KR101612370B1 - 판스프링 가변밸브 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변밸브 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일측에 개구부가 형성된 하우징에 회동 가능하게 결합되어 개구부를 개폐시키는 밸브커버 및 상기 하우징의 타측에 결합된 판스프링 지지부와 밸브커버 사이에 장착되는 판스프링을 포함하며, 상기 판스프링의 상부면에는 밸브커버 방향을 향해 상부 굽힘부가 굴곡 형성되고, 판스프링의 바닥면에는 판스프링 지지부 방향을 향해 하부 굽힘부가 굴곡 형성되는 것을 특징으로 하여, 밸브커버가 순간적으로 개방될 때 발생되는 터칭 이음을 방지한 판스프링 가변밸브 구조에 관한 것이다.

Description

판스프링 가변밸브 구조{STRUCTURE OF LEAF SPRING TYPE VARIABLE VALVE}

본 발명은 가변밸브 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개구부가 형성된 하우징에 결합되는 판스프링 지지부와 밸브커버 사이에 판스프링을 설치하여, 터칭 이음이 발생하지 않으며 강성 및 내구성을 개선한 판스프링 가변밸브 구조에 관한 것이다.

일반적으로 가변밸브는 액체 또는 기체 등 유체의 유량을 제어하기 위한 목적으로 사용되는 것으로서, 유체의 유압에 따라 밸브커버(게이트)가 개방 또는 폐쇄되는 방식으로 작동된다.

이러한 가변밸브가 사용되는 하나의 예로서, 차량의 배기장치에 설치된 소음기(muffler)에 장착되는 원판형 가변밸브가 있다.

차량 엔진 내부에서 연소되는 배기가스는, 상당히 고온이고 그 속도도 거의 음속에 달해 그대로 대기중에 방출하면 급격히 팽창되어 격렬한 폭음을 내기 때문에 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 배기소음을 저하시키기 위해서 차량의 배기가스 통로 상에는 별도의 소음기가 장착된다.

일반적으로 소음기는 소정의 크기를 갖는 통 모양으로 형성되며, 내부에 다수의 파이프 및 배플(baffle)이 장착되어 배기가스의 유동시 배기가스의 팽창, 공명 및 흡음을 유도하여 배기소음이 낮아질 수 있도록 구성된다.

한편, 이러한 소음기는, 배기소음을 줄이기 위해 배기 저항을 높이면 배기 행정에 가해지는 저항 즉, 배압이 높아져 엔진의 출력이 저하되고, 이와 반대로 엔진의 출력 손실을 막기 위해 배기 저항을 줄이면 배기소음이 증대되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 소음기 내부에 가변밸브를 장착하여 배기소음이 문제가 되는 저속구간에서는 배압을 높여주고, 엔진 출력이 문제가 되는 중·고속구간에서는 배압을 낮추어 줄 수 있는 가변밸브 부착형 소음기가 개발되어 사용되고 있다.

도 1a은 종래 일반적으로 사용되는 가변밸브의 모습을 도시한 사시도이고, 도 1b는 종래 가변밸브의 개구부가 개방된 모습을 도시한 사시도이다.

도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 종래 가변밸브는 소음기(미도시) 내부에 장착된 파이프 또는 소음기의 내부 공간을 구획하도록 벽면을 형성하는 배플 중 하나에 개구부를 가진 하우징(1)이 결합되고, 상기 하우징(1)에 밸브커버(2)가 힌지 결합되어 개구부(1')를 개폐하도록 구성된다.

상기 밸브커버(2)는 하우징(1)의 일측에 형성된 힌지 지지부(1'')에 장착된 샤프트(3a)를 회전축으로 회동 가능하게 장착되고, 상기 샤프트(3a)에는 일단이 밸브커버(2)에 접촉되어 밸브커버(2)를 탄성적으로 가압하는 토션스프링(3)이 삽입된다.

상기와 같이 구성된 가변밸브는 배기가스의 압력이 토션스프링(3)의 탄성력을 초과하여 발생하면 밸브커버(2)가 개방되고, 배기가스의 압력이 토션스프링(3)의 탄성력보다 작으면 밸브커버(2)가 폐쇄 상태를 유지하도록 작동한다.

