JP6513363B2 - スプリングが備えられた可変吸気弁 - Google Patents

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Description

本発明は、スプリングが備えられた可変吸気弁に関するものであって、さらに詳細には、スプリング弁を適用し、実際の運転者の趣向に応じて可変吸気弁のオープン時点を調整することになるが、本発明によると、少ない空気の負圧がかかっても運転者が選択した走行モードによって吸気弁がオープンされたり、遮断されることで、従来の多くの時点ではなく一つの時点のみで吸気弁がオープンされ、運転者の趣向を全く反映できない問題を解決するための可変吸気弁に関するものである。
一般的に、自動車エンジンの吸気系統は、エアクリーナーを通過した空気が空気流量計を、フラップを押して絞り弁の開いた程度によって適量の空気が燃焼室に吸いこまれるようになっている。
この時、流入される空気はエンジンの出力と燃費に係ることになるので、吸入抵抗を最小化し、燃料と空気の混合が理想的な空燃費になるようにして燃料の過剰供給を抑制することが望ましいと評価されている。
これに、空気が流入される実質的な通路であるスロットルボディーは、管路の抵抗を減らせる構造からなった方が良いし、また絞り弁が開閉作用をする時、弁との空気流動抵抗が少なくなるように設計しなければならない。
車両が走行したり空回転する時、燃焼に必要な空気量が異なるが、特に走行時には出力に関係することになるので、絞り弁の開閉程度だけでは出力を向上させることに限界がある。
よって、吸気ポートを２つの通路に分けて、一つの通路は螺旋を形成してスワール作用がなされるようにしているし、別の通路にはスワール調節弁を設けて、低速時には通路を遮断し、高速時には通路を開けるようにする可変吸気弁の機能を与えている。
一方、従来の可変吸気弁の開閉装置は、アクチュエーターをＥＣＵで制御するようになっているので、電子制御されるソレノイドが必須構成要素となり、またＥＣＵの制御部が追加的に設置されるべきであるため、構造的複雑さを避けられないことが短所として指摘されている。
これに、DCモーター方式を通じる可変吸気弁の開閉装置があるが、これもまた別途のDCモーター以外にECUで制御することになっているため、電子制御されるソレノイドがやはり必須構成要素となり、構造的に複雑になることはもちろん、単価が上がることになる短所が指摘されている。
一方、エンジンピストンの吸入行程時、新気(外部空気)は吸気ダクト２０→エアクリーナー４０→吸気ホース３０を通じてエンジンの燃焼室に供給される構造になっているし、図１は従来のスプリングを利用した吸気可変弁を図示したものとして、その作動原理をよく見ると次の通りである。
２つの吸入口を通じて新気がエンジンに入って行く構造で、低出力ではスプリング弁１０が閉まっていて、高出力ではスプリング弁１０が開かれ、低出力に比べてより多くの新気をエンジンに供給することができるようになる。
一方、図２a及び図２cを参照して、スプリング弁の作動原理をよく見ると次の通りであって、図２aはスプリング弁が閉まっている状態を、図２bはスプリング弁がオープンされた状態を示す図面であり、図２cはスプリング１００が固定ピン２００に取り付けられた状態を示す図面である。
高出力では、低出力よりエンジンに多くの新気の供給が必要であるところ、この流入される新気の負圧(弁を後に引く力)が固定ピン２００の外周面に結合されたスプリング１００の弾性力(弁を閉まるようにする力)より大きい時、スプリング弁１０が開かれるようになる。
しかし、現在使われているこのスプリング弁１０は価格が大幅に安くなる長所はあるが、吸入される新気の負圧が外周面に結合されたスプリング１００の弾性力より高くなる一回の時点のみでスプリング弁１０がオープンされて、運転者の趣向によるスプリング弁１０のオープン時点を変更しにくい問題点がある。
