KR20240082707A

KR20240082707A - 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브

Info

Publication number: KR20240082707A
Application number: KR1020220166615A
Authority: KR
Inventors: 김종일
Original assignee: 김종일
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2024-06-11

Abstract

본 발명은 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 연소에 의해 발생하는 고열의 배기 유량을 플랩의 열림 및 닫힘 각도를 조절하여 배기소음을 제어하고, 배출되는 배기 유량의 온도 제어가 가능한 전동식 플랩밸브에 관한 것이다.

Description

배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브{Electric flap valve for controlling exhaust noise and exhaust temperature}

차량용 소음기(muffler)는 엔진에서 배출되는 고온, 고압의 배기가스를 차량 외부의 대기 중으로 배출시키기 전에 압력과 온도를 낮춰줌으로써 배기가스의 급격한 팽창에 의해 발생하는 폭발음을 줄이기 위한 장치이다.

소음기는 음의 흡수, 팽창, 간섭 등의 원리를 이용해 소음을 감소시키는 기구로 작동원리에 따라 팽창형, 공명형 및 흡음형으로 구분된다. 상기 팽창형은 음의 입구와 출구 사이에 이보다 큰 공동을 갖게 하여 음의 통로를 급격하게 팽창시켜 음의 간섭, 반사, 팽창 등으로 소리에너지를 열에너지로 변환시켜 음압을 감소시키는 원리를 이용한다. 상기 공명형은 음향관의 일부에 많은 작은 구멍을 내고 그 주위에 적당한 용적의 공명실을 만들어 헬름홀츠(Helmholtz)의 공명실처럼 음을 감쇄시키는 원리를 이용한다. 상기 흡음형은 덕트 내에 다공질의 그라스울(glass wool) 등을 충진시켜 음이 관내를 통과할 때 음 에너지가 흡수되는 원리를 이용한다.

그리고 소음기는 소음(消音)효과를 높이기 위하여 소음기의 저항을 크게 하면 배기소음은 줄일 수 있으나 배기 행정에 가해지는 저항 즉, 배압이 높아져 엔진의 출력을 저하시키고, 이와 반대로 배압을 줄이기 위하여 소음기의 저항을 작게 하면 배기소음(排氣騷音)이 증대되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 배기소음과 배압을 동시에 만족시킬 수 있는 엔진 ECU의 신호를 받아 밸브를 제어하는 능동전자밸브 소음기가 개발되었다.

도 1에 도시된 바와 같이, 능동전자밸브(220)는 배기시스템(200)의 메인 소음기(210) 전단에 설치되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 메인 소음기(210)의 테일 파이프단에 설치되어 엔진의 부하 및 RPM에 따라 그 개도가 조정 가능하도록 동작된다.

여기서 엔진의 저속영역에서는 배기가스의 압력이 낮아 능동전자밸브(220)가 닫힌 상태가 되면 저주파 소음을 감쇄시킬 수 있으며, 엔진 출력에는 영향을 미치지 않는다.

그리고 엔진의 고속영역에서는 배기가스의 압력이 높아짐에 따라 능동전자밸브(220)를 열어 배기 소음을 제어할 수 있고 배기가스의 저항을 줄일 수 있어 엔진 출력이 증가할 수 있다.

도 3에서처럼, 능동전자밸브 부착형 소음기는 배기소음 및 배압을 동시에 만족시킬 수 있는 장점이 있다. 상기 능동전자밸브(220)는 배기가스의 통로인 하우징과, 상기 하우징에 대해 수직 방향으로 관통하여 설치되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트에 결합된 상태로 하우징의 내부에 설치되어 회전샤프트와 함께 회전하면서 하우징의 배기가스 통로를 개폐하는 배기 플랩(flap) 및 구동샤프트의 회전력을 상기 회전샤프트에 전달하여 상기 배기 플랩을 작동시키는 액추에이터로 구성된다.

