KR20100090022A - 차량용 흡기 매니폴드 - Google Patents

차량용 흡기 매니폴드 Download PDF

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변창수
김승현
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말레동현필터시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은, 흡기 유동 경로를 이루는 플래넘 챔버와 러너를 형성하는 바디 쉘을 포함하는 하우징 쉘; 상기 하우징 쉘에 배치되고 복수 개의 가변 밸브 플랩을 구비하여 상기 흡기 유동 경로를 가변시키는 가변 밸브 유니트;를 구비하되, 상기 가변 밸브 유니트는 상기 하우징 쉘에 진동 융착 배치되는 차량용 흡기 매니폴드를 제공한다.

Description

차량용 흡기 매니폴드{INTAKE MANIFODL FOR A VEHICLE WITH VARIABLE INDUCTION SYSTEM}
본 발명은 매니폴드에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 차량의 주행 상태에 따른 출력 제어를 이루고 오작동 가능성을 방지 내지는 최소화시킬 수 있는 구조의 가변 밸브 유니트를 구비하는 차량용 흡기 매니폴드에 관한 것이다.
고유가로 인한 에너지 효율과 관련하여 차량 연료 소비의 효율성을 증진시킴과 동시에 신속한 차량 반응을 동시에 이루기 위한 끊임없는 연구 및 생산이 진행되고 있다. 한편, 차량의 엔진에 장착되는 매니폴드는 엔진 내 연소에 소요되는 공기 등을 공급하는 구성요소인데, 근래 연비와 고출력이라는 요구 사항을 동시에 만족시키기 위하여 가변 흡기 밸브 장치를 구비하는 매니폴드에 대한 연구 및 생산도 이루어지고 있다.
종래 기술에 따라 가변 흡기 밸브 장치는 별개의 장치로 구현되어 매니폴드에 장착되어 부속품 개수 증대로 인한 제조 원가 증대라는 문제점이 수반되었다. 또한, 통상적인 가변 흡기 밸브 장치의 가변 흡기 밸브는 복수 개가 구비되는데, 복수 개의 가변 흡기 밸브의 축정렬 오차로 인해 반복적 사용시 밸브의 동작이 원 활하지 않거나 구성요소간 간섭으로 손상 우려가 높아질 수 있을뿐만 아니라 오작동으로 인해 차량의 엔진 출력 제어가 원활하지 못하다는 문제점이 수반되었다. 또한, 종래 기술에 따른 가변 흡기 밸브 장치는 별개의 구성으로서 사전 제작후 매니폴드에 장착됨으로써 제조 원가를 현저하게 상승시키고 상당한 장착 공간을 요구하여 컴팩트한 매니폴드 설계가 어려웠다. 또한, 이러한 문제를 최소화하기 위해 보다 정확한 축정렬을 이루고자 하는 경우 종래의 복잡한 공정으로 인하여 생산 효율이 급격히 저하된다는 문제점이 수반되었다.
본 발명은 차량 내 매니 폴드로 유입되는 흡기의 유동 경로를 변화시킬 수 있는 가변 밸브 유니트를 구비하되, 구성요소를 최소화시켜 원가 절감을 향상시킬 수 있는 차량용 흡기 매니폴드를 제공하고, 또한, 축정렬을 보다 용이하고 정확하게 이루어 불량 가능성 및 오작동 가능성을 방지 내지는 현저하게 저감시킬 수 있는 구조의 차량용 흡기 매니폴드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 흡기 유동 경로를 이루는 플래넘 챔버와 러너를 형성하는 바디 쉘을 포함하는 하우징 쉘; 상기 하우징 쉘에 배치되고 복수 개의 가변 밸브 플랩을 구비하여 상기 흡기 유동 경로를 가변시키는 가변 밸브 유니트;를 구비하되, 상기 가변 밸브 유니트는 상기 하우징 쉘에 진동 융착 배치되는 차량용 흡기 매니폴드를 제공한다.
상기 차량용 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 바디 쉘에는 상기 가변 밸브 플랩의 개폐 정도를 조정하는 복수 개의 가변 밸브 공기 유동구가 형성되고 상기 가변 밸브 공기 유동구 사이에는 상기 가변 밸브 플랩이 가동 가능하게 장착되는 복수 개의 가변 밸브 격벽이 구비될 수도 있다.
상기 차량용 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 하우징 쉘은: 상기 바디 쉘과 함께 상기 플래넘 챔버를 형성하는 플랜지 쉘과, 상기 플랜지 쉘과 상기 바디 쉘 사이에 배치되는 이너 쉘과, 상기 이너 쉘과 함께 상기 바디 쉘이 사이에 위치하도록 배치되는 커버 쉘을 포함할 수도 있다.
상기 차량용 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 러너는: 상기 플랜지 쉘과 상기 이너 쉘에 의하여 형성되고 상기 플래넘 챔버와 소통 가능한 플랜지 러너와, 상기 바디 쉘과 상기 커버 쉘에 의하여 형성되고 상기 플랜지 러너와 소통 가능하되, 상기 플랜지 챔버와 상기 가변 밸브 유니트를 사이에 두고 배치되는 커버 러너를 포함할 수도 있다.
