KR102011888B1 - 내연기관용 유체흐름 조절장치 및 이를 포함하는 체크밸브 - Google Patents

Abstract

유체의 이동통로에 설치되어 유체의 이동속도를 개선시키는 유체흐름 조절장치가 개시된다. 이를 위하여 진공상태가 선택적으로 도입되는 유체의 이동경로 상에 설치될 수 있도록 원통형 구조로 형성된 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 상하 방향으로 벤투리 통로를 형성하는 센터홀, 및 상기 센터홀을 중심으로 상기 몸체의 외주면을 따라 상기 몸체의 상하 방향으로 구비되어 센터홀과 다른 통로를 형성하는 복수개의 사이드홀을 포함하는 유체흐름 조절장치를 제공한다. 본 발명의 유체흐름 조절장치는 유체를 이용한 기존 장치에 간편하게 설치하여 진공상태가 도입되더라도 유체의 흐름을 일정하게 유지시킬 수 있다.

Description

내연기관용 유체흐름 조절장치 및 이를 포함하는 체크밸브{FLUID FLOW CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINE AND CHECK VALVE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 내연기관용 유체흐름 조절장치 및 이를 포함하는 체크밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진이나 브레이크 장치 등에 연결된 흡입 공기 이동통로 등에 설치되어, 이동통로 상에 진공환경이 형성되더라도 이동방향이 다른 공기흐름 간의 상호 간섭을 현저히 감소시킴으로써, 원활하게 공기가 이동될 수 있도록 하는 유체의 흐름을 조절하는 내연기관용 유체흐름 조절장치 및 이를 포함하는 체크밸브에 관한 것이다.

일반적으로 내연기관 엔진의 4행정 구동을 살펴보면 흡입, 압축, 폭발, 배기의 순서로 작동하여 출력을 발생시키고 있다.

이러한 엔진 출력의 근원은 실린더 내의 연소실에서 발생하는 열에너지이다. 이때, 상기 연소실은 엔진의 헤드부에 있고 그 안에 밀폐되어 있는 미립화된 연료와 공기를 순간적으로 연소시켜 힘을 얻게 되는데, 출력을 높이기 위해서는 단위 시간에 발생하는 에너지가 증대되도록 더욱 많은 연료를 연소시켜야하며 이때는 보다 많은 흡입 공기량을 요구한다.

그러나 단순히 연소만 증대시켜서는 안 되고 확실한 고효율을 얻기 위해서는 여러 주변 조건을 맞춰주어야 한다.

상기 엔진 출력의 증대는 사용하는 공기의 양에 정비례하고 있으며 이러한 흡기의 양을 늘리기 위해서는 각 실린더의 배기량을 변경시키거나 공기의 흐름을 좋게 하거나 실린더의 수를 이용해서 이 양을 변화시키고 있다. 이때, 흡기 장치는 연소실에 필요한 공기를 공급해 주는 통로로서 엔진의 내구성을 증대시키는 매우 중요한 장치이다.

이러한 엔진의 4행정 구동 중에는 최초 흡입되는 공기의 입구와 배출되는 최종 배기구까지는 공기 흐름에 저항으로 작용하는 여러 복잡한 단계의 흡기압과 배기압이 발생된다.

최초 흡입구로부터 최종 배기구까지의 경로는 도 1에 도시된 바와 같이 흡기필터(31), 인테이크(32), 스로틀바디(33), 서지탱크(34), 흡기매니폴드(35), 헤드(흡기포트:36), 실린더 내 연소실(37), 헤드(배기포트:38), 배기매니폴드(39), 배기파이프(40), 촉매장치(41), 중간파이프(42), 메인소음기(43), 테일파이프(44)를 순차적으로 경유한다. 여기서, 인테이크는 흡기필터와 스로틀바디까지 연결하는 관을 의미한다.

크게 나누어보면 연소실을 기준으로 유입단에는 흡기압이, 배출단에는 배기압이 공기흐름에 대하여 저항으로 나타난다.

또한, 흡배기계통에서는 공기 흐름의 관성을 이용하여 충진 효율을 향상시키기 위해 흡기밸브와 배기밸브가 동시에 열려 있는 밸브 오버랩 시기가 있다.

상기 오버랩은 엔진의 회전속도에 따라 1초에 수십에서 백 수십 회 넘게 반복적으로 일어나고 밸브 오버랩 시기에는 흡기밸브의 기밀 유지 상태의 역할이 상실되어 역화의 원인을 제공하기도 한다. 이를 방지하기 위해 밸브 오버랩 기간을 두지 않는다면 공기의 관성 이용은 물론 피스톤의 상하 왕복운동에 상당한 공기압력의 기계적인 부하를 받게 되어 효율이 매우 낮아지는 모순에 의해 필연적으로 밸브 오버랩 시기를 설계할 수밖에 없다.

또한 흡기 맥동파는 흡기 행정 중 관성력에 의해 들어가는 공기가 흡입밸브의 닫힘에 의해 압력이 가해지면서 생겨 반대의 흐름을 발생시키며 들어오는 공기와 부딪혀 외부 공기의 유입은 방해를 받게 되고, 맥동파는 스로틀바디 입구나 흡기필터(에어크리너 입구)까지 영향을 주게 되고 이러한 흡기 방해는 엔진 출력 저하의 원인 중 하나로 작용한다.

