KR100623646B1

KR100623646B1 - 자동차의 흡기 시스템

Info

Publication number: KR100623646B1
Application number: KR1020040052418A
Authority: KR
Inventors: 송영석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2004-07-06
Publication date: 2006-09-19
Also published as: KR20060003511A

Abstract

본 발명은 엔진의 회전수(RPM, revolutions per minute) 변동에 따른 소음을 저감시킬 수 있는 자동차의 흡기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 자동차의 흡기 시스템은, 에어 클리너와 터보차저를 연결하는 제1 에어덕트(first airduct); 인터쿨러와 흡기 매니폴드를 연결하는 제2 에어덕트(second airduct); 및 상기 제2 에어덕트의 공기를 상기 제1 에어덕트로 선택적으로 안내하는 바이패스 유닛(bypass unit);을 포함한다.

자동차, 흡기, 터보차저, 인터쿨러, 에어덕트

Description

자동차의 흡기 시스템{INTAKE SYSTEM OF VEHICLE}

도 1은 종래기술에 따른 자동차의 흡기 시스템을 나타낸 블록도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 흡기 시스템을 나타낸 블록도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 흡기 시스템에 관한 것으로서, 일방향 밸브를 나타낸 단면도.

본 발명은 자동차에 관한 것으로서, 더 상세하게는 자동차의 흡기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 흡기장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡입행정시 실린더 내에 충분한 공기를 공급하여 실린더에 필요한 공기량을 공급하기 위한 것으로서, 외부공기의 이물질을 걸러내는 에어 클리너(1; air cleaner)와, 배기 매니폴드(5, exhaust manifold)의 배기압력을 구동원으로 하여 상기 에어 클리너를 통해 유입되는 공기를 압축시키는 터빈(미도시)이 내장된 터보차저(2; turbocharger)와, 상기 터보차저(2)로부터 토출되는 고압/고온의 공기를 냉각시켜 공기의 밀도를 높이는 인터쿨러(3; intercooler)와, 상기 인터쿨러(3)에서 토출되는 고압/고밀도의 공기를 흡입하는 흡기 매니폴드(4; intake manifold)로 이루어진다.

나아가, 상기 인터쿨러(3)에서 토출되는 공기는 바로 흡기 매니폴드(4)로 흡입되는 것이 아니라 서지챔버(미도시) 등을 거쳐 상기 흡기 매니폴드(4)로 흡입되게 된다. 하지만, 설명의 편의상, 상기 흡기 매니폴드(4)는, 상기 서지챔버 등을 포함하는 것으로 정의한다. 그리고, 이하에서는, 서지챔버 등을 흡기 매니폴드(4)로 통일하여 명명한다.

그리고, 상기 자동차의 흡기 시스템은, 상기 에어 클리너(1)와 상기 터보차저(2)를 연결시키는 제1 에어덕트(10; first airduct)와, 상기 인터쿨러(3)와 상기 흡기 매니폴드(4)를 연결하는 제2 에어덕트(20; second airduct)와, 상기 터보차저(2)와 상기 인터쿨러(3)를 연결하는 제3 에어덕트(30; third airduct)를 더 포함한다.

하지만, 상술한 종래기술에 따른 자동차의 흡기 시스템은 다음과 같은 문제가 있다.

엔진(E)의 회전수(RPM, revolutions per minute) 변동에 따라 기 유입된 흡기 매니폴드(4)의 공기가 제2 에어덕트(20)를 따라 인터쿨러(3)로 역류되면서 소음이 발생되는 문제가 있었다.

즉, 가속페달(accelerating pedal)을 온(ON)시킬 경우, 엔진(E)의 흡기밸브(미도시)가 열리고 인터쿨러(3)를 통과한 고압/고밀도의 공기가 이 보다 압력이 낮은 흡기 매니폴드(4)로 유입된다. 그러나, 이후 가속페달을 오프(OFF)시키게 되면, 흡기밸브 닫히게 되고 제2 에어덕트(20)내에는 관성에 의해 계속 밀려오던 공기에 압력이 누적되게 된다. 이후 상대적으로 압력이 낮은 인터쿨러(3)로 공기가 역류되면서 "휙"하는 소음을 발생시키게 된다.

또한, 엔진(E)의 회전수 변동에 따라 터보래그(turbo lag) 현상 및 이에 따른 소음이 발생되는 문제가 있었다.

