WO2018230821A1 - 일체형 배압 및 egr 밸브 모듈 - Google Patents

일체형 배압 및 egr 밸브 모듈 Download PDF

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WO2018230821A1
WO2018230821A1 PCT/KR2018/003969 KR2018003969W WO2018230821A1 WO 2018230821 A1 WO2018230821 A1 WO 2018230821A1 KR 2018003969 W KR2018003969 W KR 2018003969W WO 2018230821 A1 WO2018230821 A1 WO 2018230821A1
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WO
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back pressure
valve
egr valve
egr
cam
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/003969
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English (en)
French (fr)
Inventor
김창연
김영권
김현진
Original Assignee
이래에이엠에스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/51—EGR valves combined with other devices, e.g. with intake valves or compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/65—Constructional details of EGR valves
    • F02M26/70—Flap valves; Rotary valves; Sliding valves; Resilient valves

Definitions

  • the present invention relates to an integrated back pressure and EGR valve module, and more particularly, to an integrated back pressure and EGR valve module incorporating the control of an back pressure valve and an EGR valve.
  • Diesel engines are more fuel efficient than gasoline and are widely used in commercial vehicles such as passenger cars, buses, and trucks.
  • exhaust gas of diesel engine vehicles includes harmful substances such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx).
  • CO carbon monoxide
  • HC hydrocarbons
  • NOx nitrogen oxides
  • NOx is a combination of oxygen and nitrogen at high pressure and high temperature, which is the main cause of acid rain, causing corrosion of buildings and destruction of ecosystems.
  • various causes of respiratory diseases such as bronchitis, pneumonia, and asthma. It is pointed out.
  • EXHAUST GAS RECIRCULATION refers to a technique of circulating some of the exhaust gas of the engine back to the intake pipe of the engine to utilize the exhaust gas for combustion together with the outside air. By recycling the exhaust gas there is an advantage that can reduce the NOx emitted to the atmosphere.
  • the EGR can be classified into HP EGR (High Pressure EGR) and LP EGR (Low Pressure EGR) according to the position of recycling the exhaust gas.
  • HP EGR uses the high-temperature and high-pressure exhaust gas as the EGR gas using a recirculation passage connected to the intake manifold side at the front end of the turbine of the turbocharger.
  • LP EGR differs from HP EGR in that it uses exhaust gas with more pressure drop as the EGR gas by using a recirculation flow path connected to the outside air intake flow path at the front end of the compressor at the turbine end.
  • LP EGR is located at the rear end of Diesel Oxidation Catalyst (DOC), Diesel Particulate Filter (DPF) and / or Selective Catalytic Reduction (SCR), with less contaminants in the gas being recycled than HP EGR.
  • DOC Diesel Oxidation Catalyst
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • LP EGR has an advantage that it is relatively advantageous over HP EGR in terms of intake air temperature cooling and EGR cylinder distribution. Recently, attention has been paid to the fact that LP EGR has an advantageous effect on improving fuel efficiency, and interest in it is increasing day by day to apply LP EGR not only to cars equipped with diesel engines but also to cars equipped with gasoline engines.
  • FIG. 5 is a view showing an EGR valve unit according to the prior art.
  • the low pressure EGR device 1 includes a low pressure EGR control valve 4 for adjusting the opening degree of the low pressure EGR flow path 3 for inducing the EGR gas into the intake passage 2 through which the intake air passes.
  • Disclosed is composed of a driven arm (14) having a).
  • the conventional LP EGR has a back pressure valve and an EGR valve separately in the exhaust stage, so that the entire system is large and heavy, which makes it difficult to control, and the back pressure valve exposed to high temperature is directly connected to a problem of deterioration of durability of the product. This results in an increase in the price of the product and an increase in the weight of the system.
  • the present invention is to provide an embodiment of the integrated back pressure and EGR valve integrating the back pressure valve and the EGR valve in one embodiment in order to overcome the problems of the prior art as described above.
  • the back pressure valve disposed in the intake flow path for taking in breathing air from the outside;
  • An EGR valve connected to the intake passage and disposed on an LP EGR passage for recirculating exhaust gas discharged from an engine and passing through a turbine;
  • a first cam having a first pin guide hole engaged with the first link interlocking with the EGR valve, wherein the first pin guide hole has at least one divided area;
  • a second pin guide hole engaged with a second link interlocking with the back pressure valve inside the main body, wherein the second pin guide hole includes a second cam formed to have one or more divided regions.
  • the first cam and the second cam may be of a structure located on the actuator shaft.
  • the first pin guide hole may include: a first guide part for driving the back pressure valve to rotate in a counterclockwise direction in a non-rotation state when the EGR valve rotates in a counterclockwise direction in a forward direction; And a second guide part which drives the back pressure valve to rotate in a counterclockwise direction in a forward direction when the EGR valve is in a non-rotating state.
  • the first cam interlocked by the first link may rotate in the counterclockwise direction.
  • the second cam interlocked by the second link may rotate in the counterclockwise direction.
  • the second pin guide hole may include: a third guide part in which a back pressure valve is non-rotated when the EGR valve rotates in the forward direction; A fourth guide part which drives the EGR valve and the back pressure valve to rotate in a forward direction; And a fifth guide part which drives the back pressure valve to rotate in the reverse direction when the EGR valve is in the non-rotating state.
  • the back pressure valve in the third guide portion, may be in the non-rotating state from the open state while the EGR valve rotates in the counterclockwise direction.
  • the back pressure valve may rotate counterclockwise from the open state to the closed state while the EGR valve rotates counterclockwise.
  • the EGR valve is in a non-rotation state and can be rotated counterclockwise from the open state to the closed state.
  • the first cam interlocked by the first link may rotate in the clockwise direction.
  • the second cam interlocked by the second link may rotate counterclockwise.
  • the LP EGR flow path may be connected in an oblique direction forming a predetermined angle with the longitudinal direction of the intake flow path.
  • the integrated back pressure and EGR valve module integrates the role of the back pressure valve to increase the EGR valve driving and the EGR flow rate, the intake throttling can be performed in the section not using EGR. Instead of acting as an ACV (Air Control Valve), cost savings are possible due to the compact structure that controls two valves with one sensor.
