KR101777481B1 - 인테이크 매니폴드의 ｖｃｍ 밸브 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인테이크 매니폴드의 ＶＣＭ 밸브 구조체에 관한 것으로, 인테이크 매니폴드(10)에 구비된 흡기포트(11)의 각 흡기구마다 한 개씩 배치되는 밸브플랩(21)과, 상기 밸브플랩(21)들을 공기 흐름 수직방향으로 슬라이딩 이동시켜 상기 흡기구(13)를 개폐하는 이동수단(23)을 포함한다.
본 발명은 과도한 토크에 의한 밸브 비틀림, 변형, 마모 문제를 해결할 수 있고 그에 따라 밸브 위치센서의 출력 공차 축소가 가능한 이점이 있다.

Description

인테이크 매니폴드의 ＶＣＭ 밸브 구조체{VCM-VALVE STRUCTURE FOR INTAKE MANIFOLD}
본 발명은 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브 작동시 비틀림으로 인한 밸브 위치 오진단 및 오차 범위 증대 문제를 해결할 수 있는 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브 구조체에 관한 것이다.
현재 가솔린 인테이크 매니폴드에는 연비 향상 또는 냉 시동시 배기가스 저감을 목적으로 VCM(Variable charge motion) 밸브가 적용되고 있다.
VCM 밸브는 인테이크 매니폴드의 포트 끝 부분에 장착되어 엔진 조건에 따라 개폐된다.
VCM 밸브의 오픈(open)시에는 흡입 공기가 그대로 실린더로 흡입되나, 클로즈(close)시에는 흡입 공기에 텀블을 발생시켜 인젝터에서 분사되는 연료와 빠르게 혼합기를 발생시키면서 연비 향상과 연료의 완전연소를 통해 배기가스 저감을 이루고 있다.
일반적으로, VCM 밸브는 도 1에 도시된 바와 같이, 긴 스틸 샤프트에 4개(기통수에 따라 다름)의 포트형상의 밸브플랩을 조립하여 작동시킨다.
그런데 VCM 밸브는, 밸브플랩(3) 사이마다 분리된 샤프트(7)를 삽입공(5)을 통해 조립해야 하므로 조립 공차가 누적되고, 회전 작동시 발생되는 비틀림으로 인해 밸브플랩(3)의 위치를 확인하는 위치센서의 출력값의 공차도 증대되어야 하는 단점이 있다.
특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 흡입 공기 저항이 큰 양 끝단 ①번과 ④번 위치의 밸브플랩(3)에서 비틀림이 크게 발행하는데, 이로 인해 클로즈(close)시 ①번과 ④번의 밸브플랩 열림 현상이 발생하고, 풀 클로즈(full close)/풀 오픈(full open) 보증을 위해 과도한 작동 토크의 VCM 밸브 작동을 수행해야 한다.
과도한 토크의 VCM 밸브 작동은 VCM 밸브 및 액추에이터의 변형 및 마모를 발생시켜 내구성을 악화시키고, 밸브플랩 및 밸브플랩들을 연결하는 샤프트 비틀림 발생을 발생시켜 밸브 위치 오진단 및 오차 범위를 증대시키게 된다.
본 발명의 목적은 밸브 작동시 비틀림으로 인한 밸브 위치 오진단 및 오차 범위 증대 문제를 해결할 수 있도록 슬라이딩 타입으로 개폐되는 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 인테이크 매니폴드에 구비된 흡기포트의 각 흡기구마다 한 개씩 배치되는 밸브플랩과, 상기 밸브플랩들을 공기 흐름 수직방향으로 슬라이딩 이동시켜 상기 흡기구를 개폐하는 이동수단을 포함한다.
상기 밸브플랩은 상기 흡기구의 오픈(open)시 상기 이동수단에 의해 상기 흡기포트에 형성한 이동홈을 통해 슬라이딩 이동되어 이웃하는 흡기구 사이에 위치된다.
상기 이동홈은 소정각도 경사져 클로즈(close)시 상기 흡기구에 배치되는 밸브플랩이 소정각도 경사지게 함으로써 상기 흡기구를 통과하는 공기의 텀블 유동이 발생하게 한다.
상기 밸브플랩은 클로즈(close)시 상기 흡기구의 일부분을 가리는 플레이트 형상이다.
