KR102373087B1 - 기액분리를 위한 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치 - Google Patents

기액분리를 위한 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치 Download PDF

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권효준
박성민
최웅
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주식회사 현대케피코
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Abstract

본 발명은 흡기 매니폴드의 내부에서 체크밸브의 설치부위에 기액분리를 위한 보호용 캡을 부가적으로 설치함으로써 혼합가스 중 포함된 액체성분의 이물질에 의한 고착으로부터 기인하는 진공압의 누설 현상을 보다 적극적으로 배제할 수 있는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치를 개시한다.
전술한 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치는 흡기 매니폴드의 내부에서 체크밸브의 장착부위에 설치되는 보호용 캡으로 구성되고, 보호용 캡은 내측면에 가스의 유동경로를 설정하는 유동 가이드부, 유동 가이드부를 통해 내부로 유입된 가스에 대해 기액분리를 실시하는 평판 가이드부, 및 평판 가이드부에 의해 기액분리된 액체성분을 외부로 배출하는 드레인부를 구비한다.

Description

기액분리를 위한 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치{Check valve protection device of intake manifold for gas-liquid separation}
본 발명은 흡기 매니폴드에 설치되는 체크밸브를 보호하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡기 매니폴드의 내부에서 체크밸브의 설치부위에 기액분리를 위한 보호용 캡을 설치하여 혼합가스 중 포함된 액체성분의 이물질에 의한 고착으로부터 기인하는 진공압의 누설 현상을 보다 적극적으로 배제할 수 있는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 엔진에는 연소실의 내부로 외기의 유입을 위한 흡기 매니폴드가 구비되어 있어, 연소실의 내부에서 유입된 외기를 이용한 연료의 연소 작용을 도모할 수 있게 된다.
또한, 최근에는 엔진의 부하에 따라 흡기 매니폴드의 런너 길이를 가변적으로 조절할 수 있는 가변흡기 시스템(VIS; Variable Intake System)이 적용되고 있는 데, 가변흡기 시스템의 경우에는 런너의 길이를 가변적으로 조절하기 위한 밸브가 구비되어 있다.
특히, 밸브의 구동은 주로 베큠 체임버에서 조성된 부압을 이용하여 이루어지고 있는 데, 이때에는 베큠 체임버에서 조성된 부압을 적정 수준으로 유지하기 위해 공기의 유동을 일방향으로만 허용하는 체크밸브가 부가적으로 설치된다.
이 경우, 체크밸브는 베큠 체임버와 플레넘 체임버 사이를 구획하는 센터 쉘의 장착좌면부에 설치되어 있어, 부압의 지속적인 조성을 도모하게 된다.
그런데 엔진 구동에 따라 흡기 매니폴드 내부로 유입되는 가스는 흡입 공기에 대해 EGR 가스와 Blow By 가스 및 PCSV 가스 등이 함께 혼합된 상태가 되는 데, 이러한 혼합가스는 자체적으로 액체성분과 기체성분이 혼재된 상태이기 때문에 혼합가스 중 포함되는 액체성분은 흡기 매니폴드의 내부로 유입된 다음, 특정부위에 고착화되어 이물질로 남게 되는 문제를 초래하게 된다.
특히, 체크밸브가 설치되는 장착좌면부로 혼합가스가 유입될 경우에는 가스의 액체성분 중 포함된 이물질이 밸브의 동작부위에 쌓여 고착될 수 있기 때문에 체크밸브는 정상적으로 동작할 수 없을 뿐만 아니라, 진공압의 누설에 따른 가변흡기 시스템의 작동이 중단되므로 엔진의 성능 저하로 귀결되는 문제를 야기하게 된다.