  • ACV Air Control Valve
  • the vehicle weight can be reduced and the motor load can be reduced.
  • ECU control loads can be reduced by integrating the control of the integrated back pressure and EGR valve modules and ACV valves into one.
  • the motor load is increased, the motor durability is increased, and the ECU control load is reduced to enable fast control, thereby increasing the durability of the entire product, and lowering the performance demand of the existing motor. Modules can be provided.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of a valve module according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 show preferred opening aspects of the EGR valve and the back pressure valve.
  • FIG. 5 is a view showing an EGR valve unit according to the prior art.
  • connection herein includes direct connection and indirect connection between one member and another member, and may mean all physical connections such as adhesion, attachment, fastening, bonding, and coupling.
  • an expression such as 'first' and 'second' is used only for distinguishing a plurality of components, and does not limit the order or other features between the components.
  • FIG. 1 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the whole schematic of the internal combustion engine for demonstrating the position where the valve module of this invention is mounted.
  • the combustion chamber of the engine of the present invention includes an intake manifold and an exhaust manifold.
  • a turbocharger compressor is provided on the flow path for supplying intake air to the intake manifold side. Downstream of the compressor, an intercooler is provided, and an intake throttle (not shown) for controlling the amount of intake air flowing into the intake manifold is provided.
  • the exhaust manifold is connected to an exhaust passage for releasing exhaust gas into the atmosphere.
  • a turbine T. of the turbocharger is connected to the exhaust passage, and downstream of the turbine T., a DPF and / or a catalytic device and a muffler are installed as an exhaust aftertreatment device for purifying exhaust gas.
  • an exhaust gas recirculation (EGR) system may be installed in the exhaust passage to recycle a part of the exhaust gas to the intake cylinder.
  • the EGR system is provided with an EGR cooler for reducing the temperature of the exhaust gas at a high temperature and an EGR valve for controlling the flow rate of the exhaust gas introduced into the EGR flow path.
  • the LP EGR system is applied to the internal combustion engine of the present invention as an EGR system.
  • LP EGR has the advantages of good intake air temperature cooling and EGR cylinder distribution, and good fuel efficiency, but it must be followed by the task of forming back pressure for recycling exhaust gas. Therefore, in the present invention, an EGR valve and a 3-way valve can be configured as a valve for generating back pressure for LP EGR. This will be described later in detail.
  • the LP EGR of the present invention is branched from the exhaust passage in front of the muffler and circulating a part of the exhaust gas into the intake pipe, and also controls the exhaust gas flowing into the EGR cooler and the EGR flow path.
  • An EGR valve is provided.
  • the mixer has a flow direction facing the compressor (C.) side.
  • an crank angle sensor for detecting rotation of the crankshaft of the internal combustion engine or an Excel sensor (a position sensor or an opening angle sensor, etc.) for outputting a signal according to the opening degree of the accelerator pedal may be installed.
  • the target output of the vehicle, the fuel injection amount of the engine combustion chamber, the target air amount to be introduced into the intake manifold, and the most important EGR rate in the opening of the EGR valve of the present invention, etc. Can be determined.
  • valve module of the present invention may be provided at a portion indicated by a dotted line in FIG. 1.
  • FIG 2 is a view showing the configuration of a valve module according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 and Figure 4 is a view showing a preferred opening aspect of the EGR valve and the back pressure valve.
  • the integrated back pressure and EGR valve module may include an EGR valve 100, a back pressure valve 200, and a first cam 300 and a back pressure valve 200 interlocked with the EGR valve 100. It is comprised including the 2nd cam 400 which cooperates.
  • the back pressure valve 200 is arrange
  • the EGR valve 100 is connected to an oblique direction forming a predetermined angle with the longitudinal direction of the intake flow passage 20 and disposed on the LP EGR flow passage 10 for recirculating exhaust gas discharged from the engine and passing through the turbine. have.
  • the EGR valve 100 and the back pressure valve 200 may correspond to the flap valve.
  • the EGR valve 100 may mean an LP EGR valve
  • the back pressure valve 200 may refer to a back pressure generating valve for forming back pressure at a confluence point of the EGR flow path 10 and the intake flow path 20.
  • the back pressure valve 200 also serves to adjust the amount of intake air, but also assists the EGR valve to facilitate recycling and mixing of the EGR gas.
  • the first cam 300 is shown by a relatively thick solid line in the drawing, and the first pin 120 of the first link 110 that interlocks with the EGR valve 100 is coupled to the inside of the main body.
  • the first pin guide hole 310 is formed.
  • the first pin guide hole 310 may include a first guide part 311 and an EGR valve for driving the back pressure valve 200 to rotate in a non-rotating state when the EGR valve 100 rotates in the forward direction. It is comprised including the 2nd guide part 312 which drives the back pressure valve 200 to rotate to a positive direction when 100 is in a non-rotation state.
  • the first pin guide hole 310 is composed of a curved section divided into at least two sections, and is divided into two sections in the drawing.
  • the curved section divided into the first guide part 311 and the second guide part 312 may have centers of different radii of curvature.
  • the radius of curvature centers of the first pin guide hole 310 are configured to be located in an inner direction of the main body, and the first pin 120 of the first link 110 interlocked with the EGR valve 100 is a first pin guide. It is fastened to the hole 310.
  • the second cam 400 has a second pin guide hole 410 that is coupled to the second pin 220 of the second link 210 that interlocks with the back pressure valve 200 inside the main body.
  • the second pin guide hole 410 may include a third guide part 411 in which the back pressure valve 200 is non-rotated when the EGR valve 100 rotates in the forward direction, the EGR valve 100 and the back pressure valve 200. ) And the fourth guide portion 412 for driving to rotate in the forward direction and the fifth guide portion 413 for driving the back pressure valve 200 to rotate in the reverse direction when the EGR valve 100 is in a non-rotating state. It is configured to include.
  • first guide part 311 and the second guide part 312 described above are divided regions in which the first pin 120 is guided, and the third guide part 411 and the fourth guide part 412.
  • the fifth guide part 413 may mean a divided area where the second pin 220 is guided. These regions may be indicated by broken lines as shown in FIG. 3.