상기 이동수단은 상기 밸브플랩들을 하부에서 연결하는 샤프트와, 상기 샤프트 연장 축과 상기 인테이크 매니폴드의 외부에 설치되는 액추에이터의 로드를 연결하여 상기 액추에이터의 작동에 따른 로드의 직선운동을 상기 샤프트의 직선운동으로 연결하여 상기 밸브플랩을 슬라이딩 이동시키는 연결축을 포함한다.
본 발명은 흡기포트에 형성한 이동홈을 따라 이동하는 밸브플랩의 좌우 왕복 슬라이딩 이동으로 흡기구를 개폐한다.
따라서, 적은 토크로 흡기구를 개폐하기 용이하고 밸브 작동시 비틀림이 미인가되므로 풀 클로즈(full close)를 보증할 수 있고, 밸브플랩 위치 출력값 공차를 축소할 수 있으며, 밸브의 작동방향으로 잔존 토크 인가가 불필요하여 밸브의 내구성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브를 보인 사시도.
도 2는 도 1을 흡기포트에 설치하고 흡기구가 클로즈된 상태를 보인 정면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브가 흡기포트에 설치된 상태의 열림(a) 및 닫힘(b) 작동 상태를 보인 부분 투시도.
도 4는 도 3의 (a)의 일측면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브가 흡기포트에 설치된 상태의 열림(a) 및 닫힘(b) 작동 상태를 보인 정면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브는, 도 3에 도시된 바와 같이, 인테이크 매니폴드(10)에 구비된 흡기포트(11)의 각 흡기구(13)마다 한 개씩 배치되는 밸브플랩(21)과, 밸브플랩(21)들을 공기 흐름 수직방향으로 슬라이딩 이동시켜 흡기구(13)를 개폐하는 이동수단(23)을 포함한다.
본 실시예에서 흡기구(13)가 4개가 형성되므로 그에 대응되게 밸브플랩(21)은 4개가 구비된다.
밸브플랩(21)은 이동수단(23)의 작동에 의해 공기 흐름 수직방향인 흡기구(13) 측면에서 좌우 왕복 슬라이딩 이동되면서 흡기구(13)를 개폐시킨다.
밸브플랩(21)은 저속 저부하 영역에서는 흡기구(13)를 닫아 연소의 질을 개선시키고, 고속 고부하 영역에서는 흡기구(13)를 열어 공기가 제한 없이 연소실로 유입되도록 함으로써 엔진 출력을 향상시킨다.
밸브플랩(21)은 공기 흐름 수직방향으로 슬라이딩 이동되면 적은 토크로 흡기구(13)를 열고 닫기 용이하다. 이는 종래 회전으로 인한 과도한 토크에 의해 밸브가 변형되거나 마모되는 문제를 해결할 수 있고, 과도한 토크 및 밸브의 비틀림 방지로 인해 위치센서 출력값 공차를 축소시킬 수 있다.
밸브플랩(21)은 흡기포트(11)에 형성한 이동홈(15)을 통해 흡기구(13)의 측면에서 왕복 슬라이딩 이동된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이동홈(15)은 흡기포트(11)의 측면에서 흡기구(13)와 연통되게 밸브플랩(21)이 슬라이딩 이동할 수 있는 구멍을 뚫어 형성한 것이다.
이동홈(15)은 흡기구(13) 전면에 대해 소정각도 경사지게 형성된다. 이동홈(15)의 경사는 이동홈(15)을 따라 슬라이딩 이동되어 흡기구(13)에 배치되는 밸브플랩(21)을 소정각도 경사지게 한다.
밸브플랩(21)의 경사는 공기 흐름성을 좋게 하기 위한 것이다. 흡기구(13)에서 밸브플랩(21)이 직각으로 세워져 있는 경우 밸브플랩(21)이 흡입 공기와 부딪히면서 공기 흐름성을 저하시키게 된다.
밸브플랩(21)의 경사는 공기 흐름성을 좋게 하면서 흡입 공기의 텀블 유동을 발생시키도록 40~60°인 것이 바람직하다. 흡입 공기의 텀블 유동은 인젝터에서 분사된 연료와 공기를 잘 혼합시켜 연비향상과 배기가스 저감을 이루게 한다.
밸브플랩(21)은 닫힘 각도 상태에서 클로즈(close)시 흡기구의 일부분을 경사지게 가리게 된다. 닫힘 각도는 밸브플랩(21)이 흡기구(13)의 일부를 가릴 수 있는 상태를 의미한다.
