valve housing 11 by adjusting the opening and closing angle with respect to the valve housing 11.

상기 액추에이터는 BLDC(brushless DC) 모터(20)와 동력전달수단(30)을 포함하여 구성된다. 상기 BLDC 모터(20)는 전류공급원(전력공급원)으로부터 공급되는 전류에 의해 구동될 수 있도록 구성되며, 상기 동력전달수단(30)은 BLDC 모터(20)의 구동력을 플랩밸브(10)에 전달할 수 있도록 구성된다. The actuator comprises a brushless DC motor 20 and a power transmission means 30. The BLDC motor 20 is configured to be driven by a current supplied from a current supply source (power supply source), the power transmission means 30 may transmit the driving force of the BLDC motor 20 to the flap valve 10. It is configured to.

상기 동력전달수단(30)은 BLDC 모터(20)와 플랩밸브(10) 사이에 설치되는 웜기어 유닛으로 구성될 수 있다. 상기 웜기어 유닛은 2개의 직교하는 축 사이에 연결되어 회전 속도를 감소시키는 일방기어장치로서, BLDC 모터(20)의 모터축과 연결되어 일체로 회전하는 웜 멤버(31)와 플랩밸브(10)의 회전축에 연결되어 일체로 회전하는 웜기어 멤버(32)로 구성될 수 있다. 상기 플랩밸브(10)는 그 회전축(13)이 웜기어 멤버(32)의 회전중심(출력축)에 결합된다. The power transmission means 30 may be configured as a worm gear unit installed between the BLDC motor 20 and the flap valve 10. The worm gear unit is a unidirectional gear device connected between two orthogonal shafts to reduce rotational speed, and connected to the motor shaft of the BLDC motor 20 to integrally rotate the worm member 31 and the flap valve 10. It may be composed of a worm gear member 32 connected to the rotary shaft to rotate integrally. The flap valve 10 has a rotation shaft 13 coupled to the rotation center (output shaft) of the worm gear member 32.

그리고, 도면으로 나타내지는 않았으나, 상기 BLDC 모터(20)는 스테이터와 상기 스테이터에 감긴 코일(스테이터 코일) 및 상기 스테이터 코일에 전류가 공급될 때 회전하게 되는 로터를 포함하여 구성된다. Although not shown, the BLDC motor 20 includes a stator, a coil wound on the stator (a stator coil), and a rotor that rotates when a current is supplied to the stator coil.

상기 제어기(40)는 BLDC 모터(20)의 스테이터 코일에 흐르는 전류 및 로터의 회전 위치를 제어하는 것으로서, BLDC 모터(20)의 로터 위치를 제어하기 위한 위치제어용 회로와 BLDC 모터의 드라이버 역할을 수행하는 드라이버용 회로(즉, 모터 구동을 위한 코일 전류의 흐름을 제어하는 회로임)를 포함하도록 구성된다. 다시 말해, 상기 BLDC 모터(20)의 드라이버 역할을 수행할 수 있는 드라이버용 회로가 상기 제어기(40)내에 통합 구성되며, 상기 드라이버용 회로는 상기 스테이터 코일에 공급되는 전류의 통전을 허용하거나 또는 차단할 수 있는 트랜지스터나 사이리스터 등의 반도체형 스위칭소자를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위칭소자는 모터(20)의 전류공급원과 스테이터 코일 사이에 전기적으로 연결되도록 설치되며, 종래에 사용되는 DC 모터의 기계식 브러시의 역할을 보다 정밀하고 안정적으로 수행한다. The controller 40 controls the current flowing in the stator coil of the BLDC motor 20 and the rotational position of the rotor, and serves as a driver for the position control circuit and the BLDC motor for controlling the rotor position of the BLDC motor 20. It is configured to include a driver circuit (that is, a circuit for controlling the flow of coil current for driving the motor). In other words, a driver circuit capable of acting as a driver of the BLDC motor 20 is integrated in the controller 40, and the driver circuit may allow or block the energization of the current supplied to the stator coil. It can be configured to include a semiconductor switching element such as a transistor or a thyristor. The switching device is installed to be electrically connected between the current supply source of the motor 20 and the stator coil, and performs the role of the mechanical brush of the conventional DC motor more precisely and stably.