  • the second pin guide hole 410 is formed of a curved section divided into two or more sections, and is divided into three sections in the drawing.
  • the curved section divided into the third guide portion 411, the fourth guide portion 412, and the fifth guide portion 413 may have centers of different radii of curvature.
  • the radius of curvature centers of the second pin guide hole 410 are configured to be located inside the main body of the second cam 400 like the radius of curvature of the first pin guide hole 310, and the back pressure valve 200 may be used. ) Is coupled to the second pin guide hole 410 of the second pin 220 of the second link 210.
  • the second pin 220 of the second link 210 which is coupled to the second pin guide hole 410 formed in the second cam 400 and interlocks, in the third guide part 411.
  • the back pressure valve 200 remains open and non-rotates while the EGR valve 100 rotates counterclockwise. That is, the first pin 120 of the first link 110, which interlocks with the EGR valve 100, moves in the first guide part 311 of the first pin guide hole 310 so that the EGR valve 100 rotates.
  • the back pressure valve 200 does not rotate.
  • the back pressure valve 100 rotates counterclockwise from the open state to the closed state while the EGR valve 100 rotates counterclockwise. That is, the first pin 120 of the first link 110, which interlocks with the EGR valve 100, moves in the first guide part 311 of the first pin guide hole 310 so that the EGR valve 100 rotates.
  • the back pressure valve 100 is closed in the open state accordingly. It will rotate counterclockwise.
  • the back pressure valve 100 is rotated in a counterclockwise direction to be in a closed state. That is, the EGR valve 100 is moved while the first pin 120 of the first link 110 interlocked with the EGR valve 100 moves in the second guide portion 312 of the first pin guide hole 310.
  • the back pressure valve 100 is in the closed state. It will rotate counterclockwise.
  • the first cam 300 in which the first pin guide hole 310 is formed and the second cam 400 in which the second pin guide hole 410 are formed are located outside the intake flow path and the LP EGR flow path. It is located on the actuator shaft.
  • the integrated back pressure and EGR valve module allows the EGR valve 100 and the back pressure valve 200 to rotate in the forward direction in synchronization with the shape design of the first cam 300 and the second cam 400.
  • the EGR valve 100 may rotate only the back pressure valve 200 in the non-rotating state in the forward direction, and conversely, the back pressure valve 200 rotates only the EGR valve 100 in the forward direction in the non-rotating state. You may.
  • the EGR valve 100 may be rotated in the reverse direction, and conversely, the back pressure valve 200 may be rotated in the reverse direction.
  • the EGR valve 100 and the back pressure valve 200 are respectively coupled to the first cam 300 and the second link 210 of the first pin 120 of the first link 110. It moves in conjunction with the second cam 400 is coupled to the second pin 220 of the.
  • the first cam 300 is interlocked with the EGR valve 100 by the first pin 120 of the first link 110, and the second cam 400 is the second cam.
  • the second pin 220 of the link 210 has a structure that interlocks with the back pressure valve 200.
  • the opening degree of the EGR valve 100 is zero in the first guide part 311 of the first pin guide hole 310 of the first pin 120 of the first link 110 that interworks with the EGR valve 100.
  • the first back pressure valve 200 is opened in the full open state to maintain the open state, and the second pin 220 interlocked with the back pressure valve 200 moves in the third guide part 411. .
  • the first back pressure valve 200 is opened in a full open state to open the open state. Stay and are in a non-rotating state.
  • the first pin 120 of the first link 110 which interlocks with the EGR valve 100, moves counterclockwise along the first guide part 311 of the first pin guide hole 310, and back pressure is applied.
  • the back pressure valve 200 is in a non-rotating state.
  • the back pressure valve 200 is clocked in the closed state from the open state. Rotate in the opposite direction. Therefore, when the EGR valve 100 is opened beyond the predetermined opening angle, the EGR gas is supplied to the intake flow path 10 side, and the supplied EGR gas meets and mixes with the fresh air.
  • the EGR valve 100 rotates in the counterclockwise direction in the third guide portion 411 and the fourth guide portion 412 by the first pin 120 of the first link 110.
  • the first cam 300 rotates in a clockwise direction
  • the second pin 220 of the second link 210 when the back pressure valve 200 rotates counterclockwise in the fifth guide part 413.
  • the second cam 400 interlocked by rotates counterclockwise.
  • the first pin 120 of the first link 110 which interlocks with the EGR valve 100, moves in the first guide part 311 of the first pin guide hole 310, so that the EGR valve 100 is opened to the maximum degree.
  • the back pressure valve 200 which cooperates with the second cam 400 is fully closed, and only the EGR gas is supplied downstream of the intake flow path 10. At this time, the maximum back pressure is formed downstream of the intake flow path 10 by the back pressure valve 200, so that the supply speed of the EGR gas is further increased.
  • the EGR flow path 10 may be connected in an oblique direction forming a predetermined angle with the longitudinal direction of the intake flow path 20.
  • the EGR flow path 10 is connected to the intake flow path 20 at a right angle rather than in an oblique direction, foreign matters such as nitrogen oxides accumulate on the back pressure valve 200 located in the intake flow path 20 and cause a valve failure. Therefore, the EGR flow path 10 is connected to the intake flow path 20 in an oblique direction to prevent this.
  • another embodiment of the present invention is to form the diameter of the EGR flow path 10 smaller than the diameter of the intake flow path (20). That is, when comparing the cross-sectional area of the LP EGR flow path and the intake flow path 20, the cross-sectional area of the LP EGR flow path is designed to be small in advance so that the mixer flowing in the turbocharger direction when only the EGR valve 100 is opened and the back pressure valve 200 is closed. The flow rate of can be made small.
  • a driven arm 14 for connecting the back pressure valve to the EGR valve is essentially provided, and the cam is positioned on the drive shaft (EGR valve side) in which the motor and the gear unit are installed. It is difficult to control by the inertial load of the power consumption, and accordingly, in the present invention, the cams 300 and 400 are located on the EGR valve 100 and the back pressure valve 200, respectively, so that the inertial load during the valve opening and closing operation is achieved. Takes less. Specifically, the entire cam rotates in the prior art shown in FIG. 5 in a section in which only the EGR valve rotates, but in the present invention, since there is a non-rotating section of the back pressure valve, the load on the motor is relatively reduced.
