KR20180129471A - 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 egr 밸브 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈이 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은, 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로 내에 배치되는 배압 밸브; 상기 흡기 유로의 길이 방향과 소정의 각도를 이루는 사선 방향으로 접속되며 엔진에서 배출되어 터빈을 통과한 배기가스를 재순환시키는 LP EGR 유로 상에 배치되는 EGR 밸브; 상기 EGR 밸브와 배압 밸브를 상호 연결하되, 본체 내측으로 EGR 밸브와 연동하는 핀과 결합하는 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 핀가이드홀은 곡률 반경 중심이 서로 대향하여 상대적으로 중간 위치에서 변곡점을 갖도록 구성되고, EGR 밸브와 연동하는 핀이 핀가이드홀에 체결되어 배압 밸브의 축에 고정되어 회전하는 캠; 및 상기 EGR 밸브와 배압 밸브의 최대 개도를 제한하는 제한 스토퍼를 포함하여 구성된다.

Description

고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈 {INTEGRATED BACK PRESSURE AND EGR VALVE MODULE HAVING MALFUNCTION DETECTING DEVICE}

본 발명은 고장 검출수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 EGR 밸브와 배압 밸브의 최대 개도를 제한하는 제한 스토퍼를 구비한 고장 검출 수단을 구비한 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 NOx을 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 차이점을 갖는다.

이중 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 고장 검출 수단을 구비한 EGR 밸브 유닛을 나타내는 도면이다.

구체적으로, 도 5를 참조하면, 저압 EGR 장치(1)는 엔진(2)의 배기가스를 대기 중에 방출하는 배기 통로(3)의 저배기압 범위에서 흡기 통로(4)의 저흡기 음압 발생 범위로 되돌리는 저압 EGR 유로(5)와 이 저압 EGR 유로(5)의 개도를 조정함으로써 EGR 가스의 유량 조정을 하는 저압 EGR 조정 밸브(6)와 흡기 통로(4)를 흐르는 것으로 저압 EGR 유로(5)의 EGR 유량을 증가시키는 흡기 조임 밸브(7)를 구비한다.

또한, 저압 EGR 장치(1)는 저압 EGR 조정 밸브(6)를 구동하는 하나의 전동 액추에이터(8)와 이 전동 액추에이터(8)의 출력 특성을 변환해 흡기 조임 밸브(7)를 구동하는 링크 장치(9)를 구비하는 것이며 하나의 전동 액추에이터(8)로 저압 EGR 조정 밸브(6)를 구동함과 동시에, 하나의 전동 액추에이터(8)의 출력을 링크 장치(9)를 통해 흡기 조임 밸브(7)에 전한다.

링크 장치(9)에는 전동 액추에이터(8)의 출력 특성을 변환해 흡기 조임 밸브(7)로 전달하는 캠 홈(10) 등을 이용한 특성 변환부(11)가 설치되어 있고 저압 EGR 조정 밸브(6)가 소정 개도보다 커지고 나서 저압 EGR 조정 밸브(6)의 개도 업에 연동시켜 흡기 조임 밸브(7)의 개도를 작게 한다.

또한, 저압 EGR 장치(1)는 저압 EGR 조정 밸브(6)의 개도를 검출하는 저압 EGR 개도 센서와 (g) 전동 액추에이터(8)의 통전 정지 시에 저압 EGR 조정 밸브(6)를 저압 EGR 유로(5)가 닫히는 방향으로 힘을 가하는 저압 EGR 밸브용 리턴 스프링과 (h) 흡기 조임 밸브(7)의 최대 개도를 부재와 부재의 접촉에 의해 규제하는 밸브 측 메카 스토퍼(12)와 엔진(2)의 정지에 따른 전동 액추에이터(8)의 통전 정지 후에 작동하고, 저압 EGR 조정 밸브(6)의 개도를 검출하는 저압 EGR 개도 센서의 검출 개도가 흡기 조임 밸브(7)의 개도가 밸브 측 메카 스토퍼(12)에 의해 규제된 최대 개도에 대응한 개도가 없는 경우에 고장 판정을 하도록 구성되는 것을 개시하고 있다.