すなわち、運転者の選択によって、いわゆる‘スポーツモード'(sports mode)では低出力から高出力の全範囲にて吸気吐出騷音によるスポーティーな音色を、また、いわゆる‘コンフォートモード'(comfort mode)では、吸気吐出騷音が低減する性能を具現したいところ、従来のスプリング弁１０では一つの時点でのみスプリング弁１０がオープンされて運転者がスプリング弁１０のオープン時点を決められない問題点が発生するようになる。
これに係わる発明として、韓国登録特許公報第１０-１３８２２８２号の"エンジンの可変吸気系装置"など、多数の先行技術が開示されているが、本発明のように既存に使われた低価のスプリング弁を活用するものの、運転者の選択によって３地点のスプリング弁のオープン時点をチューニングできる技術は不備な状態である。
韓国登録特許公報第１０-１３８２２８２号
本発明は、前記のような従来の問題点を解決するために、運転者が選択した趣向に応じて吸気弁のオープン時点を変更し、エンジン出力を制御できることは勿論、この吸気弁のオープン時点を簡単な操作で容易に調節することができるし、従来使われた低価のスプリング弁を採用して３つの吸気弁のオープン時点をチューニングすることができるスプリングが備えられた可変吸気弁を提供することにその目的がある。
スプリングが備えられた可変吸気弁が紹介される。
このために本発明は、吸気弁をその復元力で開閉させるスプリングの駆動時点を調節し、選択された走行モードによって前記吸気弁のオープン時点を可変させることを特徴とする。
前記スプリングは固定ピンの外周面に結合されるが、前記スプリングの端に形成された突起の位置が選択された走行モードによって変動できるように前記スプリングを圧縮させる走行モード部；選択された走行モード時、空気の負圧によって吸気弁のオープン時点を調節する本体部；を含む。
前記走行モード部は、その外周面に前記固定ピンの長手方向に垂直した方向へ複数個のねじ溝が設けられ、前記スプリングの端の一地点と結合されるものの、前記固定ピンの外周面に結合されたスプリング圧縮調節板と、前記複数個のねじ溝とがかみ合うギアが形成された調節具をさらに含むことを特徴とする。
すなわち、本発明は、車両に設けられ、運転者によって選択された走行モードに応じて、吸気弁をその復元力で開閉させるスプリングの駆動時点を調節することにより、吸気弁のオープン時点を可変させる、スプリングが備えられた可変吸気弁であって、前記スプリングは、所定位置に固定される固定ピンの外周面に挿入されるコイル状であり、前記スプリングの軸方向の一端に形成された突起の位置が前記選択された走行モードによって前記軸方向に変動できるように前記スプリングを圧縮させる走行モード部；前記突起と周方向で接触し、前記選択された走行モードによって前記走行モード部が前記スプリングの軸方向の一端を変動させることに応じて、前記突起の周方向の位置を変化させることで、空気の負圧による吸気弁のオープン時点を調節する本体部；を含み、前記スプリングの軸方向の他端から吸気弁を閉じるための復元力を作用させるようになっており、前記走行モード部は、その外周面に前記固定ピンの長手方向に垂直した方向へ凹むねじ溝が設けられ、前記スプリングの軸方向の一端に接触されるものの、前記固定ピンの外周面に対して移動可能に設けられたスプリング圧縮調節板と、前記ねじ溝とかみ合うギアが形成された調節具をさらに含むことを特徴とする、スプリングが備えられた可変吸気弁、である。
前記調節具には運転者が選択できる走行モードが表示され、この走行モードに応じて、前記調節具の回転時、前記スプリング圧縮調節板と前記スプリングが圧縮され、前記スプリングの端に形成された突起の位置が変動されることを特徴とする。
前記本体部は、中空のハウジングから構成され、前記ハウジングの外周面には選択された走行モードによって前記スプリングの端に形成された突起が移動できるガイドと、このガイドに垂直した方向に複数個のスロットストッパが形成され、前記スロットストッパの長さは前記スプリングの圧縮長さに応じて次第に増加することを特徴とする。
前記スロットストッパの長さに比例して前記吸気弁を閉めることができる空気の負圧が増加することを特徴とする。
前記本体部の外周面には所定の長さのスロット溝が設けられ、このスロット溝に前記調節具の一端部が挿入されるが、前記調節具はその中心を貫く回転棒と、この回転棒の両端に位置した固定具によって支持されることを特徴とする。
