KR101499218B1 - 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 스로틀바디의 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러와 차체의 사이드 멤버로 전달되는 것을 방지하기 위하여, 인터쿨러 파이프의 두께와 재질을 파이프의 구간별로 각각 다르게 형성하는 구성을 특징으로 하는 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것이다.

Description

저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프{Intercooler pipe having the low vibration property for a car}
본 발명은 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 스로틀바디의 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러와 차체의 사이드 멤버로 전달되는 것을 방지하기 위하여, 인터쿨러 파이프의 두께와 재질을 파이프의 구간별로 각각 다르게 형성하는 구성을 특징으로 하는 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차용 인터쿨러 파이프(intercooler pipe)는 인터쿨러(intercooler)와 스로틀바디(throttle body) 사이에 연결되는 파이프로서, 인터쿨러에서 냉각된 공기를 스로틀바디로 이송하는 유로 기능을 수행하는 역할을 한다.
도 1 에 종래 자동차용 인터쿨러 파이프의 구조를 도시하였다.
종래 자동차용 인터쿨러 파이프는 알루미늄 재질의 관체(1)의 입구상에 입구측 고무관(2)을 설치하고, 관체(1)의 출구상에도 출구측 고무관(3)을 설치하고, 상기 고무관들(2,3)을 클램프(4)로 고정시킨 구성이다.
그러나, 상기와 같은 종래 자동차용 인터쿨러 파이프는 알루미늄 재질의 관체와 고무관을 사용하기 때문에 원가가 상승되고 중량이 증가되는 단점을 가진다.
그러므로, 원가 절감 및 중량 감소를 위하여 종래에 열가소성 에테르에스테르탄성중합체(TEEE)를 이용하여 인터쿨러 파이프 전체를 플라스틱 재질로 형성한 인터쿨러 파이프가 소개된 바 있다.
그러나, 상기 플라스틱 재질의 인터쿨러 파이프는 도 1 에 도시된 종래 인터쿨러 파이프와 비교하여 진동과 소음이 악화되어 자동차에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
이렇게 플라스틱 재질의 인터쿨러 파이프가 진동 및 소음에 취약한 이유는 엔진에서 전달되는 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러에 전달되고 인터쿨러로 전달된 진동은 차체의 사이드 멤버를 진동시켜 자동차의 실내에 진동과 소음을 야기시키기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 파이프 전체가 플라스틱 재질로 이루어지면서도 진동 및 소음 성능이 종래 인터쿨러 파이프 대비 동일한 수준이거나 더 양호한 수준을 달성할 수 있는 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프는, 상부에 위치한 인터쿨러 파이프의 입구(14)와, 상기 입구(14) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브 형상으로 돌출된 상부주름체(12)를 형성한 상부주름부(30)와, 하부에 위치한 인터쿨러 파이프의 출구(15)와, 상기 출구(15) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브 형상으로 돌출된 하부주름체(13)를 형성한 하부주름부(31)와, 상기 상부주름부(30)로부터 하방으로 절곡되어 상기 하부주름부(31)로 연결되는 관체(11)를 구비한 중간부(20)를 포함하여 구성되고, 상기 중간부(20)의 관체(11) 두께(d1)를 상부주름부(30)의 상부주름체(12)의 두께(d2) 및 하부주름부(31)의 하부주름체(13)의 두께(d3)보다 더 크게 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프는 상부주름부 및 하부주름부와 중간부 사이의 두께 및 재질을 상이하게 형성함으로써 질량 임피던스 및 강성 임피던스 효과에 따른 스로틀바디로부터의 전달 진동이 감쇄되어 자동차의 소음이 감소되는 효과를 수득하였다.
도 1 은 종래 인터쿨러 파이프의 사시도,
도 2 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 일부절개사시도,
도 3 은 본 발명 인터쿨러 파이프의 주요부 확대 일부절개사시도,
도 4 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 주파수에 따른 진동전달손실도의 그래프,
도 5 및 도 6 은 본 발명 인터쿨러 파이프의 엔진회전수에 따른 소음레벨의 그래프이다.
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프의 구성을 상세하게 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2 는 본 발명 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프의 구성도이고, 도 3 은 본 발명 인터쿨러 파이프의 주요부 확대 일부절개사시도이다.
본 발명의 자동차용 인터쿨러 파이프(10)는 스로틀바디의 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러와 차체의 사이드 멤버로 전달되는 것을 방지하기 위하여, 인터쿨러 파이프의 두께와 재질을 파이프의 구간별로 각각 다르게 형성하는 구성을 특징으로 하고 있다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명 인터쿨러 파이프(10)는 상부에 위치한 인터쿨러 파이프의 입구(14)와, 상기 입구(14) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브(rib) 형상으로 돌출된 상부주름체(12)를 형성한 상부주름부(30)와, 하부에 위치한 인터쿨러 파이프의 출구(15)와, 상기 출구(15) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브 형상으로 돌출된 하부주름체(13)를 형성한 하부주름부(31)와, 상기 상부주름부(30)로부터 하방으로 절곡되어 상기 하부주름부(31)로 연결되는 관체(11)를 구비한 중간부(20)를 포함하여 구성된다.
전술한 바와 같이 플라스틱 재질로 이루어진 인터쿨러 파이프에 의하여 진동이 유발되는 원인은 진동을 전달하는 매개체의 임피던스(impedance) 특성에 기인한다. 즉, 진동을 전달하는 매개체의 형상이 일정하거나 매개체의 재질이 동일한 재질이라면 임피던스의 변화량이 적어서 진동이 쉽게 전달되는 특성을 가진다.
