KR101296961B1 - 텀블형 ｖｃｍ 밸브 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브바디의 개방부로 카트리지가 착탈 가능하도록 결합되는 구조로 이루어짐으로써, 밸브바디의 구조가 단순화되고 조립 편의성이 향상되는 텀블형 VCM 밸브 구조에 관한 것으로, 흡기 매니폴드의 일측에 형성되며, 내부에 흡기 매니폴드로 이어지는 흡기통로가 형성된 밸브바디와, 상기 밸브바디의 내부에서 회전 가능하도록 관통 결합되는 밸브샤프트와, 상기 밸브샤프트에 일체로 고정되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 함께 회전하면서 상기 흡기통로를 개폐하는 밸브가 포함되는 텀블형 VCM 밸브 구조에 있어서, 상기 밸브바디는 상기 흡기통로, 상기 밸브샤프트 및 상기 밸브가 상기 흡기통로의 출구측 방향으로 노출되도록 하는 개방부가 형성되며, 내측에 상기 흡기통로와 연통하는 흡기홀이 형성된 카트리지가 상기 개방부로 착탈 가능하게 삽입 결합된다.

Description

텀블형 ＶＣＭ 밸브 구조{Structure of Tumble type VCM valve}

본 발명은 텀블형 VCM 밸브 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브바디의 개방부로 카트리지가 착탈 가능하도록 결합되는 구조로 이루어짐으로써, 밸브바디의 구조가 단순화되고 조립 편의성이 향상되는 텀블형 VCM 밸브 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 가솔린 엔진에서 멀티 포인트 분사(Multi Point Injection;MPI)용 전자 제어시스템(Electronic Management System;EMS)은 스로틀링을 통한 제어로서 가변 차지 모션(Variable Charge Motion;VCM) 밸브를 선택적으로 사용한다.

VCM 시스템은 엔진의 시동시 불완전 연소로 발생하는 탄화물을 포함하는 각종 가스 배출을 최소화하고자 텀블 타입의 유동을 발생시켜 분사가스의 완전연소를 추구하는 시스템이다.

여기서, VCM 밸브는 흡기 유동을 스월 또는 텀블 타입으로 연소실에 공급하는 밸브 구조를 통칭하는 것이다.

텀블형 VCM 밸브 구조의 일 예로는, 등록특허 제10-0457307호의 "엔진의 텀블형 흡기장치"에 개시된 밸브 구조의 예를 들 수 있다.

상기한 등록특허는 도 1에 도시된 바와 같이, 흡기 매니폴드의 일측에서 흡기 매니폴드로 유입되는 공기에 텀블형 유동을 유도하여 연소실로 공급될 수 있도록, 밸브바디(5) 내부에 밸브샤프트(7)가 회전 가능하게 결합되고, 밸브샤프트(7)에 밸브(9)가 일체로 고정되어, 스텝모터에 의해 밸브샤프트(7)가 회전함에 따라 밸브(9)가 일체로 함께 회동하면서 흡기통로(11)를 단속하는 텀블형 VCM 밸브 구조를 개시하고 있다.

상기한 등록특허를 비롯한 종래 텀블형 VCM 밸브 구조는, 복잡한 내부 구조를 갖는 밸브바디(5)가 사출 성형으로 일체로 제작되기 때문에, 금형 제작에서부터 시간과 비용이 증가할 수밖에 없고, 일체로 제작된 밸브바디(5) 내부로 밸브샤프트(7) 및 밸브(9)를 조립하는 과정 또한 불편하고 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

그리고, 밸브(9)는 통상 플라스틱 소재로 제작되기 때문에, 엔진 실린더로부터의 역압(back pressure)이 밸브(9)로 반복 작용하였을 때, 밸브(9)가 휘어지는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 종래 텀블형 VCM 밸브 구조의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 밸브바디가 단순화된 구조로 제작되도록 하고, 또한 밸브샤프트 및 밸브가 밸브바디에 용이하게 조립되도록 하며, 밸브가 역압에도 견고하게 견딜 수 있는 텀블형 VCM 밸브 구조를 제시하고자 한다.

