KR20140137779A - 가변밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유동하는 가스의 압력에 따라 게이트의 개폐가 조절되는 가변밸브에 있어서, 가스의 통과를 위한 개구홀이 타공된 하우징;과 샤프트를 통하여 하우징에 회전가능하게 결합되고 회전에 따라 상기 개구홀을 개폐하는 게이트; 및 상기 게이트와 맞닿는 제1지지부와 하우징에 고정된 제2지지부가 게이트의 회전에 따라 탄성적으로 비틀리도록 샤프트에 결합된 스프링;을 포함하고, 상기 스프링은 두 개 이상의 제2지지부들을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 하우징에 지지되는 두 개의 제2지지부들 사이에 게이트를 지지하는 제1지지부가 배치됨에 따라 상기 게이트의 중앙으로 스프링의 탄성력이 작용하므로 게이트의 뒤틀림을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

가변밸브{Variable valve}

본 발명은 배기가스 등과 같은 유체의 압력에 따라 스프링의 탄성력을 극복하고 게이트의 개폐가 조절되는 가변밸브에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 게이트의 뒤틀림 및 스프링과 샤프트의 마찰에 따른 소음 발생을 억제할 수 있도록 발명된 가변밸브에 관한 것이다.

엔진에서 생성되는 배기가스를 차체 후방으로 배출하는 배기장치에는 배기가스 배출에 따른 소음을 억제하도록 머플러가 장착된다.

차량에 장착되는 머플러는 소정의 크기를 갖는 통 모양으로 형성되되 내부에 다수 개의 파이프 및 배플들이 장착되어 배기가스의 유동 시 팽창, 공명, 흡음 기능을 수행하여 배기가스의 소음을 낮추도록 구성된다.

한편, 엔진에서 생성되는 배기가스의 양은 차량의 주행상황에 따라 달라지므로, 주행상황에 따라 배기효율과 소음억제 성능을 더 효율적으로 조절할 수 있도록 가변머플러가 차량에 적용되고 있다.

도 1a 에 도시된 바와 같이, 가변머플러(1) 내부에는 엔진의 저속 회전시에는 게이트(4)를 닫아 소음 억제 효율을 증가시키고 엔진의 고속 회전시에는 게이트(4)를 개방해 배기성능을 향상시키도록 가변밸브(2)가 장착된다.

상기 가변밸브(2)는 가변머플러(1) 내부에서 구획된 공간의 벽면을 형성하는 배플들 중 어느 한 곳에 고정 장착되며 배기가스가 통과할 수 있도록 개구홀이 형성된 하우징(3)에 게이트(4)가 회전하여 개폐되도록 구성된다.

상기 게이트(4)는 하우징(3)의 일측에서 장착된 샤프트(5)를 통해서 회전가능하게 장착되되, 상기 샤프트(5)에는 비틀림스프링(6)이 끼워진다. 도 1b 에 도시된 바와 같이, 길이방향을 따라 상기 비틀림스프링(6)의 일측 끝단(6a)은 게이트(4)의 표면에 맞닿아 지지하고 타측 끝단(6b)은 하우징(3)에 형성된 홈에 안착되어 지지하며 비틀리는 힘에 저항하여 탄성력을 발생시킨다.

상기와 같이 구성된 가변밸브(2)는 배기가스의 압력이 비틀림스프링(6)의 탄성력을 초과하여 발생하면 게이트(4)가 개방되며 배기가스의 압력이 비틀림스프링(6)의 탄성력 보다 작으면 게이트(4)의 닫힘 상태를 유지한다.

한편, 전술한 바와 같은 종래 구조의 가변밸브(2)는 도 1c 에 도시된 바와 같이 비틀림스프링(6)의 지지점들이 대각 방향으로 배치되어[즉, 게이트의 지지점이 되는 끝단(6a)과 하우징의 지지점이 되는 끝단(6b) 각각이 샤프트 일측끝단의 안쪽(게이트를 향하는 방향)과 타측끝단의 바깥쪽(게이트에서 멀어지는 방향)에 배치되어] 비틀림스프링(6)의 중심에 샤프트(5)의 중심이 일치하지 못해 게이트(4)의 회전에 따라 비틀림스프링(6)이 비틀릴 때 상기 비틀림스프링(6)의 안쪽에서 샤프트(5)가 충돌하여 소음이 발생하는 문제점이 있었다.

