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KR101987054B1 - 차량용 egr 밸브 - Google Patents

차량용 egr 밸브 Download PDF

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KR101987054B1
KR101987054B1 KR1020190006602A KR20190006602A KR101987054B1 KR 101987054 B1 KR101987054 B1 KR 101987054B1 KR 1020190006602 A KR1020190006602 A KR 1020190006602A KR 20190006602 A KR20190006602 A KR 20190006602A KR 101987054 B1 KR101987054 B1 KR 101987054B1
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KR
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valve
egr
fresh air
rotary shaft
passage
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Application number
KR1020190006602A
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Inventor
김성근
구정석
김승용
서창호
Original Assignee
캄텍주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 차량용 EGR밸브에 관한 것으로서, 상세하게는 EGR 유로의 개폐를 담당하는 밸브의 제어가 보다 용이하게 이루어지며, 초기 개방시 EGR가스의 유량 제어가 보다 정밀하게 이루어질 수 있는 차량용 EGR밸브에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 신기 유로와; 상기 신기 유로와 연결되는 EGR 유로와; 상기 EGR유로를 개폐하면서 그 개폐상태에 따라서 상기 신기 유로 중 일부를 선택적으로 막을 수 있도록 마련되는 밸브 유닛을 포함하되, 상기 밸브 유닛은 상기 EGR 유로를 개폐하는 제1밸브와; 상기 제1밸브의 일측에 마련되고, 상기 제1밸브와 다른 배치각도를 갖도록 마련되는 제2밸브를 포함하되, 상기 제2밸브는 상기 제1밸브와 같이 움직이면서 선택적으로 신기 유로 내의 신기의 유동 흐름에 간섭하거나 간섭하지 않도록 마련되며, 상기 제1밸브는 상기 EGR유로에 대해서 버터플라이 밸브 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브를 제공한다.

Description

차량용 EGR 밸브 {An EGR valve for a vechicle}
본 발명은 차량용 EGR밸브에 관한 것으로서, 상세하게는 EGR 유로의 개폐를 담당하는 밸브의 제어가 보다 용이하게 이루어지며, 초기 개방시 EGR가스의 유량 제어가 보다 정밀하게 이루어질 수 있는 차량용 EGR밸브에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에 설치된 엔진에서 배기되는 배기가스에서 발생되는 질소산화물(NOx)의 생성을 억제하기 위하여 현재 가장 많이 사용하고 있는 방법은 냉각된 배기가스의 일부를 혼합기에 더하여 실린더 내로 흡입시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브를 사용하고 있다.
EGR밸브의 구성을 보면, 한국 등록 특허 10-1338272에서 개시된 바와 같이, 외부의 신기(fresh air)가 유입되는 신기 유로와, 엔진에서 배출된 배기가스가 리턴되어 다시 엔진으로 재유입되도록 안내하는 EGR유로를 포함한 다.
여기서, 신기 유로에는 신기 조절 밸브가 마련되고, EGR유로에는 EGR 조절 밸브가 마련된다.
상기 EGR 조절밸브와 신기 조절밸브는 각각 따로 움직이는 것이 아니라 기어와 같은 동력전달 수단 및 이와 연결되는 액츄에이터에 의하여 상호 연계되는 구성을 취한다.
위 종래 기술에 의하면, EGR 밸브가 완전히 폐쇄되는 경우에는 신기 조절 밸브가 그 신기의 유동방향에 평행하게 배치되어, 신기의 유입에 대해서 장애가 되는 것을 최소화 하여 신기가 그 최대 유입량을 유지하면서 엔진으로 유입될 수 있다.
그리고, 배기가스가 엔진으로 재유입되도록 EGR밸브가 일정량까지 개방되면, 동시에 상기 신기 조절 밸브가 움직이면서 신기 유로의 단면 면적을 일정 부분 가로 막도록 하여 시간당 유입되는 신기의 양을 줄이는 역할을 한다.
그리고, EGR 밸브가 완전히 개방되면 신기 조절 밸브의 폐쇄 상태가 최대화 됨으로써 엔진으로 유입되는 신기의 양을 더 감소시키는 역할을 수행한다.
다만, 이러한 종래 기술의 경우, EGR유로를 개폐하는 밸브가 피봇 밸브(pivot valve) 형태로 마련되어, EGR 가스의 압력이 밸브에 가해지는 경우, 힘이 밸브가 열리는 방향으로 집중적으로 가하기 때문에, 이에 저항하여 폐쇄 상태를 유지하기 위해서 모터의 출력이 커져야 하는 문제가 있었으며, 또한, 초기 개방시 다량의 EGR 가스가 유입되어, 초기 개방시 EGR 가스의 미세 제어가 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 마련된 것으로서, EGR 유로의 개폐를 담당하는 밸브의 제어가 보다 용이하게 이루어지며, 초기 개방시 EGR가스의 유량 제어가 보다 정밀하게 이루어질 수 있는 차량용 EGR밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 신기 유로와; 상기 신기 유로와 연결되는 EGR 유로와; 상기 EGR유로를 개폐하면서 그 개폐상태에 따라서 상기 신기 유로 중 일부를 선택적으로 막을 수 있도록 마련되는 밸브 유닛을 포함하되, 상기 밸브 유닛은 상기 EGR 유로를 개폐하는 제1밸브와; 상기 제1밸브의 일측에 마련되고, 상기 제1밸브와 다른 배치각도를 갖도록 마련되는 제2밸브를 포함하되, 상기 제2밸브는 상기 제1밸브와 같이 움직이면서 선택적으로 신기 유로 내의 신기의 유동 흐름에 간섭하거나 간섭하지 않도록 마련되며, 상기 제1밸브는 상기 EGR유로에 대해서 버터플라이 밸브 형태로 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브를 제공한다.
