JP2013104425A - 車両用可変吸気システム - Google Patents

Abstract

【課題】 車両用可変吸気システムを提供する。
【解決手段】 エンジンの回転数に応じて各燃焼室に供給する空気量を調節するためのものであって、空気を吸入するメインダクトと補助ダクトとが連結されたエアクリーナ本体、前記エアクリーナ本体の内部で前記補助ダクトと連通するように設けられるバルブハウジング、前記バルブハウジングに備えられ、バルブハウジングの開閉量を選択的に調節するバルブアセンブリ、前記バルブハウジングに設けられ、前記バルブアセンブリを作動させるアクチュエータ、及び、前記アクチュエータの作動を制御する制御機、を含み、前記アクチュエータは、コイルに印加される電流によって直線運動をするモータ軸が備えられたリニアモータからなることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の吸気システムに係り、より詳しくは、エンジンの回転数に応じて各燃焼室に供給する空気量を可変的に調節できる可変吸気システムに関する。

一般に、車両に搭載するエンジンの可変吸気システムは、吸気ダクトから吸入する空気をエアクリーナボックス内部のフィルタエレメントによって濾過し、エンジンを高速高負荷領域で運転するときは、吸気空気の不足を補うために複数の吸気ダクトを備えている。

従来のこのような可変吸気システムは、二つに分枝する吸気ダクトをエアクリーナハウジングに接続する構造からなり、エンジンの低速低負荷領域では吸気ダクトの一側のみ開放し、エンジンの高速高負荷領域では吸気ダクトを全てを開放する。
（例えば特許文献１参照。）

前記可変吸気システムは、二つの吸気ダクトのいずれか一つを選択的に開閉するためのバルブアセンブリ、及びそのバルブアセンブリに駆動力を提供するアクチュエータを備え、この中でアクチュエータは、半能動型と能動型に区分できる。

ここで、半能動型のアクチュエータの例として、ソレノイドを用いた真空式アクチュエータ、磁石を用いた自然開閉式アクチュエータが挙げられ、能動型のアクチュエータはＤＣモータを使用している。

ところが、従来技術において、半能動型のアクチュエータは、吸気ダクトの開放面積を調節することが難しく、エンジンの最大ＲＰＭで完全に開放されず、吸圧（ｉｎｔａｋｅ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の上昇により最大出力が損失し、加速ブーミングの線形性が低下し、応答速度が遅いという短所がある。

また、従来技術において能動型のアクチュエータは、高価のＤＣモータを用いるため、原価が上昇し、動力を伝達する部分が複雑で、コーキング部位などで騒音が発生するようになり、迅速正確な制御が難しいという短所がある。

特開２００２−２１６５９号公報

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、加速ブーミングの線形化及び吸気負圧と騒音低減の最適化を行い、エンジン出力を向上させることができ、原価が安価で騒音がなく、迅速正確な制御が可能な車両用可変吸気システムを提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明の実施例による車両用可変吸気システムは、エンジンの回転数に応じて各燃焼室に供給する空気量を調節するためのものであって、空気を吸入するメインダクトと補助ダクトとが連結されたエアクリーナ本体、前記エアクリーナ本体の内部で前記補助ダクトと連通するように設けられるバルブハウジング、前記バルブハウジングに備えられ、バルブハウジングの開閉量を選択的に調節するバルブアセンブリ、前記バルブハウジングに設けられ、前記バルブアセンブリを作動させるアクチュエータ、及び、前記アクチュエータの作動を制御する制御機、を含み、前記アクチュエータは、コイルに印加される電流によって直線運動をするモータ軸が備えられたリニアモータからなることを特徴とする。

また、本発明の実施例による前記車両用可変吸気システムは、前記リニアモータのモータ軸と前記バルブアセンブリとを連結し、前記モータ軸の直線運動を回転運動に変換する動力伝達ユニットをさらに含むことを特徴とする。

また、本発明の実施例による前記車両用可変吸気システムにおいて、前記バルブアセンブリは、前記バルブハウジングに回転可能に設けられるバルブシャフトと、前記バルブシャフトに設けられ、前記バルブハウジングを選択的に開閉するフラップを含むことを特徴とする。