상기 차량용 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 가변 밸브 유니트는: 상기 가변 밸브 플랩이 상대 회동 운동 가능하게 장착되는 가변 밸브 케이지와, 상기 가변 밸브 케이지 및 상기 가변 밸브 플랩을 관통하여 상기 바디 쉘에 배치되는 가변 밸브 샤프트와, 상기 가변 밸브 케이지을 수용하여 상기 가변 밸브 케이지를 위치 고정시키도록 상기 가변 밸브 격벽에 형성되는 가변 밸브 케이지 장착부를 구비할 수도 있다.
상기 차량용 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 가변 밸브 케이지의 상기 커버 쉘을 향한 단부는 상기 커버 쉘의 내면과 진동 융착될 수도 있다.
상기 차량용 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 가변 밸브 케이지 장착부를 향한 상기 가변 밸브 케이지의 단부에는 지그를 수용하기 위한 케이지 지그 삽입구가 구비되고, 상기 가변 밸브 격벽의 일단으로 상기 가변 밸브 케이지 장착부가 형성된 단부의 반대편에는 상기 가변 밸브 케이지 장착부와 소통을 이루고 지그의 관통을 허용하는 격벽 지그 관통구가 구비될 수도 있다.
상기 차량용 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 가변 밸브 샤프트는 축방향으로 사각 단면을 구비할 수도 있다.
상기 차량용 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 가변 밸브 플랩에는 회동축 방향으로 플랩 돌기가 구비되고, 상기 가변 밸브 케이지에는 상기 플랩 돌기를 수용하는 케이지 수용부가 구비되되, 상기 가변 밸브 유니트는 상기 플랩 돌기와 상기 케이지 수용구 사이에 배치되는 플랩 베어링을 더 구비할 수도 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 흡기 매니폴드는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명에 따른 차량용 흡기 매니폴드는, 가변 밸브 격벽을 바디 쉘과 일체화시켜 구성요소를 최소화시킴으로써 원가 절감 및 공정 효율 증대로 인한 생산성을 증대시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 차량용 흡기 매니폴드는, 축정렬을 보다 용이하고 정확하게 수행가능하도록 하는 구조를 취함으로써, 불량률을 현저하게 저감시킬 수 있고 오작동 가능성을 방지하고 내구성을 증대시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량용 흡기 매니폴드에 대한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드에 대한 개략적인 사시도가 도시되고, 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드에 대한 개략적인 부분 분해 사시도가 도시되고, 도 3 및 도 4에는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드에 배치되는 가변 밸브 유니트에 대한 부분 사시도가 도시되며, 도 5 및 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드에 배치되는 가변 밸브 유니트의 장착 상태를 나타내는 개략적인 부분 사시도가 도시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드(10)는 하우징 쉘(100), 가변 밸브 유니트(300)를 구비하는데 가변 밸브 유니트(300)는 하우징 쉘(100)에 배치되어 상태 변동을 이룸으로써 차량의 주행 상태에 따라 적절한 흡기 유량이나 효율을 조절하여 차량의 운전 성능 최적 제어를 이룰 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 하우징 쉘(100)은 흡기 유동 경로를 이루는 플래 넘 챔버(plenum chamber, VP)와 러너(runner,VPR 및 VCR)를 포함하는데, 에어크리너(미도시)를 통하여 여과된 공기는 차량용 흡기 매니폴드 유입구(120a)를 통하여 유입된다. 흡기(intake)로서의 유입 공기는 플래넘 챔버(VP)와 러너(VPR 및/또는 VCR)을 거쳐 각각의 흡기 포트(intake port, 140a)를 통하여 각각의 엔진 실린더(미도시)로 유입된다.
본 발명의 일실시예에 따른 하우징 쉘(100)은 커버 쉘(110)과, 바디 쉘(120)과, 이너 쉘(130)과, 플랜지 쉘(140)을 포함한다. 바디 쉘(120)은 상기한 차량용 흡기 매니폴드 유입구(120a)를 구비하는데, 플랜지 쉘(140)은 바디 쉘(120)과 함께 플래넘 챔버(VP)를 형성한다. 즉, 플랜지 쉘(140)은 바디 쉘(120)과 고주파 진동 융착(high frequency vibration welding)에 의한 융착 공정을 통하여 결합되는데, 플래넘 챔버(VP)는 바디 쉘(120)의 바디 쉘 플래넘(125, 도 13 참조)와 플랜지 쉘 플래넘(145, 도 13 참조)에 의하여 구획된다. 이너 쉘(130)은 바디 쉘(120)과 플랜지 쉘(140) 사이에 배치되고, 커버 쉘(110)은 바디 쉘(120)의 외측에 배치되어 바디 쉘(120)을 사이에 두고 이너 쉘(130)과 마주하여 배치된다. 플랜지 쉘(140)은 이너 쉘(130)과 하기되는 플랜지 러너(VPR)를 형성하고, 바디 쉘(120)과 함께 상기한 바와 같이 플래넘 챔버(VP)를 형성하는데, 플랜지 쉘(140)은 이너 쉘(130)을 사이에 두고 바디 쉘(120)과 마주하도록 배치된다. 커버 쉘(110)은 바디 쉘(120)과 함께 하기되는 커버 러너(VCR)를 형성하고 바디 쉘(120)을 사이에 두고 이너 쉘(130)/플랜지 쉘(140)과 마주하도록 배치된다.