즉, 가속페달을 오프(OFF)시키게 되면 터보차저의 터빈 회전이 급속히 떨어지며, 다음에 가속패널을 온(ON)시켜 공기가 유입될 때까지는 시간적인 지연이 생기게 되어 응답성이 떨어지게 된다. 또한 "그르륵"하는 소음이 발생된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 엔진의 회전수 변동에 따른 소음을 저감시킬 수 있는 자동차의 흡기 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자동차의 흡기 시스템은, 외부공기의 이물질을 걸러내는 에어 클리너(air cleaner); 상기 에어 클리너로부터 유입되는 공기를 배기가스의 에너지를 이용하여 고압으로 만드는 터보차저(turbocharger); 상기 터보차저를 통과한 공기를 냉각시키는 인터쿨러(intercooler); 및 상기 인터쿨러로부터 공기를 인가받는 흡기 매니폴드(intake manifold);를 포함하고,

상기 에어 클리너와 상기 터보차저를 연결하는 제1 에어덕트(first airduct); 상기 인터쿨러와 상기 흡기 매니폴드를 연결하는 제2 에어덕트(second airduct); 및 상기 제2 에어덕트의 공기를 상기 제1 에어덕트로 선택적으로 안내하는 바이패스 유닛(bypass unit);을 포함한다.

여기서, 상기 바이패스 유닛은, 상기 제1 에어덕트와 상기 제2 에어덕트 연결시키는 바이패스관(bypass pipe); 및 상기 바이패스관에 구비되며, 상기 제2 에어덕트 내의 공기의 압력과 상기 제1 에어덕트 내의 공기의 압력의 차이에 대응하여 상기 제2 에어덕트의 공기가 상기 제1 에어덕트로 유입되도록 기계적으로 개폐되는 일방향 밸브(one-way valve);를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 일방향 밸브는, 기계적으로 동작되는 것으로서, 상기 바이패스관에 구비되는 밸브바디(valve body); 상기 밸브바디 내에 구비되는 밸브마개(valve plug); 및 상기 밸브바디 내에 구비되어 상기 제2 에어덕트의 압력이 상기 제2 에어덕트의 압력보다 크면 상기 밸브마개를 뒤로 후퇴시키고, 작으면 상기 밸브마개를 원위치시키는 탄성체(elastic body);를 포함하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 공기의 유동소음을 감소시키기 위하여 상기 제1 에어덕트에 설치되는 레조네이터(resonator)를 더 포함하고, 상기 바이패스관의 일단은 상기 레조네이터에 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 레조네이터 중 상기 에어 클리너의 내측에 위치하는 부위에는 공기유입저항을 저감시키기 위한 적어도 두 개의 홀(hole)이 형성되는 것이 보다 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 흡기 시스템을 나타낸 블록도이 다.

본 발명의 실시예에 따른 자동차의 흡기 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부공기의 이물질을 걸러내는 에어 클리너(110; air cleaner)와, 상기 에어 클리너(110)로부터 유입되는 공기를 배기 매니폴드(150; exhaust manifold)의 배기가스 에너지를 이용하여 고압으로 만드는 터보차저(120; turbocharger)와, 상기 터보차저(120)를 통과한 공기를 냉각시키는 인터쿨러(130; intercooler)와, 그리고 상기 인터쿨러(130)로부터 공기를 인가받는 흡기 매니폴드(140; intake manifold)를 포함한다.

이와 함께, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 흡기 시스템은, 상기 에어 클리너(110)와 상기 터보차저(120)를 연결하는 제1 에어덕트(first airduct)와, 상기 인터쿨러(130)와 상기 흡기 매니폴드(140)를 연결하는 제2 에어덕트(second airduct)와, 그리고 상기 제2 에어덕트(220)의 공기를 상기 제1 에어덕트(210)로 선택적으로 안내하는 바이패스 유닛(300; bypass unit)을 포함한다.

