KR101948497B1 - 내연 기관의 흡기 장치 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

흡기 장치(1)는, 각 흡기 통로의 일부를 개폐하는 복수의 밸브부(44)를 갖고, 각 밸브부(44)는 이 양단에 위치하는 1쌍의 측벽부(46)에 각각 설치된 회전축(48, 50)을 통하여 하우징(10)에 요동 가능하게 지지되고, 회전축(48, 50)의 중심으로부터 직경 방향 외측으로 오프 셋되어 있다. 각 밸브부(44)의 외측면(54)은 회전축(48, 50)을 중심으로 한 원호형을 이루고 있고, 외측면(54)의 긴 에지부(54a, 54b)에 시일부(60, 62)가 각각 돌출 설치되어 있다. 밸브 개방 시에, 각 밸브부(44)는 하우징 통로(20)에 오목 형성된 밸브부 수용부(40)에 수용되고, 미소 클리어런스를 통하여 시일부(60, 62)가 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)과 대향된다. 밸브 폐쇄 시에는, 제1 시일부(60)는 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)과 겹친 상태 그대로 밸브부 수용부(40)의 하류측 부분에 위치한다.

Description

내연 기관의 흡기 장치
본 발명은 흡기 통로를 개폐하는 밸브체를 갖는 내연 기관의 흡기 장치에 관한 것이다.
종래의 내연 기관 흡기 장치로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 이 흡기 장치는, 흡기 매니폴드의 흡기 통로의 개구 면적을 제어함으로써, 내연 기관의 연소실 내에 텀블류를 형성하는 장치이며, 흡기 매니폴드의 출구부에 감입되는 홀더와, 이 홀더에 요동 가능하게 지지되는 밸브체를 구비한다. 밸브체의 외측면에는, 상류측 에지부의 근방에 있어서 볼록형 시일부가 설치되어 있다. 홀더 저면에는, 밸브체의 수용 공간을 형성하는 보텀 플레이트가 설치되어 있다. 밸브 폐쇄 시에는 밸브체의 시일부가 보텀 플레이트의 단부 에지에 접근함으로써, 밸브체와 홀더 사이의 시일을 도모하고 있다.
그러나, 상기 종래의 흡기 장치에서는, 밸브 폐쇄 시에 시일부와 보텀 플레이트 단부 에지 사이에 잔존하는 간극이 비교적 큰 것이 되어, 이 간극을 통하는 에어 누설에 의해 흡기 유동이 저하되어 버린다는 문제가 있었다.
일본 특허 공개 제2013-256879호 공보
본 발명에 있어서의 내연 기관의 흡기 장치는,
흡기 통로를 구성하는 하우징과,
흡기 통로의 일부를 개폐하여 흡기 유동을 강화하는 밸브부를 구비한 밸브체,
를 구비한다.
상기 하우징의 통기 통로의 저벽에, 상기 밸브부의 이동 궤적에 따른 원호형으로 오목해진 수용부가 형성되고, 상기 수용부의 저면에 대향하는 상기 밸브부의 외측면은, 원호 형상을 이룸과 함께, 흡기 방향 상류측의 에지부에 따라 볼록형의 시일부를 갖는다.
이와 같은 구성에서는, 밸브부의 이동 범위에 걸쳐, 시일부와 수용부 저면 사이의 클리어런스가 작아지고, 밸브 폐쇄 시에는 시일부에 의해 수용부의 하류측 부분이 밀봉된다.
본 발명에 따르면, 밸브 폐쇄 시에 밸브체와 수용부의 저면 사이를 통하는 에어 누설이 감소되고, 흡기 유동의 저하를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 흡기 장치를 구비하는 흡기 매니폴드의 정면도.
도 2는 실린더 헤드에 장착된 상태에서 나타내는 도면 1의 A-A 선을 따른 흡기 매니폴드의 단면도.
도 3은 밸브 폐쇄 시의 밸브체를 나타내는 흡기 매니폴드의 확대 단면도.
도 4는 밸브 개방 시의 밸브체를 나타내는 흡기 매니폴드의 확대 단면도.
도 5는 밸브체의 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는, 본 발명의 흡기 장치(1)를 직렬 4기통의 내연 기관에 적용한 예를 나타내고 있다.