또한, 본 발명에 의한 차량용 EGR밸브에서는 상기 EGR유로의 중앙에 배치되는 회전축를 더 포함하되, 상기 회전축는 상기 제1밸브의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1밸브가 EGR 유로를 완전하게 폐쇄하는 경우, 제1밸브는 EGR유로의 길이 방향에 대해서 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 회전축에는 상기 제1밸브가 안착되어 고정되는 안착홈이 마련되고,
상기 안착홈의 위에 상기 제1밸브가 배치되고, 상기 제1밸브와 제2밸브를 연결하는 연결부가 상기 제1밸브 및 상기 회전축에 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2밸브는 상기 신기 유로의 진행방향에 대해서 직교되거나 경사진 방향으로 배치되며, 상기 연결부는 상기 제2밸브의 단부에서 절곡되어 제2밸브의 연장방향과 다른 방향으로 연장되게 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2밸브는 제1밸브가 인접한 곳에서 반대 방향으로 갈수록 그 면적이 확장되도록 마련되며, 가장 끝단부는 라운드 지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
신기 유로와 EGR 유로 사이에 경사진 형태의 제1안내면이 마련되고, 그 반대편에는 EGR 유로의 길이방향으로 연장되는 제2안내면이 마련되되, 제2안내면의 상단부의 높이는 제1안내부의 하단부의 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 회전축 외주면을 관통하여 형성되며, 제1밸브가 삽입되는 삽입홈과,상기 회전축의 외주면 일부가 절개되거나 제거되어 단차진 형태로 형성되며, 제2밸브의 연장부가 배치되는 안착홈을 더 포함하고, 제1밸브에는 제1삽입공이 형성되고, 제2밸브의 연장부에는 제2삽입공이 형성되고,회전축에는 제3삽입공이 형성되어, 체결부재가 제2삽입공과, 제3삽입공과, 제1삽입공에 순차적으로 삽입되어 제1,2밸브 및 회전축을 고정시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제2밸브는 연장부와, 밸브 몸체부 간의 절곡된 부분을 보강하는 강도 보강부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, EGR 유로를 개폐하는 밸브와 신기 유로의 면적을 조절하는 밸브가 각각 별도의 캠이나 기어와 같은 동력 전달 구성요소에 의하여 연결되지 않고 하나의 동력 전달 구성요소에 의하여 연결되기 때문에 동작의 응답성을 높일 수 있다.
한편, 본 발명은, EGR 유로를 개폐하는 제1밸브가 피봇 밸브 타입이 아닌 버터 플라이 밸브 타입으로 구성되기 때문에, 회전축이 EGR유로 내부에 위치할 수 있고, 이에 따라서, 회전축의 양 옆 방향에서 제1밸브에 가해지는 EGR가스의 힘에 의하여 제1밸브가 개방되려는 경향이 상쇄되므로 보다 작은 크기의 액츄에이터의 사용이 가능하다.
또한, EGR가스에 의한 개방 성향이 줄어들기 때문에, 제1밸브의 초기 개방시 개도 제어 및 초기 유입 유량 제어도 보다 효율적으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은 제1밸브는 회전축에 마련되는 삽입홈에 끼워지고, 제2밸브는 회전축 외면에 형성되는 안착홈에 배치되어, 각각 독립적으로 위치함으로써, 상호 간의 영향을 최소화 할 수 있다.
도1은 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브의 사시도이다.
도2는 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브의 분해 사시도이다.
도3은 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브에 사용되는 밸브 유닛의 제1실시예의 사시도이다.
도4는 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브에 사용되는 밸브 유닛의 제2실시예의 분해 사시도 및 결합 사시도이다.
도5(a)는 종래 기술에 의한 EGR 밸브의 측단면도이다.
도5(b)는 본 발명에 의한 EGR밸브의 제1실시예의 측단면도이다.
도6(a)는 본 발명에 의한 EGR밸브의 제2실시예의 부분 확대 평면도이다.
도6(b)는 본 발명에 의한 EGR밸브의 제2실시예의 부분 확대 측단면도이다.
도7는 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브에서 EGR 유로가 막히고, 신기 유로가 밸브 유닛에 의하여 간섭되지 않은 상태를 도시한 것이다.
도8는 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브에서 EGR 유로가 일부 개방되면서, 신기 유로가 밸브 유닛에 의하여 간섭되지 않은 상태를 도시한 것이다.
도9는 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브에서 EGR 유로가 완전 개방되면서, 신기 유로가 밸브 유닛에 의하여 간섭된 상태를 도시한 것이다.
도10은 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브와 종래 기술에 의한 EGR밸브에서 밸브 작동상태에 따라서 EGR가스가 유입되는 상태를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 차량용 EGR 밸브(100)는 그 외관을 형성하는 하우징(101)을 포함하며, 상기 하우징(101)에는 신기(fresh air)가 유동하는 관 형태의 신기 유로(110)가 마련되고, 상기 신기 유로(110) 옆에는 EGR 유로(120)가 마련된다.