아울러, 도 1d 에 도시된 바와 같이, 비틀림스프링(6)에 의해 힘을 받는 지점이 게이트(4)에 일측으로 치우쳐 배치됨에 따라서 게이트(4)의 오픈시 상기 게이트(4)에 뒤틀림이 발생하는 문제점이 있었다. 이와 같은 뒤틀림은 비틀림스프링(6) 및 게이트(4)의 변형 및 소음을 유발할 수 있으므로 가변밸브(2)의 내구성능에 악영향을 줄 수 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 스프링의 지지점을 (종래의 2점 지지에서 3점 지지방식으로) 증가시켜 뒤틀림 발생을 억제하고 스프링과 샤프트의 충돌을 방지하여 소음억제 및 내구성능을 향상시킬 수 있는 가변밸브를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유동하는 가스(배기가스)의 압력에 따라 게이트의 개폐가 조절되는 가변밸브에 있어서, 가스의 통과를 위한 개구홀이 타공된 하우징;과 샤프트를 통하여 하우징에 회전가능하게 결합되고 회전에 따라 상기 개구홀을 개폐하는 게이트; 및 상기 게이트와 맞닿는 제1지지부와 하우징에 고정된 제2지지부가 게이트의 회전에 따라 탄성적으로 비틀리도록 샤프트에 결합된 스프링;을 포함하고, 상기 스프링은 두 개 이상의 제2지지부들을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 제2지지부들은 샤프트의 길이방향을 따라 두 개가 이격되어 배치되되, 그 사이에 제1지지부가 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 스프링은, 샤프트가 끼워질 수 있도록 코일 상태로 권취되되 일측 끝단이 하우징에 고정되는 제1코일부;와 상기 제1코일부와 이격되어 샤프트가 끼워질 수 있도록 코일 상태로 권취되되 일측 끝단이 하우징에 고정되는 제2코일부; 및 상기 제1코일부와 제2코일부 각각의 끝단에서 확장되어 연결되도록 "V" 모양 또는 "U" 모양으로 형성되되 게이트에 맞닿게 되는 연결부;를 포함하며, 상기 연결부의 끝단이 제1지지부를 구성하고, 하우징에 고정되는 제1코일부와 제2코일부가 각 끝단들이 제2지지부들을 구성한다.

그리고, 본 발명에서는 개구홀에 도달한 가스의 압력이 게이트에 국소적으로 집중되도록 상기 게이트에는 오목하게 만곡된 모양을 갖는 구면부가 형성되며, 상기 구면부에는 평탄면을 갖는 거치부가 형성되고, 상기 제1지지부는 거치부에 맞닿아 게이트를 탄성적으로 지지하도록 끝단에 절곡된 모양으로 형성된다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 하우징에 지지되는 두 개의 제2지지부들 사이에 게이트를 지지하는 제1지지부가 배치됨에 따라 상기 게이트의 중앙으로 스프링의 탄성력이 작용하므로 게이트의 뒤틀림을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 스프링과 샤프트의 충돌을 방지하여 소음을 억제시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 게이트에는 구면부가 형성되어 배기가스가 게이트의 중앙에 집중되어 배기가스의 난류 발생을 억제할 수 있고 불안정한 게이트의 회전을 방지할 수 있다.

도 1a 는 머플러 내부에 종래의 가변밸브가 장착된 모습과 상기 가변밸브의 확대된 모습이 도시된 도면,
도 1b 는 가변밸브에 장착되는 종래의 비틀림스프링의 모습 및 상기 비틀림스프링의 끝단이 하우징과 게이트 각각을 지지하는 모습을 도시한 도면,
도 1c 는 종래의 가변밸브에서 비틀림스프링 내에서 샤프트가 접촉하는 모습을 도시한 도면,
도 1d 는 종래의 가변밸브 구조에서 게이트의 열림시 뒤틀림이 발생하는 모습을 순차적으로 표시한 이미지,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변밸브의 사시도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스프링의 사시도,
도 4 는 본 발명의 가변밸브의 평면도 및 샤프트에 스프링이 끼워진 모습을 도시한 측면도가 나타난 도면,
도 5 는 배기가스가 게이트를 가압할 때 종래의 가변밸브 모습과 본 발명의 가변밸브 모습을 비교하여 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변밸브를 더욱 상세하게 설명한다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변밸브는 머플러 내에 장착되어 유동하는 가스(배기가스)의 압력에 따라 게이트(20)의 개폐가 조절되는 가변밸브로서, 머플러 내에서 고정된 하우징(10)에 게이트(20)와 샤프트(40) 및 스프링(30)이 결합되어 구성된다.

