KR101770359B1 - 공기 유량 센서 파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기가 들어오는 인입 개구부(124)와, 공기가 빠져나가는 배출 개구부(126) 및 상기 인입 개구부(124)와 배출 개구부(126) 사이의 내부에 배치되는 공기 유량 센서(118)를 포함하여 구성되는, 연소 엔진용 공기 유량 센서 파이프(116)에 관한 것이다. 공기가 지나가는 제1 관통 섹션(128)이 공기 유량 센서(118)의 상류에 배치되고, 공기 유량 센서(118)가 공기가 지나가는 제2 관통 섹션(130)에 배치되며, 제1 관통 섹션(128)과 제2 관통 섹션(130)이 서로에 대해 일정 각도로 변위되어 있다. 본 발명은 그러한 공기 유량 센서 파이프(116)를 포함하는 연소 엔진에도 관한 것이다.

Description

공기 유량 센서 파이프{AIR MASS FLOW SENSOR PIPE}
본 발명은 독립청구항의 전제부에 따른 공기 유량 센서 파이프와, 그러한 공기 유량 센서 파이프를 포함하는 연소 엔진에 관한 것이다.
공기 유량 센서는 예컨대 차량 엔진이나, 산업용 또는 해양용으로 사용되는 연소 엔진에 흡입되는 공기 유량을 측정하는 데에 사용된다. 흡입되는 공기 유량 값이 차량 내에서 하나 또는 다수의 전자 제어 장치에 의해 수행되는 다양한 계산과 모델링에 사용되기 때문에, 연소 엔진의 흡기 덕트로 흡입되는 현재의 공기 유량 값을 알아야 한다는 것이 매우 중요하다. 전자 제어 장치는 연소 엔진이 출력과 배기 배출이 최적인 상태로 구동되도록 연소 엔진에 신호를 준다. 그러나, 공기 유량 센서는 현재 작동 중인 특정 조건이나 센서-의존형 특성에 따라 조절되어야만 하는 공기 유량 값을 발생시킬 수 있다.
이에 따라, 연소 엔진 내의 공기 유량 센서 설비에서, 보정된 공기 유량 값이 제어 장치로 전송되도록, 공기 유량 센서를 교정(calibration)하는 것이 매우 중요하다.
현재, 예컨대 트럭이나 버스와 같은 중대형 차량을 구동하는 중에 공기 유량 센서를 조절하는 과정이 적용되고 있다. 산업용이나 해양용 연소 엔진의 경우 개별 엔진들이 개별적으로 조절되어야 하기 때문에, 좀 더 특수한 환경에 놓여 있다. 공기 유량 센서에 의해 생성된 공기 유량 값은 보정 계수에 기초하여 조정된다. 이러한 조정 과정은 엔진이 작동하는 중에 어느 정도 주기적으로 수행될 수 있다.
설비의 형태가 달라짐에 따라, 성능, 정숙성 및 가용 공간의 측면에서 공기 유량 센서에 대해 요구되는 사양이 다르게 된다. 따라서, 공기 유량 센서를 연소 엔진에 조립하는 데에 다양한 형태의 부품들과 컨셉이 개발되고 있다.
US4624134호는 차량의 연소 엔진에 사용되는 공기 유량 센서에 관한 것이다. 공기 유량 센서가 흡기부와 연소 엔진 사이에 연결되어 있는 곡선형 파이프 내의 바이패스 덕트 내부에 위치한다. 이러한 구성은 공기 유량 센서의 측정 정밀도를 높일 수 있다.
이러한 선행 기술에도 불구하고, 공기 유량 센서 파이프 내부에 배치되는 공기 유량 센서를 교정하지 않으면서도, 다양한 연소 엔진 시스템에 신속하면서도 용이하게 설치할 수 있는 공기 유량 센서 파이프의 개발에 대한 수요가 있다. 또한 한정된 공간과 좁은 공간에 설치될 수 있는 동시에 공기 유량 센서를 교정하지 않으면서도 신속하고 쉽게 설치할 수 있는 공기 유량 센서 파이프에 대한 수요도 존재한다.
