KR20220010315A

KR20220010315A - 온도 반응식 가변 밸브 및 이를 적용한 소음기

Info

Publication number: KR20220010315A
Application number: KR1020200089063A
Authority: KR
Inventors: 원태호; 양영덕
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-07-17
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-01-25

Abstract

본 발명의 소음기(120)에 적용된 온도 반응식 가변 밸브(1)는 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)에서 팽창 액추에이터(20)의 저온 팽창제(25A)와 고온 팽창제(25B)가 상기 배기가스의 온도 차이로 다르게 발생하는 팽창에 의한 가압력을 받고, 상기 가압력으로 이동 스트로크를 발생하는 밸브 암(30)에 의한 회전으로 상기 가변 밸브 배플(140-1)의 배플 홀(142)을 열어 상기 배기가스를 통과시켜 주는 밸브 커버(50)로 구성되고, 배기가스가 들어오는 내부 공간을 가로지르는 다수의 배플 구획공간으로 나누워 주는 배플(Baffle)(140) 중 가변 밸브 배플(140-1)에 용접 고정됨으로써 팽창제를 각각 적용한 저온/고온 팽창 액추에이터(20-1,20-2)의 가변 밸브 열림량 조절로 고/저 엔진 RPM 대역에 맞춘 NVH 향상 및 출력 증대 효과를 최적화할 수 있는 특징이 구현된다.

Description

온도 반응식 가변 밸브 및 이를 적용한 소음기{Temperature Responsive Type Variable Valve and Muffler Thereby}

본 발명은 가변 밸브에 관한 것으로, 특히 스프링 탄성력에 배기가스의 온도 변동을 기반으로 한 가변 밸브 열림량 조절로 엔진 RPM(Revolution Per Minute)에 따라 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 향상 및 출력 증대 효과를 최적화할 수 있는 온도 반응식 가변 밸브가 적용된 소음기에 관한 것이다.

일반적으로 소음기는 저속영역(2500rpm 이하)에서 저주파 부밍 소음을 저감하고 반면 고속영역(2500rpm 이상)에서 엔진 출력 증대가 가능하도록 작용하여야 한다.

이러한 작용을 위한 소음기로서 가변밸브 타입 소음기가 있다. 가변밸브 타입 소음기에는 소음기 내부의 배기가스 통로인 다수의 파이프중 어느 하나의 파이프 출구에 가변밸브가 설치되고, 가변밸브가 고속영역(2500rpm 이상)에서 증대된 배기가스 압력으로 열려짐으로써 엔진 출력을 증대하는 방식이다.

이를 위한 가변 밸브로 압축 스프링 타입 가변 밸브가 있다. 상기 압축 스프링 타입 가변 밸브는 소음기의 내부공간을 다수로 구획하는 배플(Baffle)에 장착된 밸브 바디, 밸브 바디 내부로 위치된 압축 스프링, 밸브 바디 외부로 나온 밸브 암(Valve Arm) 및 밸브 암에 연결된 밸브 커버를 구성요소로 한다.

이로부터 상기 압축 스프링 타입 가변 밸브는 밸브 바디에 뚫린 밸브 바디 홀로 배기가스 유입량을 달리하고, 압축 스프링의 탄성 변형으로 밸브 암의 인출정도를 달리하며, 밸브 암의 이동량으로 밸브 커버가 배플에 뚫린 홀을 열어 줌으로써 저 RPM 대역에서는 배기가스 유로를 막아 NVH 성능을 강화하는 반면 고 RPM 대역에서는 배기가스를 원활히 빠져나가게 하여 출력성능 강화가 가능하도록 한다.

국내특허공개 10-2013-0033643(2013년04월04일)

하지만, 상기 압축 스프링 타입 가변 밸브는 그 성능이 배기가스 압력으로 영향을 받는다는 단점을 가지고 있다.

이러한 이유는 상기 압축 스프링 타입 가변 밸브는 밸브 바디 홀을 통해 밸브 바디의 내부 공간으로 유입되는 배기가스 유량이 밸브 암의 직선 이동량과 밸브 커버의 회전 이동량을 결정되기 때문이다.

그러므로 상기 압축 스프링 타입 가변 밸브는 밸브 바디와 밸브 바디 홀의 형성이 매우 중요하나 밸브 바디에 사각형상을 밸브 바디 홀에 원형을 적용함으로써 엔진 RPM 에 따라 변하는 배기 압력의 변화를 이용하여 원하는 성능을 극대화 하는데 어려움이 있을 수밖에 없다.