상기 종래기술에 따르면, 종래의 저압 EGR 장치는 전체 시스템이 크고 무거우므로 제어에 어려움이 있다.

무엇보다도 종래의 저압 EGR 장치는 흡기 유로 내에 스토퍼가 내재하여 흡기 유동을 방해하는 구조이므로, 저압 EGR 장치의 고장을 판단하는 방법이 용이하지 못하여, 엔진 정지 후에 밸브의 구동을 장시간, 모터에 큰 부하를 요구하는 구동으로 자동차 배터리의 전원을 소비하여 차후 시동 및 배터리의 내구성을 단축하는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 제2011-032929호

본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 EGR 밸브와 배압 밸브의 최대 개도를 제한하는 제한 스토퍼와, 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로 내에 배치되는 배압 밸브; 상기 흡기 유로의 길이 방향과 소정의 각도를 이루는 사선 방향으로 접속되며 엔진에서 배출되어 터빈을 통과한 배기가스를 재순환시키는 LP EGR 유로 상에 배치되는 EGR 밸브; 상기 EGR 밸브와 배압 밸브를 상호 연결하되, 본체 내측으로 EGR 밸브와 연동하는 핀과 결합하는 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 핀가이드홀은 곡률 반경 중심이 서로 대향하여 상대적으로 중간 위치에서 변곡점을 갖도록 구성되고, EGR 밸브와 연동하는 핀이 핀가이드홀에 체결되어 배압 밸브의 축에 고정되어 회전하는 캠; 및 상기 EGR 밸브와 배압 밸브의 최대 개도를 제한하는 제한 스토퍼;를 포함하며, 상기 배압 밸브는 EGR 밸브의 회전에 의해 종속적으로 개폐될 수 있다.

구체적으로, 상기 배압 밸브는 열림 상태에서 닫힘 상태로 회전할 때, 흡기 유로와 LP EGR 유로가 접속하는 방향으로 기울어지도록 형성될 수 있다.

상기 핀가이드홀은, 상기 EGR 밸브만 구동하는 제1핀가이드홀; 및 상기 EGR 밸브와 배압 밸브가 동기 구동하는 제2핀가이드홀;을 포함할 수 있다.

상기 구조에서, 상기 제1핀가이드홀은 핀이 시계 방향으로 움직이는 동안에 배압 밸브의 변위가 변화되지 않는 구조일 수 있다.

또한, 상기 제2핀가이드홀은 핀이 시계 반대 방향으로 움직이는 동안에는 배압 밸브가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전할 수 있다.

이러한 구조에서, 상기 배압 밸브가 역회전하지 않는 경우에, 액츄에이터의 전원을 차단하여 EGR 밸브의 최소 개도가 될 때까지의 시간을 측정하여 기준치 보다 큰 경우에 고장으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 핀가이드홀은 EGR 밸브가 역회전하는 제 3 가이드홀을 더 포함할 수 있다.

이 경우에, 상기 제 3 가이드홀은 핀이 시계 방향으로 움직이는 동안에 배압 밸브가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 방향으로 회전할 수 있다.

이 때, 상기 배압 밸브가 역회전하는 경우에, 배압 밸브와 EGR 밸브의 최대 역회전 구동 후에 액츄에이터의 전원을 차단하여 최대 개도까지의 시간을 측정하여 기준치 보다 큰 경우에 고장으로 판단할 수 있다.

이 경우에, 상기 배압 밸브와 EGR 밸브가 동기 제어되는 구간이 최소화하는 구간까지 구동하여 고장 모드 판단과 센서의 학습을 동시 진행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 제한 스토퍼는, 상기 EGR 밸브를 구동하는 액츄에이터에 위치하는 제 1 스토퍼; 상기 액츄에이터의 외부에 위치가 고정된 상태에서 상기 제 1 스토퍼의 움직임을 제한하는 제 2 스토퍼; 및 상기 캠의 개도를 제한할 수 있는 곳에 위치하는 제 3 스토퍼를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 EGR 밸브, 배압 밸브 및 캠은 일체형의 3-way valve 모듈로 형성될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은, 종래 기술에 비해 EGR 밸브와 배압 밸브의 최대 개도를 제한하는 스토퍼가 흡기 유로와 LP EGR 유로 외부에 구비되어 구조가 간단하여 제작이 쉬우며, 구조 변경이 용이하다는 장점이 있다.

