KR20230026854A - 차량 흡기시스템의 가변밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 흡기시스템의 가변밸브장치에 관한 것으로, 에어클리너(20)의 케이스(21)에 밸브통로(110)가 형성된 가변밸브하우징(100)이 설치되고, 가변밸브하우징(100)에 가변밸브플랩(200)이 회전 가능하게 결합되며, 가변밸브하우징(100)에 설치된 판스프링(400) 및 가변밸브플랩(200)에 구비된 캠돌기(300)를 이용해서 가변밸브플랩(200)의 열림 및 닫힘동작을 구현하는 구성으로, 캠돌기(300)와 판스프링(400)에 의해 가변밸브플랩(200)의 열림시점을 지연시킬 수 있고, 가변밸브플랩(200)의 열림동작시 신속하게 풀 오픈시켜서 즉각적인 엔진의 출력상승을 이룩할 수 있도록 된 것이다.

Description

차량 흡기시스템의 가변밸브장치{VARIABLE VALVE APPARATUS OF AIR INTAKE SYSTEM}

본 발명은 차량 흡기시스템의 가변밸브 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어클리너에 설치되어서 엔진rpm(revolution per minute)에 따라 개페동작을 해서 엔진으로 공급되는 신기(외부공기)의 양을 조절할 수 있는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치에 관한 기술이다.

차량의 흡기시스템은 에어덕트(air duct)와 에어클리너(air cleaner) 및 에어호스(air hose)를 포함하여 이루어진다.

에어덕트는 주행 중 외부의 신선한 공기(신기, 외부공기)를 흡입하는 역할을 하는 것이고, 에어클리너는 흡입된 신기에 포함되어 있는 불순물(먼지 및 수분 등)을 필터(엘리먼트)를 통해 여과함과 더불어 흡기음을 줄이고 역화시에는 불길을 저지함으로써 실린더와 피스톤의 마멸 및 오일의 오염 등을 방지하는 역할을 하며, 에어호스는 불순물이 제거된 신기를 엔진의 연소실로 공급하는 역할을 하는 것이다.

에어클리너는 크게 바디와 커버로 구성된 케이스, 및 케이스내에 위치해서 불순물을 필터링하는 필터(엘리먼트)를 포함한다.

한편, 차량의 흡기시스템은 엔진의 흡입압력(suction pressure)에 의해 연소실로 신기를 유입시키게 되는데, 엔진의 저rpm 영역에서는 적은 양의 공기유입이 요구되고, 고rpm 영역에서는 엔진의 출력상승을 위해 많은 양의 공기유입이 요구된다.

엔진rpm에 따라 연소실로 공급되는 공기량을 조절하기 위한 방안으로, 에어클리너에 가변밸브장치를 설치한 구조가 있다.

에어클리너에 설치된 가변밸브장치는 엔진의 흡기부압(흡입압력)의 크기에 따라 개폐동작을 하는 구성으로, 엔진의 저rpm 영역에서는 낮은 흡기부압으로 인해 밸브가 닫히게 되고, 이때 신기는 에어덕트를 통해서만 유입되어서 연소실로 공급되며, 엔진의 고rpm 영역에서는 높은 흡기부압으로 인해 밸브가 열리게 되고, 이때 신기는 에어덕트 및 개방된 가변밸브의 통로를 통해서 동시에 유입되어서 많은 양의 신기가 연소실로 공급됨에 따라 엔진의 출력을 상승시킬 수 있게 된다.

그런데, 종래의 가변밸브장치는 가변밸브의 열림 및 닫힘동작을 위해 코일스프링을 사용한 구성이거나 또는 자석을 사용한 구성이 대부분으로, 코일스프링을 사용한 종래의 구조는 가변밸브의 열림시점 지연 및 최대 공기량에서 가별밸브의 풀 오픈(full open)을 둘 다 모두 만족시킬 수 없는 단점이 있다.

즉, 코일스프링을 사용한 구조는 스프링 상수에 따라 가변밸브의 열림시점이 결정되는 구조로서, 가변밸브의 열림시점 지연을 위해 스프링 상수를 높이게 되면 스프링의 탄성력 과다로 최대 공기량에서 가별밸브의 풀 오픈이 불가하여 엔진의 출력상승을 도모할 수 없는 문제가 발생한다.

엔진의 저RPM 영역에서 가변밸브의 열림시점을 지연시키게 되면 NVH(noise vibration harshness)성능을 개선할 수 있게 되는데, 가변밸브의 열림시점 지연을 위해 코일스프링의 스프링 상수를 높이게 되면 최대 공기량에서 가별밸브의 풀 오픈이 불가한 문제가 발생하게 되는 것이다.

반대로, 최대 공기량에서 가별밸브의 풀 오픈을 위해 스프링 상수를 저감시키게 되면(낮추게 되면), 저rpm 영역에서 가변밸브의 열림시점이 빨라지게 됨에 따라 NVH가 악화되는 문제가 발생하게 된다.