また、本発明の実施例による前記車両用可変吸気システムにおいて、前記動力伝達ユニットは、ボールジョイントを介して前記モータ軸に回転可能に設けられる第１リンク部材と、前記第１リンク部材に回転可能に設けられる第２リンク部材と、前記バルブシャフトと連結し、前記第２リンク部材に回転可能に設けられる第３リンク部材とを含むことを特徴とする。

また、本発明の実施例による前記車両用可変吸気システムにおいて、前記リニアモータは、前記モータ軸が外部に突出されるように設けられるモータハウジングと、前記モータハウジングの内部に設けられ、コイルが巻かれ、前記モータ軸がガイド部材を介して直線移動可能に設けられる永久磁石を含むことを特徴とする。

また、本発明の実施例による前記車両用可変吸気システムにおいて、前記リニアモータは、前記モータ軸に固定され、前記モータハウジングの内部で前記モータ軸の直線運動を支持する支持板と、前記モータハウジングの内壁と支持板との間に装着され、前記支持板で弾発力を発揮する弾性部材を含むことを特徴とする。

前記制御機は、エンジンの運転条件に応じた前記補助ダクトの開放量を算出し、前記補助ダクトの開放量に相応する電流を前記アクチュエータに印加し、前記アクチュエータによる前記バルブアセンブリの駆動で前記バルブハウジングの開放量を調節することができることを特徴とする。

また、本発明の実施例による前記車両用可変吸気システムは、前記エアクリーナ本体に設けられ、前記エアクリーナ本体の空気吸入圧力を感知し、その感知信号を制御機に出力する圧力センサをさらに含むことができることを特徴とする。

前記制御機は、前記圧力センサによって感知された前記エアクリーナ本体の空気吸入圧力に応じて前記補助ダクトを介する必要な空気流入量を算出し、前記必要な空気流入量に相応する電流を前記アクチュエータに印加し、前記アクチュエータによる前記バルブアセンブリの駆動で前記バルブハウジングの開放量を調節することができることを特徴とする。

前記制御機は、前記エアクリーナ本体の吸圧信号値をフィードバックして、エンジンの運転領域や条件にかかわらず、一定の吸圧値を維持させることができることを特徴とする。

本発明は、バルブアセンブリを作動させるアクチュエータとしてボイスコイルモータのようなリニアモータを用いるため、既存の半能動型に比べて加速ブーミングの線形化が可能であり、吸気負圧を一定に維持することができる。また、騒音低減とエンジン出力を向上することができる。さらに、既存の能動型に比べて原価が安価で騒音を減らすことができ、迅速正確な制御ができる効果を期待されている。

これら図面は、本発明の例示的な実施例を説明するにおいて参照するためのものであり、本発明の技術的な思想を、添付した図面に限定して解釈してはならない。
本発明の実施例による車両用可変吸気システムを示す図である。 本発明の実施例による車両用可変吸気システムの一部分を示す斜視図である。 本発明の実施例による車両用可変吸気システムの他の一部分を示す部分切開斜視図である。 本発明の実施例による車両用可変吸気システムに適用されるアクチュエータを示す部分切開斜視図である。 本発明の実施例による車両用可変吸気システムに適用される動力伝達ユニットを概略的に示す図である。 本発明の他の実施例による車両用可変吸気システムを示す図である。

以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の実施例について、当業者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で具現することができ、ここで説明する実施例に限らない。

本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似である構成要素に対しては同一の参照符号を付ける。

また、図面に示した各構成の大きさ及び厚さは説明の便宜のために任意に示したものであって、本発明が必ず図面に示されたものに限定されるわけではなく、様々な部分及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。

図１は、本発明の実施例による車両用可変吸気システムを示す図である。

図１を参照すると、本発明の実施例による車両用可変吸気システム１００は、エンジンの各燃焼室に空気を供給するための車両エンジンの吸気システムに適用される。

前記可変吸気システム１００は、燃焼室に供給される空気をフィルタリングするエアクリーナを含み、エンジンの回転数に応じて各燃焼室に供給する空気量を可変的に調節することができる。

