KR101567698B1 - 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브 - Google Patents

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Abstract

스프링이 구비된 가변 흡기 밸브가 소개된다.
이를 위해 본 발명은, 흡기 밸브를 그 복원력으로 개폐시키는 스프링의 구동시점을 조절하여 선택된 주행 모드에 따라 상기 흡기 밸브의 오픈 시점을 가변시키는 것을 특징으로 한다.

Description

스프링이 구비된 가변 흡기 밸브 {VARIABLE INTAKE VALVE WITH SPRING}
본 발명은 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스프링 밸브를 적용하여 실제 운전자의 취향에 따라 가변 흡기 밸브의 오픈 시점을 조정하게 되는데, 본 발명에 의한다면 적은 공기의 부압이 걸리더라도 운전자가 선택한 주행 모드에 따라 흡기 밸브가 오픈되거나 차단됨으로써 종래 여러 시점이 아닌 하나의 시점에서만 흡기 밸브가 오픈되어 운전자의 취향을 전혀 반영하지 못하는 문제를 해결하기 위한 가변 흡기 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 엔진의 흡기계통은 에어 클리너를 통과한 공기가 에어 플로오 미터를 플랩을 밀고 스로틀 밸브의 열림정도에 따라 적당량의 공기가 연소실로 흡입할 수 있도록 되어 있다.
이때 유입되는 공기는 엔진의 출력과 연비에 관계하게 되므로 흡입저항을 최소화하고 연료와 공기의 혼합이 이상적인 공연비가 되도록 하여 연료의 과잉공급을 억제하는 것이 바람직한 것으로 평가되고 있다.
이에, 공기가 유입되는 실질적인 통로인 스로틀 바디는, 관로의 저항을 줄일 수 있는 구조로 되는 것이 좋고, 또 스로틀 밸브가 개폐 작용할 때 밸브와의 공기 유동저항이 적게 되도록 설계되어야 한다.
차량이 주행하거나 공회전시 연소에 필요한 공기량이 달라지게 되는데, 특히 주행시에는 출력에 관계하게 되므로 스로틀 밸브의 개폐정도만으로는 출력을 향상시키는데 한계가 있다.
따라서 흡기포트를 2개의 통로로 나누어 한개의 통로는 나선을 형성하여 스월작용이 이루어지도록 하고 있으며, 또 다른 통로에는 스월조절밸브를 설치하여 저속시에는 통로를 차단하고 고속시에는 통로를 열어주도록 하는 가변흡기 밸브의 기능을 부여하고 있다.
한편, 종래의 가변흡기 밸브 개폐장치는, 액츄에이터를 ECU로 제어하도록 되어 있기 때문에 전자제어되는 솔레노이드가 필수 구성요소로 되고, 또 ECU의 제어부가 추가로 설치되어야 하기 때문에 구조적으로 복잡함을 피할 수 없는 것이 단점으로 지적되고 있다.
이에, DC모터 방식을 통한 가변흡기 밸브 개폐장치가 있으나, 이 역시 별도의 DC 모터 이외에 ECU로 제어하도록 되어 있기 때문에 전자제어되는 솔레노이가 역시 필수 구성요소로 되어, 구조적으로 복잡해짐은 물론 단가가 상승하게 되는 단점이 지적되고 있다.
한편, 엔진 피스톤의 흡입 행정시 신기(외부공기)는 흡기덕트(20)→에어클리너(40)→흡기 호스(30)를 통해 엔진의 연소실로 공급되는 구조로 되어 있으며, 도 1은 종래 스프링을 이용한 흡기 가변 밸브를 도시한 것으로, 그 작동 원리를 살펴보면 다음과 같다.
2개의 흡입구를 통해 신기가 엔진으로 들어가게 되는 구조로 저출력에서는 스프링 밸브(10)가 닫혀 있고, 고출력에서는 스프링 밸브(10)가 열려 저출력보다 보다 많은 신기를 엔진에 공급할 수 있게 된다.
한편, 도 2를 참조로 스프링밸브의 작동원리를 살펴보면 다음과 같으며, 도 2의 (a)는 스프링밸브가 닫힌 상태를 도 2의 (b)는 스프링밸브가 오픈된 상태를 나타내는 도면이며, 도 2(c)는 스프링(100)이 고정핀(200)에 체결된 상태를 나타내는 도면이다.
