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KR20190122007A - 흡기유동제어밸브 장착구조 - Google Patents

흡기유동제어밸브 장착구조 Download PDF

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KR20190122007A
KR20190122007A KR1020180045612A KR20180045612A KR20190122007A KR 20190122007 A KR20190122007 A KR 20190122007A KR 1020180045612 A KR1020180045612 A KR 1020180045612A KR 20180045612 A KR20180045612 A KR 20180045612A KR 20190122007 A KR20190122007 A KR 20190122007A
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KR
South Korea
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intake
intake manifold
control valve
passage
egr gas
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Application number
KR1020180045612A
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English (en)
Inventor
강승재
최원록
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US16/136,834 priority patent/US20190323462A1/en
Priority to DE102018125862.3A priority patent/DE102018125862A1/de
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Abstract

흡기유동제어밸브 장착구조가 개시된다. 엔진의 연소실로 외기가 유입되게 하는 흡기 매니폴드에 상기 외기의 유동을 제어하도록 흡기유동제어밸브가 설치되고, 상기 흡기 매니폴드에 EGR 가스가 유입되게 하는 EGR 가스 통로가 형성되며, 상기 흡기 매니폴드에 엔진의 냉각수가 유입되게 하는 냉각수 통로가 상기 EGR 가스 통로와 인접하여 형성되어, 흡기유동제어밸브의 작동 신뢰성 및 내구성 향상과, EGR 가스의 냉각 효율 향상을 도모할 수 있다.

