KR100906381B1 - 차량용 바이패스 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 배기가스 재순환 시스템에 사용되는 차량용 바이패스 밸브에 관한 것으로, 차량의 배기매니폴드 및 흡기매니폴드에 연결되는 제1유입구 및 제1배출구가 양단에 각각 형성되고, 이지알 쿨러로 배기가스를 배출하는 제2배출구 및 이지알 쿨러로부터 배기가스가 유입되는 제2유입구가 일 측면에 형성되며, 상기 제1유입구와 제1배출구, 그리고 제2유입구와 제2배출구를 구획하며 연결공이 형성되는 격벽을 포함하는 밸브하우징; 상기 밸브하우징의 내부에 중심축 기준으로 회전 가능하게 마련되어 상기 연결공을 선택적으로 개폐하는 플랩; 일단이 상기 밸브하우징을 관통하여 상기 플랩에 결합되는 샤프트; 및 상기 샤프트를 회전시키는 액추에이터로 구성된다.

따라서 냉각수의 유입 및 배출을 위한 구성이 필요치 아니하며 밸브하우징의 내부에 유로를 형성하지 아니하여도 되므로 구조가 간단하고 제작이 용이하며 제작비용을 절감할 수 있다. 특히, 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브에 냉각수를 공급하기 위한 구성을 별도로 구비하지 아니하여도 되므로 배기가스 재순환 시스템을 단순화할 수 있는 장점이 있다.

바이패스 밸브, 배기가스 재순환 시스템, 냉각수, 플랩, 액추에이터

Description

차량용 바이패스 밸브{BY-PASS VALVE FOR VEHICLE}

본 발명은 엔진의 배기가스 재순환 시스템에 사용되는 차량용 바이패스 밸브에 관한 것으로, 구체적으로는 구조가 간단하여 제작이 용이하고 제작비용을 절감할 수 있으며, 배기가스 재순환 시스템을 단순화할 수 있는 차량용 바이패스 밸브에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 배기가스(emission)는 엔진으로부터 연소된 혼합기가 배기관을 통하여 대기 중으로 방출되는 가스를 말하며, 이러한 배기가스에는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NO_X), 미연소 탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있다.

이러한 배기가스에 포함된 유해물질 중 질소산화물은 일산화탄소 및 탄화수소와 반비례적인 인과관계를 갖고 있다. 즉, 일산화탄소 및 탄화수소가 가장 적게 배출되는 시점에서 질소산화물은 가장 많이 발생하는데, 일례로 연료가 완전히 연소될수록 그 발생량은 증가한다.

따라서 상기 질소산화물을 포함하는 오염물질의 허용량을 관계 법률로서 규 제함에 따라 배기가스의 오염물질을 줄이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 그 중 하나가 배기가스 재순환 시스템(Exhaust Gas Recirculation; EGR)이다.

상술한 배기가스 재순환 시스템은 배기가스의 일부를 재순환시켜 출력이 저하되는 것을 최소화하면서 최고연소온도를 낮춰 질소산화물의 발생량을 저감시키기 위한 시스템이다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 질소(N₂)에 비해 열용량이 큰 이산화탄소(CO₂)를 함유한 배기가스를 혼합기에 적절한 비율로 혼입할 경우 엔진의 최고연소온도를 낮출 수 있으며 이에 따라 질소산화물의 발생량을 저감시킬 수 있다.

도 6은 일반적인 배기가스 재순환 시스템을 도시하는 개략도이고, 도 7은 종래기술에 의한 이지알 쿨러 어셈블리를 도시하는 분해사시도이다.

상술한 바와 같이 배기가스 재순환 시스템(1)은 배기매니폴드(3)를 통하여 배출되는 배기가스의 일부를 흡기매니폴드(2)로 재순환시켜 질소산화물의 발생을 저감하기 위한 것으로, 이러한 배기가스의 재순환 경로 상에는 배기가스를 냉각된 상태로 공급하기 위한 이지알 쿨러 어셈블리(4)가 설치된다.