例えば、前記可変吸気システム１００は空気を吸入する二つのダクトを備えており、エンジンの低中速区間では一つのダクトを介して各燃焼室に空気を供給し、エンジンの高中速区間では吸気の不足を補うために二つのダクトを介して各燃焼室に空気を供給することができる。

本発明の実施例による前記車両用可変吸気システム１００は、既存の半能動型に比べて加速ブーミングの線形化が可能であり、吸気負圧を一定に維持して、エンジンの出力を向上することができる。

また、既存の能動型に比べて原価が安価で騒音がなく、迅速正確な制御が可能な構造からなる。

図２は、本発明の実施例による車両用可変吸気システムの一部分を示す斜視図であり、図３は、本発明の実施例による車両用可変吸気システムの他の一部分を示す部分切開斜視図である。

図１乃至図３を参照すると、本発明の実施例による前記車両用可変吸気システム１００は、基本的に、エアクリーナ本体１０と、バルブハウジング２０と、バルブアセンブリ３０と、アクチュエータ５０と、動力伝達ユニット７０と、制御機９０とを含み、以下に、これらについて構成別に説明する。

本発明の実施例において、前記エアクリーナ本体１０は、エンジンの各燃焼室に供給される空気（吸気）をフィルタリングするものであって、空気中の異物を除去するフィルタエレメント（図示せず）を含んでいる。

前記エアクリーナ本体１０は、吸入空気が流入する二つの吸入部が形成されており、それぞれの吸入部には、空気を吸入するメインダクト１１と補助ダクト１３とが設けられる。

ここで、前記メインダクト１１は、エンジンの低中速区間で吸入空気を各燃焼室に供給するためのものであり、補助ダクト１３は、エンジンの中高速区間でメインダクト１１と共に吸入空気を各燃焼室に供給するためのものである。

そして、前記エアクリーナ本体１０には、メインダクト１１及び／又は補助ダクト１３を介して吸入される空気を各燃焼室に排出するための排出部（図示せず）が備えられる。

このようなエアクリーナ本体１０は、当業界で幅広く用いられる公知技術のエアクリーナからなるため、本明細書でその構成に関するさらに詳しい説明は省略する。

本発明の実施例において、前記バルブハウジング２０は、以下でさらに説明するバルブアセンブリ３０とアクチュエータ５０を装着するためのものであって、エアクリーナ本体１０の内部で前記補助ダクト１３に連結されるように設けられる。

前記バルブハウジング２０は補助ダクト１３と連通し、エアクリーナ本体１０の内部に固定されるように設けられる。

本発明の実施例において、前記バルブアセンブリ３０は、前記補助ダクト１３と連通するバルブハウジング２０の開放量を選択的に調節するためのものである。

このようなバルブアセンブリ３０は、バルブハウジング２０の一端に構成され、バルブフレーム３１、バルブシャフト３３及びフラップ３５を含んでいる。

前記バルブフレーム３１は円形の環状からなり、バルブハウジング２０の一端に固定されるように設けられる。

前記バルブシャフト３３は、バルブハウジング２０の内部の中心方向を横切ってバルブフレーム３１に回転可能に設けられ、ブッシュとブッシュガイド等を介してバルブフレーム３１に回転可能に設けることができる。

ここで、前記バルブシャフト３３は、バルブフレーム３１を貫通して、バルブハウジング２０の一端外側に突出するように配置される。

そして、前記フラップ３５は、前記バルブハウジング２０を開閉させ、前記バルブハウジング２０に対応するプレート形状でバルブシャフト３３に固定されるように設けられる。

本発明の実施例において、前記アクチュエータ５０は、バルブアセンブリ３０のバルブシャフト３３に駆動力（回転力）を提供するためのものであって、バルブハウジング２０の外側面に固定されるように設けられる。

前記アクチュエータ５０は、ボイスコイルモータのようなリニアモータ５１を例として挙げられる。

本発明の実施例において、前記リニアモータ５１は、フレミングの左手の法則を利用したものであって、コイルに印加される電流によって前後進の直線運動をするモータ軸５２を含んでいる。

