KR101765958B1 - 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법 - Google Patents

자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필요한 공기 유량을 계산하여 에어 플랩의 열림 및 닫힘량을 원하는 수준으로 조절함으로써, 엔진룸으로 필요한 공기 유량만이 유입되어 공력 개선 효과를 통한 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 라디에이터 그릴과 라디에이터 사이공간에 방사형 구조로 된 다수의 유선형 플랩을 개폐 가능하게 배치하여, 공기의 유속감지와 동시에 각 플랩의 방사상 움직임을 조절함으로써, 공기 유입구의 크기를 필요한 유량을 유입시킬 수 있는 크기로 조절시킬 수 있고, 엔진룸으로 필요한 공기 유량만을 유입시키는 동시에 공력 개선 효과를 통한 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법{Smart active air flap for vehicle and method for controlling the same}
본 발명은 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 필요한 공기 유량을 계산하여 에어 플랩의 열림 및 닫힘량을 원하는 수준으로 조절함으로써, 엔진룸으로 필요한 공기 유량만이 유입되어 공력 개선 효과를 통한 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진룸 내에는 엔진 및 변속기, 전장품 등과 같은 각종 발열성 부품 등을 비롯하여, 각 부품을 냉각하기 위한 라디에이터, 인터쿨러, 증발기, 응축기 등과 같은 열교환 부품들이 집약적으로 설치되어 있다.
엔진룸 내의 다양한 열교환 부품들이 안정적으로 작동하기 위해서는 외부 공기가 원활하게 엔진룸내로 유입되어야 한다.
이를 위해, 최근에는 라디에이터 등을 포함하는 열교환 부품들이 단독적으로 조립되지 않고, 헤드램프 및 범퍼 등이 포함된 프론트 엔드 모듈에 하나의 쿨링모듈로서 모듈화되어 설치되고 있다.
따라서, 프론트 엔드 모듈에 모듈화된 범퍼에는 주행 중 전방으로부터의 공기를 유입하기 위한 개구가 형성되고, 이 개구는 이물질이 유입되는 것을 막기 위하여 그물이나 그릴 형태의 메쉬 구조물로 적용되고 있다.
이에 따라, 차량이 주행을 하게 되면 범퍼의 메쉬 구조물에 형성된 개구를 통하여 외부 공기가 유입되고, 유입된 공기는 라디에이터 등을 포함하는 쿨링모듈 등과 열교환을 하게 된다.
그러나, 상기 메쉬 구조물의 개구 구조는 고속 주행시 유입되는 공기의 유입량을 조절하는 기능이 근본적으로 불가능하여, 엔진룸 내로 유입되는 공기의 저항 증가로 인한 연비 저하 등의 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 외부공기가 유입되는 위치에 공기의 유입량을 능동적으로 조절하기 위한 액티브 에어 플랩(Active Air Flap, 이하 AAF로 약칭함)이 설치되고 있다.
첨부한 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 AAF(100)는 양쪽에 대칭 형태의 개구(102)가 형성된 에어덕트(104)와, 에어덕트(104)에 개폐 가능하게 장착되는 플랩도어(106)와, 에어덕트(104)의 후면에 보이지 않게 장착되는 액튜에이터(108)와, 액튜에이터(108)의 축에 상하 운동 가능하게 장착되는 링크(110)와, 링크(110)의 랙(112)부분에 맞물리는 동시에 플랩도어(106)의 축에 장착되는 기어 타입의 로더(114)를 포함하여 구성된다.