고출력에서는 저출력보다 엔진에 많은 신기의 공급이 필요한바, 이 유입되는 신기의 부압 (밸브를 뒤로 당기는 힘)이 고정핀(200)의 외주면에 결합된 스프링(100)의 탄성력(밸브를 닫히게 하는 힘)보다 클때 스프링밸브(10)가 열리게 된다.
그러나, 현재 사용되고 있는 이 스프링밸브(10)는 가격이 크게 저렴해지는 장점은 있으나, 흡입되는 신기의 부압이 외주면에 결합된 스프링(100)의 탄성력보다 높아지는 한 번의 시점에서만 스프링밸브(10)가 오픈되어 운전자 취향에 따른 스프링밸브(10)의 오픈 시점을 변경하기 어려운 문제점이 있다.
즉, 운전자의 선택에 따라 이른바 '스포츠모드'(sports mode)에서는 저출력에서부터 고출력의 모든 범위에서 흡기 토출 소음으로 스포티한 음색을 구현하고 싶고, 이른바 '컴포트모드'(comport mode)에서는 흡기 토출 소음 저감의 성능을 구현하고 싶은바, 종래의 스프링밸브(10)에서는 하나의 시점에서만 스프링밸브(10)가 오픈되어 운전자가 스프링밸브(10)의 오픈 시점을 결정하지 못하는 문제점이 발생하게 된다.
이와 관련된 발명으로, 한국등록특허공보 제10-1382282호인 "엔진의 가변 흡기계 장치" 등 여러 선행기술들이 개시되어 있으나, 본 발명처럼 기존에 사용되던 저가의 스프링 밸브를 활용하되, 운전자의 선택에 따라 3지점의 스프링밸브 오픈 시점을 튜닝할 수 있는 기술은 미비한 상태이다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
한국등록특허공보 제10-1382282호(2014.04.01)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 운전자의 선택한 취향에 따라 흡기 밸브의 오픈 시점을 변경하여 엔진 출력을 제어할 수 있음은 물론, 이 흡기 밸브의 오픈 시점을 간단한 조작으로 손쉽게 조절할 수 있고, 종래 사용되었던 저가의 스프링 밸브를 채용하여 3가의 흡기 밸브의 오픈 시점을 튜닝할 수 있는 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브를 제공함에 그 목적이 있다.
스프링이 구비된 가변 흡기 밸브가 소개된다.
이를 위해 본 발명은, 흡기 밸브를 그 복원력으로 개폐시키는 스프링의 구동시점을 조절하여 선택된 주행 모드에 따라 상기 흡기 밸브의 오픈 시점을 가변시키는 것을 특징으로 한다.
상기 스프링은 고정핀의 외주면에 결합되되, 상기 스프링의 끝단에 형성된 돌기의 위치가 선택된 주행 모드에 의해 변동될 수 있도록 상기 스프링을 압축시키는 주행모드부; 선택된 주행 모드시 공기의 부압에 따라 흡기 밸브의 오픈 시점을 조절하는 몸체부; 를 포함한다.
상기 주행모드부는, 그 외주면에 상기 고정핀의 길이방향과 수직한 방향으로 복수 개의 나사홈이 마련되고, 상기 스프링의 끝단 일지점과 결합되되 상기 고정핀의 외주면에 결합된 스프링압축조절판과, 상기 복수 개의 나사홈과 맞물리는 기어가 형성된 조절구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 조절구에는 운전자가 선택할 수 있는 주행 모드가 표시되고, 이 주행 모드에 따라 상기 조절구의 회전시 상기 스프링압축조절판과 상기 스프링이 압축되어 상기 스프링의 끝단에 형성된 돌기의 위치가 변동되는 것을 특징으로 한다.
상기 몸체부는, 중공의 하우징으로 구성되고, 상기 하우징의 외주면에는 선택된 주행 모드에 의해 상기 스프링의 끝단에 형성된 돌기가 이동할 수 있는 가이드와 이 가이드에 수직한 방향으로 복수 개의 슬롯스토퍼가 형성되되, 상기 슬롯스토퍼의 길이는 상기 스프링의 압축 길이에 따라 점차 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 슬롯스토퍼의 길이에 비례하여 상기 흡기 밸브를 닫을 수 있는 공기의 부압이 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 몸체부의 외주면에는 소정 길의의 슬롯홈이 마련되어, 이 슬롯홈에 상기 조절구의 일단부가 삽입되되, 상기 조절구는 그 중심을 관통하는 회전봉과 이 회전봉의 양단에 위치한 고정구에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 의한다면 아래와 같은 다양한 효과가 구현된다.