그리고, 상기 하우징(101)에는 신기 안내관(10)이 마련되어 외부의 신기를 신기 유로(110)로 안내한다.
상기 EGR 유로(120)와 상기 신기 유로(110) 사이에는 상기 EGR 유로(120)에서 나오는 배기가스를 상기 신기 유로(110)로 안내하는 안내 공간(130)이 마련되는데, 상기 안내 공간(130)은 일종의 버퍼 챔버 역할을 한다.
상기 안내 공간(130)에는 상기 EGR 유로(120)를 선택적으로 개폐하면서, 다른 한편으로는 선택적으로 상기 신기 유로(110) 내부 공간에 개입하여 신기의 유입량 및 유동흐름을 조절하는 밸브 유닛(200)이 마련된다.
뒤에서 구체적으로 설명하겠지만, 상기 밸브 유닛(200)은 EGR 유로(120)를 개방하거나 폐쇄하거나, 또는 그 개방각도를 조절할 수 있는 EGR 밸브 역할을 하는 제1밸브(210)와, 상기 제1밸브(210)와 연계되고 동시 동작하여 상기 신기 유로(110) 상에 개입하여 신기 유동에 개입하여 유동 흐름을 선택적으로 조절할 수 있는 신기 조절 밸브 역할을 하는 제2밸브(220)를 포함한다.
상기 제1밸브(210)와 상기 제2밸브(220)는 서로 다른 각도 상태로 배치되는데, 이는 EGR 유로(120)를 통과한 배기가스의 유동 흐름과 상기 신기 유로(110)를 흐르는 신기의 유동 흐름의 형상이 상호 직교 되거나 서로 다른 배치 각도를 가지기 때문이다.
상기 밸브 유닛(200)은 회전축(250)에 마련되어, 상기 회전축(250)의 회전운동에 의하여 움직이는데, 상기 회전운동이 일어나는 경우, 상기 제1밸브(210)와 상기 제2밸브(220)가 모두 동시에 움직인다는 특징이 있다.
상기 회전축(250)은 상기 하우징(101)의 일측에 마련되는 구동부(300)에 연결되고, 상기 구동부(300)의 동력 제공 및 전달에 의하여 상기 밸브 유닛(200)이 회전 운동을 하면서 EGR 유로(120)를 통하여 유입되는 배기가스의 유입량과 동시에 상기 신기 유로(110) 상의 신기 유입 유량을 조절할 수 있다.
상기 제1밸브(210)와 제2밸브(220)는 회전축(250)에 모두 고정되어 있으며, 바람직하게는 복수의 체결부재에 의하여 제1밸브(210) 및 제2밸브(220)의 일부가 같이 회전축(250)에 체결될 수 있다.
이를 위해서 제2밸브(220)의 일부가 절곡된 상태로 연장되어 제1밸브(210)위나 그 아래에 배치되고, 그 연장된 부분과 제1밸브(210)가 회전축(250)에 체결부재에 의하여 체결될 수 있다. 다만, 제1밸브(210)과 제2밸브(220)의 배치 관계는 이에만 한정되지 않으며 후술하는 바와 같이, 제1밸브(210)는 회전축(250)에 삽입되고, 제2밸브(220)의 절곡된 일부가 회전축(250) 외면에 장착되는 구조도 가능하다.
도2에서 도시한 바와 같이, 상기 구동부(300)의 구성을 보면, 모터(310)와, 모터축에 설치된 피니언 기어(미도시)와, 상기 피니언 기어(320)와 상기 회전축 사이에 마련되는 기어 모듈(330)을 포함한다.
상기 기어모듈(330)은 복층 형태로 구성되며 상기 피니언 기어(320)에 치합되는 제1기어(미도시)와, 상기 제1기어(미도시)와 치합되고 복층 형태로 구성되는 제2기어(332)와, 상기 제2기어(332)와 치합되고 상기 회전축(250)이 고정 삽입되는 부채꼴 형태의 제3기어(333)를 포함한다.
그리고 상기 구동부(300)는 상기 모터(310)와 상기 기어 모듈(330)이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있는 구동부 커버(302)를 더 포함한다.
상기 회전축(250)은 제3기어(333)에 결합되며, 회전축(250) 주위에는 구동부 off시 제2밸브(220)의 폐쇄 상태를 유발시키는 코일 스프링 형태의 복귀 스프링(340)이 마련된다.
상기 회전축(250)에는 리세스 된 형태의 안착홈(251)이 마련되어 있으며, 이 안착홈(251)에 제1밸브(210)가 삽입되어 설치된다. 그리고, 제1밸브(210)에 제2밸브(220)의 일부가 회전축(250)의 길이방향으로 절곡 및 연장되는 연장부(221)가 마련되고, 연장부(221)에는 체결부재(240)가 삽입되는 제2삽입공(221a)이 마련되어 있다.
한편, 제1밸브(210)의 중앙부에도 체결부재(240)가 삽입되는 제1삽입공(210a)이 마련되어 있으며, 위 제1,2삽입공(210a, 221a)는 회전축(250)의 안착홈(251)에 마련되는 제3삽입공(251a)과 정렬된다.
따라서, 체결부재(240)는 제1,2,3삽입공(210a, 221a, 251a)에 순차적으로 삽입됨으로써, 회전축(250)과 제1밸브(210) 및 제2밸브(220)를 일체형의 밸브 유닛(200)로 구현한다.
