KR101382282B1

KR101382282B1 - 엔진의 가변 흡기계 장치

Info

Publication number: KR101382282B1
Application number: KR1020120021075A
Authority: KR
Inventors: 윤태민; 김세일
Original assignee: 현대자동차(주)
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2014-04-08
Also published as: DE102012111233A1; JP2013181530A; CN103291510A; US20130220261A1; KR20130099506A

Abstract

본 발명은 엔진의 가변 흡기계 장치에 관한 것으로, 엔진 고RPM 상황에서 엔진룸의 레이아웃 변경과 중량 증가와 원가 상승 및 흡기소음의 발생없이 보조흡기덕트(10)를 통해 많은 양의 신기를 엔진의 연소실로 흡입할 수 있게 됨에 따라 엔진의 출력증대를 도모할 수 있도록 된 것이다.

Description

엔진의 가변 흡기계 장치{VARIABLE INTAKE DEVICE OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 가변 흡기계 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 회전수에 따라 연소실로 공급되는 공기량의 조절이 가능한 엔진의 가변 흡기계 장치에 관한 기술이다.

일반적으로, 엔진 피스톤의 흡입행정시 신기(외부공기)는 도 1에 도시된 바와 같이 흡기덕트(1) → 에어클리너(2) → 흡기호스(3)를 통해 엔진의 연소실로 공급되는 구조로 되어 있으며, 상기 흡기덕트(1)에는 흡기소음을 줄여주기 위한 레조네이터(4)가 장착되어 있다.

특히, 고출력 엔진(터보차저 및 고RPM엔진 등)의 경우 출력증대를 위해서는 더욱 많은 양의 신기가 연소실로 공급되어야 하는 바, 이를 위해 흡기덕트(1) 및 흡기호스(3)의 직경의 단면적 크기를 증대시키거나 또는 그 길이를 짧게해서 연소실까지의 신기 공급 루트(root)를 단순화하는 방안을 사용하고 있다.

하지만, 흡기덕트(1)나 흡기호스(3)의 직경의 단면적 크기를 증대시키는 방안은 협소한 엔진룸의 레이아웃으로 인해 한계가 있고, 또한 흡기덕트(1)나 흡기호스(3)의 길이를 짧게하면 엔진의 연소음이 흡기계를 통해 외부로 쉽게 토출됨에 따라 흡기소음이 증가하고 이로 인해 차량의 상품성이 감소하는 문제가 있었다.

그리고, 흡기덕트(1)나 흡기호스(3)의 길이를 짧게 한 후 흡기소음을 줄이기 위해 레조네이터(4)의 개수를 늘리거나 또는 용량을 크게 하는 방안도 있으나, 이럴 경우 중량 증가 및 원가 상승의 문제점이 발생하게 된다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

이에 본 발명은, 에어클리너에 보조흡기덕트를 설치해서 엔진이 고속으로 회전할 때에 많은 양의 신기가 보조흡기덕트를 통해 연소실로 공급될 수 있도록 함으로써 엔진 회전수에 따라 연소실로 공급되는 공기량의 조절이 가능하도록 하고, 이를 통해 엔진룸의 레이아웃 변경과 중량 증가와 원가 상승 및 흡기소음의 증가 없이 엔진의 출력증대를 도모할 수 있도록 된 엔진의 가변 흡기계 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 가변 흡기계 장치는, 에어클리너의 안쪽으로 일단이 삽입되게 설치되어서 신기를 흡입하는 보조흡기덕트; 및 상기 에어클리너의 안쪽에 위치한 상기 보조흡기덕트에 구비되어서 상기 보조흡기덕트를 개폐시킬 수 있도록 설치되되 흡기부압이 상승함에 따라 개방각이 증가하도록 설치된 자석식 가변밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 에어클리너에 연결 설치되어서 신기를 흡입하는 흡기덕트; 상기 에어클리너를 통과한 공기의 이동을 연소실로 안내하는 흡기호스; 및 상기 흡기덕트에 설치되어서 흡기소음을 감소시키는 레조네이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보조흡기덕트는 엔진의 고RPM 영역에서 흡기소음의 감소를 위해 소프트(soft)한 특성을 갖고 기공도가 있는 부직포로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 에어클리너속에 위치한 상기 보조흡기덕트의 단부에 상기 자석식 가변밸브가 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 에어클리너의 안쪽에서 상기 에어클리너의 길이방향 중간위치에 상기 자석식 가변밸브가 위치할 수 있도록 상기 에어클리너의 안쪽면에는 다수개의 결합돌기가 일체로 돌출 형성되고; 상기 보조흡기덕트의 바깥 둘레면에는 상기 결합돌기가 관통되면서 결합되는 다수개의 덕트플랜지가 일체로 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 보조흡기덕트는 상기 흡기덕트보다 길이가 더 짧게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 자석식 가변밸브는 상기 보조흡기덕트의 단부에 회전축을 매개로 회전 가능하게 설치된 밸브플레이트; 상기 보조흡기덕트에 고정 설치된 덕트용 영구자석; 및 상기 밸브플레이트에 고정 설치된 밸브용 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 자석식 가변밸브는 상기 보조흡기덕트와 상기 밸브플레이트사이의 틈새를 없애고 상기 밸브플레이트의 작동소음을 없앨 수 있도록 상기 밸브플레이트의 외곽 둘레면을 따라 일체로 결합된 밸브패드부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 밸브패드부재는 탄성을 구비한 고무 또는 플라스틱 합성수지인 것을 특징으로 한다.