이와 같이, 코일스프링을 사용한 종래의 구조는 가변밸브의 열림시점 지연 및 최대 공기량에서 가별밸브의 풀 오픈을 둘 다 모두 만족시킬 수 없는 단점이 있다.

그리고, 자석을 사용한 종래의 구조는 자기력에 따라 가변밸브의 열림시점이 결정되는 구조로서, 자석 간 거리변화에 따라 자기력의 변화량이 커서 가변밸브의 열림시점 관리에 어려움이 있는 단점이 있고, 특히 자석 간 거리변화에 따른 자기력 변화를 줄이기 위해 자석 간 거리를 증대하여 셋팅할 경우에는 자속밀도 높은 자석이 필요하며, 이로 인해 원가가 과도하게 상승하는 단점이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2016-0092321호

본 발명은, 캠돌기와 판스프링을 사용해서 에어클리너에 설치된 가변밸브의 개폐동작을 구현하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치로서, 가변밸브의 열림시점 지연을 통해 저rpm영역에서 NVH성능 개선을 도모할 수 있고, 가변밸브의 열림시에는 즉각적인 가변밸브의 풀 오픈이 가능하도록 함으로써 고rpm에서 가변밸브의 풀 오픈 시점을 빠르게 하여 즉각적인 출력상승을 이룩할 수 있으며, 코일스프링 및 자석 구조 대비 작동과 관련한 산포를 흡수할 수 있게 됨으로써 작동 안정성 및 효율성 향상을 도모할 수 있고 더 나아가 비용절감을 이룩할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 흡기시스템의 가변밸브장치는, 에어클리너의 케이스에 고정되고, 에어클리너의 내외부를 관통하는 밸브통로가 형성된 가변밸브하우징; 상기 가변밸브하우징에 회전 가능하게 결합되고, 엔진의 흡기부압으로 열림 및 닫힘동작을 해서 밸브통로를 개폐시키는 가변밸브플랩; 및 상기 가변밸브플랩과 가변밸브하우징에 각각 구비되어서 서로 접촉하는 캠돌기 및 판스프링;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 캠돌기와 판스프링의 접촉으로 가변밸브플랩의 닫힘상태가 유지되고, 가변밸브플랩이 열림동작을 시작할 때에는 가변밸브플랩의 열림시점이 지연되며, 가변밸브플랩의 열림시점 이후에는 가변밸브플랩의 열림동작을 빠르게 해서 가변밸브플랩의 풀 오픈 시점을 당기도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 가변밸브플랩은 에어클리너의 내부에서 엔진의 흡기부압으로 상측으로 회전시 열림동작을 해서 밸브통로를 개방시키고, 자중에 의해 하측으로 회전시 닫힘동작을 해서 밸브통로를 밀폐시키게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 캠돌기는 가변밸브플랩의 상단에 구비된 밸브축에서 가변밸브하우징을 향해 돌출되도록 형성되고; 상기 판스프링은 가변밸브하우징의 상단에 설치되고 돌출부위가 캠돌기와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

상기 가변밸브하우징의 상단 내부에는 판스프링의 설치를 위한 스프링설치홈이 형성되고; 상기 스프링설치홈의 하단과 밸브통로는 하단입구를 통해 연결되며; 상기 스프링설치홈에서 캠돌기를 향하는 부위는 가변밸브하우징을 관통하도록 개구홀이 형성되고, 개구홀을 통해 판스프링의 소정부위가 돌출되어서 캠돌기와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

상기 판스프링은 하단입구를 통해 스프링설치홈으로 삽입되어서 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 판스프링은 양단에 형성된 골부 및 중간위치에 형성된 산부를 포함하고; 상기 골부는 스프링설치홈의 일면에 지지되고 산부는 개구홀을 통해 돌출되어서 캠돌기와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

상기 가변밸브플랩이 닫힘상태일 때 판스프링의 골부는 스프링설치홈의 일면에 지지되고, 산부의 하측경사면은 개구홀과 접촉하며, 산부의 상측경사면은 개구홀과 이격된 것을 특징으로 한다.

상기 스프링설치홈은 상측으로 연장된 여유공간이 형성되어서 가변밸브플랩의 열림 및 닫힘동작시 여유공간을 통해 판스프링의 이동이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 가변밸브플랩이 닫힘상태일 때 캠돌기는 판스프링에서 산부의 상측경사면과 접촉하고, 캠돌기에 작용하는 판스프링의 탄성력(F2)에 의해 가변밸브플랩은 밸브통로를 밀폐시키는 닫힘상태를 유지하게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 가변밸브플랩이 닫힘상태일 때 엔진의 흡기부압(F1)이 가변밸브플랩에 작용하면 가변밸브플랩에는 흡기부압(F1)에 의한 제1모멘트(M1)가 발생하고, 캠돌기에 작용하는 판스프링의 탄성력(F2)에 의해 가변밸브플랩에는 제2모멘트(M2)가 발생하며, 제1모멘트(M1)가 제2모멘트(M2)보다 커지는 순간부터 가변밸브플랩은 닫힘상태에서 열림동작을 시작하게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 가변밸브플랩이 닫힘상태에서 열림동작을 할 때에 산부의 상측경사면과 접촉하고 있던 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과해야만 가변밸브플랩의 열림이 시작되고, 산부의 상측경사면과 접촉하고 있던 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과는 시점까지 가변밸브플랩의 열림시점이 지연되는 것을 특징으로 한다.