그럼으로써, 회전축(250)의 회전에 의하여 제1밸브(210) 및 제2밸브(220)가 동시에 움직일 수 있다.
제1밸브(210)의 중심이 회전축(250)에 설치되기 때문에, 제1밸브(210)와 회전축(250)은 버터플라이(butterfly) 밸브 형태로 구현된다. 종래 기술의 제1밸브의 회전중심이 밸브 플레이트의 외측에 있었던 피봇 밸브 타입인데 반하여, 본 발명의 제1밸브의 중심의 위치는 밸브 플레이트의 영역 내부에 있는 버터 플라이 밸브 방식이라는 차이점이 있다.
제2밸브(220)의 경우, 신기의 유동방향의 옆 방향에서 들어가서 유동흐름에 개입하는 것이기 때문에, 신기 유로(110)의 형상을 고려하여 설계되는 것이 바람직하다.
제2밸브(220)의 밸브 플레이트의 단면 형상은 연장부(221)와 연결된 부분에서 그 반대편으로 갈수록 그 폭이 늘어나다가 다시 그 폭이 줄어드는 형태가 되어, 마치 물방울이나 부채와 같은 형태를 구현한다.
이는 원형으로 마련되는 신기 유로의 단면적을 효율적으로 막기 위해서 설계된 것이다.
상기 제1 밸브(210)의 양면이 배치된 방향과, 상기 제2밸브(220)의 양면이 배치된 방향은 상호 직교되거나 다른 각도로 배치되는 것이 바람직한데, 이는 상술한 바와 같이, 배기 가스의 유동방향 및 신기의 유동방향이 서로 다르기 때문이다.
상기 제1밸브(210)는 상기 EGR 유로(120)에 대해서는 버터 플라이 밸브 타입으로 이루어지며, 상기 제2밸브(220)는 상기 신기 유로(110)에 대해서 슬라이드 밸브 타입으로 이루어지는 것으로 볼 수 있다.
상기 EGR 유로(120)와 상기 신기 유로(110) 사이에는 상술한 바와 같이 안내 공간(130)이 마련되는데, 상기 안내 공간(130) 내부에 상기 밸브 유닛(200)이 회동가능하게 장착된다.
안내 공간(130)의 단면적은 EGR유로가 있는 곳에서 신기 유로(110)가 있는 방향으로 갈수록 넓어지는데, 이는 효율적인 EGR가스의 전달을 위함이다.
안내 공간(130)은 EGR유로(120)에 대응되는 제1영역(131)과, 신기 유로(110)에 대응되는 제2영역(132)으로 구분되며, 제1영역(131)와 제2영역(132)은 연통되게 마련된다.
제1영역(131)의 단면적은 제2영역(132)으로 갈수록 커지고, 제2영역(132)의 단면적은 일정하게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 안내 공간(130)에는 커버(132)가 마련되어 안내 공간(130)을 덮을 수 있으며, 별도의 체결부재(132a)에 의하여 커버(132)와 하우징(101)이 결합될 수 있다.
상기 제2밸브(220)가 회전하여 상기 신기 유로(110) 방향으로 회동하는 경우, 제1영역(131)에 있다가, 제2영역(132)으로 움직여서 상기 신기 유로(110) 내부로 움직이면서 상기 신기 유로(110) 내의 신기의 흐름에 개입할 수 있는 것이다.
상기 제2밸브(220)는 상기 구동부(300)부에 의한 상기 회전축(250)의 회전방향에 대응 되는 회전 궤적을 갖는데, 이 경우 상기 제2밸브(220)의 구동방식은 상기 신기 유로(110)를 가리거나 가리지 않는 형태의 일종의 슬라이드 이동 방식을 취한다.
상기 제2밸브(220)의 개폐 방향 및 위치는 상기 신기 유로(110)의 흐름방향에 저항력을 받지 않기 때문에, 상기 구동부(300)를 구성하는 상기 모터(310)의 저항력(구동력)이 그다지 높지 않아도 되는 특성을 갖는다.
즉, 상기 제2밸브(220)의 폐쇄 동작이 신기 흐름의 반대 방향을 향해서 이루어지는 경우, 상기 제2밸브(220)의 폐쇄 동작을 구현하기 위하여 신기의 저항을 이겨내야 하고, 이를 위해서는 상기 모터(310)는 이러한 저항에 의한 역동작을 극복할 수 있는 능력을 갖추어야 한다.
그러나, 본 발명의 경우, 제2밸브(220)의 개폐동작 궤적은 신기 흐름의 역방향이 아닌, 수직 방향이기 때문에 위와 같이 역방향인 경우에 비하여 모터(310)의 큰 저항력(구동력)이 요구되지 않는다는 특징이 있다.
도3에서 도시한 바와 같이, 제2밸브(220)의 구성을 보면, 부채 또는 물방울 또는 풍선의 단면 모양과 같이 형성되는 밸브 플레이트와 끝단부에 밸브 플레이트의 연장방향과 다른 방향으로 절곡되어 연장되는 연장부(221)를 포함한다.
