KR20070051026A - 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조에 관한 것으로서, 엔진의 성능과 밀접한 관계가 있는 흡기 공기량의 체적 효율을 향상시키기 위하여 엔진의 회전수 변화에 따라 흡기 통로가 최적화되도록 하기 위한 가변 흡기 시스템에 장착되는 개폐용 버터플라이밸브의 축방향을 기존의 가로방향에서 세로방향으로 전환시키되, 중심축, 즉 메인축은 그대로 둔 상태에서, 서로 직각으로 만나 두 보조축 사이에 운동을 전달하는 베벨기어를 상기 메인축에 설치하여 상기 버터플라이밸브가 상기 보조축의 회전방향과 동일하게 구동되도록 하는 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조에 관한 것이다.

가변 흡기 시스템, 버터플라이밸브, 베벨기어, 보조축, 세로방향

Description

가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조{Structure of butterfly valve for VIS}

도 1은 본 발명에 따른 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조를 나타내는 것으로서, 닫힘상태를 나타내는 도면,

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조의 작동전과, 작동후를 나타내는 도면,

도 4는 종래의 가변 흡기 시스템을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 버터플라이밸브 11 : 메인축

12,13 : 버터플라이디스크 14 : 운동방향 전환수단

20 : 제1베벨기어 21,22 : 제2베벨기어

23,24 : 보조축

본 발명의 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 성능과 밀접한 관계가 있는 흡기 공기량의 체적 효율을 향상시키기 위하여 엔진의 회전수 변화에 따라 흡기 통로가 최적화되도록 하기 위한 가변 흡기 시스템에 장착되는 개폐용 버터플라이밸브의 축방향을 기존의 가로방향에서 세로방향으로 전환시킨 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 흡기 매니폴드는 스로틀 바디로부터 흡입된 공기를 연소실로 유도하기 위기 위한 관으로, 2실린더 이상의 다실린더 엔진에서 각각의 연소실로 혼합기가 균일하게 분배되도록 하는 역할을 한다.

그런데, 흡기 매니폴드로 공기가 통과되는 런너의 길이에 따라 엔진의 효율이 달라지게 되는데, 엔진이 중저속 영역에서 운전되는 경우에는 런너의 길이가 긴 것이 유리하고, 엔진이 고속 영역에서 운전되는 경우에는 런너의 길이가 짧게 형성되는 것이 유리하다.

이에 대한 대안으로 엔진의 운전 영역에 따라서 흡기 매니폴드의 길이와 단면적이 최적화될 수 있도록 런너의 길이와 단면적이 가변되는 가변 흡기 시스템(VIS, Variable Intake System)이 개발되어 엔진에 적용되고 있다.

이러한 상기 가변 흡기 시스템은 도 4에 도시되어 있는 바, 흡기를 엔진에 공급하는 흡기 매니폴드(100)에 길이가 길게 형성되는 다수의 저속 런너(110)가 형성되고, 상기 저속 런너(110)의 출력측과 연통되도록 길이가 짧은 연결관(130)이 형성되어 있으며, 상기 연결관(130)에는 엔진이 고속영역으로 운전할때 개방되는 버터플라이밸브(200)가 형성되어 있는 구조이다.

즉, 상기 버터플라이밸브(200)는 연결관(130)에 설치되어 엔진이 저속으로 구동시에는 연결관(130)을 차단하여 흡기가 상기 저속 런너(110)를 통해서 엔진에 공급되도록 하고, 엔진이 고속으로 구동시에는 연결관(130)을 개방시켜 이를 통해 보다 많은 양의 흡기가 엔진으로 공급되도록 하여 엔진의 고속성능이 향상되도록 한 것이다.

그런데, 상기 버터플라이밸브(200)는 각 연결관(130)에 형성되는 다수의 밸브가 동시에 개폐될 수 있도록 하나의 회전축(210)에 연결되는데, 상기 회전축(210)은 흡기 매니폴드(100)의 가로방향(즉, 런너의 유로와는 수직인 방향)으로 장착된다.

그런데 상기와 같이 버터플라이밸브(200)의 개폐를 단속하기 위한 회전축(210)이 흡기 매니폴드(100)의 가로방향으로 형성되기 때문에 상기 회전축(210)의 장착위치는 연결관(130)의 내측으로 소정구간 떨어진 곳에 위치될 수 밖에 없게 된다.