상기 산부의 상측경사면과 접촉하고 있던 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과는 시점까지 판스프링은 캠돌기의 가압에 의해 양단의 골부가 외측으로 벌어지고 산부는 스프링설치홈속으로 삽입되도록 탄성 변형되며, 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과하면 캠돌기와 판스프링의 접촉이 해제되어서 캠돌기에 의한 가압이 해제됨에 따라 판스프링은 초기상태로 복원되는 것을 특징으로 한다.

상기 가변밸브플랩의 열림시점은 캠돌기의 형상 및 판스프링의 스프링 상수의 튜닝을 통해 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 캠돌기가 판스프링의 탄성력을 이기고 산부를 통과하면 가변밸브플랩은 아무런 저항없이 엔진의 흡기부압에 의해 상측으로 회전해서 풀 오픈이 되는 것을 특징으로 한다.

상기 가변밸브플랩이 오픈된 상태에서 흡기부압이 감소하면 가변밸브플랩은 자중에 의해 하측으로 회전하면서 닫힘동작을 하게 되고, 닫힘동작시 캠돌기는 판스프링의 산부의 하측경사면과 접촉하고, 캠돌기가 산부의 하측경사면과 접촉한 상태에서 가변밸브플랩 및 캠돌기의 계속된 회전에 의해 판스프링은 스프링설치홈의 상측 여유공간으로 이동하고, 판스프링이 스프링설치홈의 여유공간으로 이동함에 의해 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과하면 가변밸브플랩은 닫힘상태가 되는 것을 특징으로 한다.

상기 판스프링이 스프링설치홈의 여유공간으로 이동함에 의해 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과하면 판스프링은 자중에 의해 아래로 이동해서 초기위치로 복귀하고, 캠돌기는 초기위치로 복귀한 판스프링의 산부의 상측경사면과 접촉하게 되는 것을 특징으로 한다.

상기 스프링설치홈의 여유공간으로 이동한 판스프링이 가변밸브플랩이 닫힘후에 아래로 이동해서 초기위치로 복귀할 수 있도록 여유공간의 일면에는 판스프링의 하강을 도와주는 경사면이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 여유공간의 경사면은 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과한 직후 캠돌기의 외곽면과 평행을 이루도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량 흡기시스템의 가변밸브장치는, 에어클리너의 케이스에 밸브통로가 형성된 가변밸브하우징이 설치되고, 가변밸브하우징에 가변밸브플랩이 회전 가능하게 결합되며, 가변밸브하우징에 설치된 판스프링 및 가변밸브플랩에 구비된 캠돌기를 이용해서 가변밸브플랩의 열림 및 닫힘동작을 구현하는 구성으로, 캠돌기와 판스프링에 의해 가변밸브플랩의 열림시점을 지연할 수 있어서 엔진의 저rpm영역에서 NVH성능 개선을 도모할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 가변밸브플랩이 열림동작을 할 때에 캠돌기가 판스프링을 통과하면, 이때부터 가변밸브플랩은 아무런 저항없이 엔진의 흡기부압에 의해 상측으로 회전해서 신속하게 풀 오픈이 되며, 이로 인해 엔진의 고rpm영역에서 가변밸브플랩의 풀 오픈 시점을 빠르게 할 수 있게 됨에 따라 즉각적인 엔진의 출력상승을 이룩할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에서 사용되는 캠돌기와 판스프링은 종래의 코일스프링 및 자석 구조 대비 작동과 관련한 산포를 흡수할 수 있게 됨으로써 작동 안정성 및 효율성 향상을 도모할 수 있고, 더 나아가 비용절감을 이룩할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 에어클리너에 가변밸브장치가 장착된 차량 흡기시스템의 도면,
도 2는 본 발명에 따른 가변밸브장치로서 가변밸브플랩이 닫힘상태일 때의 도면,
도 3은 본 발명에 따른 가변밸브장치의 분해도,
도 4는 본 발명에 따라 캠돌기가 판스프링이 설치된 부위의 확대도,
도 5는 본 발명에 따라 스프링설치홈에서 판스프링이 분리된 상태의 도면,
도 6은 도 2의 단면도,
도 7 내지 도 12는 본 발명에 따른 가변밸브장치의 열림 및 닫힘동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어부(제어기)는 차량의 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량 흡기시스템의 가변밸브장치에 대해 살펴보기로 한다.