밸브플랩(21)은 이동홈(15)을 따라 슬라이딩 이동이 용이하도록 플레이트 형상인 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 밸브플랩(21)은 오픈(open)시 이동홈(15)을 따라 슬라이딩 이동되어 이웃하는 흡기구(13)와의 사이에 위치된다. 밸브플랩(21)이 이웃하는 흡기구(13)와의 사이에 위치되면 흡기구(13) 가림을 해제하게 되고 외부에서 보이지 않는 상태가 된다.
밸브플랩(21)이 이동홈(15)을 따라 좌우 왕복 슬라이딩 이동하는 구조는 흡입 공기에 의한 밸브 열림 현상을 방지할 수 있고 특히, 흡입 공기 저항이 큰 양 끝단 ①번과 ④번 위치의 밸브 비틀림 현상을 방지할 수 있다.
밸브플랩(21)의 슬라이딩 이동은 이동수단(23)에 의해 수행된다.
이동수단(23)은 밸브플랩(21)들을 하부에서 연결하는 샤프트(25)와 연결축(27)을 포함한다.
구체적으로, 이동수단(23)은 밸브플랩(21)들을 하부에서 연결하는 샤프트(25)와 샤프트(25) 연장 축(25a)과 액추에이터(30)의 로드(31)를 연결하여 액추에이터(30)의 작동에 따른 로드(31)의 직선운동을 샤프트(25)의 직선운동으로 연결하여 밸브플랩(21)을 슬라이딩 이동시키는 연결축(27)을 포함한다.
연결축(27)은 샤프트(25) 일측 끝단의 연장 축(25a)과 로드(31)를 연결하여 로드(31)의 직선운동을 샤프트(25)에 전달하는 역할을 한다.
샤프트(25)는 길이가 긴 스틸 샤프트이다. 샤프트(25)는 이동홈(15)을 따라 직선운동하면서 샤프트(25)에 연결된 밸브플랩(21)을 슬라이딩 이동시킨다. 연결축(27)은 샤프트(25)와 마찬가지로 스틸 재질로 형성된다.
액추에이터(30)는 인테이크 매니폴드(10)의 외부에 설치되므로 액추에이터(30)의 작동을 샤프트(25)의 직선운동으로 연결시키기 위해 연결축(27)이 구비된다. 액추에이터(30)가 인테이크 매니폴드(10)에 설치된 위치에 따라 연결축(27)의 형상은 다양하게 형성할 수 있다.
액추에이터(30)는 모터의 작동 또는 내부에 부압 형성시 하단에 연결된 로드(31)가 인출 및 인입하는 직선 왕복운동으로 작동되는 것일 수 있다.
본 실시예에서 샤프트(25)와 연결축(27)을 별도의 구성으로 설명하였지만, 샤프트(25)의 형상을 연결축(27)과 일체로 형성하여 도면에 도시된 바와 같이 'ㄴ'자 형상으로 제작할 수도 있다.
이하 본 발명의 작용을 설명한다.
본 발명의 VCM 밸브가 인테이크 매니폴드의 흡기포트에 설치된 상태 및 작동하는 과정을 설명하기로 한다.
VCM 밸브(20)는 길이가 긴 스틸 샤프트(25)에 흡기구(13)의 위치와 대응되게 일정간격으로 밸브플랩(21)의 하단을 고정한 가조립 부품을 흡기포트(11)의 측면 이동홈(15)을 통해 삽입한다.
이때, 이동홈(15)은 흡기구(13) 전면을 향해 소정각도 경사되게 되므로 이동홈(15)을 통해 삽입된 밸브플랩(21)은 흡기구(13)에 위치한 상태에서 소정각도 경사지게 된다.
또한, 밸브플랩(21)은 플레이트 형태로 흡기구(13)의 일부를 경사지게 가리는 노말 오픈(Normal Open) 상태이다.
샤프트(25)에 밸브플랩(21)을 고정한 가조립 부품을 이동홈(15)에 삽입한 후에는 샤프트(25)의 일측 끝단 연장 축(25a)에 연결축(27) 일단을 연결하고 연결축(27) 타단은 액추에이터(30)의 로드(31)에 연결한다.
그러면 VCM 밸브가 인테이크 매니폴드의 흡기포트에 설치된 상태가 완료되며, 완료된 상태는 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 흡기구(13)가 열린 상태일 수 있다.
