KR101896785B1

KR101896785B1 - 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치

Info

Publication number: KR101896785B1
Application number: KR1020160134892A
Authority: KR
Inventors: 소현기; 이재갑
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-09-07
Also published as: CN107956574B; US10047667B2; CN107956574A; KR20180042581A; DE102017200264B4; US20180106188A1; DE102017200264A1

Abstract

본 발명은 가속 페달 조작에 따라 발생된 제1압축 공기 및 상용 엔진에 기설치된 유압 발생 장치로부터 발생된 제2압축 공기가 선택적으로 유입되는 액츄에이터와 상기 제1압축 공기 또는 상기 제2압축 공기가 유입되는 압력에 의해 상기 액츄에이터의 내부에서 승강하는 승강 플레이트 및 상기 승강 플레이트의 승강에 따른 압력에 의해 동작하여 상기 액츄에이터가 개방되도록 하며, 상기 액츄에이터의 개방을 통해 터빈 측 배기가스가 바이패스 되도록 하는 웨이스트게이트 밸브를 포함한다.

Description

상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치{Apparatus and method for flow generated noise reduction of vehicle engine}

본 발명은 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상용 디젤 엔진에 마련된 에어 컴프레서를 활용하는 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치 및 방법에 관한 것이다.

현재, 상용엔진의 가격경쟁력 확보 및 원가 절감의 일환으로 VGT(Variable Geometry) 터보차져에서 정압식 WGT(Wastegate) 터보차져의 사용이 증대되고 있다.

일반적으로, 디젤엔진 차량에서는 주행 중 가속페달을 떼게 되면 배기가스가 터보차져의 터빈을 통과하면서 기체의 유동박리가 발생하게 되며, 이는 배기계 전체를 가진하여 서지소음 및 기류음으로 나타나게 된다.

승용 디젤엔진의 경우, 소음 개선을 위해서 터보 후단에 레조네이터와 VGT의 개도량 튜닝 및 EMS맵핑 최적화를 통하여 소음을 개선하고 있으나, 정압식 WGT 터보차져가 장착된 상용엔진차량의 경우 VGT-type과 부압식 WGT와 달리 소음을 개선하는데 한계가 있다.

즉, 정압식 WGT 터보차져는 터보차져 내부의 일정한 압력이상 발생시에만 작동하기 때문에, 개도량튜닝 및 EMS맵핑으로 소음을 개선하기는 어려운 실정이다.

이를 위해, 현재 상용엔진의 경우 촉매장치 흡차음 보강, 오리피스 적용등을 통하여 소음을 개선하고 있는 중이지만, 이러한 촉매장치의 흡차음 보강은 과도한 원가상승을 초래하게 되고, 오리피스 적용 또한 성능과 EM 개발에 큰 장애요인으로 작용할 수 있는 문제가 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2006-0068725호(2006.06.21.)

본 발명의 목적은, 가속페달 미조작 시 에어 컴프레서를 통해 압축 공기가 액츄에이터로 공급되도록 밸브를 개방시키고, 그에 따라 액츄에이터의 개방으로 인해 배기가스를 바이패스시켜 터빈 내의 배기 압력을 낮출 수 있도록 함으로써, 가속 후 가속페달 미조작 시 발생하는 배기 기류음을 저감시킬 수 있는 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치는 가속 패달 조작에 따라 발생된 제1압축 공기 및 상용 엔진에 기설치된 유압 발생 장치로부터 발생된 제2압축 공기가 선택적으로 유입되는 액츄에이터와, 상기 제1압축 공기 또는 상기 제2압축 공기가 유입되는 압력에 의해 상기 액츄에이터의 내부에서 승하강하는 승강 플레이트 및 상기 승강 플레이트의 하강에 따른 압력에 의해 동작하여 상기 액츄에이터가 개방되도록 하며, 상기 액츄에이터의 개방을 통해 터빈 측 배기가스가 바이패스 되도록 하는 웨이스트게이트 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 승강 플레이트는 상기 액츄에이터의 내부에 구획된 제1통로에 설치되고, 가속 페달 조작 시 유입되는 제1압축 공기의 압력에 따라 상기 제1통로에서 승강 또는 하강하는 제1플레이트 및 상기 액츄에이터 내부에서 상기 제1통로와 구획 형성된 제2통로에 설치되고, 가속 페달 미조작 시 상기 유압 발생 장치로부터 유입되는 제2압축 공기의 압력에 따라 상기 제2통로에서 승강 또는 하강하는 제2플레이트를 구비한다.