첫째, 흡기 부압 저감으로 엔진 출력이 증대되는 이점이 있다.
둘째, 저가의 종래의 스프링 밸브를 이용함으로써 종래 고가의 액츄에어터 또는 DC 모터 밸브와 같이 운전자의 취향에 따라 흡기 밸브의 오픈 시점을 변경할 수 없는 문제점을 해결하여 엔진 출력을 제어할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 본 발명의 조절구를 운전자의 선택에 따라 단순히 조절함으로써 흡기 밸브 오픈 시점을 용이하게 조정할 수 있는 이점이 있다.
넷째, 운전자의 선택에 따라 스프링 밸브에서 3가지의 밸브 오픈 시점을 튜닝할 수 있는 등 다양한 이점이 제공된다.
도 1은 종래의 스프링을 이용한 가변 흡기 밸브를 도시한 개략도.
도 2는 종래의 스프링밸브의 작동 원리를 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명인 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브를 도시한 전체 구성도.
도 5는 본 발명인 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브의 단면도.
도 6은 본 발명의 작동 상태도.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브의 바람직한 실시 예를 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명인 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브를 도시한 전체 구성도이다.
본 발명은, 흡기 밸브를 그 복원력으로 개폐시키는 스프링의 구동시점을 조절하여 선택된 주행 모드에 따라 흡기 밸브의 오픈 시점을 가변시키는 것을 특징으로 한다.
흡기 밸브는 차량의 저출력시 유입되는 신기의 흡입구 이외에 고출력시 신기가 유입되는 스프링 밸브를, 스프링은 이 스프링 밸브의 오픈 여부를 스프링의 탄성력으로 선택적으로 개폐하는 구성을 의미한다.
도시된 바와 같이, 본 발명은 고정핀(200), 스프링(100), 주행모드부(300) 및 몸체부(400)를 포함한다.
고정핀(200)에는 그 외주면에 스프링(100)이 결합되어 있고, 이 스프링(100)에는 스프링 자체의 탄성력으로 흡기 밸브를 닫는 힘이 존재하고, 이 스프링의 탄성력보다 큰 신기의 부압이 유입되는 경우 흡기 밸브가 오픈되어 고출력시 흡기 밸브가 오픈되어 엔진 방향으로 신기가 유입된다.
한편, 이 스프링(100)의 끝단에는 수직 방향으로 소정 길이의 돌기(110)가 형성되어 있으며, 이 돌기(110)의 위치는 운전자가 선택한 주행 모드에 따라 변동된다.
즉, 운전자가 선택한 주행 모드에 따라 스프링(100)이 압축되면서 돌기(110)의 위치가 변동되는데, 운전자가 선택할 수 있는 주행 모드는 크게, 'Comfort Mode', 'Normal Mode', 'Sports Mode' 로 구분된다.
또한, 선택된 주행 모드시 공기의 부압에 따라 흡기 밸브의 오픈 시점을 조절하는 몸체부(400)를 포함하는데, 이 몸체부(400)에는 이하 구체적으로 후술하겠지만, 운전자가 선택한 주행 모드에 따라 돌기(110)가 위치하고, 이 돌기(110)가 도시된 바와 같이 수직으로 이동할 수 있는 다양한 길이의 일종의 슬롯이 마련되어 있다.
한편, 다시 도 3 및 도 4를 참조로 주행모드부(300)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
주행모드부(300)는 스프링압축조절판(310)과 조절구(320)를 포함한다.
스프링압축조절판(310)은 도시된 바와 같이 중공의 형상으로 고정핀(200)의 외주면 일지점에 결합되되, 스프링(100)의 끝단 일지점과 결합되어 이 스프링압축조절판(310)이 전진하는 경우 스프링(100)도 함께 압축된다.
이 스프링압축조절판(310)의 외주면에는 고정핀(200)의 길이방향과 수직한 방향으로 복수 개의 나사홈(311)이 마련되어 있으며, 이 복수 개의 나사홈(311)과 맞물리는 기어(321)가 형성된 조절구(320)가 스프링압축조절판(310)의 상단에 위치한다.