나아가 상기 압축 스프링 타입 가변 밸브의 성능을 극대화 어려움은 엔진 RPM 변동에 따라 가변밸브가 가져야 되는 NVH 향상 및 출력 증대 효과 구현에 한계를 주고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 스프링 탄성력에 배기가스의 온도 변동을 기반으로 한 팽창제의 팽창력으로 가변 밸브 열림량 조절이 고/저 엔진 RPM 대역에 맞춰 NVH 향상 및 출력 증대 효과를 최적화할 수 있고, 특히 온도 변동을 기반으로 한 팽창제의 가변 밸브 열림량 조절에 팽창 온도와 팽창 속도를 달리하는 듀얼 왁스 액추에이터가 적용됨으로써 밸브 바디 및 홀의 특정 형상으로 제한되었던 NVH 향상 및 출력 증대 효과가 극대화될 수 있는 온도 반응식 가변 밸브 및 이를 적용한 소음기의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변 밸브는 밸브 바디; 상기 밸브 바디의 밸브 바디 공간에 수용되고, 상기 밸브 바디 공간의 온도로 팽창되는 팽창 액추에이터; 상기 팽창 액추에이터의 팽창에 의한 가압력을 받아 상기 밸브 바디 공간에서 이동되는 밸브 암; 및 상기 밸브 바디의 외부에서 상기 밸브 암의 이동 스트로크로 회전되는 밸브 커버가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 팽창 액추에이터는 팽창 온도를 달리하는 저온 팽창재와 고온 팽창제로 상기 가압력을 발생시켜 주며, 상기 저온 팽창재와 상기 고온 팽창제는 왁스(Wax)로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 팽창 액추에이터는 상기 저온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 저온 팽창 액추에이터 및 상기 고온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 고온 팽창 액추에이터로 구성되고, 상기 저온 팽창 액추에이터와 상기 고온 팽창 액추에이터는 상기 밸브 바디 공간에서 이웃하여 배열된다.

바람직한 실시예로서, 상기 저온 팽창 액추에이터는 상기 저온 팽창재가 빠져나가는 저온 팽창 관 및 상기 저온 팽창재로 채워진 저온 저장용기로 구성되고, 상기 고온 팽창 액추에이터는 상기 고온 팽창재가 빠져나가는 고온 팽창 관 및 상기 고온 팽창재로 채워진 고온 저장용기로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 저온 팽창 관과 상기 고온 팽창 관은 직경을 동일하게 하고, 상기 고온 저장용기의 용량은 상기 저온 저장용기의 용량 보다 크게 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 밸브 암은 상기 밸브 바디 공간에 위치되어 상기 팽창 액추에이터와 접촉되는 암 바디, 상기 암 바디에서 연장되어 상기 밸브 바디의 외부로 빠져나온 이동 암, 및 상기 이동 암의 끝단에서 상기 밸브 커버와 결합되는 걸쇠로 이루어진다.

바람직한 실시예로서, 상기 밸브 암은 상기 이동 암에 압축 코일 스프링 타입 스프링을 구비하고, 상기 스프링은 상기 가압력의 해제 시 상기 암 바디에 스프링 복원력을 가하여 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 밸브 커버는 소정 크기를 갖는 회전 바디, 상기 회전 바디의 회전 중심으로 작용하는 힌지 축, 및 상기 밸브 암과 연결되어 상기 이동 스트로크로 상기 회전 바디에 회전력을 가하는 연결 핀으로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 회전 바디는 원형형상의 가림판에서 돌출된 회전 암을 구비하고, 상기 회전 암은 상기 힌지 축과 상기 연결 핀을 구비하며, 상기 힌지 축은 상기 회전 암에서 돌출된 상기 연결 핀의 위쪽에서 상기 연결 핀과 간격을 두고 상기 회전 암에 위치된다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가변 밸브 타입 소음기는 배기가스가 들어오는 내부 공간을 가로지르는 다수의 배플 구획공간으로 나누워 주는 배플; 상기 배플을 구성하는 가변 밸브 배플에 결합된 밸브 바디의 밸브 바디 공간에서 팽창 액추에이터의 저온 팽창재와 고온 팽창재가 상기 배기가스의 온도 차이로 다르게 발생하는 팽창에 의한 가압력을 받고, 상기 가압력으로 이동 스트로크를 발생하는 밸브 암에 의한 회전으로 상기 가변 밸브 배플의 배플 홀을 열어 상기 배기가스를 통과시켜 주는 밸브 커버로 구성된 가변 밸브가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 가변 밸브는 상기 밸브 바디의 용접으로 상기 가변 밸브 배플에 고정 상태로 결합된다.

바람직한 실시예로서, 상기 팽창 액추에이터는 상기 저온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 저온 팽창 액추에이터 및 상기 고온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 고온 팽창 액추에이터로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 가변 밸브 배플은 힌지 축 홀을 형성하고, 상기 힌지 축 홀은 상기 밸브 커버의 회전 중심으로 작용하는 힌지 축이 결합된다.

바람직한 실시예로서, 상기 가변 밸브 배플은 호 형상 구조의 핀 가이드 홈을 형성하고, 상기 핀 가이드 홈은 상기 밸브 커버를 회전시켜 주는 연결 핀이 결합된다.

바람직한 실시예로서, 상기 핀 가이드 홈은 마찰 구간과 비 마찰 구간으로 구분되고, 상기 마찰 구간은 저 RPM 대역의 배기가스 온도에서 팽창하는 상기 저온 팽창제에 의한 상기 밸브 암의 이동 스트로크를 받는 상기 연결 핀의 움직임을 가이드하면서 마찰력을 발생시켜주며, 상기 비 마찰 구간은 고 RPM 대역의 배기가스 온도에서 팽창하는 상기 고온 팽창제에 의한 상기 밸브 암의 이동 스트로크를 받는 상기 연결 핀의 움직임을 가이드한다.

바람직한 실시예로서, 상기 마찰 구간에는 SUS Material로 이루어진 마찰 매트를 구비하고, 상기 마찰 매트는 상기 연결 핀과 접촉하여 상기 마찰력을 발생시키 준다.