커버 쉘(110), 바디 쉘(120), 이너 쉘(130) 및 플랜지 쉘(140)은 고주파 진 동 융착에 의하여 결합되어 상기한 플래넘 챔버 및 러너를 형성한다. 러너(VPR,VCR)는 플랜지 러너(VPR)와 커버 러너(VCR)를 포함하는데, 상기한 바와 같이 플랜지 러너(VPR)는 플랜지 쉘(140)과 이너 쉘(130)에 의하여 형성되고 커버 쉘(VCR)은 바디 쉘(120)과 커버 쉘(110)에 의하여 형성된다. 이너 쉘(130)에는 이너 쉘 플랜지 러너 유입구(131)가 구비되고, 플랜지 러너(VPR)는 플랜지 쉘(140)의 플랜지 쉘 러너(143)와 이너 쉘(130)의 이너 쉘 러너(133)에 의하여 구획되는데, 이너 쉘 플랜지 러너 유입구(131)는 플랜지 러너(VPR)의 초입 영역을 형성할 수 있다. 플랜지 러너(VPR)의 일단은 이너 쉘 러너 유입구(131)를 통하여 플래넘 챔버(VP)와 소통을 이루고 플랜지 러너(VPR)의 타단은 커버 러너(VCR)와 소통을 이룬다. 플랜지 쉘 러너(143)의 단부는 이너 쉘(130)에 형성된 이너 쉘 플랜지 러너 유출구(135)와 연결되는데, 이너 쉘 플랜지 러너 유출구(135)와 커버 러너(VCR) 사이에는 바디 쉘 커버 러너 연결구(128)가 배치된다. 즉, 이너 쉘 플랜지 러너 유출구(135)의 타단과 커버 러너(VCR)의 커버 러너 유입구(111)는 바디 쉘 커버 러너 연결구(128)를 형성하는 각각의 단부와 연결된다. 커버 러너(VCR)는 바디 쉘(120)의 바디 쉘 커버 러너(129)와 커버 쉘(110)의 커버 쉘 커버 러너(113)에 의하여 구획되고, 커버 쉘 커버 러너(113)의 단부(115)는 바디 쉘(120)의 바디 쉘 커버 러너 네크(129a)의 일측과 연결되고, 바디 쉘 커버 러너 네크(129a)의 단부는 플랜지 쉘(140)에 형성된 흡기 포트(140a)와 연결된다. 따라서, 에어크리너(미도시)를 통하여 유입된 공기는 차량용 흡기 매니폴드 유입구(120a)를 통하여 플래넘 챔버(VP)로 전달된다. 하기되는 가변 밸브 유니트가 폐쇄된 상태를 형성하는 경우, 플래넘 챔버(VP)의 내부 형상 설계에 의하여 유입된 공기가 균등하게 이너 쉘 플랜지 러너 유입구(131)를 거쳐 플랜지 러너(VPR)로 전달되고, 플랜지 러너(VPR)를 따라 관류하는 공기는 이너 쉘 플랜지 러너 유출구(135) 및 커버 러너 유입구(111)를 통하여 커버 러너(VCR)로 유동한다. 커버 러너(VCR)를 따라 유동하는 공기는 바디 쉘 커버 러너 네크(129a) 및 흡기 포트(140a)를 통하여 각각의 실린터(미도시)로 유입된다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 흡기 매니폴드(10)는 가변 밸브 유니트(300)를 구비한다. 가변 밸브 유니트는 하우징 쉘(100)에 배치되고 복수 개의 가변 밸브 플랩(310)을 구비하여 플래넘 챔버(VP) 및 러너(VPR,VCR)에 의하여 형성되는 흡기 유동 경로를 가변시키는 것을 가능하게 하는데, 본 발명에 따른 가변 밸브 유니트(300)의 가변 밸브 플랩(310)이 개폐시키고자 하는 가변 밸브 공기 유동구(123)는 하우징 쉘(100), 보다 구체적으로 바디 쉘(120)에 직접 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이 가변 밸브 공기 유동구(123)는 바디 쉘(120)의 플래넘 챔버(VP)의 하류에 배치되는데, 가변 밸브 공기 유동구(123)를 사이에 두고 플래넘 챔버(VP)와 커버 러너(VCR)가 대응하여 배치됨으로써 가변 밸브 공기 유동구(123)가 개방되는 경우 플래넘 챔버(VP)는 커버 러너(VCR)와 직접적인 유체 소통을 이룰 수 있다. 바디 쉘(120)에 형성된 복수 개의 가변 밸브 공기 유동구(123)의 사이, 즉 가변 밸브 공기 유동구 들 사이에는 가변 밸브 격벽(121)이 배치되는데, 가변 밸브 격벽(121)은 가변 밸브 공기 유동구(123)를 구획하는 기능도 수행한다.