전술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 텀블형 VCM 밸브 구조는, 흡기 매니폴드의 일측에 형성되며, 내부에 흡기 매니폴드로 이어지는 흡기통로가 형성된 밸브바디와, 상기 밸브바디의 내부에서 회전 가능하도록 관통 결합되는 밸브샤프트와, 상기 밸브샤프트에 일체로 고정되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 함께 회전하면서 상기 흡기통로를 개폐하는 밸브가 포함되는 텀블형 VCM 밸브 구조에 있어서, 상기 밸브바디는 상기 흡기통로, 상기 밸브샤프트 및 상기 밸브가 상기 흡기통로의 출구측 방향으로 노출되도록 하는 개방부가 형성되며, 내측에 상기 흡기통로와 연통하는 흡기홀이 형성된 카트리지가 상기 개방부로 착탈 가능하게 삽입 결합된다.

상기 카트리지의 상측에 상기 흡기통로 쪽으로 연장되는 상측 가이드부가 형성되며, 상기 개방부의 상부 내측면에 상기 상측 가이드부가 안내되는 상측 가이드홈이 형성될 수 있다.

상기 개방부는 좌우로 인접하는 두 곳의 상기 흡기통로가 모두 노출되도록 연장 형성되며, 상기 카트리지는, 상기 흡기홀이 내측 좌우로 두 곳에 형성될 수 있다.

상기 카트리지의 하측에 하측 가이드부가 하방으로 돌출 형성되며, 상기 개방부의 내저면에 상기 하측 가이드부가 안내되는 하측 가이드홈이 형성될 수 있다.

상기 카트리지는, 상기 개방부에 억지 끼움된 상태에서 유동이 방지되도록, 좌우 양측에 유동 방지부가 돌출 형성될 수 있다.

이때, 상기 유동 방지부는 러버(rubber) 소재로 이루어질 수 있다.

상기 밸브의 사이가 되는 상기 밸브샤트트 부위에 상기 밸브샤프트를 지지하는 축 지지부가 구비되고, 상기 카트리지의 내측면에 상기 축 지지부가 고정되도록 하는 고정부가 형성될 수 있다.

이때, 상기 고정부는 상기 축 지지부가 삽입되어 고정되는 고정홈이 형성되될 수 있다.

그리고, 상기 고정부는 상기 축 지지부가 탄력적으로 지지되면서 고정되도록 러버 소재로 이루어질 수 있다.

상기한 밸브는 그 내부에 메탈 소재로 된 삽입부가 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 밸브바디의 개방부에 분리 및 장착 가능하게 결합되는 카트리지를 별도로 마련함으로써, 밸브바디의 구조가 단순화될 수 있다.

또한, 카트리지를 분리한 상태에서 밸브 및 축 지지부를 쉽게 조립할 수 있기 때문에 조립 편의성이 향상된다.

그리고, 카트리지의 고정부에 의해 축 지지부가 견고하게 고정됨은 물론, 고정부가 러버 소재로 이루어지는 경우, 진동에 대한 완충효과, 소음 방지 효과를 얻을 수 있다.

한편, 밸브는 내부에 메탈 소재의 삽입부가 형성됨으로써 엔진 실린더로부터의 역압이 작용하더라도 변형되지 않고 견고하게 견딜 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 텀블형 VCM 밸브 구조를 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텀블형 VCM 밸브 구조에서 밸브바디에 카트리지가 조립되는 구조를 알 수 있는 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 카트리지의 사시도,
도 4는 도 2에 도시된 밸브바디의 부분 사시도,
도 5는 도 2에 도시된 밸브의 개략적인 측단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 텀블형 VCM 밸브 구조에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 텀블형 VCM(Variable Charge Motion) 밸브 구조는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브바디(100), 밸브샤프트(200), 밸브(300) 및 카트리지(500)가 포함된다.