상기 액추에이터는 차량의 ECU로부터 배기가스 통로 개폐에 관한 신호를 전달받아 상기 배기 플랩을 회전시킬 수 있다. 상기 액추에이터의 작동으로 구동샤프트가 회전되고, 상기 구동샤프트와 연결된 상기 회전샤프트가 회전됨으로써 상기 배기 플랩을 회전시킬 수 있다.

상기 액추에이터의 구동력을 전달하기 위하여 상기 구동샤프트와 상기 회전샤프트는 코일 스프링으로 연결되어 있다.

그러나, 종래의 능동전자밸브는 액추에이터를 통해 회전샤프트를 회전시켜 배기 플랩으로 하우징 내부를 개폐시, 상기 배기 플랩이 하우징의 걸림턱 등의 스토퍼부에 걸리면서 소음이 발생하고, 그 소음은 자동차의 실내에 전달되어 운전을 방해하는 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-2258745호 한국공개특허 제10-2020-0110870호

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,

엔진의 연소에 의해 발생하는 고열의 배기 유량을 플랩의 열림 및 닫힘 각도를 조절하여 배기소음을 제어하고, 배출되는 배기 유량의 온도 제어가 가능한 전동식 플랩밸브를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 배기가스 유로를 가지는 하우징과;

상기 하우징의 중앙부를 수직으로 관통하여 회전되는 샤프트와;

상기 샤프트에 결합되어 함께 회전하면서 상기 배기가스 유로의 배기량을 제어하는 플랩과;

상기 샤프트가 회전될 수 있게 샤프트의 양측을 지지하는 카본베어링과;

상기 샤프트의 일측 끝단부에 설치되어 샤프트와 함께 회전하면서 상기 플랩의 개폐 간격을 제어하는 동시에 상기 샤프트와 카본베어링 사이로 누출되는 배기가스의 열을 차단하는 회전체와;

상기 회전체의 일측면에 형성되어 액추에이터의 회전력을 회전체와 샤프트에 전달하는 연결체와;

상기 회전체와 연결체를 감싸도록 하우징의 상부에 설치되고, 상부측에 실더와 연결되어 액추에이터를 받쳐주는 브라켓;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 회전체의 가장자리에는 플랩의 개폐 간격을 제어하도록 열림돌기와 닫힘돌기가 돌출 형성되고, 상기 열림돌기와 닫힘돌기는 플랩의 개폐 간격만큼 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 브라켓의 내측에는 회전체가 회전되면서 상기 회전체의 열림돌기 또는 닫힘돌기가 걸리도록 걸림쇠가 돌출 형성되고, 상기 걸림쇠는 회전체의 열림돌기와 닫힘돌기 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브에 관한 것이다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브는 엔진의 연소에 의해 발생하는 고열의 배기 유량을 플랩의 열림 및 닫힘 각도를 조절하여 배기소음을 제어하는 효과가 있다.

또한, 배출되는 배기 유량의 온도를 제어함으로써, DPF(Diesel Particulate Filter)에 포집된 PM(Particulate matters, 미세매연입자)을 연소시키는 역할을 한다.

도 1 및 도 2 각각은 종래의 능동전자밸브가 배기시스템에 적용되는 예를 설명하기 위한 개략적인 도면이고,
도 3은 종래의 능동전자밸브가 디젤엔진 배기시스템에 적용되는 예를 설명하기 위한 개략적인 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랩밸브를 나타낸 수직 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체를 나타낸 수평 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체의 작동을 나타낸 개략도이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랩밸브를 나타낸 수직 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체를 나타낸 수평 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전체의 작동을 나타낸 개략도이다.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브는 배기가스 유로를 가지는 하우징(10)과; 상기 하우징(10)의 중앙부를 수직으로 관통하여 회전되는 샤프트(20)와; 상기 샤프트(20)에 결합되어 함께 회전하면서 상기 배기가스 유로의 배기량을 제어하는 플랩(30)과; 상기 샤프트(20)가 회전될 수 있게 샤프트(20)의 양측을 지지하는 카본베어링(40)과; 상기 샤프트(20)의 일측 끝단부에 설치되어 샤프트(20)와 함께 회전하면서 상기 플랩(30)의 개폐 간격을 제어하는 동시에 상기 샤프트(20)와 카본베어링(40) 사이로 누출되는 배기가스의 열을 차단하는 회전체(50)와; 상기 회전체(50)의 일측면에 형성되어 액추에이터(80)의 회전력을 회전체(50)와 샤프트(20)에 전달하는 연결체(60)와; 상기 회전체(50)와 연결체(60)를 감싸도록 하우징(10)의 상부에 설치되고, 상부측에 실더(81)와 연결되어 액추에이터(80)를 받쳐주는 브라켓(70)으로 구성된다.