또한, 흡기 유로와 LP EGR 유로 외부에 구비되어 유로 저항을 최소화하므로 원활한 배압이 가능하다.

더욱이, 배압 및 EGR 밸브 모듈에 대한 고장 판단에 있어서, 다양한 형태로 판단이 가능하고, 고장 판단시에도 모터의 부하 및 배터리 부하를 최소화하여 장기적인 내구성을 향상시킬 수 있다.

필요에 따라, 배압 밸브와 EGR 밸브의 구동 구간은 변경이 용이하고 역회전 및 동기 구동 구간의 캠 설계가 보다 용이하게 수행될 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 개도의 양상 및 그에 따른 제한 스토퍼의 위치를 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. 참고로, 도 1에 도시된 DPF(Diesel Particulate Filter)는 촉매컨버터로 대체하거나, 가솔린차에 적용되는 경우는 GPF로 대체될 수도 있으며, 경우에 따라서는 촉매컨버터와의 조합으로 설치될 수도 있다.

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 2 내지 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 개도의 양상 및 그에 따른 제한 스토퍼의 위치를 나타내는 도면이 도시되어 있다.

도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은 EGR 밸브(100), 배압 밸브(200), EGR 밸브와 연동하는 핀이 핀가이드홀에 체결되어 배압 밸브의 축에 고정되어 회전하는 캠(300) 및 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)의 최대 개도를 제한하는 제한 스토퍼(400)를 포함하여 구성되어 있다.

배압 밸브(200)는 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로(20) 내 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 플랩(flap)형 밸브가 해당될 수 있다.

또한, 여기서 EGR 밸브(100)는 LP EGR 밸브를 의미하고, 배압 밸브(200)는EGR 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 주로 EGR 가스의 재순환 및 혼합이 용이하도록 보조하는 역할을 한다. 한편, 도 1에서와 같이 배압 생성 밸브의 전단에는 흡기되는 신기의 양을 조절하는 별도의 스로틀 밸브(throttle)가 구비될 수 있다.

캠(300)은 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)를 상호 연결하되, 캠(300)의 본체 내측으로 EGR 밸브(100)와 연동하는 핀(110)이 결합하는 핀가이드홀(310)이 형성되어 있고, 핀가이드홀(310)은 적어도 2개 이상의 구획으로 구분된 곡선 구간으로 이루어질 수 있다. 여기서 구분된 곡선 구간은 서로 다른 지점에서 서로 다른 곡률 반경의 중심을 가질 수 있다.

나아가 핀가이드홀(310)의 곡선 구간에 대하여, 서로 다른 두 구간의 곡률 반경 중심은 서로 대향하여 상대적으로 중간 위치에서 변곡점을 갖도록 구성되며, EGR 밸브(100)와 연동하는 핀(110)이 핀가이드홀(310)에 체결되고, 이 상태로 캠은 배압 밸브(200)의 축에 고정되어 회전한다.

즉, 핀가이드홀(310)의 형상은, 도 2에서와 같이, 캠(300)의 회전면이 형성하는 평면 상에서 곡률 반경 중심이 캠(300)의 몸체를 기준으로 서로 다른 방향을 대향하는 원호들이 만나 변곡점을 이루는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명의 핀가이드홀(310) 은 EGR 밸브(100)만 구동하는 제1핀가이드홀(311), EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)가 동기 구동하는 제2핀가이드홀(312) 및 제3핀가이드홀(313)을 포함하여 구성된다.

여기서, 제1핀가이드홀(311)은 핀(110)이 구동축(EGR 밸브의 회전 축)을 중심으로 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 움직이는 동안에 배압 밸브(200)의 변위가 변화되지 않는 구간을 제공한다. 이 구간에서는 EGR 밸브에 의한 클리닝 작업을 수행할 수 있다. 예컨대, EGR 유로 상에 디포지트(deposit)가 쌓여있을 때, 초기 위치(0도)에서 EGR 밸브를 시계 방향으로 역회전시켜(ex, -20도) 클리닝 작업을 수행할 수 있다.