또한, 본 발명에 따른 가변 밸브 유니트(300)의 가변 밸브 플랩(310)은 하우 징 쉘(100), 보다 구체적으로 바디 쉘(120)에 장착되는 구조를 취하는데, 가변 밸브 플랩(310)은 가변 밸브 격벽(121)에 장착되는 구조를 취한다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 하우징 쉘(100)의 바디 쉘(120)에는 복수 개의 가변 밸브 격벽(121)이 구비되고, 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 가변 밸브 격벽(121)이 복수 개의 가변 밸브 공기 유동구(123) 주변/사이에 배치되는데, 가변 밸브 플랩(310)의 단부는 가변 밸브 격벽(121)에 회동 가능하게 장착된다. 본 실시예에 따른 가변 밸브 플랩 장착을 위하여 가변 밸브 유니트(300)는 가변 밸브 케이지(320)와 가변 밸브 샤프트(330)와 가변 벨브 케이지 장착부(340)를 포함하는데, 가변 밸브 케이지(320)는 가변 밸브 플랩(310)이 상대 회동 운동 가능하게 장착되고, 가변 밸브 샤프트(330)는 가변 밸브 케이지(320) 및 가변 밸브 플랩(310)을 관통하여 바디 쉘(120)에 배치되고, 가변 밸브 케이지 장착부(340)는 가변 밸브 케이지(320)를 수용하여 가변 밸브 케이지(320)를 위치시키도록 가변 밸브 격벽(121)에 형성된다. 본 실시예에 따른 가변 밸브 유니트(300)의 가변 밸브 케이지(320)와 가변 밸브 플랩(310)은 서로 상대 회동 운동을 이루는데, 양자는 동일 재료 또는 이질 재료로 형성될 수도 있다. 가변 밸브 플랩(310)의 단부로부터 연장 형성되는 플랩 돌기가 가변 밸브 케이지에 직접 수용되어 가변 밸브 플랩(310)이 가변 밸브 케이지(320)에 대하여 회동 지지되는 구조를 취할 수도 있다.
한편, 가변 밸브 플랩(310)의 회동시 가변 밸브 격벽(121) 내지 가변 밸브 공기 유동구(123)를 구획하는 바디 쉘(120)의 일부와 접촉시 발생 가능한 소음을 방지하고 잦은 접촉으로 인한 구성요소의 파손 내지 변형을 방지하기 위하여 가변 밸브 플랩은 일체가 탄성 재료 내지는 적어도 가변 밸브 플랩의 외주가 탄성 재료로 형성될 수도 있는데, 이 경우 전체 및/또는 일부가 적어도 탄성 재료로 형성되는 가변 밸브 플랩과 가변 밸브 케이지 간의 회동시 발생 가능한 저항을 방지하고 양자 간의 원활한 회동을 이룰 수 있도록 별도의 구성요소로서 가변 밸브 베어링(350)이 더 구비될 수도 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 가변 밸브 플랩(310)은 곡면 구조의 플레이트 타입으로 구성되고, 곡면 플레이트 타입의 가변 밸브 플랩(310)에는 플랩 돌기(313)가 배치되는데, 플랩 돌기(313)는 가변 밸브 플랩(310)의 양측단으로 가변 밸브 플랩(310)의 회동축(회전축) 방향으로 연장 형성된다. 가변 밸브 베어링(350)은 내측에 베어링 관통구(351)를 구비하는데, 베어링 관통구(351)에는 플랩 돌기(313)가 수용됨으로써 가변 밸브 베어링(350)과 가변 밸브 플랩(310) 간의 결합이 이루어진다. 이때, 여기서 명확하게 도시되지는 않았으나, 가변 밸브 플랩(310)과 플랩 돌기(350) 간의 체결 상태를 공고히 하기 위하여 가변 밸브 베어링(350)의 베어링 관통구(351)를 구획하는 내측면에는 돌기가 형성되고 플랩 돌기(313)의 외주에 이에 대응하는 수용부가 형성되어 양자의 맞물림 상태를 공고히 하는 구조를 취할 수도 있다.
한편, 가변 밸브 케이지(320)에는 케이지 수용부(321)가 구비되어 가변 밸브 플랩(310)의 플랩 돌기(313)가 가변 밸브 케이지(320)에 회동 가능하게 수용 장착되는데, 본 실시예에서 플랩 돌기(313)의 외주에 가변 밸브 베어링(350)이 배치되고 플랩 돌기(313)는 가변 밸브 케이지(320)의 케이지 수용부(321)에 수용되므로, 플랩 돌기(313)와 케이지 수용부(321)의 사이에 가변 밸브 베어링(350)이 배치된 다. 가변 밸브 베어링(350)의 외주면은 매끈한 표면을 구비하는데, 플랩 돌기(313)와 체결된 가변 밸브 베어링(350)은 가변 밸브 플랩(310)이 가변 밸브 케이지(320)에 대하여 원활하게 회동하는 것을 가능하게 한다.