상기 하우징(10)은 머플러 내에서 공간을 구획하는 배플에 용접, 나사 결합 또는 볼팅 체결 등으로 장착되며 개구홀이 타공되고 샤프트(40)가 끼워질 수 있도록 일측으로 두 곳에서 돌출된 부분을 갖는다.

상기 게이트(20)는 하우징(10)에 결합되는 샤프트(40)를 통하여 상기 하우징(10)에 회전가능하게 결합되어 회전 위치에 따라 개구홀을 개폐한다. 그리고, 상기 샤프트(40)에는 게이트(20)와 맞닿는 제1지지부(31)와 하우징(10)에 고정된 제2지지부(32: 32a, 32b)가 게이트(20)의 회전에 따라 탄성적으로 비틀리도록 스프링(30)이 장착된다.

본 발명의 스프링(30)은 제2지지부들(32a, 32b)이 샤프트(40)의 길이방향을 따라 두 개가 이격되어 배치되되, 그 사이에 제1지지부(31)가 형성되어 도 3 에 도시된 바와 같이 전체적으로 "V" 자 또는 "U" 자 모양을 이루도록 구성된다.

상기 스프링(30)을 더 상세하게 살펴보면, 스프링(30)의 일측에는 샤프트(40)가 끼워질 수 있도록 코일 상태로 권취되되 일측 끝단(32b)이 하우징(10)에 고정되는 제1코일부(A)와 상기 제1코일부(A)와 이격되어 샤프트(40)가 끼워질 수 있도록 코일 상태로 권취되되 일측 끝단(32a)이 하우징(10)에 고정되는 제2코일부(B)가 형성된다. 그리고, 제1코일부(A)와 제2코일부(B)가 연결될 수 있도록 제1코일부(A)와 제2코일부(B) 각각의 끝단에서 확장되어 연결되도록 "V" 모양 또는 "U" 모양으로 형성되되 게이트(20)에 맞닿게 되는 연결부(C)가 형성된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 연결부(C)의 끝단이 제1지지부(31)를 구성하고, 하우징에 고정되는 제1코일부(A)와 제2코일부(B)의 각 끝단들이 제2지지부들(32a, 32b)을 구성한다.

그리고, 본 발명에서는 개구홀에 도달한 가스의 압력이 게이트(20)의 중앙에 국소적으로 집중되어 뒤틀림 발생 및 게이트(20)의 불안정한 열림을 방지하며 게이트(20)에 가로막힌 배기가스가 난류를 일으키지 않도록 도 4 와 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(20)에는 오목하게 만곡된 모양을 갖는 구면부(21)가 형성된다.

아울러, 제1지지부(31)가 구면부(21) 상에 안정적으로 지지될 수 있도록 상기 구면부(21)에는 평탄면을 갖는 거치부(22)가 형성되며, 상기 제1지지부(31)는 거치부(22)에 맞닿도록 끝단이 소정의 각도로 절곡된 모양으로 형성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 가변밸브는 비틀림스프링의 지지점이 게이트와 하우징 각각에 한 점씩으로 구성되며 서로 대각으로 위치하여 게이트 오픈 시 뒤틀림이 발생하고, 비틀림스프링이 샤프트를 중심으로 동심원을 이룬 상태로 고정되지 못해 비틀림스프링과 샤프트의 접촉이 발생하는 종래의 문제점을 모두 해소할 수 있다.