  • the integrated back pressure and EGR valve module of the present invention can perform intake throttling in a section not using EGR, it is possible to reduce costs as a compact structure in place of the role of ACV.
  • the integrated back pressure and control of the EGR valve module and ACV valve can be integrated into one to reduce vehicle weight and reduce ECU control load.
  • the structure is simpler, easier to manufacture, and the cost is reduced, and the moment of inertia due to the weight reduction of the output gear is reduced in the LP EGR section, thereby reducing the product weight and the motor load.
  • the drive section of the back pressure valve and the EGR valve can be easily changed, and the cam design of the reverse rotation and synchronous drive sections can be performed more easily.

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Abstract

본 발명은 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈이 개시되며, 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로 내 배치되는 배압 밸브; 상기 흡기 유로에 접속되며 엔진에서 배출되어 터빈을 통과한 배기가스를 재순환시키는 LP EGR 유로 상에 배치되는 EGR 밸브; 본체 내측으로 상기 EGR 밸브와 연동하는 제1 링크와 결합하는 제1 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 제1 핀가이드홀은 하나 이상의 구분된 영역을 갖도록 형성되어 있는 제1 캠; 및 본체 내측으로 상기 배압 밸브와 연동하는 제2 링크와 결합하는 제2 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 제2 핀가이드홀은 하나 이상의 구분된 영역을 갖도록 형성되어 있는 제2 캠을 포함하고, 상기 제1 캠 및 제2 캠은 액츄에이터 축 상에 위치하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈
본 발명은 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배압 밸브(INTEGRATED BACK PRESSURE VALVE)와 EGR 밸브의 제어를 통합한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈에 관한 것이다.
디젤엔진은 가솔린에 비해 연비가 우수해 승용차, 버스, 트럭 등 상용차량과 산업계 전반에 널리 사용되고 있다. 그런데 디젤엔진 차량의 배기가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질이 포함된다. 이 중 질소산화물(NOx)은 고압, 고온 시에 산소와 질소가 결합하여 발생하는 것으로 산성비의 주요 원인이 되어 건물 부식 및 생태계 파괴를 일으키며, 인체에는 기관지염, 폐렴, 천식과 같은 각종 호흡기 질환의 원인으로 지목되고 있다.
일반적으로 배기가스 재순환(EGR; EXHAUST GAS RECIRCULATION)이라 함은 엔진의 배기가스 중 일부를 다시 엔진의 흡기계통으로 순환시켜 배기가스를 외기와 함께 연소에 활용하는 기술을 일컫는다. 배기가스를 재순환시킴으로써 대기로 배출되는 NOx를 줄일 수 있는 장점이 있다.
EGR은 배기가스를 재순환시키는 위치에 따라서, HP EGR(High Pressure EGR), LP EGR(Low Pressure EGR)로 구분할 수 있다. 구체적으로 HP EGR은 터보차져의 터빈 전단에서 흡기 매니폴드 측으로 연결되는 재순환유로를 이용하여 압력강하가 얼마 되지 않은 고온 고압의 배기가스를 EGR 가스로 사용한다.
이와 달리 LP EGR은 터빈 후단에서 컴프레서 전단의 외기 흡입유로 측으로 연결되는 재순환유로를 이용하여 HP EGR에 비해 상대적으로 압력강하가 더 이루어진 배기가스를 EGR 가스로 사용한다는 HP EGR과 차이점을 갖는다.
특히, LP EGR은 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate Filter) 및/또는 SCR(Selective Catalytic Reduction)의 후단에 위치하는 구성으로서, 재순환되는 가스 내 오염물질이 HP EGR에 비해 상대적으로 더 작다는 장점을 가진다. 또한, LP EGR은 흡기온 냉각 및 EGR 기통 분배성 측면에서도 HP EGR에 비해 상대적으로 유리하다는 장점을 가진다. 최근에는 LP EGR이 실연비 개선에도 유리한 효과를 가져온다는 측면에 주목하여, 디젤 엔진이 장착된 자동차뿐만 아니라 가솔린 엔진이 장착된 자동차에도 LP EGR을 적용시키려 하는 등 그에 대한 관심이 날로 높아지고 있다.
도 5는 종래 기술에 의한 EGR 밸브 유닛을 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 5를 참조하면, 저압 EGR 장치(1)는 흡기가 통과하는 흡기 통로(2)에 EGR 가스를 유도하는 저압 EGR 유로(3)의 개도 조정을 하는 저압 EGR 조정 밸브(4)와 흡기 통로(2)와 저압 EGR 유로(3)의 합류부에 흡기 음압을 발생시키는 흡기 조임 밸브(5)와 저압 EGR 조정 밸브(4)를 구동하는 하나의 전동 액추에이터(6)와 이 전동 액추에이터(6)의 출력 특성을 변화시켜 흡기 조임 밸브(5)를 구동하는 링크 장치(7)와 전동 액추에이터(6)의 작동을 제어하는 ECU(8, 엔진 컨트롤 유닛), 그리고 링크 장치(7)는 저압 EGR 조정 밸브(4)와 일체로 회동해, 캠 홈(11)이 형성되는 캠 플레이트(12)와 흡기 조임 밸브(5)와 일체로 회동해, 캠 홈(11)에 체결되는 종동 핀(13)을 구비하는 종동아암(14)으로 구성되는 것을 개시하고 있다.