이러한 제어기(40)는 로터 위치센서(예를 들어, 홀센서)로부터 전달되는 신호(로터의 위치정보)를 기초로 상기 스위칭소자의 전기적인 스위칭 작동을 제어하여서 상기 스테이터 코일에 공급되는 전류를 통전시키거나 또는 차단시켜 상기 로터의 회전 위치를 제어하게 된다. 이때 상기 제어기(40)는 차량의 엔진제어기(엔진 ECU)로부터 전송되는 제어신호를 기반으로 상기 BLDC 모터(20)의 작동을 제어하며, 상기 엔진제어기는 차량 주행 시에 배기가스를 발생하는 엔진의 전반적인 제어를 수행하는 역할을 한다. The controller 40 controls the electrical switching operation of the switching element based on a signal (for example, the position information of the rotor) transmitted from the rotor position sensor (for example, a hall sensor) to energize the current supplied to the stator coil. Or to block the rotational position of the rotor. At this time, the controller 40 controls the operation of the BLDC motor 20 based on a control signal transmitted from an engine controller (engine ECU) of the vehicle, and the engine controller controls the operation of the engine generating exhaust gas when the vehicle is driven. It is responsible for performing overall control.

한편, 상기 BLDC 모터(20)와 동력전달수단(30) 및 제어기(40)는 하나의 케이스(50,52)내에 패키징되어 설치될 수 있고(도 2 및 도 5 참조), 이때 상기 동력전달수단(30)의 출력축(33)(즉, 웜기어 멤버의 회전중심)이 상기 제1 케이스(50)를 관통하여 플랩밸브(10)의 회전축(13)에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제어기(40)는 제1 케이스(50)의 한쪽에 마련된 공간부(S)에 삽입 배치되거나 또는 제2 케이스(52)의 내벽면에 부착 배치될 수 있고, 상기 제1 케이스(50)와 제2 케이스(52)는 제1 케이스(50)상에 배치된 BLDC 모터(20)와 동력전달수단(30)를 제2 케이스(52)가 덮은 상태로 결합될 수 있다.On the other hand, the BLDC motor 20, the power transmission means 30 and the controller 40 may be packaged and installed in one case (50, 52) (see Figs. 2 and 5), wherein the power transmission means The output shaft 33 (ie, the center of rotation of the worm gear member) of the 30 may pass through the first case 50 and be connected to the rotary shaft 13 of the flap valve 10. In addition, the controller 40 may be inserted into or disposed in the space S provided on one side of the first case 50 or attached to an inner wall surface of the second case 52. ) And the second case 52 may be coupled to the BLDC motor 20 and the power transmission means 30 disposed on the first case 50 with the second case 52 covered.

이와 같이 구성되는 본 발명의 전동식 배기 밸브장치는 BLDC 모터(20)를 플랩밸브(10)의 동력원으로 이용하여 구동됨으로써 DC 모터를 사용하는 종래기술 대비 차량 배기라인의 정밀한 배기유량 제어 및 배압 제어가 가능하며 또한 정밀한 배기음(소음) 제어도 가능하게 된다. 아울러, 상기 전동식 배기 밸브장치는 플랩밸브(10)의 액추에이터(20,30)와 제어기(40)를 하나로 패키징시킴으로써 콤팩트한 사이즈로 구성될 수 있다.The electric exhaust valve device of the present invention configured as described above is driven by using the BLDC motor 20 as a power source of the flap valve 10, so that the precise exhaust flow rate control and back pressure control of the vehicle exhaust line is compared with the conventional art using the DC motor. It is also possible to precisely control the exhaust noise (noise). In addition, the electric exhaust valve device may be configured in a compact size by packaging the actuators 20 and 30 and the controller 40 of the flap valve 10 into one.

