KR20230064387A - Pcv 가스 균일 분배를 위한 흡기 매니폴드 - Google Patents

Abstract

흡기 매니폴드에서 PCV 가스의 아이싱 현상을 해결하고 기통별로 개별적인 가스 분배를 이루어 PCV 가스의 빠른 재순환 및 분배성을 향상시키는 발명이다. 흡기 매니폴드 측으로 유입되는 가스 유입구 근처에 PCV 가스 챔버 구조체를 이용하여 PCV 챔버를 형성한다. 이 챔버 구조체에는 격벽(들)이 배치되어 있어 유입된 PCV 가스를 1차 포집한 후에 각 기통별로 분배해준다. 또한 상기 격벽에 의해 PCV 가스에서 기액 분리가 일어날 수 있다. PCV 챔버 구조체는 각 기통과 연결되는 개별 유로를 갖는데, 이들 개별 유로는 유로 시작점에서부터 기통별 분배가 되는 부분까지의 길이와 단면적이 모두 동일하다. 챔버 구조체에서의 최종 PCV 분배는 VIS 밸브 동작과 연계되어 진행된다. 즉, VIS 밸브 폐쇄시에는 기통별 분배구가 밸브에 의해 기밀되어 재분배가 이루어지지 않고, VIS VALVE 개방시 기통별 분배구가 개방되어 PCV 분배가 이루어진다.

Description

PCV 가스 균일 분배를 위한 흡기 매니폴드 {Intake manifold for uniform distribution of PCV gas}

본 발명은 흡기 매니폴드에 관한 것으로, 구체적으로는 흡기 매니폴드에서, PCV 가스를 각 기통으로 균일하게 분배하기 위한 구조에 관한 것이다.

흡기매니폴드(Intake Manifold)는 기화기에서 형성된 혼합기를 각 실린더(기통)의 연소실에 공급하는 기능을 한다. 흡기매니폴드는 하부 일측에 공급된 혼합기를 일시 저장하는 플레넘(Plenum), 플래넘의 일측에 연통하도록 부설되어 기화기를 거친 혼합기를 유동시키는 신기유입유로(Throttle body), 및 플레넘에 저장된 혼합기가 각 기통별 연소실로 유동하도록 안내하는 인테이크 러너(Intake runner) 등으로 구성된다.

인테이크 러너를 통해 각 연소실로 공급되는 혼합기 중에서 압축행정과 팽창행정 동안 실린더와 피스톤의 간극을 통하여 연소실로부터 크랭크 케이스로 빠져나온 미연소 배출가스를 블로바이 가스(blow-by gas)라 하는데, 블로바이 가스는 고온이며 연소 직후의 상태라 산성 성분들이 많이 함유되어 있어 오일팬에 있는 엔진오일을 빨리 열화 및 산화시킬수 있다. 이에, 블로바이 가스를 흡기 매니폴더로 순환시켜 연소실로 다시 들여보내 연소시키기 위해 PCV(Positive Crankcase Ventilation) 시스템이 추가된다.

즉, 블로바이 가스(PCV 가스)는 연소실로부터 크랭크 케이스로 빠져나온 뒤 PCV 밸브를 통해 실린더 블록 및 실린더 헤드의 배출통로와 헤드커버를 통과하고 별도의 PCV호스를 통해 흡기매니폴드로 재순환된다. 흡기 매니폴드는 PCV 밸브와 실린더 사이에 위치한다. 흡기 매니폴드 내에서의 PCV 가스의 순환 경로를 살펴보면, PCV 가스는 PCV 니플을 통해 유입된 후 ETC(Electronic Throttle Control) 후반에서 신기(외부에서 유입된 공기)와 합쳐져 각 기통으로 분배된다. 구체적으로, PCV 니플로 유입된 PCV 가스는 별도의 구조물을 통과하지 않고 곧바로 흡기 매니폴드 내로 들어가게 되고, 신기와 PCV가스가 잘 섞이도록 하기 위해 ETC 조립부 바로 후단에서 혼합된다.