이러한 상기 액츄에이터는 상기 제2통로에서 분기되어 상기 유압 발생 장치와 연결된 연결통로 상에 설치되며, 상기 유압 발생 장치의 제2압축 공기가 선택적으로 상기 제2통로를 따라 이동하도록 상기 연결통로의 개폐를 제어하는 제어 밸브를 구비한다.

그리고, 상기 액츄에이터는 상기 승강 플레이트의 하부에 설치되고, 상기 승강 플레이트의 하강에 따른 진동을 흡수하도록 형성되는 진동 흡수 부재 및 상기 진동 흡수 부재와 이격되어 고정 배치되며, 상기 승강 플레이트의 하강 시 상기 진동 흡수 부재와의 충돌에 따른 충격을 흡수하도록 마련되는 충격 흡수 부재를 구비한다.

또한, 상기 제2압축 공기는 상기 유압 발생 장치와 연결된 연결통로를 통해 가속 페달 미조작 시 상기 액츄에이터의 내부로 유입되며, 상기 제1압축 공기는, 상기 연결통로에서 분기되어 형성된 유입통로를 통해 가속 페달 조작 시 상기 액츄에이터의 내부로 유입된다.

삭제

본 발명은, 가속페달 미조작 시 에어 컴프레서를 통해 압축 공기가 액츄에이터로 공급되도록 밸브를 개방시키고, 그에 따라 액츄에이터의 개방으로 인해 배기가스를 바이패스시켜 터빈 내의 배기 압력을 낮출 수 있도록 함으로써, 가속 후 가속페달 미조작 시 발생하는 배기 기류음을 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.

그에 따라, 본 발명은 배기 기류음 저감을 위하여 적용될 수 있는 오리피스 및 촉매흡차음 보강 등을 위한 복수의 부재들을 삭제할 수 있기 때문에, 원가를 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치를 보여주는 도면이다.
도 2 는 본 발명의 제2실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치를 보여주는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 제3실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 방법을 보여주는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 제3실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명의 제1실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치를 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치는 액츄에이터(100), 승강 플레이트(200) 및 웨이스트게이트 밸브(300)를 포함한다.

먼저, 액츄에이터(100)는 가속 페달 조작에 따라 발생된 제1압축 공기 및 상용 엔진에 기설치된 유압 발생 장치(10), 더 구체적으로는 에어 컴프레서로부터 발생된 제2압축 공기가 선택적으로 유입되도록 형성된다.

승강 플레이트(200)는 제1압축 공기 또는 제2압축 공기가 유입되는 압력에 의해 액츄에이터(100)의 내부에서 승강 또는 하강한다.

본 실시예에 따른 승강 플레이트(200)는 액츄에이터(100) 내부에서 제1압축 공기 또는 제2압축 공기의 유입 경로에 따라 서로 다르게 승강 또는 하강될 수 있도록 제1플레이트(210) 및 제2플레이트(220)를 구비한다.

이러한 제1플레이트(210)는 액츄에이터(100)의 내부에 구획된 제1통로(P1)에 설치되고, 가속 페달 조작 시 특정 압력 이상, 즉 약 2.5bar 이상으로 제1압축 공기가 유입되면, 제1압축 공기의 압력에 따라 제1통로(P1)의 내부에서 하강한다.

제2플레이트(220)는 액츄에이터(100)의 내부에서 제1통로(P1)와 구획되어 형성된 제2통로(P2)에 설치되고, 가속 페달 미조작 시 유압 발생 장치(10)로부터 유입되는 제2압축 공기의 압력에 따라 제2통로(P2)에서 하강한다.

즉, 제2플레이트(220)는 액츄에이터(100)의 중심부 상에서 구획되어 형성된 제1통로(P1)의 외주면에 형성된 제2통로(P)에 설치되며, 가속 페달 미조작 시 유압 발생 장치(10)에서 발생되는 제2압축 공기의 압력에 의해서 제1플레이트(210)와 개별적으로 하강한다.