도 1은, 본 발명에 관한 흡기 장치(1)를 구비한 흡기 매니폴드(2)의 정면도이며, 도 2는, 그 단면도이다. 또한, 도 2는, 차량 탑재 상태에서의 흡기 매니폴드(2)의 자세를 도시하고 있지만, 흡기 매니폴드(2)는 도시된 자세에 한정되는 것은 아니다.
흡기 매니폴드(2)는, 경질 합성 수지제의 4개의 부재(2a 내지 2d)를 진동 용착에 의해 서로 접합하여 구성되어 있으며, 흡기구(5)를 통하여 흡기가 도입되는 콜렉터(6)와, 콜렉터(6)의 주위를 둘러싸도록 뻗어 있고, 콜렉터(6) 내의 흡기를 각 기통에 분배하는, 흡기 통로로서의 4개의 브랜치 통로(8)를 갖는다.
본 발명의 흡기 장치(1)는, 흡기 매니폴드(2)의 일부를 구성하는 것이며, 하우징(10)과, 이 하우징(10) 내에 요동 가능하게 지지되는 밸브체 어셈블리(12)로 구성되어 있다.
하우징(10)은, 흡기 매니폴드(2)의 제1 부재(2a)에 일체 성형된 기관 전후 방향으로 가늘고 긴 상자 형상의 하우징 본체(14)와, 이 하우징 본체(14) 내에 끼워 맞춰지는 가늘고 긴 하우징 커버(16)로 구성되어 있다.
하우징 본체(14)에는, 브랜치 통로(8)의 일부를 각각 구성하는 4개의 하우징 통로(20)가 관통 형성되어 있다. 이들 4개의 하우징 통로(20)는, 하우징 본체(14)의 긴 변 방향으로 정렬하여 배치되고, 각각 단면 대략 직사각형으로 형성되어 있다. 각 하우징 통로(20)의 저벽(20a)(내연 기관을 차량 탑재한 상태에 있어서의 하우징 통로 하측의 벽)은, 원호형으로 오목해진 오목부(22)를 가짐과 함께, 이 오목부(22)로부터 더 한층 오목해지고, 하우징 커버(16)의 일부를 수용하는 커버 수용부(23)를 갖는다(도 3 참조). 또한, 하우징 본체(14)는, 그 주위를 따라 흡기 매니폴드(2)를 실린더 헤드(4)에 고정하기 위한 플랜지(24)가 형성되어 있음과 함께, 긴 변 방향의 일단부에, 액추에이터(26)가 장착되는 플랜지(28)가 형성되고, 타단부에, 개방도 센서(30)가 설치되는 플랜지(32)가 형성되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 하우징 커버(16)는, 경질 합성 수지 재료를 포함하고, 하우징 통로(20) 및 흡기 포트(34)의 개구 단부에 각각 대응하는 4개의 대략 직사각형의 개구부(36)가 긴 변 방향으로 정렬하도록 개구 형성되어 있다. 하우징 커버(16)의 한쪽 면(하류 측면)(16a)에는, 인접하는 개구부(36) 사이에 연장되는 부분에 있어서, 각 개구부(36)의 짧은 변부와 평행하게 연장되는 가스킷 홈(37)이 형성되어 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징 커버(16)의 다른 쪽 면(상류 측면)에 있어서, 각 개구부(36)의 하단부로부터 돌출부(38)가 설편형으로 돌출 설치되어 있다. 각 돌출부(38)는, 하우징 통로(20)의 일부를 구성하는 내벽면(38a)을 갖고, 이 내벽면(38a)은, 원호형으로 만곡되어 있다. 또한, 이 상류 측면에는, 상기 개구부(36) 사이에 연장되는 부분 및 긴 변 방향의 양단부에 있어서, 도시되지 않은 복수의 베어링부가 돌출 설치되어 있다.
하우징 커버(16)가 하우징 본체(14)에 장착된 상태에서는, 각 돌출부(38)가 커버 수용부(23)에 각각 수용되어, 각 돌출부(38)의 내벽면(38a)과, 각 오목부(22)의 저면이 연속됨으로써, 밸브부(44)를 각각 수용하는 오목 형상의 밸브부 수용부(40)가 형성된다. 각 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)은, 밸브체 어셈블리(12)의 회전 중심을 중심으로 한 원호형을 이루고 있다.
