KR100482883B1 - 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 성능과 밀접한 관계가 있는 흡기공기량의 체적효율을 향상시키기 위해 엔진의 회전수 변화에 따라 흡기 통로가 최적화되도록 하기 위한 가변 흡기 시스템에 장착되는 개폐 밸브의 축방향을 흡기 매니폴드의 유로와 나란하게 형성한 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조에 관한 것으로,

서지탱크와 흡기포트 간을 잇는 런너의 하측으로 엔진이 고속영역일 때 흡입공기의 유로가 단축되도록 하는 챔버와 연결관이 형성되고, 흡입공기의 유로를 제어하기 위한 밸브가 상기 연결관의 도중에 형성되는 흡기 매니폴드의 가변 흡기 제어 시스템에 있어서,

상기한 밸브를 개폐하기 위한 회전축이 상기 런너의 유로방향과 평행방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조{Valve mounting apparatus for variable induction system}

본 발명은 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 성능과 밀접한 관계가 있는 흡기공기량의 체적효율을 향상시키기 위해 엔진의 회전수 변화에 따라 흡기 통로가 최적화되도록 하기 위한 가변 흡기 시스템에 장착되는 개폐 밸브의 축방향을 흡기 매니폴드의 유로와 나란하게 형성한 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조에 관한 것이다.

흡기 매니폴드는 스로틀 바디로부터 흡입된 공기를 연소실로 유도하기 위기 위한 관으로, 2실린더 이상의 다실린더 엔진에서 각각의 연소실로 혼합기가 균일하게 분배되도록 하는 역할을 한다.

그런데 흡기 매니폴드로 공기가 통과되는 런너의 길이에 따라서 엔진의 효율이 달라지게 되는데, 엔진이 중저속 영역에서 운전되는 경우에는 런너의 길이가 긴 것이 유리하고, 엔진이 고속 영역에서 운전되는 경우에는 런너의 길이가 짧게 형성되는 것이 유리하다.

이에 대한 대안으로 엔진의 운전 영역에 따라서 흡기관의 길이와 단면적이 최적화될 수 있도록 런너의 길이와 단면적이 변화되는 가변 흡기 제어 시스템(VIS, Variable Induction System)이 개발되어 엔진에 적용되고 있다.

상기한 가변 흡기 제어 시스템(VIS)은 도 6과 도 7에서와 같이, 흡기 매니폴드(10)의 런너(11) 하측으로 서지탱크 역할을 하는 챔버(14)가 형성되고, 상기 챔버(14)와 런너(11)의 절곡면 하측이 연결관(15)으로써 연결된다. 상기 챔버(14)는 스로틀 밸브를 통과한 공기가 서지탱크(12) 측으로 유입되기 전에 상기 챔버(14) 측으로 먼저 유입될 수 있도록 흡기 매니폴드의 흡기 유입구(13) 측에 연결된다. 그리고 상기한 연결관(15)의 도중에는 엔진의 운전영역에 따라서 흡입공기가 통과하는 런너의 길이를 제어하기 위한 밸브(20)가 형성된다. 상기 밸브(20)는 엔진이 중저속 영역에서 운전되는 경우에는 닫힌 상태가 되고, 엔진이 고속영역에서 운전되는 경우에는 개방되도록 설정된다.

그리고 상기한 밸브(20)는 각 런너에 형성되는 다수의 밸브가 동시에 개폐될 수 있도록 하나의 회전축(21)에 연결되는데, 상기 회전축(21)은 흡기 매니폴드(10)의 가로방향(즉, 런너의 유로와는 수직인 방향)으로 장착된다.

그런데 상기와 같이 밸브(20)의 개폐를 단속하기 위한 회전축(21)이 흡기 매니폴드(10)의 가로방향으로 형성되기 때문에 상기 회전축(21)의 장착위치는 연결관(15)의 내측으로 소정구간 떨어진 곳에 위치될 수 밖에 없게 된다. 따라서 상기한 연결관(15)과 밸브(20)의 장착위치 사이에는 소정 공간의 영역(도면상 빗금친 영역)이 생성되는데, 이를 데드 볼륨(Dead volune)이라 한다. 이러한 데드 볼륨()때문에 기대하지 않는 RPM(엔진회전수)대에서 엔진의 성능이 저하되는 현상이 초래된다. 따라서 가변 흡기 제어 시스템에서는 데드 볼륨을 삭제하는 방안이 연구되고 있는 실정이다.