본 발명의 목적은 신속하면서도 용이하게 설치할 수 있는 공기 유량 센서 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 설치할 때에 교정할 필요가 없는 공기 유량 센서가 있는 공기 유량 센서 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 한정된 공간 내에 설치될 수 있어서, 좁은 공간을 필요로 하며, 내부에 교정할 필요가 없는 공기 유량 센서가 설치되어 있는 공기 유량 센서 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공기 유량 센서 파이프를 통과하는 공기 유량을 세밀하게 측정할 수 있는 소형 공기 유량 센서 파이프를 제공하는 것이다.
이들 본 발명의 목적들은 청구항 1에 기재되어 있는 구성들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전술한 유형의 공기 유량 센서 파이프에 의해 달성된다.
이러한 공기 유량 센서 파이프를 사용하면, 연소 엔진의 흡기 시스템 내의 공기 유량 센서 파이프를 설치할 때에 특별히 교정하지 않으면서도, 연소 엔진에 유입되는 공기 유량을 세심하게 측정할 수 있게 된다. 교정 과정을 수행할 필요가 없기 때문에, 설치가 용이하며 단시간 내에 완전히 설치할 수 있게 된다. 공기가 통과하는 제1 관통 섹션을 공기 유량 센서의 상류에 위치시키고, 공기 유량 센서를 공기가 지나가는 제2 관통 섹션에 배치하며, 제1 관통 섹션과 제2 관통 섹션을 서로에 대해 일정 각도로 오프셋시켜 설계함으로써, 소형의 공기 유량 센서 파이프가 설계될 수 있다. 이에 따라, 좁은 공간 그리고 한정된 공간에, 공기 유량 센서 파이프를 설치할 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 목적들은 청구항 11에 기재되어 있는 구성요소를 특징으로 하는, 전술한 유형의 연소 엔진에 의해서도 달성된다.
이하에서, 본 발명의 다른 특징들과 이점들을 일 실시예로 설명한다.
이하에서 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 예시로 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 유량 센서 파이프를 구비한 차량의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 유량 센서 파이프 내의 공기 덕트의 형상 디자인의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기 유량 센서 파이프의 제1 실시형태의 단면도이다.
도 4는 도 3의 단면도에 대해 90° 변위된, 본 발명에 따른 공기 유량 센서 파이프의 제1 실시형태의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기 유량 센서 파이프의 제1 실시형태의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 공기 유량 센서 파이프의 제2 실시형태의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 공기 유량 센서 파이프의 제2 실시형태의 단면도이다.
도 8은 도 7의 단면도에 대해 90° 변위되어 있으며, 도 7에서 라인 IIX-IIX를 따르는, 본 발명에 따른 공기 유량 센서 파이프의 제2 실시형태의 단면도이다.
도 1은 차량을 구동시키는 연소 엔진(102)이 장착되어 있는, 차량(100)의 개략적인 측면도이다. 차량을 구동하기 위해, 상기 차량(100)은 구동휠(104), 기어박스(110) 및 프로펠러 샤프트(108)를 포함하는 통상적인 구동라인을 포함한다. 연소 엔진(102)에는 공기 필터(112), 터보차저(114) 및 공기 유량 센서 파이프(116)를 포함하는 인입 시스템(110)이 장착되어 있다. 연소 엔진(102)의 인입 시스템(110)에서, 공기 필터(112)는 공기 유량 센서 파이프(116)의 상류에 배치되어 있고, 터보차저(114)는 공기 유량 센서 파이프(116)의 하류에 배치되어 있다. 공기 유량 센서 파이프(116)는 제어장치(120)에 연결되어 있는 공기 유량 센서(118)를 포함한다. 연소 엔진(102)에 공급되는 연료량과 같은 여러 파라미터들을 제어하기 위해, 제어장치(120)는 연소 엔진(102)에도 연결되어 있다.