상기 덕트용 영구자석과 상기 밸브용 영구자석은 서로 인력(attractive force)이 발생하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 덕트용 영구자석과 상기 밸브용 영구자석은 각각 자석커버를 구비하고; 상기 자석커버의 두께 조절을 통해 상기 자석식 가변밸브의 개방시점을 튜닝할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 엔진 고RPM 상황에서 엔진룸의 레이아웃 변경과 중량 증가와 원가 상승 및 흡기소음의 발생없이 보조흡기덕트를 통해 많은 양의 신기를 엔진의 연소실로 흡입할 수 있게 됨에 따라 엔진의 출력증대를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 엔진으로 신기가 공급되는 종래의 흡기계를 보여주기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따라 보조흡기덕트와 자석식 가변밸브를 구비한 가변 흡기계 장치의 사시도,
도 3은 도 2에서 에어클리너를 확대한 도면,
도 4는 도 3의 단면도,
도 5는 본 발명에 따라 보조흡기덕트와 자석식 가변밸브가 설치된 에어클리너의 내부도면,
도 6은 본 발명에 따른 보조흡기덕트와 자석식 가변밸브의 분해 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엔진의 가변 흡기계 장치에 대해 살펴보기로 한다.

엔진 피스톤의 흡입행정시 엔진 연소실로 신기(외부공기)를 흡입하는 엔진의 흡기계 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 신기를 흡입하는 흡기덕트(1)와, 신기에 포함된 이물질을 걸러주는 에어클리너(2)와, 이물질이 걸러진 공기의 이동을 연소실로 안내하는 흡기호스(3), 그리고 흡기소음을 줄여주기 위해 상기 흡기덕트(1)에 설치된 레조네이터(4)를 포함한 구성으로 되어 있다.

또한, 본 발명은 엔진의 고RPM 상황에서 출력증대를 위해 더욱 많은 양의 신기를 흡입할 수 있도록 가변 흡기계 장치를 구비한 구성인 바, 본 발명에 따른 가변 흡기계 장치는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 에어클리너(2)의 안쪽으로 일단이 삽입되게 설치되어서 신기를 흡입하는 보조흡기덕트(10)와, 상기 에어클리너(2)의 안쪽에 위치한 상기 보조흡기덕트(10)에 구비되어서 상기 보조흡기덕트(10)를 개폐시킬 수 있도록 설치되되 흡기부압이 상승함에 따라 개방각이 증가하도록 설치된 자석식 가변밸브(30)를 포함하여 이루어진 구성이다.

즉, 상기 자석식 가변밸브(30)는 흡기부압이 상승함에 따라 밸브에 가해지는 부압이 자석의 인력(attractive force)보다 커지는 정확한 시점에서 보조흡기덕트(10)를 개방시키도록 이루어진 구성인 것이다.

따라서, 엔진이 저RPM 상황일 때 신기는 흡기덕트(1) → 에어클리너(2) → 흡기호스(3)를 통해 엔진의 연소실로 공급되며, 이때 엔진 연소음은 레조네이터(4)에 의해 충분히 감소되므로 흡기계를 통해 외부로 토출되는 흡기소음은 거의 없다.

그리고, 엔진이 고RPM 상황일 때에 흡기덕트(1) → 에어클리너(2)의 제1루트를 통해 흡입되는 신기와 보조흡기덕트(10) → 에어클리너(2)의 제2루트를 통해 흡입되는 신기가 합쳐져서 흡기호스(3) → 엔진 연소실로 공급되는 바, 이에 따라 엔진이 고RPM 상황일 때에는 저RPM 상황일 때보다 많은 양의 신기가 연소실로 공급되며, 이 결과 고출력 엔진의 경우 출력증대를 이룩할 수 있게 된다.