차량의 흡기시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 외부의 신선한 공기(신기, 외부공기)를 흡입하는 에어덕트(10), 에어덕트(10)를 통해 흡입된 신기에 포함되어 있는 불순물을 필터(엘리먼트)를 통해 여과함과 더불어 흡기음을 줄이는 역할을 하는 에어클리너(20), 및 에어클리너(20)를 통해 불순물이 제거된 신기를 엔진의 연소실로 공급하는 에어호스(30)를 포함한다.

본 발명에 따른 가변밸브장치(40)는 에어클리너(20)의 케이스(21)에 설치되어서 엔진의 흡기부압(흡입압력)의 크기에 따라 밸브가 닫히거나 열리는 동작을 하게 된다.

즉, 엔진의 저rpm 영역에서는 낮은 흡기부압으로 인해 밸브가 닫히게 되고, 이때 신기는 에어덕트(10)를 통해서만 유입되어서 엔진의 연소실로 공급되며, 엔진의 고rpm 영역에서는 높은 흡기부압으로 인해 밸브가 열리게 되고, 이때 신기는 에어덕트(10) 및 개방된 가변밸브장치(40)의 통로를 통해 동시에 유입되어서 많은 양의 신기가 연소실로 공급됨에 따라 엔진의 출력을 상승시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 가변밸브장치(40)는 도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 에어클리너(20)의 케이스(21)에 고정되고, 에어클리너(20)의 내외부를 관통하는 밸브통로(110)가 형성된 가변밸브하우징(100); 상기 가변밸브하우징(100)에 회전 가능하게 결합되고, 엔진의 흡기부압으로 열림 및 닫힘동작을 해서 밸브통로(110)를 개폐시키는 가변밸브플랩(200); 및 상기 가변밸브플랩(200)과 가변밸브하우징(100)에 각각 구비되어서 서로 접촉하는 캠돌기(300) 및 판스프링(400);을 포함한다.

가변밸브하우징(100)은 에어클리너(20)의 케이스(21)에 고정되게 결합됨으로서 가변밸브모듈의 고정부 역할을 하고, 가변밸브플랩(200)과 판스프링(400)이 조립된다.

가변밸브플랩(200)은 가변밸브하우징(100)에 회전 가능하게 결합되어서 신기(외기)의 유입을 결정하는 무빙부의 역할을 하며, 후술하는 밸브축 및 캠돌기가 일체로 구비된다.

캠돌기(300)는 가변밸브플랩(200)이 닫힘상태에서 판스프링(400)으로부터 탄성력을 제공받아서 가변밸브플랩(200)의 열림 및 닫힘을 결정하는 역할을 한다.

판스프링(400)은 가변밸브하우징(100)에 조립되며, 캠돌기(300)에 탄성력을 가하여 가변밸브플랩(200)의 열림동작시 가변밸브플랩(200)의 열림시점을 지연시키는 역할을 하며, 가변밸브플랩(200)이 닫힘동작을 할 때에는 캠돌기(300)의 가압에 의해 저항없이 상측으로 밀려서 이동하며, 가변밸브플랩(200)이 닫히고 나면 다시 하측으로 이동해서 초기위치로 복귀하게 된다.

본 발명에 따른 가변밸브장치는 캠돌기(300)와 판스프링(400)의 접촉으로 가변밸브플랩(200)의 닫힘상태가 유지되고, 가변밸브플랩(200)이 열림동작을 시작할 때에는 가변밸브플랩(200)의 열림시점이 지연되며, 가변밸브플랩(200)의 열림시점 이후에는 가변밸브플랩(200)의 열림동작을 빠르게 해서 가변밸브플랩(200)의 풀 오픈(full open) 시점을 당기게 된다.

가변밸브플랩(200)은 에어클리너(20)의 내부에서 가변밸브하우징(100)의 일단에 회전 가능하게 결합되며, 따라서 가변밸브플랩(200)은 에어클리너(20)의 내부에서 엔진의 흡기부압으로 상측으로 회전하면 열림동작을 해서 밸브통로(110)를 개방시키게 되고, 흡기부압이 감소함에 따라 가변밸브플랩(200)이 자중에 의해 하측으로 회전하면 가변밸브플랩(200)은 닫힘동작을 해서 밸브통로(110)를 밀폐시키게 된다.

가변밸브플랩(200)의 상단에는 가변밸브플랩(200)의 회전을 위한 밸브축(210)이 형성되고, 가변밸브하우징(100)의 상단에는 밸브축(210)이 회전 가능하게 결합되는 결합부(120)가 구비된다.

결합부(120)는 2개로 구성되어서 밸브축(210)의 양단이 각각 회전 가능하게 결합된다.

캠돌기(300)는 가변밸브플랩(200)의 상단에 구비된 밸브축(210)에서 가변밸브하우징(100)을 향해 돌출되도록 형성되고, 판스프링(400)은 가변밸브하우징(100)의 상단에 설치되고 소정부위가 돌출되어서 캠돌기(300)와 접촉하도록 설치된다.