이러한 문제에 대응하기 위해 종래에도 다양한 형식의 기술이 제안되었다. 일반적으로는 토네이도, 싸이클론, 제트밸브, 터보차저, 수퍼차저, 인터쿨러 장치 등과 밸브 오버랩 시기의 가변적인 관성효과를 얻기 위한 캠샤프트가 알려져 있다.

이들은 흡입되는 공기를 보다 효율적인 관성효과로 유도하기 위한 수단과 강제 압력으로 유입되도록 하는 장치들이나 기대하는 만큼의 효과 달성이 어렵고, 밀도를 높여 공급하는 경우, 반대로 고밀도의 공기를 냉각시켜 주어야 하는 쿨러를 배치하는 등의 보완적인 장치 구성들로 인하여 매우 복잡하고 제조 원가가 증가되는 단점이 있다.

한편, 직렬 4기통 및 6기통, 병렬 V6, V8, V12 엔진을 보면 엔진에 연결되는 매니폴드 각각이 피스톤 수량에 맞게 배열이 되어 있지만, 흡기덕트(인테이크)는 1개 또는 2개로 이루어져 있다. 이때, 엔진이 작동되면 피스톤의 UP/DOWN 작동으로 인하여 매니폴드/서지탱크/인테이크 내부가 진공상태가 도입되는 공통점이 있다.

이와 같이, 차량은 엔진 형태에 따라 다양한 인테이크 구조를 가졌지만, 연료에 따라 자연흡입 방식과 터보장치를 이용하여 압축공기를 강제로 불어주는 방식을 이용하고 있다. 흡입되는 방식은 다르지만 흡입공기가 엔진으로 공급되는 경우 진공상태에서 인테이크/서지탱크/메니폴드를 거쳐 공급되는 공통점을 갖는다.

이론적 최적 공연비에 해당하는 공기량을 진공상태에서 피스톤으로 동일하게 공급해 주어야 하고, 자동차 속도 및 순간 가속에 따라 서지탱크를 통해 매니폴드로 공급되는 흡입량이 분리되는 과정에서 공기량이 동일하게 공급해 줘야 하지만, 진공상태에서 흡기필터에서 빠르게 흡입할 경우 매니폴드로 공급하는 흡입공기의 양이 흡입되는 과정에서 엔진 구조(스로틀밸브에서 흡기필터까지 공기흡입 시 내경 사이즈/디자인/거리)에 따른 마찰저항으로 인하여 균일하게 공급되지 못하여 피스톤으로 공급되는 공기량이 다르게 되면 결과적으로 불완전 연소가 발생된다.

아울러, 운전자가 브레이크를 밟으면 제동장치의 구성품인 진공 배력장치에 의해 배력을 얻어 자동차가 정지된다. 이러한 자동차의 구조에 따라 진공 배력장치와 흡기다기관을 연결하는 호스에 체크밸브가 설치된다.

상기 체크밸브는 형성된 진공을 저장하고 동시에 일정하게 유지한다. 그리고 정지된 상태에서는 혼합기가 진공 배력장치로 유입되는 것을 방지하는 가능을 한다. 특히, 디젤 자동차에서는 일반적으로 기관에 의해 구동되는 별도의 진공펌프를 이용한다.

이와 같이 진공 상태에서 흡입압력은 매우 중요하다. 따라서 자동차 속도 및 순간 가속에 따라 진공 상태에서의 흡입압력이 다르기 때문에 진공 배력장치에 조립된 체크밸브 내부에 조립된 격막(다이아프램)은 진공 상태의 흡입압력에 따라 격막에 오픈양이 다르기 때문에 체크밸브 내진공을 저장하는 공간이 부족하고, 순간 흡입압력이 빨라지면 동시에 일정하게 유지하기 어려워 흡입압력이 부족한 현상이 발생된다.

대한민국 등록특허 제10-0786297호(2007.12.21 공고) 대한민국 공개특허 제10-2016-0108332호(2016.09.19 공개) 대한민국 공개특허 제10-2015-0040901호(2015.04.15 공개)

따라서, 본 발명의 제1 목적은 내연기관에 유입되는 유체인 공기의 이동통로에 장착되는 경우에 공기의 이동통로를 복수개로 분획함으로써 내연기관으로 들어오는 공기와 반대의 흐름이 내연기관으로부터 유발되더라도 들어오는 공기와 반대의 흐름을 각각 서로 다른 통로로 이동시켜 외부 공기의 유입이 방해를 받지 않게 되도록 하는 내연기관용 유체흐름 조절장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 매니폴드에 연결된 엔진 피스톤의 움직임에 따라 흡입 공기의 이동통로 상에 설치된 체크밸브가 진공환경에 노출되더라도 벤투리 통로가 형성된 센터홀과 상기 센터홀과 다른 복수개의 통로가 마련된 유체흐름 조절장치를 구비하여 엔진으로 일정하게 공기가 흡입되도록 하는 체크밸브를 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 제1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 진공상태가 선택적으로 도입되는 유체의 이동경로 상에 설치될 수 있도록 원통형 구조로 형성된 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 상하 방향으로 벤투리 통로를 형성하는 센터홀, 및 상기 센터홀을 중심으로 상기 몸체의 외주면을 따라 상기 몸체의 상하 방향으로 구비되어 센터홀과 다른 통로를 형성하는 복수개의 사이드홀을 포함하는 유체흐름 조절장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 제1 중공이 형성되고 상기 제1 중공에 연통된 제1 개구부가 형성되며 상기 제1 중공에 연통된 인넷 포트가 구비된 캡, 및 상기 캡에 결합되되 상기 캡의 제1 개구부에 대응되는 제2 개구부가 형성되고 상기 제2 개구부에 연통된 제2 중공이 형성되며 상기 제2 중공에 연통된 아웃넷 포트가 구비된 하우징을 포함하는 체크밸브에 있어서, 상기 제2 중공에 연통된 아웃넷 포트의 내부에, 진공상태가 선택적으로 도입되는 유체의 이동경로 상에 설치될 수 있도록 원통형 구조로 형성된 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 상하 방향으로 벤투리 통로를 형성하는 센터홀, 및 상기 센터홀을 중심으로 상기 몸체의 외주면을 따라 상기 몸체의 상하 방향으로 구비되어 센터홀과 다른 통로를 형성하는 복수개의 사이드홀을 포함하는 유체흐름 조절장치를 포함하는 체크밸브를 제공한다.

