KR20180074327A - 역류유동이 감소된 vcm 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 역류유동 감소를 위한 VCM밸브는 전면이 평편하고, 후면은 돌출부를 형성하며, 돌출부의 위치는 VCM밸브의 하단보다는 상단에 가깝고, 돌출부는 VCM밸브샤프트와 평행하며, VCM밸브의 두께는 돌출부에서 가장 두껍고, 돌출부로부터 VCM밸브의 상부 및 하부으로 갈수록 두께가 얇아지며, 돌출부의 피크지점과 상시 VCM밸브의 상단부 사이에는 변곡부가 있는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브에 관한 것이다.

Description

역류유동이 감소된 VCM 밸브{Reduced Reverse Flow VCM Valve}
본 발명은 VCM 밸브에서 발생하는 역류유동을 최소화하기 위한 장치로서, 더욱 상세하게는 VCM 밸브의 후면에서 발생되는 역류유동을 최소화하기 위해 VCM 밸브의 후면의 형상을 변경한 것이다.
일반적으로, 가솔린 엔진에서 엔진의 시동시 불완전 연소로 발생하는 탄화물을 포함하는 각종 가스 배출을 최소화하고자 텀블 타입의 유동을 발생시켜 완전연소를 하기 위해, 가변 차지 모션(Variable Charge Motion;VCM) 밸브를 선택적으로 사용한다. VCM 밸브는 흡기 유동을 스월 또는 텀블 타입으로 연소실에 공급하기 위한 스월 컨트롤 밸브(Swirl Control Valve; SCV) 또는 텀블 컨트롤 밸브(Tumble Control Valve; TCV)를 통칭하는 명칭이기도하다.
텀블형 VCM 밸브 구조의 일 예로는 도 1에서와 같이 흡기 매니폴드의 일측에서 흡기 매니폴드로 유입되는 공기에 텀블형 유동을 유도하여 연소실로 공급될 수 있도록, 밸브바디(10) 내부에 밸브샤프트(30)가 회전 가능하게 결합되고, 밸브샤프트에 VCM밸브(20)가 일체로 고정되어, 스텝모터(40)에 의해 밸브샤프트(30)가 회전함에 따라 VCM밸브가 일체로 함께 회동한다. 일반적으로 VCM 밸브의 단면이 전후방 모두 평편한 구조로서, VCM 밸브를 지난 흡기유동은 VCM밸브를 통과하면서 흡기유동 일부 텀블유동은 VCM밸브 후면의 평편한 구조에 의해 역류하여 VCM 밸브의 후면에서 와류로 갇히거나 서로 상쇄되어 연소실로 도달하기 전에 손실되기 쉽다.
이러한 역류방지를 위해 공개특허10-1997-0011324에서는 흡기밸브로 공기가 유입되는 통로와 배기가스가 토출되는 배출 통로 중간에 임펠러를 설치하고, 상기 흡배기통로에 설치되어 있는 임펠러의 앞 쪽에 뎀을 설치함으로써, 혼합기의 역류를 방지함과 동시에 배기통로로 연소된 가스가 유출되는 것을 막도록 하였으며, 공개특허 10-1998-0023705에서는 인테크 포트에 공기가 유입되는 방향으로는 접혀지고 공기가 역류되는 방향으로는 펴지는 역류차폐수단을 설치하였고, 공개특허 10-1998-0084608에서는 실린더의 내부로 혼합가스를 공급하는 흡기폴드를 통해 연소실에 공급된 외기가 오어램시에도 역류되는 것이 방지되도록 하는 자동차 엔진용 흡기폴드의 역류방지구조를 제안하기도 했다.
한국등록특허 제10-0457307호 엔진의 텀블형 흡기장치
이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안된 것으로 VCM 밸브를 지난 흡기유동은 VCM밸브를 통과하면서 흡기유동 일부 텀블유동은 VCM밸브 후면의 평편한 구조에 의해 역류하여 VCM 밸브의 후면에서 와류로 갇히거나 서로 상쇄되어 연소실로 도달하기 전에 손실되지 않는 VCM 밸브를 제공하는 데 있다.
역류유동 감소를 위한 VCM밸브는 전면이 평편하고, 후면은 돌출부를 형성하며, 돌출부의 위치는 VCM밸브의 하단보다는 상단에 가깝고, 돌출부는 VCM밸브샤프트와 평행하며, VCM밸브의 두께는 돌출부에서 가장 두껍고, 돌출부로부터 VCM밸브의 상부 및 하부으로 갈수록 두께가 얇아지며, 돌출부의 피크지점과 상시 VCM밸브의 상단부 사이에는 변곡부가 있다.
본 발명의 효과는 VCM 밸브의 후면에서 발생되는 역류유동 발생을 최소화하여 엔진성능 저하를 방지할 수 있다.
도1은 VCM밸브가 장착되는 구조이다.
도2는 종래 VCM 밸브에서의 역류유동이 형성되는 패턴이다.