상기 이지알 쿨러 어셈블리(4)는 셀 앤 튜브(shell & tube) 타입의 열교환기로, 그 양단에는 고온의 배기가스가 유입되는 인렛 파이프(5a)와 상기 이지알 쿨러 어셈블리(4)를 통해 냉각된 배기가스가 배출되는 아웃렛 파이프(5b)가 연결된다. 이때, 상기 이지알 쿨러 어셈블리(4)는 상기 인렛 파이프(5a)를 통해 유입된 고온의 배기가스를 냉각하기 위하여 엔진(5)의 냉각수를 사용하며, 상기 냉각수가 유입 및 배출될 수 있도록 유입관(46)과 배출관(48)을 더 포함한다.

한편, 도 7을 참조하여 이지알 쿨러 어셈블리에 대해 좀 더 상세히 살펴보면, 상기 이지알 쿨러 어셈블리(4)는 크게 이지알 쿨러(40)와, 상기 이지알 쿨러(40)의 일측에 마련되는 바이패스 밸브(50)로 구성된다.

상기 이지알 쿨러(40)는 셀 앤 튜브(shell & tube) 타입으로, 인렛 파이프(도 6의 5a)와 연결되어 고온의 배기가스가 유입되는 유입구(42) 및 상기 아웃렛 파이프(도 6의 5b)와 연결되어 냉각된 배기가스를 배출하는 배출구(44)가 형성된다. 또한, 엔진의 냉각수가 유입 및 배출 유입관(46)과 배출관(48)을 더 포함한다.

상기 바이패스 밸브(50)는 상술한 바와 같이 이지알 쿨러(4)의 일측에 마련되어 상기 유입구(42)와 배출구(44)를 선택적으로 개폐하기 위한 수단으로, 유입로(52a) 및 배출로(52b)가 형성된 밸브하우징(52)과, 상기 밸브하우징(52)의 내부에 마련되어 상기 유입로(52a) 및 배출로(52b)를 선택적으로 개폐하는 플랩(미도시)과, 상기 플랩을 작동시키는 작동부(54)를 포함한다.

이때, 상술한 종래의 바이패스 밸브(50)는 이지알 쿨러(4)와 마찬가지로 냉각수를 이용하여 고온의 배기가스를 냉각시킬 수 있는 구조로 이루어지는 바, 냉각수가 유입 및 배출되는 유입관(56a) 및 배출관(56b)을 더 포함하여 구성된다.

그런데 냉각수를 이용하여 배기가스를 냉각하기 위해서는 상기 밸브하우징(52)의 내부에 유로(미도시)가 형성되어야 하며, 상술한 바와 같이 냉각수가 유입 및 배출되는 유입관(56a) 및 배출관(56b)이 추가로 마련되어야 한다. 따라서 바이패스 밸브(50)의 구조가 복잡하여 제작이 어려우며, 제작 시 많은 비용이 소요 되는 단점이 있다. 또한, 냉각수에 의한 배기가스의 냉각효과가 미미하여 효율적이지 못하며, 특히 바이패스 밸브(50)로 냉각수를 공급하는 장치(유로, 유입관 및 배출관)를 추가되어야 하므로 배기가스 재순환 시스템(1)이 복잡해지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 구조가 간단하여 제작이 용이하고 제작비용을 절감할 수 있는 차량용 바이패스 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 배기가스 재순환 시스템을 단순화할 수 있는 차량용 바이패스 밸브를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브는, 차량의 배기매니폴드 및 흡기매니폴드에 연결되는 제1유입구 및 제1배출구가 양단에 각각 형성되고, 이지알 쿨러로 배기가스를 배출하는 제2배출구 및 이지알 쿨러로부터 배기가스가 유입되는 제2유입구가 일 측면에 형성되며, 상기 제1유입구와 제1배출구, 그리고 제2유입구와 제2배출구를 구획하며 연결공이 형성되는 격벽을 포함하는 밸브하우징; 상기 밸브하우징의 내부에 중심축 기준으로 회전 가능하게 마련되어 상기 연결공을 선택적으로 개폐하는 플랩; 상기 밸브하우징을 관통하여 상기 플랩에 결합되는 샤프트; 및 상기 샤프트를 회전시키는 액추에이터로 구성된다.