본 발명에 의한 유체흐름조절장치는 유체를 이용한 기존 장치에 간편하게 설치하여 유체의 흐름을 일정하게 유지시킬 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 각 흡기 매니폴드에 연결된 피스톤의 상하 왕복운동에 의해 상당한 공기압력의 기계적인 부하가 공기의 이동통로에 작용하더라도 이동통로를 분획함으로써 흡입하는 힘과 밀어내는 힘이 단일의 통로 상에서 동시에 작용하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 흡기 행정 중 관성력에 의해 들어가는 공기가 흡입밸브의 닫힘에 의해 압력이 가해지면서 반대의 흐름을 발생되더라도, 공기의 단일통로 상에 여러 통로를 생성하여 외부 공기의 유입이 반대의 흐름에 의해 방해받지 않도록 한다.

또한, 본 발명은 인테이크(흡기덕트) 등의 차량 엔진에 연결된 내연기관에 사용되면, 차량의 고속주행이나 저속주행에 상관없이 인테이크 내에서 서지탱크의 역할, 즉 외부에 흡입된 후 흡기필터를 통과한 공기를 일정하게 저장하여 엔진 작동 시에 일정한 압력으로 공기를 공급해 주는 역할을 한다. 다시 말해, 차량의 저속운행과 고속운행에 따라 엔진으로 공급되는 유체의 유량이 엔진 크랭크 회전수에 연관되어 공급되므로, 공기의 공급이 일정하지 않아 자동차 연료의 비중이 높고, 공기에 비중이 낮게 되어 완전 연소가 되지 않는 문제점이 있을 수 있다. 하지만, 본 발명에 의한 유체흐름 조절장치가 스로틀(throttle) 밸브 선단 및 인테이크의 말단 사이에 조립되면 유체를 저장하는 서지탱크의 역할을 하게 되고, 실린더 헤드의 작동이 있는 경우 유체가 흡기 매니폴드와 엔진으로 일정하게 공급되도록 하는 효과를 나타낸다.

아울러, 본 발명에 의한 유체흐름 조절장치는 흡기 매니폴드 전단부에 있는 서지탱크의 문제점을 개선할 수 있다. 구체적으로, 흡기 매니폴드 전단부에도 서지탱크가 있지만 차량이 고속일 때는 일정량의 공기가 서지탱크에서 흡기 매니폴드 쪽으로 공기를 공급해 주지만, 저속일 때는 서지탱크에 공기가 부족하여 흡기 매니폴드 각 라인으로 일정량에 공기를 공급하지 못한다. 이에 반해, 본 발명의 유체흐름 조절장치가 인테이크와 스로틀바디 사이, 스로틀바디와 서지탱크 사이, 서지탱크와 흡기 매니폴드 사이, 체크밸브 내에 조립되면 차량이 저속으로 운행하는 경우에도 서지탱크와 함께 유체흐름 조절장치가 공기를 저장하였다가 흡기 매니폴드로 공기를 보내주므로, 유체흐름 조절장치가 설치된 경우에는 차량의 운행 속도와 상관없이 흡기 매니폴드로 공기가 일정하게 공급될 수 있다.

나아가, 본 발명에 의한 유체흐름 조절장치는 진공 배력장치의 체크밸브에서 진공압력을 저장하고 유체 흡입력을 여러 통로로 분산시켜 주어, 피스톤 왕복운전 행정의 연속동작에 의한 진공압력의 힘과 진공 배력장치의 브레이크 가압에 의한 진공압력의 힘을 해소해 줄 수 있으므로, 체크밸브 내의 흡입력이 일정하게 유지되어 진공 배력장치의 원활한 제동이 가능하다.

게다가, 본 발명에 의한 유체흐름 조절장치는 마찰저항을 줄이기 위해 표면에 테이프론 코팅층이 형성되어 유체 흐름을 가속화시킬 수 있다.