이러한 본 발명의 소음기에 적용된 가변 밸브는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 가변 밸브가 업축 스프링 구조이면서도 NVH 향상 및 출력 증대 효과를 제한하던 밸브 바디 및 홀의 특정 형상 구조의 한계가 극복된다. 둘째, 배기가스 압력이 아닌 배기가스 온도에 반응하여 가변 밸브가 작동함으로써 엔진 RPM 변동에 따라 가변밸브가 가져야 되는 NVH 향상 및 출력 증대 효과 구현이 극대화될 수 있다. 셋째, 배기가스 온도에 따라 달리 반응하는 듀얼 왁스 액추에이터로 가변 밸브 열림량 조절이 이루어짐으로써 저 RPM 대역에서는 저온 반응 액추에이터를 통해 배플 홀(Baffle Hole)의 열림량 속도 최소로 NVH 성능을 향상시키고, 고 RPM 대역으로 올라가면 고온 반응 액추에이터를 이용하여 배플 홀(Baffle Hole)의 오픈 면적의 빠른 증대로 출력 증대 효과를 높여 준다. 넷째, 듀얼 왁스 액추에이터 중 저온 반응 액추에이터와 고온 반응 액추에이터의 핀 가이드(Pin Guide)에 마찰을 형성하는 SUS MAT로 이동속도 차이를 갖도록 함으로써 저 RPM 대역 대비 고 RPM 대역 성능 개선효과가 더욱 커질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 온도 반응식 가변 밸브의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 팽창 액추에이터가 듀얼 팽창 액추에이터로 구성된 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 가변 밸브를 구성하는 팽창 액추에이터, 밸브 암 및 스프링에 대한 어셈블리 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 가변 밸브를 구성하는 밸브 커버의 상세 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 온도 반응식 가변 밸브를 갖춘 소음기가 적용된 배기계의 예이며, 도 6은 본 발명에 따른 온도 반응식 가변 밸브가 소음기의 배플을 이용해 구성된 예이고, 도 7은 본 발명에 따른 온도 반응식 가변 밸브가 저 RPM 대역에서 소음기로 유입된 배기가스 온도로 작동되는 예이며, 도 8은 본 발명에 따른 온도 반응식 가변 밸브가 고 RPM 대역에서 소음기로 유입된 배기가스 온도로 작동되는 예이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 가변 밸브(1)는 밸브 바디(10), 팽창 액추에이터(20), 밸브 암(30), 스프링(40) 및 밸브 커버(50)를 포함한다.

특히 상기 가변 밸브(1)는 팽창 액추에이터(20)가 엔진의 저 RPM 대역에서 발생된 상대적으로 낮은 저온의 배기가스에 반응하면서 고 RPM 대역에서 발생된 상대적으로 높은 고온의 배기가스에 반응하는 듀얼 팽창 액추에이터로 구성됨으로써 온도 반응식 가변 밸브로 특징된다.

일례로 상기 밸브 바디(10)는 팽창 액추에이터(20) 및 스프링(40)이 수용되는 내부 공간을 이루는 한쪽이 트여진 일단 개구형 밸브 바디 공간(10-1)이 형성되고, 밸브 암(30)이 한쪽 부위가 밸브 바디 공간(10-1)에 수용되어 팽창 액추에이터(20)로 지지된다. 특히 상기 밸브 바디 공간(10-1)은 테이퍼 형상으로 이루어짐으로써 밸브 바디(10)의 전체 형상도 테이퍼 형상으로 이루어진다.

일례로 상기 팽창 액추에이터(20)는 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)에서 한쪽 위치에서 밸브 암(30)의 한쪽 부위와 접촉되며, 밸브 바디 공간(10-1)의 온도 변화를 통해 밸브 암(30)을 밀어냄으로써 가변 밸브(1)의 이동 스트로크를 형성하여 준다.

특히 상기 팽창 액추에이터(20)는 밸브 바디 공간(10-1)에서 서로 나란하게 배열된 저온 팽창 액추에이터(20-1) 및 고온 팽창 액추에이터(20-2)로 구성되고, 상기 저온 팽창 액추에이터(20-1)는 상대적으로 낮은 온도에서 팽창되어 밸브 암(30)을 밀어내는 반면 상기 고온 팽창 액추에이터(20-2)는 상대적으로 높은 온도에서 팽창되어 밸브 암(30)을 밀어낸다. 이 경우 상기 온도는 차량의 저속 주행 시 발생되는 배기가스 온도를 상대적으로 낮은 온도로 하고, 차량의 고속 주행 시 발생되는 배기가스 온도를 상대적으로 높은 온도로 한다.

일례로 상기 밸브 암(30)은 한쪽 부위를 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)으로 위치시켜 저온/고온 팽창 액추에이터(20-1,20-2)에 접촉되고 반면 다른쪽 부위를 밸브 바디(10)의 외부로 노출시켜 밸브 커버(50)와 연결된다.

그러므로 상기 밸브 암(30)은 저온/고온 팽창 액추에이터(20-1,20-2)의 팽창으로 형성되는 전진 이동 스트로크로 밸브 커버(50)를 밀어냄으로써 밸브 커버(50)에 반시계 방향 회전을 형성시켜 주고, 반면 저온/고온 팽창 액추에이터(20-1,20-2)의 수축으로 형성되는 반대방향의 복귀 이동 스트로크로 밸브 커버(50)를 당겨줌으로써 밸브 커버(50)에 시계 방향 회전을 형성시켜 준다.