엔진 고RPM 상황일 때에 발생하는 엔진 연소음은 기존의 레조네이터(4)만으로는 충분히 감소시킬 수 없으며, 이로 인해 흡기소음이 발생할 우려가 있는 바, 이를 예방하기 위해 본 발명은 상기 보조흡기덕트(10)를 이용해서 흡기소음을 감소시키는 구성이며, 이를 위해 상기 보조흡기덕트(10)는 소프트(soft)한 특성을 갖고 기공도가 있는 부직포로 형성된 것이 바람직하다.

소프트한 특성의 부직포는 소음의 흡음효과가 뛰어나고 또한 발산효과가 뛰어나므로 엔진 고RPM 상황에서 흡기소음을 충분히 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 부직포 대신 울(wool)이나 면직물과 같은 섬유재, 또는 포러스(porous) 또는 마이크로포러스(microporous)와 같은 섬유재를 사용해도 무방할 것이다.

상기 자석식 가변밸브(30)는 엔진 저RPM 상황에서는 보조흡기덕트(10)를 밀폐시키고 있다가 엔진 고RPM 상황에서만 보조흡기덕트(10)를 개방시켜주게 작동한다.

즉, 상기 자석식 가변밸브(30)는 흡기압이 높아질수록 다시 말해서 엔진 RPM이 높아질수록 보조흡기덕트(10)를 개방시켜주는 각도가 증가하게 설치된 구성이 특징인 것이다.

상기 자석식 가변밸브(30)는 보조흡기덕트(10)의 단부에 회전 가능하게 설치되는 구조인 바, 바람직하게는 밖으로 노출되지 않으면서(외관미 향상) 이물질의 접촉을 최대한 방지할 수 있도록 하기 위해 상기 에어클리너(2)속에 위치한 보조흡기덕트(10)의 단부에 상기 자석식 가변밸브(30)가 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 에어클리너(2)의 안쪽에서 상기 에어클리너(2)의 길이방향 중간위치에 상기 자석식 가변밸브(30)가 위치할 수 있도록 상기 에어클리너(2)의 안쪽면에는 다수개의 결합돌기(2a)가 일체로 돌출 형성되고, 상기 보조흡기덕트(10)의 바깥 둘레면에는 상기 결합돌기(2a)가 관통되면서 결합되는 다수개의 덕트플랜지(11)가 일체로 돌출 형성된 구조인 것이다.

따라서, 상기 덕트플랜지(11)가 결합돌기(2a)에 관통되는 형태로 끼워져서 결합되면, 상기 보조흡기덕트(10)의 끝단에 설치된 자석식 가변밸브(30)는 상기 에어클리너(2)의 안쪽에서 상기 에어클리너(2)의 길이방향 중간위치쯤에 위치하도록 설치된 구조가 되는 것이다.

상기와 같이 자석식 가변밸브(30)가 에어클리너(2)의 내부 중간위치에 설치가 되면, 흡기부압에 가장 민감하게 반응할 수 있게 됨으로써 보다 원활한 작동이 가능하게 된다.

상기 보조흡기덕트(10)는 상기 흡기덕트(1)보다 더 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 바, 이는 상기 보조흡기덕트(10)가 흡기덕트(1)보다 더 많은 양의 신기를 흡입할 수 있도록 하기 위함이며, 이를 통해 엔진 고RPM 상황에서 출력증대를 도모할 수 있도록 하기 위함이다.

상기 보조흡기덕트(10)의 외주면에는 TPE(Thermoplastic elastomer)재질 실러(51)가 일체로 사출 성형되어 결합되고, 상기 보조흡기덕트(10)가 에어클리너(2)를 관통하는 부위에 상기 실러(51)가 위치하도록 설치되어서 기밀을 유지하는 구조이다.

한편, 상기 자석식 가변밸브(30)는 상기 보조흡기덕트(10)의 단부에 회전축(31)을 매개로 회전 가능하게 설치된 밸브플레이트(32)와, 상기 보조흡기덕트(10)에 고정 설치된 덕트용 영구자석(33)과, 상기 밸브플레이트(32)에 고정 설치된 밸브용 영구자석(34)과, 상기 보조흡기덕트(10)와 상기 밸브플레이트(32)사이의 틈새를 없애고 상기 밸브플레이트(32)의 작동소음을 없앨 수 있도록 상기 밸브플레이트(32)의 외곽 둘레면을 따라 일체로 결합된 밸브패드부재(35)를 포함하여 이루어진 구성이다.

여기서, 상기 밸브패드부재(35)는 탄성을 구비한 고무 또는 플라스틱 합성수지인 것을 특징으로 하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 덕트용 영구자석(33)과 상기 밸브용 영구자석(34)은 서로 인력(attractive force)이 발생하도록 설치된 것이 바람직하며, 상기 덕트용 영구자석(33)과 상기 밸브용 영구자석(34)은 각각 자석커버(36,37)를 구비하고 있고, 상기 자석커버(36,37)의 두께 조절을 통해 상기 자석식 가변밸브(30)의 개방시점을 튜닝할 수 있는 구성이다.