캠돌기(300)는 밸브축(210)에서 돌출된 형상이 삼각형상으로 형성되어서 모서리부가 가변밸브하우징(100)에 설치된 판스프링(400)을 향해 돌출된 구조가 된다.

가변밸브하우징(100)의 상단 내부에는 판스프링(400)의 설치를 위한 스프링설치홈(130)이 형성되고, 상기 스프링설치홈(130)의 하단과 밸브통로(110)는 하단입구(131)를 통해 연결되며, 상기 스프링설치홈(130)에서 캠돌기(300)를 향하는 부위는 가변밸브하우징(100)을 관통하도록 개구홀(132)이 형성되고, 개구홀(132)을 통해 판스프링(400)의 소정부위가 돌출되어서 캠돌기(300)와 접촉하는 구조가 된다.

판스프링(400)은 하단입구(131)를 통해 강제로 삽입되어서 스프링설치홈(130)에 위치하도록 설치된 구조가 된다.

판스프링(400)은 양단에 형성된 골부(410) 및 중간위치에 형성된 산부(420)를 포함하고, 골부(410)는 스프링설치홈(130)의 일면에 지지되고 산부(420)는 개구홀(132)을 통해 돌출되어서 캠돌기(300)와 접촉하게 된다.

판스프링(400)의 길이방향을 따라 산부(420)는 판스프링(400)의 중간부위에 형성되고, 골부(410)는 판스프링(400)의 양단부에 형성된다.

골부(410), 산부(420), 골부(41)순으로 연속적으로 이어지게 형성되고, 판스프링(400)은 세로방향으로 배치되어서 스프링설치홈(130)의 하단입구(131)를 통해 스프링설치홈(130)속으로 삽입되게 설치된다.

스프링설치홈(130)속에 설치된 판스프링(400)은 골부(410)가 에어클리너 외부쪽으로 배치된 스프링설치홈(130)의 일면에 지지되게 설치되고, 산부(420)는 개구홀(132)을 통해 돌출되어서 캠돌기(300)와 접촉하게 된다.

도 2 및 도 6과 같이 가변밸브플랩(200)이 닫힘상태일 때 판스프링(400)의 골부(410)는 스프링설치홈(130)의 일면(에어클리너 외부쪽 일면)에 지지되고, 판스프링(400)의 산부(420)의 하측경사면(421)은 개구홀(132)과 접촉하며, 산부(420)의 상측경사면(422)은 개구홀(132)과 이격된 구조로 설치된다.

판스프링(400)의 산부(420)의 하측경사면(421)이 개구홀(132)과 접촉하도록 설치된 것은, 가변밸브플랩(200)이 닫힘상태에서 열림동작을 하면서 회전하는 캠돌기(300)가 산부(420)를 가압할 때에 지지력을 발휘하도록 하기 위함이며, 이를 통해 판스프링(400)의 골부(410)가 상하측으로 벌어지도록 하기 위함이다.

산부(420)의 상측경사면(422)이 개구홀(132)과 이격된 구조로 설치된 것은, 가변밸브플랩(200)이 열림상태에서 닫힘동작을 하면서 회전하는 캠돌기(300)가 산부(420)를 가압할 때에 판스프링(400)이 스프링설치홈(130)의 위쪽으로 원활히 이동하도록 하기 위함이다.

본 발명에 따라 스프링설치홈(130)은 상측으로 연장된 여유공간(133)이 형성되며, 가변밸브플랩(200)의 열림 및 닫힘동작시 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 산부(420)를 가압할 때에 여유공간(133)을 통해 판스프링(400)의 이동이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.

도 2 및 도 6은 가변밸브플랩(200)이 닫힘상태이고, 이로 인해 밸브통로(110)가 밀폐된 상태이다.

엔진의 저rpm 영역에서는 흡기부압이 감소하여 가변밸브플랩(200)은 자중에 의해 회전해서 닫히게 되고, 가변밸브플랩(200)이 닫힘상태가 되면 신기는 에어덕트(10)를 통해서만 유입되어서 엔진의 연소실로 공급된다.

가변밸브플랩(200)이 닫힘상태일 때 캠돌기(300)는 판스프링(400)에서 산부(420)의 상측경사면(422)과 접촉하고, 캠돌기(300)에 작용하는 판스프링(400)의 탄성력(F2)에 의해 가변밸브플랩(200)은 밸브통로(110)를 밀폐시키는 닫힘상태를 유지하게 된다.

가변밸브플랩(200)이 닫혀진 상태에서 엔진의 흡기부압(F1)이 가변밸브플랩에 작용하면 가변밸브플랩(200)에는 흡기부압(F1)에 의한 제1모멘트(M1)가 발생하고, 캠돌기(300)에 작용하는 판스프링(400)의 탄성력(F2)에 의해 가변밸브플랩(200)에는 제2모멘트(M2)가 발생하며, 제1모멘트(M1)가 제2모멘트(M2)보다 커지는 순간부터 가변밸브플랩(200)은 닫힘상태에서 열림동작을 시작하게 된다.