또한, 제2핀가이드홀(312)은 핀(110)이 구동축(EGR 밸브의 회전 축)을 중심으로 시계 반대 방향으로 움직이는 동안에 배압 밸브(200)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전하는 구간을 제공한다. 핀(110)이 시계 반대 방향으로 움직이는 동안에는 EGR 밸브는 정회전하여 EGR 률을 높일 수 있으며, 이때, 배압 밸브(200)도 동기되어 시계 반대 방향으로 정회전할 수 있다.

본 발명에 따른 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은 고장이 발생한 경우에 용이하게 판단이 가능하다. 종래의 EGR 밸브 모듈의 경우에는 구조가 복잡하고, 특히 유로 상에 스토퍼가 위치하여 흐름을 원활하지 못하였다. EGR 유로 상에 디포지트가 쌓이면 성능이 저하되어 엔진의 효율 저하를 유발하기 때문에 EGR 밸브가 정상 작동하는지 고장 판단을 수행해야 한다. 또한, 종래에는 EGR 밸브의 고장을 판단하기 위해 엔진 정지 후에 밸브와 모터를 장시간 과도하게 운전하여 내구성을 감소시키는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 제한 스토퍼(400)를 유로 외부의 액츄에이터상에 위치하도록 하여 유로의 흐름을 방해하지 않으면서 외부에서 고장 검출이 용이하다는 장점이 있다.

앞서 설명한 구조에서, 배압 밸브(200)가 역회전하지 않는 경우에, 즉 핀(110)이 제1핀가이드홀(311)에서 이동하는 경우에 EGR 밸브(100)의 클리닝 작동시 엔진 정지 후 액츄에이터의 전원을 차단하여 EGR 밸브(100)의 최소 개도가 될 때까지의 시간을 측정하여 기준치 보다 큰 경우에 고장으로 판단하게 된다.

또한, 배압 밸브(200)가 역회전하지 않는 경우에, 즉 핀(110)이 제2핀가이드홀(312)에서 이동하는 경우에 엔진 정지 후 배압 밸브(200)와 EGR 밸브(100)가 EGR 밸브(100)의 최대 개도까지 동기 구동 후에 전원을 차단하여 최소 개도까지의 시간을 측정하여 기준치보다 클 경우에 고장으로 판단하게 된다.

따라서, 종래의 밸브와 모터를 장시간 과도하게 운전하여 내구성을 감소시키고 자동차 전원을 소비하여 시동 및 배터리 수명을 단축시키는 문제를 해소할 수 있다.

앞서 설명한 캠 구성에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 핀가이드홀(310)은 EGR 밸브(100)가 역회전하되, EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)가 동기하여 역회전할 수 있는 제3핀가이드홀(313)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

제3핀가이드홀(313)은 핀(110)이 시계 방향으로 움직이는 동안에 배압 밸브(200)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 방향으로 회전하는 구간을 제공한다. 핀(110)이 시계 방향으로 움직이는 동안에 EGR 밸브는 역회전할 수 있게 되며, 배압 밸브(200)도 함께 역회전할 수 있게 된다.

EGR 유로 상에 디포지트가 적체되어 EGR 기능을 정상적으로 수행할 수 없을 때, 1차적으로 EGR 밸브를 제1핀가이드홀(311) 구간에서 강제적으로 역회전시켜 디포지트를 긁어낸 다음, 디포지트를 긁는 동작을 수행하였음에도 불구하고 EGR 성능이 미흡하면 2차적으로 EGR 밸브를 시계 방향으로 더욱 개도하여(ex, -40도까지) EGR 가스의 공급을 보다 원활하게 할 수 있다.

이러한 구조에서, 배압 밸브(200)가 역회전하는 경우에, 즉 핀(110)이 제3핀가이드홀(313)에서 이동하는 경우에 배압 밸브(200)와 EGR 밸브(100)의 최대 역회전 구동 후에 액츄에이터의 전원을 차단하여 최대 개도까지의 시간을 측정하여 기준치보다 큰 경우에 고장으로 판단하게 된다.