前記のような構成からなる本発明によると、下記のような多様な效果が具現される。
第一、吸気負圧の低減でエンジン出力が増大される利点がある。
第二、低価の従来のスプリング弁を利用することで、従来の高価のアクチュエーターまたはDCモーター弁のように運転者の趣向に応じて吸気弁のオープン時点を変更することができない問題点を解決し、エンジン出力を制御できる利点がある。
第三、本発明の調節具を運転者の選択に応じて単純に調節することで、吸気弁のオープン時点を容易に調整することができる利点がある。
第四、運転者の選択によってスプリング弁で３つの弁のオープン時点をチューニングすることができるなど、多様な利点が提供される。
従来のスプリングを利用した可変吸気弁を図示した概路図。 従来のスプリング弁の作動原理を説明するための図面。 従来のスプリング弁の作動原理を説明するための図面。 従来のスプリング弁の作動原理を説明するための図面。 本発明のスプリングが備えられた可変吸気弁を図示した全体構成図。 本発明のスプリングが備えられた可変吸気弁を図示した全体構成図。 本発明のスプリングが備えられた可変吸気弁の断面図。 本発明の作動状態図。 本発明の作動状態図。 本発明の作動状態図。
以下、添付された図面を参照して、本発明のスプリングが備えられた可変吸気弁の好ましい実施例を説明する。
図３及び図４は、本発明のスプリングが備えられた可変吸気弁を図示した全体構成図である。
本発明は、吸気弁をその復元力で開閉させるスプリングの駆動時点を調節し、選択された走行モードによって吸気弁のオープン時点を可変させることを特徴とする。
吸気弁は車両の低出力時に流入される新気の吸入口以外に、高出力時に新気が流入されるスプリング弁を、スプリングはこのスプリング弁をオープンするか否かをスプリングの弾性力で選択的に開閉する構成を意味する。
図示されたように、本発明は固定ピン２００、スプリング１００、走行モード部３００及び本体部４００を含む。
固定ピン２００はその外周面にスプリング１００が結合されていて、このスプリング１００にはスプリング自体の弾性力で吸気弁を閉める力が存在し、このスプリングの弾性力より大きい新気の負圧が流入される場合、吸気弁がオープンされ、高出力時に吸気弁がオープンされてエンジン方向に新気が流入される。
一方、このスプリング１００の端には垂直方向に所定の長さの突起１１０が形成されていて、この突起１１０の位置は運転者が選択した走行モードによって変動される。
すなわち、運転者が選択した走行モードに応じてスプリング１００が圧縮されながら突起１１０の位置が変動されるが、運転者が選択できる走行モードは大きく、‘Comfort Mode'、‘Normal Mode'、‘Sports Mode' に分けられる。
また、選択された走行モード時、空気の負圧によって吸気弁のオープン時点を調節する本体部４００を含むところ、この本体部４００には以下で具体的に説明するが、運転者が選択した走行モードに応じて突起１１０が位置し、この突起１１０が、図示されたように垂直に移動することができる多様な長さの、一種のスロットが設けられている。
一方、また図３及び図４を参照して走行モード部３００を具体的に説明すると次のとおりである。
走行モード部３００は、スプリング圧縮調節板３１０と調節具３２０を含む。
スプリング圧縮調節板３１０は、図示されたように中空の形状で固定ピン２００の外周面の一地点に結合されるが、スプリング１００の端の一地点と結合されてこのスプリング圧縮調節板３１０が前進する場合、スプリング１００も一緒に圧縮される。
このスプリング圧縮調節板３１０の外周面には固定ピン２００の長手方向に垂直した方向に複数個のねじ溝３１１が設けられていて、この複数個のねじ溝３１１とかみ合うギア３２１が形成された調節具３２０がスプリング圧縮調節板３１０の上段に位置する。
調節具３２０は円形の形状で複数個のギア３２１が形成され、この調節具３２０の回転によってスプリング圧縮調節板３１０は移動するようになり、これに繋がったスプリング１００も圧縮される。
