KR100360720B1

KR100360720B1 - 2차공기 도입장치용 밸브

Info

Publication number: KR100360720B1
Application number: KR1020000056603A
Authority: KR
Inventors: 김태우
Original assignee: 김태우
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-11-22
Also published as: KR20020024836A

Abstract

본 발명은 2차공기 도입장치용 밸브에 관한 것으로서,

종래의 밸브는 엔진 운전상태에 따라 개폐되는 밸브체가 얇은 금속재로서 장방형으로 길게 형성되어 있기 때문에 배기압의 변화에 대해 빠르게 응답하지 못하여 촉매정화기로 적정량의 공기를 신속히 공급해주지 못하는 문제점과, 케이스를 비롯하여 하우징, 밸브체, 지지판 등의 구성요소 대부분이 금속재로서 형성되는 것이기 때문에 제품의 중량이 무거워질뿐만 아니라 금속재의 가공이 용이하지 않아 생산성이 하락하는 문제점이 발생하였다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 엔진의 운전상태에 따라 신속히 응답 동작하여 촉매정화기의 배기가스 입구측 배기파이프상에 설치된 2차공기 도입관으로 적정양의 2차공기가 공급되도록 하는 밸브를 구성하므로서, 차량의 운전상태에 따라 적정양의 공기가 촉매정화기로 공급되어 정화효율을 향상시키고, 배기가스의 배출량을 현저히 감소시키며, 플라스틱 재질 또는 내화학성 고무로서 사출제작할 수 있어 제작이 용이하고 가벼우며 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 2차공기 도입장치용 밸브에 관한 것이다.

Description

2차공기 도입장치용 밸브{Valve for secondary air induction device}

본 발명은 2차공기 도입장치용 밸브에 관한 것으로서, 특히 엔진의 운전상태에 따라 신속히 응답 동작하여 촉매정화기의 배기가스 입구측 배기파이프상에 설치된 2차공기 도입관으로 적정양의 2차공기가 공급되도록 하는 밸브에 관한 것이다.

엔진에서 연소되어 발생한 배기가스는 실린더 헤드에 접속된 배기매니폴드 및 그 배기매니폴드에 접속된 배기파이프를 통하여 대기로 방출되어 진다.

그런데 연소후 발생한 배기가스중에는 인체에 유해한 CO, HC, NOx 등의 각종 유해가스가 포함되어 있어 이를 그대로 대기로 방출하게되면 심각한 환경오염을 유발하고 호흡기 질환 및 각종 질병을 일으키는 원인이 된다.

이때문에 배기파이프의 도중에 촉매정화기의 설치를 의무화하여 이 촉매정화기 속을 배기가스가 통과하면서 배기가스 중의 유해성분인 CO, HC, NOx가 각기 무해한 CO₂, H₂O, N₂로 산화 환원되도록 정화시킨 후 배출토록 하고 있다.

배기가스 정화를 위한 촉매정화기는 유해성분을 정화하는 기능에 따라 산화촉매정화기와 삼원촉매정화기로 구분되는데 통상적으로 삼원촉매정화기가 많이 사용되고 있다.

삼원촉매정화기는 촉매작용을 하는 귀금속으로써 백금, 로듐, 파라듐을 사용하는 것으로 배기가스중의 CO, HC, NOx 등의 유해가스를 동시에 저감시키는 기능을하게된다.

그러나, 삼워촉매정화기를 이용하여 배기가스를 산화 환원시켜 정화하기 위해서는 엔진의 공연비(A/F)를 이론 공연비에 가깝게 운전해야만 원하는 정화성능을 가지게 된다.

그러나 일반적으로 운행중에 있는 다수의 차량들은 노후화 및 관리 정비의 부족으로 인해 공연비가 농후한 상태에서 운행되어지게 되므로써 정화기가 제 성능을 발휘하지 못하는 경우가 많다.