또한 본 발명의 전동식 배기 밸브장치는 기계식 브러시를 사용하지 않는 BLDC 모터(20)를 이용함에 따라, 모터 사용수명이 연장되고, 브러시로 인한 마찰이 없어 모터 발열이 감소되며, 고효율에 따른 모터 사이즈 축소가 가능한 이점이 있으며, 또한 모터 속도제어가 가능하며, 부하로 인한 모터 회전수 변동이 적고, 관성이 적어 모터 동작반응이 빠르게 발생하며, 기계적 상변화에 따른 스파크가 없는 이점이 있다. In addition, as the electric exhaust valve device of the present invention uses a BLDC motor 20 that does not use a mechanical brush, the service life of the motor is extended, and there is no friction caused by the brush, thereby reducing motor heating, and reducing the motor size according to high efficiency. In addition, it is possible to control the motor speed, and the motor speed change due to the load is small, the inertia is small, the motor operation reaction occurs quickly, there is an advantage that there is no spark due to the mechanical phase change.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.The embodiments of the present invention have been described in detail above, but the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims and Improvements are also included in the scope of the present invention.

10 : 플랩밸브
11 : 밸브하우징
12 : 밸브바디
13 : 회전축
20 : BLDC 모터
30 : 동력전달수단
31 : 웜 멤버
32 : 웜기어 멤버
33 : 출력축
40 : 제어기
50 : 케이스10: flap valve
11: valve housing
12: valve body
13: axis of rotation
20: BLDC motor
30: power transmission means
31: Worm member
32: worm gear member
33: output shaft
40: controller
50: case

Claims (4)

차량의 배기라인에 설치되는 플랩밸브;
상기 플랩밸브의 개폐 작동을 위한 구동력을 제공하는 BLDC 모터;
상기 BLDC 모터의 스테이터 코일에 흐르는 전류 및 로터의 회전 위치를 제어하는 제어기;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터를 이용한 전동식 배기 밸브장치.
A flap valve installed at an exhaust line of the vehicle;
A BLDC motor providing a driving force for opening and closing the flap valve;
A controller for controlling the rotational position of the rotor and the current flowing in the stator coil of the BLDC motor;
Electric exhaust valve device using a BLDC motor, characterized in that comprises a.
청구항 1에 있어서,
상기 BLDC 모터와 플랩밸브 사이에는 BLDC 모터의 구동력을 플랩밸브에 전달하는 동력전달수단이 연결된 것을 특징으로 하는 BLDC 모터를 이용한 전동식 배기 밸브장치.
The method according to claim 1,
An electric exhaust valve apparatus using a BLDC motor, characterized in that the power transmission means for transmitting the driving force of the BLDC motor to the flap valve is connected between the BLDC motor and the flap valve.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 배기가스를 발생하는 엔진의 제어를 수행하는 엔진제어기로부터 전송되는 신호를 기반으로 상기 BLDC 모터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터를 이용한 전동식 배기 밸브장치.
The method according to claim 1,
The controller is an electric exhaust valve device using a BLDC motor, characterized in that for controlling the operation of the BLDC motor based on the signal transmitted from the engine controller for performing the control of the engine for generating the exhaust gas.
청구항 1에 있어서,
상기 제어기는 상기 BLDC 모터의 스테이터 코일에 연결되는 스위칭소자의 스위칭 작동을 제어하고 로터 위치센서의 신호를 기반으로 상기 로터의 회전 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 BLDC 모터를 이용한 전동식 배기 밸브장치.
The method according to claim 1,
And the controller controls the switching operation of the switching element connected to the stator coil of the BLDC motor and controls the rotational position of the rotor based on a signal of the rotor position sensor.
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