KR20070023084A

KR20070023084A - 흡기 제어 밸브

Info

Publication number: KR20070023084A
Application number: KR1020050077283A
Authority: KR
Inventors: 최원록; 김원섭
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-02-28

Abstract

흡기 제어 밸브가 개시된다. 개시된 흡기 제어 밸브는, 흡기관을 2개로 분할하여 스월을 증대시키기 위해 중/저속시 텀블 생성용 흡기포트를 온/오프(ON/OFF)하여 공기 및 혼합기의 흡입속도를 제어하는 흡기 제어 밸브에 있어서, 상기 흡기관에 설치되어 일측은 상기 텀블 생성용 흡기포트와 연통되게 형성된 제1개구와, 상기 제1개구의 일측에 형성되어 스월 생성용 흡기포트와 연통되는 제2개구를 구비하는 하우징과; 상기 제1개구의 가장자리에 설치되어 액셀레이터의 조작에 따라 상기 제1개구를 개폐하도록 작동하는 다수개의 블레이드와; 상기 블레이드가 작동되도록 상기 블레이드에 설치된 링 스프링;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 부품을 단순화시킬 수 있어 원가절감의 효과가 있고, 단순한 부품 사용으로 인해 엔진 설계 레이아웃(layout) 설정시 유리하며, 종래의 고정 조립되어 특정조건 만족 여부에 따라 온/오프(ON/OFF)되는 SCV의 고착 발생 문제를 방지할 수 있는 이점이 있다.

SCV, 흡기 제어 밸브, 블레이드

Description

흡기 제어 밸브{SWIRL CONTROL VALVE}

도 1은 연소실에 형성된 스월(swirl)을 설명하기 위해 나타내 보인 개략적인 도면.

도 2는 흡기관을 추가한 상태를 나타내 보인 개략적인 도면.

도 3a 및 도 3b는 흡기관을 2개로 분할한 상태를 나타내 보인 도면.

도 3c는 흡기관 및 종래의 흡기 제어 밸브의 설치 상태를 나타내 보인 도면.

도 3d는 도 3c의 'X'에서 본 모양을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 4는 종래의 흡기 제어 밸브의 온/오프(ON/OFF) 작동 플로우를 개략적으로 나타내 보인 블록도.

도 5a는 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도.

도 5b는 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브가 설치되는 흡기관의 외관 사시도.

도 6은 도 5b의 'A'에서 본 사시도.

도 7은 도 6의 'B'에서 본 사시도.

도 8a는 지지링의 단면 사시도.

도 8b는 블레이드 깃(54b)에서 본 모양을 나타내 보인 사시도.

도 8c는 블레이드 타면에서 본 모양을 나타내 보인 사시도.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브의 오프(OFF) 상태를 나타내 보인 도면.

도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브의 온(ON) 상태를 나타내 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40. 흡기관

41. 스월 생성용 흡기포트

42. 텀블 생성용 흡기포트

50. 흡기 제어 밸브

51. 하우징

51b. 제1개구

52. 지지링

53a. 롤 베어링

53b. 스러스트 베어링

54. 블레이드

52a. 소켓

54b. 깃

54c. 볼

54d. 이탈방지턱

55. 링 스프링

본 발명은 흡기 제어 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡기 제어 밸브를 작동시키는데 필요한 별도의 부가장치가 필요하지 않도록 개선된 흡기 제어 밸브에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)의 연소실(11) 내부에 연소를 촉진하는 방법으로 보통 스월(swirl) 효과를 활용하는데, 이 스월(swirl)이란, 상기 연소실(11) 내부로의 공기(디젤엔진 경우) 및 혼합기(가솔린엔진 경우)를 횡방향 와류로 형성하여 연소 속도를 촉진시키는 효과를 말한다.

여기서, 종방향 와류를 형성하는 것도 있는데, 이를 텀블(tumble)이라 한다. 일반적으로는 상기한 스월과 텀블을 통합하여 스월이라 표현한다.

이러한 스월 효과를 높이는 방법은 크게 2가지로 구분할 수 있다.

이 중 하나는, 흡기관을 추가하는 방법이 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 흡기 포트에 작은 흡기관(13)을 추가하여 제트밸브(12)의 개폐에 따른 추가적인 공기 및 혼합기 유입으로 스월 효과를 부여한다.