밸브체 어셈블리(12)는, 동일한 구성을 갖는 2조의 밸브체(42)를 서로 연결함으로써 구성되어 있다. 각 밸브체(42)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 경질 합성 수지 재료로 일체 성형되어 있고, 2개의 대략 직사각형의 밸브부(44)와, 각 밸브부(44)의 양측에 설치된 부채형의 측벽부(46)와, 내측에 위치하는 2개의 측벽부(46)를 연결하는 원통형의 중간 회전축(48)과, 외측에 위치하는 측벽부(46)에 각각 설치된 원통형의 단부 회전축(50)으로 구성되어 있다.
각 밸브부(44)는, 회전축(48, 50)의 중심에 대해 직경 방향 외측으로 오프 셋되어 있다. 도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 두꺼운 판형을 이루는 밸브부(44)의 외측면(52)은 회전축(48, 50)을 중심으로 한 원호형을 이루고 있고, 이에 반하여, 내측면(54)은 원호의 현에 따른 평탄면을 이루고 있다. 또한, 각 밸브 (44)의 한쪽의 긴 에지부 중앙 부분에는 통기 창부(56)가 대략 직사각형으로 절결 형성되어 있다.
상기한 바와 같이 각각 구성된 2조의 밸브체(42)는 서로 연결되어 밸브체 어셈블리(12)가 구성된다. 또한, 밸브체 어셈블리(12)의 일단부에는 액추에이터(26)가, 타단부에는 개방도 센서(30)가 각각 연결된다.
밸브체 어셈블리(12)는, 각 밸브부(44)가 각 하우징 통로(20) 내에 위치하도록, 하우징 본체(14) 내에 삽입되어, 밸브체 어셈블리(12)를 덮도록 하여, 가스킷(58)과 함께 하우징 커버(16)가 설치되고, 흡기 장치(1)가 구성된다. 이 상태에서는, 측벽부(46)의 외벽면(47)은 하우징 통로(20)의 측벽면(20a)에 각각 대향됨과 함께, 각 밸브부(44)의 외측면(52)은 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)과 대향된다. 즉, 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)은, 외측면(52)의 이동 궤적을 따라서 원호형으로 형성되어 있고, 양자는 동심원 상에 위치하고 있다. 또한, 중간 회전축(48) 및 단부 회전축(50)은 하우징 본체(14)와 하우징 커버(16)에 의해 형성되는 도시되지 않은 베어링부에 회전 가능하게 지지되어 있다.
이와 같이 구성된 흡기 장치(1)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 액추에이터(26)에 의해, 밸브체 어셈블리(12)가 도면의 반시계 방향으로 회전 구동되면, 각 밸브부(44)는 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)에 따라 회동하여, 전체 하우징 통로(20)가 일제히 폐쇄된다. 이 밸브 폐쇄 위치에서는, 흡기 매니폴드(2) 내에 도입된 흡기는, 하우징 통로(20)로부터 통기 창부(56)를 통하여 흡기 포트(34)로 흐른다. 이에 의해, 텀블류(흡기 유동)가 강화된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 액추에이터(26)에 의해 밸브체 어셈블리(12)가 도면의 시계 방향으로 회전 구동되면, 각 밸브부(44)는 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)에 따라 회동하고, 전체 하우징 통로(20)가 일제히 개방된다. 이 밸브 개방 위치에서는, 밸브부(44)의 내측면(54)이 하우징 통로(20)의 저벽(20a)과 연속면이 되고, 하우징 통로(20)의 일부를 구성한다. 흡기 매니폴드(2) 내에 도입된 흡기는, 개구부(36)의 전체면을 흘러, 이에 의해, 텀블류를 약화시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 4의 밸브 개방 위치에서는, 밸브부(44) 전체가 원호형으로 오목해진 밸브부 수용부(40) 내에 수용된 상태로 된다.
다음에, 도 3 내지 5를 참조하여, 본 발명의 주요부인 밸브체(42)의 시일 구조에 대해 상세하게 설명한다.