도 1은 종래의 흡 배기장치를 포함하는 내연기관 엔진 구성도로서 밸브 오버랩 상태를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 2의 유체흐름 조절장치를 나타내는 배면사시도이다.
도 4는 도 2의 유체흐름 조절장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치를 통과한 유체의 흐름을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 정면도이다.
도 7은 도 6의 유체흐름 조절장치를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치가 구비된 체크밸브를 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 체크밸브의 캡을 설명하기 위한 사시도이다.
도 10은 도 8의 체크밸브의 캡을 나타내는 배면사시도이다.
도 11은 도 8의 체크밸브를 통과하는 유체의 흐름을 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 도 8의 체크밸브의 하우징을 설명하기 위한 사시도이다.
도 13은 도 8의 체크밸브의 하우징을 나타내는 배면사시도이다.
도 14는 도 8의 체크밸브의 설명하기 위한 부분확대 단면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의한 내연기관용 유체흐름 조절장치(이하, '유체흐름 조절장치'라고 약칭함)를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치의 일 실시예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 도 2의 유체흐름 조절장치를 나타내는 배면사시도이며, 도 4는 도 2의 유체흐름 조절장치를 나타내는 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치는 원통형 구조로 형성된 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 중앙에 벤투리 통로를 형성하는 센터홀(20), 및 상기 몸체(10)의 테두리를 따라 몸체(10)의 상하 방향으로 구비된 복수개의 사이드홀(30)을 포함하며, 선택적으로 센터홀(20)과 사이드홀(30) 사이에 구비되는 복수개의 미들홀(40)을 더 포함할 수 있다.

이러한 유체흐름 조절장치는 공기와 연료 등의 유체를 이용한 자동차 등의 내연기관에 설치되며, 상기 내연기관의 이동통로에 진공상태가 도입되더라도 일정량의 유체가 지속적으로 이동하도록 도와주는 기능을 제공한다.

물론, 본 발명의 유체흐름 조절장치는 자동차 등의 내연기관 이외에도 진공환경에 노출되는 유체의 이동통로를 갖는 각종 기계나 기구에도 적용할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치는 몸체(10)를 포함한다.

상기 몸체(10)는 진공상태가 선택적으로 도입되는 유체의 이동경로 상에 설치될 수 있도록 원통형 구조로 형성된 것으로, 엔진에 사용되는 경우 실린더 헤드와 흡기 매니폴드 사이, 흡기 매니폴드의 입구부분(서지탱크 전), 흡기 필터와 흡기 매니폴드 사이의 흡기덕트(인테이크)의 말단, 흡기 필터를 거친 직후의 위치 등 엔진의 구조에 따라 선택적으로 결합할 수 있다. 여기서, 인테이크는 흡기필터와 스로틀바디를 연결하는 관을 의미한다.

보다 구체적으로, 가솔린 엔진에 적용하는 경우에는 몸체(10)를 스로틀바디나 인테이크 덕트 조립부에 내삽되도록 결합할 수 있다. 그리고 디젤 엔진이나 터보 엔진에 적용하는 경우에는 몸체(10)를 스로틀바디나 인테이크 호스(인터쿨러 후단부)에 내삽되도록 결합할 수 있다.

필요에 따라, 본 발명에 따른 몸체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 유체가 유입되는 상부에 유입홈부(11)가 구비될 수 있다. 이러한 유입홈부(11)는 몸체(10)의 내부를 통과하는 유체가 센터홀(20)로 원활히 유입될 수 있도록 완만한 곡선 형태로 형성되어, 몸체(10)를 통과하는 유체가 몸체(10)의 상부에 접촉하는 경우 발생되는 저항을 줄여주는 기능을 제공한다.

또한, 상기 몸체(10)는 그 하면, 다시 말해 유체가 배출되는 후단이 도 3에 도시된 바와 같이 편평하거나 또는 라운드 형태로 형성될 수 있다.

아울러, 상기 몸체(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 외주면의 상하 단면이 유선형을 갖게 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 몸체(10)는 중앙부가 상부 및 하부보다 긴 외경을 갖도록 형성된다. 이는, 유선형 구조를 통해 공기 저항을 최소화 할 수 있도록 하기 위함이다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 몸체(10)는 사이드홀(30)의 유입구와 배출구를 넓게 형성하고, 유입구와 배출구 사이의 통로를 유입구 및 배출구보다 좁게 형성함으로써 유선형 구조를 갖는다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치는 센터홀(20)을 포함한다.

상기 센터홀(20)은 상기 몸체(10)의 중앙에 상하 방향으로 벤투리 통로를 형성하는 것으로, 상기 벤투리 통로를 통과하는 유체의 유속을 증가시킬 수 있다. 여기서, 벤투리 통로는 양측 말단이 넓은 단면적을 가지고 중간부로 갈수록 좁아지는 형태를 가진 통로를 의미한다. 이러한 벤투리 통로는 그 내부를 통해 공기가 흐르면, 단면적이 큰 부분과 작은 부분간의 압력차에 의하여 공기가 보다 빠른 속도로 배출된다.

다시 말해, 센터홀(20)로 유입된 공기는 벤투리 통로를 경유하면서 벤투리 통로에 의해 공기압이 변하여 공기의 흐름이 매우 빠르게 형성된다.

필요에 따라, 상기 센터홀(20)은 벤투리 통로의 내주면에 나선형 가이드홈(24)이 구비될 수 있다. 이러한 나선형 가이드홈(24)은 도 5와 같이 벤투리 통로를 통과하는 유체가 회전되도록 상기 유체에 회전력을 부여하는 기능을 제공한다.

구체적으로, 상기 센터홀(20)은 유체가 유입되는 유입부가 날카로운 모서리로 되어 있거나 돌출되어 있으면 유동박리구역이 커져서 손실이 많아지므로, 상기 유입부는 곡면을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 센터홀(20)은 유체가 배출되는 배출부에서 유체에 대한 마찰저항을 줄이기 위해 곡면을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 센터홀(20)의 유입부와 배출부에 곡면을 형성하게 되면 후류 저항 및 마찰이 줄어든다.