특히, 바이패스 유닛(300)이 구비됨에 따라, 압력차에 의해 인터쿨러(130)로 역류되는 유동공기를 제1 에어덕트[210; 에어 클리너(110)와 터보차저(120) 사이]로 바이패스시킬 수 있으므로 역류에 따른 소음을 차단시킬 수 있게 된다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

또한, 공기의 유동소음을 감소시키기 위하여 상기 제1 에어덕트(210)에 설치되는 레조네이터(400; resonator)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

즉, 레조네이터(400)의 소음 감소효과는 레조네이터의 구조에 의해 결정된 다. 그리고 공기의 유동소음은 엔진의 회전수에 따라 다른 주파수를 가지게 되는데, 고정된 구조를 가지는 레조네이터(400)는 특정한 주파수의 소음에 가장 뛰어난 소음 저감효과를 보이게 된다.

따라서, 공기의 유동소음이 가장 큰 주파수의 소음을 줄이도록 레조네이터(400)의 구조가 설계됨이 바람직하다.

또한, 상기 레조네이터(400) 중 상기 에어 클리너(110)의 내측에 위치하는 부위에는 공기유입저항을 저감시키기 위한 적어도 두 개의 홀(410; hole)이 형성되는 것이 보다 바람직하다.

구체적으로, 적어도 두 개 이상의 홀(410)이 형성되게 되면, 공기의 유입저항을 그 만큼 줄일 수 있으므로 엔진의 회전수 변동에 따른 응답성이 좋아지게 된다. 즉, 터보래그 현상이 줄어들게 되어 "그르륵"하는 소음을 저감시킬 수 있게 된다.

나아가, 이렇게 두 개의 이상의 홀(410)을 대신하여 하나의 홀을 크게 형성시킬 수도 있는데, 이렇게 하나의 홀을 크게 형성시키게 되면, 소음이 홀을 통해 크게 발생되어 레조네이터의 역할을 제대로 수행하지 못하는 우려가 실험을 통해 확인되었다. 따라서, 상기 두 개의 개념은 임계값으로서의 의미가 있다.

한편, 상술한 바이패스 유닛(300)을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 바이패스 유닛(300)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 에어덕트(210)와 상기 제2 에어덕트(220)를 연결시키는 바이패스관(310; bypass pipe)과, 그리고 상기 바이패스관(310)에 구비되며, 상기 제2 에어덕트(220) 내의 공기의 압력과 상기 제1 에어덕트(210) 내의 공기의 압력의 차이에 대응하여 상기 제2 에어덕트(220)의 공기가 상기 제1 에어덕트(210)로 안내되도록 기계적으로 개폐되는 일방향 밸브(320; one-way valve)를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 바이패스관(310)의 일단은 상기 제1 에어덕트(210) 중 상기 레조네이터(400)에 연결되는 것이 보다 바람직하다. 그 이유는, 미미하지만 바이패스관(310)을 통과하면서도 공기의 유동소음이 발생될 수 있는데, 이 또한 상기 레조네이터(400)에서 흡수할 수 있기 때문이다.

특히, 일방향 밸브(320)로 기계적 매카니즘을 갖는 밸브를 채용하는 이유는, 전자적 매카니즘을 갖는 밸브에 비해 비용이 저렴하고, 별도의 제어유닛을 요하지 않는 등 흡기 시스템의 구성을 단순화시킬 수 있기 때문이다.

또한, 기계적 매카니즘의 밸브는 전자적 매카니즘의 밸브에 비해 수분에 강하며 오동작을 일으킬 우려가 거의 없기 때문이다.

일예로, 기계적 매카니즘을 갖는 상기 일방향 밸브(320)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 바이패스관(310)에 구비되는 밸브바디(321; valve body)와, 상기 밸브바디 내에 구비되는 밸브마개(322; valve plug)와, 그리고 상기 밸브바디 내에 구비되어 상기 제2 에어덕트(220)의 압력이 상기 제1 에어덕트의 압력보다 크면 상기 밸브마개(322)를 뒤로 후퇴시키고, 작으면 상기 밸브마개(322)를 원위치시키는 탄성체(323; elastic body)를 포함하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 흡기 시스템의 작용을 설명한다.

외부공기는 에어 클리너(110)를 통과하면서 공기의 이물질이 걸러지고, 이물질이 걸러진 공기는 터보차저(120)에서 고온/고압이 되며, 고온에 의해 팽창된 공기는 인터쿨러(130)를 통고하면서 고밀도가 되어 흡기 매니폴드(140)로 이동하게 된다.