즉, 자석커버(36,37)의 두께가 두꺼울수록 덕트용 영구자석(33)과 밸브용 영구자석(34)은 서로간의 인력이 감소하고, 반대로 자석커버(36,37)의 두께가 얇을수록 덕트용 영구자석(33)과 밸브용 영구자석(34)은 서로간에 인력이 증가하게 되므로, 상기 자석커버(36,37)의 두께 조절을 통해 자석식 가변밸브(30)의 개방시점을 튜닝할 수 있게 되는 구성인 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 엔진의 가변 흡기계 장치는 엔진 고RPM 상황에서 엔진룸의 레이아웃 변경과 중량 증가 및 원가 상승없이 보조흡기덕트(10)를 통해 많은 양의 신기를 엔진의 연소실로 흡입할 수 있게 됨에 따라 엔진의 출력증대를 도모할 수 있게 되고, 특히 보조흡기덕트(10)를 이용해서 엔진 고RPM 상황에서 발생하는 흡기소음을 없앨 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1 - 흡기덕트 2 - 에어클리너
10 - 보조흡기덕트 30 - 자석식 가변밸브
31 - 회전축 32 - 밸브플레이트
33 - 덕트용 영구자석 34 - 밸브용 영구자석
35 - 밸브패드부재 36,37 - 자석커버

Claims

에어클리너(2)의 안쪽으로 일단이 삽입되게 설치되어서 신기를 흡입하는 보조흡기덕트(10); 및
상기 에어클리너(2)의 안쪽에 위치한 상기 보조흡기덕트(10)에 구비되어서 상기 보조흡기덕트(10)를 개폐시킬 수 있도록 설치되되 흡기부압이 상승함에 따라 개방각이 증가하도록 설치된 자석식 가변밸브(30)를 포함하고;
상기 자석식 가변밸브(30)는 상기 보조흡기덕트(10)의 단부에 회전축(31)을 매개로 회전 가능하게 설치된 밸브플레이트(32);
상기 보조흡기덕트(10)에 고정 설치된 덕트용 영구자석(33);
상기 밸브플레이트(32)에 고정 설치된 밸브용 영구자석(34); 및
상기 보조흡기덕트(10)와 상기 밸브플레이트(32)사이의 틈새를 없애고 상기 밸브플레이트(32)의 작동소음을 없앨 수 있도록 상기 밸브플레이트(32)의 외곽 둘레면을 따라 일체로 결합된 밸브패드부재(35)를 포함하며;
상기 밸브패드부재(35)는 탄성을 구비한 고무 또는 플라스틱 합성수지로 형성되고;
상기 보조흡기덕트(10)는 엔진의 고RPM 영역에서 흡기소음의 감소를 위해 소프트(soft)한 특성을 갖고 기공도가 있는 부직포로 형성되며;
상기 자석식 가변밸브(30)는 흡기부압에 민감하게 반응함으로써 원활한 작동이 가능하도록 에어클리너(2)의 길이방향 내부 중간위치에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기계 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 에어클리너(2)에 연결 설치되어서 신기를 흡입하는 흡기덕트(1);
상기 에어클리너(2)를 통과한 공기의 이동을 연소실로 안내하는 흡기호스(3); 및
상기 흡기덕트(1)에 설치되어서 흡기소음을 감소시키는 레조네이터(4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기계 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 에어클리너(2)속에 위치한 상기 보조흡기덕트(10)의 단부에 상기 자석식 가변밸브(30)가 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기계 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 에어클리너(2)의 안쪽에서 상기 에어클리너(2)의 길이방향 중간위치에 상기 자석식 가변밸브(30)가 위치할 수 있도록 상기 에어클리너(2)의 안쪽면에는 다수개의 결합돌기(2a)가 일체로 돌출 형성되고;
상기 보조흡기덕트(10)의 바깥 둘레면에는 상기 결합돌기(2a)가 관통되면서 결합되는 다수개의 덕트플랜지(11)가 일체로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기계 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 보조흡기덕트(10)는 상기 흡기덕트(1)보다 길이가 더 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기계 장치.
삭제
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 덕트용 영구자석(33)과 상기 밸브용 영구자석(34)은 서로 인력(attractive force)이 발생하도록 설치된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기계 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 덕트용 영구자석(33)과 상기 밸브용 영구자석(34)은 각각 자석커버(36,37)를 구비하고;
상기 자석커버(36,37)의 두께 조절을 통해 상기 자석식 가변밸브(30)의 개방시점을 튜닝할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 엔진의 가변 흡기계 장치.