도 7은 가변밸브플랩(200)이 닫힘상태에서 열림동작을 시작하는 상태이고, 이로 인해 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 산부(420)에 접촉하고 있는 상태이다.

가변밸브플랩(200)이 닫힘상태에서 열림동작을 할 때에 산부(420)의 상측경사면(422)과 접촉하고 있던 캠돌기(300)는 시계방향으로 회전하면서 판스프링(400)의 산부(420)를 통과하게 되며, 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 산부(420)를 통과해야만 가변밸브플랩(200)의 열림이 시작되고, 산부(420)의 상측경사면(422)과 접촉하고 있던 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 산부(420)를 통과는 시점까지 가변밸브플랩(200)의 열림시점이 지연된다.

가변밸브플랩(200)이 닫힘상태에서 열림동작을 할 때에 가변밸브플랩(200)의 열림시점이 일정시간동안 지연되면 저rpm영역에서 NVH성능을 개선할 수 있게 된다.

가변밸브플랩(200)의 열림시점은 캠돌기(300)의 형상 및 판스프링(400)의 스프링 상수의 튜닝을 통해 조절이 가능하다.

도 6과 같이 가변밸브플랩(200)이 닫힘상태일 때 산부(420)의 상측경사면(422)과 접촉하고 있던 캠돌기(300)가 가변밸브플랩(200)의 열림동작에 의해 도 7과 같이 시계방향으로 회전하면 판스프링(400)의 산부(420)와 접촉하게 된다.

산부(420)의 상측경사면(422)과 접촉하고 있던 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 산부(420)를 통과는 시점까지 판스프링(400)은 도 7과 같이 캠돌기(300)의 가압에 의해 양단의 골부(410)가 외측으로 벌어지게 되고 이때 산부(420)는 스프링설치홈(130)속으로 삽입되도록 탄성 변형된다.

도 8 내지 도 9는 가변밸브플랩(200)이 열림상태이고, 캠돌기(300)는 판스프링(400)의 산부(420)를 통과한 상태이다.

가변밸브플랩(200)의 열림동작으로 캠돌기(300)가 시계방향으로 계속 회전하여 판스프링(400)의 산부(420)를 완전히 통과하게 되면, 캠돌기(300)와 판스프링(400)의 접촉이 해제되어서 캠돌기(300)에 의한 판스프링(400)의 가압이 해제되며, 이로 인해 판스프링(400)은 골부(410)가 서로 근접되는 방향으로 복원되고 산부(420)는 개구홀(132)쪽으로 돌출됨에 따라 판스프링(400)은 초기상태로 복원된다.

엔진의 고rpm 영역에서는 높은 흡기부압으로 인해 가변밸브플랩(200)이 열리게 되고, 가변밸브플랩(200)이 열림상태가 되면 신기는 에어덕트(10) 및 개방된 가변밸브장치(40)의 통로를 통해 동시에 유입되어서 많은 양의 신기가 연소실로 공급됨에 따라 엔진의 출력을 상승시킬 수 있게 된다.

가변밸브플랩(200)이 열림동작을 할 때에 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 탄성력을 이기고 산부(420)를 통과하면, 이때부터 가변밸브플랩(200)은 아무런 저항없이 엔진의 흡기부압에 의해 상측으로 회전해서 신속하게 풀 오픈이 되며, 따라서 고rpm에서 가변밸브플랩(200)의 풀 오픈 시점을 빠르게 할 수 있게 됨에 따라 즉각적인 엔진의 출력상승을 이룩할 수 있게 된다.

도 10 내지 도 12는 가변밸브플랩(200)이 열림상태에서 닫힘상태로 전환되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8과 같이 가변밸브플랩(200)이 오픈된 상태에서 엔진의 흡기부압이 감소하면 가변밸브플랩(200)은 자중에 의해 하측으로 회전하면서 닫힘동작을 시작하게 되고, 이때 캠돌기(300)는 반 시계방향 회전을 하게 된다.

가변밸브플랩(200)의 닫힘동작에 의한 캠돌기(300)의 반 시계방향 회전으로 캠돌기(300)는 도 10과 같이 판스프링(400)의 산부(420)의 하측경사면(421)과 접촉하게 되고, 가변밸브플랩(200) 및 캠돌기(300)의 계속된 회전에 의해 판스프링(400)은 캠돌기(300)에 의해 밀려서 스프링설치홈(130)의 상측 여유공간(133)으로 이동하게 된다.