상기 종래기술에 따르면, 종래의 LP EGR은 배기 단에 배압 밸브와 EGR 밸브가 따로 존재하여 전체 시스템이 크고 무거우므로 제어에 어려움이 있으며, 고온에 노출되는 배압 밸브는 제품의 내구도 저하 문제와 직결되어 제품의 가격 상승 및 시스템의 무게 증가를 초래하는 문제가 된다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 EGR 밸브와 배압 밸브가 3-way valve 모듈 방식의 경우에 EGR 밸브는 구동하지 않고 배압 밸브만 구동하는 구간이 존재하여 별도의 제어가 되지 않음으로 배압 밸브를 구비해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 일 실시예로 배압 밸브 및 EGR 밸브를 통합한 일체형 배압 및 EGR 밸브에 관한 발명을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로 내 배치되는 배압 밸브; 상기 흡기 유로에 접속되며 엔진에서 배출되어 터빈을 통과한 배기가스를 재순환시키는 LP EGR 유로 상에 배치되는 EGR 밸브; 본체 내측으로 상기 EGR 밸브와 연동하는 제1 링크와 결합하는 제1 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 제1 핀가이드홀은 하나 이상의 구분된 영역을 갖도록 형성되어 있는 제1 캠; 및 본체 내측으로 상기 배압 밸브와 연동하는 제2 링크와 결합하는 제2 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 제2 핀가이드홀은 하나 이상의 구분된 영역을 갖도록 형성되어 있는 제2 캠을 포함하고, 상기 제1 캠 및 제2 캠은 액츄에이터 축 상에 위치하고 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 제1 핀가이드홀은, 상기 EGR 밸브가 정방향인 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 배압 밸브가 비회전 상태에서 정방향인 시계 반대 방향으로 회전하도록 구동하는 제1 가이드부; 및 상기 EGR 밸브가 비회전 상태에 있는 경우에 배압 밸브가 정방향인 시계 반대 방향으로 회전하도록 구동하는 제2 가이드부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1 가이드부에서 EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제1 링크에 의해 연동하는 제1 캠이 시계 반대 방향으로 회전하는 구조일 수 있다.
또한, 상기 제2 가이드부에서 배압 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제2 링크에 의해 연동하는 제2 캠이 시계 반대 방향으로 회전하는 구조일 수 있다.
상기 제2 핀가이드홀은, 상기 EGR 밸브가 정방향으로 회전하는 경우에 배압 밸브가 비회전하는 제3 가이드부; 상기 EGR 밸브와 배압 밸브가 정방향으로 회전하도록 구동하는 제4 가이드부; 및 상기 EGR 밸브가 비회전 상태에 있는 경우에 배압 밸브가 역방향으로 회전하도록 구동하는 제5 가이드부를 포함할 수 있다.
상기 구조에서, 상기 제3 가이드부에서, EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안에 배압 밸브는 열림 상태에서 비회전 상태에 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제4 가이드부에서, EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안에 배압 밸브가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전할 수 있다.
이 때, 상기 제5 가이드부에서, EGR 밸브가 비회전 상태에 있고 배압 밸브가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전할 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 제3 가이드부 또는 제4 가이드부에서 EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제1 링크에 의해 연동하는 제1 캠이 시계 방향으로 회전할 수 있다.
또한, 상기 제5 가이드부에서 배압 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제2 링크에 의해 연동하는 제2 캠이 시계 반대 방향으로 회전할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 LP EGR 유로는 흡기 유로의 길이 방향과 소정의 각도를 이루는 사선 방향으로 접속될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은 EGR 밸브 구동 및 EGR 유량을 증가시킬 수 있는 배압 밸브의 역할을 통합하고, EGR을 사용하지 않는 구간에서 흡기 쓰로틀링을 할 수 있으므로 ACV(Air Control Valve)의 역할을 대신하고, 두 개의 밸브를 하나의 센서로 위치를 제어하는 컴팩트한 구조로서 원가 절감이 가능하다.
따라서, 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈과 ACV 밸브를 하나로 통합함으로써 차량 중량을 감소시키고, 모터 부하의 감소를 꾀할 수 있다. 또한, 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈과 ACV 밸브의 제어를 하나로 통합함으로써 ECU 제어 부하를 감소시킬 수 있다.
따라서, 모터 부하의 감소로 인해 모터의 내구성이 증대되고 ECU 제어 부하를 감소시킴으로써 빠른 제어가 가능하여 제품 전체의 내구성이 증대되며, 기존에 요구되는 모터의 성능 요구를 낮출 수 있어, 보다 컴팩트한 밸브 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 밸브 모듈이 장착되는 위치를 설명하기 위한 내연기관의 전체 개략도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 밸브 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 EGR 밸브와 배압 밸브의 바람직한 개도 양상을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래 기술에 의한 EGR 밸브 유닛을 나타내는 도면이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 EGR 밸브 모듈에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명 내연기관에 대한 전체 구성에 대해 간략히 설명한다. 도 1은 본 발명의 밸브 모듈이 장착되는 위치를 설명하기 위한 내연기관의 전체 개략도를 나타내는 도면이다.
본 발명의 엔진의 연소실은 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드를 구비한다. 흡기 매니폴드 측으로 흡기를 공급하는 유로 상에는 터보차저의 컴프레서가 구비된다. 컴프레서의 하류에는 인터쿨러가 설치되고, 흡기 매니폴드 내 유입되는 흡기량을 제어하는 흡기 스로틀(미도시)이 설치된다.
배기 매니폴드에는 배기가스를 대기 중에 방출하기 위한 배기유로가 접속되어 있다. 배기유로에는 터보차저의 터빈(T.)이 연결되며 터빈(T.)의 하류에는 배기가스를 정화하기 위한 배기 후처리 장치로서 DPF 및/또는 촉매 장치와 머플러가 설치되어 있다.
아울러 배기유로에서는 배기가스의 일부를 흡기계통으로 재순환시키기 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템이 설치될 수 있다. 통상적으로 EGR 시스템에는 고온상태인 배기가스의 온도를 저감시키기 위한 EGR 쿨러와 EGR 유로로 유입된 배기가스의 유량을 제어하기 위한 EGR 밸브가 설치된다.
본 발명의 내연기관에는 EGR 시스템으로서, LP EGR 시스템을 적용한다. LP EGR은 배경기술에서 전술한 바와 같이 흡기온 냉각 및 EGR 기통 분배성이 좋으며, 실연비 개선에 좋다는 장점을 갖지만, 배기가스를 재순환시키기 위한 배압을 형성해주어야 하는 과제가 반드시 뒤따른다. 따라서, 본 발명에서는 LP EGR을 위해 배압을 생성하기 위한 밸브로서 EGR 밸브와 3-way valve를 구성할 수 있다. 이는 상세히 후술하기로 한다.