또한, 상기 액추에이터는, 진공실이 마련되는 몸체와, 상기 몸체 내부에 마련되는 다이어프램과, 상기 다이어프램에 탄성을 부여하는 스프링과, 일단이 상기 몸체를 관통하여 다이어프램에 연결되고 타단이 상기 샤프트에 연결되는 태핏으로 구성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브는, 냉각수의 유입 및 배출을 위한 구성이 필요치 아니하며 밸브하우징의 내부에 유로를 형성하지 아니하여도 되므로 구조가 간단하고 제작이 용이하며 제작비용을 절감할 수 있다. 특히, 상술한 바와 같이 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브에 냉각수를 공급하기 위한 구성을 별도로 구비하지 아니하여도 되므로 배기가스 재순환 시스템을 단순화할 수 있는 장점이 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브를 도시하는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브를 도시하는 분해사시도이다. 또한, 도 3 과 도 4는 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브의 밸브하우징을 도시하는 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브의 액추에이터를 도시하는 단면도이다.

본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브는 배기가스 재순환 시스템(Exhaust Gas Recirculation; EGR)에 사용되는 바이패스 밸브로, 좀 더 상세하게는 이지알 쿨러에 결합되어 재순환되는 배기가스를 선택적으로 냉각하기 위한 바이패스 밸브이다.

도면을 참조하여 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브에 대해 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브(100)는, 내부에 배기가스의 이송통로(112,114,116)가 형성되고 상기 이송통로(112,114,116)에 상에 마련되는 플랩(120)을 포함하는 밸브하우징(110)과, 차량의 엔진 부압을 이용하여 상기 플랩(120)을 선택적으로 개폐하기 위한 액추에이터(150)로 구성된다.

먼저, 상기 밸브하우징(110)에 대해 살펴보면, 밸브하우징(110)은 직육면체의 블록형태로 상술한 바와 같이 그 내부에 배기가스의 이송통로(112,114,116)가 형성된다. 상기 이송통로 중 상기 밸브하우징(110)을 길이방향으로 관통하여 배기매니폴드(200)와 흡기매니폴드(300)를 연결하는 제1이송통로(112)의 양단에는 제1유입구(112a) 및 제1배출구(112b)가 형성된다. 또한, 상기 배기매니폴드(200)와 이지알 쿨러(400)를 연결하는 제2이송통로(114) 중 이지알 쿨러(400) 측 일단에는 제2배출구(114b)가 형성되고, 상기 흡기매니폴드(300)와 이지알 쿨러(400)를 연결 하는 제3이송통로(116) 중 이지알 쿨러(400) 측 일단에는 제2유입구(116a)가 형성된다.

이때, 상기 밸브하우징(110)의 내부에는 상기 제1이송통로(112)를 양분하고, 제2이송통로(114)와 제3이송통로(116)를 구획하는 격벽(118)이 형성되고, 상기 격벽(118)에는 소정의 직경을 갖는 연결공(119)이 형성되며, 상기 연결공(119)에는 필요에 따라 연결공(119)을 선택적으로 개폐하기 위하여 중심축 회전되는 플랩(120)이 설치된다.

이와 같이 형성된 상기 밸브하우징(110)을 포함하는 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브는 상술한 바와 같이 상기 플랩(120)의 회전을 제어함으로써 연결공(119)을 선택적으로 개폐하여 배기가스를 직접 배출하거나 냉각하여 배출하거나 냉각하여 배출할 수 있다.

이를 좀 더 상세히 살펴보면, 상기 플랩(120)을 정방향으로 회전(0도라 함)시켜 상기 연결공(119)이 폐쇄되면, 상기 제1유입구(112a)를 통해 유입된 배기가스는 제1이송통로(112)와 제2이송통로(114)를 거쳐 제2배출구(114b)로 배출되어 이지알 쿨러(400)로 유입되고, 상기 이지알 쿨러(400)에서 소정의 온도로 냉각된 후 제2유입구(116a)를 통해 제3이송통로(116)와 제1이송통로(112)를 거쳐 제1배출구(112b)를 통해 배출된다.