그러나, 이러한 종래의 구조에서는 PCV 가스가 신기와 직접적으로 맞닿는 구조이기 때문에, 신기의 온도가 영하로 떨어질 경우 따뜻한 PCV 가스와 만나 응축수가 발생되고 이 응축수가 신기의 온도로 인해 얼어붙어 PCV 재순환 유로가 막히게 되는 PCV 아이싱 현상이 일어난다. 이에 PCV 가스 재순환 유로가 막히게 되어 가스의 재연소가 불가능해지고, 재순환 유로가 막히게 될 경우 엔진 내부 압력이 과도하게 높아져 엔진 손상으로 이어진다.

또한, PCV 가스를 각 기통별로 균일하게 분배하는 구조가 없기 때문에, 각 기통별 PCV 가스의 분배성이 달라지게 되고 이로 인해 기통 간 폭발력의 편차가 발생한다. 이러한 폭발력의 편차는 엔진 부조나 이상 진동 등의 현상을 일으킨다.

이에, 본 발명을 통해 상기 PCV 가스 아이싱 현상을 해결하고 기통별로 개별적인 가스 분배를 이루어, PCV 가스의 빠른 재순환 및 분배성을 향상시키고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 흡기 매니폴드 내부에 구성된 PCV 가스 분배 구조로서, 흡기 매니폴드 측으로 유입되는 가스 유입구 근처에 PCV 가스 챔버 구조체를 이용하여 PCV 챔버를 형성한다. 이 챔버 구조체에는 격벽(들)이 배치되어 있어 유입된 PCV 가스를 1차 포집한 후에 각 기통별로 분배해준다. 또한 상기 격벽에 의해 PCV 가스에서 기액 분리가 일어날 수 있다.

흡기 매니폴드 내부에 PCV 챔버 구조체를 설치하기 위하여 진동 융착을 이용할 수 있다.

또한 PCV 챔버 구조체는 유선형의 하부면을 가지며, 이 유선형 구조 형상은 흡기 매니폴드의 서지탱크부와 탄젠트하게 이루어지는 것이 바람직하다. 이 유선형 구조 형상의 적어도 내측면은 편측으로 약 3~5°의 경사를 갖도록 형성되어 있고, 그 경사의 끝단에 드레인홀이 적용되어 상기 격벽에 의해 분리된 PCV 가스의 액체 성분을 중력을 이용하여 배출되게끔 구성된다.

상기 PCV 챔버 구조체는 각 기통과 연결되는 개별 유로를 갖는데, 이들 개별 유로는 유로 시작점에서부터 기통별 분배가 되는 부분까지의 길이와 단면적이 모두 동일한 것이 바람직하다.

챔버 구조체에서의 최종 PCV 분배는 VIS 밸브 동작과 연계되어 진행된다. 즉, VIS 밸브 폐쇄시에는 기통별 분배구가 밸브에 의해 기밀되어 재분배가 이루어지지 않고, VIS VALVE 개방시 기통별 분배구가 개방되어 PCV 분배가 이루어진다.

이상에서 소개한 본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명에 따르면 PCV 가스의 아이싱 문제 해결로, PCV 가스의 빠른 재순환의 효과를 얻을 수 있고, 기통별 개별 분배 유로 적용으로 분배성이 향상된다.

PCV 챔버를 형성하기 위해 흡기 매니폴드 내의 불용 공간에 별물의 챔버 구조체를 적용함으로써 흡기 매니폴드 내부의 불용공간(Dead Volume)의 삭제가 부수적으로 가능해지게 되고 이로 인해 흡기 매니폴드 자체의 분배성 및 유량 향상이 배가된다.

또한, VIS 밸브의 동작과 연계된 분배 구조를 채용하여, 고속/고유량 조건 하에서 빠른 PCV 재분배가 가능하다.

챔버 구조체의 하부 형상을 유선형 구조로 하여, 흡기 매니폴드 Plenum 내 Dead Volume 삭제를 통한 흡기 매니폴드 자체의 분배성 및 유량 향상을 도모할 수 있다.

도 1a는 흡기 매니폴드의 외관 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 Y-Y 절단 사시도이다.
도 2a는 도 1a의 Y-Y 단면도이고, 도 2b는 PCV 챔버(200)와 그 주변부의 확대도이다.
도 3a는 챔버 구조체(300)를 아래에서 비스듬히 바라본 하부 사시도이다.
도 3b는 위에서 바라본 상부 사시도이다.
도 3c는 상부 구조를 더 상세하게 표현하기 위해 다른 각도에서 바라본 상부 사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작, 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작, 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1a는 흡기 매니폴드의 외관 사시도이다.