이때, 매개체의 임피던스의 변화량은 매개체의 질량, 강성(hardness) 및 댐핑(damping)의 변화량과 연동한다.
즉, 매개체에서 진동이 가해지는 지점인 가진점과 진동을 받는 지점인 수진점 사이에 질량, 강성 및 댐핑 변화량이 클수록 매개체의 가진점과 수진점 사이의 임피던스의 변화량이 증가하여 가진점과 수진점 사이의 임피던스의 불일치 현상이 발생하고, 임피던스의 불일치가 크면 클수록 진동의 진행파가 반사되어 매개체를 통하여 전달되는 진동이 감소되는 것이다.
바로 이러한 임피던스 불일치의 특성을 본 발명 인터쿨러 파이프에 적용하기 위하여, 본 발명의 인터쿨러 파이프는 관체의 두께를 구간별로 변화시키는 질량 임피던스 불일치 구조를 제안한다.
즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 중간부(20)의 관체(11) 두께(d1)를 상부주름부(30)의 상부주름체(12)의 두께(d2) 및 하부주름부(31)의 하부주름체(13)의 두께(d3)보다 더 두껍게 형성하여 중간부(20)의 질량을 상부주름부(30) 및 하부주름부(31)의 질량보다 더 무겁게 형성한 것이다.
그러므로, 상부주름부(30) 및 하부주름부(31)의 질량이 변동되어 상부주름부(30)와 중간부(20) 사이 및 중간부(20)과 하부주름부(31) 사이의 각각 질량 임피던스의 불일치가 발생되어 가진점과 수진점 사이의 진행파가 반사되어 인터쿨러 파이프를 통하여 전달되는 진동이 감소된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 상부주름체(12) 및 하부주름체(13)의 두께(d2,d3)는 각각 1.3 mm 로 형성하고, 상기 중간부(20)의 관체(11)의 두께(d1)을 5 mm 로 형성하였다.
나아가, 본 발명의 인터쿨러 파이프는 임피던스 불일치 효과를 보다 증대시키기 위하여 파이프의 구간별로 강성이 다른 재질을 사용하여 강성 임피던스 불일치 구조를 적용하였으며, 파이프의 구간별로 저장율(storage modulus)의 차이가 큰 이종(異種)의 합성수지 재질을 채용하였다.
즉, 상기 상부주름부(30) 및 상기 하부주름부(31)는 연질 소재의 합성수지재를 이용하고, 상기 중간부(20)는 경질 소재인 합성수지를 사용함으로써 상부주름부(30)와 중간부(20) 사이 및 중간부(20)와 하부주름부(31) 사이의 저장율의 차이를 부여하여 강성 임피던스 불일치 효과가 발생하도록 한 것이다.
본 발명의 실시예에서는 상기 상부주름부(30) 및 상기 하부주름부(31)는 연질의 소재인 폴리에스테르계(PET)의 합성수지를 사용하고, 상기 중간부(20)는 경질의 소재인 폴리부틸렌 테레프탈레이트계(PBT)의 합성수지를 사용였으며, 보다 구체적으로는 상기 상부주름부(30)와 하부주름부(31)에 채용된 연질 재료는 디카르복실레이트-디올(Dicarboxylate-Diol) 중합체와 클리콜(Glycol)중합체로 이루어진 열가소성 폴리에스터 엘라스토머(Thermoplastic polyester elastomer, TPC-ET) 합성수지를 사용하였고, 상기 중간부(20)에 채용된 경질재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT)인 서모플라스틱폴리에스터(Thermoplastic polyester) 합성수지를 사용하였다.
이때, 상기 상부주름부(30) 및 하부주름부(31)의 소재인 폴리에스테르계 합성수지와 중간부(20)의 소재인 폴리부틸렌 테레프탈레이트계(PBT)의 합성수지의 저장율의 8 배로서, 본 발명 인터쿨러 파이프의 강성 임피던스 불일치가 효과적으로 발생될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 상부주름부(30)와 하부주름부(31) 및 중간부(20) 사이의 두께 및 재질을 상이하게 형성하기 위하여 3D 블로우 몰딩(3D blow molding) 공법을 적용하여 이종의 재료를 인터쿨러 파이프의 길이방향에 따라서 상부주름부(30)의 연질 부분과, 중간부(20)의 경질 부분과, 하부주름부(31)의 연질 부분으로 동시에 가공하는 동시가공법(Sequential Coextrusion, SeCo)을 사용하였다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 인터쿨러 파이프의 진동 저감 성능을 시험하기 위하여 도 4 의 그래프와 같은 진동전달손실도 및 도 5 및 6 의 그래프와 같은 소음레벨을 시험하였다.
도 4 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 주파수에 따른 진동전달손실도의 그래프, 도 5 및 도 6 은 본 발명 인터쿨러 파이프의 엔진회전수에 따른 소음레벨의 그래프이다.
먼저, 본 발명 인터쿨러 파이프의 가진점인 스로틀바디로부터 수진점인 인터쿨러 사이의 진동전달손실도를 시험하였다.
시험결과, 중간부(20)의 두께(d1)가 3mm 일 경우 목표주파수영역(A)인 200~450Hz 영역에서 진동전달손실도가 도 1 에 도시된 종래 인터쿨러 파이프 대비하여 더 크게 분포하며, 중간부(20)의 두께(d1)가 5mm 일 경우 목표주파수영역(A)인 200~450Hz 영역에서 진동전달손실도가 중간부(20)의 두께(d1)가 3mm 일 경우보다 더 크게 분포되는 것으로 시험되어 자동차 주행시의 진동 및 소음을 감소시키는 효과가 충분하게 구현됨을 확인하였다. 여기서, 진동전달손실도가 크다는 것은 진동 감소가 더 크게 이루어짐을 의미한다.
또한, 진동 저하에 기인한 소음 감소 효과를 시험하기 위하여 운전자의 귀 위치에 마이크로폰을 장착하고 가속주행소음 및 아이들소음 평가를 진행하였다.
그 결과, 도 5 에 도시된 바와 같이, 가속시의 주행소음 시험 결과 도 1 에 도시된 종래의 인터쿨러 파이프와 비교하여 전반적으로 상호 동등한 소음 수준을 나타내는 것으로 시험되었으며, 특히, 주파수 200Hz 이상 영역에서는 소음이 종래의 인터쿨러 파이프와 대비하여 감소된 효과를 나타내고 있다.
또한, 도 6 에 도시된 바와 같이, 아이들(idle)시의 소음 시험 결과 도 1 에 도시된 종래의 인터쿨러 파이프와 비교하여 100Hz 영역에서의 부밍 주파수의 이동현상이 나타나고 있으나 전체적인 아이들시의 소음의 오버롤(Overall) 레벨은 종래의 그것과 동등한 수준을 나타내고 있는 것으로 시험되었다.
이상의 설명에서 본 발명의 자동차용 인터쿨러 파이프의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 종래 인터쿨러 파이프
2; 입구측 고무관
3; 출구측 고무관
4; 클램프
10; 본 발명 인터쿨러 파이프
11; 관체
12; 상부 주름체
13; 하부 주름체
14; 입구
15; 출구
20; 중간부
30; 상부 주름부
31; 하부 주름부
d1; 중간부 관체두께
d2; 주름부 관체두께