Description

흡기유동제어밸브 장착구조{STRUCTURE FOR MOUNTING SWIRL CONTROL VALVE}
본 발명은 흡기유동제어밸브 장착구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트의 고착을 확실하게 방지할 수 있는 흡기유동제어밸브 장착구조에 관한 것이다.
종래 엔진의 연소실 내부에서 연료의 연소를 촉진시키는 방법으로 스월(SWIRL) 현상과 텀블(TUMBLE) 현상을 이용하는 방법 등이 있었다. 스월 현상은 통상적으로 연소실 내부 유입되는 공기 및 혼합기에 와류를 형성시켜 줌으로써, 연소 속도를 촉진시키는 것을 말한다.
상기와 같은 스월 현상을 이용하여 엔진의 연소 효율을 향상시키기 위해 종래에는 흡기유동제어밸브(SCV; Swirl Control Valve)를 이용하고 있었다.
종래의 흡기유동제어밸브는, 엔진의 연소실과 연통하는 흡기 포트를 구비한 흡기 매니폴드에 상기 흡기 포트를 가로지르는 방향으로 장착된 밸브 샤프트와, 이 밸브 샤프트에 장착되어 흡기 포트를 조절하는 플랩 밸브, 및, 상기 밸브 샤프트를 통해 상기 플랩 밸브를 제어하기 위해 상기 밸브 샤프트를 회전시키는 액츄에이터 등을 포함하고 있다.
한편, 종래의 엔진에서는 배기유해가스의 배출을 저감하기 위해 배기가스의 일부를 연소실로 재순환시키는 배기가스 재순환장치(EGR; Exhaust Gas Recirculation)가 적용되고 있는 바, 이 배기가스 재순환장치에서는 일부의 배기가스(EGR 가스)를 흡기 매니폴드를 통해 다시 엔진의 연소실로 유입되게 하는 구조이므로, 배기가스 재순환통로가 흡기 매니폴드에 형성되고 있다.
상기 흡기 매니폴드에 형성된 배기가스 재순환통로를 통해 흡기 매니폴드로 유입된 배기가스가 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트 장착부위를 통해 외부를 누출되는 것을 방지하기 위해 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트에는 고무 씨일이 적용되고 있었다.
그런데, 흡기 매니폴드로 유입되는 배기가스는 고온이기 때문에 고무 씨일이 배기가스로부터 열해를 받아 손상되면서 손상된 고무 씨일을 통해 배기가스가 외부로 누출될 염려가 있었고, 또한 흡기 매니폴드에서 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트 장착부위가 고온의 배기가스로 인해 열변형되어 밸브 샤프트가 흡기 매니폴드에 고착되면서 작동 불능을 유발할 수 있으며, 흡기 매니폴드에 형성된 배기가스 재순환통로와 흡기유동제어밸브의 액츄에이터 장착 부위가 한정된 레이 아웃으로 인해 서로 근접되게 배치되어 흡기유동제어밸브의 액츄에이터가 고온의 배기가스로부터 열해를 입어 손상될 염려가 있었다.
본 발명의 실시 예는 상기와 같은 사정을 감안하여 안출된 것으로, 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트가 흡기 매니폴드에 열해로 인해 고착되는 것을 확실하게 방지할 수 있고, 흡기 매니폴드로 유입되는 EGR 가스를 냉각하여 연소 효율을 향상시킬 수 있는 흡기유동제어밸브 장착구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 흡기유동제어밸브 장착구조는, 엔진의 연소실로 외기가 유입되게 하는 흡기 매니폴드에 상기 외기의 유동을 제어하도록 흡기유동제어밸브가 설치되고; 상기 흡기 매니폴드에 EGR 가스가 유입되게 하는 EGR 가스 통로가 형성되며; 상기 흡기 매니폴드에 엔진의 냉각수가 유입되게 하는 냉각수 통로가 상기 EGR 가스 통로와 인접하여 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 흡기 매니폴드에 하나 이상의 흡기 통로가 형성되고; 상기 흡기유동제어밸브는, 상기 흡기 통로를 통해 유동하는 상기 외기의 유동을 제어하기 위해 각 흡기 통로에 회전 가능하게 설치된 플랩 밸브를 포함할 수 있다.
상기 흡기유동제어밸브는 상기 각 플랩 밸브의 운동을 제어하기 위해 각 플랩 밸브를 관통하여 회전되게 장착된 밸브 샤프트; 및 상기 밸브 샤프트를 회전시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
상기 밸브 샤프트를 흡기 매니폴드에 설치하기 위해 상기 흡기 매니폴드에는 상기 흡기 통로를 가로지르는 방향으로 장착 구멍이 형성되고; 상기 장착 구멍은 상기 밸브 샤프트의 직경보다 큰 대경 직경부와, 상기 대경 직경부보다 상대적으로 직경이 작은 소경 직경부를 포함할 수 있다.
상기 밸브 샤프트의 한쪽 끝에는 상기 밸브 샤프트가 회전할 수 있도록 지지하는 베어링이 설치될 수 있다.
상기 장착 구멍을 통한 상기 외기 및 상기 EGR 가스의 누출을 방지하기 위해 상기 흡기 매니폴드의 한쪽 측면에는 씨일이 설치될 수 있다.
상기 씨일과 상기 베어링은 상기 대경 직경부의 입구에 설치되고; 상기 EGR 가스 통로와 상기 냉각수 통로는 상기 대경 직경부와 근접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 흡기유동제어밸브 장착구조에 의하면, 흡기 매니폴드에 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트를 장착하기 위한 장착 구멍을 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트의 직경보다 크게 형성하면서 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트를 베어링을 통해 회전 가능하게 지지하여, 알루미늄 재질의 흡기 매니폴드가 열변형되어도 흡기유동제어밸브의 밸브 샤프트가 흡기 매니폴드에 고착되지 않도록 함으로써, 흡기유동제어밸브의 작동 신뢰성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
엔진의 냉각수 통로를 흡기 매니폴드에 형성한 EGR 가스 통로 및 상기 베어링 장착 부위와 근접되게 형성하여 줌으로써, 상기 장착 구멍을 통해 EGR 가스의 유출을 방지하도록 장착된 고무 씨일과 베어링 및 흡기유동제어밸브의 열해 손상을 효과적으로 방지할 수 있고, 또한 상기 냉각수 통로를 따라 유동하는 냉각수와 EGR 가스 통로를 따라 흡기 매니폴드로 유입되는 EGR 가스 사이의 열교환을 통해 EGR 가스를 추가적으로 냉각하여 EGR 가스의 냉각 효율 및 연소 효율 향상을 향상시킬 수 있다.