제2밸브(220)를 구성하는 밸브 플레이트는 연장부(221)에서 그 반대 방향으로 갈수록 그 폭이 넓어지다가, 다시 좁아지는 형태가 되는데, 그 구체적인 구성을 보면, 상호 간의 거리가 끝으로 갈수록 점점 멀어지는 제1테두리부(220a)와, 제2테두리부(220b) 및 제1테두리부(220a)와 제2테두리부(220b)를 연결하는 곡선 또는 호 형태의 제3테두리부(220c)를 포함한다.
실질적으로 제2밸브(220)를 구성하는 밸브 플레이트와 연장부(221)는 직교 또는 수직 형태로 절곡되는 것이 바람직하나, 약간의 경사진 절곡 형태도 가능하다.
그리고, 연장부(221)가 제1밸브(210)위에 배치되어서, 체결부재(240)에 의하여 연장부(221) 및 제1밸브(210), 회전축(250)이 상호 연결되어서, 회전축(250)의 회전에 따라서 제1,2밸브(210, 220)가 같이 움직일 수 있다.
제1밸브(210)위에 제2밸브(220)의 연장부가 용접되거나 고정되어 상호 서브 어셈블리를 구성하고, 이 서브 어셈블리가 안착홈(251)에 배치된 후, 체결부재(240)에 의하여 회전축에 고정된다.
도3에서 미설명 부호 252는 회전축(250)의 단부에 고정되어 자력을 발생시키는 마그넷(252)이며, 마그넷의 자력의 변화를 측정하여 홀센서(미도시)가 회전축(250)의 회전각도를 측정할 수 있다. 그리고 미설명부호 253은 회전축(250)이 하우징 내부에 장착되는 경우, 이의 위치를 잡아주도록 하우징에 걸리는 걸림링(253)이다.
도4는 밸브 유닛의 제2실시예의 분해사시도 및 결합 사시도를 도시한 것이다.
상기 회전축(250)의 외면에는 리세스 된 형태의 안착홈(251)이 마련되어 있으며, 회전축(250)의 일면에서 그 반대면으로 관통되게 형성되며, 제1밸브(210)가 삽입되는 삽입홈(255)이 마련된다. 제1실시예와 제2실시예의 차이점은, 제1실시예에서는 안착홈(251)에 제1밸브(210)와 제2밸브(220)의 연장부(221)가 순차적으로 놓이면서 한꺼번에 체결되어 고정되지만, 제2실시예서는 삽입홈(255)에 제1밸브(210)가 삽입되고, 안착홈(251)에는 제2밸브(220)의 연장부(221)가 놓인 상태에서 체결부재(240)에 의하여 체결되는 차이점이 있다.
삽입홈(255)는 회전축(250)의 길이방향으로 형성되어 회전축의 상단부와 하단부 중간에 뚫린 슬롯 형태로 마련되며, 그 길이는 제1밸브(210)의 직경에 대응된다.
제1밸브(210)은 원형의 플랩밸브 타입으로 형성되어, 그 가운데에는 1삽입공(210a)이 마련되고, 제2밸브(220)의 연장부(221)에는 제2삽입공(221a)이 마련되어 있으며, 회전축(250)의 안착홈(251)에는 제1,2삽입공(210a, 221a)에 매칭되는 제3삽입공(251a)이 마련된다.
따라서, 체결부재(240)는 제2삽입공(221a), 제3삽입공(251a), 제1삽입공(210a)에 순차적으로 삽입됨으로써, 회전축(250)과 제1밸브(210) 및 제2밸브(220)를 일체형의 밸브 유닛(200)로 구현한다.
그럼으로써, 회전축(250)의 회전에 의하여 제1밸브(210) 및 제2밸브(220)가 동시에 움직일 수 있다.
체결부재(240)에 제1,2밸브(210, 220) 및 회전축(250)이 고정된 상태에서 보면, 제1밸브(210)의 면은 회전축(250)에 의하여 양분되는 형태가 된다.
제2실시예에서도 제2밸브(220)의 경우, 신기의 유동방향의 옆 방향에서 들어가서 유동흐름에 개입하는 것이기 때문에, 신기 유로(110)의 형상을 고려하여 설계되는 것이 바람직하다.
제2밸브(220)의 밸브 플레이트의 단면 형상은 연장부(221)와 연결된 부분에서 그 반대편으로 갈수록 그 폭이 늘어나다가 다시 그 폭이 줄어드는 형태가 되어, 마치 물방울이나 부채와 같은 형태를 구현한다.
이는 원형으로 마련되는 신기 유로의 단면적을 효율적으로 막기 위해서 설계된 것이다.
상기 제1 밸브(210)의 양면이 배치된 방향과, 상기 제2밸브(220)의 양면이 배치된 방향은 상호 직교되거나 다른 각도로 배치되는 것이 바람직한데, 이는 상술한 바와 같이, 배기 가스의 유동방향 및 신기의 유동방향이 서로 다르기 때문이다.
상기 제1밸브(210)는 상기 EGR 유로(120)에 대해서는 버터 플라이 밸브 타입으로 이루어지며, 상기 제2밸브(220)는 상기 신기 유로(110)에 대해서 슬라이드 밸브 타입으로 이루어지는 것으로 볼 수 있다.
제2밸브(220)의 연장부(221)는 제2밸브(220)의 본체에서 절곡된 상태에서 연장되며, 제1밸브(210)와 평형하게 배치되고, 안착홈(251)에 면접되어 밀착될 수 있다.