도3은 본 발명의 VCM밸브가 적용된 후의 역류유동 패턴이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2는 종래기술에 의해 흡기 매니폴드 유동공간에 설치된 VCM 밸브을 지난 유동이 역류되어 VCM밸브 후면의 하부로 유입되고, 일부는 VCM밸브 후면의 하부에서 2차유동을 발생시키고, 맴돌이 와류(50)가 형성되는 것을 도시한 것이다. VCM 밸브가 열려있는 경우에는 흡기 유동이 별다른 간섭을 받지 않고 엔진으로 유입되나, VCM 밸브가 닫히는 경우는 VCM밸브가 VCM밸브 샤프트에 대해 회전되는 각도에 따라 흡기유동에는 텀블이 형성된다. 텀블은 안정된 유동이 VCM밸브와 부딧치면서 형성되는 일종의 난류형태로 VCM밸브 샤프트에 대해 회전되는 각도가 커질수록, 흡기 매니폴드를 패쇄하면서 텀블은 증가하게 된다. 흡기유동이 VCM 밸브의 상단면을 지나면서 텀블유동이 발생하며는데, 텀블유동은 VCM밸브의 상단으로부터 흡기매니폴드의 하면을 향해 형성된다. 따라서 그 중 대부분은 애초의 흡기유동방향을 따라 엔진으로 유입되지만, 다른 일부는 VCM 밸브의 후면아래까지 유입될 정도로 회전되며, 이는 VCM 밸브 후면에 있던 흡기유동을 회전시키면서 맴돌이 와류를 연속적으로 발생하게 된다.
도 3은 본 발명에 의해 흡기 매니폴드 유동공간에 설치된 VCM 밸브을 지난 유동이 역류되어 VCM밸브 후면의 하부로 유입되는 것이 감소한 것을 나타낸다. 이를 위해 VCM밸브는 종래와 다르게 형성되어야 한다. VCM밸브의 전면은 종래와 동일하다. 그러나, VCM 밸브의 후면은 회전되는 텀블유동이 VCM 밸브의 후면으로 회전되지 않도록 혹은 회전되는 텀블유동을 방지하도록 일종의 돌출부를 형성해야 한다.
즉, 역류유동 감소를 위한 VCM밸브는 전면이 평편하고, 후면은 돌출부를 형성하며, 돌출부의 위치는 텀블유동을 조기 차단하기 위해 VCM밸브의 하단보다는 상단에 가까워야 한다.
돌출부는 VCM밸브의 폭을 따라 흡기 매니폴드로 바닥으로부터, 혹은 VCM 밸브샤프트로부터 일정거리 이격된 높이에 형성되며, 흡기 매니폴드의 개수만큼 형성된 VCM 밸브마다 동일한 위치에 형성되고, 결과적으로 VCM 밸브 샤프트와는 일정거리 이격된 채, 서로 평행하도록 형성한다.
또한, VCM밸브의 두께는 돌출부에서 가장 두껍고, 돌출부로부터 VCM밸브의 상부(60) 및/또는 하부(70)로 갈수록 두께가 얇아진다. 즉, 돌출부로부터 VCM 밸브의 상부 및 하부로 경사면을 형성하는데 경사면의 기울기를 비교해보면 VCM 밸브의 하부 즉, VCM 밸브샤프트로의 기울기보다는 VCM 밸브 상부로의 기울기가 더 크다.
또한, 돌출부의 피크지점과 상시 VCM밸브의 상단부 사이에는 변곡부가 형성된다. 텀블유동을 차단하기 위해서는 돌출부에서 텀블유동의 방향을 리턴해서 흡기유동을 따라 흐르도록 해야한다. 이를 위해서 돌출부는 VCM 밸브의 상부를 향한 경사가 크도록 형성하는 것에 추가해야한다. 이를 위해 VCM밸브의 단면에서, 돌출부의 피크점(80)을 기준으로 VCM밸브의 상단을 향해서는 회전되어 유입되는 텀블유동의 방향을 리턴시키기 위해 경사면의 기울기가 변화되는 변곡부를 형성한다.
변곡부는 VCM밸브의 단면으로 볼 때는 1개 점이지만, VCM 밸브 폭을 따라서는 변곡선을 이루며, 2개 이상의 VCM 밸브을 따라 형성되는 상기 변곡부를 연결한 가상의 직선은 VCM밸브 샤프트와 평행선을 이룬다. 한편, VCM 밸브의 회전각도에 따라 변곡부의 위치는 달라질 수 있으므로, 변곡면을 형성할 수도 있다.

Claims (11)

  1. 텀블형 VCM밸브에 있어서,
    상기 VCM 밸브의 전면은 평편하고, 후면은 돌출부를 형성한 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부의 위치는 상기 VCM밸브의 하단보다는 상단에 가까운 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부는 VCM밸브샤프트와 평행한 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 VCM밸브의 두께는 상기 돌출부에서 가장 두꺼운 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부로부터 상기 VCM밸브의 하부로 갈수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌출부로부터 상기 VCM밸브의 상부로 갈수록 두께가 얇아지는 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출부의 피크지점과 상시 VCM밸브의 상단부 사이에는 변곡부가 있는 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 변곡부는 VCM 밸브의 단면에서는 변곡점인 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 변곡부는 VCM 밸브의 폭을 따라서는 변곡선인 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 변곡부는 변곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    2개 이상의 VCM 밸브을 따라 형성되는 상기 변곡부를 연결한 가상의 직선은 상기 VCM 밸브샤프트와 평행한 것을 특징으로 하는 역류유동 감소를 위한 VCM 밸브.
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