또 한편, 가변 밸브 샤프트(330)는 복수 개의 가변 밸브 플랩(310)과 가변 밸브 케이지(320), 그리고 본 실시예에서 가변 밸브 베어링(350)을 관통하여 바디 쉘(120)에 회동 가능하게 장착된다. 즉, 가변 밸브 플랩(310)에는 플랩 관통구(315)가, 가변 밸브 케이지(320)에는 케이지 관통구(323)가 배치되는데, 가변 밸브 샤프트(330)는 각각의 플랩 관통구(315) 및 케이지 관통구(323)를 관통하여 배치된다. 가변 밸브 플랩은 가변 밸브 샤프트보타 두꺼운 두께를 구비하나 경우에 따라, 가변 밸브 플랩(310)은 신속한 작동을 위하여 관성을 줄이기 위한 플레이트 타입 구조로 인하여 가변 밸브 플랩(310)의 두께가 가변 밸브 샤프트(330)의 두께가 얇을 수도 있는데, 이 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 가변 밸브 플랩(310)는 플레이트 구조를 유지하여 가변 밸브 샤프트(330)의 일부가 가변 밸브 플랩 개구(311)를 통하여 노출되나 플랩 돌기(313)가 충분한 두께로 형성되도록 함으로써 가변 밸브 플랩(310)과 가변 밸브 샤프트(330) 간의 관통 구조를 이룰 수 있다.
여기서 도시되지는 않았으나, 가변 밸브 샤프트(330)의 단부에는 가변 밸브 액츄에이터가 배치되고 가변 밸브 액츄에이터가 ECU 등과 같은 제어부(미도시)에 의한 신호에 따라 작동함으로써 가변 밸브 샤프트(330)가 회동할 수 있고, 궁극적으로 가변 밸브 샤프트(330)가 관통하여 배치되는 가변 밸브 플랩(310)이 가변 밸브 공기 유동구(123)를 완전 개폐 또는 부분 개폐 등의 제어 과정을 수행할 수 있 다. 이때, 가변 밸브 샤프트(330)와 가변 밸브 플랩(310) 간의 상대 회전을 방지하기 위한 구성을 더 구비할 수도 있다. 즉, 가변 밸브 샤프트(330)는 축방향으로 사각 단면 형상을 구비하고 플랩 관통구(315) 및 케이지 관통구(323)도 사각 단면 형상의 가변 밸브 샤프트(330)에 대응하는 사각 개구 구조를 취함으로써 가변 밸브 샤프트(330)의 회동에 의하여 회전력이 가변 밸브 플랩(310)에 완전하게 전달될 수 있다.
가변 밸브 케이지 장착부(340)는 하우징 쉘(100), 보다 구체적으로 바디 쉘(120)에 형성된 가변 밸브 격벽(121)에 형성되는데, 가변 밸브 케이지(320)는 가변 밸브 케이지 장착부(340)에 장착된다. 도 5에는 이너 쉘(130) 측에서 도시된 가변 밸브 유니트에 대한 부분 사시 단면도가 도시되고, 도 6에는 커버 쉘(110) 측에서 도시된 가변 밸브 유니트에 대한 부분 사시 단면도가 도시되는데, 도 5와 도 6은 가변 밸브 플랩(310)이 회동되어 가변 밸브 공기 유동구(123)를 통하여 플래넘 챔버(VP)와 커버 러너(VCR)이 소통을 이루는 상태를 도시한다.
가변 밸브 케이지 장착부(340)는 가변 밸브 격벽(121)의 일측으로 커버 쉘(110)을 향한 일측에 수용 공간으로 형성되는데, 가변 밸브 케이지(320)가 삽입 수용 장착되는 구조를 취한다. 가변 밸브 케이지(320)의 외주에는 가변 밸브 케이지(320)의 외주로부터 돌출 형성된 가변 밸브 케이지 가이드(325)가 구비되는데, 가변 밸브 케이지 가이드(325)는 가변 밸브 케이지(320)에 형성된 가변 밸브 케이지 가이드 대응부(미도시)와 맞물리어 안내됨으로써 가변 밸브 케이지(320)의 가변 밸브 케이지 장착부(340)로의 진입을 보다 안정적으로 이룰 수도 있다. 가변 밸브 케이지(320)와 가변 밸브 케이지 장착부(340) 간의 안정적인 지지 구조를 통하여 가변 밸브 플랩(310)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 가변 밸브 공기 유동구(123)의 개폐 조절을 원활하게 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드(10)는 복수 개의 가변 밸브 플랩의 축정렬을 보다 원활하고 정확하게 할 수 있는 구성요소로서 케이지 지그 삽입구(327)와 격벽 지그 관통구(127)를 구비한다. 즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 케이지 지그 삽입구(327)는 가변 밸브 케이지(320)의 단부로, 가변 밸브 케이지 장착부(340)를 향한 단부에 케이지 장착부 측부(326, 도 8 참조)에 의하여 구획되는 수용 홈 타입으로 형성되는데, 케이지 지그 삽입구(327)는 지그(20, 도 7,도 8 참조)를 수용할 수 있다. 