연장부(221)에서 제2밸브(220)의 본체 사이에는 연장부(221)과 제2밸브(220) 본체 간의 절곡된 부분의 강도를 보강하기 위한 강도 보강부(220d)가 마련되어 있다. 강도 보강부(220d)는 일면으로 돌출되게 마련되어 있어서, 절곡된 부분에 가해지는 부하를 버틸 수 있는 강도를 제공한다.
제2실시예에 의한 제2밸브(220)의 경우도, 제2밸브(220)를 구성하는 밸브 플레이트(몸체부)는 연장부(221)에서 그 반대 방향으로 갈수록 그 폭이 넓어지다가, 다시 좁아지는 형태가 되는데, 그 구체적인 구성을 보면, 상호 간의 거리가 끝으로 갈수록 점점 멀어지는 제1테두리부(220a)와, 제2테두리부(220b) 및 제1테두리부(220a)와 제2테두리부(220b)를 연결하는 곡선 또는 호 형태의 제3테두리부(220c)를 포함한다.
실질적으로 제2밸브(220)를 구성하는 밸브 플레이트와 연장부(221)는 직교 또는 수직 형태로 절곡되는 것이 바람직하나, 약간의 경사진 절곡 형태도 가능하다.
그리고, 연장부(221)가 제1밸브(210)위에 배치되어서, 체결부재(240)에 의하여 연장부(221) 및 제1밸브(210), 회전축(250)이 상호 연결되어서, 회전축(250)의 회전에 따라서 제1,2밸브(210, 220)가 같이 움직일 수 있다.
한편 미설명 부호 252는 제1실시예에서 설명한 마그넷(252)이다. 한편, 미설명 부호 256은 회전축(250) 설치시 그 회전 각도를 조절하기 위해서 사용되는 조절부재(예, 일자 드라이버 또는 기타 회전 조정 툴)를 끼울 수 있는 조절홈(256)이다.
도5(b)에서 도시한 바와 같이, EGR유로(120)에는 신기 유로(110) 방향으로 경사지게 형성되어 EGR가스를 신기 유로(110) 방향으로 원활하게 안내할 수 있는 제1안내면(121)이 마련된다.
그리고, 안내면(121)의 반대편에는 EGR 가스의 이동 방향으로 연장되어 안내공간(130)의 제1영역(131)의 하부 영역에 위치하여, EGR가스가 가급적이면, 안내공간(130)의 제1영역(131) 및 제2영역(132) 사이로 이동하게 하는 동시에, 제1영역(131)의 일측(도5(b)에서는 우측 공간)으로 이동하는 것을 억제하는 제2안내면(122)이 마련된다.
제2안내면(122)의 상단부의 높이는 제1안내면(121)의 하단부의 높이보다 높게 형성되어, 제2안내면(122)을 타고 이동하는 EGR가스가 원활하게 제1안내면(121)을 타고 신기 유로(110)로 이동할 수 있다.
종래 기술과 본 발명을 비교하면, EGR유로를 개폐하는 밸브가 피봇밸브 타입인지 버터플라이 밸브 타입인지의 차이이다.
도5(a)에서 도시한 바와 같이, 제1밸브(1210)이 EGR 유로(1120)를 폐쇄한 상태에서도 EGR 가스는 EGR유로(1120)로 이동하여, 제1밸브(1210)의 플레이트를 가압한다(실선 화살표).
이 경우, 제1밸브(1210)의 회전 중심인 회전축(1250)은 제1밸브(1210)의 일측에 이격되어 있고, EGR유로(1120)에서 벗어나 있기 때문에, 제1밸브(1210)를 가압하는 EGR가스의 모든 가압력은 제1밸브(1210)를 점선 화살표와 같이 개방시키려는 경향을 갖는다. 즉, 도4(a) 기준으로 좌측으로 반시계 방향으로 개방되려는 모멘트가 걸린다.
따라서, 폐쇄 상태를 유지하기 위해서는 모터의 출력이 상대적으로 커져야 하는 문제가 있다. 또한, 이와 같이 제1밸브(1210)가 EGR유로(1120)를 막고 있는 상태에서 제1밸브(1210)가 조금만이라도 열리면, 열리는 방향과 EGR가스가 미는 방향이 일치가 되어 원래 제어하려던 개도 및 유입 유량보다 큰 개도 및 유입 유량이 발생하여, 초기 개방시 정밀한 개도 및 유입 유량제어가 어렵다는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명의 경우 도5(b)에서 도시한 바와 같이, 제1밸브(210)의 회전 중심인 회전축(250)이 제1밸브(210)의 중앙부에 배치되어 있는 상태가 된다. 즉, 회전축(250)이 EGR유로(120) 내에 위치한다.
제1밸브(210)가 EGR유로(120)를 폐쇄한 상태에서 EGR 가스가 제1밸브(210)에 힘을 가하면, 회전축(250)을 기준으로 , 회전축(250)의 왼쪽 영역을 가압하는 EGR 가스(EGR1)에 의하여 제1밸브(210)는 도5(b) 기준으로 시계 방향으로 회전하려는 경향을 갖고, 회전축(250)의 오른쪽 영역을 가압하는 EGR 가스(EGR2)에 의하여 제1밸브(210)는 도4(b) 기준으로 반시계 방향으로 회전하려는 경향을 가지기 때문에, 힘의 상쇄가 이루어질 수 있다.