일례로 상기 스프링(40)은 압축 코일 스프링이고, 밸브 암(30)에 끼워진 상태로 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)에 수용됨으로써 밸브 암(30)의 전진 이동 스트로크 발생 시 압축 변형된 후 복귀 이동 스트로크 발생 시 밸브 암(30)에 스프링 복원력을 가하여 준다.

일례로 상기 밸브 커버(50)는 회전 바디(51), 힌지 축(53) 및 연결 핀(55)으로 이루어지고, 상기 연결 핀(55)이 밸브 암(30)과 결합됨으로써 밸브 암(30)의 전진 이동 스트로크로 반시계 방향 회전이 이루어져 열림 상태로 전환되고, 반면 밸브 암(30)의 복귀 이동 스트로크로 시계 방향 회전이 이루어져 닫힘 상태로 전환된다.

이를 위해 상기 회전 바디(51)는 원형형상의 가림판(51-1)과 가림판(51-1)에서 연장된 회전암(51-2)으로 원형 부채 형상으로 이루어지고, 상기 회전암(51-2)에는 힌지 축(53)과 연결 핀(55)이 각각 구비된다. 이 경우 상기 힌지 축(53)은 밸브 커버(50)의 반시계/시계방향 회전의 회전 중심 부위로 작용하고, 상기 연결 핀(55)은 밸브 암(30)과 결합되어 전진/복귀 이동 스트로크를 전달받는 부위로 작용한다.

한편 도 2 내지 도 4는 각각 팽창 액추에이터(20), 밸브 암(30), 스프링(40) 및 밸브 커버(50)의 상세 구조를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 팽창 액추에이터(20)는 저온 팽창 액추에이터(20-1)와 고온 팽창 액추에이터(20-2)를 쌍으로 하여 구성되고, 밸브 암(30)의 암 바디(31)에 접촉된 상태에서 온도에 의한 팽창으로 암 바디(31)를 밀어낸다.

구체적으로 상기 저온 팽창 액추에이터(20-1)는 저온 팽창 관(21A), 저온 저장용기(23A) 및 저온 팽창재(25A)로 이루어진다. 상기 저온 팽창 관(21A)은 저온 저장용기(23A)에서 팽창되는 저온 팽창재(25A)가 빠져나오는 이동 통로를 형성하고, 상기 저온 저장용기(23A)는 저온 팽창재(25A)가 채워지는 탱크(Tank)를 형성하며, 상기 저온 팽창재(25A)는 왁스(Wax)나 파라핀(Paraffin)으로 이루어진다. 특히 상기 저온 팽창 관(21A)은 밸브 암(30)의 암 바디(31)와 접촉부위에 기밀재(도시되지 않음)로 밀착 및 밀봉됨으로써 누출 없이 암 바디(31)를 가압하여 준다.

그리고 상기 고온 팽창 액추에이터(20-2)는 고온 팽창 관(21B), 고온 저장용기(23B) 및 고온 팽창재(25B)로 이루어진다. 상기 고온 팽창 관(21B)은 고온 저장용기(23B)에서 팽창되는 고온 팽창재(25B)가 빠져나오는 이동 통로를 형성하고, 상기 고온 저장용기(23B)는 고온 팽창재(25B)가 채워지는 탱크(Tank)를 형성하며, 상기 고온 팽창재(25B)는 왁스(Wax)나 파라핀(Paraffin)으로 이루어진다. 특히 상기 고온 팽창 관(21B)은 밸브 암(30)의 암 바디(31)와 접촉부위에 기밀재(도시되지 않음)로 밀착 및 밀봉됨으로써 누출 없이 암 바디(31)를 가압하여 준다.

그러므로 상기 저온 팽창 액추에이터(20-1)와 상기 고온 팽창 액추에이터(20-2)는 팽창 관(21A,21B), 저장용기(23A,23B) 및 팽창재(25A,25B)를 동일한 구성요소로 하여 이루어진다.

다만 상기 저온 팽창 관(21A)의 직경(Da)과 상기 고온 팽창 관(21B)의 직경(Db)은 동일한 반면 상기 고온 저장용기(23B)의 용량(Vb)은 상기 저온 저장용기(23A)의 용량(Va) 보다 더 큰 차이가 있다. 이 경우 상기 저온/고온 저장용기(23A,23B)의 탱크 용량비(Va:Vb)는 약 1:1,5~2.0으로 적용할 수 있다.

이로부터 상기 저온/고온 팽창 관(21A, 21B)이 관 직경차(Db-Da)를 갖지 않는 반면 상기 저온/고온 저장용기(23A,23B)가 탱크 용량차(Vb-Va)를 가짐으로써 팽창 시 저용량(Va)의 저온 팽창재(25A)는 저온 팽창 관(21A)의 직경(Da)을 통해 상대적으로 느린 속도로 이동하여 밸브 암(30)의 암 바디(31)를 천천히 밀어내는 반면, 고온 팽창재(25B)는 고용량(Vb)의 고온 팽창재(25B)는 고온 팽창 관(21B)의 직경(Da)을 통해 상대적으로 빠른 속도로 이동하여 밸브 암(30)의 암 바디(31)를 빠르게 밀어낸다. 이러한 팽창 속도 차는 팽창재의 양이 많으면 팽창되는 부피도 커져 동일경의 튜브 관내에서 팽창재가 빠르게 이동할 수 있기 때문이다.