각 밸브부(44)의 외측면(52)은, 긴 변을 따른 1쌍의 긴 에지부(54a, 54b)와, 짧은 변을 따른 1쌍의 짧은 에지부(54c, 54d)에 의해 대략 직사각 형상으로 구성되어 있다. 그리고, 긴 에지부(54a)(흡기 방향 상류측 에지부)에 따라 볼록형 제1 시일부(60)가 돌출 설치되어 있다. 이 제1 시일부(60)는, 외측면(52)의 1쌍의 짧은 에지부(54c, 54d) 사이에 걸쳐 거의 직선적으로 연속하여 연장되어 있다. 다른 쪽의 긴 에지부(54b)(흡기 방향 하류측 에지부)에는, 각 짧은 에지부(54c, 54d)에서 통기 창부(56)까지 각각 연장되는 볼록형 제2 시일부(62)가 돌출 설치되어 있다. 제1 시일부(60) 및 제2 시일부(62)의 각각 외측면(52)으로부터의 돌출량은 각 시일부(60, 62)의 선단과 밸브부 수용부(40)의 저면(40a) 사이에 소정의 미소 클리어런스를 형성하도록 설정되어 있다. 여기서, 제1 시일부(60)는, 밸브부(44)의 외주면(52)에 있어서 흡기 방향 상류측의 에지부에 설치할 필요는 없고, 에지부로부터 흡기 방향 하류측으로 조금 떨어진 위치에 설치해도 된다. 마찬가지로, 제2 시일부(62)도 밸브부(44)의 외주면(52)에 있어서 흡기 방향 하류측의 에지부에 설치할 필요는 없고, 에지부로부터 흡기 방향 상류측으로 조금 떨어진 위치에 설치해도 된다.
또한, 밸브부(44) 양단의 측벽부(46)는, 각각 회전축(48, 50)으로부터 밸브부(44)를 향하여 펼쳐지는 부채형을 이루고 있고, 이 측벽부(46)의 외벽면(47)에는, 해당 외벽면(47)의 한쪽의 에지부(47a)(흡기 방향 상류측 에지부)에 따라 제1 시일부(60)와 연속되는 볼록형 제1 측방 시일부(64)가 설치되어 있다. 또한, 외벽면(47)의 다른 쪽의 에지부(47b)(흡기 방향 하류측 에지부)에 따라 제2 시일부(62)와 연속되는 볼록형 제2 측방 시일부(66)가 설치되어 있다. 제1 측방 시일부(64) 및 제2 측방 시일부(66)의 각각 외벽면(47)으로부터의 돌출량은 각 측쪽 시일부(64, 66)의 선단과, 하우징 통로(20)의 측벽면(20a) 사이에 소정의 미소 클리어런스를 형성하도록 설정되어 있다. 여기서, 제1 측방 시일부(64)는, 밸브부(44) 양단의 측벽부(46)에 있어서 흡기 방향 상류측의 에지부에 설치할 필요는 없고, 에지부로부터 흡기 방향 하류측으로 조금 떨어진 위치에 설치해도 된다. 마찬가지로, 제2 측방 시일부(66)도, 밸브부(44) 양단의 측벽부(46)에 있어서 흡기 방향 하류측의 에지부에 설치할 필요는 없고, 에지부로부터 흡기 방향 상류측으로 조금 떨어진 위치에 설치해도 된다.
시일부(60, 62) 및 측방 시일부(64, 66)는, 모두 단면 대략 직사각 형상으로 돌출되어 있고, 경질 합성 수지 재료에 의해 밸브체(42)와 함께 일체로 성형되어 있다.
밸브체 어셈블리(12)가 하우징(10) 내에 배치된 상태에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 시일부(60) 및 제2 시일부(62)는 미소 클리어런스를 통하여, 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)과 대향하고, 측방 시일부(64, 66)는, 미소 클리어런스를 통하여 하우징 통로(20)의 측벽면(20a)과 대향하고 있다.
도 3에 나타내는 밸브 폐쇄 위치에서는, 제2 시일부(62)는, 하우징 통로(20)의 천장면 근방에 위치하는 한편, 제1 시일부(60)는, 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)과 겹친 상태 그대로, 밸브부 수용부(40)의 하류측 부분에 위치하여, 이 하류측 부분을 밀봉한다. 또한, 제1 측방 시일부(64)는, 제1 시일부(60)에 연속하여 하우징 통로(20)의 측벽면(20a) 사이를 밀봉한다.
이에 의해, 제1 시일부(60)와 밸브부 수용부(40)의 저면(40a) 사이를 흐르는 흡기의 누설이 감소됨과 함께, 제1 측방 시일부(64)와 하우징 통로(20)의 측벽면(20a) 사이를 흐르는 흡기의 누설이 감소된다. 따라서, 누설에 수반하는 연소실 내에서의 흡기 유동(본 실시예에서는 텀블류)의 저하가 억제된다.