이 때에는, 배압 밸브(200)와 EGR 밸브(100)가 동기 제어되는 구간이 최소화하는 구간까지 구동하여 고장 모드 판단과 센서의 학습을 동시 진행하게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제한 스토퍼(400)는, 제 1 스토퍼(410), 제 2 스토퍼(420) 및 제 3 스토퍼(430)를 포함하여 구성된다.

여기서, 제 1 스토퍼(410)는 상기 EGR 밸브(100)를 구동하는 액츄에이터에 위치하고, 제 2 스토퍼(420)는 상기 액츄에이터의 외부에 위치가 고정된 상태에서 상기 제 1 스토퍼(410)의 움직임을 제한할 수 있는 곳에 위치하며, 제 3 스토퍼(430)는 배압 밸브가 위치하는 하우징으로부터 연장된 부분에 위치하여 캠(300)의 개도를 제한할 수 있는 곳에 위치한다. 즉, EGR 밸브(100)가 제2핀가이드홀(312)에서 최대 개도까지 구동 하면 제 1 스토퍼(410)가 제 2 스토퍼(420)에 의해 회전이 제한된다. 또한, 제3핀가이드홀(313)에서 캠(300)이 역회전하여 구동하면 제 3 스토퍼(430)가 캠(300)의 회전을 제한하게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배압 밸브(200)는 EGR 밸브(100)에 의해 종속적으로 개폐되는 것을 특징으로 한다. 종래기술에 따른 EGR 밸브와 배압 밸브가 개별적으로 제어되는 밸브 유닛들이 개시된 바 있으나, 이는 원가 상승 및 제어의 복잡성을 증가시키는 원인이 된다. 본 발명에서는 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)를 연동하는 밸브 모듈에 대한 구조만을 제안한다.

본 발명의 주요 특징에 따르면 EGR 밸브(100)와 배압 밸브(200)는 캠(300)에 의해 연동하여 움직이고, 특히 배압 밸브(200)는 EGR 밸브(100)의 회전에 의해 종속적으로 개폐된다. 이는 본 발명의 액츄에이터가 EGR 밸브(100)와 중심축을 공유하며 함께 회전할 수 있도록 구성되기 때문이다. 본 발명의 액츄에이터에는 핀(110)이 고정형성되어 있고, 핀(110)이 핀가이드홀 내부에서 이동함으로써 배압 밸브(200)가 EGR 밸브(100)의 회전에 의해 종속적으로 개폐되는 것이다.

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.

또한, 상기 제1밸브(100), 배압 밸브(200) 및 캠(300)은 일체형의 3-way valve 모듈로서 형성할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 그 매커니즘에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 참고로 여기서 기어부의 구성은 생략하기로 한다.

도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, EGR 밸브(100)와 연동하는 핀(110)이 제1핀가이드홀(311)에서 이동하고 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 있다.

EGR 밸브(100)와 연동하는 핀(110)이 제2핀가이드홀(312)에서 이동하고 EGR 밸브(100)가 소정의 개도각 이상으로 개방되면 EGR 가스가 흡기 유로(10) 측으로 공급되고, 공급된 EGR 가스는 신기와 만나 혼합된다.

EGR 밸브(100)와 연동하는 핀(110)이 제2핀가이드홀(312)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 시계 반대 방향으로 소정의 개도각 이상으로 개방되면, 캠(300)이 배압 밸브(200)를 잡아당겨 배압 밸브(200)가 EGR 밸브(100)와 마찬가지로 시계 반대 방향으로 회전한다. 이 때, 흡기 유로(20)와 EGR 유로(10)의 접점 측은 밸브가 닫힘으로써 흡기 유속이 빨라져, 흡기와 EGR 가스의 혼합이 활발해진다.