이와 같이, 센터홀(20)은 엔진으로 공급되는 공기의 량을 한층 더 증가시키고, 나선형 가이드홈(24)의 작용에 따라 소용돌이 형태(vortex)로 공기의 흐름을 변화시킬 뿐만 아니라, 후술하는 바와 같이 공기의 엔진으로의 유입속도를 현저하게 증가시킨다.

따라서, 센터홀(20)은 공기의 흡입속도를 증가시켜 불완전 연소 요인 중의 하나인 공기 내의 수분 입자를 보다 잘게 쪼개는 역할을 하고, 소용돌이 형태의 공기 흐름에 의하여 연료와 공기가 보다 원활하게 혼합되도록 하고, 엔진으로 많은 량의 공기를 공급하여 엔진 내의 공기압축비와 압축열, 착화점을 높여주고 연료 혼합비를 낮추어 연료를 완전 연소시키므로, 매연으로 인한 환경오염을 예방하고 연료 절감과 엔진의 출력을 높이는 효과가 제공한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치는 복수개의 사이드홀(30)을 포함한다.

상기 복수개의 사이드홀(30)은 센터홀(20)을 중심으로 몸체(10)의 외주면을 따라 몸체(10)의 상하 방향으로 구비되어 센터홀(20)과 다른 통로를 형성하는 것으로, 유체흐름 조절장치의 크기에 따라 변경될 수 있으므로 특별히 한정되지 않지만, 2 내지 8개가 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 사이드홀(30)은 엔진 피스톤 등에 의해 공기의 흡입 방향과 반대의 흐름이 발생되더라도 상기 반대의 흐름이 이동할 수 있는 통로를 제공해 준다. 다시 말해, 흡입된 공기의 이동 방향과 반대 방향으로 압력이 발생되더라도 이를 사이드홀(30)의 일부로 통과시키고 흡입된 공기를 센터홀(20)과 다른 사이드홀(30)로 이동시켜 흡입된 공기와 압력이 서로 상충되지 않도록 한다.

또한, 사이드홀(30)은 센터홀(20) 및 미들홀(40)을 통과한 유체가 인테이크 등 유체의 이동경로를 제공하는 파이프의 내측면에 부딪히는 현상을 억지할 수 있도록 상기 파이프의 내측면을 따라 이동하는 유체를 생성한다. 다시 말해, 사이드홀(30)은 상기 파이프의 내측면에 대한 에어커튼 효과를 제공함으로써 센터홀(20) 및 미들홀(40)을 통과한 유체와 상기 파이프 사이에 발생될 수 있는 마찰 저항을 축소시킨다.

필요에 따라, 각 사이드홀(30) 사이에는 사이드홀(30)을 구분하는 리브(50)가 형성될 수 있다. 이때, 리브(50)는 몸체(10)의 상하 방향으로 구비된다. 이러한 리브(50)는 도 5와 같이 사이드홀(30)을 통해 유입된 유체가 회전하면서 배출되어 와류를 형성할 수 있도록 몸체(10)의 상하방향으로 몸체(10)의 측면에 비틀어지게 또는 기울어지게 커브형으로 구비되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 리브(50)는 사이드홀(30)로 유입된 유체에 와류를 형성함으로써 사이드홀(30)로 유입된 유체에 작용하는 저항을 줄여준다.

이와 같이, 사이드홀(30)은 스로틀바디의 오픈양에 따라 인테이크의 내부가 진공상태로 될 때, 에어 커튼 역할을 하여 센터홀(20)을 통과하는 유체의 유속이 떨어지지 않게 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치는 복수개의 미들홀(40)을 더 포함할 수 있다.

상기 복수개의 미들홀(40)은 센터홀(20)과 복수개의 사이드홀(30) 사이에 배치되고 센터홀(20)을 중심으로 센터홀(20)의 테두리를 따라 몸체(10)의 상하 방향으로 형성되는 것으로, 유체흐름 조절장치의 크기에 따라 변경될 수 있으므로 특별히 한정되지 않지만, 2 내지 8개가 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 유체가 유입되는 미들홀(40)의 상부는 몸체(10)의 유입홈부에 구비되며, 센터홀(20)의 유입부와 연통될 수 있다.

이러한 미들홀(40)은 도 5와 같이 통과한 유체가 직선형의 흐름을 가지게 한다. 다시 말해, 미들홀(40)은 가이드 역할을 하는 직선형 공기 흐름을 만들어 냄으로서, 센터홀(20)의 나선형 가이드홈(24)을 따라 형성된 와류가 센터홀(20)의 말단부를 통과한 후 이동통로의 벽면이나, 사이드홀(30)을 통과한 공기와 부딪혀서 와류상태가 소멸하는 것을 방지하고, 센터홀(20)과 사이드홀(30)을 통과한 와류 형태의 공기 흐름이 각각 와류를 유지하면서 엔진으로 공급되도록 한다.