즉, 이러한 가변밸브는 저속구간에서 폐쇄 상태가 되어 저주파 소음을 감쇄시키고, 중·고속구간에서 점차 개방되면서 고주파 소음을 감쇄시킴과 동시에 배기가스의 저항을 줄여 엔진의 출력에는 영향을 미치지 않게 되는 것이다.

그러나 종래 가변밸브는 일정 고온 이상의 사용 환경에서 스프링 특성이 현저히 떨어져 정밀한 유량 제어가 불가능하고, 설계치 이상의 밸브 개방이 발생하여 주변 부품과의 간섭이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 종래 가변밸브는 토션스프링(3)의 일단이 단순히 점 접촉되어 밸브커버(2)를 지지하므로 밸브커버(2)의 거동을 강건하게 지지하지 못하고 있어 밸브 자체의 떨림에 의한 이음(異音)이 발생되는 문제점이 있으며, 밸브커버(2)의 닫힘 동작시 밸브커버(2)와 하우징(1) 사이의 부딪힘에 의한 터칭(touching) 이음이 발생되는 문제점이 있다.

나아가, 이러한 문제점을 개선하기 위해 하우징의 개구부 내주면에 SUS MAT 소재의 완충부를 결합시킨 가변밸브가 개발되어 있으나, 이 또한 생산원가 및 중량이 증대되는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 판스프링 전체가 밸브커버를 지지함으로써, 고온 환경에서 스프링 특성 저하에 상대적으로 유리하고 가변밸브의 떨림에 의한 이음이 감소된 판스프링 가변밸브 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 판스프링의 상부면과 바닥면에 상부 굽힘부 및 하부 굽힘부를 각각 형성하여 밸브커버가 순간적으로 개방될 때 터칭 이음이 발생되는 것을 방지하고 판스프링이 후방으로 이탈되는 것을 방지한 판스프링 가변밸브 구조를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 일측에 개구부가 형성된 하우징에 회동 가능하게 결합되어 개구부를 개폐시키는 밸브커버; 및 상기 하우징의 타측에 결합된 판스프링 지지부와 밸브커버 사이에 장착되는 판스프링; 을 포함하며, 상기 판스프링의 상부면에는 밸브커버 방향을 향해 상부 굽힘부가 굴곡 형성되고, 판스프링의 바닥면에는 판스프링 지지부 방향을 향해 하부 굽힘부가 굴곡 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 판스프링 가변밸브 구조는, 상기 밸브커버의 폐쇄시, 밸브커버의 후단이 걸릴 수 있도록 하우징의 후단에 돌출 형성되는 하우징 돌기; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 판스프링 가변밸브 구조에서 상기 밸브커버의 폐쇄시, 상기 하우징 돌기에 의해 밸브커버와 하우징 사이는 이격되어 갭이 형성되며, 밸브커버가 폐쇄시에도 하우징의 개구부를 완전히 밀폐시키지 않는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 판스프링 가변밸브 구조는, 상기 밸브커버의 후방에 돌출 형성되어 판스프링이 이탈되는 것을 방지하는 이동방지턱; 을 더 포함하는 것이 바람직하다.

나아가, 본 발명의 실시예에 따른 판스프링 가변밸브 구조는, 상기 밸브커버의 타측면에 형성되는 제 1 안착부; 및 상기 판스프링 지지부의 하측면에 형성되는 제 2 안착부; 를 더 포함하며, 상기 판스프링은, 하부가 제 1 안착부에 삽입되고 상부가 제 2 안착부에 삽입되어 구속되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명은, 판스프링이 넓은 면적에 걸쳐 밸브커버에 면 접촉되어 밸브커버를 강건하게 지지함으로써, 가변밸브의 떨림에 의한 이음을 현저히 감소시키고 일정 고온 이상의 사용환경에서도 스프링 특성이 떨어지지 않는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 순간적으로 다량의 배기가스가 유동되어 밸브커버가 급격하게 열려도 상부 굽힘부와 하부 굽힘부가 서로 접촉되도록 구성함으로써, 밸브커버의 과대 개방을 방지하고 밸브 터칭 이음의 발생 가능성을 완전히 제거하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 밸브커버의 후방에 이동방지턱을 돌출 형성하여 밸브커버가 열림과 닫힘 동작을 반복함에 따라 발생되는 판스프링의 후방 이탈을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 판스프링이 밸브커버의 제 1 안착부 및 판스프링 지지부의 제 2 안착부에 삽입되어 고정 지지되도록 구성함으로써, 용접 등에 의한 열충격 및 내구성 감소 없이 판스프링이 조립될 수 있도록 하는 효과가 있다.