이를 위해, 액츄에이터(100)는 제2통로(P2)에서 분기되어 유압 발생 장치(10)와 연결된 연결통로(40)를 포함하며, 이 연결통로(40)에는 유압 발생 장치(10)에서 발생된 제2압축 공기가 선택적으로 제2통로(P2)를 향해 이동하도록 연결통로(40)의 개폐를 제어하는 제어 밸브(20)가 구비된다.

이러한 제어 밸브(20)는 만일 제어기(30), ECU로부터 가속 페달 미조작에 따른 신호가 전달되면, 제2압축 공기의 공급을 위하여 개방이 이루어지는데, 이는 예를 들어 정압식 WGT(Wastegate) 터보차져가 장착된 상용 엔진 차량의 경우 주행 중 가속 페달을 떼게 되면, 배기가스가 터보차져의 터빈을 통과하면서 기체의 유동박리가 발생하게 되고, 그에 따라 배기계 전체를 가진하여 서지소음 및 기류음으로 나타나기 때문에, 가속 페달 미조작 시에도 유압 발생 장치(10)에서 발생된 제2압축 공기를 통해 액츄에이터(100)가 개방되도록 하여 서지소음 및 기류음 발생을 저감시킬 수 있도록 하기 위함이다.

더 자세히 설명하면, 정압식 WGT 터보차져의 경우 터보차져 내부의 일정한 압력 이상이 발생한 경우에만 작동하기 때문에, 가속 페달 미조작 시에는 상기와 같은 압력이 발생하지 않게 되므로, 가속 페달 미조작 시 기설치된 유압 발생 장치(10)로부터 제2압축 공기를 공급 받아 액츄에이터(100)가 개방되도록 함으로써, 기류음 발생을 개선할 수 있다.

여기서, 제2플레이트(220)는 제1압축 공기가 유입되는 특정 압력, 즉 2.5bar 의 압력이 작용되는 것 아니라, 유압 발생 장치(10)를 통해 약 8 ~ 9bar 의 압력을 가지는 제2압축 공기가 작용됨에 따라 하강하기 때문에, 제2통로(P2)에서 웨이스트게이트 밸브(300)와의 연결을 위하여 설치된 복수개의 탄성부재(110)의 갯수를 증가시킴으로써, 제2플레이트(220)가 제1플레이트(210)와 동일한 변위로 승하강할 수 있도록 한다.

한편, 웨이스트게이트 밸브(300)는 액츄에이터(100)의 하부에서 승강 플레이트(200), 즉 제1플레이트(210) 및 제2플레이트(220)와 탄성부재(110)를 통해 각각 연결되어 제1 및 제2플레이트(210,220)에 작용하는 압력에 의해 동작하고, 제1압축 공기 및 제2압축 공기의 유입 시 액츄에이터(100)가 개방되도록 하며, 그에 따라 액츄에이터(100)의 개방을 통해 터빈 측 배기가스가 바이패스 되도록 한다.

결국, 상기와 같이 제1압축 공기 및 제2압축 공기의 선택적인 유입에 따라 웨이스트게이트 밸브(300)가 개방되도록 하여 터빈 측 배기가스가 바이패스 되도록 함으로써, 가속 페달 미조작 시에도 기류음 발생을 저감시킬 수 있다.

이하, 도 2 는 본 발명의 제2실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치를 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치는 액츄에이터(100), 승강 플레이트(200) 및 웨이스트게이트 밸브(300)를 포함한다.

본 실시예에 따른 액츄에이터(100), 승강 플레이트(200) 및 웨이스트게이트 밸브(300)의 전체적인 구성은 전술된 제1실시예에서와 동일하므로, 그에 따른 상세한 설명은 생략하기로 한다.

여기서, 액츄에이터(100)는 유압 발생 장치(10)를 통해 유입되는 제1압축 공기의 압력에 의해 승강 플레이트(200) 및 웨이스트게이트 밸브(300)의 충돌로 인한 파손 등을 방지하기 위하여 진동 흡수 부재(120) 및 충격 흡수 부재(130)를 구비한다.

즉, 가속 페달의 조작에 따라 발생된 제1압축 공기는 연결통로(40)에서 분기되어 형성된 유입통로(50)를 통해 액츄에이터(100) 내부로 유입되는데, 이때 유입되는 제1압축 공기는 특정 압력, 즉 약 2.5bar의 압력으로 유입되어 승강 플레이트(200)를 하강시키기 된다.