図５は本発明のスプリングが備えられた可変吸気弁の断面図である。
図４と図５に図示されたように、調節具３２０には運転者が選択することができる走行モードが示されていて、この走行モードに応じて運転者の趣向によって調節具３２０を回転させると、複数個のねじ溝３１１とこれにかみ合うギア３２１の作動でスプリング圧縮調節板３１０は前進することになり、これに連動してスプリング１００も圧縮される。
スプリング１００が圧縮されながらスプリング１００の端に形成された突起１１０も前進するようになり、以下で後述するスロットストッパ４３０に位置する。
一方、本体部４００は、その内部に固定ピン２００、スプリング１００及びスプリング圧縮調節板３１０が位置することができる中空のハウジング４１０から構成されている。
ハウジング４１０の外周面には運転者の趣向によって選択された走行モードに応じて、固定ピン２００の外周面に結合されたスプリング１００の端に形成された突起１１０が移動できるガイド４２０が固定ピン２００の長手方向に形成されている。
スプリング圧縮調節板３１０が前進しながらスプリング１００が圧縮され、スプリング１００の端に形成された突起１１０がこのガイド４２０に沿って前進することになる。
一方、図示されたように、このガイド４２０に垂直した方向には複数個のスロットストッパ４３０が形成されているが、それぞれのスロットストッパ４３０の長さは、選択した走行モードによって違う。
すなわち、スプリング１００の圧縮長さに応じてこのスロットストッパ４３０の長さは増加することになるが、具体的に‘Sports Mode'の場合その長さが一番長くて、‘Comfort Mode' の場合その長さが一番短いことを特徴とする。
前記のように、スロットストッパ４３０の長さを異にして設定した理由は次の通りである。
突起１１０がこのスロットストッパ４３０の方向に移動してスプリング１００に存在する弾性力によって吸気弁が閉まるようになるが、このスロットストッパ４３０の長さが長いほど吸気弁を閉めるために必要な弾性力もより多くなって、これにより‘Comfort Mode'から‘Sports Mode'に行くほど、より多くの空気の負圧が作用してはじめて吸気弁が閉まるようになるのである。
これにより、‘Sports Mode'の場合、少ない空気の負圧が生じても相変らず吸気弁はオープンされた状態となっていて、吸気弁が低出力から高出力に至るすべての領域でオープンされているので、吸気吐出騷音によるスポーティーな音色が具現できるようになる。
逆に、‘Comfort Mode'の場合、スロットストッパ４３０の長さが短いため、少ない空気の負圧が流入されてもスプリングの弾性力が作用して吸気弁が閉まるので、吸気弁が低出力から常用区間の低出力領域まで吸気弁が閉まるようになって、吸気吐出騷音が低減されることは勿論、エンジン性能が向上する利点がある。
また、‘Normal Mode'の場合、吸気弁が常用区間の出力までに閉まっていて、急加速時、吸気吐出騷音の増大によって加速パワー感が増大される利点がある。
すなわち、スロットストッパ４３０の長さに比例して吸気弁を閉めることができる空気の負圧が増加するようになるのである。
また、図４及び図５を参照すると、本体部４００の外周面の一地点には所定の長さのスロット溝４４０が設けられ、このスロット溝４４０に調節具３２０の下段部の一部が挿入されていて、調節具３２０に形成されたギア３２１とスプリング圧縮調節板３１０に形成されたねじ溝３１１にかみ合うように形成される。
また、この調節具３２０はその中心を貫く回転棒４４１とこの回転棒４４１の両端に位置した固定具４４２によって支持され、運転者が趣向によってこの調節具３２０を外部で回転させると、それに応じて突起１１０が選択された走行モードで位置するようになる。
図６a乃至図６cは、このような走行モードによってスプリング１００に形成された突起１１０が移動するようになり、それによって吸気弁のオープン時点を可変させることができる作動状態を示している。