본 실시예에서 케이지 지그 삽입구(327)는 가변 밸브 케이지 가이드(325)의 일부에 형성되는데 가변 밸브 케이지 장착부를 향한 단부로 가변 밸브 격벽을 향한 위치 범위에서 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다. 또한, 격벽 지그 관통구(127)는 가변 밸브 격벽(121)에 형성되는데, 격벽 지그 관통구(127)는 가변 밸브 격벽(121)의 일단으로 가변 밸브 케이지 장착부(340)가 형성된 단부의 반대편, 즉 이너쉘(130)을 향한 단부 측에 형성되는데, 격벽 지그 관통구(127)는 가변 밸브 케이지 장착부(340)와 소통을 이루어 지그(20)의 관통을 허용한다. 도 7에는 지그(20)의 가변 밸브 케이지(320)와 접촉을 이루는 부분에 대한 개략적인 부분 사시도가 도시되고, 도 8에는 가변 밸브 케이지(320)와 지그(20) 간의 접촉 상태를 나타내는 개략적인 부분 단면도가 도시된다. 여기서, 지그(20)의 지그 바디(20b)는 한 개가 도시되었으나 이는 일예일뿐 지그 베이스(25)로부터 복수 개가 연장 형성되는 구조를 취하는 것은 본 실시예로부터 명백하다. 지그(20)는 지그 바디(20b)에 형성된 지그 케이지 접촉구(21)를 구비하는데, 지그 케이지 접촉구(21)는 지그 바디(20b)로부터 연장 형성되는 지그 바디 브릿지(24)에 구획된다. 지그 케이지 접촉구(21)의 내측에는 케이지 접촉 내측부(22)가 형성되는데, 케이지 접촉 내측부(22)는 지그 바디 브릿지(24)가 케이지 지그 삽입구(327)에 삽입되는 경우 케이지 지그 삽입구(327)를 구획하는 가변 밸브 케이지(320)의 측면과 접촉 상태를 이룬다. 지그 케이지 접촉구(21)의 단부로 지그 바디 브릿지(240)의 일단에는 지그 케이지 접촉구(21)를 넓히기 위하여 형성된 지그 바디 브릿지 챔퍼(23)가 더 구비될 수도 있는데, 지그 바디 브릿지 챔퍼(23)는 지그 케이지 접촉구(21)로 케이지 지그 삽입구(327)를 형성하는 가변 밸브 케이지(320)의 일면이 보다 용이하게 진입하는 것을 허용한다.
경우에 따라 격벽 지그 관통구(127)는 격벽 지그 바디 관통구(127a)와 격벽 지그 바디 연장부 관통구(127b)를 구비하고, 지그(20)는 지그 바디(20b)로부터 연장 형성되는 지그 바디 연장부(20a)를 더 구비하는 구성을 취할 수도 있다. 즉, 지그 바디 연장부(20a)는 지그 바디(20b)로부터 일체로 연장 형성되는데, 지그 바디 연장부(20a)는 지그 바디(20b)가 격벽 지그 관통구(127)의 격벽 지그 바디 관통구(127a)를 삽입 관통 배치되는 경우 지그 바디(20b)와 함꼐 격벽 지브 관통구(127)의 격벽 지그 바디 연장부 관통구(127b)로 삽입 배치되는데, 지그 바디 연장부(20a)는 가변 밸브 케이지의 단부(328) 및 커버 쉘(110)의 케이지 융착부(118) 등을 포함하여 하우징 쉘 들의 진동 융착 공정에 의한 체결시 지그 바디에 가해지 는 부하로 인한 지그의 손상을 방지하기 위하여 연장 형성되어 다른 구성요소와의 간섭을 최소화시키면서 지그의 강성을 증대시켜 하우징 쉘 등의 진동 융착 공정이 이루어지는 것을 가하게 할 수도 있다. 여기서는 지그 바디와 지그 바디 연장부가 모두 구비되는 경우에 대하여 기술되었으나 지그 바디만 구비되는 구성을 취할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다. 이와 같이 지그 바디가 격벽 지그 관통구를 관통하여 배치되어 바디 쉘과 커버 쉘 사이에 배치되는 가변 밸브 케이지를 지지함으로써 간단한 구조의 진동 융착 공정을 통하여 일체화되는 컴팩트한 가변 밸브 유니트를 형성할 수 있다.
또한, 진동 융착 공정시 지그 바디의 격벽 지그 관통구를 관통하여 가변 밸브 케이지를 지지하는 구조를 취함으로써, 가변 밸브 플랩이 장착된 가변 밸브 케이지와 바디 쉘(120) 간의 상호 위치 정렬을 보다 강화하여 정확하게 이룰 수도 있다. 이와 같은 구성을 통하여, 가변 밸브 샤프트(330)를 통하여 복수 개의 가변 밸브 플랩(310)을 포함하는 가변 밸브 유니트(300)는 가변 밸브 케이지(320)와 가변 밸브 케이지 장착부(340) 간의 맞물림 장착시, 지그(20)와 가변 밸브 케이지(320) 간의 맞닿음 정렬 및 지그(20)와 가변 밸브 격벽(121) 간의 위치 정렬이 이루어짐으로써 궁극적으로 복수 개의 가변 밸브 플랩(310)이 축정렬을 이루는 상태에서 바디 쉘(120)에 장착될 수 있다. 이를 통해, 가변 밸브 공기 유동구(123)와 가변 밸브 플랩(310) 간의 이격 불일치로 인한 각 실린더로 유입되는 흡기 용량 차이가 발생하고 이로 인한 자동차 출력 제어 오차 발생을 방지하고, 가변 밸브 플랩의 반복적인 작동을 인하여 발생 가능한 오작동 가능성을 방지 내지는 현저하게 저감시킬 수 있다.