따라서, 종래 기술에 비해서 제1밸브(210)가 개방되려는 경향이 현저하게 줄어들게 되고, 그만큼, 모터의 크기나 용량이 종래 기술보다 작아질 수 있으며, 제어 편의성도 개선된다.
또한, 제1밸브(210)의 제어 편의성이 개선되고, 제1밸브(210)가 EGR가스에 의하여 개방되려던 경향이 줄기 때문에, 초기 개방시 정밀한 개도 조정 및 유입 유량제어가 가능해진다.
도6(a)와 도6(b)는 제2실시예의 부분 확대도 및 부분 측면도이다.
도5(b)에서 상술한 본 발명 제1실시예의 장점은 제2실시예에서도 동일하다.
다만, 제2실시예는 제1실시예보다 더 우수하다고 볼 수 있는데, 회전축(250)의 안착홈(251)의 파인 깊이가 제1실시예보다 얕기 때문에, 회전축(250)이 비틀림이나 휨에 더 강할 수 있다.
그리고, 안착홈(251)과 삽입홈(255)가 위 아래로 상호 떨어져 있고, 이에 의하여 안착홈(251)에는 제2밸브(220)의 연장부(221)가 배치되고, 삽입홈(255)에는 제1밸브(210)가 배치되기 때문에, 회전축(250)의 삽입홈(255)과 제1밸브(220)와의 가조립을 한 후, 회전축(220)의 안착홈(251)과 제2밸브(220)의 연장부(221)을 밀착시킨 후, 체결부재(240)를 이용해서 조립하기 때문에, 각각의 조립/배치가 독립적으로 되어 제1밸브(210)와 제2밸브(220)간의 상호 영향이나 간섭이 방지된다.
한편, 체결부재(240)의 하단부는 회전축(250)의 외주면에 약간 노출되고, 이부분이 용접되어 체결의 마무리 작업이 이루어지는데, 제2실시예의 경우, 삽입홈(255)이 제1밸브(210)의 중앙의 상면과 하면에 밀착되어 이를 잡아주고 있으므로, 용접시 열에 의한 영향(예, 변형)이 방지될 수 있는 장점도 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작에 대해서 알아보도록 하겠다. 동작은 제1실시예를 기본으로 하였으나, 제2실시예에서도 그 동작은 동일하다.
도7에서 도시한 바와 같이, 상기 제1밸브(210)가 상기 EGR 유로(120)의 유입구(121)을 완전히 막고 있는 상태에서는 상기 제2밸브(220)는 상기 안내 공간(130) 내에 위치하며, 상기 신기 유로(110)와 일정 간격 떨어져 있다.
제1밸브(210)가 완전 폐쇄 상태에서, 끼임 현상에 의한 동작 불능을 방지하기 위해서 제1밸브(210)는 EGR유로(120)의 진행방향에 대해서 경사지게 배치되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 신기 유로(110)에는 배기 가스가 유입되지 않으며, 상기 제2 밸브(220)에 의하여 상기 신기 유로(110)에 의한 개입이나 간섭도 일어나지 않기 때문에 상기 신기 유로(110)를 따라서 유입되는 신기(Fresh air)의 양은 최대 상태를 유지할 수 있다.
도8에서 도시한 바와 같이, 엔진으로 배기가스 유입이 되도록 하기 위해서 상기 제1밸브(210)를 서서히 개방하면, 그에 따라서 상기 EGR 유로(120)가 개방되어 배기 가스가 상기 안내 공간(130)을 거친 후 상기 신기 유로(110)로 유입된다.
동시에, 상기 제2밸브(220)도 상기 제1밸브(210)와 같이 회동하면서, 상기 신기 유로(110)에 근접하게 된다.
상기 신기 유로(110) 내부 공간과 상기 제2밸브(220)가 간섭되지 않는 이상은 도7에서 나타났던 신기의 유입 상태에 변화는 일어나지 않는다.
즉, 신기가 지속적으로 최대량으로 유입되면서 배기가스만 추가되는 형태가 되는데, 이러한 상태는 상기 제2밸브(220)의 제1 테두리부(220a)와 상기 신기 유로(101)의 외곽 경계선이 정확하게 일치되는 경우까지 유지 가능하다.
도9에서 도시한 바와 같이, 배기가스의 유입량이 도7의 상태보다 더 늘어나도록 상기 제1밸브(210)의 회동 각도를 더 늘리면, 상기 제1밸브(210)는 폐쇄 상태(도7 비교)와 비교하여 거의 직립 상태에 가까워진다.
이에 의하여 상기 EGR 유로(120)의 유입구(121)을 통과한 배기가스의 양은 최대 상태에 가까워지거나 최대 상태가 된다.
상기 제1밸브(210)의 개방 각도가 늘어남에 따라서 상기 제2밸브(220)는 상기 신기 유로(101) 내부로 진입하게 되고, 상기 제2밸브(220)는 상기 신기 유로(101)의 단면적 전부 또는 일부를 점점 가리게 되어, 상기 신기 유로(101)를 통과하는 유량이 줄어들게 된다.
도9과 같이, 상기 제1밸브(210)가 직립 상태로 되면, 상기 배기가스의 유입량은 최대가 되고, 상기 신기 유로(101)를 통과하는 신기의 양은 최소 상태가 될 수 있다.
도10은 도7 내지 도9 상태에 따른 신기와 배기가스의 유입량의 변화를 나타낸 그래프이며, 종래 기술과 본 발명을 비교하였다.