그리고, 판스프링(400)이 캠돌기(300)에 의해 밀려서 스프링설치홈(130)의 여유공간(133)으로 이동하게 되면, 도 11과 같이 캠돌기(300)와 판스프링(400)의 산부(420)사이에 틈새가 발생하여 캠돌기(300)는 산부(420)를 통과할 수 있게 되고, 가변밸브플랩(200) 및 캠돌기(300)의 계속된 회전으로 도 12와 같이 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 산부(420)를 통과하게 되면 가변밸브플랩(200)은 다시 닫힘상태가 되고, 이때 밸브통로(110)는 가변밸브플랩(200)에 의해 밀폐된 상태가 된다.

한편, 가변밸브플랩(200)의 닫힘동작시 판스프링(400)이 캠돌기(300)에 의해 밀려서 스프링설치홈(130)의 여유공간(133)으로 이동하고(도 10), 이때 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 산부(420)를 통과하면(도 11), 판스프링(400)은 도 12와 같이 자중에 의해 아래로 이동해서 초기위치로 복귀하고, 캠돌기(300)는 초기위치로 복귀한 판스프링(400)의 산부(420)의 상측경사면(422)과 접촉하게 되며, 이로 인해 캠돌기(300)에 작용하는 판스프링(400)의 탄성력(F2)에 의해 가변밸브플랩(200)은 밸브통로(110)를 밀폐시키는 닫힘상태를 유지하게 된다.

스프링설치홈(130)의 여유공간(133)으로 이동한 판스프링(400)이 가변밸브플랩(200)이 닫힘후에 아래로 이동해서 초기위치로 복귀할 수 있도록 여유공간(133)의 일면에는 판스프링(400)의 하강을 도와주는 경사면(134)이 형성되며, 상기 경사면(134)은 도 12와 같이 캠돌기(300)가 판스프링(400)의 산부(420)를 통과한 직후 캠돌기(300)의 외곽면과 평행을 이루도록 형성된 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량 흡기시스템의 가변밸브장치는, 차량의 흡기계를 구성하는 에어클리너(20)의 케이스(21)에 밸브통로(110)가 형성된 가변밸브하우징(100)이 설치되고, 가변밸브하우징(100)에 가변밸브플랩(200)이 회전 가능하게 결합되며, 가변밸브하우징(100)에 설치된 판스프링(400) 및 가변밸브플랩(200)에 구비된 캠돌기(300)를 이용해서 가변밸브플랩(200)의 열림 및 닫힘동작을 구현하는 구성으로, 캠돌기(300)와 판스프링(400)에 의해 가변밸브플랩(200)의 열림시점을 지연할 수 있어서 엔진의 저rpm영역에서 NVH성능 개선을 도모할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명은, 가변밸브플랩(200)이 열림동작을 할 때에 캠돌기(300)가 판스프링(400)을 통과하면, 이때부터 가변밸브플랩(200)은 아무런 저항없이 엔진의 흡기부압에 의해 상측으로 회전해서 신속하게 풀 오픈이 되며, 이로 인해 엔진의 고rpm영역에서 가변밸브플랩(200)의 풀 오픈 시점을 빠르게 할 수 있게 됨에 따라 즉각적인 엔진의 출력상승을 이룩할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에서 사용되는 캠돌기(300)와 판스프링(400)은 종래의 코일스프링 및 자석 구조 대비 작동과 관련한 산포를 흡수할 수 있게 됨으로써 작동 안정성 및 효율성 향상을 도모할 수 있고, 더 나아가 비용절감을 이룩할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 - 에어덕트 20 - 에어클리너
21 - 케이스 30 - 에어호스
40 - 가변밸브장치 100 - 가변밸브하우징
110 - 밸브통로 120 - 결합부
130 - 스프링설치홈 131 - 하단입구
132 - 개구홀 133 - 여유공간
134 - 경사면 200 - 가변밸브플랩
210 - 밸브축 300 - 캠돌기
400 - 판스프링 410 - 골부
420 - 산부 421 - 하측경사면
422 - 상측경사면

Claims (19)