이러한 데드 볼륨을 삭제하기 위해 도 8에서와 같이, 밸브(20)가 런너(11)의 곡면형상에 따라서 제작되고, 상기 런너(11)를 개폐시키기 위한 회전축(21)이 밸브의 중앙이 아닌 밸브(20)의 일측면에 위치되도록 하는 기술이 제안되고 있다. 하지만 이러한 기술의 경우에는 엔진의 중고속 영역에서 밸브에 진동이 발생되는 문제를 갖게 되고, 이러한 진동에 의해서 밸브 및 샤프트가 파손될 우려때문에 실제의 엔진에는 적용되지 않고 있는 실정이다.

상기한 밸브의 진동 원인은 흡기 공기의 유동이 파동형태를 갖고 있어 흡기파동이 밸브면을 자극하게 되면, 밸브의 힘의 균형이 밸브를 중심으로 비대칭이기 때문에 밸브의 떨림이 생기는 것이다. 그래서 가변 흡기 제어 시스템에 적용되는 밸브는 그 회전축이 밸브의 중심을 지나도록 설계되어야만 하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 성능과 밀접한 관계가 있는 흡기공기량의 체적효율을 향상시키기 위해 엔진의 회전수 변화에 따라 흡기 통로가 최적화되도록 하기 위한 가변 흡기 시스템에 장착되는 개폐 밸브의 축방향을 흡기 매니폴드의 유로와 나란하게 형성한 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

서지탱크와 흡기포트 간을 잇는 런너의 하측으로 엔진이 고속영역일 때 흡입공기의 유로가 단축되도록 하는 챔버와 연결관이 형성되고, 흡입공기의 유로를 제어하기 위한 밸브가 상기 연결관의 도중에 형성되는 흡기 매니폴드의 가변 흡기 제어 시스템에 있어서,

상기한 밸브를 개폐하기 위한 회전축이 상기 런너의 유로방향과 평행방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 밸브가 장착된 가변 흡기 제어 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 의한 밸브가 장착된 가변 흡기 제어 시스템의 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 밸브의 작동을 의한 구성도이고, 도 4는 본 발명에 의한 밸브의 작동상태도이고, 도 5는 본 기술과 종래 기술에 의한 흡기 매니폴드의 성능 시험 그래프이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 밸브를 지시하는 1것이고, 흡기 매니폴드(10)와 관련된 일부의 도면부호는 설명의 편의상 종래기술의 설명에서 사용된 부호가 그대로 인용된다.

상기한 흡기 매니폴드(10)는 런너(11)와 서지탱크(12)가 일체로 형성되는 것으로, 상기 서지탱크(12)와 엔진의 흡기 포트 간에는 런너(11)의 길이에 의한 혼합기의 유로가 마련된다.

최근에 실제의 엔진에 적용되고 있는 가변 흡기 제어 시스템(VIS))을 위해, 상기한 런너(11)의 하측에는 흡기 유입구(13)를 통해 유입된 혼합기가 상기한 서지탱크(12)로 유입되기 전에 혼합기의 유입되도록 하기 위한 챔버(14)가 형성된다. 한편, 상기한 챔퍼(14)의 일측과 런너(11)의 하측면은 연결관(15)으로써 연결되는데, 이는 종래기술의 설명에서도 언급하였듯이 엔진이 고속영역에서 운전되는 경우에 흡입공기의 유입경로가 짧아지도록 하기 위해서이다.

그리고 상기한 런너(11)와 연결관(15)이 합류되는 위치에는 엔진의 고속영역에서 개방되어 상기한 챔버(14)로 유입된 혼합기가 연결관(15)을 통해 런너(11)로 유입되어 보다 짧은 유로를 통해 각각의 연소실로 공급되도록 하기 위한 밸브(30)가 장착된다.

그런데 상기한 밸브(30)는 종래기술의 경우와는 달리 밸브(30)를 가동하기 위한 회전축(31)이 런너(11)의 유로와 평행한 방향으로 형성된다. 이는 밸브(30)의 장착위치를 런너(11)와 연결관(14)이 합류되는 지점에 최대한 가깝게 하되, 종래기술의 설명에서 언급된 회전축의 위치를 밸브의 일측면으로 함으로서 밸브에 진동이 발생되는 현상은 방지되도록 하기 위해서이다.