본 실시예에 따른 텀블형 VCM 밸브 구조는 흡기 매니폴드 모듈 시스템(Air Fuel Module System;AFMS)에 포함되는 구조로서, 여기서 흡기 매니폴드 모듈 시스템이란, 흡기 및 연료 시스템(흡기 매니폴드, 연료 레일 시스템, 스로틀 바디 등)을 포함하는 하나의 시스템을 일컫는 것으로, 흡기 매니폴드(Intake Manifold)에 수많은 엔진 제어 부품이 모듈화로 일체화된 흡기 시스템을 의미한다.

밸브바디(100)는 흡기 매니폴드(1)의 일측에 형성되는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 내부에 흡기 매니폴드(1)로 이어지는 흡기통로(101)가 형성된다. 도시된 바에서는 일 예로서 4기통 엔진에 적용되는 4개의 흡기통로가 형성된 밸브바디(100)가 제시된다.

밸브샤프트(200)는 밸브바디(100)를 관통하여 밸브바디(100)의 내부에서 회전가능하도록 결합된다. 밸브샤프트(200)는, 밸브샤프트(200)의 일단과 연결되는 스텝모터(미도시)로부터 구동력을 제공받아 회전가능하다.

밸브(300)는 밸브샤프트(200)에 고정되면서 밸브바디(100) 내에 배치되며, 흡기통로(101)마다 배치되어 밸브샤프트(200)의 회전에 따라 함께 회전하면서 흡기통로(101)를 개폐하게 된다.

그리고, 밸브(300)의 사이가 되는 밸브샤프트(200) 부위에는, 밸브샤프트(200)를 지지하는 부시나 베어링 같은 축 지지부(400)가 결합될 수 있으며, 밸브바디(100)의 내부에는 이러한 축 지지부(400)의 일측을 지지하는 내부 구조(미도시)가 형성될 수 있다.

한편, 밸브바디(100)는 흡기통로(101)의 출구측으로 흡기통로(101) 뿐만 아니라 상술한 밸브샤프트(200), 밸브(300) 및 축 지지부(400)가 노출되는 개방부(110)가 형성된다. 그리고 개방부(110)로는 후술할 카트리지(500)가 결합된다.

카트리지(500)는 도 2에 도시된 바와 같이 밸브바디(100)의 개방부(110)에 분리 장착 가능하게 삽입되면서 결합된다. 이때 카트리지(500)가 개방부(110)로 결합하는 것은, 일 예로서 억지 끼움 방식에 의해 이루어질 수 있다.

카트리지(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 내측에 흡기홀(510)이 형성된다. 흡기홀(510)은 카트리지(500)가 개방부(110)에 결합되었을 때 밸브(300)를 수용하면서 흡기통로(101)와 연통하게 된다. 그리고, 밸브바디(100)의 내부를 바라보는 카트리지(500)의 내측면은, 서로 연통하는 흡기홀(510)과 흡기통로(101)의 사이로 틈이 발생하지 않도록, 개방부(110)의 내부 형상에 형합(形合)하는 면으로 이루어질 수 있다.

카트리지(500)는 카트리지(500)가 개방부(110)로 삽입 결합될 때 가이드되도록 카트리지(500)의 일측(도시된 예에서는 상측)에 흡기통로(101) 측으로 연장되는 상측 가이드부(520)가 형성될 수 있다. 그리고, 개방부(110)의 상부 내측면에 이 상측 가이드부(520)가 안내되는 상측 가이드홈(111)이 형성될 수 있다.

카트리지(500)는 밸브바디(100)의 흡기통로(101)별로 구비되도록, 별개로 제작되는 4개의 카트리지로 이루어질 수 있다. 하지만, 제작 및 조립의 편의성을 고려하여 더욱 바람직하게는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 밸브바디(100)의 개방부(110)가, 좌우로 인접하는 두 곳의 흡기통로(101)를 모두 노출시키도록 연장 형성되고, 카트리지(500)는 도 3에 도시된 바와 같이 내측에 두 개의 흡기홀(510)이 좌우로 형성된 하나의 몸체로 이루어지도록 하여 개방부(110)로 결합되도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 도시되어 있지는 않지만 4개의 흡기홀(510)이 형성되는 하나의 몸체로 된 카트리지로 제작될 수도 있다.