그리고 다른 하나는, 흡기관을 2개로 분할하는 방법이 있는데, 흡기통로를 2개로 나누어 중/저속시 텀블용 흡입통로를 닫아 흡입 속도를 높여 스월을 쉽게 생성시킨다.

구체적으로는, 우선, 흡기 제어 밸브(Swirl Control Valve, 이하 SCV라 한 다)란, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 흡기관을 2개로 분할하여 스월을 증대시키는 방법 중에서, 중/저속시 텀블 생성용 흡기포트(22)를 온/오프(ON/OFF)하여 공기 및 혼합기의 흡입속도를 제어할 필요가 발생된다. 이것을 제어하는 밸브가 SCV 또는 흡기 제어 밸브(24)이다.

한편, 이들 도면에서 참조부호 21은 스월 생성용 흡기포트이며, 23은 배기포트를 나타내 보인 것이다. 또한 도 3a는 고속시이고, 도 3b는 중/저속시의 상태를 나타내 보인 것이며, 이 때 고속시에는 SCV(24)가 온(ON)이고, 중/저속시에는 오프(OFF) 상태이다.

그리고 상기와 같은, SCV(24)의 온/오프(ON/OFF) 작동 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 SCV(24)의 중심에 회전축(shaft)을 삽입하여, 중/저속시 이 회전축을 구동시켜 SCV(24)를 온/오프(ON/OFF)한다. 상기 회전축을 구동시키는 동력으로 모터 또는 진공의 구동부(33)를 이용한다.

그런데, 상기와 같은 종래의 SCV(24)의 온/오프(ON/OFF) 작동 제어에 있어서, 구동부(33)로써 모터 혹은 진공을 이용한 액추에이터(31)를 사용해야 함으로 SCV(24) 중심의 회전축 삽입과 모터 및 진공을 구성하기 위한 하우징(housing) 및 회로구성 등 부가적인 부품 구성이 반드시 필요하다. 따라서 부품 수가 많아짐으로 해서 원가 상승 및 엔진 레이아웃(layout) 결정에 불리하다.

또한 장기간 엔진 사용시 디젤엔진의 경우, EGR 가스에 포함된 미세고체입자(이하, PM이라 함) 등이 SCV(24)와 흡기통로 벽 사이에 축적되어 고착현상이 발생된다. 이에 따라 SCV(24)의 작동을 방해하는 현상이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, SCV를 구동시키는데 필요한 구동부와 SCV의 회전축 등 부가적인 부품을 사용하지 않고, SCV의 고유 기능을 발휘하도록 한 흡기 제어 밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡기 제어 밸브는, 흡기관을 2개로 분할하여 스월을 증대시키기 위해 중/저속시 텀블 생성용 흡기포트를 온/오프(ON/OFF)하여 공기 및 혼합기의 흡입속도를 제어하는 흡기 제어 밸브에 있어서, 상기 흡기관에 설치되어 일측은 상기 텀블 생성용 흡기포트와 연통되게 형성된 제1개구와, 상기 제1개구의 일측에 형성되어 스월 생성용 흡기포트와 연통되는 제2개구를 구비하는 하우징과; 상기 제1개구의 가장자리에 설치되어 액셀레이터의 조작에 따라 상기 제1개구를 개폐하도록 작동하는 다수개의 블레이드와; 상기 블레이드가 작동되도록 상기 블레이드에 설치된 링 스프링;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5a에는 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 5b에는 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브가 설치되는 흡기관의 외관 사시도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5b의 'A'에서 본 사시도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 6의 'B'에서 본 사시도가 각각 도시되어 있다.

도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브(50)는, 흡기관(40)을 2개로 분할하여 스월(swirl)을 증대시키기 위해 중/저속시 텀블(tumble) 생성용 흡기포트(42)를 온/오프(ON/OFF)하여 공기 및 혼합기의 흡입속도를 제어하기 위한 것으로, 상기 흡기관(40)에 설치되어 일측은 텀블 생성용 흡기포트(42)와 연통되게 형성된 제1개구(51b)와, 이 제1개구(51b)의 일측에 형성되어 스월 생성용 흡기포트(41)와 연통되는 제2개구(51a)를 구비하는 하우징(housing)(51)과, 이 하우징(51)의 제1개구(51b)의 가장자리에 설치되어 액셀레이터의 조작에 따라 제1개구(51b)를 개폐하도록 작동하는 다수개의 블레이드(blade)(54)와, 이 블레이드(54)가 작동되도록 블레이드(54)에 설치된 링 스프링(ring spring)(55)을 포함하여 구성된다.