각각의 밸브(30)에 마련된 회전축(31)의 일단에는 피니언 기어(32)가 형성되고, 상기 피니언 기어(32)들은 구동모터(40)에 의해서 작동되는 랙 기어(42)에 맞물리게 된다. 상기한 밸브(30)의 회전축(31)을 작동시키기 위한 수단은 본 발명의 실시예에서 구동모터(40)를 사용하는 것으로 설명되었으나, 회전축(32)을 작동시키기 위한 수단이 구동모터만으로 한정되지는 않음을 밝혀둔다. 즉, 상기한 밸브(30)의 구동방식은 실시예와 같이 구동모터(40)로도 가능하고, 현재 많은 엔진에 적용되고 있는 방법으로 흡기 부압을 저장해두었다가 구동력으로 쓰는 진공식 구동방식이 이용될 수 있는 것이다.

그리고 상기한 상기한 밸브(30)의 형상은 런너(11)와 연결관(15)이 합류되는 위치의 단면형상에 따라 원형 혹은 다각형상으로 결정된다.

참고로, 본 발명은 상기한 런너(11)가 엔진의 상측으로 유로를 단축하거나 엔진의 하측으로 유로를 단축하는 것에 상관없이 적용될 수 있는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되어 중저속 영역에서 운전되면 흡기의 원래 유로가 되는 서지탱크(12)와 런너(11)를 통해서 스로틀 바디 측에서 유입된 흡입공기는 흡기 포트 측으로 유도하게 된다.

한편, 엔진이 고속 영역에서 운전되는 경우에는 전자제어장치의 제어에 의해서 상기한 구동모터(40)에 전류가 인가되어 랙 기어(42)를 일정구간 이동시키게 된다. 그러면 상기한 랙 기어(42)와 이가 맞물린 피니언 기어(32)가 회전되면서 밸브(30)의 회전축(31)이 회전된다. 따라서 상기한 밸브(30)는 닫힘 상태가 되고, 챔버(14) 내로 유입된 공기는 연결관(15)과 런너(11)를 통해서 흡기 포트로 유입되므로서 엔진이 고속 영역에서 운전되는데 필요한 혼합기를 최적의 상태로 공급하게 된다.

이 때, 상기한 밸브(30)는 런너(11)의 데드 볼륨이 최소화된 상태이고, 흡기의 유로와 평행한 방향으로 장착된 상태가 되어, 밸브의 개폐에 따른 유로에 대한 흡기의 저항이 최소화된 상태가 된다.

그리고 도 5는 본 발명에 의해 런너(11)의 데드 볼륨을 최소화한 상태와 종래기술에 의해서 밸브가 장착된 상태를 비교시험한 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 그래프에 표시되는 바와 같이 런너(11)의 데드 볼륨을 줄이게 되면 엔진의 회전수가 2000 ~ 3000 RPM 대에서 엔진의 토오크가 증가되므로서 엔진의 성능이 향상된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 엔진의 운전영역에 따라 흡기 매니폴드()에 마련되는 런너의 유로를 제어하는 밸브에 의한 데드 볼륨이 삭제되므로서 엔진의 중저속 영역에서 출력이 크게 향상되는 커다란 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 밸브가 장착된 가변 흡기 제어 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 밸브가 장착된 가변 흡기 제어 시스템의 측단면도.

도 3은 본 발명에 의한 밸브의 작동을 의한 구성도.

도 4는 본 발명에 의한 밸브의 작동상태도.

도 5는 본 발명에 의한 흡기 매니폴드의 성능 시험 그래프.

도 6 내지 도 8은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 흡기 매니폴드 11 : 런너

12 : 서지탱크 13 : 공기 흡입구

14 : 챔버 15 : 연결관

30 : 밸브 31 : 회전축

32 : 피니언 기어 40 : 구동 모터

42 : 랙 기어

Claims (3)

1. 서지탱크와 흡기포트 간을 잇는 런너의 하측으로 엔진이 고속영역일 때 흡입공기의 유로가 단축되도록 하는 챔버와 연결관이 형성되고, 흡입공기의 유로를 제어하기 위한 밸브가 상기 연결관의 도중에 형성되는 흡기 매니폴드의 가변 흡기 제어 시스템에 있어서,

   상기한 밸브(30)를 개폐하기 위한 회전축(31)이 상기 런너(11)의 유로방향과 평행방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 회전축(31)의 일측 단에는 피니언 기어(32)가 형성되고, 상기 피니언 기어(32)는 구동 모터(40)에 의해 작동되는 랙 기어(42)에 맞물려 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 밸브(30)의 형상은 상기한 런너(11)와 연결관(15)이 합류되는 위치의 단면형상에 따라 원형이나 다각형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 흡기 제어 시스템의 밸브 장착구조.