흡기 매니폴드(100)에 PCV 가스 유입구인 PCV 니플(110)이 노출되어 있다. PCV 밸브로부터 호스(미도시)를 타고 온 PCV 가스가 이 PCV 니플(110)를 통해 흡기 매니폴드(100) 내부로 유입된다.

도 1b는 도 1a의 Y-Y 절단 사시도이다.

일반적인 경우처럼 흡기 매니폴드(100)의 내부에 있는 플레넘(120)의 일측에 VIS 밸브 플랩(130a,130b)이 있다. 여기서 VIS 밸브의 플랩이 130a와 130b의 두 개가 있다는 의미는 아니고, 130a는 플랩이 폐쇄 위치에 있음을 나타내고 130b는 플랩이 개방 위치에 있음을 나타내기 위해 두 개로 도시한 것이다. VIS(variable induction system) 밸브는 흡기량을 가변시키기 위해 흡기 매니폴드 내에 Flap 형상으로 설치되어 플랩의 개방 및 폐쇄에 따라 흡기량을 가변하는 장치이다.

본 발명에 따른 PCV 챔버(200)는 흡기 매니폴드(100) 내 불용 공간(dead volume)에 형성된다(도 1b에 도시한 예의 흡기 매니폴드의 경우에 불용 공간은 플레넘(120)의 상측임). 그리고 PCV 챔버(200) 내에 모인 PCV 가스를 기통으로 분배하기 위하여 VIS 밸브를 이용한다. 즉, VIS 밸브 플랩(130a,130b)에 의해 개폐되는 가스 분배 유로에 인접하여 본 발명에 따른 PCV챔버(200)가 형성된다.

본 발명에서, PCV 니플(110)을 통해 들어온 PCV 가스는 VIS 밸브에 의해 분배 유로가 막힌 상태에서 PCV 챔버(200)에 먼저 모인 다음에 VIS 밸브가 열릴 때 가스 분배 유로를 통해 엔진 연소실로 분배되기 때문에, 온도가 낮은 신기와 곧바로 접촉되지 않는다. 이로써 PCV 가스의 아이싱(icing) 현상이 방지된다.

PCV 챔버(200)를 형성하기 위해 별물의 챔버 구조체(300)를 해당 위치에 설치한다. 챔버 구조체(300)의 상세 설명은 추후에 하기로 하고, 먼저, 도 2a와 도 2b를 참조하여 본 발명에 따른 흡기 매니폴드(100)의 PCV 분배 메커니즘을 개략적으로 설명하기로 한다. 도 2a는 도 1a의 Y-Y 단면도이고, 도 2b는 PCV 챔버(200)와 그 주변부의 확대도이다.

1) 엔진 구동에 따라 발생된 PCV 가스(G)가 도 2a에 나타낸 것처럼 PCV 니플(110)을 통해 흡기 매니폴드(100) 내로 유입된다. 유입된 PCV 가스는 유로를 따라 PCV 챔버(200)로 도달하여 이 안에 포집된다(닫혀있는 VIS 밸브 플랩(130a)이 개방될 때까지 배출되지 않음). 즉, 폐쇄된 VIS 밸브 플랩(130a)에 의해 PCV 가스는 챔버(200) 내에 충분히 포화 상태로 포집되고, 이에, PCV 가스의 아이싱 현상이 해결된다. 또한 추가적으로, 챔버(200)에 구성된 격벽(후술함)과 충돌하여 PCV 가스에 함유된 액체성분이 분리되는 효과를 얻을 수 있다(기액 분리 효과).

2) PCV 챔버(200)에 포집된 PCV 가스는 도 2b에 나타낸 것처럼 VIS 밸브의 플랩 개방(130b)에 따라, 막혀 있던 PCV 챔버(200)의 PCV 가스 분배구(322)가 개방되어 각 기통별로 통하는 가스 유로(140)를 통해 각 실린더로 분배된다. 이와 같이 챔버 구조체(300)에 기통별로 형성된 가스 분배구(322)를 통해 PCV 가스(G)의 빠른 재순환이 가능해지고 분배성이 향상된다.

이하에서 흡기 매니폴드(100)의 불용 공간에 PCV 챔버(200)를 형성하기 위한 챔버 구조체(300)에 대해 상세하게 설명한다.