하지만, 가속 페달의 미조작이 확인됨에 따른 제어 밸브(20)의 개방 시 유압 발생 장치(10)와 연결된 연결통로(40)를 통해 액츄에이터(100)의 내부로 유입되는 제2압축 공기의 경우, 제1압축 공기의 공급 압력과 다르게 유압 발생 장치(10)에서 공급되는 압력, 즉 약 8 ~ 9bar의 압력으로 공급되기 때문에, 제2압축 공기의 유입에 따라 승강 플레이트(200)가 하강하게 되면, 그에 따른 하강 속도로 인하여 웨이스트게이트 밸브(300)와 충돌이 발생될 수 있고, 이는 파손 등과 같은 문제 발생을 야기시킬 수 있다.

이를 위해, 진동 흡수 부재(120)는 승강 플레이트(200)의 하부에 설치되고, 승강 플레이트(200)의 승하강에 따른 진동을 흡수하도록 형성된다.

다시 말해, 진동 흡수 부재(120)는 승강 플레이트(200)의 하부에서 링 형상을 가지며 액츄에이터(100)의 내측면과 접하도록 설치되고, 그에 따라 제2압축 공기의 유입에 따른 승강 플레이트(200)의 승하강 시 마찰력을 제공할 뿐만 아니라 진동 또한 흡수하여 승강 플레이트(200)의 하강 속도를 제한할 수 있다.

충격 흡수 부재(130)는 진동 흡수 부재(120)와 이격되어 액츄에이터(100)의 내부에 고정 배치되며, 승강 플레이트(200)의 하강 시 진동 흡수 부재(120)와의 충돌에 따른 충격을 흡수하도록 마련된다.

이러한 충격 흡수 부재(130)는 제2압축 공기에 의한 승강 플레이트(200)의 하강 시 충돌에 의한 파손을 방지하기 위하여 설치되는 것으로, 효과적인 충격 흡수를 위하여 고무 등과 같은 탄성을 가진 부재로 형성되는 것이 바람직하며, 또한 승강하는 승강 플레이트(200)의 마찰 열을 상쇄시키기 위하여 내열성을 가지는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

결과적으로, 본 실시예에 따른 상용 차량의 기류음 저감 장치는 터빈 측 배기가스가 바이패스 되도록 웨이스트게이트 밸브(300)를 동작시킴에 있어서, 진동 흡수 부재(120) 및 충격 흡수 부재(130)를 구비하여 제2압축 공기의 유입에 따른 승강 플레이트(200)의 하강 시와 제1압축 공기의 유입에 따른 하강 시가 동일한 변위로 하강할 수 있도록 하고, 그에 따라 안정적으로 웨이스트게이트 밸브(300)를 동작시켜 상용 엔진 차량의 기류음을 효과적으로 저감시키도록 한다.

이하, 도 3 은 본 발명의 제3실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 방법을 보여주는 도면이고, 도 4 는 본 발명의 제3실시예에 따른 상용 엔진 차량의 기류음 저감 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.

도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상용 엔진 차량의 기류음 저감 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 기설정된 가속 페달 신호 값과 실제 가속 페달 신호 값을 비교하여 가속 페달 오프 상태를 판단한다(S100).

이후, 제어기(30)를 통해 가속 페달(1)의 ON/OFF 신호를 전달받고, 만일 제어기(30)가 이러한 신호를 전달 받아 가속 페달(1)이 오프 상태인 것, 즉 운전자가 가속 페달(1)에서 발을 뗀 것으로 판단되면, 제어기(30)를 통해 제어 밸브(20)로 개방에 따른 동작 신호를 송출하여 제어 밸브(20)가 개방되도록 제어한다(S200).

그에 따라, 제어 밸브(20)의 개방을 통해 액츄에이터(100)의 외부에 미리 설치되어 연결된 유압 발생 장치(10)로부터 압축 공기가 액츄에이터(100)의 내부로 유입되게 되면, 이러한 압축 공기의 압력에 의해 승강 플레이트(200)를 하강시켜 웨이스트게이트 밸브(300)가 선택적으로 개방되도록 한다(S300).

이때, 만일 가속 페달(1)이 온 상태인 것, 즉 운전자가 가속 페달(1)을 밟고 있는 것으로 판단되면, 제어기(30)를 통해 제어 밸브(20)의 개방을 차단하는 신호를 송출하고, 그에 따라 가속 페달(1) 조작 시 유입되는 압축 공기에 의해 웨이스트 게이트 밸브(300)가 개방되도록 한다.