흡기구(13)가 열린 상태에서, 액추에이터(30)의 로드(31)는 로드(31)가 인출된 상태로 연결축(27)을 도면상 좌측으로 당기면서 연결축(27)에 연결된 샤프트(25)를 좌측으로 당기고 있는 상태가 된다. 그에 따라 밸브플랩(21)은 샤프트(25)의 이동에 의해 좌측으로 슬라이딩 이동된 상태로 흡기구(13)와 흡기구(13) 사이의 이동홈(15)에 위치되고 흡기구(13)를 가리지 않게 된다.
이 상태에서 흡기구(13)의 닫힘이 필요한 경우, 액추에이터(30)의 작동에 따라 로드(31)가 인입되는 직선운동으로 연결축(27)을 도면상 우측으로 밀게된다. 그에 따라, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 연결축(27)에 연결된 샤프트(25)를 우측으로 밀게 되고 밸브플랩(21)은 샤프트(25)의 우측 이동에 의해 우측으로 슬라이딩 이동되어 흡기구(13)에 위치된다.
흡기구(13)에 위치된 밸브플랩(21)은 흡기구(13)의 일부를 경사지게 막아 텀블 유동을 발생시키게 된다.
참고로, 액추에이터(30)의 로드(31)가 인입되는 직선운동은 액추에이터에 부압(진공)이 형성되어 수행될 수 있다.
이 상태에서 흡기구(13)의 열림이 필요한 경우, 상술한 작용과 반대로 액추에이터(30)의 로드(31)를 인출하는 직선운동이 수행되면 밸브플랩(21)이 원위치로 복귀되어 흡기구(13)의 가림을 해제하게 된다.
흡기구의 가림이 해제된 상태는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 정면에서 보았을 때 밸브플랩(21)이 이웃하는 흡기구(13)와의 사이 공간에 숨어 보이지 않게 된다.
상술한 밸브플랩(21)의 좌우 왕복 슬라이딩 이동은 적은 토크로 흡기구(13)의 열림 및 닫힘을 정확하게 제어할 수 있고 비틀림이 미인가되어 풀 클로즈(full close)를 보증할 수 있고, 종래와 달리 과도한 토크 발생이 방지되므로 밸브플랩(21) 위치 출력값 공차를 축소할 수 있으며, VCM 밸브의 작동방향으로 잔존 토크 인가가 불필요하고 밸브의 내구성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 인테이크 매니폴드 11: 흡기포트
13: 흡기구 15: 이동홈
21: 밸브플랩 23: 이동수단
25: 샤프트 25a: 연장 축
27: 연결축 30: 액추에이터
31: 로드

Claims (5)

  1. 인테이크 매니폴드에 구비된 흡기포트의 각 흡기구마다 한 개씩 배치되는 밸브플랩과,
    상기 밸브플랩들을 공기 흐름 수직방향으로 슬라이딩 이동시켜 상기 흡기구를 개폐하는 이동수단을 포함하며,
    상기 밸브플랩은 상기 흡기구의 오픈(open)시 상기 이동수단에 의해 상기 흡기포트에 형성한 이동홈을 통해 슬라이딩 이동되어 이웃하는 흡기구 사이에 위치되고,
    상기 이동홈은 소정각도 경사져 클로즈(close)시 상기 흡기구에 배치되는 밸브플랩이 소정각도 경사지게 함으로써 상기 흡기구를 통과하는 공기의 텀블 유동이 발생하게 하는 것을 특징으로 하는 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브플랩은 클로즈(close)시 상기 흡기구의 일부분을 가리는 플레이트 형상인 것을 특징으로 하는 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동수단은
    상기 밸브플랩들을 하부에서 연결하는 샤프트와;
    상기 샤프트 연장 축과 상기 인테이크 매니폴드의 외부에 설치되는 액추에이터의 로드를 연결하여 상기 액추에이터의 작동에 따른 로드의 직선운동을 상기 샤프트의 직선운동으로 연결하여 상기 밸브플랩을 슬라이딩 이동시키는 연결축을 포함하는 것을 특징으로 하는 인테이크 매니폴드의 VCM 밸브.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100598840B1 (ko) * 1999-12-30 2006-07-11 현대자동차주식회사 린번 엔진용 스월 컨트롤 밸브 장치

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