도 3을 참조하면, 상기 밸브 암(30)은 암 바디(31), 이동 암(33) 및 걸쇠(35)로 이루어져 스프링(40)과 결합된다.

구체적으로 상기 암 바디(31)는 대략 테이퍼 형상의 베이스 판과 이에 대해 직각으로 꺾인 절곡 판으로 “L"자 구조를 형성한다. 상기 이동 암(33)은 암 바디(31)의 절곡 판에서 직선으로 돌출 연장되어져 스프링(40)이 끼워짐으로써 스프링(40)이 암 바디(31)의 절곡 판과 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)의 측면 사이에서 탄발 지지되도록 한다. 상기 걸쇠(35)는 대략 ”U“형상으로 이루어져 밸브 커버(50)의 연결 핀(55)이 삽입되어 이탈을 방지하여 준다.

특히 상기 이동 암(33)은 상/하부 중 하부를 대략 테이퍼 형상으로 함으로써 스프링(40)의 이탈을 방지함과 더불어 걸쇠(35)가 이동 암(33)에 단차진 구조를 형성하도록 한다.

도 4는 참조하면, 상기 밸브 커버(50)의 회전 및 핀 결합 구조를 예시한다.

구체적으로 상기 밸브 커버(50)는 가림판(51-1)에서 이어진 회전암(51-2)의 상부쪽에 힌지 축(53)이 결합되고, 상기 힌지 축(53)이 도 5의 가변 밸브 배플(140-1)의 힌지 축 홀(141)에 결합됨으로써 연결 핀(55)에 가해지는 밸브 암(30)의 전진/복귀 이동 스트로크에 대해 밸브 커버(50)의 반시계/시계방향회전을 가능하게 한다.

또한 상기 밸브 커버(50)는 가림판(51-1)에서 이어진 회전암(51-2)의 하부쪽에 연결 핀(55)이 돌출된 상태로 일체로 형성되고, 상기 연결 핀(55)이 밸브 암(30)의 대략 ”U“형상 걸쇠(35)에 끼워져 핀 결합됨으로써 밸브 암(30)의 전진/복귀 이동 스트로크로 전달받아 밸브 커버(50)가 반시계/시계방향회전을 구현하도록 한다. 이 경우 상기 연결 핀(55)은 회전암(51-2)의 양면으로 돌출됨으로써 한쪽부위로 걸쇠(35)에 끼워지고 반대쪽 부위로 가변 밸브 배플(140-1)의 배플 홀(142)(도 6 참조)에 끼워진다.

이를 위해 상기 힌지 축(53)과 상기 연결 핀(55)의 이격 간격은 모멘트 거리를 형성하고, 상기 모멘트 거리는 도 5의 가변 밸브 배플(140-1)의 배플 홀(Baffle Hole)(142)의 직경을 완전하게 열어 줄 수 있도록 설정된다.

한편 도 5 내지 도 8은 배기계(100)의 소음기(120)에 온도 반응식 가변 밸브(1)가 구비되어 배기가스의 온도에 따라 동작하는 상태를 나타낸다.

도 5를 참조하면, 상기 소음기(120)는 배기 파이프(110) 상에 위치되고, 그 내부 공간을 가로지르는 복수개의 소음기 파이프(130)와 내부 공간을 다수의 배플 구획공간으로 나누워 주는 복수개의 배플(Baffle)(140) 및 배플(140) 중 가변 밸브 배플(140-1)에 결합된 가변 밸브(1)를 포함한다.

도 6을 참조하면, 상기 가변 밸브 배플(140-1)은 가변 밸브(1)와 결합을 위해 하기와 같은 구조를 적용한다.

일례로 상기 가변 밸브 배플(140-1)은 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)과 일치하는 공간이 천공된 면으로 밸브 바디(10)가 전둘레 용접됨으로써 밸브 바디 공간(10-1)에서 저온/고온 팽창 액추에이터(20-1,20-2)가 배기가스의 온도로 팽창될 수 있게 된다.

또한 상기 가변 밸브 배플(140-1)은 힌지 축 홀(141)이 천공됨으로써 이에 끼워져 고정된 힌지 축(53)이 밸브 커버(50)의 반시계/시계방향회전을 위한 회전 중심으로 작용하게 된다.

그리고 상기 가변 밸브 배플(140-1)은 밸브 커버(50)의 가림판(51-1)으로 가려지는 배플 홀(142), 밸브 커버(50)의 연결 핀(55)이 위치되는 핀 가이드 홈(145)을 형성한다.

일례로 상기 배플 홀(142)은 밸브 커버(50)의 가림판(51-1)의 직경보다 작은 직경으로 형성되되, 배플 홀 직경의 크기는 배플 구획공간으로 유입하는 배기가스 유량에 따라 설정된다.