나아가, 본 발명은 하우징의 후단에 하우징 돌기를 형성하여 밸브커버가 하우징의 개구부를 완전히 밀폐시키지 않도록 함으로써, 밸브커버와 하우징이 부딪혀서 발생되는 터칭 이음을 완전히 방지하는 효과가 있다.

아울러, 상기 하우징 돌기는 하우징의 후단에 형성되어 판스프링 지지부와의 간섭이 발생되지 않으므로 가변밸브의 형상이 전체적으로 축소되고, 밸브커버에 하우징 돌기가 직접 접촉되므로 별도로 장착된 부품에 하우징 돌기가 접촉되는 것에 비해 강성 및 내구성이 개선되는 효과가 있다.

도 1a은 종래 일반적으로 사용되는 가변밸브의 모습을 도시한 사시도.
도 1b는 종래 가변밸브의 개구부가 개방된 모습을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 판스프링 가변밸브 구조의 모습을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 판스프링의 모습을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 판스프링 가변밸브의 후면을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 판스프링 가변밸브에서 판스프링 지지부가 제거된 모습을 도시한 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 판스프링 가변밸브의 평면도.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 판스프링 가변밸브 구조의 모습을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 판스프링의 모습을 도시한 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(10)은 일측(도시된 실시예에서 좌측)에 유체가 통과될 수 있도록 원형의 개구부(12)가 형성되고, 타측(도시된 실시예에서 우측)에 한 쌍의 힌지 지지부(14)가 서로 마주보게 배치된다. 즉, 본 발명에 따른 하우징의 일측에 형성된 개구부(12)는 도 1b에 도시된 종래 하우징의 일측에 형성된 개구부(1')에 대응되고 한 쌍의 힌지 지지부(14)는 도 1b에 도시된 종래 힌지 지지부(1'')에 대응된다

상기 하우징(10)의 힌지 지지부(14)에는 원판형의 밸브커버(20)가 샤프트(16)를 매개로 힌지 결합되어 있으며, 밸브커버(20)의 회동에 의해 하우징의 개구부(12)는 개방 또는 폐쇄 작동한다. 즉, 본 발명에 따른 밸브커버(20)는 도 1b에 도시된 종래 밸브커버(2)에 대응되고, 도 1b에 도시된 밸브커버(2)의 작동과 유사한 방식으로 샤프트(16)를 기준으로 회동 작동하여 하우징의 개구부(12)를 개폐시킨다

상기 하우징(10)의 힌지 지지부(14) 상단에는 판 형태로 형성된 판스프링 지지부(40)가 고정 결합되고, 판스프링 지지부(40)와 밸브커버(20) 사이에는 판스프링(30)이 설치되어 밸브커버(20)를 가압한다.

상기 판스프링(30)은 밸브커버(20)를 폐쇄시키는 방향으로 밸브커버(20)에 탄성력을 제공하는 역할을 하며, 이에 따라 밸브커버(20)는 유체의 압력이 판스프링(30)의 탄성력보다 낮으면 폐쇄 상태를 유지하고, 유체의 압력이 판스프링(30)의 탄성력보다 높으면 개방된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 이때 상기 판스프링(30)의 상부면(32) 전체는 판스프링 지지부(40)와 면 접촉되고, 판스프링(30)의 바닥면(34) 전체는 밸브커버(20)와 면 접촉되며, 이에 따라 밸브커버는 종래 토션스프링에 의해 지지되는 것보다 강건하게 지지되어 떨림에 의한 이음이 감소된다.