具体的に、前記リニアモータ５１は、図４のように、モータハウジング５３と、永久磁石５５と、支持板５７と、弾性部材５９とを含む。

前記モータハウジング５３は、装着ブラケット５４を介してバルブハウジング２０の外側面に固定されるように装着され、上記で言及したモータ軸５２が一方に突出するように設けられる。

前記永久磁石５５はモータハウジング５３の内部に設けられ、コイル５６が巻かれ、モータ軸５２がガイド部材６１によってガイドされ、直線移動可能に設けられる。

したがって、前記コイル５６に電流が印加されると、その電流に比例して、モータ軸５２がガイド部材６１を介して直線運動する。

前記支持板５７はモータ軸５２に固定され、モータハウジング５３の内部でモータ軸５２と共に直線運動する。

そして、前記弾性部材５９は、モータハウジング５３の内壁と支持板５７との間に装着され、支持板５７で弾発力を発揮する。

つまり、前記コイル５６に電流が印加され、モータ軸５２が直線運動をした状態で電流を遮断するようになると、そのモータ軸５２は、支持板５７に作用する弾性部材５９の弾性復原力によって元の位置に復原する。

本発明の実施例において、前記動力伝達ユニット７０は、リニアモータ５１のモータ軸５２とバルブアセンブリ３０のバルブシャフト３３とを連結し、モータ軸５２の直線運動を回転運動に変換する機能を行う。

このような動力伝達ユニット７０はマルチリンク構造からなるが、図５のように、第１リンク部材７１、第２リンク部材７２、及び第３リンク部材７３を含んでいる。

前記第１リンク部材７１は、モータ軸５２の突出端部に回転可能に設けられるが、そのモータ軸５２の突出端部に結合されたボールジョイント７５を介して回転可能に設けられる。

前記第２リンク部材７２は、第１リンク部材７１に回転可能に設けられるが、第１リンク部材７１に一体に突出した第１リンク回転軸７１ａに回転可能に設けられる。

そして、前記第３リンク部材７３は、上記で言及したバルブシャフト３３の突出端部に連結され、第２リンク部材７２に回転可能に設けられる。

ここで、前記第３リンク部材７３は、第２リンク部材７２に一体に突出した第２リンク回転軸７２ａに回転可能に連結される。

前記モータ軸５２が前進／後進することによって、前記第１、２、３リンク部材７１，７２，７３は、それぞれ、前記ボールジョイント７５、第１リンク回転軸７１ａ、第２リンク回転軸７２ａを中心に回転する。したがって、前記バルブシャフト３３は、前記モータ軸５２の前進／後進により回転し、前記フラップ３５が前記バルブハウジング２０を開閉するようになる。

本発明の実施例において、前記制御機９０（図２参照）は、システムの全般的な運用を制御し、エンジンの回転数に応じてアクチュエータ５０のリニアモータ５１を制御するためのものである。

つまり、前記制御機９０は、エンジンの中高速区間で、リニアモータ５１に電気的な信号を印加してバルブアセンブリ３０を作動させることによって、補助ダクト１３の開放量を調節する。

ここで、前記制御機９０は、制御ロジックとして、エンジンの運転条件に応じた補助ダクト１３の開放量を算出し、補助ダクト１３の開放量に相応する電流をリニアモータ５１に印加して、リニアモータ５１の作動によるバルブアセンブリ３０を駆動し、補助ダクト１３を介する空気流入量を調節することができる。

以下に、上記のように構成される本発明の実施例による車両用可変吸気システム１００の作動及び制御方法について、上記で開示した図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の実施例は、エンジンの低中速区間で、メインダクト１１を介して吸入空気をエンジンの各燃焼室に供給する。このとき、アクチュエータ５０のリニアモータ５１は、制御機９０によって作動が停止した状態にある。