이와같이 공연비가 농후한 상태에서의 엔진의 연소는 공기부족으로 인한 불완전연소에 의해 다량의 CO, HC등의 유해가스가 방출되어지게 되는데 통상의 삼원촉매정화기에서는 배출가스의 성분 중 잔여 산소의 부족으로 촉매가 활성 온도에 도달하여도 산화작용이 이루어지지 않게되어 배기가스의 정화능력이 현저히 감소되어지게 되므로써 최근에는 촉매정화기에 배기가스가 유입되기 전에 외부로부터 공기를 도입하여 농후한 배기가스를 이론 공연비 수준으로 유지시키고자 하는 많은 장치들이 제공되고 있는 실정이며, 이와같이 2차공기를 도입해주는 장치는 기화기타입의 엔진에 적용되는 것임을 밝혀둔다.

도 7 은 외부로부터 공기를 도입하여 촉매정화기의 입구측에 공급해주는 2차공기 도입장치를 도시한 것으로서,

배기파이프(53)의 도중에 케이스(52)가 연결되고, 이 케이스(52)의 내부에 촉매(51)가 내장되어 있는 촉매정화기(50)의 배기가스 입구측 배기파이프(53) 상에 2차공기 도입관(54)이 설치되어 있고, 외부공기중의 이물질을 걸러낸 후 배출하는에어필터(55)의 배출단에 엔진의 운전상태(배기압의 높고 낮음)에 따라 개폐되어 공기를 2차공기 도입관(54)에 공급해주는 밸브(56)로 구성된 것이다.

이와같이 구성된 2차공기 도입장치는 엔진이 높은 RPM으로 구동하여 많은 양의 배기가스가 배출되면 그 배기압에 의해 밸브(56)가 개방되면서 많은 양의 공기가 도입되어 2차공기 도입관(54)을 통해 촉매정화기(50)로 공급되어 배기가스를 이론 공연비수준으로 유지시켜주는 것이다.

2차공기 도입장치의 성능은 밸브(56)가 엔진의 운전상태에 따라 얼마나 신속히 응답하여 적정양의 공기를 촉매정화기(50)로 공급하느냐에 달려있다고 해도 과언이 아니다.

도 8 과 도 9 는 종래의 밸브(56)를 도시한 것으로서,

케이스(60)의 중앙에 격벽(61)이 가로질러 형성되고, 이 격벽(61)의 중앙부분에 공기 통과공(63)이 형성된 하우징(62)이 결합되며, 통과공(63)에는 이물질 제거용 필터가 설치되어 있다.

그리고, 상기 하우징(62)의 일측에는 장방형의 흡입공(65)이 형성된 격판(64)이 설치되고, 격판(64)의 일측으로 역시 장방형으로 형성되어 상기 흡입공(65)을 선택적으로 개폐시키기 위한 금속재질의 밸브체(66)와 상기 밸브체(66)의 일측을 고정시키면서 타측이 자유회동될 수 있도록 하는 지지판(67)이 순서대로 겹쳐져 결합되어 있다.

이와같이 구성된 종래의 밸브(56)는 엔진에서 배출되는 배기압이 높아져 케이스(60) 내부에 부압이 작용할때, 이 부압에 의해 밸브체(66)의 자유단이 젖혀지면서 흡입공(65)이 개방되어져 에어필터(55)로부터 공급되는 공기가 2차공기 도입관(54)으로 공급되는 것이다.

그러나, 종래의 밸브는 엔진 운전상태에 따라 개폐되는 밸브체(66)가 얇은 금속재로서 도 9 와같이 장방형으로 길게 형성되어 있기 때문에 배기압의 변화에 대해 빠르게 응답하지 못하여 촉매정화기(50)로 적정량의 공기를 신속히 공급해주지 못하는 문제점이 발생하였다.