일례로 상기 핀 가이드 홈(145)은 호 형상으로 이루어지고, 전체 길이를 마찰 구간(145A)과 비 마찰 구간(145B)으로 형성하여 준다. 이 경우 상기 핀 가이드 홈(145)의 전체 호 길이를 100%로 할 때 상기 마찰 구간(145A)의 호 길이는 약 10~20%로 설정하고, 상기 비 마찰 구간(145B)의 호 길이는 약 80~90%로 설정한다. 하지만 상기 마찰 구간(145A)과 상기 비 마찰 구간(145B)의 호 길이는 배플 구획공간으로 유입하는 배기가스 유량에 따라 변화될 수 있다.

특히 상기 마찰 구간(145A)은 그 시작위치를 기변 밸브(1)의 닫힘으로 하여 밸브 커버(50)의 가림판(51-1)이 배플 홀(142)을 완전히 차단하고, 상기 비 마찰 구간(145B)은 그 시작위치를 마찰 구간(145A)의 종료위치로 하여 핀 가이드 홈(145)의 끝단위치를 종료위치로 함으로써 밸브 커버(50)의 가림판(51-1)이 배플 홀(142)을 완전히 열어준다.

나아가 상기 핀 가이드 홈(145)은 마찰 매트(Friction Mat)(150)를 구비하고, 상기 마찰 매트(150)는 SUS Material로 이루어져 밸브 커버(50)의 연결 핀(55)과 접촉된다.

그러므로 상기 마찰 매트(150)는 저온 팽창 액추에이터(20-1)의 저온 팽창재(25A)의 팽창에 의한 전진 이동 스트로크로 이동되는 밸브 커버(50)의 연결 핀(55)을 마찰력으로 구속하고, 이러한 마찰 구속력은 연결 핀(55)의 움직임을 제한함으로써 마찰 구간(145A)은 배플 홀(142)의 열림을 작게 하면서 그 열림진행을 더디게 하여 준다.

도 7을 참조하면, 엔진의 저 RPM(Revolution Per Minute)으로 배기계(100)의 배기 파이프(110)를 지나 소음기(120)로 들어오는 배기가스가 상대적으로 온도가 낮은 저온 배기가스에서 가변 밸브(1)의 작동이 예시된다.

도시된 바와 같이, 가변 밸브(1)는 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)을 통해 가변 밸브 배플(140-1)에 용접된 상태에서 소음기(120)의 내부 공간으로 유입된 저온 배기가스와 접촉된다.

그러면 저온 팽창재(25A)는 저온 배기가스의 온도로 팽창되는 반면 고온 팽창재(25B)는 팽창되지 않음으로써 고온 팽창 액추에이터(20-2)의 미 작동 상태에서 저온 팽창 액추에이터(20-1)가 작동 상태로 전환된다.

이로 인해 상기 저온 팽창재(25A)는 저온 저장용기(23A)에서 저온 팽창 관(21A)을 채우도록 팽창이 지속되고, 저온 팽창재(25A)의 팽창력은 밸브 암(30)의 암 바디(31)를 가압함으로써 밸브 커버(50)의 연결 핀(55)이 밸브 암(30)의 걸쇠(35)에 결합된 상태로 전진 이동 스트로크에 의해 이동된다. 이 경우 상기 저온 팽창재(25A)의 팽창은 핀 가이드 홈(145)의 마찰 구간(145A) 까지 이루어진다.

이어 상기 연결 핀(55)의 이동은 밸브 커버(50)를 반시계방향으로 회전시키고, 상기 반시계방향 회전은 배플 홀(142)의 일부를 열어 줌으로써 소음기(120)의 내부 공간에 채워진 저온 배기가스 중 극히 일부 가스가 가변 밸브 배플(140-1)의 배플 홀(142)을 통해 배플 구획공간으로 일부 이동함으로써 소음기(120)의 내부 공간에서 배기가스 이동이 거의 이루어지지 않게 된다.

이때 핀 가이드 홈(145)의 마찰 구간(145A)에 구비된 마찰 매트(150)는 마찰 구간(145A)을 지나가는 동안 마찰력으로 연결 핀(55)의 움직임을 제한함으로써 밸브 커버(50)의 가림판(51-1)에 의한 배플 홀(142)의 열림 진행을 더디게 하면서 전제 사이즈 중 극히 일부분 만 열림 공간으로 작게 하여 준다.

그러므로 상기 가변 밸브(10)는 저 RPM 대역에서 배플 홀(142)의 열림 공간을 극히 일부분 작게 열어줌으로써 저속 주행에 맞춰 NVH 성능을 강화하여 준다.

반면 도 8을 참조하면, 엔진의 고 RPM(Revolution Per Minute)으로 배기계(100)의 배기 파이프(110)를 지나 소음기(120)로 들어오는 배기가스가 상대적으로 온도가 높은 고온 배기가스에서 가변 밸브(1)의 작동이 예시된다.

도시된 바와 같이, 가변 밸브(1)는 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)을 통해 가변 밸브 배플(140-1)에 용접된 상태에서 소음기(120)의 내부 공간으로 유입된 고온 배기가스와 접촉된다.

그러면 고온 팽창재(25B)는 저온 팽창재(25A)가 이미 팽창된 상태에서 고온 배기가스로 팽창됨으로써 저온 팽창 액추에이터(20-1)와 함께 고온 팽창 액추에이터(20-2)도 작동 상태로 전환된다.