つまり、バルブアセンブリ３０のフラップ３５は、補助ダクト１３と通じるバルブハウジング２０を閉鎖した状態にある。

したがって、本発明の実施例では、前記のようにエンジンの低中速区間で、メインダクト１１を介して吸入空気をエンジンの各燃焼室に供給するようになるため、吸気騒音を低減することができ、吸気騒音低減のためのリゾネータなどを削除することができる。

一方、本発明の実施例によるエンジンの中高速区間で、制御機９０は、エンジンの運転条件に応じた補助ダクト１３の開放量を算出し、補助ダクト１３の開放量に相応する電流をリニアモータ５１のコイル５６に印加する。

すると、前記永久磁石５５の磁場に置かれているコイル５６に電流が印加されることによって、その電流に比例して、モータ軸５２がガイド部材６１によってガイドされ、直線運動するようになる。

つまり、前記リニアモータ５１のモータ軸５２は、フレミングの左手の法則によって、モータハウジング５３の外側に前進移動するようになり、支持板５７と共に移動しながら弾性部材５９を加圧する。

したがって、本発明の実施例では、前記のようにモータ軸５２が前進移動することによって、動力伝達ユニット７０の第１ないし第３リンク部材７１，７２，７３によるリンク作動でバルブシャフト３３を回転させる。

すると、前記バルブシャフト３３が回転することによって、フラップ３５は、補助ダクト１３と連通するバルブハウジング２０を開放する。

したがって、本発明の実施例では、エンジンの中高速区間で、メインダクト１１と補助ダクト１３を介して吸入空気をエンジンの各燃焼室に供給することができる。

これによって、本発明の実施例では、エンジンの中高速区間で、メインダクト１１と補助ダクト１３を介して吸入空気をエンジンの各燃焼室に供給することができるため、エンジンの出力をさらに増大することができる。

このような状態で、エンジン状態が低中速区間に転換するようになると、制御機９０は、リニアモータ５１に印加される電流を遮断する。

すると、リニアモータ５１のモータ軸５２は、支持板５７に作用する弾性部材５９の弾性復原力によって元の位置に復元する。

したがって、前記バルブアセンブリ３０のバルブシャフト３３が回転し、前記動力伝達ユニット７０によってフラップ３５が前記バルブハウジング２０を閉鎖するようになる。

以上で説明したとおり、本発明の実施例による車両用可変吸気システム１００によると、バルブアセンブリ３０を作動させるアクチュエータ５０としてボイスコイルモータのようなリニアモータ５１を用いるため、既存の半能動型に比べて加速ブーミングの線形化が可能であり、吸気負圧を一定に維持することができる。また、騒音低減とエンジンの出力向上が期待され、既存の能動型に比べて原価が安価で騒音がなく、迅速正確な制御が可能な効果が期待される。

図６は、本発明の他の実施例による車両用可変吸気システムを示す図である。

図６を参照すると、本発明の他の実施例による車両用可変吸気システム２００によれば、エアクリーナ本体１１０の空気吸入圧力を感知し、その感知信号を制御機９０（以下、図２参照）に出力する圧力センサ１８０をさらに含んでいる。

前記圧力センサ１８０は、通常、当業界で「ＭＡＦセンサ」とも称し、エアクリーナ本体１１０に固定されるように設けられる。

したがって、前記制御機９０は、圧力センサ１８０によって感知されたエアクリーナ本体１１０の空気吸入圧力に応じて補助ダクト１１３を介する必要な空気流入量を算出し、前記必要な空気流入量に応じて前記フラップ３５の開度角を計算し、これに相応する電流をアクチュエータ１５０に印加し、そのアクチュエータ１５０によるバルブアセンブリ１３０の駆動で前記バルブハウジング２０の開放量を調節できるようになる。