도시된 바와 같이 두 개의 흡기홀(510)이 형성되는 하나의 몸체로 된 카트리지(500)는 두 개의 흡기홀(510)을 통해 인접하는 두 개의 밸브(300)를 수용한다. 이때 두 개의 밸브(300) 사이가 되는 밸브샤프트(200) 부위에 상술한 축 지지부(400)가 구비될 수 있는데, 이 경우 축 지지부(400)에 대향하는 카트리지(500)의 내측 중앙 부위에, 축 지지부(400)의 타측 부위, 즉 흡기통로(101)의 출구측으로 노출되는 축 지지부(400)의 부위가 고정되도록 하는, 고정부(530)를 마련함으로써 카트리지(500)가 개방부(110)로 삽입 결합되었을 때 고정부(530)에 의해 축 지지부(400)가 견고하게 고정되도록 할 수 있다.

구체적으로 카트리지(500)의 내측면에는 축 지지부(400)의 타측 부위가 삽입될 수 있는 고정홈(531)이 형성된 고정부(530)를 마련할 수 있다. 이때 고정부(530)는 축 지지부(400)가 삽입된 상태에서 진동이 발생하더라도 완충되면서 소음 발생 또한 최소화되도록, 축 지지부(400)가 접촉하는 고정부(530) 부위가 축 지지부(400)를 탄력적으로 지지하는 것이 바람직하다. 따라서, 고정부(530)는 일 예로서 러버(rubber) 소재로 된 별도의 고정부(530)를 제작하고, 이를 카트리지(500)의 내측면에 결합시켜 구비되도록 할 수 있다.

한편, 카트리지(500)는 양 측부에 유동 방지부(550)가 돌출 형성될 수 있다. 유동 방지부(550)는 카트리지(500)의 폭과 개방부(110)의 폭 사이에 유격이 있더라도 카트리지(500)가 개방부(110)에 삽입 결합된 상태에서 유동하지 않도록 한다. 이때 유동 방지부(550)는 진동 발생시 완충되면서 소음 발생이 최소화되도록 상술한 고정부(530)와 마찬가지로 러버 소재로 이루어질 수 있다.

카트리지(500)의 하측에는 카트리지(500)가 가이드되면서 개방부(110)로 결합되도록, 상술한 상측 가이드부(520)와 마찬가지의 기능을 하는 하측 가이드부(540)가 하방으로 돌출 형성될 수 있으며, 개방부(110)의 내저면에도 이 하측 가이드부(540)가 안내될 수 있게 하측 가이드홈(112)이 형성될 수 있다.

본 실시예에 따른 텀블형 VCM 밸브 구조는, 이와 같이 별도의 카트리지(500)를 마련하고, 이 카트리지(500)가 개방부(110)에 착탈 가능하도록 결합되는 구조로 이루어짐으로써, 밸브바디(100)의 내부 구조가 축 지지부(400)를 전체적으로 고정시키기 위한 복잡한 형상으로 제작될 것이 요구되지 않는다. 축 지지부(400)의 타측 부위를 고정하는 구조는 카트리지(500)에 형성되도록 함으로써 밸브바디(100)의 구조는 매우 단순화될 수 있는 것이다. 뿐만 아니라 카트리지(500)가 분리된 상태의 개방부(110)를 통해 밸브바디(100)의 내부가 넓게 개방되기 때문에, 밸브(300)나 축 지지부(400)를 밸브바디(100) 내부로 쉽게 조립할 수 있음은 물론이고, 필요시 부품 교체나 밸브바디(100) 내부 청소 기타 수리 작업도 훨씬 수월하게 할 수 있다.