여기서, 복수개 미들홀(40)의 단면적의 총합은 센터홀(20) 최소 단면적의 1.1 내지 1.5배로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 미들홀(40)을 통과하는 유량은 센터홀(20)의 전단부에서 발생하는 유체의 유속 및 압력에 따라 센터홀(20)을 통과하는 유체의 유속이 변화를 발생하는 부분을 보완하여 주는 역할도 한다. 그리고 센터홀(20)에 유체가 흐르면서 후단부에 와류 현상이 발생 하는데, 미들홀(40)을 통과하는 유체가 에어 커튼 역할을 하여 센터홀(20)을 통과한 유체의 유속이 떨어지지 않게 한다.

또한, 미들홀(40)은 유체흐름 조절장치로 유입되는 유체가 저속으로 유입되는 경우, 단위 시간 당 센터홀(20)의 나선형 가이드홈(24)을 따라 통과하는 유체량이 부족해 질 수 있는 문제점을 보완하는 기능을 제공한다. 다시 말해, 미들홀(40)은 유체의 이동경로가 긴 센터홀(20)보다 짧은 이동경로를 가지고 있기 때문에 저속으로 유입되는 유체를 센터홀(20)보다 빠르게 통과시키므로, 강한 압력이 작용하지 않더라도 유체를 안정적으로 공급하는 기능을 제공한다.

이와 같이, 미들홀(40)은 인테이크 내부가 진공상태로 될 때, 통기공 역할을 하여 센터홀(20)을 통과하는 유체의 유속이 떨어지지 않게 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치는 피스톤의 왕복운동을 통해 흡입 공기의 이동통로에 진공상태가 도입되면, 피스톤이 빠른 속도로 왕복 운동을 할 때 센터홀(20)을 기준으로 사이드홀(30)과 미들홀(40)이 서지탱크로 공급되는 흡입공기에 대한 통기공 역할을 하고, 흡입공기를 분할하는 역할을 함으로써, 센터홀(20)을 통과하는 유체의 유속이 떨어지지 않게 한다.

한편, 센터홀(20)과 사이드홀(30) 및 미들홀(40)이 끝나는 지점이 동일하면, 센터홀(20)과 사이드홀(30)을 통과하는 유체에 미세 와류 현상이 발생하고, 양력이 발생함으로써 유체의 가속이 저하될 수 있다.

이러한 유체 가속의 저하를 방지하기 위해 유체가 배출되는 몸체(10)의 하부에는 미들홀(40)이 연장되도록 미들홀(40)에 연통된 통로를 갖는 연장관이 구비될 수 있다.

상기 연장관은 센터홀(20)과 사이드홀(30)에 의해 유체 흐름의 회전이 끝날 때, 센터홀(20)과 사이드홀(30)의 교체지점에서 발생하는 미세 와류 및 양력을 완화시켜 주고, 와류형성을 지연시키는 역할을 하여 유체가 안정적으로 흐르게 하는 효과를 제공한다.

필요에 따라, 상기 연장관은 미들홀(40)의 중심축을 기준으로 테이퍼(taper)지도록 형성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 연장관은 몸체(10)에 접촉되는 선단부터 몸체(10)로부터 멀어진 후단까지 점차 외경이 축소되도록 형성된다.

이러한 연장관이 테이퍼지도록 형성되면, 센터홀(20)과 미들홀(40) 사이에서 센터홀(20)을 통과한 제1 유체가 미들홀(40)쪽으로 이동할 때 상기 제1 유체에 작용하는 양력을 완화시켜 주며, 사이드홀(30)과 미들홀(40) 사이에서 사이드홀(30)을 통과한 제2 유체가 미들홀(40)쪽으로 이동할 때 상기 제2 유체에 작용하는 양력을 완화시켜 주는 효과를 제공한다.

본 발명에 따른 유체흐름 조절장치는 테프론 코팅층(미도시)을 더 포함할 수 있다.

상기 테프론 코팅층은 몸체(10)의 표면과 센터홀(20) 및 사이드홀(30)의 내부면에 구비된 것으로, 유체흐름 조절장치가 고온의 환경에서 견딜 수 있도록 도와준다.

또한, 테프론 코팅층은 유체흐름 조절장치를 통과하는 유체의 마찰저항을 감소시키며, 유체가 디젤인 경우에는 유체흐름 조절장치의 표면에 카본이 들러붙는 것을 차단한다.

도 6은 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 정면도이며, 도 7은 도 6의 유체흐름 조절장치를 나타내는 단면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치는 유체 저장구(60) 및 인넷 호스 결합부(70)를 더 포함할 수 있다.

상기 유체 저장구(60)와 인넷 호스 결합부(70)는 파이프와 파이프 사이에 유체흐름 조절장치를 결합시키기 위해 구비된 것으로, 본체와 일체형 구조를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 유체 저장구(60)와 반대 방향에 위치한 몸체(10) 말단의 외주면에는 몸체(10)를 파이프의 내부에 끼움 결합시킬 수 있도록 하는 끼움유지 돌기가 구비될 수 있다.

구체적으로, 상기 유체 저장구(60)는 보조 서지탱크의 역할을 하기 위해 몸체(10)보다 확장된 직경을 갖는다. 이를 위해, 유체 저장구(60)는 몸체(10)의 선단에 설치되고, 상기 센터홀(20) 및 사이드홀(30)에 연통되는 중공이 형성된다. 이러한 유체 저장구(60)는 파이프와 파이프 사이에 배치되므로, 각 파이프를 밀폐시킬 수 있도록 파이프의 내경보다 큰 직경을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 인넷 호스 결합부(70)는 상기 몸체(10)와 반대 방향에 위치한 유체 저장구(60)의 선단에 구비되는 것으로, 유체 저장구(60)에 연통되며 유체 저장구(60)보다 축소된 직경을 갖도록 형성된다. 이때, 인넷 호스 결합부(70)는 유체 저장구(60)와 접촉되는 일단과 대향되는 타단의 외주면에 끼움유지 돌기가 구비될 수 있다.