등록특허 제10-1623471호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 흡기 매니폴드의 내부에서 체크밸브의 설치부위에 기액분리를 위한 보호용 캡을 부가적으로 설치함으로써 혼합가스 중 포함된 액체성분의 이물질에 의한 고착으로부터 기인하는 진공압의 누설 현상을 보다 적극적으로 배제할 수 있는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 흡기 매니폴드의 내부에서 체크밸브의 장착부위에 보호용 캡을 설치하되, 보호용 캡은 내측면에 가스의 유동경로를 설정하는 유동 가이드부, 유동 가이드부를 통해 내부로 유입된 가스에 대해 기액분리를 실시하는 평판 가이드부, 및 평판 가이드부에 의해 기액분리된 액체성분만을 외부로 배출하는 드레인부를 구비하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치는 흡기 매니폴드의 내부에서 체크밸브의 설치를 위한 장착부위에 대해 가스의 기액분리를 구현할 수 있는 보호용 캡을 추가하여 엔진의 구동에 따라 흡기 매니폴드의 내부로 외기와 함께 유입되는 Blow by 가스 또는 EGR 가스 등의 혼합가스 중에 포함되는 액체성분에 의한 이물질이 체크밸브를 향해 유입되지 않게 차단할 수 있으므로, 이물질의 고착으로부터 기인하는 체크밸브의 기밀성 저하 문제를 완벽하게 해소할 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명은 체크밸브에 대한 기밀성을 보장하여 진공압의 누설 현상을 원천적으로 배제할 수 있으므로 엔진의 부하에 따른 가변흡기 시스템의 정상적인 동작을 유도할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 엔진의 흡기 매니폴드를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 체크밸브의 보호장치를 설명하기 위해 엔진의 흡기 매니폴드를 부분 절개하여 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 요부를 확대 도시한 것으로, 체크밸브의 보호장치에 대한 구성을 분리하여 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 체크밸브의 보호장치가 흡기 매니폴드의 센터 쉘에 대해 조립되는 부위를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3과 도 4에 각각 도시된 보호용 캡의 내측면 구조를 도시한 정면도이다.
이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용되는 엔진의 흡기 매니폴드를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조로 하면, 엔진의 흡기 매니폴드(10)는 도면을 기준으로 좌측에 외기가 유입되는 단일의 개구부(12)를 구비한다. 또한, 엔진의 흡기 매니폴드(10)는 도면을 기준으로 우측에 개구부(12)를 통해 유입되는 외기를 각 기통별 연소실로 안내하기 위해 복수개로 분지되는 분기관로(14)를 구비한다.
즉, 엔진의 흡기 매니폴드(10)에 있어, 개구부(12)를 통해 유입되는 외기는 복수의 분기관로(14)를 통해 각 기통별 연소실 내부로 유입되도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 체크밸브의 보호장치를 설명하기 위해 엔진의 흡기 매니폴드를 부분 절개하여 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 요부를 확대 도시한 것으로, 체크밸브의 보호장치에 대한 구성을 분리하여 도시한 사시도이다.
도 2와 도 3을 각각 참조로 하면, 흡기 매니폴드(10)는 내부에 위치하는 센터 쉘(16)을 중심으로 양측에 베큠 체임버(18)와 플레넘 체임버(20)를 각각 형성한다. 이 경우, 베큠 체임버(18)는 내부에 진공압이 조성되는 공간에 해당한다. 또한 플레넘 체임버(20)는 내부에 흡기가 유동될 수 있는 통로를 형성하게 된다.
또한, 흡기 매니폴드(10)의 센터 쉘(16)에는 흡기부압의 일방향 작용을 조절하기 위한 체크밸브(22)가 설치된다. 이를 위해, 센터 쉘(16)은 체크밸브(22)의 설치를 위해 오목한 형태의 장착좌면부(16a)를 형성한다.
또한, 장착좌면부(16a)에는 체크밸브(22)의 스템부(22a)를 삽입하여 설치하기 위한 관통구멍(16b)이 구비된다. 또한, 관통구멍(16b)의 둘레에는 복수개의 연통구멍(16c)이 함께 구비되는 데, 연통구멍(16c)은 센터 쉘(16)을 관통하여 베큠 체임버(18)와 플레넘 체임버(20) 사이를 교통 가능하게 하는 역할을 수행하게 된다.