즉, 종래의 밸브체(66)가 얇은 금속재로서 장방형으로 길게 형성되므로, 배기압 발생시 그 배기압에 응답하여 젖혀지는 속도가 늦어지게되고, 이에의해 촉매정화기(50)로 제때에 적정량의 공기를 공급하지 못하게되어 촉매정화기(50)의 배기가스 정화효율을 감소시켜 대기상으로 배출되는 배기가스의 양이 많아지게되는 문제점이 발생하는 것이다.

또한, 종래의 밸브는 케이스를 비롯하여 하우징, 밸브체, 지지판 등의 구성요소 대부분이 금속재로서 형성되는 것이기 때문에 생산비용이 높고, 제품의 중량이 무거워질뿐만 아니라 금속재의 가공이 용이하지 않아 생산성이 하락하는 문제점 또한 발견되고 있다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 엔진의 운전상태에 따라 신속히 응답 동작하여 촉매정화기의 배기가스 입구측 배기파이프상에 설치된 2차공기 도입관으로 적정양의 2차공기가 공급되도록 하는 밸브를 구성하므로서, 차량의 운전상태에 따라 적정양의 공기가 촉매정화기로 공급되어 정화효율을 향상시키고, 배기가스의 배출량을 현저히 감소시키며, 플라스틱 재질 또는 내화학성 고무로서 사출제작할 수 있어 제작이 용이하고 가벼우며 값이 매우 저렴하면서 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 2차공기 도입장치용 밸브를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

촉매정화기의 배기가스 입구측 배기파이프에 2차공기 공급을 위해 형성되는 2차공기 도입관과;

상기 2차공기 도입관으로 공급하기위해 유입되는 공기에서 이물질을 걸러주는 에어필터를 포함하여 구성된 2차공기 도입장치에 있어서,

서로 결합되기 위한 플랜지가 외주면에 각각 형성되고, 일측에는 에어필터와 연통되는 유입구가 형성되고 타측에는 2차공기 도입관과 연통되는 배출구가 형성되어있는 케이스와;

상기 케이스의 플랜지에 끼워지기위한 결합부가 외주면상에 복수개소 형성되고, 그 몸체 중앙에는 제 1 조립공이 형성되고, 외주연부에는 공기 도입을 위한 다수의 유입홀이 방사상으로 형성되어있는 격벽부재와;

내화학성 고무재질이나 박판 플라스틱 재질로서 형성되어 상기 격벽부재의 일측에 밀착되고, 외주면상에는 코스모스 꽃잎 모양의 밸브판이 복수개 형성되어 상기 유입홀을 밀폐하며, 부압 발생시 젖혀지면서 유입홀을 개방시키는 밸브부재와;

밸브부재의 외측으로 부터 격벽부재에 결합되어 밸브부재의 중앙부분이 격벽부재에 밀착되도록 고정시켜주며, 외주연부에는 상기 유입홀과 같은 갯수의 유동홀이 형성되는 고정부재; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 격벽부재의 일측 중앙에는 결합돌기가 일정간격으로 돌출 형성되고, 밸브부재와 고정부재의 중앙부분에는 상기 결합돌기가 삽입되기 위한 제 1 및 제 2 결합홀이 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명의 밸브를 보인 분해 사시도.

도 2 는 본 발명의 밸브를 보인 단면도.

도 3 은 본 발명의 작동상태를 보인 확대 단면도.

도 4 는 본 발명에 적용된 밸브부재를 보인 정면도.

도 5 는 밸브부재를 보인 단면도.

도 6 은 본 발명에 적용되는 밸브부재의 다른 실시예를 보인 도면.

도 7 은 종래의 밸브가 적용된 2차공기 도입장치를 보인 도면.

도 8 은 종래의 밸브를 보인 단면도.