반면, 상기 플랩(120)을 역방향으로 회전(80도라 함)시켜 상기 연결공(119)이 개방되면, 상기 제1유입구(112a)를 통해 유입된 배기가스는 제2 및 제3이송통로(114,116)를 거치지 않고 제1이송통로(112)를 따라 제1배출구(112b)를 통해 직접 배출된다.

여기서 상기 연결공(119)을 선택적으로 개폐하기 위한 플랩(120)의 회전각도는 80도 이내인 것이 바람직하다. 이는 상기 플랩(120)이 최초의 위치(0도)로 용이하게 복귀할 수 있도록 하기 위함으로, 상술한 바와 같이 회전각도를 80도 이내로 설정할 경우 엔진의 부압과 같이 작은 힘에도 복귀가 가능하기 때문이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 플랩(120)은 상기 연결공(119)의 위치에서 상기 밸브하우징(110)을 관통하는 샤프트(130)와 결합되고, 상기 샤프트(130)의 일측 끝단은 상기 밸브하우징(110)의 외부로 노출되어 태핏(159)과 결합된다. 그리고 상기 밸브하우징(110)과 샤프트(130) 사이에는 상기 샤프트(130)의 회전이 원활하도록 마련된 베어링(142)이 마련되고, 상기 베어링(142)의 일측에는 베어링(142) 측으로 이물질 등이 유입되는 것을 방지하기 위하여 샤프트 씰(shaft-seal,144)이 마련되며, 상기 샤프트 씰(144)의 일측에는 샤프트 씰(144)의 이탈을 방지하기 위하여 실(seal) 플레이트(140)가 마련된다. 이때, 상기 실 플레이트(140)는 상기 샤프트(130)가 회전하는 과정에서 유동 및 이탈을 방지하기 위하여 밸브하우징(110)에 압입 고정되는 것이 바람직하다.

다른 한편, 상기 밸브하우징(110)은 흡기 및 배기매니홀드(300,200), 이지알 쿨러(400) 등과의 결합을 위하여 다수의 나사 결합홈(117)이 형성되는데, 상술한 다수의 나사 결합홈(117) 중 상술한 흡기 및 배기매니홀드(300,200), 이지알 쿨러(400)와의 결합을 위해 긴 나사가 결합되는 나사 결합홈에는 덧살을 보강하여 밸브하우징(110)의 휨이나 파손을 방지할 수 있도록 하였다.

상기 액추에이터(150)는 진공실(152)이 마련되는 몸체(154)와, 상기 몸체(154) 내부에 마련되는 다이어프램(156)과, 상기 다이어프램(156)에 탄성을 부여하는 스프링(158)과, 일단이 상기 몸체(154)를 관통하여 다이어프램(156)에 연결되고 타단이 상기 샤프트(130)에 연결되는 태핏(159)로 구성된다.

이때, 상기 몸체(154)는, 내부에 진공실(152)이 마련되고 둘레를 따라 복수의 체결돌기(162)가 형성되는 바디(154b)와, 상기 바디(154b)에 결합되고 상기 체결돌기(162)와 대응되는 위치에 체결홈(164)이 형성되는 캡(154c)으로 구성된다. 이때, 상기 체결돌기(162)와 체결홈(164)은 적어도 7개 이상 형성되며, 상기 바디(154b)와 캡(154c)의 둘레를 따라 등 간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 몸체(154), 좀 더 상세하게는 상기 바디(154b)에는 배출공(166)이 형성되어, 상기 몸체(154)의 내부로 유입된 이물질을 배출할 수 있도록 하였다.