여기서, 상기 연결체(60)의 상부에는 상기 샤프트(20)를 회전시키는 회전력을 제공하도록 차량의 ECU 제어신호에 의해 구동 제어되는 액추에이터(80)가 형성되고, 상기 액추에이터(80)는 실더(81)와 브라켓(70)에 의해 받쳐진다.

상기 하우징(10)은 도 4에 도시한 바와 같이, 관 형상으로 내부에 배기가스 유로가 형성되어 기존의 배기가스 관과 양측이 연통되도록 연결되며, 상기 하우징(10)의 내부에는 샤프트(20)가 배기가스 유로에 직교하도록 관통되게 설치된다.

상기 샤프트(20)는 도 4에 도시한 바와 같이, 하우징(10)의 내부에 형성되는데, 하우징(10)의 배기가스 유로와 직교로 형성되어 하우징(10)의 상,하부를 관통하여 연결되고, 상기 샤프트(20)는 액추에이터(80)에서 전달되는 회전력에 의해 회전된다.

상기 플랩(30)은 도 4에 도시한 바와 같이, 배기가스 유로를 개폐하기 위한 샤프트(20)에 외부에 결합되는데, 샤프트(20)와 일체로 회전되면서 하우징(10)의 배기가스 유로를 개폐하여 상기 배기가스 유로의 배기량을 제어한다. 이때, 상기 플랩(30)은 디스크형상을 가진다.

상기 카본베어링(40)은 도 4에 도시한 바와 같이, 샤프트(20) 회전될 수 있게 샤프트(20)의 양측을 지지하는데, 상기 샤프트(20)가 하우징의 상부와 하부를 관통한 상태에서 카본베어링(40)이 하우징(10)에 회전가능하게 지지해준다.

여기서, 상기 카본베어링(40)의 외측에는 베어링캡(미도시)에 의해 커버되어 보호된다.

상기 회전체(50)는 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 샤프트(20)의 일측 끝단부 즉, 상기 샤프트(20)의 상단 끝단부에 수평으로 설치되어 샤프트(20)와 함께 회전하면서 상기 플랩(30)의 개폐 간격을 제어하는 동시에 상기 샤프트(20)와 카본베어링(40) 사이로 누출되는 배기가스의 열이 상부로 이동되는 것을 차단한다.

여기서, 상기 회전체(50)는 원판형으로 형성되고, 상기 회전체(50)의 원형 가장자리에는 플랩(30)의 개폐 간격을 제어하도록 열림돌기(51)와 닫힘돌기(52)가 수평으로 돌출 형성된다.

그리고, 상기 열림돌기(51)와 닫힘돌기(52)는 플랩(30)의 개폐 간격만큼 상호 간에 이격되어 형성되고, 상기 열림돌기(51)와 닫힘돌기(52)의 간격만큼 플랩이 배기가스 유로 내에 회전되어 배기가스 유로 내를 개폐한다.

상기 연결체(60)는 도 4에 도시한 바와 같이, 회전체(50)의 일측면 즉 상측면 중앙부에 형성되어 액추에이터(80)의 회전력을 연결체(60)에 전달하고, 상기 연결체(60)를 통해 회전력이 전달된 회전체(50)는 샤프트(20)에 회전력을 전달한다.