이와 더불어 흡기 매니폴드에 형성된 냉각수 통로를 따라 유동하는 냉각수와 흡기 매니폴드 사이의 열교환을 통해 흡기 매니폴드의 전체적인 온도가 낮아져서, 실린더 헤드에 장착되는 흡기 매니폴드의 실링성 등이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 흡기유동제어밸브가 흡기 매니폴드에 장착된 상태의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기유동제어밸브가 흡기 매니폴드에 장착된 상태의 평면도이다.
도 3은 도 1의 A-A선 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B선 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기유동제어밸브 장착구조는, 실린더 헤드(1)에 장착된 흡기 매니폴드(2)에 설치될 수 있다.
실린더 블록에 형성된 연소실에 외기를 공급하기 위해 흡기 매니폴드(2)에는 하나 이상의 흡기 통로(21)가 형성될 수 있고, 흡기 통로(21)를 통해 유동하는 외기의 유동을 제어하기 위해 각 흡기 통로(21)에는 흡기유동제어밸브의 플랩 밸브(22)가 회전 가능하게 설치될 수 있다.
각 플랩 밸브(22)의 운동을 제어하기 위해 각 플랩 밸브(22)는 관통하는 밸브 샤프트(23)에 일체로 회전되게 장착될 수 있다.
상기 밸브 샤프트(23)의 일단은 액츄에이터(29)와 연결되어, 액츄에이터(29)의 구동에 따라 밸브 샤프트(23) 및 플랩 밸브(22)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 상기 흡기 통로(21)를 통해 엔진의 연소실로 유입되는 흡기 유동을 조절할 수 있다.
상기 밸브 샤프트(23)를 흡기 매니폴드(2)에 설치하기 위해 흡기 매니폴드(2)에는 상기 흡기 통로(21)를 가로지르는 방향으로 장착 구멍이 형성될 수 있고, 상기 장착 구멍은 흡기 매니폴드(2)의 한쪽 측면(20)을 관통하여 흡기 매니폴드(2)의 내측으로 연장되게 형성될 수 있다.
상기 장착 구멍은 밸브 샤프트(23)의 직경보다 큰 대경 직경부(241)와, 이 대경 직경부보다 상대적으로 직경이 작지만 밸브 샤프트의 직경과 거의 유사한 크기의 소경 직경부(242)를 각각 포함할 수 있다.
상기 대경 직경부(241)는 상기 한쪽 측면(20)으로부터 이에 가장 인접한 플랩 밸브(22) 사이에 형성될 수 있고, 대경 직경부(241)가 열변형되어 그 직경 축소되어도 밸브 샤프트(23)가 흡기 매니폴드(2)에 고착되지 않도록 열변형을 고려하여 충분한 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이 흡기 매니폴드(2)에 대경 직경부(241)를 형성하여 줌으로써, 흡기 매니폴드(2)가 열변형되어 대경 직경부(241)의 직경이 축소되어도, 대경 직경부(241)는 밸브 샤프트(23)의 직경보다 열변형을 고려하여 충분히 크게 형성되기 때문에 밸브 샤프트(23)가 대경 직경부(241)에 고착되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 대경 직경부(241) 및 소경 직경부(242)에 삽입되는 밸브 샤프트(23)가 유동되지 않고 안정된 자세를 유지할 수 있도록 밸브 샤프트(23)의 한쪽 끝에는 베어링(25)이 설치될 수 있다.
또한, 상기 장착 구멍을 통해 외기 및 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 가스의 혼합 가스의 누출을 방지하기 위해 상기 한쪽 측면(20)에는 씨일(26)이 설치될 수 있다.
상기 씨일(26)은 고무 재질로 형성된 고무 씨일일 수 있고, 상기 한쪽 측면에 형성된 장착 구멍의 입구에 설치될 수 있다.
즉, 상기 씨일(26)과 베어링(25)은 상기 대경 직경부(241)의 입구에 근접되게 설치될 수 있다.
상기 대경 직경부(241)와 근접하여, EGR 가스를 흡기 매니폴드(2)로 유입시키기 위해 흡기 매니폴드(2)에는 EGR 가스 통로(27)가 형성될 수 있다.
상기 EGR 가스 통로(27)는 상기 대경 직경부(241)와 근접되게 형성될 수 있다.
상기와 같이 EGR 가스 통로(27)는 상기 대경 직경부(241)와 근접되게 형성되면, 대경 직경부(241)의 열변형이 심화될 것이므로 이를 적절히 방지할 필요가 있다.
이에 본 발명에서는, EGR 가스 통로(27)와 근접하여 엔진의 냉각수가 흡기 매니폴드(2)의 내부로 유동되게 하는 냉각수 통로(28)가 형성될 수 있다.
냉각수 통로(28)는 상기 한쪽 측면(20)과 EGR 가스 통로(27) 사이에 위치되게 형성될 수 있다.
이와 같이, EGR 가스 통로(27)와 근접하여 냉각수 통로(28)를 형성하여 줌으로써, 상기 냉각수 통로(28)를 통해 유동하는 상대적인 저온의 냉각수가 상기 EGR 가스 통로(27)를 통해 유동하는 고온의 배기가스 열을 흡기 매니폴드(2)를 매개로 한 간접적인 열교환을 통해 흡수하도록 함으로써, 상기 대경 직경부(241)와 베어링(25) 및 씨일(26)의 열변형을 효과적으로 방지할 수 있고, 이와 더불어 내구성도 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
또한, 흡기 매니폴드(2)로 냉각수 통로(28)를 통해 유입되는 엔진의 냉각수는 상기 EGR 가스 통로(27)를 통해 유동하는 EGR 가스와의 열교환을 통해 EGR 가스의 온도를 상대적으로 저감하여 줌으로써, EGR 가스가 연소실에서 연소될 때의 연소 효율을 향상시킬 수 있고, 흡기 매니폴드(2)의 전체적인 온도가 상대적인 저온의 엔진 냉각수에 의해 저감되어, 실린더 헤드(1)와 흡기 매니폴드(2)의 장착 부위의 실링성을 향상시킬 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
1: 실린더 헤드
2: 흡기 매니폴드
20: 측면
21: 흡기 통로
22: 플랩 밸브
23: 밸브 샤프트
25: 베어링
26: 씨일
27: EGR 가스 통로
28: 냉각수 통로
29: 액츄에이터
241: 대경 직경부
242: 소경 직경부