따라서 상기한 연결관(130)과 밸브(200)의 장착위치 사이에는 소정 공간의 영역이 생성되는데, 이를 데드 볼륨(Dead volune)이라 한다.

이러한 데드 볼륨때문에 유동저항이 발생하고, 이로 인하여 기대하지 않는 엔진 RPM대에서 엔진의 성능이 저하되는 현상이 초래된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 가변 흡기 시스템에 장착되는 개폐용 버터플라이밸브의 축방향을 기존의 가로방향에서 세로방향으로 전환시키되, 중심축, 즉 메인축은 그대로 둔 상태에서, 서로 직각으로 만나 두 보조축 사이에 운동을 전달하는 베벨기어를 상기 메인축에 설치하여 상기 버터플라이밸브가 상기 보조축의 회전방향과 동일하게 구동되도록 함으로써, 밸브의 오픈 구조에 상관없이 연결관 전체로 유동이 집중되도록 하여 유효 단면적 감소에 의한 압력 손실없이 최적의 흡기 성능의 향상을 도모할 수 있는 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 서지탱크와 흡기 포트 간을 서로 연결하는 런너의 하측으로 엔진이 고속 영역일 경우 흡기의 유로가 단축되도록 하는 챔버와 연결관이 형성되고, 흡기의 유로를 제어하기 위한 버터플라이밸브가 상기 연결관의 도중에 형성되는 가변 흡기 시스템에 있어서,

상기 버터플라이밸브는 흡기통로를 가로질러 배치되는 샤프트인 메인축과;

상기 메인축에 회전 가능하도록 고정된 금속박판으로 이루어진 버터플라이디스크와;

상기 메인축의 회전 작동시 그 회전력을 전달 받는 버터플라이디스크의 회전 방향을 직각방향으로 전환되도록 하는 운동방향 전환수단으로 구성된 것을 특징으 로 한다.

특히, 상기 운동방향 전환수단은 상기 메인축 선상에 장착된 제1베벨기어와;

상기 제1베벨기어와 서로 직각으로 치합되어 구동되는 한 쌍의 제2베벨기어와;

상기 제2베벨기어의 회전 방향에 직각 방향으로 고정되는 보조축으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 버터플라이디스크는 상기 한 쌍의 보조축에 축고정되면서 그 보조축의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하는 원형의 금속박판이 둘로 나누어진 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조를 나타내는 것으로서, 닫힘상태를 나타내는 도면이며, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조의 작동전과, 작동후를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 가변 흡기 시스템의 흡기 매니폴드(100)는 런너(110)와 서지탱크(120)가 일체로 형성되는 것으로서, 상기 서지탱크(120)와 엔진의 흡기 포트간에는 런너(110)의 길이에 의한 혼합기의 유로가 마련된다.

최근에 실제의 엔진에 적용되고 있는 가변 흡기 시스템을 위하여 상기 런너(110)의 하측에는 흡기 유입구(미도시)를 통해 유입된 혼합기가 상기 서지탱크 (120)로 유입되기 전에 혼합기가 유입되도록 하기 위한 챔버가 형성되어 있다.

한편, 상기 챔버의 일측과 런너(110)의 하측면은 연결관(130)을 통해 연결되는데 이는 종래기술의 설명에서도 언급하였듯이 엔진이 고속영역에서 운전되는 경우에 흡입 공기의 유입경로가 짧아지도록 하기 위해서이다.

그리고 상기한 런너(110)와 연결관(130)이 합류되는 위치에는 엔진의 고속 영역에서 개방되어 상기 챔버로 유입된 혼합기가 연결관(130)을 통해 런너(110)로 유입되어 보다 짧은 유로를 통해 각각의 연소실로 공급되도록 하기 위한 개폐수단이 장착된다.

상기 개폐수단은 통상의 버터플라이밸브(10)로서, 상기 버터플라이밸브(10)는 흡기통로를 가로질러 배치되는 샤프트 상에 원형의 버터플라이디스크(12,13)가 회전 구동이 가능하도록 고정되어 있다.