도시된 실시예에서 상기 판스프링(30)은, 그 상부면(32)에 상부 굽힘부(32a)가 밸브커버(20) 방향을 향해 굴곡 형성되고, 그 하부면에 하부 굽힘부(34a)가 판스프링 지지부(40) 방향을 향해 굴곡 형성된다.

구체적으로 상기 판스프링의 상부면(32) 끝단은 밸브커버(20) 방향을 향해 즉, 하측으로 약 90° 정도 굴곡된 후 다시 안쪽으로 말려 들어가서 상부 굽힘부(32a)를 형성하고, 상기 판스프링의 바닥면(34) 끝단은 판스프링 지지부(40) 방향을 향해 즉, 상측으로 약 90° 정도 굴곡된 후 다시 안쪽으로 말려 들어가서 하부 굽힘부(34a)를 형성한다.

상기 밸브커버(20)의 개방시, 상기 상부 굽힘부(32a)와 하부 굽힘부(34a)는 접촉 지지되고, 이에 따라 밸브커버의 과다 개방이 방지됨은 물론 판스프링끼리 부딪혀서 발생되는 터칭 이음의 발생 가능성이 완전히 제거된다.

이때, 상기 상부 굽힘부(32a)와 하부 굽힘부(34a) 사이의 이격 거리는, 가변밸브와 주변 부품 사이의 배치관계, 판스프링의 스프링 특성, 밸브커버 개방시 유체 유동량 등을 고려하여 다양하게 형성될 수 있으나, 대략 판스프링(30) 높이의 약 1/4 정도 거리로 형성되는 것이 바람직하다.

이는, 상기 상부 굽힘부(32a)와 하부 굽힘부(34a) 사이의 이격 거리가 판스프링(30) 높이의 1/4 보다 가까우면 밸브커버의 개방을 지나치게 제한하게 되어 유체의 저항(배기가스의 저항)이 너무 높아지게 되고, 상기 상부 굽힘부(32a)와 하부 굽힘부(34a) 사이의 이격 거리가 판스프링(30) 높이의 1/4 보다 멀면 밸브커버 과대 개방 제한 효과가 미비해지기 때문이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 판스프링 가변밸브의 후면을 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 판스프링 가변밸브에서 판스프링 지지부가 제거된 모습을 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 판스프링 가변밸브의 평면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)의 후단에는 밸브커버(20)의 폐쇄시 밸브커버(20)의 후단이 걸려 더 이상 밸브커버(20)가 이동되지 않도록 하는 하우징 돌기(18)가 돌출 형성된다.

상기 하우징 돌기(18)는, 밸브커버의 개방시 밸브커버(20)의 후단으로부터 이격되고 밸브커버의 폐쇄시 밸브커버(20)의 후단에 접촉될 수 있도록 구성되며, 구체적으로 하우징(10)의 후단으로부터 후방으로 연장된 다음 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 형성된다.

상기 하우징 돌기(18)는 밸브커버(20)의 폐쇄 거동을 제한하는 역할을 하며, 판스프링(30)의 탄성력에 의해 밸브커버(20)가 폐쇄될 때, 지나치게 강한 탄성력에 의해 밸브커버(20)와 하우징(10) 사이가 부딪혀 발생되는 이음을 방지하기 위한 구성요소이다.

또한, 상기 하우징 돌기(18)와 접촉되는 밸브커버(20)의 후단 부분에는 SUS MAT 소재로 이루어진 완충부(26)가 부착되어 하우징 돌기(18)와의 직접적인 접촉으로부터 발생되는 이음을 방지하고 있다.

상기 하우징 돌기(18)는 밸브커버의 폐쇄시 밸브커버(20)가 하우징(10)의 개구부(12)에 거의 밀접할 수 있도록 설계되되, 밸브커버(20)와 하우징(10) 사이가 약간 이격되어 갭(G)이 형성되도록 설계되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 밸브커버(20)의 폐쇄시에도 하우징(10)의 개구부(12)는 완전히 밀폐되지는 않으며, 이때 밸브커버와 하우징 사이의 갭(G)은 약 0.2mm 정도인 것이 바람직하다.

