KR101685487B1

KR101685487B1 - 가변밸브

Info

Publication number: KR101685487B1
Application number: KR1020150063137A
Authority: KR
Inventors: 양영덕
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2016-12-13
Also published as: KR20160132162A; CN106121833A; CN106121833B; US20160326924A1; US9784154B2

Abstract

본 발명은, 가변밸브에 관한 것으로써 일측으로 힌지지지부가 돌출형성되고 타측에 개구부가 형성된 하우징;과 개구부의 일부분을 개폐하도록 상기 힌지지지부에 회동가능하게 결합된 제1게이트;와 상기 제1게이트가 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 하우징에 장착되는 제1스프링;과 개구부의 나머지 부분을 개폐하도록 상기 힌지지지부에 회동가능하게 결합된 제2게이트; 및 상기 제2게이트가 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 하우징에 장착되는제2스프링;을 포함하고, 상기 제1스프링와 제2스프링은 서로 다른 스프링정수를 갖도록 제조된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명은, 본 발명의 구조는 아이들 시와 주행 시 각각의 상황에서 배기가스의 유동량을 독립적으로 제어 함으로써, NVH 성능 및 차량의 동력 성능을 극대화시킬 수 있다.

Description

가변밸브{VARIABLE VALVE}

본 발명은 배기가스의 유동압력에 따라 개폐가 조절되는 가변밸브에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 두 개의 게이트들이 개구부를 개폐시키되 각 게이트와 연결된 스프링들은 스프링특성을 다르게 설정되어 일부분 개방이 허용되도록 구성된 가변밸브에 관한 것이다.

엔진에서 생성되는 배기가스를 차체 후방으로 배출하는 배기장치는 배기가스 배출 시 배기소음을 감소시키는 머플러를 포함하여 구성된다.

차량에 장착되는 상기 머플러는 소정의 크기를 갖는 통 모양으로 형성되되 내부에 다수 개의 파이프 및 배플(baffle)이 장착되어 배기가스의 유동 시 상기 배기가스의 팽창과 공명 및 흡음을 유도하여 배기소음이 낮아지도록 구성된다.

한편, 엔진에서 생성되는 배기가스의 양은 차량의 주행상황에 따라 달라지므로, 주행상황에 따라 배기효율과 소음억제 성능을 더 효율적으로 조절할 수 있도록 머플러 내에는 가변밸브가 장착되고 있다.

상기 가변밸브는 엔진의 저속 회전시에는 게이트를 닫아 배기소음을 감소시키고 엔진의 고속 회전시에는 상기 게이트를 개방해 배기성능을 향상시키는 기능을 한다.

상기 가변밸브는 머플러 내부에 장착된 파이프 또는 소음기의 내부 공간을 구획하도록 벽면을 형성하는 배플 중 한 곳에 장착되되 도 1 에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 것이 통상적이다. 즉, 종래의 가변밸브는 하우징(1)에 게이트(2)가 회동 가능하게 결합되어 하우징(1)의 개구부를 개폐하도록 구성된다.

상기 게이트(2)는 하우징(1)의 일측에 형성된 힌지지지부(1a)에 장착된 샤프트(3a)를 회전축으로 회동 가능하게 장착되되, 상기 샤프트(3a)에는 일단이 게이트(2)에 접촉되어 게이트(2)를 탄성적으로 가압하는 코일형 토션스프링(3)이 결합된다.

상기와 같이 구성된 종래의 가변밸브는 배기가스의 압력이 토션스프링(3)의 탄성력을 초과하여 발생하면 게이트(2)가 개방되며, 배기가스의 압력이 토션스프링(3)의 탄성력 보다 작으면 게이트(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 토션스프링(3)의 스프링 특성이 현저히 떨어져 정밀한 유량 제어가 불가능하고, 이에 따라 설계치 이상으로 게이트(2)가 개방되면 주변 부품과의 간섭이 발생하는 문제점이 있다.

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

아울러, 종래의 구조의 가변밸브에서는 토션스프링(3)의 스프링정수 값에 의해 게이트(2)의 개폐량이 결정되나, 차량의 실차 조건에서는 아이들 시의 배기 부밍 문제와 주행 시의 배기 부밍 문제를 구분해서 해결해야 될 상황이 발생한다.

