KR20030032104A

KR20030032104A - Throttle valve apparatus

Info

Publication number: KR20030032104A
Application number: KR1020010062288A
Authority: KR
Inventors: 조경민
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-04-26

Abstract

PURPOSE: A throttle valve apparatus is provided to achieve improved volumetric efficiency of engine by reducing the flow resistance of the intake manifold. CONSTITUTION: A throttle valve apparatus comprises a circular plate valve(3) arranged to be rotatable so that an air flow cross section(2) of an intake manifold(1) is partially open/shut; a rotation shaft(4) penetrating through the intake manifold in the shorter diameter direction of the intake manifold so as to rotate the circular plate valve; a slave bevel gear(5) mounted at an end of the rotation shaft; a main bevel gear(7) for driving the slave bevel gear; and a main shaft(6) equipped with the main bevel gear, and arrange to be parallel with the longer diameter of the intake manifold.

Description

흡기매니폴드의 유동제어용 드로틀 밸브장치{Throttle valve apparatus}Throttle valve apparatus for flow control of intake manifold

본 발명은 연소실내의 스월유동을 강화시키기 위하여 흡기매니폴드의 단면적을 가변하는 흡기매니폴드의 유동제어용 드로틀 밸브장치에 관한 것이다.The present invention relates to a throttle valve device for controlling the flow of an intake manifold that varies the cross-sectional area of the intake manifold to enhance swirl flow in the combustion chamber.

흡기포트의 형상은 실린더내에 송급되는 연료가스의 속도와 방향에 큰 관계가 있으며, 흡기포트의 형상에 따라 연소실내에서의 연료가스의 연소 그 자체가 달라지게 된다. 극히 초기의 가솔린 엔진에서 흡기포트는 기화기에서 보내오는 연료가스를 실린더내로 도입하기 위한 단순한 파이프였다. 그 후 가솔린 엔진의 성능향상이 이루어짐에 따라 밸브 장치가 사이드 밸브에서 OHV, 더 나아가 OHC로 변화해 갔으나, 흡기포트 그 자체는 연료가스의 도입 파이프의 범주에서 크게 변화하지는 않았었다.The shape of the intake port has a large relation to the speed and direction of the fuel gas supplied into the cylinder, and the combustion of the fuel gas in the combustion chamber itself varies according to the shape of the intake port. In very early gasoline engines, the intake port was a simple pipe for introducing fuel gas from the carburetor into the cylinder. Afterwards, as the performance of the gasoline engine was improved, the valve arrangement changed from the side valve to OHV, and moreover to OHC, but the intake port itself did not change significantly in the range of fuel gas inlet pipe.

흡기포트가 실린더내 연료가스의 연소에 큰 영향을 주게 되고 이것이 주목되기 시작한 것은 가솔린 엔진의 배출가스가 대기오염과 밀접한 관계가 있다는 것이 밝혀지면서, 배출가스를 청정화해야 한다는 사회적인 요청이 일어나고 부터이다.The intake port has a great influence on the combustion of fuel gas in the cylinder and this has begun to be noticed since the social request to clean up the exhaust gas has been found that the exhaust gas of the gasoline engine is closely related to the air pollution.

다시 말하면 가솔린 엔진의 배출가스를 청정화하는 저공해 엔진의 개발이 시대의 요청이 되면서 저공해 엔진의 개발은 대기오염방지법에 기초하여 승용차용의 엔진 배출가스에 함유된 유해물질을 단계적으로 감소시켜 배출가스를 청정화하는 것이다. 이 배출가스 규제를 만족시키기 위하여 각 자동차 메이커는 가솔린 엔진의 연소성을 향상시키기 위한 흡기포트 구조 개선에 관심을 기울이게 되었다.In other words, as the development of a low pollution engine that cleans the exhaust gas of gasoline engines is a request of the times, the development of a low pollution engine is based on the Air Pollution Prevention Act to gradually reduce the harmful substances contained in the engine exhaust gas for passenger cars. It is purifying. In order to meet these emission regulations, each carmaker is interested in improving the intake port structure to improve the combustibility of gasoline engines.