이러한 몸체(10)와 인넷 호스 결합부(70)는 클램프(clamp) 등을 통해 각 파이프에 결합시킬 수 있다.

본 발명은 전술한 유체흐름 조절장치가 구비된 체크밸브를 제공한다.

도 8은 본 발명에 따른 유체흐름 조절장치가 구비된 체크밸브를 나타내는 사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 체크밸브는 인넷 포트(130)가 구비된 캡(100)과, 상기 캡(100)에 결합되며 아웃넷 포트(230)가 구비된 하우징(200), 상기 캡(100)과 하우징(200) 사이에 구비된 격막(300)을 포함한다.

보다 구체적으로, 상기 캡(100)은 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 제1 중공(110)이 형성되고, 상기 제1 중공(110)에 연통된 제1 개구부(120)가 형성되며, 상기 제1 중공(110)에 연통된 인넷 포트(130)가 구비된다. 이때, 인넷 포트(130)의 외주면에는 인넷 포트(130)를 파이프의 내부에 끼움 결합시킬 수 있도록 하는 끼움유지 돌기가 구비될 수 있다.

또한, 상기 캡(100)은 제1 중공(110)과 인넷 포트(130) 사이에 구비되며 테두리를 따라 복수개의 제1 관통홀(142)이 형성된 제1 격벽(140)이 구비될 수 있다. 여기서, 제1 관통홀(142)은 도 11에 도시된 바와 같이 소정 길이를 갖도록 형성되어 제1 격벽(140)을 통과하는 유체를 분산시켜주고 유체가 직선형의 흐름을 갖게 한다. 이때, 제1 관통홀(142)은 체크밸브의 크기에 따라 변경될 수 있으므로 특별히 한정되지 않지만, 4 내지 10개가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 하우징(200)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 캡(100)의 제1 개구부(120)를 통과한 유체가 유입될 수 있도록 캡(100)의 제1 개구부(120)에 대응되는 제2 개구부(220)가 형성되고, 상기 제2 개구부(220)에 연통된 제2 중공(210)이 형성되며, 상기 제2 중공(210)에 연통된 아웃넷 포트(230)가 구비된다. 이때, 아웃넷 포트(230)의 외주면에는 아웃넷 포트(230)를 파이프의 내부에 끼움 결합시킬 수 있도록 하는 끼움유지 돌기가 구비될 수 있다.

또한, 상기 하우징(200)은 제2 중공(210)을 2개의 중공(1차, 2차 중공)으로 분획하도록 하우징(200)의 내부에 제2 격벽(240)이 구비될 수 있다. 이러한 제2 격벽(240)에는 그 테두리를 따라 복수개의 제2 관통홀(242)이 형성된다. 여기서, 제2 관통홀(242)은 도 11에 도시된 바와 같이 캡(100)의 제1 개구부(120)를 통해 하우징(200)의 1차 중공으로 진입한 유체가 분산된 상태로 하우징(200)의 2차 중공으로 진입하도록 유체를 분산시켜주는 기능을 제공한다. 이때, 제2 관통홀(242)은 체크밸브의 크기에 따라 변경될 수 있으므로 특별히 한정되지 않지만, 4 내지 10개가 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 체크밸브는 도 14에 도시된 바와 같이 제2 격벽(240)과 아웃넷 포트(230) 사이에 빈 공간인 유체 저장구(222)를 마련해 줌으로써, 도 11과 같이 제2 관통홀(242)을 통과한 유체에 와류가 발생되도록 한다.

한편, 본 발명에 따른 아웃넷 포트(230)의 내부에는 전술한 유체흐름 조절장치가 구비된다. 예컨대, 유체흐름 조절장치는 진공상태가 선택적으로 도입되는 유체의 이동경로 상에 설치될 수 있도록 원통형 구조로 형성된 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 중앙에 상하 방향으로 벤투리 통로를 형성하는 센터홀(20), 및 상기 센터홀(20)을 중심으로 상기 몸체(10)의 외주면을 따라 상기 몸체(10)의 상하 방향으로 구비되어 센터홀(20)과 다른 통로를 형성하는 복수개의 사이드홀(30)을 포함한다.

필요에 따라, 상기 유체흐름 조절장치는 전술한 바와 같이 개별적으로 제작된 후 체크 밸브에 내삽될 수도 있으나, 도 13에 도시된 바와 같이 아웃넷 포트(230)와 일체형으로 형성될 수도 있다. 이와 같이, 유체흐름 조절장치가 아웃넷 포트(230)와 일체형으로 형성되면, 유체흐름 조절장치의 몸체(10)가 아웃넷 포트(230)를 대체한다.

