KR100748755B1

KR100748755B1 - 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조

Info

Publication number: KR100748755B1
Application number: KR1020050105900A
Authority: KR
Inventors: 봉하동
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-08-13
Also published as: KR20070048868A

Abstract

본 발명은 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 관한 것으로서, 밸브의 개방시 공기 유동방향의 저항을 최소화하여 저중속 성능을 향상하기 위하여 유동 방향의 둥근 면적을 평면으로 형성하면서 전체 단면 형상을 상하부 비대칭인 4각 형태로 형성하고, 서지탱크로의 공기 누설을 방지하기 위하여 각 누설 부위에 러버 재질의 실링부로 실링 처리하며, 특히 자체 강성을 확보하여 내구성을 증대시키기 위하여 밸브 회전판의 상부 및 하부를 연결하는 강성 보강용 리브를 적용한 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 관한 것이다.

자동차, 흡기 매니폴드, 밸브, 회전판, 리브

Description

자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조{Valve structure of intake manifold for automobile}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조를 나타내는 전체적인 구성도,

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 있어서, 개폐시 작동상태를 나타내는 작동도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조를 나타내는 사시도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 있어서, 개폐시 작동상태를 나타내는 단면도,

도 5a 내지 도 5c는 종래의 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 흡기 매니폴드 11 : 런너

12 : 서지탱크 13 : 흡기 유입구

14 : 챔버 15 : 연결관

16 : 밸브 장착공간 17 : 개폐구

20 : 밸브 21 : 회전 지지대

22 : 고정구 22a : 실링부

23a,23b : 회전판 24 : 리브

본 발명은 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래 대비, 밸브의 형상을 달리 형성하여 공기 유동 저항을 줄이며, 뱅크 간에 안정적인 실링성이 확보되도록 하는 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 관한 것이다.

일반적으로, 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 5a 내지 5c에서와 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 매니폴드(10)의 흡기 유입구(13) 측에 연결된다.

그리고, 상기한 연결관(15)의 도중에는 엔진의 운전영역에 따라서 흡입공기가 통과하는 런너(11)의 길이를 제어하기 위한 밸브(100)가 형성된다.

상기 밸브(100)는 엔진이 중저속 영역에서 운전되는 경우에는 닫힌상태가 되고, 엔진이 고속영역에서 운전되는 경우에는 개방되도록 설정된다.

그리고, 상기 밸브(100)는 하나의 회전축(110)에 연결되는데, 상기 회전축(110)은 흡기 매니폴드(10)의 가로방향(즉, 런너의 유로와는 수직인 방향)으로 장착된다.

그런데 상기와 같이 밸브(100)의 개폐를 단속하기 위한 회전축(110)이 개폐부의 중간에 위치하고 있기 때문에 유동 저항의 원인이 되고 있는 문제점을 갖고 있다.

이를 해결하기 위해 도 5b에 도시된 바와 같이, 밸브(200)가 열릴 경우, 유동 저항을 최소화할 수 있는 힌지 형태의 밸브(200)를 생각할 수 있으나, 이러한 구조는 서지탱크(12)에서 발생하는 진동에 의해 밸브(200)가 이를 견디지 못하고 파단되는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 유동저항을 최소화하면서 발생하는 진동에 의한 파단을 견딜 수 있는 밸브(300)가 개시되어 있는 바, 도 5c에 도시된 바와 같이, 내부가 빈 원형의 실린더 형상으로서, 그 외벽면이 장공의 슬롯홀(310) 형상으로 천공되어 있으며, 상기 슬롯홀(310)에는 일정 간격을 두고 소정 두께의 브리지(bridge)(320)가 형성되어 있어 천공된 슬롯홀(310)의 강성 저하를 방지할 수 있으면서 밸브(300)의 강성을 확보할 수 있도록 되어 있다.

이러한 구조로 이루어진 밸브(300)의 일측에는 구동모터 또는 구동 액추에이터(400)가 장착되어 있으며, 이 구동모터 또는 구동 액추에이터(400)를 통해 밸브(300)가 제한적으로 회전 가능하도록 되어 있다.

그런데, 이와 같이 단면이 원형인 밸브(300)는 실린더형 공간 내에서 밸브(300)가 회전해야 하므로 이를 지지해주는 양측의 지지부에 간극(Clearance)이 필요한 바, 이를 통해 서지탱크(12)로 공기의 누설이 발생하여 저중속 영역에서 성능이 저하되는 문제점이 생긴다.