보다 구체적으로 본 발명의 LP EGR은 머플러 전단의 배기유로에서 분기되어 배기가스의 일부를 흡기계통으로 순환시키는 것으로서, 여기에도 역시 EGR 쿨러(Exhaust Gas Recirculation Cooler), 그리고 EGR 유로로 유입되는 배기가스를 제어하기 위한 EGR 밸브가 구비된다.
에어 클리너(A.C.)에서 받아들여진 신기(fresh air)는 흡기 유로(20)를 거쳐 터보차저의 컴프레서(C.) 측으로 흐르는데, 컴프레서(C.)로 유입되기 전에 EGR 유로를 통해 재순환된 배기가스와 혼합된다. 혼합기는 유동방향이 컴프레서(C.) 측을 대향하게 된다.
참고로, 내연기관의 크랭크축의 회전을 검출하는 크랭크각 센서나 엑셀 페달의 개도에 따른 신호를 출력하는 엑셀 센서(위치 센서 또는 개도 각 센서 등)가 설치될 수 있다. 크랭크각 센서와 엑셀 센서를 이용하여 차량의 목표 출력과 그에 따른 엔진 연소실의 연료분사량, 흡기 매니폴드에 유입되어야 할 목표 공기량 및 본 발명의 EGR 밸브 개도에 있어 가장 중요한 EGR 률(EGR Rate) 등이 결정될 수 있다.
참고로 본 발명의 밸브 모듈은 도 1에 점선으로 표시된 부분에 구비될 수 있다.
위에서 살펴본 내연기관의 구성을 토대로, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 밸브 모듈의 특징에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 밸브 모듈의 구성을 도시한 도면이 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에는 EGR 밸브와 배압 밸브의 바람직한 개도 양상을 나타내는 도면이 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은 EGR 밸브(100), 배압 밸브(200), EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 캠(300) 및 배압 밸브(200)와 연동하는 제2 캠(400)을 포함하여 구성되어 있다.
본 발명에 따르면, 배압 밸브(200)는 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로(20) 내에 배치되어 있다. 그리고, EGR 밸브(100)는 흡기 유로(20)의 길이 방향과 소정의 각도를 이루는 사선 방향으로 접속되며 엔진에서 배출되어 터빈을 통과한 배기가스를 재순환시키는 LP EGR 유로(10) 상에 배치되어 있다.
여기서, EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200) 모두 플랩형 밸브가 해당될 수 있다.
또한, 여기서 EGR 밸브(100)는 LP EGR 밸브를 의미하고, 배압 밸브(200)는 EGR 유로(10)와 흡기 유로(20)의 합류지점에 배압을 형성하기 위한 배압 생성 밸브를 의미할 수 있다. 배압 밸브(200)는 흡기되는 신기의 양을 조절하는 역할도 하지만 EGR 가스의 재순환 및 혼합이 용이하도록 EGR 밸브를 보조하는 역할도 한다.
본 발명에 따르면, 제1 캠(300)은 도면에서 상대적으로 굵은 실선으로 도시되어 있고, 본체 내측으로 EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 결합하는 제1 핀가이드홀(310)이 형성되어 있다.
상기 제1 핀가이드홀(310)은 EGR 밸브(100)가 정방향으로 회전하는 경우에 배압 밸브(200)가 비회전 상태에서 정방향으로 회전하도록 구동하는 제1 가이드부(311) 및 상기 EGR 밸브(100)가 비회전 상태에 있는 경우에 배압 밸브(200)가 정방향으로 회전하도록 구동하는 제2 가이드부(312)를 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 제1 핀가이드홀(310)은 적어도 둘 이상의 구획으로 구분된 곡선 구간으로 이루어지고 도면에서는 두 개의 구간으로 구획되어 있다. 여기서, 제1 가이드부(311) 및 제 제2 가이드부(312)로 구분된 곡선 구간은 서로 다른 곡률 반경의 중심을 가질 수 있다. 그리고, 제1 핀가이드홀(310)의 곡률 반경 중심들은 본체 내측 방향에 위치하도록 구성되며, EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제1 핀가이드홀(310)에 체결되어 있다.
또한, 제2 캠(400)은 본체 내측으로 배압 밸브(200)와 연동하는 제2 링크(210)의 제2 핀(220)과 결합하는 제2 핀가이드홀(410)이 형성되어 있다.
상기 제2 핀가이드홀(410)은 EGR 밸브(100)가 정방향으로 회전하는 경우에 배압 밸브(200)가 비회전하는 제3 가이드부(411), 상기 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)가 정방향으로 회전하도록 구동하는 제4 가이드부(412) 및 상기 EGR 밸브(100)가 비회전 상태에 있는 경우에 배압 밸브(200)가 역방향으로 회전하도록 구동하는 제5 가이드부(413)를 포함하여 구성되어 있다.
참고로, 전술한 제1 가이드부(311), 제2 가이드부(312)는 제1 핀(120)이 안내되는 구분된 영역이고, 제3 가이드부(411), 제4 가이드부(412), 제5 가이드부(413)는 제2 핀(220)이 안내되는 구분된 영역을 의미할 수 있다. 이들 영역은 도 3에 도시된 바와 같이 파선으로 표시될 수 있다.
또한, 제2 핀가이드홀(410)은 앞서 설명한 제1 핀가이드홀(310)과 마찬가지로, 둘 이상의 구획으로 구분된 곡선 구간으로 이루어지고, 도면에서는 세 개의 구간으로 구획되어 있다. 여기서, 제3 가이드부(411), 제4 가이드부(412) 및 제5 가이드부(413)로 구분된 곡선 구간은 서로 다른 곡률 반경의 중심을 가질 수 있다. 그리고, 제2 핀가이드홀(410)의 곡률 반경 중심들은 제1 핀가이드홀(310)의 곡률 반경 중심들과 같이 제2 캠(400)의 본체 내측 방향에 위치하도록 구성되며, 배압 밸브(200)와 연동하는 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제2 핀가이드홀(410)에 체결되어 있다.