이로 인해 상기 고온 팽창재(25B)는 고온 저장용기(23B)에서 고온 팽창 관(21B)을 채우도록 팽창이 지속되고, 고온 팽창재(25B)의 팽창력은 밸브 암(30)의 암 바디(31)를 다시 가압함으로써 밸브 커버(50)의 연결 핀(55)이 밸브 암(30)의 걸쇠(35)에 결합된 상태로 전진 이동 스트로크에 의해 더 많이 이동된다. 이 경우 상기 고온 팽창재(25B)의 팽창은 핀 가이드 홈(145)의비 마찰 구간(145B) 까지 이루어진다.

이어 상기 연결 핀(55)의 이동량 증가는 밸브 커버(50)를 반시계방향으로 더 많이 회전시키고, 상기 반시계방향 회전의 증가는 배플 홀(142)을 전부 열어 줌으로써 소음기(120)의 내부 공간에 채워진 고온 배기가스가 가변 밸브 배플(140-1)의 배플 홀(142)을 통해 배플 구획공간으로 직접 이동함으로써 소음기(120)의 내부 공간에서 배기가스 이동이 활발하게 이루어지게 된다.

이때 핀 가이드 홈(145)의 비 마찰 구간(145B)은 마찰 매트(150)에 의한 연결 핀(55)의 움직임을 제한이 발생되지 않음으로써 밸브 커버(50)의 가림판(51-1)에 의한 배플 홀(142)의 열림 진행을 빠르게 하면서 전제 사이즈를 열림 공간으로 형성하여 준다.

특히 상기 고온 팽창재(25B)는 저온 저장용기(23A) 보다 큰 용량의 고온 저장용기(23B)에 담겨져 저온 팽창 관(21A)과 동일한 직경의 고온 팽창 관(21B)을 통해 이동함으로써 저온 팽창 관(21A)을 통한 저온 팽창재(25A)의 이동속도보다 고온 팽창 관(21B)을 통해 상대적으로 빠른 속도로 이동한다.

이러한 상기 고온 팽창재(25B)의 빠른 이동 속도는 밸브 암(30)의 암 바디(31)를 빠르게 밀어내 전진 이동 스트로크의 진행을 빠르게 함으로써 밸브 커버(50)의 반시계방향 회전도 빠르게 하여 가림판(51-1)의 신속한 이동으로 배플 홀(142)이 빠르게 열림 공간으로 전환 될 수 있도록 한다.

그러므로 상기 가변 밸브(10)는 고 RPM 대역에서 배플 홀(142)의 열림 공간을 완전하게 열어 배기가스가 원활하게 빠져나가게 함으로써 고속 주행에서 요구되는 출력성능을 강화하여 준다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 소음기(120)에 적용된 온도 반응식 가변 밸브(1)는 밸브 바디(10)의 밸브 바디 공간(10-1)에서 팽창 액추에이터(20)의 저온 팽창제(25A)와 고온 팽창제(25B)가 상기 배기가스의 온도 차이로 다르게 발생하는 팽창에 의한 가압력을 받고, 상기 가압력으로 이동 스트로크를 발생하는 밸브 암(30)에 의한 회전으로 상기 가변 밸브 배플(140-1)의 배플 홀(142)을 열어 상기 배기가스를 통과시켜 주는 밸브 커버(50)로 구성되고, 배기가스가 들어오는 내부 공간을 가로지르는 다수의 배플 구획공간으로 나누워 주는 배플(Baffle)(140) 중 가변 밸브 배플(140-1)에 용접 고정됨으로써 팽창제를 각각 적용한 저온/고온 팽창 액추에이터(20-1,20-2)의 가변 밸브 열림량 조절로 고/저 엔진 RPM 대역에 맞춘 NVH 향상 및 출력 증대 효과를 최적화할 수 있다.

1 : 가변 밸브
10 : 밸브 바디 10-1 : 밸브 바디 공간
20 : 팽창 액추에이터 20-1 : 저온 팽창 액추에이터
20-2 : 고온 팽창 액추에이터 21A : 저온 팽창 관
21B : 고온 팽창 관 23A : 저온 저장용기
23B : 고온 저장용기 25A : 저온 팽창재
25B : 고온 팽창재 30 : 밸브 암
31 : 암 바디 33 : 이동 암
35 : 걸쇠 40 : 스프링
50 : 밸브 커버 51 : 회전 바디
51-1 : 가림판 51-2 : 회전암
53 : 힌지 축 55 : 연결 핀
100 : 배기계
110 : 배기 파이프 120 : 소음기
130 : 소음기 파이프 140 : 배플(Baffle)
140-1 : 가변 밸브 배플 141 : 힌지 축 홀
142 : 배플 홀(Baffle Hole) 145 : 핀 가이드 홈
145A : 마찰 구간 145B : 비 마찰 구간
150 : 마찰 매트(Friction Mat)

