KR100774738B1 - 자동차용 스월 제어 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 새로운 구조의 스월 제어 밸브를 적용하여 실린더로 유입되는 공기량을 스월 제어 및 흡입공기량 제어모드로 제어할 수 있도록 함으로써, 기존의 전자식 스로틀 밸브(ETC)의 기능을 통합하고 ETC 자체를 삭제하여 원가절감을 도모할 수 있으며, 엔진룸의 레이아웃 단순화시킬 수 있도록 한 자동차용 스월 제어 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적은 실린더로 유입되는 2개의 흡기포트중 한 곳에 장착되는 제1스월밸브와; 2개의 흡기포트중 다른 한 곳에 장착되는 제2스월밸브와; 상기 제2스월밸브의 중앙에 일체로 형성된 중공축과; 상기 제1스월밸브의 중앙에 일체로 형성되어, 상기 중공축에 삽입되는 중실축과; 상기 중공축의 열림시 닫힘 위치로 탄성 복원시키는 탄성복귀수단과; 상기 제1 및 제2스월밸브의 개도를 각각 조절하는 제1 및 제2구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스월 제어 밸브를 제공으로 달성된다.

스월 제어 밸브, 제1스월밸브, 제2스월밸브, 흡기포트, 중공축, 중실축

Description

자동차용 스월 제어 밸브{Swirl control valve for vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 스월 제어 밸브의 설치 위치를 보여주는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 스월 제어 밸브를 나타내는 횡단면도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 스월 제어 밸브를 나타내는 종단면도,

도 4 및 도 5는 종래의 디젤엔진에 장착되는 전자식 스로틀 밸브 및 스월제어밸브를 나타내는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1스월밸브 12 : 제2스월밸브

14 : 작동핀 16 : 중실축

18 : 중공축 20 : 흡기포트

22 : 모터 24 : 고정단

26 : 리턴스프링

본 발명은 자동차용 스월 제어 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤엔진에서 쓰이고 있는 전자식 스로틀 밸브는 비교적 고가의 제품임에도 불구하고 현재 엔진 시동을 끌때 오버런(엔진이 일정기간 계속 동작하는 현상)을 방지하는 등으로 제한적으로 사용되는 경우가 많은 점을 감안하여, 새로운 구조의 스월 제어 밸브를 적용하여 실린더로 유입되는 공기량을 스월 제어 및 흡입공기량 제어모드로 제어할 수 있도록 함으로써, 기존의 전자식 스로틀 밸브(ETC)의 기능을 통합하고 ETC 자체를 삭제하여 원가절감을 도모할 수 있으며, 엔진룸의 레이아웃 단순화시킬 수 있도록 한 자동차용 스월 제어 밸브에 관한 것이다.

첨부한 도 4 및 도 5는 디젤 엔진의 기존 흡기부를 설명하기 위한 사진으로서, 흡기측에 전자식 스로틀 및 스월밸브시스템가 포함된 상태를 보여주고 있다.

따라서, 과급 및 EGR이 포함된 흡기는 스로틀 및 스월밸브를 지나 각 실린더로 공급된다.

상기 스월밸브 시스템은 실린더로 유입되는 2개의 흡기포트중 한곳에 밸브를 달아, 이를 DC 모터로 개도를 조절하므로써, 흡기포트내 스월(Swirl) 유동을 유도하는 시스템으로서, 도 5에서 보는 바와 같이 실린더당 2개의 흡기포트중 한곳에만 밸브가 설치되고, 나머지 한곳의 포트는 밸브가 없는 구조로 이루어져 있다.

이때, 상기 각 스월밸브는 샤프트로 모터축과 연결되어 각기통의 밸브가 동시에 개/폐된다.

디젤엔진에 적용된 전자식 스로틀 밸브는 가솔린 엔진에서와 달리 매우 한정 적으로 적용되어고 있는 바, 시동을 끌 때 흡기를 신속히 차단하므로써 디젤엔진에서 발생하는 엔진오버런(시동을 끈 이후에도 엔진이 운전되는 현상)을 방지하는 경우가 첫번째 적용예이고, CPF(Catalyzed Diesel Particulate Filter)장착 차량에서 필터에 쌓인 슈트(soot)를 태우기 위한 과정에서 공기의 양을 줄여주는 역할이 두번째 적용 예이다.

이러한 두가지 적용예 모두 가솔린 엔진에서와 같은 정밀한 공기량 제어를 필요로 하지 않는다.

그러나, 기존의 디젤엔진에서 스월밸브 및 전자식 스로틀 밸브를 독립적으로 별도 설치함에 따라 다음과 같은 문제점이 야기되고 있다.