또한, 상기 공기 누설에 의해 진동이 뱅크(bank)간 간섭을 일으켜 중속(3000RPM)영역에서 토오크의 저하가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 상기 공기의 누설을 방지하기 위해 밸브(300)의 크기를 크게 할 경우, 밸브(300)의 오픈시 공기의 유동 저항이 커져 저중속 및 고속 영역에서 전부하 성능이 저하되고, 밸브(300)의 크기를 작게 할 경우, 상부와 하부의 맥동파 간섭이 작아져 고속 영역에서의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 밸브의 개방시 공기 유동방향의 저항을 최소화하여 저중속 성능을 향상하기 위하여 유동 방향의 둥근 면적을 평면으로 형성하면서 전체 단면 형상을 상하부 비대칭인 4각 형태로 형성하고, 서지탱크로의 공기 누설을 방지하기 위하여 각 누설 부위에 러버 재질의 실링부로 실링 처리하며, 특히 자체 강성을 확보하여 내구성을 증대시키기 위하여 밸브 회전판의 상부 및 하부를 연결하는 강성 보강용 리브를 적용한 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 개폐구를 선택적으로 개폐하여 혼합기의 유로를 변환시키도록 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 작동하며, 런너와 연결관이 합류되는 위치에 형성된 밸브 장착공간에 장착되는 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 있어서,

상기 밸브 장착공간의 양측에 고정되어 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 구동이 가능하도록 설치된 회전 지지대와;

상기 회전 지지대와 연결되면서 상기 개폐구를 개폐하는 회전판과 일체 고정되는 고정구와;

상변 및 하변이 서로 평행한 일직선으로 형성되고, 그 좌우 측변은 내벽과 면접촉하는 라운드 형태로 형성된 한 쌍의 회전판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조를 나타내는 전체적인 구성도이고, 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 있어서, 개폐시 작동상태를 나타내는 작동도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조를 나타내는 사시도이다.

또한, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 있어서, 개폐시 작동상태를 나타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 밸브를 지시하는 것이고, 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 포트간에는 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 혼합기로 유입되도록 하기 위한 챔버(14)가 형성된다.

한편, 상기한 챔버(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.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 개폐구를 선택적으로 개폐하여 혼합기의 유로를 변환시키도록 구동모터 또는 구동 액추에이터(미도시)에 의해 회전 작동하는 밸브(20)는 런너(11)와 챔버(14)가 합류되는 연결관(15) 위치에 형성된 밸브 장착공간(16)에 장착된다.

상기 밸브 장착공간(16)은 일반적으로 그 수직 단면 형상이 원형으로 형성되며, 그 런너(11) 방향쪽 위치에 개폐구(17)가 형성되어 있는 바, 상기 밸브(20)는 이와 유사한 형태의 회전작동 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 밸브(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 장착공간(16)의 양측에 고정되어 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 구동이 가능하도록 회전 지지대(21)가 설치되고, 이 회전 지지대(21)와 연결되면서 상기 개폐구(17)를 개폐하는 회전판(23a,23b)과 일체 고정되는 고정구(22)가 형성되어 있다.

이때, 상기 고정구(22)의 원형 둘레면에는 그 둘레면을 따라 홈이 형성되어 있으며, 이 홈에는 혼합기의 누설을 방지하는 러버 재질로 이루어진 실링부(22a)가 구비되어 있다.

여기서, 밸브 차단시 또는 밸브 개방시 회전판(23a),(23b)이 위치되는 구간의 경우에는 도 4a 및 4b에서 볼 수 있는 바와 같은 "A"부위 또는 "B"부위와 같이 면접촉에 의한 실링이 이루어지게 되므로, 공기 누설이 방지될 수 있으며, 회전판(23a),(23b)이 위치되지 않은 구간, 즉 고정구(22)가 위치되는 구간의 경우에는 이 고정구(22)에 구비되는 실링부(22a)에 의해 공기 누설이 방지될 수 있게 된다.

한편, 상기 고정구(22)는 밸브(20)의 중간 부위에도 장착되어 상기 회전판(23a,23b)의 지지성을 향상시켜주며, 이 또한 그 둘레면에 실링부(22a)가 구비되어 있어 공기 누설을 방지하게 되므로 저중속 영역에서의 성능이 향상된다.

상기 회전판(23a,23b)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상변 및 하변이 서로 평행한 일직선으로 형성되고, 그 좌우 측변은 밸브(20) 회전시 상기 수직 단면 형상이 원형인 밸브 장착공간(16)의 내벽에 간섭되지 않고 면접촉하면서 원활하게 회전 가능하도록 그 내벽과 동일한 라운드 형태로 형성되어 있다.

이와 같이, 상기 회전판(23a,23b)의 상변이 평면을 이룰 경우, 혼합기의 유동 저항을 최소화할 수 있게 된다.

이때, 상기 밸브 장착공간(16)의 내벽의 폭은 비대칭으로 형성되어 있는 바, 밸브(20)의 차단시 폭이 긴쪽에 형성되는 회전판(23a)은 그 접촉 내벽의 폭과 동일한 크기로 형성되어 밸브(20)의 상부가 되고, 폭이 짧은쪽에 형성되는 회전판(23b)은 그 접촉 내벽의 폭과 동일한 크기로 형성되어 밸브(20)의 하부가 되는 것이 바람직하다.

이는 상기 밸브 장착공간(16)의 개폐구(17)를 밸브(20)를 통해 차단시에 폭 이 긴 회전판(23a), 즉 상부 회전판으로 차단할 경우, 완벽하게 차단하기 때문이다.

반대로, 상기 폭이 짧은 회전판(23b), 즉 하부 회전판으로 차단할 경우, 그 개폐구(17)를 완전하게 차단하지 못하는 문제가 발생하게 된다.