과거에 많이 사용되던 직선적인 흡기포트는 한번에 대량의 연료가스를 실린더내에 송입하는데에는 유효하다. 그러나 종래의 엔진의 경우 흡입한 연료가스 중의 일부를 연소시키지 않고 배출가스로 방출하였다. 그 이유중 하나가 실린더내에 연료가스의 흡기 충전효율을 높이기 위해서 흡배기 밸브의 개폐 타이밍을 어긋나게 하여 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열리고 있는 시간을 길게 한데 기인한다.The linear intake port, which is frequently used in the past, is effective for feeding a large amount of fuel gas into a cylinder at one time. However, in the case of the conventional engine, some of the intake fuel gas is discharged as exhaust gas without burning. One of the reasons is that the timing of opening and closing the intake and exhaust valves is shifted to increase the time for which the intake valve and the exhaust valve are opened at the same time in order to increase the intake filling efficiency of fuel gas in the cylinder.

그러나 배출가스의 규제를 받게 된 가술린 엔진은 일시적으로는 점화시기의 조정과 밸브 타이밍을 재검토하는 등으로 규제를 풀어 가려고 하였으나, 근본적인 해결은 실린더 내에서의 연료가스의 연소효율 자체를 개선할 필요가 있었다. 흡기포트가 실린더 내에서의 연료가스 충전효율을 높여 배출가스의 소기를 원활하게 하기 위하여 주목된 것은 그 때부터이다.However, the gasoline engine, which was regulated by the exhaust gas, tried to release the regulation by temporarily adjusting the ignition timing and reviewing the valve timing, but the fundamental solution is to improve the combustion efficiency of fuel gas in the cylinder itself. There was. It has been noted from that time that the intake port increases the fuel gas filling efficiency in the cylinder to smooth out the exhaust gas.

즉, 흡기포트의 형상을 곧게 만들지 않고 약간 비틀어서 설계하면 피스톤의 하강에 의해 생긴 흡기포트의 부압은 연료가스에 강한 맴돌이(swirl)를 발생시킨다. 이 결과 연료가스는 실린더내에서 잔류하고 있던 배출가스와 혼합되어 실린더내의 연소가스 농도는 균일화 한다. 균일한 농도의 연료가스는 또다시 피스톤의 상승에 의해 생기는 맴돌이(squesh)에 의해 한층 교반된 점화를 용이하게 할 수 있다. 스월과 스키쉬에 의해 연료가스가 희박하여도 확실한 점화를 할 수 있게 되어 배출가스의 청정화는 크게 전진하였으며, 동시에 적은 연료로 엔진 출력을 향상할 수 있게 된 것이다.That is, if the design of the intake port is twisted slightly without making the shape of the intake port straight, the negative pressure of the intake port generated by the lowering of the piston generates a strong swirl in the fuel gas. As a result, the fuel gas is mixed with the exhaust gas remaining in the cylinder and the combustion gas concentration in the cylinder is made uniform. The fuel gas of uniform concentration can facilitate the further stirred ignition by squesh caused by the piston's rise again. Swirl and skish enable a reliable ignition even when fuel gas is scarce, leading to greater clean-up of the exhaust gas, while improving engine output with less fuel.

그러나 흡기포트의 형상 변경만으로 더이상 스월효과를 향상시키는 데에는 한계가 있어 근래에는 도 3에 도시하는 것과 같이 흡기매니폴드(10)내에 그의 단면적의 일부를 개폐할 수 있도록 원판으로 형성되는 드로틀밸브(11)를 설치하여, 특히 저속운전시 도입되는 공기가 그 드로틀밸브(11)에 부딪혀 일측 개방통로(12)를 통해 공기가 유동하게 될 때 강한 스월(swirl)을 일으키도록 하는 방식이 제안된 바 있다.However, there is a limit to further improving the swirl effect by only changing the shape of the intake port. Recently, as shown in FIG. 3, a throttle valve 11 formed of a disc to open and close a part of its cross-sectional area in the intake manifold 10 is shown. Has been proposed, in particular, to cause a strong swirl when air introduced during low speed operation hits the throttle valve 11 and flows through one open passage 12. .

그러나 상기한 흡기매니폴드용 드로틀밸브(11)는 엔진의 저속운전시 연소실에 공급되는 공기의 스월을 가져와 연소특성을 향상시키는 데에는 유효하나 그 드로틀밸브(11)를 작동시키기 위한 회전축(13)이 흡기매니폴드(10)를 가로로 관통하여 지나는 관계로 회전축(13) 부위가 흡기매니폴드(10)의 유동저항을 가져와 공기가 신속하고 다량으로 공급되어야 하는 고속운전시 체적 효율을 크게 저하시키게 되는 부작용이 나타나고 있다.However, the throttle valve 11 for the intake manifold is effective in bringing the swirl of air supplied to the combustion chamber during the low speed operation of the engine to improve combustion characteristics, but the rotating shaft 13 for operating the throttle valve 11 is provided. Part of the rotating shaft 13 has a flow resistance of the intake manifold 10 due to the passage through the intake manifold 10 transversely, greatly reducing the volumetric efficiency during high speed operation in which air must be supplied quickly and in large quantities. There are side effects.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned points, and its object is