본 발명에 따르면, 제2 캠(400)에 형성되어 있는 제2 핀가이드홀(410)과 결합하여 연동하는 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제3 가이드부(411)에서 이동하는 경우에, EGR 밸브(100)가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안에 배압 밸브(200)가 열려 있는 상태에 머물러 있으며 비회전하게 된다. 즉, EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제1 핀가이드홀(310)의 제1 가이드부(311)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 회전하고, 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제2 핀가이드홀(410)의 제3 가이드부(411)에서 이동해도 배압 밸브(200)는 회전하지 않는다.
또한, 제2 캠(400)에 형성되어 있는 제2 핀가이드홀(410)과 결합하여 연동하는 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제4 가이드부(412)에서 이동하는 경우에, EGR 밸브(100)가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안에 배압 밸브(100)는 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전한다. 즉, EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제1 핀가이드홀(310)의 제1 가이드부(311)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 회전하고, 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제2 핀가이드홀(410)의 제4 가이드부(412)에서 이동하면 그에 따라 배압 밸브(100)가 열림 상태에서 닫힘 상태가 되도록 시계 반대 방향으로 회전하게 된다.
한편, 제2 캠(400)에 형성되어 있는 제2 핀가이드홀(410)과 결합하여 연동하는 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제5 가이드부(413)에서 이동하는 경우에, EGR 밸브(100)가 비회전하여 닫힘 상태에 있는 경우에 배압 밸브(100)는 시계 반대 방향으로 회전하여 닫힘 상태가 된다. 즉, EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제1 핀가이드홀(310)의 제2 가이드부(312)에서 이동하는 동안에 EGR 밸브(100)가 닫힘 상태에 있고, 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제2 핀가이드홀(410)의 제5 가이드부(412)에서 이동하면 배압 밸브(100)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전하게 된다.
이 때, 상기 제1 핀가이드홀(310)이 형성되어 있는 제1 캠(300) 및 제2 핀가이드홀(410)이 형성되어 있는 제2 캠(400)은 흡기 유로와 LP EGR 유로 외부에 위치하고 있는 액츄에이터 축 상에 위치한다.
정리하면, 본 발명의 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은 제1 캠(300)과 제2 캠(400)의 형상 디자인에 따라 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)가 동기하여 정방향으로 회전하도록 할 수도 있고, EGR 밸브(100)는 비회전하는 상태에서 배압 밸브(200)만 정방향으로 회전하도록 할 수도 있으며, 반대로 배압 밸브(200)는 비회전하는 상태에서 EGR 밸브(100)만 정방향으로 회전하도록 할 수도 있다.
또한, 제1 캠(300)과 제2 캠(400)의 형상 디자인에 따라 EGR 밸브(100)가 역방향으로 회전하도록 할 수도 있고, 반대로 배압 밸브(200)가 역방향으로 회전하도록 할 수도 있다.
즉, 종래기술에는 EGR 밸브와 배압 밸브가 개별적으로 제어되는 밸브 유닛들이 개시된 바 있으나, 이는 원가 상승 및 제어의 복잡성을 증가시키는 원인이 되므로, 본 발명에서는 EGR 밸브(100), 배압 밸브(200) 및 각각의 링크들(330, 430)에 의해 연동하는 캠들(300, 400)을 포함하는 밸브 모듈에 대한 구조만을 제안하여 종래의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 주요 특징에 따르면 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)는 각각 제1 링크(110)의 제1 핀(120)에 결합되어 있는 제1 캠(300) 및 제2 링크(210)의 제2 핀(220)에 결합되어 있는 제2 캠(400)에 의해 연동하여 움직인다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 그 매커니즘에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.
도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 제1 캠(300)은 제1 링크(110)의 제1 핀(120)에 의해 EGR 밸브(100)와 연동하고, 제2 캠(400)은 제2 링크(210)의 제2 핀(220)에 의해 배압 밸브(200)와 연동하는 구조이다.
먼저, EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제1 핀가이드홀(310)의 제1 가이드부(311)에서 EGR 밸브(100)의 개도가 0일 때, 흡기 유로(20) 상에는 신기만 흐른다. 최초 배압 밸브(200)는 전체 열림 상태(full open) 상태로 개방되어 열림 상태를 유지하고 있으며, 배압 밸브(200)와 연동하는 제2 핀(220)이 제3 가이드부(411)에서 이동한다.
즉, 배압 밸브(200)와 연동하는 제2 핀(220)이 제3 가이드부(411)에 위치하는 경우에 최초 배압 밸브(200)는 전체 열림 상태(full open) 상태로 개방되어 열림 상태를 유지하고 비회전 상태에 있다.
이어서, EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제1 핀가이드홀(310)의 제1 가이드부(311)를 따라 시계 반대 방향으로 이동하고, 배압 밸브(200)와 연동하는 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제3 가이드부(411)에서 이동하는 경우에는 배압 밸브(200)가 비회전 상태에 있다. 그리고, 배압 밸브(200)와 연동하는 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제4 가이드부(412)에서 이동하는 경우에, 배압 밸브(200)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전한다. 따라서, EGR 밸브(100)가 소정의 개도각 이상으로 개방되면 EGR 가스가 흡기 유로(10) 측으로 공급되고, 공급된 EGR 가스는 신기와 만나 혼합된다.
바람직하게, 상기 제3 가이드부(411)와 제4 가이드부(412)에서 EGR 밸브(100)가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제1 링크(110)의 제1 핀(120)에 의해 연동하는 제1 캠(300)은 시계 방향으로 회전하고, 상기 제5 가이드부(413)에서 배압 밸브(200)가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제2 링크(210)의 제2 핀(220)에 의해 연동하는 제2 캠(400)은 시계 반대 방향으로 회전한다.
상기 EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제1 핀가이드홀(310)의 제1 가이드부(311)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 최대 개도각으로 개방되면 제2 캠(400)과 연동하는 배압 밸브(200)를 완전히 폐쇄(full close)하고, 흡기 유로(10)의 하류에는 EGR 가스만이 공급된다. 이 때, 배압 밸브(200)에 의해 흡기 유로(10)의 하류측에는 최대 배압이 형성되어 EGR 가스의 공급 속도 또한 더욱 빨라진다.