한편, 상기 태핏(159)의 적어도 일 측면에는 리브(rib, 168)가 형성되는데, 상기 리브(168)는 외부에서 인가되는 충격이나 상기 액추에이터(150)가 작동하는 과정에서 인가되는 하중에 의한 태핏(159)의 휨을 방지하기 위한 수단으로 도면에 도시된 바와 같이 지그재그형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

다른 한편, 상기 액추에이터(150)는 L자형 브래킷(170)을 통해 밸브하우징(110)에 결합되는데, 상기 L자형 브래킷(170) 또한 외부에서 인가되는 충격이나 상기 액추에이터(150)가 작동하는 과정에서 인가되는 하중에 의한 휨을 방지하기 위하여 그 내측 모서리를 엠보싱(169) 가공하는 것이 바람직하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으 로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브를 도시하는 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브를 도시하는 분해사시도.

도 3과 도 4는 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브의 밸브하우징을 도시하는 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 차량용 바이패스 밸브의 액추에이터를 도시하는 단면도.

도 6은 일반적인 배기가스 재순환 시스템을 도시하는 개략도.

도 7은 종래기술에 의한 이지알 쿨러 어셈블리를 도시하는 분해사시도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 차량용 바이패스 밸브 110: 밸브하우징

120: 플랩 130: 샤프트

140: 실 플레이트 150: 액추에이터

170: 브래킷

Claims (9)

1. 차량의 배기가스 재순환 시스템에 사용되는 바이패스 밸브(100)에 있어서,

   차량의 배기매니폴드(200) 및 흡기매니폴드(300)에 연결되는 제1유입구(112a) 및 제1배출구(112b)가 양단에 각각 형성되고, 이지알 쿨러(400)로 배기가스를 배출하는 제2배출구(114b) 및 이지알 쿨러(400)로부터 배기가스가 유입되는 제2유입구(116a)가 일 측면에 형성되며, 상기 제1유입구(112a)와 제1배출구(112b), 그리고 제2유입구(116a)와 제2배출구(114b)를 구획하며 연결공(119)이 형성되는 격벽(118)을 포함하는 밸브하우징(110);

   상기 밸브하우징(110)의 내부에 중심축 기준으로 회전 가능하게 마련되어 상기 연결공(119)을 선택적으로 개폐하는 플랩(120);

   상기 밸브하우징(110)을 관통하여 상기 플랩(120)과 결합되는 샤프트(130); 및

   상기 샤프트(130)를 회전시키는 액추에이터(150)를 포함하되,

   상기 액추에이터(150)는, 진공실(152)이 마련되는 몸체(154)와, 상기 몸체(154) 내부에 마련되는 다이어프램(156)과, 상기 다이어프램(156)에 탄성을 부여하는 스프링(158)과, 일단이 상기 몸체(154)를 관통하여 다이어프램(156)에 연결되고 타단이 상기 샤프트(130)에 연결되는 태핏(159)을 포함하고,

   상기 액추에이터(150)의 몸체(154)에는 이물질 배출공(166)이 형성되며,

   상기 태핏(159)의 적어도 일 측면에는 리브(rib)가 형성되고,

   상기 몸체(154)는, 내부에 진공실(152)이 마련되고 둘레를 따라 복수의 체결돌기(162)가 형성되는 바디(154b)와, 상기 바디(154b)에 결합되고 상기 체결돌기(162)와 대응되는 위치에 체결홈(164)이 형성되며,

   상기 플랩(120)의 회전각도는 0~80도이고,

   상기 액추에이터(150)는 L자형 브래킷(170)을 통해 밸브하우징(110)에 결합되고, 상기 L자형 브래킷(170)의 내측 모서리는 엠보싱 가공을 하며,

   상기 밸브하우징(110)과 샤프트(130) 사이에는 실(seal)플레이트(140)가 마련되고, 상기 실플레이트(140)는 밸브하우징(110)에 압입 고정되고,

   상기 밸브하우징(110)에는 다수의 나사 결합홈(117)이 형성되고, 그 중 적어도 일부에는 덧살이 보강되는 것을 특징으로 하는 차량용 바이패스 밸브.
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