도 9 내지 도 12에는 본 발명에 따른 가변 밸브 유니트를 하우징 쉘(100)에 장착하기 위한 작업 과정을 나타내는 개략적인 상태도가 도시되는데, 먼저 도 9에 도시된 바와 같이, 복수 개의 가변 밸브 플랩(310)과 가변 밸브 케이지(320)는 가변 밸브 베어링(350)을 사이에 두고 조립되는데, 이에 대한 설명은 상기로 대체한다. 그런 후 도 10에 도시된 바와 같이 가변 밸브 샤프트(330, 도 2 참조)를 통하여 조립 형성된 가변 밸브 유니트(300)는 바디 쉘(120)에 설치된다. 이때, 바디 쉘(120)은 차후 커버 쉘(110)과의 고주파 진동 융착을 위한 진동 융착기(미도시) 상에 배치되는데, 진동 융착기(미도시)와 상기한 지그(20)는 일체로 구성될 수도 있는 등 작업 및 설계 사양에 따라 다양한 변형이 가능하다.
따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 커버 러너(VCR)를 형성하는 바디 쉘 커버 러너(129)가 노출된 상태 배치하여 가변 밸브 케이지 장착부(340)의 상부에 조립된 가변 밸브 유니트(300)를 위치시킨 후 가변 밸브 케이지(320)가 가변 밸브 케이지 장착부(340)에 삽입되도록 배치한다. 이때, 바디 쉘(120)의 하부에는 지그(20, 도 7 및 도 8 참조)가 배치되는데, 지그(20)의 지그 바디(20b)는 격벽 지그 관통구(127)를 관통하여 가변 밸브 케이지(320)의 케이지 지그 삽입구(327)에 삽입되는데, 상기한 바와 같이 케이지 지그 삽입구(327)를 구획하는 일측은 케이지 접촉 내측부(22)와 접촉됨으로써 가변 밸브 유니트(300)는 지지 및 위치 정렬되고, 이를 통하여 가변 밸브 샤프트(320)에 관통 배치되는 복수 개의 가변 밸브 플랩(310)은 동일 축선 상에 위치 정렬되어 위치 오차로 인한 작동 오차 발생 가능성 을 방지 내지 현저하게 저감시킬 수 있다.
그런 후, 도 11에 도시된 바와 같이 고주파 진동 융착기(미도시)에 배치되는 바디 쉘(120) 및 가변 밸브 유니트(300) 조립체의 상부에는 커버 쉘(110)이 배치되고 고주파 진동 융착기의 작동에 의하여 바디 쉘(120)과 커버 쉘(110)은 진동 융착되어 일체로 형성된다. 여기서 도시되지는 않았으나, 나머지 이너 쉘(130) 및 플랜지 쉘(140)도 동일한 고주파 진동 융착 과정을 통하여 가변 밸브 유니트가 배치되는 차량용 흡기 매니폴드(10)가 도출될 수 있다.
도 13 내지 도 16에는 이와 같은 과정을 통하여 조립 융착된 차량용 흡기 매니폴드(10)의 작동 과정이 도시된다. 도 13 및 도 15는 가변 밸브 유니트(300)의 가변 밸브 플랩(310)에 의하여 가변 밸브 공기 유동구(123)가 폐쇄된 작동 상태를 나타내는 개략적인 부분 측단면도 및 부분 정면도를 나타내고, 도 14 및 도 16은 가변 밸브 유니트(300)의 가변 밸브 플랩(310)에 의하여 가변 밸브 공기 유동구(123)가 개방된 작동 상태를 나타내는 개략적인 부분 측단면도 및 부분 정면도를 나타낸다. 먼저 도 13 및 도 15에 도시된 바와 같이, ECU와 같은 제어부(미도시)로부터 작동 제어 신호로서 폐쇄 신호가 인가되는 경우 가변 밸브 유니트 액츄에이터(미도시)는 작동하지 않고, 가변 밸브 유니트 액츄에이터(미도시)와 연결된 가변 밸브 샤프트(330)도 정지 상태를 유지함으로써 가변 밸브 플랩(310)은 가변 밸브 공기 유동구(123)를 폐쇄한 상태를 유지한다. 따라서, 차량용 흡기 매니폴드 유입구(120a)를 통하여 플래넘 챔버(VP)로 유입된 흡기는 플랜지 러너(VPR)를 거쳐 커버 러너(VCR)를 따라 이동한 후 흡기 포트로 전달되어 각각의 실린더(미도시)로 유 입되고 분사되는 공기와의 혼합이 이루어진다. 따라서, 흡기 유동 경로는 가변 밸브 유니트가 작동하여 가변 밸브 공기 유동구가 개방된 경우에 비하여 긴 경로를 형성하여 저중속 내지 고 토크(출력) 운전에 적합하도록 한다.
반면, ECU와 같은 제어부(미도시)로부터 작동 제어 신호로서 개방신호가 인가되는 경우 가변 밸브 유니트 액츄에이터(미도시)는 작동을 수행하고, 가변 밸브 유니트 액츄에이터(미도시)와 연결된 가변 밸브 샤프트(330)는 회전 운동을 수행한다. 가변 밸브 샤프트(330)가 회전하는 경우 가변 밸브 샤프트(330)에 관통 배치된 복수 개의 가변 밸브 플랩(310)이 회전하여 가변 밸브 공기 유동구(123)가 개방됨으로써 플래넘 챔버(VP)와 커버 러너(VCR)가 직접적인 유체 소통을 이룸으로써 공기 유동 경로가 최소화되고 시간당 공기 유입량이 최대화되어 자동차 엔진 출력 증대를 이룰 수 있다.