Claims

밸브 바디;
상기 밸브 바디의 밸브 바디 공간에 수용되고, 상기 밸브 바디 공간의 온도로 팽창되는 팽창 액추에이터;
상기 팽창 액추에이터의 팽창에 의한 가압력을 받아 상기 밸브 바디 공간에서 이동되는 밸브 암; 및
상기 밸브 바디의 외부에서 상기 밸브 암의 이동 스트로크로 회전되는 밸브 커버
가 포함되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 팽창 액추에이터는 팽창 온도를 달리하는 저온 팽창재와 고온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 2에 있어서, 상기 저온 팽창재와 상기 고온 팽창재는 왁스(Wax)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 2에 있어서, 상기 팽창 액추에이터는 상기 저온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 저온 팽창 액추에이터 및 상기 고온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 고온 팽창 액추에이터로 구성되고,
상기 저온 팽창 액추에이터와 상기 고온 팽창 액추에이터는 상기 밸브 바디 공간에서 이웃하여 배열되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 4에 있어서, 상기 저온 팽창 액추에이터는 상기 저온 팽창재가 빠져나가는 저온 팽창 관 및 상기 저온 팽창제로 채워진 저온 저장용기로 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 4에 있어서, 상기 고온 팽창 액추에이터는 상기 고온 팽창재가 빠져나가는 고온 팽창 관 및 상기 고온 팽창제로 채워진 고온 저장용기로 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 상기 저온 팽창 관과 상기 고온 팽창 관은 직경을 동일하게 하고, 상기 저온 저장용기와 상기 고온 저장용기는 용량을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 7에 있어서, 상기 고온 저장용기의 용량은 상기 저온 저장용기의 용량 보다 크게 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 밸브 암은 상기 밸브 바디 공간에 위치되어 상기 팽창 액추에이터와 접촉되는 암 바디, 상기 암 바디에서 연장되어 상기 밸브 바디의 외부로 빠져나온 이동 암, 및 상기 이동 암의 끝단에서 상기 밸브 커버와 결합되는 걸쇠로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 9에 있어서, 상기 밸브 암은 상기 이동 암에 스프링을 구비하고, 상기 스프링은 상기 가압력의 해제 시 상기 암 바디에 스프링 복원력을 가하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 10에 있어서, 상기 스프링은 압축 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 밸브 커버는 소정 크기를 갖는 회전 바디, 상기 회전 바디의 회전 중심으로 작용하는 힌지 축, 및 상기 밸브 암과 연결되어 상기 이동 스트로크로 상기 회전 바디에 회전력을 가하는 연결 핀으로 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 12에 있어서, 상기 회전 바디는 원형형상의 가림판에서 돌출된 회전암을 구비하고, 상기 회전암은 상기 힌지 축과 상기 연결 핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 13에 있어서, 상기 힌지 축은 상기 연결 핀의 위쪽에서 상기 연결 핀과 간격을 두고 상기 회전암에 위치되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
청구항 14에 있어서, 상기 연결 핀은 상기 회전암에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 가변 밸브.
배기가스가 들어오는 내부 공간을 가로지르는 다수의 배플 구획공간으로 나누워 주는 배플(Baffle);
상기 배플을 구성하는 가변 밸브 배플에 결합된 밸브 바디의 밸브 바디 공간에서 팽창 액추에이터의 저온 팽창재와 고온 팽창재가 상기 배기가스의 온도 차이로 다르게 발생하는 팽창에 의한 가압력을 받고, 상기 가압력으로 이동 스트로크를 발생하는 밸브 암에 의한 회전으로 상기 가변 밸브 배플의 배플 홀을 열어 상기 배기가스를 통과시켜 주는 밸브 커버로 구성된 가변 밸브;
가 포함되는 것을 특징으로 하는 소음기.
청구항 16에 있어서, 상기 가변 밸브는 상기 밸브 바디의 용접으로 상기 가변 밸브 배플에 고정 상태로 결합되는 것을 특징으로 하는 소음기.
청구항 16에 있어서, 상기 팽창 액추에이터는 상기 저온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 저온 팽창 액추에이터 및 상기 고온 팽창재로 상기 가압력을 발생시켜 주는 고온 팽창 액추에이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 소음기.
청구항 16에 있어서, 상기 가변 밸브 배플은 힌지 축 홀을 형성하고, 상기 힌지 축 홀은 상기 밸브 커버의 회전 중심으로 작용하는 힌지 축이 결합되는 것을 특징으로 하는 소음기.
청구항 16에 있어서, 상기 가변 밸브 배플은 핀 가이드 홈을 형성하고, 상기 핀 가이드 홈은 상기 밸브 커버를 회전시켜 주는 연결 핀이 결합되는 것을 특징으로 하는 소음기.
청구항 20에 있어서, 상기 핀 가이드 홈은 상기 밸브 커버의 회전을 호 형상 구조로 형성해 주는 것을 특징으로 하는 소음기.
청구항 20에 있어서, 상기 핀 가이드 홈은 마찰 구간과 비 마찰 구간으로 구분되고,
상기 마찰 구간은 저 RPM(Revolution Per Minute) 대역의 배기가스 온도에서 팽창하는 상기 저온 팽창재에 의한 상기 밸브 암의 이동 스트로크를 받는 상기 연결 핀의 움직임을 가이드하면서 마찰력을 발생시켜주며,
상기 비 마찰 구간은 고 RPM(Revolution Per Minute) 대역의 배기가스 온도에서 팽창하는 상기 고온 팽창재에 의한 상기 밸브 암의 이동 스트로크를 받는 상기 연결 핀의 움직임을 가이드 하는 것을 특징으로 하는 소음기.
청구항 22에 있어서, 상기 마찰 구간에는 마찰 매트(Friction Mat)를 구비하고, 상기 마찰 매트는 상기 연결 핀과 접촉하여 상기 마찰력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 소음기.
청구항 23에 있어서, 상기 마찰 매트는 SUS Material로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소음기.