이는 밸브커버와 하우징 사이의 갭(G)이 0.2mm 보다 크면 가변밸브가 밀폐 기능을 거의 수행할 수 없게 되고, 밸브커버와 하우징 사이의 갭(G)이 0.2mm 보다 작으면 주변 환경의 변화나 설계상 공차(公差) 등에 따라 밸브커버(20)가 하우징(10)에 부딪히는 문제가 빈번하게 발생되기 때문이다.

또한, 상기 밸브커버(20)의 후방에는, 판스프링(30)의 후방에 배치되어 판스프링(30)이 이탈되는 것을 방지하는 이동방지턱(24)이 돌출 형성되는 것이 바람직하다.

도시된 실시예에서 상기 이동방지턱(24)은 하나의 기다란 막대 형태로 형성되어 있으나, 다수 개로 형성되거나 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 판스프링을 지지할 수 있도록 강건한 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 판스프링(30)은 이러한 이동방지턱(24) 뿐만 아니라 밸브커버(20)의 타측면(도시된 실시예에서 우측)에 형성되는 제 1 안착부(22) 및 판스프링 지지부(40)의 하측면에 형성되는 제 2 안착부(42)를 통해 결합된다.

상기 판스프링(30)의 바닥면(34)은 제 1 안착부(22)와 이동방지턱(24)으로 구획된 공간에 삽입되고, 판스프링의 상부면(32)은 제 2 안착부(42)에 삽입되어 좌면(座面) 구속된다.

이와 같이, 상기 판스프링(30)을 좌면 구속을 통해 조립함으로써, 별도의 볼팅 또는 용접 결합은 필요가 없어지며 판스프링(30)의 열충격 및 내구성 감소가 방지되는 효과가 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 하우징
12 : 개구부
14 : 힌지 지지부
16 : 샤프트
18 : 하우징 돌기
20 : 밸브커버
22 : 제 1 안착부
24 : 이동방지턱
26 : 완충부
30 : 판스프링
32 : 상부면
32a : 상부 굽힘부
34 : 바닥면
34a : 하부 굽힘부
40 : 판스프링 지지부
42 : 제 2 안착부

Claims (5)

1. 일측에 개구부가 형성된 하우징에 샤프트를 매개로 회동 가능하게 결합되어 개구부를 개폐시키는 밸브커버; 및
   상기 하우징의 타측에 결합된 판스프링 지지부와 밸브커버 사이에 장착되는 판스프링; 을 포함하며,
   상기 판스프링은 밸브커버를 개구부 방향으로 가압하여 개구부를 통과하는 유체의 압력이 판스프링의 탄성력보다 상대적으로 낮으면 밸브커버가 개구부를 폐쇄하도록 하고, 유체의 압력이 판스프링의 탄성력보다 상대적으로 높으면 밸브커버가 판스프링의 탄성력을 이겨내고 개구부를 개방하도록 하며,
   상기 판스프링의 상부면에는 밸브커버 방향을 향해 상부 굽힘부가 굴곡 형성되고, 판스프링의 바닥면에는 판스프링 지지부 방향을 향해 하부 굽힘부가 굴곡 형성되는 것을 특징으로 하는 판스프링 가변밸브 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 판스프링의 탄성력에 의해 밸브커버가 개구부를 폐쇄할 때, 밸브커버의 후단이 걸릴 수 있도록 하우징의 후단에 돌출 형성되는 하우징 돌기; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 판스프링 가변밸브 구조.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 판스프링의 탄성력에 의해 밸브커버가 개구부를 폐쇄할 때, 밸브커버의 후단은 하우징 돌기에 걸려 밸브커버와 하우징 사이에는 갭이 형성되는 것을 특징으로 하는 판스프링 가변밸브 구조.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브커버의 후방에 돌출 형성되어 판스프링이 이탈되는 것을 방지하는 이동방지턱; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 판스프링 가변밸브 구조.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브커버의 타측면에 형성되는 제 1 안착부; 및
   상기 판스프링 지지부의 하측면에 형성되는 제 2 안착부; 를 더 포함하며,
   상기 판스프링은, 하부가 제 1 안착부에 삽입되고 상부가 제 2 안착부에 삽입되어 구속되는 것을 특징으로 하는 판스프링 가변밸브 구조.
   

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