1. 에어클리너의 케이스에 고정되고, 에어클리너의 내외부를 관통하는 밸브통로가 형성된 가변밸브하우징;
   상기 가변밸브하우징에 회전 가능하게 결합되고, 엔진의 흡기부압으로 열림 및 닫힘동작을 해서 밸브통로를 개폐시키는 가변밸브플랩; 및
   상기 가변밸브플랩과 가변밸브하우징에 각각 구비되어서 서로 접촉하는 캠돌기 및 판스프링;을 포함하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 캠돌기와 판스프링의 접촉으로 가변밸브플랩의 닫힘상태가 유지되고, 가변밸브플랩이 열림동작을 시작할 때에는 가변밸브플랩의 열림시점이 지연되며, 가변밸브플랩의 열림시점 이후에는 가변밸브플랩의 열림동작을 빠르게 해서 가변밸브플랩의 풀 오픈 시점을 당기도록 하는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가변밸브플랩은 에어클리너의 내부에서 엔진의 흡기부압으로 상측으로 회전시 열림동작을 해서 밸브통로를 개방시키고, 자중에 의해 하측으로 회전시 닫힘동작을 해서 밸브통로를 밀폐시키게 되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 캠돌기는 가변밸브플랩의 상단에 구비된 밸브축에서 가변밸브하우징을 향해 돌출되도록 형성되고;
   상기 판스프링은 가변밸브하우징의 상단에 설치되고 돌출부위가 캠돌기와 접촉하는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 가변밸브하우징의 상단 내부에는 판스프링의 설치를 위한 스프링설치홈이 형성되고;
   상기 스프링설치홈의 하단과 밸브통로는 하단입구를 통해 연결되며;
   상기 스프링설치홈에서 캠돌기를 향하는 부위는 가변밸브하우징을 관통하도록 개구홀이 형성되고, 개구홀을 통해 판스프링의 소정부위가 돌출되어서 캠돌기와 접촉하는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 판스프링은 하단입구를 통해 스프링설치홈으로 삽입되어서 설치되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 판스프링은 양단에 형성된 골부 및 중간위치에 형성된 산부를 포함하고;
   상기 골부는 스프링설치홈의 일면에 지지되고 산부는 개구홀을 통해 돌출되어서 캠돌기와 접촉하는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 가변밸브플랩이 닫힘상태일 때 판스프링의 골부는 스프링설치홈의 일면에 지지되고, 산부의 하측경사면은 개구홀과 접촉하며, 산부의 상측경사면은 개구홀과 이격된 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 스프링설치홈은 상측으로 연장된 여유공간이 형성되어서 가변밸브플랩의 열림 및 닫힘동작시 여유공간을 통해 판스프링의 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 가변밸브플랩이 닫힘상태일 때 캠돌기는 판스프링에서 산부의 상측경사면과 접촉하고, 캠돌기에 작용하는 판스프링의 탄성력(F2)에 의해 가변밸브플랩은 밸브통로를 밀폐시키는 닫힘상태를 유지하게 되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가변밸브플랩이 닫힘상태일 때 엔진의 흡기부압(F1)이 가변밸브플랩에 작용하면 가변밸브플랩에는 흡기부압(F1)에 의한 제1모멘트(M1)가 발생하고, 캠돌기에 작용하는 판스프링의 탄성력(F2)에 의해 가변밸브플랩에는 제2모멘트(M2)가 발생하며, 제1모멘트(M1)가 제2모멘트(M2)보다 커지는 순간부터 가변밸브플랩은 닫힘상태에서 열림동작을 시작하게 되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 가변밸브플랩이 닫힘상태에서 열림동작을 할 때에 산부의 상측경사면과 접촉하고 있던 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과해야만 가변밸브플랩의 열림이 시작되고, 산부의 상측경사면과 접촉하고 있던 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과는 시점까지 가변밸브플랩의 열림시점이 지연되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 산부의 상측경사면과 접촉하고 있던 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과는 시점까지 판스프링은 캠돌기의 가압에 의해 양단의 골부가 외측으로 벌어지고 산부는 스프링설치홈속으로 삽입되도록 탄성 변형되며, 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과하면 캠돌기와 판스프링의 접촉이 해제되어서 캠돌기에 의한 가압이 해제됨에 따라 판스프링은 초기상태로 복원되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 가변밸브플랩의 열림시점은 캠돌기의 형상 및 판스프링의 스프링 상수의 튜닝을 통해 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
15. 청구항 12에 있어서,
    상기 캠돌기가 판스프링의 탄성력을 이기고 산부를 통과하면 가변밸브플랩은 아무런 저항없이 엔진의 흡기부압에 의해 상측으로 회전해서 풀 오픈이 되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 가변밸브플랩이 오픈된 상태에서 흡기부압이 감소하면 가변밸브플랩은 자중에 의해 하측으로 회전하면서 닫힘동작을 하게 되고, 닫힘동작시 캠돌기는 판스프링의 산부의 하측경사면과 접촉하고, 캠돌기가 산부의 하측경사면과 접촉한 상태에서 가변밸브플랩 및 캠돌기의 계속된 회전에 의해 판스프링은 스프링설치홈의 상측 여유공간으로 이동하고, 판스프링이 스프링설치홈의 여유공간으로 이동함에 의해 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과하면 가변밸브플랩은 닫힘상태가 되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 판스프링이 스프링설치홈의 여유공간으로 이동함에 의해 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과하면 판스프링은 자중에 의해 아래로 이동해서 초기위치로 복귀하고, 캠돌기는 초기위치로 복귀한 판스프링의 산부의 상측경사면과 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 스프링설치홈의 여유공간으로 이동한 판스프링이 가변밸브플랩이 닫힘후에 아래로 이동해서 초기위치로 복귀할 수 있도록 여유공간의 일면에는 판스프링의 하강을 도와주는 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.
19. 청구항 17에 있어서,
    상기 여유공간의 경사면은 캠돌기가 판스프링의 산부를 통과한 직후 캠돌기의 외곽면과 평행을 이루도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량 흡기시스템의 가변밸브장치.

Images