또한, 장착좌면부(16a)에는 흡기 매니폴드(10)의 플레넘 체임버(20)를 통해 유동되는 혼합가스 중 체크밸브(22)를 향해 유동되는 가스에 포함되는 액체성분만을 효과적으로 제거함으로써 체크밸브(22)의 장착부위에서 발생하는 이물질의 고착에 따른 체크밸브(22)의 기밀성 저하로부터 기인하는 진공압 누설의 발생을 원천적으로 차단하기 위해 기액분리용 보호용 캡(24)이 설치된다.
이 경우, 보호용 캡(24)은 도 4와 도 5에 각각 도시된 바와 같이, 체크밸브(22)의 장착부위를 감싸도록 설치되고, 특히 체크밸브(22)를 향한 내측면에 혼합가스의 유동경로를 설정하기 위해 테두리부(26)를 포함하는 유입구(28)와 유출구(30)를 구비한다.
또한, 보호용 캡(24)은 내측면에 테두리부(26)와 함께 흡기포트를 향한 혼합가스의 유동경로를 설정하는 유동 가이드부(32), 혼합가스에 대한 기액분리를 위한 평판 가이드부(34), 및 평판 가이드부(34)를 통해 기액분리된 액체성분의 외부 배출을 위한 드레인부(36)를 구비한다.
또한, 테두리부(26)는 보호용 캡(24)의 내측면에서 혼합가스의 유동경로를 설정하는 유입구(28)와 유출구(30) 및 드레인부(36)를 제외한 나머지 부위를 체크밸브(22)의 장착부위를 향해 적정의 거리로서 연장함으로써 혼합가스의 유동경로를 기밀한 상태로 마감하도록 구성된다. 이 경우, 테두리부(26)는 흡기 매니폴드(10)의 내부에서 체크밸브(22)의 설치를 위한 센터 쉘(16)의 장착좌면부(16a)에 대해 융착되어 결합되는 구조로 설치된다.
또한, 유출구(30)는 보호용 캡(24)의 내측면에서 유입구(28)와 반대되는 위치, 즉 평판 가이드부(34)의 후방위치에서 테두리부(26)의 일부 구간을 절개하는 상태로 형성되도록 구성된다.
즉, 보호용 캡(24)은 내측면에 혼합가스의 유입경로를 설정하기 위해 유동 가이드부(32)와 함께 유입구(28)를 형성하고, 가스의 유출경로를 설정하기 위해 평판 가이드부(34)의 후방에서 유출구(30)를 형성하는 테두리부(26)를 포함하고, 드레인부(36)는 테두리부(26) 중 하측부위를 부분 절개하여 형성되는 구조로 이루어진다.
한편, 유동 가이드부(32)는 보호용 캡(24)의 내측면에서 혼합가스의 유동경로 중 유입구(28)를 형성하기 위해 테두리부(26)와 각각 연결되어 내측으로 연장되는 제1유동 가이드부(32a)와 제2유동 가이드부(32b)를 갖추도록 구성된다.
이 경우, 제1유동 가이드부(32a)는 보호용 캡(24)의 내측면에서 유입구(28)를 기준으로 상측에 위치하도록 구성된다. 또한, 제2유동 가이드부(32b)는 보호용 캡(24)의 내측면에서 유입구(28)를 기준으로 하측에 위치하도록 구성된다.
특히, 제1유동 가이드부(32a)는 보호용 캡(24)의 내측면에서 유입구(28)로부터 유출구(30)를 향해 수평하게 연장되는 상태로 형성된다. 또한, 제2유동 가이드부(32b)는 보호용 캡(24)의 내측면에서 유입구(28)로부터 유출구(30)를 향해 대략 20도 정도의 상향 구배각을 가지도록 연장되는 상태로 형성된다. 다만, 제2유동 가이드부(32b)가 가지는 상향 구배각은 20도에 한정되는 것이 아니라 다양한 각도로서 달리 설정될 수 있음은 물론이다. 이에 따라 보호용 캡(24)의 내측면에서 유입구(28)로 유입되는 혼합가스는 유동 가이드부(32)를 통해 평판 가이드부(34)를 향해 안내될 수 있게 된다.