특히, 가속페달(accelerating pedal)을 온(ON)시킬 경우, 엔진(E)의 흡기밸브(미도시)가 열리고 인터쿨러(130)를 통과한 고압/고밀도의 공기는 흡기 매니폴드(140)를 거쳐 이 보다 압력이 낮은 실린더("E" 참조)로 유입된다.

이후 가속페달을 오프(OFF)시키게 되면, 엔지(E)의 흡기밸브가 닫히게 되고 제2 에어덕트(220)내에는 관성에 의해 계속 밀려오던 공기에 압력이 누적되게 되고, 이후 상대적으로 압력이 낮은 인터쿨러(130)로 공기가 역류되기 전에(즉, 역류에 의한 소음이 발생되기 전에) 바이패스관(310)을 따라 제2 에어덕트(220)로 유입되게 된다.

즉, 일방향 밸브(320)의 탄성체(323)의 탄성력이 인터쿨러(130)측의 압력을 힘으로 환산한 값보다 작게 되어, 인터쿨러(130)로 역류되기 전에, 밸브마개(322)가 뒤로 후퇴되고 이와 동시에 제2 에어덕트(220)의 공기가 바이패스관(310)을 따라 제1 에어덕트(210)의 레조네이터(400)로 유입되게 된다.

이에 따라, 인터쿨러(130)로 역류되면서 소음이 발생되는 문제를 미연에 방지할 수 있게 된다.

또한, 가속페달 온(ON)시, 적어도 두 개 이상의 홀(410)에 의해 레조네이터(400)로 유입되는 공기의 유입저항이 크게 저감되므로, 즉 공기의 유입이 원활해짐에 따라, 터보래그 현상 및 이에 따른 "그르륵"소음을 줄일 수 있게 된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 자동차의 흡기 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 의하면, 바이패스 유닛이 구비됨에 따라, 압력차에 의해 인터쿨러로 역류되는 유동공기를 바이패스시킬 수 있으므로 역류에 따른 소음을 차단시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 레조네이터에 홀이 형성됨에 따라, 엔진의 회전수 변동에 따른 터보래그 현상 및 이에 따른 소음이 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에 언급된 모든 효과를 포함한다.

Claims

외부공기의 이물질을 걸러내는 에어 클리너(air cleaner);

상기 에어 클리너로부터 유입되는 공기를 배기가스의 에너지를 이용하여 고압으로 만드는 터보차저(turbocharger);

상기 터보차저를 통과한 공기를 냉각시키는 인터쿨러(intercooler); 및

상기 인터쿨러로부터 공기를 인가받는 흡기 매니폴드(intake manifold);를 포함하고,

상기 에어 클리너와 상기 터보차저를 연결하는 제1 에어덕트(first airduct);

상기 인터쿨러와 상기 흡기 매니폴드를 연결하는 제2 에어덕트(second airduct);

상기 제2 에어덕트의 공기를 상기 제1 에어덕트로 선택적으로 안내하는 바이패스 유닛(bypass unit); 및

공기의 유동소음을 감소시키기 위하여 상기 제1 에어덕트에 설치되는 레조네이터(resonator);를 포함하고,

상기 바이패스 유닛은,

상기 제1 에어덕트와 상기 제2 에어덕트를 연결시키는 바이패스관(bypass pipe); 및

상기 바이패스관에 구비되며, 상기 제2 에어덕트 내의 공기의 압력과 상기 제1 에어덕트 내의 공기의 압력의 차이에 대응하여 상기 제2 에어덕트의 공기가 상기 제1 에어덕트로 유입되도록 기계적으로 개폐되는 일방향 밸브(one-way valve);를 포함하고, 그리고

상기 바이패스관의 일단은 상기 레조네이터에 연결되는 자동차의 흡기 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 일방향 밸브는,

상기 바이패스관에 구비되는 밸브바디(valve body);

상기 밸브바디 내에 구비되는 밸브마개(valve plug); 및

상기 밸브바디 내에 구비되어 상기 제2 에어덕트의 압력이 상기 제1 에어덕트의 압력보다 크면 상기 밸브마개를 뒤로 후퇴시키고, 작으면 상기 밸브마개를 원위치시키는 탄성체(elastic body);를 포함하는 자동차의 흡기 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 레조네이터 중 상기 에어 클리너의 내측에 위치하는 부위에는 공기유입저항을 저감시키기 위한 적어도 두 개의 홀(hole)이 형성되는 자동차의 흡기 시스템.