Claims (5)

  1. 자동차의 인터쿨러 파이프에 있어서,
    상부에 위치한 인터쿨러 파이프의 입구(14)와, 상기 입구(14) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브 형상으로 돌출된 상부주름체(12)를 형성한 상부주름부(30)와, 하부에 위치한 인터쿨러 파이프의 출구(15)와, 상기 출구(15) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브 형상으로 돌출된 하부주름체(13)를 형성한 하부주름부(31)와, 상기 상부주름부(30)로부터 하방으로 절곡되어 상기 하부주름부(31)로 연결되는 관체(11)를 구비한 중간부(20)를 포함하여 구성되고,
    상기 중간부(20)의 관체(11) 두께(d1)를 상부주름부(30)의 상부주름체(12)의 두께(d2) 및 하부주름부(31)의 하부주름체(13)의 두께(d3)보다 더 크게 형성하여, 진동이 가해지는 가진점인 상기 인터쿨러 파이프의 입구(14)와 진동을 받는 수진점인 인터쿨러 파이프의 출구(15) 사이의 질량 변화를 발생시키고,
    상기 상부주름부(30) 및 상기 하부주름부(31)는 연질 소재의 합성수지인 폴리에스테르계(PET)로 형성하고 상기 중간부(20)는 경질 소재의 합성수지인 폴리부틸렌 테레프탈레이트계(PBT)로 형성하여, 진동이 가해지는 가진점인 상기 인터쿨러 파이프의 입구(14)와 진동을 받는 수진점인 인터쿨러 파이프의 출구(15) 사이의 재질의 강성 변화를 발생시키고,
    상기 질량 변화 및 상기 재질의 강성 변화에 따른 상기 입구(14)와 출구(15) 사이의 매개체의 임피던스 변화량의 증대에 의하여 진동의 진행파가 반사됨으로써 매개체를 통하여 전달되는 진동이 감소되는 구성을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부주름부(30)와 하부주름부(31)의 합성수지는 디카르복실레이트-디올(Dicarboxylate-Diol) 중합체와 클리콜(Glycol)중합체로 이루어진 열가소성 폴리에스터 엘라스토머(Thermoplastic polyester elastomer, TPC-ET) 합성수지인 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간부(20)는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT)인 서모플라스틱폴리에스터(Thermoplastic polyester) 합성수지인 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
KR20130103377A 2013-08-29 2013-08-29 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프 KR101499218B1 (ko)

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