도 2는 공기 유량 센서 파이프(116) 내의 공기 덕트(112)의 형상 디자인의 개략적인 사시도이다. 공기 유량 센서 파이프(116)는 공기가 들어오는 인입 개구부(124)와, 공기가 빠져나가는 배출 개구부(126) 그리고 상기 인입 개구부(124)와 배출 개구부(126) 사이의 안쪽에 배치되는 공기 유량 센서(118)를 포함한다. 인입 개구부(124)와 배출 개구부(126)의 단면은 기본적으로 원형이어서, 연소 엔진(102)의 인입 시스템(110)에 쉽게 연결될 수 있다. 그렇지만, 연소 엔진(102)의 인입 시스템(110)의 형상에 따라서는, 인입 개구부(124)와 배출 개구부(126)의 단면이 다른 형상을 취할 수도 있다.
공기가 지나가는 제1 관통 섹션(128)이 공기 유량 센서(118)의 상류에 배치한다. 공기 유량 센서(118)는 공기가 지나가는 제2 관통 섹션(130) 내부에 배치된다. 제1 관통 섹션(128)과 제2 관통 섹션(130)은 공기 유량 센서 파이프(116)의 협소부(narrowing)를 구성한다. 제1 관통 섹션(128)과 제2 관통 섹션(130)의 단면은 기본적으로 사각형일 수 있지만, 다른 형상의 단면을 취할 수도 있다. 제1 관통 섹션(128)과 제2 관통 섹션(130)은 공기 유량 센서 파이프(116)의 공기 덕트(122) 내에서 공기 유량 센서(118)가 위치하는 구역으로 흐르는 공기량을 조절하도록 설계되어, 기본적으로 층류이며, 기본적으로 대기압에 상당하는 기압의 공기가 공기 유량 센서(118)를 통과하게 된다.
층류를 형성하기 위해 공기 조절 요소(132)가 제1 관통 섹션(128)의 상류에 배치되어 있다. 공기 조절 요소(132)는 하니컴-형상 즉 하니컴 구조(즉 평면 내에 육각형 셀들이 형성되어 있으며, 이 셀들이 상기 평면과 직교하는 방향으로 연장하는)인 것이 바람직하다. 공기 조절 요소(132)가 래스터 포맷(raster format)과 같은 다른 형상일 수도 있다. 공기 조절 요소(132)를 통과하는 공기 유동은 층류(laminar flow)가 되며, 칼럼 형상으로 병합되어 제1 관통 섹션(128)을 지나간다. 제1 관통 섹션(128)과 제2 관통 섹션(130)은 서로에 대해 일정 각도를 형성하며 변위되어 있으며, 바람직하기로는 근본적으로 90° 각 변위되어 있다. 이에 따라, 제1 관통 섹션(128)을 통과하는 공기 유동은 제1 방향에 대해 90° 각 변위하는 방향으로 압축되는 동시에 팽창된다. 제2 관통 섹션(130)에 배치되어 있는 공기 유량 센서(118)를 공기가 통과할 때, 공기 유동은 기본적으로 층류이며, 기압은 기본적으로 대기압에 상당한다. 제1 관통 섹션(128)과 제2 관통 섹션(130)을 통과하는 공기는 공기 유량 센서(118)가 위치하는 구역에 맞추어 조절된다. 본 명세서에서 사용되는 상류와 하류라는 용어는 연소 엔진(102)의 인입 시스템(110) 내와 공기 유량 센서 파이프(116)의 공기 덕트(122) 내를 흐르는 공기 유동의 방향과 관련되어 있다.
도 3은 공기 유량 센서 파이프(116)의 제1 실시형태의 단면도이다. 본 발명의 제1 실시형태에서, 인입 개구부(124)와 배출 개구부(126)의 중심축(134)은 실질적으로 일치한다. 인입 개구부(124)와 배출 개구부(126)의 단면은 실질적으로 원형이며, 이는 공기 유량 센서 파이프(116) 내의 원형 연결 영역을 통해 연소 엔진(102)의 인입 시스템(110)에 쉽게 연결될 수 있다. 단면 형상은 제1 관통 섹션(128)이 공기 유량 센서 파이프(116)에서 협소부를 구성하고 있음을 보여주고 있다. 제1 관통 섹션(128)과 제2 관통 섹션(130)이 서로에 대해 일정 각도, 바람직하기로는 실질적으로 90°의 각 변위로 변위되어 있기 때문에, 도 3은 관통 섹션이 협소부를 구성하는 것은 보여주지 않는다. 그러나, 단면은 공기 덕트(122)는 제2 관통 섹션(130)을 향하는 방향으로 확장하는 것을 보여주고 있다. 도 3은 또한 공기 유량 센서(118)가 제2 관통 섹션(130)에 배치되어 있음을 보여주고 있다.