한편, 밸브(300)는 흡기통로(101)를 폐쇄하도록 회동한 상태 또는 회동하는 과정에서 일측면으로 흡기 유동에 의한 압력을 작용받는 것이 보통이다. 하지만, 경우에 따라서는 타측면으로 의도되지 않은 엔진 실린더(미도시)로부터의 역압(back pressure)을 작용받을 수도 있다. 흡기 매니폴드 시스템은 통상 주철 또는 알루미늄 합금으로 제작되어 왔으나, 경량화, 원가절감 및 효율 향상 등의 이유로 재질의 플라스틱화가 일반화되어 가는 추세이다. 따라서 밸브(300) 또한 플라스틱 소재로 이루어질 수 있는데, 밸브(300)가 이러한 역압에 반복적으로 노출되면 소재의 특성상, 휘어지는 등의 영구 변형이 초래될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 텀블형 VCM 밸브 구조에서 포함되는 밸브(300)는 이러한 변형의 문제가 발생하지 않도록 도 5에 도시된 바와 같이, 밸브(300)의 내부에 삽입부(310)가 형성될 수 있다. 그리고, 삽입부(310)는, 역압이나 그 외 작용할 수 있는 외력에 대해 밸브(300)가 견고하게 견딜 수 있도록 메탈 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 실시예는 이처럼 밸브(300)의 내부에 삽입부(310)가 형성됨으로써, 밸브(300)의 내구성이 더욱 향상될 수 있다.

본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 청구의 요지를 벗어나지 않고도 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 본 발명의 보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.

1; 흡기 매니폴드 100; 밸브바디
101; 흡기통로 110; 개방부
111; 상측 가이드홈 112; 하측 가이드홈
200; 밸브샤프트 300; 밸브
310; 삽입부 400; 축 지지부
500; 카트리지 510; 흡기홀
520; 상측 가이드부 530; 고정부
531; 고정홈 540; 하측 가이드부
550; 유동 방지부

Claims (10)

1. 흡기 매니폴드의 일측에 형성되며, 내부에 흡기 매니폴드로 이어지는 흡기통로가 형성된 밸브바디와, 상기 밸브바디의 내부에서 회전 가능하도록 관통 결합되는 밸브샤프트와, 상기 밸브샤프트에 일체로 고정되어 상기 밸브샤프트의 회전에 따라 함께 회전하면서 상기 흡기통로를 개폐하는 밸브가 포함되는 텀블형 VCM 밸브 구조에 있어서,
   상기 밸브바디는 상기 흡기통로, 상기 밸브샤프트 및 상기 밸브가 상기 흡기통로의 출구측 방향으로 노출되도록 하는 개방부가 형성되며,
   내측에 상기 흡기통로와 연통하는 흡기홀이 형성된 카트리지가 상기 개방부로 착탈 가능하게 삽입 결합되고,
   상기 밸브의 사이가 되는 상기 밸브샤프트 부위에 상기 밸브샤프트를 지지하는 축 지지부가 구비되며,
   상기 축 지지부가 고정되도록 하는 고정홈이 형성된 고정부가 상기 카트리지의 내측면에 결합하되, 상기 고정부는 상기 축 지지부가 탄력적으로 지지되면서 고정되도록 러버 소재로 이루어지고,
   상기 고정부의 하부가 상기 카트리지의 하면에서 하방으로 돌출되면서 상기 카트리지의 하측에 하측 가이드부가 형성되며,
   상기 개방부의 내저면에 상기 하측 가이드부가 안내되는 하측 가이드홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 텀블형 VCM 밸브 구조.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 카트리지의 상측에 상기 흡기통로 쪽으로 연장되는 상측 가이드부가 형성되며, 상기 개방부의 상부 내측면에 상기 상측 가이드부가 안내되는 상측 가이드홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 텀블형 VCM 밸브 구조.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 개방부는 좌우로 인접하는 두 곳의 상기 흡기통로가 모두 노출되도록 연장 형성되며,
   상기 카트리지는, 상기 흡기홀이 내측 좌우로 두 곳에 형성되는 것을 특징으로 하는 텀블형 VCM 밸브 구조.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 카트리지는, 상기 개방부에 억지 끼움된 상태에서 유동이 방지되도록, 좌우 양측에 유동 방지부가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 텀블형 VCM 밸브 구조.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 유동 방지부는 러버(rubber) 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 텀블형 VCM 밸브 구조.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브의 내부에 메탈 소재로 된 삽입부가 형성되는 것을 특징으로 하는 텀블형 VCM 밸브 구조.

Images