따라서, 액튜에이터(108)의 온 또는 오프 작동에 따라 링크(110)가 승강 또는 하강하고, 이어서 링크(110)의 랙(112)에 맞물린 로더(114)가 플랩도어(106)에 각회전력을 전달하면, 플랩도어(106)가 열림 또는 닫힘 위치로 각회전을 하게 됨으로써, 외부공기의 유입 또는 차단이 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 종래의 AAF의 플랩도어는 공기의 유입을 차단하거나 유입을 허용하는 2분법적 개폐 작동만이 가능하여, 즉 액튜에이터의 온/오프(ON/OFF)에 따라 오픈/클로즈(OPEN/CLOSE) 등 두 단계로만 작동 가능하여, 엔진룸으로 유입되는 공기의 량 및 방향을 능동적으로 제어할 수 없고, 공기 유량을 제어하는데 한계가 있는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 라디에이터 그릴과 라디에이터 사이공간에 방사형 구조로 된 다수의 유선형 플랩을 개폐 가능하게 배치하여, 공기의 유속감지와 동시에 각 플랩의 방사상 움직임을 조절함으로써, 공기 유입구의 크기를 필요한 유량을 유입시킬 수 있는 크기로 조절시킬 수 있고, 엔진룸으로 필요한 공기 유량만을 유입시키는 동시에 공력 개선 효과를 통한 연비 향상을 도모할 수 있도록 한 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 라디에이터 그릴과 라디에이터 사이공간에 장착되고, 중앙에 플랩 장착홀이 형성된 플랩 하우징과; 일면 테두리에 다수의 고정핀이 일면 테두리의 원주방향을 따라 등간격을 이루며 일체로 형성된 링 구조로 구비되어, 상기 플랩 하우징의 플랩 장착홀내에 삽입 고정되는 고정링과; 외경부에 웜기어가 형성되고, 내주부에 원주방향을 따라 다수의 회전핀이 등간격으로 형성된 링 구조로 구비되어, 상기 고정링의 내측에 인접 배치되는 회전링과; 상기 고정링의 고정핀이 삽입되는 고정핀 삽입홀과, 회전링의 회전핀이 삽입되는 회전핀 삽입홀이 형성된 유선형 구조로 구비되어 서로 겹쳐진 상태에서 플랩 장착홀에 개폐 가능하게 배열되는 다수의 유선형 플랩과; 상기 회전링의 웜기어에 맞물리는 웜을 회전축으로 가지면서 플랩 하우징에 장착되는 액튜에이터; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩을 제공한다.
바람직하게는, 상기 공기 유입량 조절을 위한 유선형 플랩의 개폐정도를 조절하기 위하여 액튜에이터의 구동을 제어하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 라디에이터 그릴에는 플랩 하우징 사이에는 주행중 전방의 공기 유입속도를 감지하여 제어기에 전송하는 유속감지센서가 장착된 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 차량의 주행 중, 엔진룸으로 유입되는 공기의 유속을 감지하는 단계와; 제어기에서 공기의 유속 신호를 기반으로 엔진룸으로 유입되는 필요 공기량을 계산하는 단계와; 제어기에서 계산된 공기 유속에 따라 액튜에이터에 구동신호를 단계별로 다르게 전송하는 단계와; 액튜에이터의 구동에 따라 유선형 플랩의 펼침 또는 오무림 동작에 따라 공기유입구의 크기가 조절되어 엔진룸으로 유입되는 공기유입량이 조절되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 작동 제어 방법을 제공한다.
바람직하게는, 차량의 속도가 증가하여 공기 유속이 증가할수록 유선형 플랩을 점차 닫힘으로 제어하고, 차량의 속도가 감소하여 공기 유속이 감소할수록 유선형 플랩을 점차 열림으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 필요한 만큼의 공기 유량 제어로 인해 엔진룸 및 그 주변부품에 대한 냉각성능이 기존 AAF와 동등 수준으로 유지 가능하고, 기존 AAF 대비 공기 양을 직접 제어하여 공기 유입에 따른 공력 손실을 최소로 막을 수 있어 연비 개선효과를 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 AAF 구성을 설명하는 개략도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩을 나타내는 정면도 및 측단면도,
도 5는 본 발명에 따른 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법을 설명하는 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 방사형 구조로 된 다수의 원형 플랩(FLAP), 바람직하게는 유선형 구조로 된 다수의 유선형 플랩을 개폐 가능하게 겹쳐지게 배열하여, 플랩이 열림방향으로 펼체지거나, 닫힘방향으로 오무림되는 동작을 하도록 함으로써, 엔진룸으로 유입되는 공기량을 제어하는 점에 주안점이 있다.
이를 위해, 도 3 내지 도 4에서 보듯이 라디에이터 그릴과 라디에이터 사이공간에 플랩 장착홀(12)이 관통 형성된 플랩 하우징(10)을 고정 장착시키고, 플랩 하우징(10)에 다수의 유선형 플랩(40)가 겹쳐지게 하여 개폐 가능하게 배열되도록 한다.
상기 유선형 플랩(40)을 개폐 작동시키기 위한 일 구성으로서, 상기 플랩 하우징(10)의 플랩 장착홀(12)내에 고정링(20)이 압입 고정된다.
보다 상세하게는, 상기 고정링(20)은 다수의 고정핀(22)이 일면 테두리의 원주방향을 따라 등간격을 이루며 일체로 형성된 링 구조로 구비된 것으로서, 플랩 하우징(10)의 플랩 장착홀(12)내에 삽입 고정된다.