도 3a는 챔버 구조체(300)를 아래에서 비스듬히 바라본 하부 사시도이다. 그리고 도 3b는 위에서 바라본 상부 사시도이고, 도 3c는 상부 구조를 더 상세하게 표현하기 위해 다른 각도에서 바라본 상부 사시도이다.

여기에 도시한 챔버 구조체(300)를 도 1b, 도 2a와 같이 흡기 매니폴드(100) 내부의 불용공간에 설치하여 챔버(200)를 형성한다. 이에 상응하여, 흡기 매니폴드(100)에는 본 발명의 PCV 챔버 구조체(300)가 설치되는 공간이 필요하고 PCV 가스를 기통별로 분배하기 위한 VIS 밸브가 필요하다.

흡기 매니폴드(100)의 내부에 챔버 구조체(300)를 설치하기 위하여 진동 융착을 이용할 수 있다.

챔버 구조체(300)의 상부에는 PCV 가스의 포집, 기통별 가스 분배, 기액 분리의 기능을 하는 구조물이 형성되고, 챔버 구조체(300)의 하부에는 기존의 Plenum 형상과 탄젠트하게 유선형 저면(310)이 적용된다.

도 3a,b,c를 참조하여 챔버 구조체(300)의 상부에 형성된 구조물을 상세하게 설명한다. 기본적으로 챔버 구조체(300)의 상부는 흡기 매니폴드에 있는 PCV 니플(110)을 통해 PCV 가스 유입구(311)로 들어온 PCV 가스가 모일 수 있는 컨테이너의 형태를 갖는다.

구체적으로 설명하면, PCV 가스 유입구(311)로 들어온 가스가 1차로 모이는 1차 공간(312)이 있고, 이 1차 공간(312)을 정의하기 위해 1차 격벽(314)이 서 있다. 여기서, 1차 공간(312)과 1차 격벽(314)은 흡기 매니폴드로 들어온 PCV 가스를 직접 실린더 연소실로 보내기 전에 포집하기 위한 요소이다. 도 3b와 3c에는 1차 격벽(314)이 두 개로 나뉘어 서 있는 것으로 예시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.

1차 격벽(314)에 의해 정의된 1차 공간(312)에 일단 모였던 가스는 계속 들어오는 가스량이 많아짐에 따라 밀려서 1차 격벽(314)의 대략 중앙에 위치한(이 위치에 제한되지 않음) 유로(316)를 통해 2차 공간(318)으로 들어간다.

이때 1차 격벽(314)에 의해 가스에 함유되어 있는 액체성분이 가스로부터 분리될 수 있다. 이를 기액 분리 기능이라 한다. 1차 격벽(314)에 의한 기액 분리 기능에 의해 분리된 액체는 챔버 구조체(300)의 하부에 형성된 드레인홀(도시하지 않음)을 통해 중력에 의해 배출된다. 이를 위해, 상기 유선형 저면(310)의 내측 바닥면을 일측단(도 3a에서 좌측단 또는 우측단)을 향해 약 3~5°의 경사면을 형성하고 이 경사면의 끝부분에 드레인 홀(도시하지 않음)을 형성하여 자연적으로 액체가 챔버 구조체(300)의 일측단을 통해 배출되도록 할 수 있다.

또한 2차 공간(318)을 정의하기 위해 2차 격벽(320)이 서 있다. 여기서 2차 공간(318)과 2차 격벽(320)은 PCV 가스를 기통별로 분배하기 위한 요소이다. 도 3b와 3c에는 2차 격벽(320)이 세 개로 나뉘어 서 있는 것으로 예시되어 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.

2차 격벽(320)에는 각 기통별로 가스가 분배되도록 하는 기통별 분배구(322a,322b,322c,322d)가 있는데, 2차 공간(318)에 들어온 가스가 모였다가 이들 기통별 분배구(322a,322b,322c,322d)를 통해 각 기통에 공급된다. 이로써, 고속 및 고유량 조건 하에서 기통별 균일한 가스 분배가 이루어질 수 있다(PCV 가스의 분배성 향상).

PCV 가스의 분배성 향상을 극대화하기 위해 상기 기통별 분배구(322a,322b,322c,322d)가 포함된 각 기통별 분배유로(324a,324b,324c,324d)는 유로 시작점에서부터 기통별 분배구(322a,322b,322c,322d)까지의 길이와 단면적이 모두 동일한 것이 바람직하다.