상기 격막(300)은 하우징(200) 내부의 유체가 캡(100)으로 역류하지 않도록 하우징(200)과 캡(100) 사이를 선택적으로 차단하는 구성으로, 캡(100)의 제1 관통홀(142)을 통해 하우징으로 유체가 유입되는 경우에는 휘어짐을 통해 제1 관통홀(142)로부터 이격되어 제1 관통홀(142)을 개방한다. 그리고 격막(300)은 캡(100)으로부터 유체가 유입되지 않는 경우에는 제1 관통홀(142)에 밀착되어 제1 관통홀(142)을 폐쇄시킨다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 몸체 20 : 센터홀
30 : 사이드홀 40 : 미들홀
50 : 리브 60 : 유체 저장구
70 : 인넷 호스 결합부 100 : 캡
110 : 제1 중공 120 : 제1 개구부
130 : 인넷 포트 140 : 제1 격벽
142 : 제1 관통홀 200 : 하우징
210 : 제2 중공 220 : 제2 개구부
222 :유체 저장구 230 : 아웃넷 포트
240 : 제2 격벽 242 : 제2 관통홀

Claims (8)

1. 진공상태가 선택적으로 도입되는 유체의 이동경로 상에 설치될 수 있도록 원통형 구조로 형성된 몸체;
   상기 몸체의 중앙에 상하 방향으로 벤투리 통로를 형성하고 상기 벤투리 통로의 내주면에 나선형 가이드홈이 구비되는 센터홀;
   상기 센터홀을 중심으로 상기 몸체의 외주면을 따라 상기 몸체의 상하 방향으로 구비되어 센터홀과 다른 통로를 형성하는 복수개의 사이드홀;
   상기 센터홀과 복수개의 사이드홀 사이에 배치되고, 상기 센터홀을 중심으로 센터홀의 테두리를 따라 상기 몸체의 상하 방향으로 형성되어 통과한 유체가 직선형의 흐름을 가지게 하는 복수개의 미들홀; 및
   상기 몸체의 하부에서 상기 미들홀이 연장되도록 미들홀에 연통된 통로를 갖도록 구비된 연장관을 포함하며,
   상기 몸체는 상기 사이드홀의 유입부와 배출부가 넓고 사이드홀의 유입부와 배출부를 연결하는 통로가 좁아지도록 중앙부가 상부 및 하부보다 긴 외경을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 유체흐름 조절장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 미들홀과 사이드홀은
   2 내지 8개가 형성된 것을 특징으로 하는 유체흐름 조절장치.
4. 제1 항에 있어서, 상기 복수개의 사이드홀은
   각 사이드홀 사이에 사이드홀을 구분하는 리브가 형성되며, 상기 리브는 각 사이드홀을 통해 유입된 유체가 회전하면서 배출될 수 있도록 몸체의 상하방향으로 몸체의 측면에 기울어지게 커브형으로 구비된 것을 특징으로 하는 유체흐름 조절장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 몸체의 표면과 상기 센터홀 및 사이드홀의 내부면에 테프론 코팅층이 구비된 것을 특징으로 하는 유체흐름 조절장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 몸체의 선단에 설치되고, 상기 센터홀 및 사이드홀에 연통되는 중공이 형성되며, 상기 몸체보다 확장된 직경을 갖는 유체 저장구; 및
   상기 유체 저장구의 선단에 구비되고 유체 저장구에 연통되며 유체 저장구보다 축소된 직경을 갖는 인넷 호스 결합부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체흐름 조절장치.
7. 제1 중공이 형성되고 상기 제1 중공에 연통된 제1 개구부가 형성되며 상기 제1 중공에 연통된 인넷 포트가 구비된 캡과, 상기 캡에 결합되되 상기 캡의 제1 개구부에 대응되는 제2 개구부가 형성되고 상기 제2 개구부에 연통된 제2 중공이 형성되며 상기 제2 중공에 연통된 아웃넷 포트가 구비된 하우징, 및 상기 캡과 하우징 사이에 구비된 격막을 포함하는 체크밸브에 있어서,
   상기 제2 중공에 연통된 아웃넷 포트의 내부에, 진공상태가 선택적으로 도입되는 유체의 이동경로 상에 설치될 수 있도록 원통형 구조로 형성된 몸체와, 상기 몸체의 중앙에 상하 방향으로 벤투리 통로를 형성하고 상기 벤투리 통로의 내주면에 나선형 가이드홈이 구비되는 센터홀과, 상기 센터홀을 중심으로 상기 몸체의 외주면을 따라 상기 몸체의 상하 방향으로 구비되어 센터홀과 다른 통로를 형성하는 복수개의 사이드홀과, 상기 센터홀과 복수개의 사이드홀 사이에 배치되고, 상기 센터홀을 중심으로 센터홀의 테두리를 따라 상기 몸체의 상하 방향으로 형성되어 통과한 유체가 직선형의 흐름을 가지게 하는 복수개의 미들홀, 및 상기 몸체의 하부에서 상기 미들홀이 연장되도록 미들홀에 연통된 통로를 갖도록 구비된 연장관이 포함된 유체흐름 조절장치를 포함하며,
   상기 몸체는 상기 사이드홀의 유입부와 배출부가 넓고 사이드홀의 유입부와 배출부를 연결하는 통로가 좁아지도록 중앙부가 상부 및 하부보다 긴 외경을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 체크밸브.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제1 중공과 인넷 포트 사이에 구비되며 테두리를 따라 복수개의 제1 관통홀이 형성된 제1 격벽; 및
   상기 제2 중공을 2개의 중공으로 분획하도록 하우징의 내부에 구비되며 테두리를 따라 복수개의 제2 관통홀이 형성된 제2 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체크밸브.

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