KR100680788B1

KR100680788B1 - 연속 가변 흡기 시스템

Info

Publication number: KR100680788B1
Application number: KR1020050123198A
Authority: KR
Inventors: 민병혁
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-02-08

Abstract

본 발명은 중속 뿐만 아니라 저속부터 고속영역까지 최적 성능을 내는 흡기 매니폴드의 길이를 구현함으로써 엔진의 각 RPM 마다 최고의 토크를 나타내어 성능이 향상되며 토크 밸리 제거에 의한 운전자의 감성지수가 향상되도록 하는 연속 가변 흡기 시스템을 제공한다.

연속 가변 흡기 시스템, 가변 흡기구, 가변흡기 조절벨트

Description

연속 가변 흡기 시스템 {Continuous variable induction system}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 흡기 시스템의 평면 구성도,

도 2는 도 1의 A-A 선 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 흡기 시스템의 동작 순서도이다.

본 발명은 연속 가변 흡기 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 알피엠에 따라 흡기 유로의 길이를 연속적으로 가변시켜서 엔진 성능을 향상시키는 연속 가변 흡기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 가변 흡기 시스템(VIS; Variable Induction System)은 흡기 매니폴드의 길이나 레조네이터 등 흡기 시스템의 기하학적 형상을 변경함으로써 엔진 운전 조건에 최적인 상태를 유지하여 전부하 성능 향상시키고 부분 부하, 연비, 배기가스를 개선시킨다.

특히, 엔진의 성능은 체적효율, 즉 얼마나 많은 공기를 연소실로 흡입할 수 있는가에 따라 크게 좌우되는데, 이에 대한 영향을 크게 미치는 인자로서 흡입공기의 관성효과와 흡기 매니폴드내의 맥동효과 및 레조네이터의 공명효과가 있다. 이 중, 관성효과와 맥동효과는 흡기 매니폴드 길이에 큰 영향을 받는다. 일반적으로 저속에서는 흡기 매니폴드 길이가 길고 직경이 작으면 체적효율 증대에 유리하고 반대로 고속에서는 흡기 매니폴드 길이를 짧게 하고, 직경을 크게 하면 체적효율이 커진다.

가변 흡기 시스템(VIS)은 이러한 흡기 유로를 가변시키는 것을 목적으로 하고 있으나, 기하학적인 복잡성과 차량에서의 장착성으로 인하여 대부분의 경우, 2단 타입으로 온/오프 밸브를 이용하여 흡기 유로의 길이를 변경하는 방식을 채택하고 있다.

그러나 상기와 같은 2단 타입의 가변 흡기 시스템은, 저속과 고속용에 각각 적합한 흡기 매니폴드 길이를 갖고 있기 때문에 중속 영역에서의 출력 저하라는 고유의 문제를 안고 있다.

또한, 중속용 흡기 매니폴드 길이를 갖는 3단 타입의 가변 흡기 시스템의 개발이 요구되지만, 이러한 3단 타입의 가변 흡기 시스템은 외형이 더욱 커질 우려가 있을 뿐만 아니라 중속에서 저속 및 고속영역으로 변환시 반드시 토크 밸리가 발생하게 되는데, 이러한 토크 밸리는 엔진의 운전성 저하로 이어지며 이는 운전자의 차에 대한 감성적 요인을 저하시키게 되므로, 컴팩트한 구조의 연속 가변 흡기 시스템의 개발이 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 중속 뿐만 아니라 저속부터 고속영역까지 최적 성능을 내는 흡기 매니폴드의 길이를 구현함으로써 엔진의 각 RPM 마다 최고의 토크를 나타 내어 성능이 향상되며 토크 밸리 제거에 의한 운전자의 감성지수가 향상되도록 하는 연속 가변 흡기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연속 가변 흡기 시스템은, 일측이 서지탱크와 연결되고 반대측은 엔진의 각 흡기포트와 연결되며, 내측 바닥면에는 각 흡기포트로 구획하는 격벽이 구성되는 가변흡기 하우징; 상기 가변흡기 하우징의 내부 일측방에 폭방향으로 구성되는 리턴수단; 상기 가변흡기 하우징의 타측방에 폭방향으로 구성되어 제어기의 제어신호에 따라 구동하는 벨트구동수단; 상기 가변흡기 하우징의 내부를 상하로 구획하며, 폭방향을 따라 일정간격으로 일측에 각각의 엔진 흡기포트에 대응하는 가변 흡기구를 형성하며, 일단은 상기 리턴수단에 연결되고, 타단은 상기 벨트구동수단에 연결되는 가변흡기 조절벨트로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 리턴수단은 상기 가변흡기 하우징의 내부 일측방에서 폭방향으로 각 격벽을 관통하여 배치되어 양단이 가변흡기 하우징에 고정되는 스프링 고정봉; 상기 각 격벽 사이에서, 상기 스프링 고정봉에 수회 감긴 상태로 일단이 상기 스프링 고정봉에 고정되고, 타단은 상기 가변흡기 조절벨트의 일단과 고정 연결되는 감김 스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 벨트구동수단은 상기 가변흡기 하우징의 외부 일측에 장착되며, 그 회전축은 상기 가변흡기 하우징의 내부 타측방에서 폭방향으로 배치되어 제어기의 제어신호에 따라 회전 구동하는 구동모터; 상기 가변흡기 하우징의 내부 타측방의 상 기 회전축 상에 장착되며, 상기 가변흡기 조절벨트의 타단이 연결된 상태로, 구동모터의 회전구동에 따라 상기 가변흡기 조절벨트를 감거나 풀도록 작동하는 벨트풀리로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 구동모터는 제어신호에 따라 그 회전수를 제어할 수 있는 스텝모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 제어기는 엔진 RPM에 따라 상기 벨트구동수단의 제어신호를 출력하는 엔진제어유닛(ECU) 인 것을 특징으로 한다.