한편, 도 3의 밸브 폐쇄 위치에서 밸브부(44)가 회전 구동하면, 미소 클리어런스를 유지한 채 시일부(60, 62)가 밸브부 수용부(40)의 저면(40a)에 따라 이동하고, 도 4의 밸브 개방 위치가 된다. 이 밸브 개방 위치에서는, 밸브부(44)가 밸브부 수용부(40) 내에 수용되어, 제1 시일부(60)에 의해 밸브부 수용부(40)의 상류측 부분이 밀봉됨과 함께, 제2 시일부(62)에 의해 밸브부 수용부(40)의 하류측 부분이 밀봉된다. 또한, 측방 시일부(64, 66)에 의해 각 하우징 통로(20)의 측벽면(20a) 사이가 각각 밀봉된다.
이에 의해, 연소실로부터의 역 송풍에 의한 기연 가스나 EGR 가스 등이, 밸브부(44)의 외측면(52)과 밸브부 수용부(40)의 저면(40a) 사이의 좁은 공간(간극) 내에 들어가는 일이 없다. 따라서, 이 좁은 공간 내에서의 디포지트의 퇴적이 억제되어, 디포지트의 퇴적에 기인하는 밸브부(44)의 고착이 방지된다. 또한, 시일부(60, 62)가 설치되지 않은 밸브부(44)의 외측면(52)과 밸브부 수용부(40)의 저면(40a) 사이에는, 시일부(60, 62)에 비하여, 상대적으로 큰 간격이 확보되기 때문에, 수분의 빙결에 의한 밸브부(44)의 고착이 발생되기 어려워진다.
이상, 본 발명의 일 실시예를 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 다양한 변경이 가능하다.
본 실시예에서는 하우징 본체(14)는, 흡기 매니폴드(2)의 제1 부재(2a)에 일체 성형되어 있지만, 흡기 매니폴드(2) 전체와 일체로 성형해도 된다. 혹은, 독립된 하우징이어도 된다.
또한, 본 실시예에서는 밸브부 수용부(40)는, 성형의 사정상, 하우징 본체(14)에 형성된 오목부(22)와, 하우징 커버(16)에 돌출 설치된 돌출부(38)의 2부재로 나누어 형성되어 있지만, 어떻게 밸브부 수용부(40)를 형성할지는 임의이다. 또한, 본 실시예에서는 2조의 밸브체(42)가 서로 연결되어 있지만, 2조가 아니라 4조 등으로 서로 연결되어도 되고, 또는 각 밸브체(42)가 서로 연결되지 않고 독립적으로 형성되어도 된다. 또한, 본 실시예에서는 밸브체(42)에 의해 텀블류를 강화했지만 스월류를 강화하기 위하여 밸브체를 사용해도 상관없다.

Claims (5)

  1. 흡기 통로를 구성하는 하우징과,
    흡기 통로의 일부를 개폐하여 흡기 유동을 강화하는 밸브부를 구비한 밸브체,
    를 구비한 내연 기관의 흡기 장치이며,
    상기 하우징의 통기 통로의 저벽에, 상기 밸브부의 이동 궤적에 따른 원호형으로 오목해진 수용부가 형성되고,
    상기 수용부의 저면에 대향하는 상기 밸브부의 외측면은, 원호 형상을 이룸과 함께, 흡기 방향 상류측의 에지부에 따라 설치된 볼록형의 시일부와, 흡기 방향 하류측의 에지부에 있어서 이 흡기 방향 하류측의 에지부 중앙에 형성된 통기 창부의 양측에만 설치된 볼록형의 제2 시일부를 갖고,
    상기 밸브체는 상기 밸브부의 양단에 위치하는 1쌍의 측벽부를 구비하고, 흡기 통로의 측벽면에 대향하는 상기 1쌍의 측벽부 각각의 외측면에, 상기 시일부와 연속되는 볼록형의 측방 시일부가 설치되어 있는, 내연 기관의 흡기 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    밸브 개방 위치에 있어서, 시일부 및 제2 시일부가 미소 클리어런스를 통하여 상기 수용부의 저면과 대향하고 있는, 내연 기관의 흡기 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 밸브체는 상기 밸브부의 양단에 위치하는 1쌍의 측벽부를 구비하고, 흡기 통로의 측벽면에 대향하는 상기 1쌍의 측벽부 각각의 외측면에, 상기 제2 시일부와 연속되는 볼록형의 제2 측방 시일부가 설치되어 있는, 내연 기관의 흡기 장치.
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