도10에서 X축은 제1밸브(210)의 회동각도 비율이며, 액츄에이터가 회동시키는 각도(Acutator Rotation Angle)의 비율이다. 0%는 완전 폐쇄, 100%는 완전 개방 상태를 의미한다.
Y축은 유입되는 EGR가스의 유량을 의미한다.
종래 기술의 경우, 초기 개방 구간인 0~30% 구간에서 EGR가스의 증가가 급격하게 증가한다. 이는 초기 개방 구간에서의 EGR가스의 유량 제어가 어려움을 의미한다. 이는 상술한 바와 같이, 제1밸브가 피봇 타입 밸브로 구현된 상태에서, 모든 EGR가스가 제1밸브를 개방시키려는 경향을 갖고, 이 상태에서, 제1밸브가 개방되면 초기에 열려진 틈으로 모든 EGR가스가 유입되어 원래 제어하려던 개도보다 개도가 커져서 EGR가스의 초기 개방시 유입 유량이 급격하게 증가하기 때문이다.
그러나, 본 발명의 경우, EGR 유로가 폐쇄 된 상태에서, EGR가스가 제1밸브를 가압하여도, 그 가압에 의한 힘이 회전축을 기준으로 하여 서로 상쇄되기 때문에, 이러한 가압력에 의한 제1밸브의 초기 개방시 악영향이 줄어든다.
따라서, 초기 개도가 원래 제어하려던 의도에 부합되고, 그에 따라서, 초기 개방 구간인 0~30% 구간에서 그 초기 유량의 증가 상태가 종래 기술에 비해서 안정적으로 이루어지는데, 이는 그 그래프가 선형적 경향을 갖는 것으로도 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
100: EGR 밸브 110: 신기 유로
120: EGR 유로 130: 안내공간
200: 밸브 유닛 210: 제1밸브(배기가스 조절 밸브)
220: 제2밸브( 신기 조절 밸브)
250: 회전축 300: 구동부

Claims (9)

  1. 신기 유로와;
    상기 신기 유로와 연결되는 EGR 유로와;
    상기 EGR유로를 개폐하면서 그 개폐상태에 따라서 상기 신기 유로 중 일부를 선택적으로 막을 수 있도록 마련되는 밸브 유닛을 포함하되, 상기 밸브 유닛은 상기 EGR 유로를 개폐하는 제1밸브와;
    상기 제1밸브의 일측에 마련되고, 상기 제1밸브와 다른 배치각도를 갖도록 마련되는 제2밸브를 포함하되, 상기 제2밸브는 상기 제1밸브와 같이 움직이면서 선택적으로 신기 유로 내의 신기의 유동 흐름에 간섭하거나 간섭하지 않도록 마련되며,
    상기 제1밸브는 상기 EGR유로에 대해서 버터플라이 밸브 형태로 마련되되,
    상기 EGR유로의 내부에 마련되고, EGR 유로의 중앙에 배치되는 회전축을 더 포함하되,
    상기 회전축은 상기 제1밸브의 중앙에 배치됨으로써,
    제1밸브가 상기 EGR 유로를 폐쇄한 상태에서
    회전축을 기준으로 하여 회전축의 왼쪽 영역에 있는 제1밸브의 일부분에 가해지는 힘과, 회전축의 오른쪽 영역에 있는 제1밸브의 다른 부분에 가해지는 힘이 서로 상쇄되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1밸브가 EGR 유로를 완전하게 폐쇄하는 경우, 제1밸브는 EGR유로의 길이 방향에 대해서 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR밸브.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전축에는 상기 제1밸브가 안착되어 고정되는 안착홈이 마련되고,
    상기 안착홈의 위에 상기 제1밸브가 배치되고, 상기 제1밸브와 제2밸브를 연결하는 연장부가 상기 제1밸브 및 상기 회전축에 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2밸브는 상기 신기 유로의 진행방향에 대해서 직교되거나 경사진 방향으로 배치되며,
    상기 연장부는 상기 제2밸브의 단부에서 절곡되어 제2밸브의 연장방향과 다른 방향으로 연장되게 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2밸브는 제1밸브가 인접한 곳에서 반대 방향으로 갈수록 그 면적이 확장되도록 마련되며,
    가장 끝단부는 라운드 지게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브.
  7. 제1항에 있어서,
    신기 유로와 EGR 유로 사이에 경사진 형태의 제1안내면이 마련되고,
    그 반대편에는 EGR 유로의 길이방향으로 연장되는 제2안내면이 마련되되,
    제2안내면의 상단부의 높이는 제1안내부의 하단부의 높이보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전축 외주면을 관통하여 형성되며, 제1밸브가 삽입되는 삽입홈과,
    상기 회전축의 외주면 일부가 절개되거나 제거되어 단차진 형태로 형성되며, 제2밸브의 연장부가 배치되는 안착홈을 더 포함하고,
    제1밸브에는 제1삽입공이 형성되고,
    제2밸브의 연장부에는 제2삽입공이 형성되고,
    회전축에는 제3삽입공이 형성되어,
    체결부재가 제2삽입공과, 제3삽입공과, 제1삽입공에 순차적으로 삽입되어 제1,2밸브 및 회전축을 고정시키는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2밸브는 연장부와, 밸브 몸체부 간의 절곡된 부분을 보강하는 강도 보강부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 EGR 밸브.

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