즉, 본 발명의 가변밸브는 스프링(30) 지지점이 하우징에 두 점 그리고 게이트에 한 점씩 총 세 점으로 구성되므로 스프링(30)의 뒤틀림 현상이 발생하지 않고, 샤프트(40)와 스프링(30) 각각의 중심들이 동일 직선 상에서 일치하도록 배치되므로 접촉이 발생하지 않는다.

아울러, 상기 제1지지부(31)는 거치부(22)에 안착되는 구조로서 스프링(30)의 안정적인 동작(즉, 게이트의 회전시 불필요한 스프링의 유동발생 억제)을 보장할 수 있으며, 끝단이 U자 형태로 구성되므로 종래에 I자 형태보다 접촉 면접이 증가하여 탄성력을 더 효율적으로 게이트(20)에 전달할 수 있다.

또한, 도 5 에 도시된 바와 같이, 종래의 구조에서는 게이트(4)의 접촉면이 전체적으로 평탄면으로 형성되어 배기가스의 유량/압력의 힘이 효율적으로 토션스프링(6)에 전달되지 못하였고, 유입되는 배기가스와 반사되는 배기가스에 의해서 난류가 발생하여 게이트(4)의 불안전한 열림이 유도되었다.

하지만, 본 발명에서는 게이트(20)에 오목한 모양의 구면부(21)가 형성됨에 따라서 배기가스의 유량 및 압력을 게이트(20)의 중앙으로 집중시켜 게이트(20)의 불안정한 열림을 방지할 수 있다.

한편, 가변밸브 제조에 있어 스프링의 부품가는 생산원가의 절반 이상을 차지하며, 스프링의 원가는 투입된 중량에 비례한다.

하지만, 종래의 구조에서는 비틀림스프링(6)의 각 끝단이 대각으로 하우징과 게이트 각각을 지지하기 때문에 샤프트 길이 만큼의 스프링 중량이 필요하였다. 그러나, 본 발명의 구조에서는 세 개의 지지점(하우징 지지점 두 개, 게이트 지지점 한 개)을 갖기 때문에 스프링의 길이를 샤프트의 길이 보다 짧게 구성할 수 있으므로 중량 절감 및 원가 절감 효과를 가질 수 있다.

한편, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 하우징
20 : 게이트
21 : 구면부
22 : 거치부
31 : 제1지지부
32 : 제2지지부
40 : 샤프트

Claims (5)

1. 유동하는 가스의 압력에 따라 게이트의 개폐가 조절되는 가변밸브에 있어서,
   가스의 통과를 위한 개구홀이 타공된 하우징;과
   샤프트를 통하여 하우징에 회전가능하게 결합되고 회전에 따라 상기 개구홀을 개폐하는 게이트; 및
   상기 게이트와 맞닿는 제1지지부와 하우징에 고정된 제2지지부가 게이트의 회전에 따라 탄성적으로 비틀리도록 샤프트에 결합된 스프링;을 포함하고,
   상기 스프링은 두 개 이상의 제2지지부들을 갖는 것을 특징으로 하는 가변밸브.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2지지부들은 샤프트의 길이방향을 따라 두 개가 이격되어 배치되되, 그 사이에 제1지지부가 형성된 것을 특징으로 하는 가변밸브.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 스프링은,
   샤프트가 끼워질 수 있도록 코일 상태로 권취되되 일측 끝단이 하우징에 고정되는 제1코일부;와
   상기 제1코일부와 이격되어 샤프트가 끼워질 수 있도록 코일 상태로 권취되되 일측 끝단이 하우징에 고정되는 제2코일부; 및
   상기 제1코일부와 제2코일부 각각의 끝단에서 확장되어 연결되도록 형성되되 게이트에 맞닿게 되는 연결부;를 포함하며,
   상기 연결부의 끝단이 제1지지부를 구성하고, 하우징에 고정되는 제1코일부와 제2코일부가 각 끝단들이 제2지지부들을 구성하는 가변밸브.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 개구홀에 도달한 가스의 압력이 게이트에 집중될 수 있도록 상기 게이트에는 오목하게 만곡된 모양을 갖는 구면부가 형성된 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 가변밸브.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 구면부에는 평탄면을 갖는 거치부가 형성되며, 상기 제1지지부는 거치부에 맞닿아 게이트를 탄성적으로 지지하도록 끝단에 절곡된 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 가변밸브.

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