즉, 배기 유동 조건이 다른 상황에서는 종래 구조와 같이 하나의 토션스프링(3)만으로는 차량의 NVH 성능에 대응하여 보다 효율적으로 게이트(2)의 열림량을 제어하기가 어려웠다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래 구조의 문제점을 해소하기 위하여 이음 발생을 억제하고 보다 정밀한 유량제어를 위해 판스프링을 사용하되, 실차 조건에서 차량의 주행 상황에 따라 배기가스의 유동량을 더 효율적으로 제어할 수 있도록 두 개의 게이트가 독립적으로 개폐가 이뤄지는 가변밸브를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일측으로 힌지지지부가 돌출형성되고 타측에 개구부가 형성된 하우징;과 개구부의 일부분을 개폐하도록 상기 힌지지지부에 회동가능하게 결합된 제1게이트;와 상기 제1게이트가 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 하우징에 장착되는 제1스프링;과 개구부의 나머지 부분을 개폐하도록 상기 힌지지지부에 회동가능하게 결합된 제2게이트; 및 상기 제2게이트가 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 하우징에 장착되는제2스프링;을 포함하고, 상기 제1스프링와 제2스프링은 서로 다른 스프링정수를 갖도록 제조된 것을 특징으로 한다.

상기 제1스프링과 제2스프링은 힌지지지부에 결합된 스프링지지부에 지지되어 끝단이 제1게이트와 제2게이트 각각을 가압하도록 구성된 판스프링으로 제조된다. 더 상세하게는, 상기 제1스프링과 제2스프링 각각은 'ㄷ' 자(또는 'U' 자)로 절곡된 모양을 갖되 과도한 탄성변형을 방지하기 위해 상측 끝단에서 추가적으로 절곡된 꺽임부가 형성될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1게이트와 제2게이트는 둘 다 닫혔을 때 원판 모양이 형성되도록 각각이 반원형 모양을 갖되, 상기 제1게이트의 면적이 제2게이트의 면적 보다 더 크게 형성되도록 원판의 중심은 제1게이트에 놓이도록 형성된다. 그리고, 상기 제1스프링은 제2스프링 보다 스프링정수가 더 큰 스프링으로 구성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 배기가스가 상대적으로 적게 생성되는 아이들 시와 배기가스가 상대적으로 많이 생성되는 주행 시의 상황에 따라 배기가스의 유동량을 제1게이트 및 제2게이트가 독립적으로 제어함으로써 NVH 성능 및 차량 동력 성능을 극대화할 수 있다.

상기 제1게이트와 제2게이트는 'ㄷ' 모양의 판스프링과 결합되어 종래의 코일형 토션스프링과 대비하여 내구성능을 증대시킬 수 있으며, 상기 판스프링은 끝단에 절곡부가 형성되어 과도한 탄성변형을 방지할 수 있고, 제1게이트와 제2게이트의 열림량을 제한할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 가변밸브를 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변밸브의 사시도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변밸브에서 스프링지지부가 탈거된 상태를 도시한 도면,
도 4 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제1스프링과 제2스프링을 각각 도시한 도면,
도 5 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1스프링과 제2스프링을 각각 도시한 도면,
도 6 는 상대적으로 적게 발생하는 배기가스의 유동량에 따라 제2게이트만 열린 상태를 도시한 도면,
도 7 는 상대적으로 많게 발생하는 배기가스의 유동량에 따라 제1게이트와 제2게이트 모두가 열린 상태를 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변밸브를 더욱 상세히 설명한다.

도 2 와 도 3 을 참조하면, 본 발명에 따른 가변밸브는 제1게이트(20) 및 제2게이트(40) 각각이 하우징(10)에서 독립적으로 회동가능하게 결합된 구조를 갖는다.

상기 하우징(10)은 일측으로 힌지지지부(11)가 돌출형성되고 타측에 배기가스가 출입하는 개구부(도 6, 7 참조)가 형성된다. 상기 힌지지지부(11)에는 제1게이트(20)와 제2게이트(40) 각각이 회동가능하게 장착되되 상기 제1게이트(20)는 개구부의 일부분을 덮을 수 있고 제2게이트(40)는 개구부의 나머지 부분을 덮을 수 있는 위치에 장착된다.

그리고, 상기 제1게이트(20)가 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 배치되는 제1스프링(30)과 상기 제2게이트(40)가 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 배치되는 제2스프링(50)이 하우징(10)에 장착된다.

도 3 과 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1스프링(30)과 제2스프링(50) 각각은 상단이 힌지지지부(11)에 결합된 스프링지지부(12)에 지지되어 (상단이 스프링지지부에 고정지지된 상태에서) 하단이 제1게이트(20)와 제2게이트(40) 각각을 가압하도록 구성되며, 판스프링으로 제조된다.

더 상세하게는, 상기 제1스프링(30)과 제2스프링(50) 각각은 'ㄷ' 또는 'U' 자로 절곡된 모양의 판스프링이되, 스프링정수가 서로 다르게 정해지도록 폭 크기(d1, d2)가 각각 다르게 형성되거나 또는, 두께나 재질 등이 다르게 제조된다.