상기 스로틀밸브의 역할이 엔진 전 운전영역에 비하여 그 범위와 기능이 단순함에도 불구하고, 전자식 스로틀 밸브를 적용하므로서, 부품비용(액츄에이터 및 밸브) 및 제어비용(ECU 입출력 포트 확보, 파워:2+sensor:3, 모터 드라이버, 제어 및 OBD 측면에서의 데이타 캘리브레이션)이 차량 제조비용에 더해지고 있는 실정에 있으며, 따라서 도 5의 하단에 도시된 부압식 스로틀을 장착하여 비용을 절감하려는 시도를 기울이고 있지만, 이 경우 상대적으로 제어의 정밀도가 떨어져 CPF 재생과 같은 공기량 조절작용을 하기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 새로운 구조의 스월 제어 밸브를 적용하여 실린더로 유입되는 공기량을 스월 제어 및 흡입공기량 제어 모드로 제어할 수 있도록 함으로써, 기존의 전자식 스로틀 밸브(ETC)의 기능을 통합하고 ETC 자체를 삭제하여 원가절감을 도모할 수 있으며, 엔진룸의 레이아웃 단순화시킬 수 있도록 한 자동차용 스월 제어 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 실린더로 유입되는 2개의 흡기포트중 한 곳에 장착되는 제1스월밸브와; 2개의 흡기포트중 다른 한 곳에 장착되는 제2스월밸브와; 상기 제2스월밸브의 중앙에 일체로 형성된 중공축과; 상기 제1스월밸브의 중앙에 일체로 형성되어, 상기 중공축에 삽입되는 중실축과; 상기 중공축의 열림 위치시 닫힘 위치로 탄성 복원시키는 탄성복귀수단과; 상기 제1 및 제2스월밸브의 개도를 각각 조절하는 제1 및 제2구동수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스월 제어 밸브를 제공한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 제1스월밸브의 개도를 조절하는 제1구동수단은 상기 흡기포트의 양끝 외부 위치에 배치되어 장착되는 모터를 상기 중실축에 연결하여서 달성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 제2스월밸브의 개도를 조절하는 제2구동수단은 2개의 흡기포트의 격벽상에 배치되는 동시에 상기 제1스월밸브의 중실축에 일체로 장착되어, 상기 제2스월밸브를 젖혀주게 되는 작동핀인 것을 특징으로 한다.

바람직한 또 다른 구현예로서, 상기 탄성복귀수단은 제1스월밸브가 장착된 흡기포트의 벽면에 장착된 고정단과 상기 중공축간에 연결된 리턴스프링으로 이루 어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 스월 제어 밸브의 설치 위치를 보여주는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 스월 제어 밸브를 나타내는 횡단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 스월 제어 밸브를 나타내는 종단면도이다.

본 발명은 제어 정밀도와 사용빈도가 적은 디젤 엔진용 스로틀(전자식 및 부압식) 기능을 포함한 새로운 구조의 스월 밸브를 제공하고자 한 것으로서, 기존의 스월밸브 기능을 하는 밸브를 제1스월밸브라 칭하고, 이 제1스월밸브와 함께 스로틀링 기능을 담당하는 밸브를 제2스월밸브라 칭하기로 한다.

상기 제1스월밸브(10)는 실린더로 유입되는 2개의 흡기포트(20)중 한 곳에 장착되고, 상기 제2스월밸브(12)는 2개의 흡기포트중 다른 한 곳(기존에 스월밸브가 설치되지 않는 포트)에 장착된다.

따라서, 본 발명에 따른 제1스월밸브(10)는 스월운전 영역에서 동작하고, 스로틀 모드에서는 제1스월밸브(10)와 동시에 작동핀(14)의 작용으로 제2스월밸브(12)가 동시에 동작하여 공기의 흐름을 조절 혹은 차단하도록 한다.

이때, 상기 제2스월밸브(12)의 중앙부 즉, 회전축에는 중공축(18)이 일체로 형성되고, 상기 제1스월밸브(10)의 중앙부 즉, 회전축에는 상기 중공축(18)에 삽입되는 중실축(16)이 일체로 형성된다.

상기 중실축(18)은 각 흡기포트(20)의 벽면을 관통하는 바, 이 관통되는 부분의 중실축(18)에는 제2스월밸브(12)의 개도를 조절하는 제2구동수단이 장착된다.

상기 제2스월밸브(12)의 개도를 조절하는 제2구동수단의 역할은 상기 제1스월밸브의 중실축(16)에 일체로 장착되어, 상기 제2스월밸브(12)를 젖혀주게 되는 작동핀(14)이 그 역할을 하게 되며, 상기 작동핀(14)은 한 쌍으로 구비된 것으로서, 하나는 제2스월밸브(12)의 위쪽에 다른 하나는 제2스월밸브(12)의 아래쪽에 인접된 상태가 된다.