도 9 는 종래의 밸브에 적용된 밸브체를 보인 사시도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

50: 촉매정화기 55: 에어필터

1: 케이스 2: 격벽부재

3: 밸브부재 4: 고정부재

21: 유입홀 22,33,44: 조립공

23: 결합돌기 24: 결합부

32: 밸브판 42: 유동홀

이하 첨부된 도면 도 1 내지 도 6 을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 도면에 의하면, 본 발명은 크게 케이스(1a,1b), 격벽부재(2), 밸브부재(3), 고정부재(4)로 대별 구성된다.

상기 케이스(1a,1b)는 본 발명 밸브의 전체적인 외형을 이루는 것으로서, 2개로 나누어진 몸체(1a)(1b)가 서로 결합되어 하나의 외형을 이루는데, 각각의 케이스(1a)(1b) 외주면상에는 서로 결합되기 위한 플랜지(11)가 각각 형성되고, 일측 케이스(1a)에는 에어필터(55)와 연결되기 위한 유입구(12)가 형성되고, 타측 케이스(1b)에는 2차공기 도입관(54)과 연결되기 위한 배출구(13)가 형성된다.

이 케이스(1a)(1b)는 플라스틱 재로서 사출 제작이 가능하다.

상기 격벽부재(2)는 서로 결합되는 케이스(1a,1b) 사이에 설치되어 케이스(1a,1b)의 내부를 양분하는 것으로서, 이 격벽부재(2)의 외주면에는 상기 플랜지(11) 사이에 끼워져 볼트로서 결합되기 위한 결합부(24)가 형성되어 있고, 이 결합부(24)에는 볼트가 삽입되기 위한 결합공(25)이 형성되어 있다.

격벽부재(2)의 중앙에는 제 1 조립공(22)이 형성되어 있으며, 외주연부에는다량의 공기 도입을 위한 다수의 유입홀(21)이 방사상으로 형성되어 있다.

상기 밸브부재(3)는 격벽부재(2)의 일측, 다시말하면 공기 배출구 측에 밀착되어 유입홀(21)을 선택적으로 개방하는 것으로서, 도 4 와 도 5 에 도시된 바와같이 중앙부분이 약간 도톰하게 형성되고 외주연으로는 코스모스 꽃잎 모양으로 형성된 다수의 밸브판(32)이 형성되고, 중앙에는 제 1 조립공(22)과 연통되기 위한 제 2 조립공(33)이 형성되며, 상기 제 2 조립공(33)을 중심으로 양측에 상기 격벽부재(2)의 결합돌기(23)가 삽입되기 위한 제 1 결합홀(31)이 형성되어 있다.

밸브부재(3)는 내화학성 고무재 또는 박판 플라스틱재질로서 형성하여 밸브판(32)의 젖혀짐 동작이 빠르게 이루어질 수 있도록 하였으며, 밸브판(32)의 형성 갯수는 유입홀(21)의 형성갯수와 동일하다.

고정부재(4)는 밸브부재(3)가 격벽부재(2)에 밀착되도록 고정시켜주는 것으로서, 중앙에는 제 1 및 제 2 조립공(22)(33)과 연통되기 위한 제 3 조립공(44)이 형성되고, 이 제 3 조립공(44)의 양측으로는 결합돌기(23)가 삽입되기 위한 제 2 결합홀(41)이 형성되어 있다.

그리고, 고정부재(4)의 외주연에는 격벽부재(2)에 형성된 유입홀(21)과 동일한 갯수의 유동홀(42)이 형성되며, 상기 유동홀(42)이 형성된 부분은 밸브부재(3)의 밸브판(32)과의 거리가 조금씩 멀어지도록 하기위해 일정각도 경사진 경사면(43)이 형성되어 있다.

상기 경사면(43)을 형성함에 따라 밸브판(32)의 작동공간이 확보됨과 동시에 밸브판(32)이 과도하게 젖혀지지 않도록 제한하는 스톱퍼의 역할을 대신하기도 한다.

상기 격벽부재(2)는 모두 플라스틱 재질로 형성하여 사출제작이 가능하며, 고정부재(4)는 내화학성 고무판이나 박판 플라스틱재질로서 형성하여 프레스 가공에 의한 다량 생산이 용이할 뿐만 아니라 무게 또한 가벼운 장점을 갖고 있다.