게다가, EGR 밸브(100)와 연동하는 핀(110)이 제2핀가이드홀(312)에서 EGR 밸브(100)가 최대 개도각으로 개방되면 캠(300)은 배압 밸브(200)와 함께 연동되어 배압 밸브(200)를 완전히 폐쇄(full close)하고, 흡기 유로(10)의 하류에는 EGR 가스만이 공급된다. 이때, 배압 밸브(200)에 의해 흡기 유로(10)의 하류측에는 최대 배압이 형성되어 EGR 가스의 공급 속도 또한 더욱 빨라진다.

이러한 구조에서, 제한 스토퍼(400)는 상기 EGR 밸브를 구동하는 액츄에이터에 위치하는 제 1 스토퍼(410)와, 상기 액츄에이터의 외부에 위치가 고정된 상태에서 상기 제 1 스토퍼(410)의 움직임을 제한하는 제 2 스토퍼(420)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, EGR 밸브(100)와 연동하는 핀(110)이 제2핀가이드홀(312)에서 이동하여 EGR 밸브(100)가 시계 반대 방향으로 개방되면, EGR 밸브(100)를 구동하는 액츄에이터에 위치하는 제 1 스토퍼(410)는 상기 액츄에이터의 외부에 위치가 고정된 상태에서 상기 제 1 스토퍼(410)의 움직임을 제한하는 제 2 스토퍼(420)와 접하게 되어 회전이 정지한다.

상기 배압 밸브(200)가 역회전하지 않는 경우에, 액츄에이터의 전원을 차단하여 EGR 밸브(100)의 최소 개도가 될 때까지의 시간을 측정하여 기준치 보다 큰 경우에 고장으로 판단한다.

한편, EGR 밸브(100)와 연동하는 핀(110)이 제3핀가이드홀(313)에서 시계 방향으로 개방되면 배압 밸브(200)가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 방향으로 회전하게 된다. 엔진이 정지되거나 정지 후에 EGR 밸브(100)가 닫힌 위치를 지나 역방향으로 EGR 밸브(100)가 회전하는 경우에는 EGR 밸브(100) 측의 배기 가스 내의 오염물질을 제거할 수 있다.

이 경우에, 제 1 스토퍼(410)는 EGR 밸브(100) 축을 중심으로 회전하는 액츄에이터와 연동하는 다른 액츄에이터의 축과 접하게 되어 EGR 밸브(100)의 회전이 정지하게 된다.

이러한 구조에서, 배압 밸브(200)가 역회전하는 경우에, 배압 밸브(200)와 EGR 밸브(100)의 최대 역회전 구동 후에 액츄에이터의 전원을 차단하여 최대 개도까지의 시간을 측정하여 기준치 보다 큰 경우에 고장으로 판단할 수 있는 것이다.

또한, 실시예에 따라서는 배압 밸브(200)와 EGR 밸브(100)가 동기 제어되는 구간이 최소화하는 구간까지 구동하여 고장 모드 판단과 센서의 학습을 동시 진행할 수도 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하여, 전술한 도 5의 종래기술과 비교하면, 본 발명은 도 5의 종래기술의 밸브구조에 대하여 인버스 캠(INVERSE CAM) 구조에 해당한다. 인버스 캠이란 원동절과 종동절의 역할이 반대인 것을 의미하며, 본 명세서에서는 종래기술의 경우 원동절의 역할을 하던 캠이, 본 발명에서는 종동절의 역할을 함을 의미할 수 있다.

무엇보다도 도 5에 도시된 종래기술에 따른 밸브에서는 캠이 모터(motor)와 기어유닛이 설치된 구동축 상(EGR 밸브 측)에 위치하게 되어, 캠의 관성 부하에 의해 제어가 어렵고 이에 따라 소비되는 전력이 많았다면, 본 발명에서는 캠이 구동축 상이 아닌 종동축 상(배압 밸브 측)에 위치하게 되어 밸브 개폐구동 중에 관성 부하가 종래기술보다 적게 걸린다.