여기서, 상기 연결체(60)는 파이프 형상으로 액추에이터(80)의 연결부(미도시)와 연결될 수 있고, 상기 연결체(60)에는 액추에이터(80)의 연결부와 연결되도록 연결홈(미도시)이 형성된다.

상기 브라켓(70)은 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 회전체(50)와 연결체(60)를 감싸도록 하우징(10)의 상부에 설치되고, 상기 브라켓(70)의 상부측에는 실더(81)와 연결되어 액추에이터(80)를 받쳐준다. 즉, 상기 브라켓(70)은 커버형태로 형성되어 중앙부에 연결체(60)가 돌출 형성되면서 회전체(50)와 일부 연결체(60)를 감싸는 형태로 형성되어 하우징(10)의 상부에 고정된다.

여기서, 상기 브라켓(70)의 내측에는 회전체(50)가 회전되면서 상기 회전체(50)의 열림돌기(51) 또는 닫힘돌기(52)가 걸리도록 걸림쇠(71)가 돌출 형성되고, 상기 걸림쇠(71)는 브라켓(70)의 내측에서 돌출되어 절곡된 형태로 끝단부가 회전체(50)의 열림돌기(51)와 닫힘돌기(52) 사이에 구비된다. 즉, 상기 회전체(50)가 일측으로 회전되면 열림돌기(51)가 걸림쇠(71)에 걸려서 플랩(30)이 더 열리는 것을 방지하고, 상기 회전체(50)가 타측으로 회전되면 닫힘돌기(52)가 걸림쇠(71)에 걸려서 플랩(30)이 더 닫히는 것을 방지한다. 즉, 상기 플랩(30)의 열림과 닫힘 및 간격을 제어할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다.

10 : 하우징 20 : 샤프트
30 : 플랩 40 : 카본베어링
50 : 회전체 51 : 열림돌기
52 : 닫힘돌기 60 : 연결체
70 : 브라켓 71 : 걸림쇠
80 : 액추에이터 81 : 실더

Claims

배기가스 유로를 가지는 하우징(10)과;
상기 하우징(10)의 중앙부를 수직으로 관통하여 회전되는 샤프트(20)와;
상기 샤프트(20)에 결합되어 함께 회전하면서 상기 배기가스 유로의 배기량을 제어하는 플랩(30)과;
상기 샤프트(20)가 회전될 수 있게 샤프트(20)의 양측을 지지하는 카본베어링(40)과;
상기 샤프트(20)의 일측 끝단부에 설치되어 샤프트(20)와 함께 회전하면서 상기 플랩(30)의 개폐 간격을 제어하는 동시에 상기 샤프트(20)와 카본베어링(40) 사이로 누출되는 배기가스의 열을 차단하는 회전체(50)와;
상기 회전체(50)의 일측면에 형성되고, 제어신호에 따라 액추에이터(80)의 회전력을 회전체(50)와 샤프트(20)에 전달하는 연결체(60)와;
상기 회전체(50)와 연결체(60)를 감싸도록 하우징(10)의 상부에 설치되고, 상부측에 실더(81)와 연결되어 액추에이터(80)를 받쳐주는 브라켓(70);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브.
제 1항에 있어서,
상기 회전체(50)의 가장자리에는 플랩(30)의 개폐 간격을 제어하도록 열림돌기(51)와 닫힘돌기(52)가 돌출 형성되고, 상기 열림돌기(51)와 닫힘돌기(52)는 플랩(30)의 개폐 간격만큼 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브.
제 2항에 있어서,
상기 브라켓(70)의 내측에는 회전체(50)가 회전되면서 상기 회전체(50)의 열림돌기(51) 또는 닫힘돌기(52)가 걸리도록 걸림쇠(71)가 돌출 형성되고, 상기 걸림쇠(71)는 회전체(50)의 열림돌기(51)와 닫힘돌기(52) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 배기소음 및 배기온도 제어용 전동식 플랩밸브.