반면에, 상기 제1스월밸브(10)의 개도를 조절하는 제1구동수단은 상기 흡기포트(20)의 일끝 외부 위치에 배치되어 장착되는 모터(22)로서, 이 모터(22)의 축이 상기 중실축(16)에 연결되어 이루어진 것이다.

한편, 상기 제2스월밸브(12)의 열림시 즉, 중공축(18)의 열림 위치시 다시 닫힘 위치로 탄성 복원시키는 탄성복귀수단이 포함되는데, 이 탄성복귀수단은 제1스월밸브(10)가 장착된 흡기포트(20)의 벽면에 장착된 고정단(24)과 상기 중공축(18)간에 연결된 리턴스프링(26)으로 구성된다.

여기서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 스월 제어 밸브에 대한 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 3에서, (a)도면은 제1스월밸브만이 동작하는 것을, (b)도면은 제1 및 제2스월밸브가 함께 동작하는 것을 나타내고 있다.

스월 제어 모드시, 상기 제1스월밸브(10)만이 그 개도가 조절되며 작동되는데, 모터(22)의 정방향(시계방향)구동에 따라, 상기 중실축(16) 및 제1스월밸 브(10)가 시계방향으로 각회전을 하게 되고, 도 3의 (a)에서 보는 바와 같이 상기 중실축(16)에 일체로 형성된 작동핀(14)은 상기 제2스월밸브(12)에 간섭없이(접촉됨 없이) 중실축(16)과 함께 시계방향으로 각회전을 하게 된다.

공기량 유입 및 차단 제어(엔진 셧-오프(shut-off) 및 CPF 재생시)를 위한 모드시, 상기 모터(22)의 역방향(시계반대방향) 구동에 따라, 상기 중실축(16) 및 제1스월밸브(10)가 시계반대방향으로 각회전을 하게 되고, 이와 동시에 도 3의 (b)에서 보는 바와 같이 상기 중실축(16)에 일체로 형성된 작동핀(14)이 상기 제2스월밸브(12)를 닫힘방향으로 젖혀주게 된다.

따라서, 상기 제2스월밸브(12)는 공기유입을 차단하면서 닫힘상태를 유지하게 된다.

다시, 스월 제어 모드로 변환되는 경우에는 상기 제2스월밸브(12)는 중공축(18)에 연결된 리턴스프링(26)의 탄성복원력에 의하여 열림위치로 이동하게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 스월 제어 밸브에 의하면, 흡기포트중 하나에는 스월 제어를 위한 제1스월밸브를 장착하고, 다른 하나에는 스로틀 기능을 하는 제2스월밸브를 장착시킨 새로운 구조의 스월 제어 밸브를 제공함으로써, 기존의 전자식 스로틀 밸브(ETC)의 기능을 통합하고 ETC 자체를 삭제하여 원가절감을 도모할 수 있다.

또한, 기존의 ETC 혹은 부압식 스로틀을 제어하기 위한 ECU I/O 포트를 최대 5~6개(Motor +/-, 센서1&2, 5V, GND)의 삭제, ETC 모터를 제어하기 위한 모터제어회로의 삭제 등이 가능하고, ETC 제어와 오류 검출을 위한 OBD 로직 및 캘리브레이션 작업이 필요없게 되어, 비용 절감 및 조립 공수를 크게 절감할 수 있다.

또한, 엔진룸의 레이아웃 단순화를 실현할 수 있다.

Claims (4)

1. 실린더로 유입되는 2개의 흡기포트중 한 곳에 장착되는 제1스월밸브와;

   2개의 흡기포트중 다른 한 곳에 장착되는 제2스월밸브와;

   상기 제2스월밸브의 중앙에 일체로 형성된 중공축과;

   상기 제1스월밸브의 중앙에 일체로 형성되어, 상기 중공축에 삽입되는 중실축과;

   상기 중공축의 열림시 닫힘 위치로 탄성 복원시키는 탄성복귀수단과;

   상기 제1 및 제2스월밸브의 개도를 각각 조절하는 제1 및 제2구동수단을;

   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스월 제어 밸브.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1스월밸브의 개도를 조절하는 제1구동수단은 상기 흡기포트의 양끝 외부 위치에 배치되어 장착되는 모터를 상기 중실축에 연결하여서 달성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스월 제어 밸브.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 제2스월밸브의 개도를 조절하는 제2구동수단은 2개의 흡기포트의 격벽상에 배치되는 동시에 상기 제1스월밸브의 중실축에 일체로 장착되어, 상기 제2스월밸브를 젖혀주게 되는 작동핀인 것을 특징으로 하는 자동차용 스월 제어 밸브.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 탄성복귀수단은 제1스월밸브가 장착된 흡기포트의 벽면에 장착된 고정단과 상기 중공축간에 연결된 리턴스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 스월 제어 밸브.

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