그리고 평판 가이드부(34)는 보호용 캡(24)의 내측면에서 설정되는 유입구(28)로부터 유출구(30)를 향한 혼합가스의 유동경로 중에서 혼합가스와의 직접적인 접촉을 위해 혼합가스의 유동방향과 교차하는 방향, 즉 수직한 상태로 형성되는 것이 바람직할 것이다. 특히, 평판 가이드부(34)는 혼합가스와의 직접적인 접촉을 돕기 위해 제1유동 가이드부(32a)와는 대체로 수직한 상태를 설정하도록 형성되어 배치되는 것이 더욱 바람직할 것이다.
또한, 평판 가이드부(34)는 혼합가스 중 포함되는 액체성분의 효과적인 분리를 위해 상단부에 유동 가이드부(32)를 향한 꺾임 구조의 절곡 가이드부(34a)를 일체로 구비하도록 구성된다.
이 경우, 절곡 가이드부(34a)가 가지는 꺾임 구조의 각도는 평판 가이드부(34)의 자유단부로부터 제1유동 가이드부(32a)를 향해 둔각을 설정하는 것이 바람직할 것이다. 특히, 절곡 가이드부(34a)의 자유단부는 제1유동 가이드부(32a)의 자유단부와 소정의 거리를 두고 이격되는 위치에 배치됨으로써 혼합가스의 유동경로를 설정하도록 구성된다.
이에 따라 평판 가이드부(34)는 혼합가스와의 접촉을 통해 혼합가스 중 포함된 기체성분과 액체성분을 분리시켜 각각 이들을 유출구(30)와 드레인부(36)로 제공할 수 있게 된다. 특히, 이 과정에서 평판 가이드부(34)는 상단부에 위치한 자유단부로부터 제1유동 가이드부(32a)를 향해 꺾임 구조의 절곡 가이드부(34a)를 일체로 형성함에 따라 혼합가스 중 포함된 기체성분만을 분리시켜 유출구(30)로 배출되게 할 수 있고, 혼합가스 중 포함된 액체성분은 드레인부(36)를 통해 외부로 배출될 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 있어, 절곡 가이드부(34a)의 자유단부는 보호용 캡(24)의 내측면에서 제1유동 가이드부(32a)의 자유단부 보다 상부에 위치하도록 배치되는 것이 혼합가스 중 포함되는 액체성분의 효과적인 분리를 위해 더욱 바람직할 것이다.
한편, 평판 가이드부(34)는 하단부에 드레인부(36)를 향한 꺾임 구조의 구배 가이드부(34b)를 일체로 구비하도록 구성된다.
이 경우, 구배 가이드부(34b)는 평판 가이드부(34)와의 접촉을 통해 기액분리된 혼합가스의 액체성분이 드레인부(36)를 향해 유도될 수 있게 함으로써 혼합가스 중 포함된 액체성분이 드레인부(36)를 통해 보다 원활하게 외부로 배출될 수 있게 해 준다.
따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예는 흡기 매니폴드(10)의 내부에서 체크밸브(22)의 장착부위에 대해 기액분리를 위한 별도의 보호용 캡(24)을 설치함으로써, 혼합가스 중 포함되는 액체성분이 체크밸브(22)의 설치부위에서 이물질과 함께 고착되어 수반되는 체크밸브(22)에 의한 기밀성 저하에 따른 진공압의 누설 현상을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.
즉, 흡기 매니폴드(10)의 내부로 유입되는 혼합가스 중 보호용 캡(24)의 유입구(28)를 통해 내부의 유동공간으로 유입되는 혼합가스는 유동 가이드부(32)를 구성하는 제1유동 가이드부(32a)와 제2유동 가이드부(32b)에 의해 안내되어 내부를 향해 원활하게 진입할 수 있게 된다.