도 4는 공기 유량 센서 파이프(116)의 제1 실시형태의 단면도로, 도 3의 단면도를 90° 변위시킨 단면도이다. 도 4는 공기 덕트(122)가 제2 관통 섹션(130)을 향하는 방향으로 수렴되는 방식을 보여주고 있다. 제1 관통 섹션(128)을 통과한 공기 유동은 공기 유량 센서 파이프(116)의 중심축(134)과 관련하여 직각을 이루는 방향으로 팽창되며, 이와 동시에 공기 유량 센서 파이프(116)의 중심축(134)과 관련하여 서로에 대해 90°의 각 변위를 이루는 방향으로 압축된다.
도 5는 공기 유량 센서 파이프(116)의 제1 실시형태의 사시도이다. 공기 조절 요소(132)가 인입 개구부(124)에 배치되어 있다. 공기 유량 센서 파이프(116)의 외각 윤곽은 제1 관통 섹션(128)과 제2 관통 섹션(130)을 형성한다. 제2 관통 섹션(130)이 위치하는 공기 유량 센서 파이프(116)의 측면 개구부(136)에 공기 유량 센서(118)가 장착되어 있으며, 공기 유량 센서 파이프(116)의 외부에 제어 장치(120)와 연결하기 위한 커넥터(138)가 위치하고 있다.
도 6은 공기 유량 센서 파이프(116)의 제2 실시형태의 사시도이다. 제2 실시형태에서, 공기 유량 센서 파이프(216)가 연소 엔진(102)에서 곡선형 인입 시스템을 요구하는 설비에 적합하도록 인입 개구부(224)와 배출 개구부(226)의 중심축(234)이 실질적으로 직교하고 있다. 공기 조절 요소(232)는 인입 개구부(224)에 배치되어 있다. 공기 유량 센서 파이프(216)의 외각 윤곽은 제1 관통 섹션(228)과 제2 관통 섹션(230)을 형성한다. 제2 관통 섹션(230)이 위치하는 공기 유량 센서 파이프(216)의 측면 개구부(236)에 공기 유량 센서(218)가 장착되어 있으며, 공기 유량 센서 파이프(216)의 외부에 제어 장치(120)와 연결하기 위한 커넥터(238)가 위치하고 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 인입 개구부(224)와 배출 개구부(226)의 중심축(234)은 실질적으로 직교하고 있다. 인입 개구부(224)와 배출 개구부(226)의 중심축(234)의 방향이 다른 방향, 즉 서로 다른 방향을 향할 수도 있다.
도 7은 공기 유량 센서 파이프(216)의 제2 실시형태의 단면도이다. 도 7은 인입 개구부(224)와 배출 개구부(226)의 중심축(234)이 실질적으로 직교하는 것을 보여주고 있다. 인입 개구부(224)와 배출 개구부(226)의 단면은 기본적으로 원형일 수 있으며, 이에 따라 공기 유량 센서 파이프(216)의 원형 연결 영역을 통해 연소 엔진(102)의 인입 시스템(110)에 쉽게 연결될 수 있게 된다. 도 7은 제2 관통 섹션(230)이 공기 유량 센서 파이프(216)에서 협소부를 구성하는 것을 보여주고 있다. 제1 관통 섹션(228)과 제2 관통 섹션(230)이 서로에 대해 일정 각도, 바람직하기로는 실질적으로 90도의 각 변위로 변위되어 있기 때문에, 도 7은 제1 관통 섹션(228)이 협소부를 구성하는 것은 보여주지 않는다. 그러나, 도 7은 공기 유량 센서(218)가 제2 관통 섹션(230)에 배치되어 있는 것을 보여주고 있다.