상기 가변흡기 하우징의 내부에는 상기 가변흡기 하우징의 내부 벨트구동수단에 대응하여 폭방향으로 바닥면에 하단이 고정되고, 상단은 상기 가변흡기 조절벨트를 가이드하는 가이드 홀이 형성된 상태로 가변흡기 하우징의 내측부에 고정되는 벨트 가이더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 흡기 시스템의 평면 구성도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선 단면도이다.

상기 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속 가변 흡기 시스템은, 먼저 가변흡기 하우징(1)이 구비된다.

상기 가변흡기 하우징(1)은 그 일측이 서지탱크(미도시)와 연결되고 반대측은 엔진의 각 흡기포트(미도시)와 연결되며, 내측 바닥면에는 상기 각 흡기포트로 구획하는 격벽(3)이 구성된다.

상기 가변흡기 하우징(1)의 내부 일측방에는 폭방향으로 리턴수단(7)이 구성 되며, 상기 가변흡기 하우징(1)의 타측방에는 폭방향으로 벨트구동수단(9)이 구성되어 제어기(11)의 제어신호에 따라 구동하게 된다.

그리고 상기 가변흡기 하우징(1)의 내부를 상하로 구획하여 가변흡기 조절벨트(5)가 구성되는데, 상기 가변흡기 조절벨트(5)는 가변흡기 하우징(1)의 폭방향을 따라 일정간격으로 일측에 각각의 엔진 흡기포트 측에 대응하는 가변 흡기구(13)를 형성하며, 일단은 상기 리턴수단(7)에 연결되고, 타단은 상기 벨트구동수단(9)에 연결된다.

상기에서, 리턴수단(7)은 상기 가변흡기 하우징(1)의 내부 일측방에서 폭방향으로 각 격벽(3)을 관통하여 배치되어 양단이 가변흡기 하우징(1)에 고정되는 스프링 고정봉(15)과 상기 각 격벽(3) 사이에서, 상기 스프링 고정봉(15)에 수회 감긴 상태로 일단이 상기 스프링 고정봉(15)에 고정되고, 타단은 상기 가변흡기 조절벨트(5)의 일단과 고정 연결되는 감김 스프링(17)로 이루어진다.

그리고 상기 벨트구동수단(9)은 상기 가변흡기 하우징(1)의 외부 일측에 구동모터(19)가 장착되며, 상기 구동모터(19)의 회전축(21)은 상기 가변흡기 하우징(1)의 내부 타측방에서 폭방향으로 배치되어 제어기(11)의 제어신호에 따라 회전 구동하게 된다.

또한, 상기 벨트구동수단(9)은 가변흡기 하우징(1)의 내부 타측방의 상기 회전축(21) 상에 벨트풀리(23)가 장착되어 상기 가변흡기 조절벨트(5)의 타단이 연결된 상태로, 상기 구동모터(19)의 회전구동에 따라 상기 가변흡기 조절벨트(5)를 감거나 풀도록 작동하게 된다.

여기서, 상기 구동모터(19)는 제어기(11)의 제어신호에 따라 그 회전수를 제어할 수 있는 스텝모터로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제어기(11)는 엔진 RPM에 따라 상기 벨트구동수단(9)의 구동모터(19)를 제어하도록 제어신호를 출력하는 엔진제어유닛(ECU) 인 것이 바람직하다.

한편, 상기 가변흡기 하우징(1)의 내부에는 상기 가변흡기 하우징(1)의 내부 벨트구동수단(9)의 벨트풀리(23)에 대응하여 폭방향으로 바닥면(F)에 벨트 가이더(25)가 그 하단을 통하여 고정된다.

그리고 상기 벨트 가이더(25)의 상단은 상기 가변흡기 조절벨트(5)를 가이드하는 가이드 홀(27)이 형성된 상태로 가변흡기 하우징(1)의 내측부에 고정된다.