상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명이 이에 국한되지 않고, 가변 밸브 유니트가 장착되고 가변 밸브 공기 유동구를 형성하는 가변 밸브 격벽이 하우징 쉘에 일체로 형성되는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드의 개략적인 부분 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드에 배치되는 가변 밸브 유니트에 대한 부분 사시도이다.
도 5 및 도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드에 배치되는 가변 밸브 유니트의 장착 상태를 나타내는 개략적인 부분 사시도이다.
도 7은 본 발명의 가변 밸브 케이지와 접촉하는 지그에 대한 부분 사시도이다.
도 8은 본 발명의 가변 밸브 케이지와 지그 간의 접촉 상태를 나타내는 개략적인 부분 단면도이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드의 제조 과정을 나타낸 부분 상태도이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 흡기 매니폴드의 가변 밸브 유니트의 작동 상태에 따른 개략적인 부분 측단면도 및 부분 정면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100...하우징 쉘 110...커버 쉘
120...바디 쉘 130...이너 쉘
300...가변 밸브 유니트 310...가변 밸브 플랩
320...가변 밸브 케이지 330...가변 밸브 샤프트
340...가변 밸브 케이지 장착부 350...가변 밸브 베어링

Claims (9)

  1. 흡기 유동 경로를 이루는 플래넘 챔버와 러너를 형성하는 바디 쉘을 포함하는 하우징 쉘;
    상기 하우징 쉘에 배치되고 복수 개의 가변 밸브 플랩을 구비하여 상기 흡기 유동 경로를 가변시키는 가변 밸브 유니트;를 구비하되,
    상기 가변 밸브 유니트는 상기 하우징 쉘에 진동 융착 배치되는 차량용 흡기 매니폴드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바디 쉘에는 상기 가변 밸브 플랩의 개폐 정도를 조정하는 복수 개의 가변 밸브 공기 유동구가 형성되고 상기 가변 밸브 공기 유동구 사이에는 상기 가변 밸브 플랩이 가동 가능하게 장착되는 복수 개의 가변 밸브 격벽이 구비되는 차량용 흡기 매니폴드.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하우징 쉘은:
    상기 바디 쉘과 함께 상기 플래넘 챔버를 형성하는 플랜지 쉘과,
    상기 플랜지 쉘과 상기 바디 쉘 사이에 배치되는 이너 쉘과,
    상기 이너 쉘과 함께 상기 바디 쉘이 사이에 위치하도록 배치되는 커버 쉘을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 흡기 매니폴드.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 러너는:
    상기 플랜지 쉘과 상기 이너 쉘에 의하여 형성되고 상기 플래넘 챔버와 소통 가능한 플랜지 러너와,
    상기 바디 쉘과 상기 커버 쉘에 의하여 형성되고 상기 플랜지 러너와 소통 가능하되, 상기 플랜지 챔버와 상기 가변 밸브 유니트를 사이에 두고 배치되는 커버 러너를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 흡기 매니폴드.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가변 밸브 유니트는:
    상기 가변 밸브 플랩이 상대 회동 운동 가능하게 장착되는 가변 밸브 케이지와,
    상기 가변 밸브 케이지 및 상기 가변 밸브 플랩을 관통하여 상기 바디 쉘에 배치되는 가변 밸브 샤프트와,
    상기 가변 밸브 케이지를 수용하여 상기 가변 밸브 케이지를 위치 고정시키도록 상기 가변 밸브 격벽에 형성되는 가변 밸브 케이지 장착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 흡기 매니폴드.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 가변 밸브 케이지의 상기 커버 쉘을 향한 단부는 상기 커버 쉘의 내면과 진동 융착되는 것을 특징으로 하는 차량용 흡기 매니폴드.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 가변 밸브 케이지 장착부를 향한 상기 가변 밸브 케이지의 단부에는 지그를 수용하기 위한 케이지 지그 삽입구가 구비되고,
    상기 가변 밸브 격벽의 일단으로 상기 가변 밸브 케이지 장착부가 형성된 단부의 반대편에는 상기 가변 밸브 케이지 장착부와 소통을 이루고 지그의 관통을 허용하는 격벽 지그 관통구가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 흡기 매니폴드.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 가변 밸브 샤프트는 축방향으로 사각 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 흡기 매니폴드.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 가변 밸브 플랩에는 회동축 방향으로 플랩 돌기가 구비되고,
    상기 가변 밸브 케이지에는 상기 플랩 돌기를 수용하는 케이지 수용부가 구비되되,
    상기 가변 밸브 유니트는 상기 플랩 돌기와 상기 케이지 수용구 사이에 배치 되는 플랩 베어링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 흡기 매니폴드.
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KR20220078201A (ko) * 2020-12-03 2022-06-10 말레동현필터시스템 주식회사 흡기 매니폴드용 밸브 어셈블리
CN115163357A (zh) * 2021-10-22 2022-10-11 浙江瑞旭过滤技术股份有限公司 可变流量过滤器组件

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