이때, 상기 샤프트는 버터플라이밸브(10)의 메인축(11)으로서, 그 메인축(11)의 중간 부위에는 메인축(11)의 회전 작동시 그 회전력을 전달 받는 버터플라이밸브(10)의 회전 방향을 직각방향으로 전환되도록 하는 운동방향 전환수단(14)이 장착되어 있는 바, 상기 운동방향 전환수단(14)은 상기 메인축(11) 선상에 장착된 제1베벨기어(20)와, 상기 제1베벨기어(20)와 서로 직각으로 만나 두 보조축(23,24) 사이에 운동을 전달하는 한 쌍의 제2베벨기어(21,22)로 구성되어 있다.

한편, 상기 두 보조축(23,24)에 축고정되면서 그 한 쌍의 보조축(23,24)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하는 버터플라이디스크(12,13)가 장착되어 있다.

이때, 상기 버터플라이디스크(12,13)는 원형의 금속박판이 둘로 나누어진 형 상으로 형성되며, 내식성이 양호한 황동 등으로 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보조축(23,24)은 그 일측이 상기 제2베벨기어(21,22)가 축고정된 상태이며, 타측은 연결관(130)의 내벽에 고정되어지되, 자체 회전이 가능하도록 베어링 등을 통해 고정 형성된 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조의 작동원리에 대하여 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되어 고속 영역에서 운전이 되는 경우에는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 버터플라이밸브(10)가 닫힘 상태가 되어 챔버 내로 유입된 공기는 연결관(130)과 런너(110)를 통해 흡기 포트로 유입되므로 엔진이 고속 영역에서 운전되는데 필요한 혼합기를 최적의 상태로 공급하게 된다.

한편, 중저속 영역에서 운전이 될 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 전자제어장치(미도시)의 제어에 의해 구동모터 또는 구동 액츄에이터(미도시)에 전류가 인가되고, 이를 통해 메인축(11)이 회전하게 되어 상기 버터플라이밸브(10)가 열림 상태가 되는 바, 이때 상기 메인축(11)이 회전하게 되면 그 메인축(11) 선상에 위치한 제1베벨기어(20)가 회전하게 되고, 상기 제1베벨기어(20)와 서로 직각으로 치합된 제2베벨기어(21,22)는 상기 제1베벨기어(20)의 회전방향과 서로 직각인 직각 방향으로 회전하게 된다.

따라서, 상기 버터플라이디스크(12,13)의 열림 방향이 기존의 횡방향에서 종방향으로 전환되는 바, 이를 통하여 버터플라이밸브(10)의 오픈 구조에 상관없이 연결관(130) 전체로 유동이 집중되도록 하여 그 밸브의 유효 단면적 감소에 의한 압력 손실없이 최적의 흡기 성능의 향상을 도모할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조에 의하면, 유효단면적 감소에 의한 압력 손실이 없이 저속, 중속, 고속 모두에서 최적의 흡기 성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 서지탱크와 흡기 포트 간을 서로 연결하는 런너의 하측으로 엔진이 고속 영역일 경우 흡기의 유로가 단축되도록 하는 챔버와 연결관이 형성되고, 흡기의 유로를 제어하기 위한 버터플라이밸브가 상기 연결관의 도중에 형성되는 가변 흡기 시스템에 있어서,

   상기 버터플라이밸브는 흡기통로를 가로질러 배치되는 샤프트인 메인축과;

   상기 메인축에 회전 가능하도록 고정된 금속박판으로 이루어진 버터플라이디스크와;

   상기 메인축의 회전 작동시 그 회전력을 전달 받는 버터플라이디스크의 회전 방향을 직각방향으로 전환되도록 하는 운동방향 전환수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 운동방향 전환수단은 상기 메인축 선상에 장착된 제1베벨기어와;

   상기 제1베벨기어와 서로 직각으로 치합되어 구동되는 한 쌍의 제2베벨기어와;

   상기 제2베벨기어의 회전 방향에 직각 방향으로 고정되는 보조축으로 구성된 것을 특징으로 하는 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 버터플라이디스크는 상기 한 쌍의 보조축에 축고정되면서 그 보조축의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하는 원형의 금속박판이 둘로 나누어진 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 보조축은 그 일측이 상기 제2베벨기어가 축고정된 상태이며, 타측은 연결관의 내벽에 자체 회전이 가능하도록 고정된 것을 특징으로 하는 가변 흡기 시스템의 버터플라이밸브 구조.

Images