또한 2차 격벽(320)에 의해서도 상술한 기액 분리 효과가 일어날 수 있으며, 이때 분리된 액체 성분도 상기 설명한 드레인홀을 통해 배출되도록 챔버 구조체(300)의 바닥면을 설계할 수 있다.

기통별 분배구(322a,322b,322c,322d)를 통해 가스가 분배되는 것은 앞에서 설명한 것과 같이 VIS 밸브 플랩(130a,130b)의 작용에 의해 이루어진다. 즉, 평소에는 VIS 밸브가 닫혀 있어 기밀 상태가 유지되다가, 특정 RPM 영역대에서 VIS 밸브가 개방되면 상기 기통별 분배유로(324a,324b,324c,324d) 및 기통별 분배구(322a,322b,322c,322d)가 열려서 PCV 가스가 각 기통별로 분배된다. 이에 대해서는 도 2a와 도 2b를 참조하여 설명하였다.

이상에서 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (13)

1. PCV 니플과 VIS 밸브가 포함된 흡기 매니폴드에 있어서,
   상기 PCV 니플을 통해 들어온 PCV 가스를, 상기 VIS 밸브의 폐쇄시에 포집하고 상기 VIS 밸브가 개방시에 연소실로 분배하도록 구성된 챔버 구조체를 포함하는 흡기 매니폴드.
2. 제1항에 있어서, 상기 챔버 구조체는 상기 VIS 밸브의 개방시에 상기 포집된 PCV 가스를 각 기통별로 균일하게 분배하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
3. 제1항에 있어서, 상기 챔버 구조체는 상기 PCV 가스에 함유된 액체성분을 분리하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
4. 제3항에 있어서, 상기 챔버 구조체는 상기 분리된 액체성분이 배출되는 드레인홀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
5. 제1항에 있어서, 상기 챔버 구조체는 흡기 매니폴드에 진동 융착으로 설치되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
6. 제1항에 있어서, 상기 챔버 구조체는 흡기 매니폴드의 플레넘 형상과 탄젠트한 유선형 외면을 포함하는 흡기 매니폴드.
7. PCV 니플과 VIS 밸브가 포함된 흡기 매니폴드에 있어서,
   상기 PCV 니플을 통해 들어온 PCV 가스를, 상기 VIS 밸브의 폐쇄시에 포집하고 상기 VIS 밸브가 개방시에 연소실로 분배하도록 구성된 챔버 구조체를 포함하되,
   상기 챔버 구조체는
   상기 PCV 니플을 통해 유입된 PCV 가스가 유입되는 가스유입구;
   상기 가스유입구로 들어온 PCV 가스를 포집하는 공간;
   상기 공간에 포집된 PCV 가스에서 액체를 분리하는 기액분리 수단;
   상기 기액분리 수단에 의해 액체가 분리된 PCV 가스를 기통별으로 분배하는 수단을 포함하는 흡기 매니폴드.
8. 제7항에 있어서, 상기 챔버 구조체는 상기 흡기 매니폴드의 Plenum 형상과 탄젠트한 유선형 저면을 추가로 포함하는 흡기 매니폴드.
9. 제7항에 있어서, 상기 챔버 구조체의 상기 기액분리 수단은, 상기 PCV 가스 포집 공간을 정의하며, 포집된 PCV 가스가 배출될 때에 충돌하여 액체성분을 분리시키는 격벽인 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
10. 제9항에 있어서, 상기 챔버 구조체는 상기 분리된 액체성분이 배출되도록 하기 위해, 상기 챔버 구조체의 바닥면에 형성된 경사면 및 이 경사면의 끝부분에 형성된 드레인 홀을 추가로 포함하는 흡기 매니폴드.
11. 제7항에 있어서, 상기 PCV 가스 기통별 분배 수단은 상기 포집 공간 내의 PCV 가스를 각 기통별로 분배되도록 구성되는 기통별 분배유로 및 분배구를 포함하는 흡기 매니폴드.
12. 제11항에 있어서, 상기 각 기통별 분배유로의 길이 및 단면적은 기통별로 모두 동일한 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
13. 제7항에 있어서, 상기 챔버 구조체는 상기 흡기 매니폴드에 진동 융착으로 설치되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.

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