또한, 상기 하부 회전판(23b)을 접촉 내벽의 폭보다 크게 형성할 경우, 밸브(20) 개방시 그 런너(11) 입구에서 유동 저항이 발생하게 됨을 알 수 있다.

따라서, 상기 밸브 장착공간(16)의 내벽의 폭과 동일한 크기로 회전판(23a,23b)이 형성되고, 내벽의 폭이 상대적으로 긴쪽의 회전판(23a)이 상부가 되는 것이 바람직하다.

특히, 상기 밸브(20)의 차단시 상부 회전판(23a)의 일측이 그와 대응하는 타측의 내벽 상단과 면접촉하게 되어 상기 밸브(20)가 더 이상 회전하지 못하도록 하는 스톱퍼 기능을 하게 된다.

한편, 자체 강성을 확보하여 내구성을 증대시키기 위하여 밸브(20)의 상하부 회전판(23a,23b)을 서로 연결하는 강성 보강용 리브(24)가 일정 간격을 두고 수직 형성되어 있는 바, 이는 서지탱크(12)에서 발생하는 진동에 의한 손상을 방지하기 위한 것이 주요 목적으로서, 밸브(20) 개방시 공기 유동 저항에 영향을 받지 않는 두께로 형성되어 있는 바, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 2.5 ~ 3.5mm로 설정되어 있다.

이러한 리브(24)는 재질에 따라 그 두께를 얇게 하면서 더 큰 강도를 확보할 수 있도록 함으로써, NVH 및 전부하 성능에 유리하다.

한편, 가변 흡기 제어시스템에서 사용하는 본 발명에 따른 밸브구조에 있어서, 서지탱크에 장착되는 밸브는 공명형 밸브로 사용 가능하며, 특히 런너에 장착되는 밸브는 4각 형태로 개폐 기구로 사용 가능한 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 의하면, 밸브의 유동 저항을 최소화하여 저중속 성능이 향상되고, 밸브의 일정한 부위에 공기 누설을 방지하는 실링부를 두어 안정적인 실링 성능을 확보할 수 있으며, 밸브에 강성 보강용 리브를 두어 내구성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

삭제
개폐구를 선택적으로 개폐하여 혼합기의 유로를 변환시키도록 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 작동하며, 런너와 연결관이 합류되는 위치에 형성된 밸브 장착공간에 장착되되, 상기 밸브 장착공간의 양측에 고정되어 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 구동이 가능하도록 설치된 회전 지지대와, 상기 회전 지지대와 연결되면서 상기 개폐구를 개폐하는 회전판과 일체 고정되는 고정구와, 상변 및 하변이 서로 평행한 일직선으로 형성되고, 그 좌우 측변은 내벽과 면접촉하는 라운드 형태로 형성된 한 쌍의 회전판을 포함하여 구성된 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 있어서,

상기 고정구에는 그 둘레면에 홈이 형성되고, 그 홈을 따라 실링 처리되는 실링부가 구비된 것을 특징으로 하는 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조.
삭제
개폐구를 선택적으로 개폐하여 혼합기의 유로를 변환시키도록 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 작동하며, 런너와 연결관이 합류되는 위치에 형성된 밸브 장착공간에 장착되되, 상기 밸브 장착공간의 양측에 고정되어 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 구동이 가능하도록 설치된 회전 지지대와, 상기 회전 지지대와 연결되면서 상기 개폐구를 개폐하는 회전판과 일체 고정되는 고정구와, 상변 및 하변이 서로 평행한 일직선으로 형성되고, 그 좌우 측변은 내벽과 면접촉하는 라운드 형태로 형성된 한 쌍의 회전판을 포함하여 구성된 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 있어서,

상기 회전판은 밸브 장착공간의 내벽의 폭과 동일하되, 폭이 긴쪽이 밸브의 상부가 되고, 폭이 짧은쪽이 밸브의 하부가 되는 비대칭 구조인 것을 특징으로 하는 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조.
삭제
삭제
개폐구를 선택적으로 개폐하여 혼합기의 유로를 변환시키도록 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 작동하며, 런너와 연결관이 합류되는 위치에 형성된 밸브 장착공간에 장착되되, 상기 밸브 장착공간의 양측에 고정되어 구동모터 또는 구동 액추에이터에 의해 회전 구동이 가능하도록 설치된 회전 지지대와, 상기 회전 지지대와 연결되면서 상기 개폐구를 개폐하는 회전판과 일체 고정되는 고정구와, 상변 및 하변이 서로 평행한 일직선으로 형성되고, 그 좌우 측변은 내벽과 면접촉하는 라운드 형태로 형성된 한 쌍의 회전판을 포함하여 구성되고, 상기 회전판의 상부는 밸브 차단시 스톱퍼 기능을 할 수 있도록 그 일측이 그와 대응하는 타측의 내벽 상단과 면접촉하며, 상기 회전판은 그 상부 및 하부에 일정 간격을 두고 수직 연결된 강성 보강용 리브를 더 포함하는 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조에 있어서,

상기 리브는 2.5 ~ 3.5mm의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 흡기 매니폴드의 밸브구조.