조절구(320)는 원형의 형상으로 복수 개의 기어(321)가 형성되어 있어, 이 조절구(320)의 회전으로 스프링압축조절판(310)은 이동하게 됨으로써 이에 연결된 스프링(100) 역시 압축된다.
도 5는 본 발명인 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브의 단면도이다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 조절구(320)에는 운전자가 선택할 수 있는 주행 모드가 표시되어 있고, 이 주행 모드에 따라 운전자의 취향에 따라 조절구(320)를 회전시키면 복수 개의 나사홈(311)과 이에 맞물리는 기어(321)의 작동으로 스프링압축조절판(310)은 전진하게 되고, 이에 연동하여 스프링(100)도 압축된다.
스프링(100)이 압축되면서 스프링(100) 끝단에 형성된 돌기(110) 역시 전진하게 되고, 이하 후술할 슬롯 스토퍼(430)에 위치하게 된다.
한편, 몸체부(400)는, 그 내부에 고정핀(200), 스프링(100) 및 스프링압축조절판(310)이 위치할 수 있는 중공의 하우징(410)으로 구성되어 있다.
하우징(410)의 외주면에는 운전자의 취향에 의해 선택된 주행 모드에 따라 고정핀(200)의 외주면에 결합된 스프링(100)의 끝단에 형성된 돌기(110)가 이동할 수 있는 가이드(420)가 고정핀(200)의 길이 방향으로 형성되어 있다.
스프링압축조절판(310)이 전진하면서 스프링(100)이 압축되고, 스프링(100)의 끝단에 형성된 돌기(110)가 이 가이드(420)를 따라 전진하게 된다.
한편, 도시된 바와 같이 이 가이드(420)와 수직한 방향으로는 복수 개의 슬롯스토퍼(430)가 형성되어 있는데, 이 각각의 슬롯스토퍼(430)의 길이는 선택한 주행 모드에 따라 그 길이가 다르다.
즉, 스프링(100)의 압축 길이에 따라 이 슬롯스토퍼(430)의 길이는 증가하게 되는데, 구체적으로 'Sports Mode'의 경우 그 길이가 가장 길고, 'Comfort Mode' 의 경우 그 길이가 가장 짧은 것을 그 특징으로 한다.
상기와 같이 슬롯스토퍼(430)의 길이를 다르게 설정한 이유는 다음과 같다.
돌기(110)가 이 슬롯스토퍼(430) 방향으로 이동하여 스프링(100)에 존재하는 탄성력에 의해 흡기 밸브가 닫히게 되는데, 이 슬롯스토퍼(430)의 길이가 길수록 흡기 밸브를 닫는데 필요한 탄성력 역시 보다 많아지게 되며, 이로 인해 'Comfort Mode'에서 'Sports Mode'로 갈수록 보다 많은 공기의 부압이 작용해야 비로서 흡기 밸브가 닫히게 되는 것이다.
이로 인해, 'Sports Mode'의 경우 적은 공기의 부압이 생기더라도 여전히 흡기 밸브는 오픈된 상태로 되어 있어, 흡기 밸브가 저출력에서 고출력에 이르는 모든 영역에서 오픈되어 있어 흡기 토출 소음에 의한 스포티한 음색이 구현 가능하게 된다.
반대로, 'Sports Mode'의 경우 슬롯스토퍼(430)의 길이가 짧기 때문에 적은 공기의 부압이 유입되더라도 스프링의 탄성력이 작용하여 흡기 밸브가 닫히는바, 흡기 밸브가 저출력에서 상용 구간 저출력 영역까지 흡기 밸브가 닫히게 되어 흡기 토출 소음 저감됨은 물론이고, 엔진 성능이 향상되는 이점이 있다.
또한, 'Normal Mode'의 경우, 흡기 밸브가 상용 구간 출력까지만 닫혀 있어 급가속시 흡기 토출 소음 증대로 인해 가속 파워감이 증대되는 이점이 있다.
즉, 슬롯스토퍼(430)의 길이에 비례하여 흡기 밸브를 닫을 수 있는 공기의 부압이 증가하게 되는 것이다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 몸체부(400)의 외주면 일지점에는 소정 길의의 슬롯홈(440)이 마련되어 있고, 이 슬롯홈(440)에 조절구(320)의 하단부 일부가 삽입되어 있어, 조절구(320)에 형성된 기어(321)와 스프링압축조절판(310)에 형성된 나사홈(311)에 맞물리게 형성된다.