상기 격벽부재(2)와 일측 케이스(1a)의 사이에는 흡입공기중에 포함되어 있는 이물질을 걸러주기 위한 필터(5)가 장착되며, 상기 격벽부재(2), 밸브부재(3), 고정부재(4)의 중앙에 각각 형성된 조립공(22,33,44)으로 볼트(6)를 삽입하고, 격벽부재(2)의 타측으로 너트(7)를 결합하여 상기 구성물들을 고정 결합한다.

한편, 도 6 은 본 발명에 적용된 밸브부재(3)의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 이 밸브부재(3)의 다른 실시예는 강한 플라스틱 재질로 형성하며, 이 또한 중앙에 제 3 조립공(33a)이 형성되고, 제 3 조립공(33a)의 양측으로 결합돌기(23)가 삽입되기 위한 제 1 결합홀(31a)이 각각 형성되며, 외주연부에는 역시 코스모스 꽃잎 모양의 밸브판(32a)이 형성되어 있다.

단지, 상기 밸브판(32a)의 형성길이가 도 3 에 도시된 밸브의 밸브판(32) 보다 약간 길게 형성되어 있는데, 그 이유는 재질을 내화학성 고무재질이나 박판 플라스틱 재질로 형성하기 때문에 어느정도 길게 형성하여야 밸브판(32a)이 배기압에 의해 젖혀지면서 유입홀(21)을 개폐시킬 수 있기 때문이며, 이러한 다른 실시예의 밸브판(32a)은 폐쇄속도가 빠른 장점을 갖고있어 폭발력이 강한 엔진에 적용하는 것이 바람직하다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 밸브는 종래와 마찬가지로 에어필터(55)와 2차공기 도입관(54)의 사이에 설치한다.

밸브가 설치된 상태에서 엔진이 과부하상태 또는 고RPM으로 구동하게 되면, 배기파이프를 통과하는 배기가스의 압력차가 줄어들게되고, 그만큼 케이스(1a,1b)에 가해지는 부압이 낮아지게되나, 이때 본 발명에서는 내화학성 고무재질 또는 박판 플라스틱재질로 형성된 밸브판(32)이 낮은 부압에서도 보다 정확하고 신속하게 개폐되어 다수의 유입홀(21)을 통과한 적정량의 공기가 배출구(13)를 통해 2차공기 고입관(54)으로 배출되어 촉매정화기(50)에 공급된다.

즉, 종래에는 밸브체가 금속으로 형성되어 있기 때문에 엔진이 고RPM으로 구동할때 약해지는 부압에 의해 거의 동작하지 않게되는 문제점이 있는데 반해 본 발명에서는 내화학성 고무재질 또는 박판 플라스틱재질로 형성된 밸브판(32)에 의해 낮은 부압에서도 정확히 개폐되어 공기를 촉매정화기(50)에 공급할 수 있게 되는 것이다.

한편, 엔진이 저 RPM으로 구동하게되면, 배기파이프를 통과하는 배기가스의 압력차가 커지고 그만큼 케이스(1a)(1b)에 가해지는 부압이 커져 밸브판(32)이 도 3 과같이 강하게 젖혀지게 된다.

이때, 밸브판(32)은 고정부재(4)의 경사면(43)에 맞대어질때 까지만 젖혀져 과도하게 젖혀지는 것이 방지되며, 밸브판(32)이 젖혀지면서 다수의 유입홀(21)을 통과한 많은 양의 공기가 배출구(13)를 통해 2차공기 도입관(54)으로 배출되어 촉매정화기(50)에 공급된다.

따라서, 엔진에서 배출된 공연비가 농후한 다량의 배기가스가 촉매정화기(50)에 공급되더라도 상기 2차공기 도입관(54)을 통해 공급되는 다량의 2차공기에 의해 이론 공연비 운전시의 배기가스 상태와 동일해지므로 촉매정화기(50)의 정화효율이 최적의 상태로 유지되는 것이다.