図示されたように‘Comfort Mode'から‘Sports Mode'へ行くほど、突起１１０は、長いスロットストッパ４３０に位置することになり、それによって少ない空気の負圧が流入されても相変らず吸気弁はオープンできるようにし、再び‘Sports Mode'から‘Comfort Mode'へ行くほど、突起１１０は、短いスロットストッパ４３０に位置することになり、それによって少ない空気の負圧が流入されても吸気弁が閉まるようになる。
前記のような構成で、従来低価のスプリング弁を使っても運転者の趣向によって吸気弁のオープン時点を変更することでエンジン出力を制御することができ、このような作動も運転者が単に調節機を回すことで変更することができる效果が具現される。
本発明は、特定の実施例に関して図示し、説明したが、以下の特許請求の範囲で提供される本発明の技術的思想を逸脱しない限度内で、本発明が多様に改良及び変化されることができるということは、当業界において通常の知識を有する者に自明であろう。
１００：スプリング
１１０：突起
２００：固定ピン
３００：走行モード部
３１０：スプリング圧縮調節板
３１１：ねじ溝
３２０：調節具
３２１：ギア
４００：本体部
４１０：ハウジング
４２０：ガイド
４３０：スロットストッパ
４４０：スロット溝
４４１：回転棒
４４２：固定具

Claims (5)

  1. 車両に設けられ、運転者によって選択された走行モードに応じて、吸気弁をその復元力で開閉させるスプリングの駆動時点を調節することにより、吸気弁のオープン時点を可変させる、スプリングが備えられた可変吸気弁であって、
    前記スプリングは、所定位置に固定される固定ピンの外周面に挿入されるコイル状であり、
    前記スプリングの軸方向の一端に形成された突起の位置が前記選択された走行モードによって前記軸方向に変動できるように前記スプリングを圧縮させる走行モード部；
    前記突起と周方向で接触し、前記選択された走行モードによって前記走行モード部が前記スプリングの軸方向の一端を変動させることに応じて、前記突起の周方向の位置を変化させることで、空気の負圧による吸気弁のオープン時点を調節する本体部；を含み、前記スプリングの軸方向の他端から吸気弁を閉じるための復元力を作用させるようになっており、
    前記走行モード部は、
    その外周面に前記固定ピンの長手方向に垂直した方向へ凹むねじ溝が設けられ、前記スプリングの軸方向の一端に接触されるものの、前記固定ピンの外周面に対して移動可能に設けられたスプリング圧縮調節板と、
    前記ねじ溝とかみ合うギアが形成された調節具をさらに含むことを特徴とする、スプリングが備えられた可変吸気弁。
  2. 前記調節具には運転者が選択できる走行モードが表示され、
    この走行モードに応じて前記調節具の回転時、前記スプリング圧縮調節板が移動することで前記スプリングが圧縮され、前記スプリングの軸方向の一端に形成された前記突起の位置が変動されることを特徴とする、請求項１に記載のスプリングが備えられた可変吸気弁。
  3. 前記本体部は、
    中空のハウジングから構成され、前記ハウジングの外周面には選択された走行モードによって前記スプリングの軸方向の一端に形成された前記突起が移動できるガイドと、このガイドに垂直した方向に複数個のスロットストッパが形成され、前記スロットストッパの長さは前記スプリングの圧縮長さに応じて次第に増加することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のスプリングが備えられた可変吸気弁。
  4. 前記スロットストッパの長さに比例して前記吸気弁を閉めることができる空気の負圧が増加することを特徴とする、請求項３に記載のスプリングが備えられた可変吸気弁。
  5. 前記本体部の外周面には所定の長さのスロット溝が設けられ、このスロット溝に前記調節具の一端部が挿入されるが、前記調節具はその中心を貫く回転棒と、この回転棒の両端に位置した固定具によって支持されることを特徴とする、請求項３に記載のスプリングが備えられた可変吸気弁。
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