한편, EGR 밸브(100)와 연동하는 제1 링크(110)의 제1 핀(120)이 제2 가이드부(312)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 비회전 상태에 있고, 제2 캠(400)과 연동하는 제2 링크(210)의 제2 핀(220)이 제5 가이드부(413)에서 이동하는 경우에 배압 밸브(200)와 연동하는 제2 캠(400)은 역방향인 시계 반대 방향으로 회전한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 EGR 유로(10)를 상기 흡기 유로(20)의 길이방향과 소정의 각도를 이루는 사선방향으로 접속되도록 할 수 있다. EGR 유로(10)를 흡기 유로(20)에 사선방향이 아닌 직각으로 접속되도록 하면, 흡기 유로(20)에 위치한 배압 밸브(200)에 질소산화물 등 이물이 쌓여 밸브 고장의 원인이 된다. 따라서, EGR 유로(10)를 흡기 유로(20)에 사선방향으로 접속하도록 하여 이를 방지한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예는 EGR 유로(10)의 직경을 흡기 유로(20)의 직경에 비해 작게 형성하는 것이다. 즉, LP EGR 유로의 단면적과 흡기 유로(20)의 단면적 비교시 LP EGR 유로의 단면적을 미리 작게 설계하여 EGR 밸브(100)만 개방되고 배압 밸브(200)가 닫혔을 때 터보 차져 방향으로 흐르는 혼합기의 유량이 작도록 할 수 있다.
도 5에 도시된 종래기술에서는 배압 밸브를 EGR 밸브와 연결하기 위한 종동아암(14)이 필수적으로 구비되었고, 캠이 모터와 기어유닛이 설치된 구동축 상(EGR 밸브 측)에 위치하게 되어, 캠의 관성 부하에 의해 제어가 어렵고 이에 따라 소비되는 전력이 많았으나, 본 발명에서는 캠들(300, 400)이 EGR 밸브(100) 및 배압 밸브(200) 축 상에 각각 위치하고 있어 밸브 개폐 구동 중에 관성 부하가 적게 걸린다. 구체적으로, EGR 밸브만 회전하는 구간에서 도 5에 도시된 종래기술에서는 캠 전체가 회전하지만 본 발명에서는 배압 밸브의 비회전 구간이 있으므로 모터에 걸리는 부하가 상대적으로 적어지게 되는 것이다.
이상의 내용을 종합하면 본 발명의 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은, EGR을 사용하지 않는 구간에서 흡기 쓰로틀링을 할 수 있으므로 ACV의 역할을 대신하여 컴팩트한 구조로서 원가 절감이 가능하다. 또한, 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈과 ACV 밸브의 제어를 하나로 통합함으로써 차량 중량을 감소시키고 ECU 제어 부하를 감소시킬 수 있다.
따라서, 종래 기술에 비해 구조가 간단하여 제작이 쉽고, 원가 절감이 가능하며, LP EGR 구간에서 출력 기어의 무게 감소로 인한 관성 모멘트가 감소하여 제품 무게의 감소 및 모터 부하의 감소를 꾀할 수 있다.
또한, 모터 부하의 감소로 인해 모터의 내구성이 증대되고 빠른 제어가 가능하여 제품 전체의 내구성이 증대되며, 기존에 요구되는 모터의 성능 요구를 낮출 수 있어, 보다 컴팩트한 밸브 모듈을 제공할 수 있다.
필요에 따라, 배압 밸브와 EGR 밸브의 구동 구간은 변경이 용이하고 역회전 및 동기 구동 구간의 캠 설계가 보다 용이하게 수행될 수 있다.
본 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 의해 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 따라서, 이상에서 기술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 발명의 일 실시예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로 내 배치되는 배압 밸브;
    상기 흡기 유로에 접속되며 엔진에서 배출되어 터빈을 통과한 배기가스를 재순환시키는 LP EGR 유로 상에 배치되는 EGR 밸브;
    본체 내측으로 상기 EGR 밸브와 연동하는 제1 링크와 결합하는 제1 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 제1 핀가이드홀은 하나 이상의 구분된 영역을 갖도록 형성되어 있는 제1 캠; 및
    본체 내측으로 상기 배압 밸브와 연동하는 제2 링크와 결합하는 제2 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 제2 핀가이드홀은 하나 이상의 구분된 영역을 갖도록 형성되어 있는 제2 캠;을 포함하고,
    상기 제1 캠 및 제2 캠은 액츄에이터 축 상에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 핀가이드홀은,
    상기 EGR 밸브가 정방향인 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 배압 밸브가 비회전 상태에서 정방향인 시계 반대 방향으로 회전하도록 구동하는 제1 가이드부; 및
    상기 EGR 밸브가 비회전 상태에 있는 경우에 배압 밸브가 정방향인 시계 반대 방향으로 회전하도록 구동하는 제2 가이드부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 가이드부에서 EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제1 링크에 의해 연동하는 제1 캠이 시계 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 가이드부에서 배압 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제2 링크에 의해 연동하는 제2 캠이 시계 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 핀가이드홀은,
    상기 EGR 밸브가 정방향으로 회전하는 경우에 배압 밸브가 비회전하는 제3 가이드부;
    상기 EGR 밸브와 배압 밸브가 정방향으로 회전하도록 구동하는 제4 가이드부; 및
    상기 EGR 밸브가 비회전 상태에 있는 경우에 배압 밸브가 역방향으로 회전하도록 구동하는 제5 가이드부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제3 가이드부에서 EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안에 배압 밸브는 열림 상태에서 비회전 상태에 있는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제4 가이드부에서 EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 동안에 배압 밸브가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제5 가이드부에서 EGR 밸브가 비회전 상태에 있고 배압 밸브가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제3 가이드부 또는 제4 가이드부에서 EGR 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제1 링크에 의해 연동하는 제1 캠이 시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제5 가이드부에서 배압 밸브가 시계 반대 방향으로 회전하는 경우에 제2 링크에 의해 연동하는 제2 캠이 시계 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 LP EGR 유로는 흡기 유로의 길이 방향과 소정의 각도를 이루는 사선 방향으로 접속되는 것을 특징으로 하는 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
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