상기 동작에 있어서 밸브판(32)이 내화학성 고무 재질로 형성되므로 케이스(1a)(1b)에 가해지는 부압 변화에 신속히 대응하여 개폐되므로 그만큼 밸브의 응답속도가 빨라져 촉매정화기(50)로 적기에 적정량의 2차공기를 공급할 수 있게되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 엔진의 운전상태에 따라 신속히 응답 동작하여 촉매정화기의 배기가스 입구측 배기파이프상에 설치된 2차공기 도입관으로 적정양의 2차공기가 공급되도록 하는 밸브를 구성하므로서, 차량의 운전상태에 따라 적정양의 공기가 촉매정화기로 공급되어 정화효율을 향상시키고, 배기가스의 배출량을 현저히 감소시키며, 또한, 밸브를 전체적으로 플라스틱 또는 내화학성 고무로서 형성하므로서, 밸브를 사출제작할 수 있어 제작이 용이하고 가벼우며 생산성을 향상시킬 수 있고, 밸브의 응답속도가 월등히 빨라져 엔진 운전상태 변화에 신속히 대응하여 동작하도록 한 2차공기 도입장치용 밸브를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims

촉매정화기의 배기가스 입구측 배기파이프에 2차공기 공급을 위해 형성되는 2차공기 도입관과;

상기 2차공기 도입관으로 공급하기위해 유입되는 공기에서 이물질을 걸러주는 에어필터를 포함하여 구성된 2차공기 도입장치에 있어서,

서로 결합되기 위한 플랜지(11)가 외주면에 각각 형성되고, 일측에는 에어필터와 연통되는 유입구(12)가 형성되고 타측에는 2차공기 도입관과 연통되는 배출구(13)가 형성되어있는 케이스(1a,1b)와;

상기 케이스(1a,1b)의 플랜지(11)에 끼워지기 위한 결합부(24)가 외주면상에 복수개소 형성되고, 그 몸체 중앙에는 제 1 조립공(22)이 형성되고, 외주연부에는 공기 도입을 위한 다수의 유입홀(21)이 방사상으로 형성되어있는 격벽부재(2)와;

내화학성 고무재 또는 박판 플라스틱 재질로서 형성되어 상기 격벽부재(2)의 일측에 밀착되고, 외주면상에는 코스모스 꽃잎 모양의 밸브판(32)이 복수개 형성되어 상기 유입홀(21)을 밀폐하며, 부압 발생시 젖혀지면서 유입홀(21)을 개방시키는 밸브부재(3)와;

밸브부재(3)의 외측으로 부터 격벽부재(2)에 결합되어 밸브부재(3)의 중앙부분이 격벽부재(2)에 밀착되도록 고정시켜주며, 외주연부에는 상기 유입홀(21)과 같은 갯수의 유동홀(42)이 형성되는 고정부재(4)와;

상기 격벽부재(2)와 일측 케이스(1a)의 사이에 형성되는 필터(5);로 구성된것을 특징으로 하는 2차공기 도입장치용 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 격벽부재(2)의 일측 중앙에는 결합돌기(23)가 일정간격으로 돌출 형성되고, 밸브부재(3)와 고정부재(4)의 중앙부분에는 상기 결합돌기(23)가 삽입되기 위한 제 1 및 제 2 결합홀(31)(41)이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 2차공기 도입장치용 밸브.
제 1 항에 있어서,

상기 고정부재(4)의 외주연부는 밸브판(32)의 작동공간을 확보할 수 있도록 하기위해 밸브부재(3)의 밸브판(32)과의 거리가 조금씩 멀어지도록 일정각도 경사진 경사면(43)을 형성한 것을 특징으로 하는 2차공기 도입장치용 밸브.