상기 블레이드(54)는 하우징(51)의 제1개구(51b)의 가장자리에 회동 가능하게 설치된 지지링(52)에 결합된다. 그리고 상기 지지링(52)의 외주면에는 원주 방향으로의 움직임이 가능하도록 다수개의 롤 베어링(53a)이 설치되고, 이의 일 측면에는 축 방향으로의 움직임을 지지하기 위한 다수개의 스러스트 베어링(53b)이 설치된다.

또한 도 8a에 도시된 바와 같이 상기 지지링(52)에는 그 원주방향으로 소켓(52a)이 구비되어 있다.

그리고 도 8b에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(54)의 일단부에는 볼(54c)이 구비되어 있어, 상기 소켓(52a)에 볼(54c)이 결합되며, 또한 상기 블레이드(54)의 일면(54a)으로부터 돌출되어 형성된 깃(54b)이 구비되어 공기 유동에 SCV(50)가 민감하게 작동이 이루어지도록 한다.

그리고 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(54)의 타면(54a')에는 링 스프링(55)이 설치된 후 이탈이 방지되도록 하는 이탈방지턱(54d)이 형성된다. 또한 상기 링 스프링(55)은 엔진의 연소실 방향 쪽의 블레이드(54)에 설치된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브는, 종래의 SCV(24)를 구동시키는데 필요로 했던, 모터 또는 진공 액추에이터, SCV(24)의 회전축 등 부가적인 부품을 사용하지 않고, SCV(50)의 고유 기능을 발휘하도록 한 것이다.

그리고 본 발명에 따른 SCV(50)의 작동을 위해 중/저속시 텀블 생성용 흡기포트를 오프(OFF)하고, 고속시 온(ON)이 필요하다. 또한 중/저속에서는 흡기포트 내부에 걸리는 부압(연소실 내부 공기압과 대기압의 차이)의 크기가 고속에서의 부압보다 상대적으로 적다.

따라서 본 발명은, 해당 구간의 부압에서 작동하는 새로운 SCV(50)이다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

중/저속시, 흡기통로 내부 부압이 링 스프링(55)의 장력보다 작으므로 SCV(50) 가 도 9a와 같이 오프(OFF)된다. 반면 고속시에는, 흡기통로 내부 부압이 링 스프링(55)의 장력보다 크므로 도 10a와 같이 SCV(50) 가 온(ON)된다.

즉, 중/저속시에는 도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 흡기통로 내부 부압에 비해 링 스프링(55) 장력이 커서 링 스프링(55)에 의해 SCV(50)가 오프(OFF) 된 상태를 유지한다.

반면, 고속시에는 도 10a 및 10b에 도시된 바와 같이, 흡기통로 내부 부압이 링 스프링(55)의 장력보다 크므로 흡기통로 내부 부압에 의해 이 링 스프링(55)이 팽창하게 되어 SCV(50)가 온(ON) 상태를 유지하게 된다.

한편, 도 9b 및 10b에서 참조부호 'H'는 흡기통로 내부 부압을 나타내 보인 것이고, 'G'는 스프링(55) 장력을 나타내 보인 것이다.

그리고 도 8a 내지 도 8c로 전술한 바와 같이, 블레이드(54)를 지지하기 위한 지지링(52)의 소켓(52a)과 블레이드(54)의 볼(54c)이 결합되므로, 블레이드(54)의 온/오프(ON/OFF)의 움직임이 가능하다.

또한 상기 블레이드(54)의 일면(54a)에 형성된 깃(54b)에 의해 SCV(50) 온(ON)시 공기(혼합기)의 유동을 원활히 유지하고, 이 블레이드(54) 자체는 SCV(50)의 문(door) 역할을 하여 SCV(50) 오프(OFF)시 닫히게 되어 유동흐름을 방지한다. 그리고 상기한 바와 같이 블레이드(54) 타면(54a')에 설치된 링 스프링(55)에 의해 블레이드(54)가 온/오프(ON/OFF)된다.