여기서, 제어 밸브(20)의 개방을 제어하는 제어기(30)의 신호 송출은 기설정된 시간 동안 이루어지며, 기설정된 시간 이후에는 동작 신호의 송출이 중단되도록 하여 제어 밸브(20)의 개방이 차단되도록 한다.

즉, 상기와 같은 제어 밸브(20)의 개방의 경우, 웨이스트게이트 밸브(300)의 승강으로 인한 액츄에이터(100)의 작동으로 터빈 측 배기가스가 바이패스 되도록 하기 위한 것으로, 계속적인 개방이 요구되는 것이 아니라 배기가스의 바이패스를 위한 개방 시간만이 요구되기 때문에, 기설정된 시간 이후에는 별도의 차단을 위한 제어 없이 제어 밸브(20)의 개방이 차단되도록 하는 것이 바람직하다.

결과적으로, 본 실시예에서는 가속 페달(1)의 미조작 시 기설치된 유압 발생 장치(10)를 이용하여 압축 공기가 유입되도록 하고, 그에 따라 액츄에이터(100)의 작동으로 터빈 측 배기가스가 바이패스 될 수 있도록 제어함으로써, 일정한 압력 이상 발생 시에만 작동하는, 예를 들어 정압식 WGT 터보차져 등과 같은 구조에서 기류음 발생하는 것을 효과적으로 개선할 수 있다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

1 : 가속 페달 10 : 유압 발생 장치
20 : 제어 밸브 30 : 제어기
40 : 연결통로 50 : 유입통로
100 : 액츄에이터 110 : 탄성부재
120 : 진동 흡수 부재 130 : 충격 흡수 부재
200 : 승강 플레이트 210 : 제1플레이트
220 : 제2플레이트 300 : 웨이스트 게이트 밸브
P1 : 제1통로 P2 : 제2통로

Claims

가속 페달 조작에 따라 발생된 제1압축 공기 및 상용 엔진에 기설치된 유압 발생 장치로부터 발생된 제2압축 공기가 선택적으로 유입되는 액츄에이터;
상기 제1압축 공기 또는 상기 제2압축 공기가 유입되는 압력에 의해 상기 액츄에이터의 내부에서 승강하는 승강 플레이트; 및
상기 승강 플레이트의 승강에 따른 압력에 의해 동작하여 상기 액츄에이터가 개방되도록 하며, 상기 액츄에이터의 개방을 통해 터빈 측 배기가스가 바이패스 되도록 하는 웨이스트게이트 밸브;를 포함하고,
상기 승강 플레이트는,
상기 액츄에이터의 내부에 구획된 제1통로에 설치되고, 가속 페달 조작 시 유입되는 제1압축 공기의 압력에 따라 상기 제1통로에서 승강하는 제1플레이트; 및
상기 액츄에이터 내부에서 상기 제1통로와 구획 형성된 제2통로에 설치되고, 가속 페달 미조작 시 상기 유압 발생 장치로부터 유입되는 제2압축 공기의 압력에 따라 상기 제2통로에서 승강하는 제2플레이트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 상용 차량의 기류음 저감 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 액츄에이터는,
상기 제2통로에서 분기되어 상기 유압 발생 장치와 연결된 연결통로 상에 설치되며, 상기 유압 발생 장치의 제2압축 공기가 선택적으로 상기 제2통로를 따라 이동하도록 상기 연결통로의 개폐를 제어하는 제어 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 액츄에이터는,
상기 승강 플레이트의 하부에 설치되고, 상기 승강 플레이트의 승강에 따른 진동을 흡수하도록 형성되는 진동 흡수 부재; 및
상기 진동 흡수 부재와 이격되어 고정 배치되며, 상기 승강 플레이트의 승강 시 상기 진동 흡수 부재와의 충돌에 따른 충격을 흡수하도록 마련되는 충격 흡수 부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제2압축 공기는,
상기 유압 발생 장치와 연결된 연결통로를 통해 가속 페달 미조작 시 상기 액츄에이터의 내부로 유입되며,
상기 제1압축 공기는, 상기 연결통로에서 분기되어 형성된 유입통로를 통해 가속 페달 조작 시 상기 액츄에이터의 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 상용 엔진 차량의 기류음 저감 장치.
삭제
삭제
삭제