따라서, 상기와 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 연속 가변 흡기 시스템의 작동을 도 3의 순서도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연속 가변 흡기 시스템의 동작 순서도이다. 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연속 가변 흡기 시스템은, 엔진 시동이 걸리면 단계(S1) 즉, 아이들 시에, 제어기(11)는 구동모터(19)를 제어하여 가변흡기 조절벨트(5)를 벨트풀리(23)에 감아서, 가변 흡기구(13)를 써지탱크로부터의 유입구(P1) 및 흡기포트로의 유출구(P2)로부터 멀리 위치하도록 하여 롤 런너(LONG RUNNER)를 형성한다.(S2)

이 후, 제어기(11)는 지속적으로 엔진의 RPM을 검출하여 변화가 있는가를 판단하게 되는데,(S3) 이 때, 엔진의 RPM이 저속에서 고속으로 변화하는 경우에는 엔진의 RPM에 비례하여 제어기(11)가 구동모터(19)의 설정된 회전수를 정방향으로 제 어하여 상기 가변 흡기구(13)를 써지탱크로부터의 유입구(P1) 및 흡기포트로의 유출구(P2)로부터 가깝게 위치하도록 숏 런너(SHORT RUNNER)를 형성한다.(S4)

반대로, 상기 단계(S3)에서, 엔진의 RPM이 고속에서 저속으로 변화하는 경우에는 엔진의 RPM에 비례하여 제어기(11)가 구동모터(19)의 설정된 회전수를 역방향으로 제어하여 상기 가변 흡기구(13)를 써지탱크로부터의 유입구(P1) 및 흡기포트로의 유출구(P2)로부터 멀리 위치하도록 롱 런너(LONG RUNNER)를 형성한다.(S5)

이와 같이, 상기 단계(S4,S5)에서 제어된 가변 흡기구(13)의 위치에 따라 제어기(11)는 지속적으로 엔진이 정속주행을 하는지를 판단하며,(S6) 이 때, 엔진이 정속주행을 하는 것으로 판단하면, 제어기(11)는 정속주행 상태를 유지하도록 상기 구동모터(19)의 제어를 중지하며,(S7) 엔진이 정속주행을 하지 않는 것으로 판단하면, 상기 엔진의 RPM 변화를 판단하는 단계(S3)로 리턴된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 엔진의 전 RPM영역에서 가변 흡기구의 위치제어를 통하여 흡기 매니폴드의 길이를 연속적으로 가변시켜서 엔진의 전체 속도 영역에서 출력을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 토크 밸리 제거에 의한 운전자의 감성지수를 향상시킬 수 있으며, 그 구조도 컴팩트하여 엔진의 상품성 향상을 도모하는 효과가 있다.

Claims

일측이 서지탱크와 연결되고 반대측은 엔진의 각 흡기포트와 연결되며, 내측 바닥면에는 각 흡기포트로 구획하는 격벽이 구성되는 가변흡기 하우징;

상기 가변흡기 하우징의 내부 일측방에 폭방향으로 구성되는 리턴수단;

상기 가변흡기 하우징의 타측방에 폭방향으로 구성되어 제어기의 제어신호에 따라 구동하는 벨트구동수단;

상기 가변흡기 하우징의 내부를 상하로 구획하며, 폭방향을 따라 일정간격으로 일측에 각각의 엔진 흡기포트에 대응하는 가변 흡기구를 형성하며, 일단은 상기 리턴수단에 연결되고, 타단은 상기 벨트구동수단에 연결되는 가변흡기 조절벨트로 구성되는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흡기 시스템.
제1항에 있어서,

상기 리턴수단은 상기 가변흡기 하우징의 내부 일측방에서 폭방향으로 각 격벽을 관통하여 배치되어 양단이 가변흡기 하우징에 고정되는 스프링 고정봉;

상기 각 격벽 사이에서, 상기 스프링 고정봉에 수회 감긴 상태로 일단이 상기 스프링 고정봉에 고정되고, 타단은 상기 가변흡기 조절벨트의 일단과 고정 연결되는 감김 스프링;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흡기 시스템.
제1항에 있어서,

상기 벨트구동수단은 상기 가변흡기 하우징의 외부 일측에 장착되며, 그 회전축은 상기 가변흡기 하우징의 내부 타측방에서 폭방향으로 배치되어 제어기의 제어신호에 따라 회전 구동하는 구동모터;

상기 가변흡기 하우징의 내부 타측방의 상기 회전축 상에 장착되며, 상기 가변흡기 조절벨트의 타단이 연결된 상태로, 구동모터의 회전구동에 따라 상기 가변흡기 조절벨트를 감거나 풀도록 작동하는 벨트풀리;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흡기 시스템.
제3항에 있어서,

상기 구동모터는 제어신호에 따라 그 회전수를 제어할 수 있는 스텝모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흡기 시스템.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 제어기는 엔진 RPM에 따라 상기 벨트구동수단의 제어신호를 출력하는 엔진제어유닛(ECU) 인 것을 특징으로 하는 연속 가변 흡기 시스템.
제1항에 있어서,

상기 가변흡기 하우징의 내부에는

상기 가변흡기 하우징의 내부 벨트구동수단에 대응하여 폭방향으로 바닥면에 하단이 고정되고, 상단은 상기 가변흡기 조절벨트를 가이드하는 가이드 홀이 형성 된 상태로 가변흡기 하우징의 내측부에 고정되는 벨트 가이더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 가변 흡기 시스템.