또한 상기 블레이드(54) 타면(54a')에 형성된 링 스프링(55)의 이탈방지턱(54d)으로 인해 링 스프링(55) 팽창 후 수축시(고속 → 중/저속 변화시) 링 스프링(55)의 이탈을 방지한다.

그리고 지지링(52)을 하우징(51) 내부에서 지지하기 위하여 롤 베어링(53a)과 스러스트 베어링(53b)이 설치되는데, 이 중 롤 베어링(53a)은 지지링(52)의 원주 방향에 설치되고, 스러스트 베어링(53b)은 지지링(52)의 뒷면(측면)에 설치한다. 이와 같이 지지링(52)이 롤 타입(roll type)이므로, 하우징(51) 내부에서 지 지링(52) 자체의 회전이 가능하다.

또한 SCV(50) 온(ON)시(고속영역) 지지링(52) 자체가 회전함으로써, 블레이드(54)의 깃(54b)과 함께 공기(혼합기) 유동을 원활하게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 흡기 제어 밸브는 다음과 같은 효과를 갖는다.

종래의 모터(진공 액추에이터) 및 회전축 등의 부품이 불필요함에 따라 부품을 단순화시킬 수 있어 원가절감의 효과가 있다.

그리고 단순한 부품 사용으로 인해 엔진 설계 레이아웃(layout) 설정시 유리하다.

또한 보통 사용자의 액셀레이터의 조작 여부로 부압의 크기가 결정되는 엔진 부압에 따라 연동하여 SCV가 온/오프(ON/OFF) 되기 때문에 종래의 고정 조립되어 특정조건 만족 여부에 따라 온/오프(ON/OFF)되는 SCV의 고착 발생 문제를 방지할 수 있다. 즉, 종래의 SCV는 특정조건 만족할 때까지 일정 시간을 온/오프(ON/OFF)함으로, SCV와 흡기통로 벽 주변에 PM 등 이물질이 끼었었다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

흡기관을 2개로 분할하여 스월을 증대시키기 위해 중/저속시 텀블 생성용 흡기포트를 온/오프(ON/OFF)하여 공기 및 혼합기의 흡입속도를 제어하는 흡기 제어 밸브에 있어서,

상기 흡기관에 설치되어 일측은 상기 텀블 생성용 흡기포트와 연통되게 형성된 제1개구와, 상기 제1개구의 일측에 형성되어 스월 생성용 흡기포트와 연통되는 제2개구를 구비하는 하우징과;

상기 제1개구의 가장자리에 설치되어 액셀레이터의 조작에 따라 상기 제1개구를 개폐하도록 작동하는 다수개의 블레이드와;

상기 블레이드가 작동되도록 상기 블레이드에 설치된 링 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 제어 밸브.
제1항에 있어서,

상기 블레이드는 상기 제1개구의 가장자리에 회동 가능하게 설치된 지지링에 결합된 것을 특징으로 하는 흡기 제어 밸브.
제2항에 있어서,

상기 지지링의 외주면에는 원주 방향으로의 움직임이 가능하도록 다수개의 롤 베어링이 설치된 것을 특징으로 하는 흡기 제어 밸브.
제2항에 있어서,

상기 지지링의 일 측면에는 축 방향으로의 움직임을 지지하기 위한 다수개의 스러스트 베어링이 설치된 것을 특징으로 하는 흡기 제어 밸브.
제2항에 있어서,

상기 지지링에는 그 원주방향으로 소켓이 구비되어 있고, 상기 블레이드의 일단부에는 볼이 구비되어 있어, 상기 소켓에 상기 볼이 결합되는 것을 특징으로 하는 흡기 제어 밸브.
제1항에 있어서,

상기 블레이드의 일면으로부터 돌출되어 형성된 깃이 구비되어 공기 유동에 흡기 제어 밸브가 민감하게 작동이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 흡기 제어 밸브.
제1항에 있어서,

상기 블레이드의 타면에는 상기 링 스프링이 설치된 후 이탈이 방지되도록 하는 이탈방지턱이 형성된 것을 특징으로 하는 흡기 제어 밸브.
제1항에 있어서,

상기 링 스프링은 엔진의 연소실 방향 쪽의 상기 블레이드에 설치된 것을 특징으로 하는 흡기 제어 밸브.