흡기매니폴드의 유동 저항을 감소시켜 엔진의 체적효율을 증대시킬 수 있는 구조의 흡기매니폴드의 유동제어용 드로틀 밸브장치를 제공하는 데 있다.The present invention provides a throttle valve device for controlling the flow of an intake manifold that can reduce the flow resistance of the intake manifold to increase the volumetric efficiency of the engine.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은The present invention to achieve the above object

흡기매니폴드의 타원형 형상의 공기통과 단면적을 가변하도록 흡기매니폴드에 설치되는 흡기매니폴드의 유동제어용 드로틀 밸브장치에 있어서,In the throttle valve device for controlling the flow of the intake manifold provided in the intake manifold so as to vary the elliptical shape of the intake manifold and the cross-sectional area of the intake manifold,

상기 흡기매니폴드의 공기통과 단면적의 일부를 개폐하도록 회전 가능하게 설치되는 원판밸브와;A disc valve rotatably installed to open and close a part of the air cylinder and the cross-sectional area of the intake manifold;

상기 원판밸브를 회전 구동하도록 상기 흡기매니폴드의 단지름 방향으로 관통하도록 장착되는 회전축과;A rotating shaft mounted to penetrate in the direction of the intake manifold so as to drive the disk valve to rotate;

상기 회전축의 일단에 장착되는 종동베벨기어와;A driven bevel gear mounted to one end of the rotating shaft;

상기 종동베벨기어를 구동하기 위한 주동베벨기어와;A main bevel gear for driving the driven bevel gear;

상기 주동베벨기어를 구비하고 있으며, 상기 흡기매니폴드의 외부에 장지름축과 평행하게 설치되는 메인회전축; 을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.A main rotary shaft having the main bevel gear and installed in parallel with a long diameter axis on an outside of the intake manifold; Characterized in that comprises a.

도 1은 본 발명에 의한 흡기매니폴드의 유동제어용 드로틀 밸브장치를 나타내는 도면1 is a view showing a throttle valve device for flow control of an intake manifold according to the present invention

도 2는 본 발명과 종래 기술과의 엔진구동 속도에 따른 체적 효율 변화를 나타낸 그래프2 is a graph showing a change in volume efficiency according to the engine driving speed of the present invention and the prior art

도 3은 종래 기술3 is a prior art

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing

1 : 흡기매니폴드 2 : 공기통과 단면적1: Intake manifold 2: Air passage cross section

3 : 원판밸브 4 : 회전축3: disc valve 4: rotation shaft

5 : 종동베벨기어 6 : 메인축5: driven bevel gear 6: main shaft

7 : 주동베벨기어 d : 단지름7: main bevel gear d: complex

D : 장지름D: long diameter

이하 본 발명의 구성을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 흡기매니폴드의 유동제어용 드로틀 밸브장치를 나타내는 도면으로1 is a view showing a throttle valve device for flow control of an intake manifold according to the present invention

도면중 부호 1은 일단이 서지탱크측에 접속되고, 타단은 흡기포트에 접속되는 흡기매니폴드(단면형상)이다.In the drawing, reference numeral 1 denotes an intake manifold (cross section), one end of which is connected to the surge tank side and the other end of which is connected to the intake port.

이 흡기매니폴드(1)는 단지름(d)과 장지름(D)을 가지는 대략 타원 형상의 공기통과 단면적(2)을 가지며, 공기통과 단면적(2)의 일측에는 원판밸브(3)가 설치되어 있다.The intake manifold 1 has a substantially elliptical air passage section 2 having a diameter d and a long diameter D, and a disc valve 3 is installed at one side of the passage section 2. It is.

원판밸브(3)는 회전축(4)에 의해 90°범위내에서 회전작동하며, 회전축(4)은 단지름(d) 방향으로 흡기매니폴드(1)의 벽면을 관통하여 설치되고, 그의 일측단에는 종동베벨기어(5)가 장착되어 있다.The disc valve 3 is rotated in the range of 90 ° by the rotation shaft 4, and the rotation shaft 4 is installed to penetrate the wall surface of the intake manifold 1 in the direction of the diameter d, and one end thereof. The driven bevel gear 5 is attached to the shaft.