そして、前記制御機９０は、エアクリーナ本体１１０の吸圧信号値をフィードバックして、エンジンの運転領域や条件にかかわらず、一定の吸圧値を維持することもできる。

本発明の他の実施例による車両用可変吸気システム２００の残りの構成及び作用は上記実施例と同一であるため、以下でさらに詳しい説明は省略する。

以上から、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属するのは当然である。

本発明は、エンジンの回転数に応じて各燃焼室に供給する空気量を調節できる可変吸気システムの分野に適用できる。

１０，１１０ エアクリーナ本体
１１ メインダクト
１３，１１３ 補助ダクト
２０ バルブハウジング
３０，１３０ バルブアセンブリ
３１ バルブフレーム
３３ バルブシャフト
３５ フラップ
５０，１５０ アクチュエータ
５１ リニアモータ
５２ モータ軸
５３ モータハウジング
５５ 永久磁石
５６ コイル
５７ 支持板
５９ 弾性部材
６１ ガイド部材
７０ 動力伝達ユニット
７１ 第１リンク部材
７２ 第２リンク部材
７３ 第３リンク部材
７５ ボールジョイント
９０ 制御機
１８０ 圧力センサ

Claims (9)

1. エンジンの回転数に応じて各燃焼室に供給する空気量を調節するための車両用可変吸気システムであって、
   空気を吸入するメインダクトと補助ダクトとが連結されたエアクリーナ本体、
   前記エアクリーナ本体の内部で、前記補助ダクトと連通するように設けられるバルブハウジング、
   前記バルブハウジングに備えられ、バルブハウジングの開閉量を選択的に調節するバルブアセンブリ、
   前記バルブハウジングに設けられ、前記バルブアセンブリを作動させるアクチュエータ、及び
   前記アクチュエータの作動を制御する制御機、
   を含み、
   前記アクチュエータは、コイルに印加される電流によって直線運動をするモータ軸が備えられたリニアモータからなることを特徴とする車両用可変吸気システム。
2. 前記リニアモータのモータ軸と前記バルブアセンブリとを連結し、前記モータ軸の直線運動を回転運動に変換する動力伝達ユニット
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用可変吸気システム。
3. 前記バルブアセンブリは、
   前記バルブハウジングに回転可能に設けられるバルブシャフトと、
   前記バルブシャフトに設けられ、前記バルブハウジングを選択的に開閉するフラップと、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の車両用可変吸気システム。
4. 前記動力伝達ユニットは、
   ボールジョイントを介して前記モータ軸に回転可能に設けられる第１リンク部材と、
   前記第１リンク部材に回転可能に設けられる第２リンク部材と、
   前記バルブシャフトと連結し、前記第２リンク部材に回転可能に設けられる第３リンク部材と、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の車両用可変吸気システム。
5. 前記リニアモータは、
   前記モータ軸が外部に突出されるように設けられるモータハウジングと、
   前記モータハウジングの内部に設けられ、前記コイルが巻かれ、前記モータ軸がガイド部材を介して直線移動可能に設けられる永久磁石と、
   前記モータ軸に固定され、前記モータハウジングの内部で前記モータ軸の直線運動を支持する支持板と、
   前記モータハウジングの内壁と支持板との間に装着され、前記支持板で弾発力を発揮する弾性部材と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用可変吸気システム。
6. 前記制御機は、
   エンジンの運転条件に応じた前記補助ダクトの開放量を算出し、
   前記補助ダクトの開放量に相応する電流を前記アクチュエータに印加し、
   前記アクチュエータによる前記バルブアセンブリの駆動で前記バルブハウジングの開放量を調節することを特徴とする請求項１に記載の車両用可変吸気システム。
7. 前記エアクリーナ本体に設けられ、前記エアクリーナ本体の空気吸入圧力を感知し、その感知信号を前記制御機に出力する圧力センサ、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用可変吸気システム。
8. 前記制御機は、
   前記圧力センサによって感知された前記エアクリーナ本体の空気吸入圧力に応じて前記補助ダクトを介する必要な空気流入量を算出し、
   前記必要な空気流入量に相応する電流を前記アクチュエータに印加し、
   前記アクチュエータによる前記バルブアセンブリの駆動で前記バルブハウジングの開放量を調節することを特徴とする請求項７に記載の車両用可変吸気システム。
9. 前記制御機は、
   前記エアクリーナ本体の吸圧信号値をフィードバックして、エンジンの運転領域や条件にかかわらず、一定の吸圧値を維持させることを特徴とする請求項８に記載の車両用可変吸気システム。

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