또한, 이 조절구(320)는 그 중심을 관통하는 회전봉(441)과 이 회전봉(441)의 양단에 위치한 고정구(442)에 의해 지지되어 운전자가 취향에 따라 이 조절구(320)를 외부에서 회전시키게 되면 그에 따라 돌기(110)가 선택된 주행 모드에 따라 위치하게 된다.
도 6은 이러한 주행 모드에 따라 스프링(100)에 형성된 돌기(110)가 이동하게 되고, 그에 따라 흡기 밸브를 오픈시점을 가변시킬 수 있는 작동 상태를 나타내고 있다.
도시된 바와 같이 'Comfort Mode'에서 'Sports Mode'로 갈수록 돌기(110)의 위치는 길이가 긴 슬롯스토퍼(430)에 위치하게 되고, 그에 따라 적은 공기의 부압이 유입되더라도 여전히 흡기 밸브는 오픈되도록 하고, 다시 'Sports Mode' 에서 'Comfort Mode'로 갈수록 돌기(110)의 위치가 짧은 길이의 슬롯스토퍼(430)에 위치하게 되고, 그에 따라 적은 공기의 부압이 유입되더라도 흡기 밸브가 닫혀지게 된다.
상기와 같은 구성으로, 종래 저가의 스프링 밸브를 사용하더라도 운전자의 취향에 따라 흡기 밸브의 오픈 시점을 변경하여 엔진 출력을 제어할 수 있고, 이러한 작동 역시 운전자가 단순히 조절기를 돌려줌으로써 변경할 수 있는 효과가 구현된다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 스프링 110 : 돌기
200 : 고정핀 300 : 주행모드부
310 : 스프링압축조절판 311 : 나사홈
320 : 조절구 321 : 기어
400 : 몸체부 410 : 하우징
420 : 가이드 430 : 슬롯스토퍼
440 : 슬롯홈 441 : 회전봉
442 : 고정구

Claims (7)

  1. 흡기 밸브를 그 복원력으로 개폐시키는 스프링의 구동시점을 조절하여 선택된 주행 모드에 따라 상기 흡기 밸브의 오픈 시점을 가변시키는 것을 특징으로 하고,
    상기 스프링은 고정핀의 외주면에 결합되되,
    상기 스프링의 끝단에 형성된 돌기의 위치가 선택된 주행 모드에 의해 변동될 수 있도록 상기 스프링을 압축시키는 주행모드부;
    선택된 주행 모드시 공기의 부압에 따라 흡기 밸브의 오픈 시점을 조절하는 몸체부; 를 포함하는, 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 주행모드부는,
    그 외주면에 상기 고정핀의 길이방향과 수직한 방향으로 복수 개의 나사홈이 마련되고, 상기 스프링의 끝단 일지점과 결합되되 상기 고정핀의 외주면에 결합된 스프링압축조절판과,
    상기 복수 개의 나사홈과 맞물리는 기어가 형성된 조절구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 조절구에는 운전자가 선택할 수 있는 주행 모드가 표시되고,
    이 주행 모드에 따라 상기 조절구의 회전시 상기 스프링압축조절판과 상기 스프링이 압축되어 상기 스프링의 끝단에 형성된 돌기의 위치가 변동되는 것을 특징으로 하는, 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 몸체부는,
    중공의 하우징으로 구성되고, 상기 하우징의 외주면에는 선택된 주행 모드에 의해 상기 스프링의 끝단에 형성된 돌기가 이동할 수 있는 가이드와 이 가이드에 수직한 방향으로 복수 개의 슬롯스토퍼가 형성되되,
    상기 슬롯스토퍼의 길이는 상기 스프링의 압축 길이에 따라 점차 증가하는 것을 특징으로 하는, 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 슬롯스토퍼의 길이에 비례하여 상기 흡기 밸브를 닫을 수 있는 공기의 부압이 증가하는 것을 특징으로 하는, 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 몸체부의 외주면에는 소정 길이의 슬롯홈이 마련되어, 이 슬롯홈에 상기 조절구의 일단부가 삽입되되, 상기 조절구는 그 중심을 관통하는 회전봉과 이 회전봉의 양단에 위치한 고정구에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 스프링이 구비된 가변 흡기 밸브.

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