Claims (7)

  1. 엔진의 연소실로 외기가 유입되게 하는 흡기 매니폴드에 상기 외기의 유동을 제어하도록 흡기유동제어밸브가 설치되고;
    상기 흡기 매니폴드에 EGR 가스가 유입되게 하는 EGR 가스 통로가 형성되며;
    상기 흡기 매니폴드에 엔진의 냉각수가 유입되게 하는 냉각수 통로가 상기 EGR 가스 통로와 인접하여 형성된 흡기유동제어밸브 장착구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드에 하나 이상의 흡기 통로가 형성되고;
    상기 흡기유동제어밸브는, 상기 흡기 통로를 통해 유동하는 상기 외기의 유동을 제어하기 위해 각 흡기 통로에 회전 가능하게 설치된 플랩 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기유동제어밸브 장착구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡기유동제어밸브는
    상기 각 플랩 밸브의 운동을 제어하기 위해 각 플랩 밸브를 관통하여 회전되게 장착된 밸브 샤프트; 및
    상기 밸브 샤프트를 회전시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기유동제어밸브 장착구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 밸브 샤프트를 흡기 매니폴드에 설치하기 위해 상기 흡기 매니폴드에는 상기 흡기 통로를 가로지르는 방향으로 장착 구멍이 형성되고;
    상기 장착 구멍은 상기 밸브 샤프트의 직경보다 큰 대경 직경부와, 상기 대경 직경부보다 상대적으로 직경이 작은 소경 직경부를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기유동제어밸브 장착구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밸브 샤프트의 한쪽 끝에는 상기 밸브 샤프트가 회전할 수 있도록 지지하는 베어링이 설치된 것을 특징으로 하는 흡기유동제어밸브 장착구조.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 장착 구멍을 통한 상기 외기 및 상기 EGR 가스의 누출을 방지하기 위해 상기 흡기 매니폴드의 한쪽 측면에는 씨일이 설치된 것을 특징으로 하는 흡기유동제어밸브 장착구조.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 씨일과 상기 베어링은 상기 대경 직경부의 입구에 설치되고;
    상기 EGR 가스 통로와 상기 냉각수 통로는 상기 대경 직경부와 근접하게 배치된 것을 특징으로 하는 흡기유동제어밸브 장착구조.
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