이상의 내용을 종합하면 본 발명의 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈은, 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, 종래의 저압 EGR 장치는 흡기 유로 내에 스토퍼가 내재하여 흡기 유동을 방해하는 구조이므로, 저압 EGR 장치의 고장을 판단하는 방법이 용이하지 못하여 엔진 정지 후에 밸브의 구동을 장시간, 모터에 큰 부하를 요구하는 구동으로 자동차 배터리의 전원을 소비하여 차후 시동 및 배터리의 내구성을 단축하는 문제가 있다. 따라서, 모터 부하의 감소로 인해 모터의 내구성이 증대되고 빠른 제어가 가능하여 제품 전체의 내구성이 증대되며, 기존에 요구되는 모터의 성능 요구를 낮출 수 있어, 보다 컴팩트(compact)한 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.

10: EGR 유로 20: 흡기 유로
100: EGR 밸브 110: 핀
200: 배압 밸브 300: 캠
310: 핀가이드홀 311: 제1핀가이드홀
312: 제2핀가이드홀 313: 제3핀가이드홀
400: 제한 스토퍼 410: 제 1 스토퍼
420: 제 2 스토퍼 430: 제 3 스토퍼

Claims (12)

1. 외부로부터 신기를 흡기하는 흡기 유로 내에 배치되는 배압 밸브;
   상기 흡기 유로의 길이 방향과 소정의 각도를 이루는 사선 방향으로 접속되며 엔진에서 배출되어 터빈을 통과한 배기가스를 재순환시키는 LP EGR 유로 상에 배치되는 EGR 밸브;
   상기 EGR 밸브와 배압 밸브를 상호 연결하되, 본체 내측으로 EGR 밸브와 연동하는 핀과 결합하는 핀가이드홀이 형성되어 있고, 상기 핀가이드홀은 곡률 반경 중심이 서로 대향하여 상대적으로 중간 위치에서 변곡점을 갖도록 구성되고, EGR 밸브와 연동하는 핀이 핀가이드홀에 체결되어 배압 밸브의 축에 고정되어 회전하는 캠; 및
   상기 EGR 밸브와 배압 밸브의 최대 개도를 제한하는 제한 스토퍼;
   를 포함하며,
   상기 배압 밸브는 EGR 밸브의 회전에 의해 종속적으로 개폐되는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 배압 밸브는 열림 상태에서 닫힘 상태로 회전할 때, 흡기 유로와 LP EGR 유로가 접속하는 방향으로 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 핀가이드홀은,
   상기 EGR 밸브만 구동하는 제1핀가이드홀; 및
   상기 EGR 밸브와 배압 밸브가 동기 구동하는 제2핀가이드홀;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1핀가이드홀은 핀이 시계 방향으로 움직이는 동안에 배압 밸브의 변위가 변화되지 않는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2핀가이드홀은 핀이 시계 반대 방향으로 움직이는 동안에는 배압 밸브가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 배압 밸브가 역회전하지 않는 경우에, 액츄에이터의 전원을 차단하고 EGR 밸브의 최소 개도가 될 때까지의 시간을 측정하여 기준치 보다 큰 경우에 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 핀가이드홀은 EGR 밸브가 역회전하는 제 3 가이드홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 3 가이드홀은 핀이 시계 방향으로 움직이는 동안에 배압 밸브가 열림 상태에서 닫힘 상태로 시계 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 배압 밸브가 역회전하는 경우에, 배압 밸브와 EGR 밸브의 최대 역회전 구동 후에 액츄에이터의 전원을 차단하여 최대 개도까지의 시간을 측정하여 기준치 보다 큰 경우에 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배압 밸브와 EGR 밸브가 동기 제어되는 구간이 최소화하는 구간까지 구동하여 고장 모드 판단과 센서의 학습을 동시 진행하는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제한 스토퍼는,
    상기 EGR 밸브를 구동하는 액츄에이터에 위치하는 제 1 스토퍼;
    상기 액츄에이터의 외부에 위치가 고정된 상태에서 상기 제 1 스토퍼의 움직임을 제한하는 제 2 스토퍼; 및
    상기 캠의 개도를 제한할 수 있는 곳에 위치하는 제 3 스토퍼;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 EGR 밸브, 배압 밸브 및 캠은 일체형의 3-way valve 모듈로 형성되는 것을 특징으로 하는 고장 검출 수단을 구비한 일체형 배압 및 EGR 밸브 모듈.

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