도 8은 공기 유량 센서 파이프(216)의 제2 실시형태의 단면도로, 도 7의 단면도를 90도 변위되어 있으며, 도 7에서 라인 IIX-IIX를 따르는 단면도이다. 공기 유량 센서 파이프(216)의 굽어진 섹션에 공기 덕트의 협소부가 위치하며, 상기 협소부가 제1 관통 섹션(228)을 구성한다. 도 8은 공기 덕트(222)가 제2 관통 섹션(230)을 향하는 방향으로 확장되는 방식을 보여주고 있다. 제1 관통 섹션(228)을 통과한 공기 유동은 공기 유량 센서 파이프(216)의 중심축(234)과 관련하여 직각을 이루는 방향으로 팽창되며, 이와 동시에 공기 유량 센서 파이프(216)의 중심축(234)과 관련하여 서로에 대해 90°의 각 변위를 이루는 방향으로 압축된다. 도 8에 도시되어 있는 바와 같이, 공기 덕트(222)는 제2 관통 섹션(230)을 향하는 방향으로 확장된다.
본 발명의 프레임워크 내에 속하는 이상에서 기술된 부품들과 특징들은 다른 실시형태들과 결합될 수 있다.
전술한 사항들은 적어도 어느 정도는 차량 내의 설비와 관련이 있다. 연소 엔진과 그 부품들은 예컨대 산업용이나 해양용과 같이 다른 분야에도 유사하게 유리하게 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 공기가 들어오는 인입 개구부(124; 224)와, 공기가 빠져 나가는 배출 개구부(126; 226) 및 상기 인입 개구부(124; 224)와 배출 개구부(126; 226) 사이의 내부에 배치되는 공기 유량 센서(118; 228)를 포함하여 구성되는, 연소 엔진(2)용 공기 유량 센서 파이프(116; 216)에 있어서,
    공기가 지나가는 제1 관통 섹션(128; 228)이 공기 유량 센서(118; 228)의 상류에 배치되고, 공기 유량 센서(118; 228)가 공기가 지나가는 제2 관통 섹션(130; 230)에 배치되며, 제1 관통 섹션(128; 228)의 상류에 층류를 형성하기 위한 공기 조절 요소(132; 232)가 배치되고, 공기 유량 센서 파이프(116; 216)의 제1 관통 섹션(128; 228)으로부터 제2 관통 섹션(130; 230)까지의 부분이 공기 유량 센서 파이프(116; 216)의 협소부를 구성하고, 제1 관통 섹션(128; 228)과 제2 관통 섹션(130; 230)이 공기 유량 센서 파이프의 중심축과 직교하는 평면 상에서 서로에 대해 일정 각도로 변위되어 있고, 협소부의 단면은 제1 관통 섹션(128; 228)으로부터 제2 관통 섹션(130; 230)까지 상기 일정 각도만큼 상기 평면 상에서 연속적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 공기 유량 센서 파이프.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 관통 섹션(128; 228)과 제2 관통 섹션(130; 230)의 단면이 사각형인 것을 특징으로 하는 공기 유량 센서 파이프.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    인입 개구부(124; 224)와 배출 개구부(126; 226)의 단면이 원형인 것을 특징으로 하는 공기 유량 센서 파이프.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제1 관통 섹션(128; 228)과 제2 관통 섹션(130; 230)의 각 변위가 90°인 것을 특징으로 하는 공기 유량 센서 파이프.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    공기 조절 요소(132; 232)가 하니컴 형상인 것을 특징으로 하는 공기 유량 센서 파이프.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    인입 개구부(124)와 배출 개구부(126)의 중심축(134)이 일치하는 것을 특징으로 하는 공기 유량 센서 파이프.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    인입 개구부(124)와 배출 개구부(226)의 중심축(234)의 방향이 서로 다른 것을 특징으로 하는 공기 유량 센서 파이프.
  9. 제8항에 있어서,
    인입 개구부(124)와 배출 개구부(226)의 중심축(234)의 방향이 직교하는 것을 특징으로 하는 공기 유량 센서 파이프.
  10. 제1항에 따른 공기 유량 센서 파이프(116; 216)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 연소 엔진(1).
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