아울러, 본 발명의 다른 실시예로써, 도 5 에 도시된 바와 같이 상기 제1스프링(30')과 제2스프링(50')은 제1게이트(20)와 제2게이트(40)의 과도한 열림을 단속하고 내구성을 증대시키기 위하여 상측 끝단에서 아랫쪽을 향하여 추가적으로 절곡된 꺽임부(31, 51)가 형성될 수 있다. 이와 같은 꺽임부(31, 51)의 형성에 따라 제1스프링(30')과 제2스프링(50')은 탄성변형 가능한 범위가 h1 에서 h2 로 좁아져 게이트들(20, 40)의 열림량은 추가적으로 제한되는 구조를 가질 수 있다.

그러므로, 상기 제1스프링(30)와 제2스프링(50)은 서로 다른 스프링정수를 갖도록 제조되므로 배기가스의 유동량에 따라 제1게이트(20)와 제2게이트(40)의 열리는 시점이 다르게 설정된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1게이트(20)와 제2게이트(40)는 둘 다 닫혔을 때 원판 모양이 형성되도록 각각이 반원형 모양을 갖되, 상기 제1게이트(20)의 면적이 제2게이트(40)의 면적 보다 더 크게 형성되도록 (제1게이트와 제2게이트가 구성하는) 원의 중심(도 2 에서 'C' 로 표시된 부분)은 제1게이트(20)에 놓이도록 형성된다. 그리고, 상기 제1스프링(30)은 제2스프링(50) 보다 스프링정수가 더 큰 스프링으로 구성된다.

따라서, 배기가스가 적게 배출되는 경우에는 도 6 과 같이 제2게이트(40)만 먼저 개방이 이뤄지나, 차량 주행에 따라 배기가스의 유동량이 더 증가된 상태에서는 도 7 과 같이 제1게이트(20)의 개방 또한 이뤄진다.

더 상세하게는, 배기가스가 적게 배출되는 차량의 아이들(IDLE) 시에는 (스프링정수가 작은 제2스프링만 탄성변형되므로) 면적이 작은 제2게이트(40)만 열림으로써 배기 유량을 최소화 하여 배기 부밍을 저감시키되, 배기가스가 많이 배출되는 가속 시 또는 주행 시에는 아이들 시 보다 더 증가된 배기가스의 유량에 의해 (스프링정수가 큰 제1스프링까지 탄성변형되므로) 제1게이트(20)도 함께 열림으로써 종래의 가변밸브와 유사한 거동을 하게 된다. 따라서, 본 발명의 가변밸브는 주행 부밍 성능과 동력 성능 두 가지 모두를 적절히 구현할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 구조는 아이들 시와 주행 시 각각의 상황에 따라 배기가스의 유동량을 독립적으로 제어 함으로써, NVH 성능 및 차량의 동력 성능을 극대화시킬 수 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 하우징
11 : 힌지지지부
12 : 스프링지지부
20 : 제1게이트
30 : 제1스프링
31, 51 : 꺽임부
40 : 제2게이트
50 : 제2스프링

Claims

일측으로 힌지지지부가 돌출형성되고 타측에 개구부가 형성된 하우징;과
개구부의 일부분을 개폐하도록 상기 힌지지지부에 회동가능하게 결합된 제1게이트;와
상기 제1게이트가 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 하우징에 장착되는 제1스프링;과
개구부의 나머지 부분을 개폐하도록 상기 힌지지지부에 회동가능하게 결합된 제2게이트; 및
상기 제2게이트가 닫히는 방향으로 탄성력이 작용하도록 하우징에 장착되는제2스프링;을 포함하고, 상기 제1스프링와 제2스프링은 서로 다른 스프링정수를 갖도록 제조되며,
상기 제1게이트와 제2게이트는 둘 다 닫혔을 때 원판 모양이 형성되도록 각각이 반원형 모양을 갖되, 상기 제1게이트의 면적이 제2게이트의 면적 보다 더 크게 형성되도록 원판의 중심은 제1게이트에 놓이도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가변밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 제1스프링과 제2스프링은 힌지지지부의 상단에 결합된 스프링지지부에 지지되어 끝단이 제1게이트와 제2게이트 각각을 가압하도록 구성된 판스프링으로 제조된 것을 특징으로 하는 가변밸브.
제 2 항에 있어서, 상기 제1스프링과 제2스프링 각각은 'ㄷ' 자로 절곡된 모양을 갖되 과도한 탄성변형을 방지하기 위해 상측 끝단에서 추가적으로 절곡된 꺽임부가 형성된 판스프링인 것을 특징으로 하는 가변밸브.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 제1스프링은 제2스프링 보다 스프링정수가 더 큰 스프링인 것을 특징으로 하는 가변밸브.