이때, 상기 고정링(20)의 내측에는 실질적으로 유선형 플랩(40)을 개폐 작동시키기 위한 회전링(30)이 인접 배치되는데, 이 회전링(30)의 외경부에서 일부 구간에는 웜기어(34)가 형성되고, 또한 내주부에는 원주방향을 따라 다수의 회전핀(32)이 등간격으로 형성된 링 구조로 구비되어, 고정링(20)의 내측에 인접 배치된다.
여기서, 상기 고정링(20) 및 회전링(30)에 걸쳐 엔진룸으로 유입되는 공기 유입량을 조절하기 위한 다수의 유선형 플랩(40)이 개폐 가능하게 장착된다.
이를 위해, 상기 유선형 플랩(40)의 반경방향의 외부쪽에는 회전링(30)의 회전핀(32)이 삽입되는 회전핀 삽입홀(44)이 관통 형성되고, 내부쪽에는 고정링(20)의 고정핀(22)이 삽입되는 고정핀 삽입홀(42)이 관통 형성된다.
따라서, 상기 유선형 플랩(40)이 서로 겹쳐진 상태에서 플랩 장착홀(12)에 개폐 가능하게 배열되되, 각 유선형 플랩(40)의 고정핀 삽입홀(42)에 고정링(20)의 고정핀(22)이 삽입되고, 회전핀 삽입홀(44)에 회전링(30)의 회전핀(32)이 삽입됨으로써, 각 유선형 플랩(40)이 고정링(20) 및 회전링(30)에 서로 겹쳐진 상태로 장착되어 플랩 장착홀(12)에 개폐 가능하게 배열되는 상태가 된다.
이때, 상기 회전링(30)의 웜기어(34)에는 액튜에이터(50)의 회전축 즉, 회전축에 일체로 장착된 웜(52)이 맞물리는 상태가 되어 액튜에이터(50)의 회전 구동시 웜(52)이 제자리 회전하면서 웜기어(34)에 회전력을 전달하게 되어 웜기어(34)의 각회전이 이루어진다.
한편, 상기 공기 유입량 조절을 위한 유선형 플랩(40)의 개폐정도를 조절하기 위하여 액튜에이터(50)에는 액튜에이터의 구동 제어를 담당하는 제어기(54)가 신호 전달 가능하게 연결되고, 바람직하게는 상기 플랩 하우징 전방의 라디에이터 그릴에 장착되어 주행중 전방의 공기 유입속도를 감지하는 유속감지센서(56)가 제어기(54)에 감지신호를 전송 가능하게 연결된다.
여기서, 상기한 구성으로 기반으로 하는 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 및 이의 작동 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 차량의 주행 중, 엔진룸으로 유입되는 공기의 유속을 감지하는 단계가 선행된다.
즉, 플랩 하우징 전방의 라디에이터 그릴에 장착된 유속감지센서(56)에서 공기유입속도를 감지하여 제어기(54)에 그 감지신호를 전송한다.
이에, 상기 제어기(54)에서 공기의 유속 신호를 기반으로 엔진룸으로 유입되는 필요 공기량을 계산하는 단계가 진행되는 바, 차량의 속도와 공기 유량의 속도가 비례한다고 가정하여 공기 유량(Q)= ρ(밀도)A(면적)V(속도)를 계산한다.
이때, 유량(Q)=A(면적)V(속도)이 차속이 올라갈수록 증가하므로, 차량의 속도와 엔진 룸에 들어가는 공기의 유입속도가 같다고 가정하면, 엔진 룸에 들어가는 공기의 유량은 차량의 속도와 비례하게 된다.
따라서, 공기의 유입속도가 증가하면 상기 유선형 플랩을 닫힘 제어하여 공기유입구의 크기를 작게 만들어주고, 반대로 공기의 유입속도가 감소하면 상기 유선형 플랩을 열림 제어하여 공기유입구의 크기를 크게 만들어줌으로써, 공기의 유입양을 일정하게 제어할 수 있다.
이에 따라, 제어기에서 계산된 공기 유입량에 따라 액튜에이터에 구동신호를 단계별로 다르게 전송함으로써, 액튜에이터의 단계별 구동에 따라 유선형 플랩의 펼침 또는 오무림 동작에 따라 공기유입구의 크기가 조절되어 엔진룸으로 유입되는 공기유입량이 조절되어진다.