또 그 종동베벨기어(5)는 장지름(D) 축선과 나란하게 흡기매니폴드(1) 외측에 설치되는 메인축(6)의 주동베벨기어(7)와 맞물려 회전하도록 설치되어 있다.The driven bevel gear 5 is provided so as to rotate in engagement with the main bevel gear 7 of the main shaft 6 provided outside the intake manifold 1 in parallel with the long diameter D axis.

상기한 메인축(6)은 엔진의 운전조건에 따라 도시하지 아니한 액츄에이터(스텝모터)에 의하여 작동이 제어된다.The operation of the main shaft 6 is controlled by an actuator (step motor) not shown in accordance with the operating conditions of the engine.

이와같은 본 발명은, 예를들면 공기의 송급량이 적어도 되는 엔진의 저속운전시에는 원판밸브(3)가 공기통과 단면적(2)을 축소시키도록 회동작동하게 되며,이에따라 서지탱크로부터 분배되는 공기가 원판밸브(3)에 충돌하여 개방된 일측의 통로로 쏠리게 되므로써 공기 충돌에 의한 와류(swirl)현상이 일어나 혼합기의 고른 혼합을 가져와 연소특성을 개선하게 되며, 공기가 다량으로 필요한 엔진의 고속운전시에는 원판밸브(3)가 통로개방상태, 즉 공기흐름과 나란하게 원판밸브(3)가 회동작동하여 공기통과 단면적(2)이 풀로 개방되도록 하므로써 흡기 경로상에 저항을 없애 흡기충진 효율을 향상하게 되는 것이다.In the present invention, for example, the disk valve 3 is rotated to reduce the air passage cross-sectional area (2) during the low-speed operation of the engine, the air supply amount is at least, accordingly, the air distributed from the surge tank Is collided with the disk valve (3) and opened to one side of the open passage, causing vortex due to air collision, resulting in even mixing of the mixer to improve combustion characteristics, and high speed operation of the engine requiring a large amount of air. In this case, the disc valve 3 is opened in the passage, that is, the disc valve 3 is rotated in parallel with the air flow to open the air passage and the cross-sectional area 2 to the pool, thereby eliminating resistance on the intake path, thereby improving intake filling efficiency. Will be done.

이와같이하여 종래와 달리 원판밸브(3)를 작동하기 위한 회전축(4)이 공기통과 단면적(2)을 가로질러 설치되지 아니하고 단지름 방향을 따라 설치되므로 특히 도 2에 도시하는 것과 같이 4500rpm 이상의 고회전 영역에서 흡기매니폴드(1)의 유동 저항이 크게 감소되어 최대출력이 증대(약 2.5% 향상)되어지게 되는 것이다.In this way, unlike the related art, since the rotary shaft 4 for operating the disc valve 3 is not installed across the air passage and the cross-sectional area 2, but is installed along the direction of the flow, particularly, a high rotation region of 4500 rpm or more, as shown in FIG. 2. In this case, the flow resistance of the intake manifold 1 is greatly reduced, so that the maximum output is increased (about 2.5%).

이상과 같은 본 발명은 타원형의 흡기매니폴드에 설치하는 원판밸브의 구동축(회전축)을 공기통과 단면적을 가로질러 설치하지 아니하고 단지름 방향으로 설치한 후 스텝모터 등에 의해 회전하는 메인축과 한쌍의 베벨기어를 통하여 접속하는 것에 의해서 회전축에 의한 유동 저항을 없애 체적 효율을 향상시키게 되므로써 특히 고속운전에서의 엔진 출력의 손실을 방지하게 되는 효과가 있다.In the present invention as described above, the drive shaft (rotation shaft) of the disk valve installed in the elliptical intake manifold is not installed across the air passage cross-sectional area, but is installed in the direction of the direction of the berm and the main shaft rotated by the step motor, etc. By connecting through the gear, the flow resistance due to the rotating shaft is eliminated, thereby improving the volumetric efficiency, thereby preventing the loss of engine output, especially in high speed operation.

Claims

상기 주동베벨기어를 구비하고 있으며, 상기 흡기매니폴드의 외부에 장지름축과 평행하게 설치되는 메인회전축; 을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 흡기매니폴드의 유동제어용 드로틀 밸브장치.A main rotary shaft having the main bevel gear and installed in parallel with a long diameter axis on an outside of the intake manifold; Throttle valve device for flow control of the intake manifold, characterized in that it comprises a.