그리고 유동 가이드부(32)를 통해 보호용 캡(24)의 내부 유동공간으로 유입된 혼합가스는 관성에 의해 평판 가이드부(34)와 접촉하게 된다. 이 과정에서 평판 가이드부(34)와의 접촉에 의해 혼합가스 중 포함된 기체성분은 평판 가이드부(34)를 지나 유출구(30)를 통해 흡기 매니폴드(10)의 내부에 위치한 메인 유동경로로 배출될 수 있게 되는 반면에, 혼합가스 중 포함된 액체성분은 평판 가이드부(34)와의 접촉에 의해 응결됨으로써 자중에 의해 낙하한 다음 드레인부(36)를 통해 외부로 배출될 수 있게 된다.
또한, 이 과정에서 평판 가이드부(34)의 상부에 위치하는 꺾임 구조의 절곡 가이드부(34a)는 혼합가스 중 포함된 액체성분의 분리를 더욱 촉진할 수 있게 되므로, 응결되는 액체성분의 가스가 드레인부(36)를 향해 배출되는 것을 효과적으로 도울 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10-흡기 매니폴드 12-개구부
14-분기관로 16-센터 쉘
18-베큠 체임버 20-플레넘 체임버
22-체크밸브 24-보호용 캡
26-테두리부 28-유입구
30-유출구 32-유동 가이드부
32a-제1유동 가이드부 32b-제2유동 가이드부
34-평판 가이드부 34a-절곡 가이드부
34b-구배 가이드부 36-드레인부

Claims (10)

  1. 흡기 매니폴드의 내부에서 체크밸브의 장착부위에 보호용 캡을 설치하되, 상기 보호용 캡은 내측면에 가스의 유동경로를 설정하는 유동 가이드부;
    상기 유동 가이드부를 통해 내부로 유입된 가스에 대해 기액분리를 실시하는 평판 가이드부; 및
    상기 평판 가이드부에 의해 기액분리된 액체성분만을 외부로 배출하는 드레인부를 포함하여 구성되는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보호용 캡은 내측면에 가스의 유입경로를 설정하기 위해 상기 유동 가이드부와 함께 유입구를 형성하고, 가스의 유출경로를 설정하기 위해 상기 평판 가이드부의 후방에서 유출구를 형성하는 테두리부를 더 포함하고, 상기 드레인부는 상기 테두리부 중 하측부위를 부분 절개하여 형성되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 테두리부는 상기 체크밸브의 설치를 위한 장착좌면부에 대해 융착되어 결합되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 유동 가이드부는 상기 보호용 캡의 내부를 향한 가스의 유입구를 형성하기 위해 상기 테두리부와 연결되어 내측으로 연장되는 제1유동 가이드부와 제2유동 가이드부로 구성되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1유동 가이드부는 상기 보호용 캡의 내측면에서 유입구를 기준으로 상측에 위치하고, 상기 제2유동 가이드부는 상기 보호용 캡의 내측면에서 유입구를 기준으로 하측에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1유동 가이드부는 상기 보호용 캡의 내측면에서 유입구로부터 유출구를 향해 수평하게 형성되고, 상기 제2유동 가이드부는 상기 보호용 캡의 내측면에서 유입구로부터 유출구를 향해 상향 구배각을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 평판 가이드부는 상기 보호용 캡의 내측면에서 상기 제1유동 가이드부에 대해 수직한 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 평판 가이드부는 상단부에 상기 제1유동 가이드부를 향한 꺾임 구조의 절곡 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 절곡 가이드부는 상기 보호용 캡의 내측면에서 상기 제1유동 가이드부 보다 상부에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 평판 가이드부는 하단부에 상기 드레인부를 향한 꺾임 구조의 구배 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드의 체크밸브 보호장치.
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