즉, 상기 액튜에이터(50)의 구동과 함께 웜(52)이 제자리 회전하는 단계와, 회전링(30)의 웜기어(34)에 회전력이 전달되어 회전링(34)이 열림 또는 닫힘 방향으로 각회전하는 단계와, 회전링(30)의 회전시 유선형 플랩(40)의 회전핀 삽입홀(44)에 삽입된 회전링(30)의 회전핀(32)도 동일 각도로 회전하면서 유선형 플랩(40)을 열림 또는 닫힘방향으로 개폐시키는 단계를 통하여 유선형 플랩의 펼침 또는 오무림 동작이 이루어짐으로써, 유선형 플랩(40)의 개폐에 따른 공기유입구의 크기가 조절되어 엔진룸으로 유입되는 공기유입량이 조절되어진다.
이때, 상기 고정링(20)의 고정핀(22)은 각 유선형 플랩(40)의 고정핀 삽입홀(42)에 삽입된 상태에서 회전 중심점 역할을 하게 된다.
한편, 첨부한 도 5에 도시된 바와 같이 차량의 속도가 증가하여 공기 유속이 증가할수록 유선형 플랩(40)을 점차 닫힘으로 제어하고, 차량의 속도가 감소하여 공기 유속이 감소할수록 유선형 플랩(40)을 점차 열림으로 제어함으로써, 결과적으로 필요한 만큼의 공기 유량 제어로 인해 엔진룸 및 그 주변부품에 대한 냉각성능을 기존 AAF와 동등 수준으로 유지 가능할 뿐만 아니라, 기존 AAF 대비 공기 양을 직접 제어하여 공기 유입에 따른 공력 손실을 최소로 막을 수 있어 연비 개선효과를 제공할 수 있다.
10 : 플랩 하우징 12 : 플랩 장착홀
20 : 고정링 22 : 고정핀
30 : 회전링 32 : 회전핀
34 : 웜기어 40 : 유선형 플랩
42 : 고정핀 삽입홀 44 : 회전핀 삽입홀
50 : 액튜에이터 52 : 웜
54 : 제어기 56 : 유속감지센서

Claims (5)

  1. 라디에이터 그릴과 라디에이터 사이공간에 장착되고, 중앙에 플랩 장착홀(12)이 형성된 플랩 하우징(10)과;
    다수의 고정핀(22)이 일면 테두리의 원주방향을 따라 등간격을 이루며 일체로 형성된 링 구조로 구비되어, 상기 플랩 하우징(10)의 플랩 장착홀(12)내에 삽입 고정되는 고정링(20)과;
    외경부에 웜기어(34)가 형성되고, 내주부에 원주방향을 따라 다수의 회전핀(32)이 등간격으로 형성된 링 구조로 구비되어, 상기 고정링(20)의 내측에 인접 배치되는 회전링(30)과;
    상기 고정링(20)의 고정핀(22)이 삽입되는 고정핀 삽입홀(42)과, 회전링(30)의 회전핀(32)이 삽입되는 회전핀 삽입홀(44)이 형성된 유선형 구조로 구비되어 서로 겹쳐진 상태에서 플랩 장착홀(12)에 개폐 가능하게 배열되는 다수의 유선형 플랩(40)과;
    상기 회전링(30)의 웜기어(34)에 맞물리는 웜(52)을 회전축으로 가지면서 플랩 하우징(10)에 고정 장착되는 액튜에이터(50);
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩.
  2. 청구항 1에 있어서,
    공기 유입량 조절을 위한 유선형 플랩(40)의 개폐정도를 조절하기 위하여 액튜에이터(50)의 구동을 제어하는 제어기(54)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 라디에이터 그릴에는 주행중 전방의 공기 유입속도를 감지하여 제어기(54)에 전송하는 유속감지센서(56)가 장착된 것을 특징으로 하는 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩.
  4. 차량의 주행 중, 엔진룸으로 유입되는 공기의 유속을 감지하는 단계와;
    제어기에서 공기의 유속 신호를 기반으로 엔진룸으로 유입되는 필요 공기유입량을 계산하는 단계와;
    제어기에서 계산된 필요 공기유입량에 따라 액튜에이터에 구동신호를 단계별로 다르게 전송하는 단계와;
    액튜에이터의 구동에 따라 유선형 플랩의 펼침 또는 오무림 동작에 따라 공기유입구의 크기가 조절되어 엔진룸으로 유입되는 공기유입량이 조절되는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 작동 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    차량의 속도가 증가하여 공기 유속이 증가할수록 유선형 플랩을 점차 닫힘으로 제어하고, 차량의 속도가 감소하여 공기 유속이 감소할수록 유선형 플랩을 점차 열림으로 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차용 스마트 액티브 에어 플랩 작동 제어 방법.
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