KR102634396B1 - 부밍 소음 조절 타입 흡기 시스템 및 부밍 소음 가변 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 부밍 소음 조절 타입 흡기 시스템(1)은 차량 엔진으로 공급되는 흡기 에어가 에어클리너(7)로 유입되는 흐름 경로를 형성하는 흡기 덕트(5)의 연결라인(5-2)에 위치되고, 상기 연결라인(5-2)과 연통되는 공명길이가 조절되어 헬름홀츠 공명효과를 발생시키는 가변 레조네이터(20)를 포함함으로써 흡기 덕트와 공명실 입구에 대한 온/오프(ON/OFF)의 선택적 개폐 제어로 고도차와 도로 경사와 같은 차량 주행 환경 변화에서 운전자 의지가 반영된 부밍 소음저감이 가능하고, 특히 운전자 의지에 따른 소음대역에서 공명효과를 크게 개선되는 특징을 갖는다.

Description

부밍 소음 조절 타입 흡기 시스템 및 부밍 소음 가변 제어방법{Booming Noise Adjust Type Intake System and Booming Noise Variable Control Method}

본 발명은 흡기 시스템에 관한 것으로, 특히 부밍 소음을 저감시켜 주는 레조네이터 가변 제어할 수 있는 부밍 소음 조절 타입 흡기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 흡기 시스템(Intake System)은 엔진 구동 상태에서 흡기 매니폴드(Intake Manifold)로 가는 에어 흐름 경로를 형성해 주는 흡기 덕트(Intake Duct)에서 발생되는 공진주파수를 방지함이 필요하다.

이러한 이유는 상기 흡기 덕트의 공진주파수는 흡기 맥동으로 흡기 소음을 발생시키고, 상기 흡기 소음은 특정 주파수 영역의 소음원인 부밍 소음(Booming Noise)로 발전되기 때문이다.

그러므로 상기 흡기 시스템은 흡기 덕트에 레조네이터(RESONATOR, 공명기)를 구비하고, 상기 레조네이터는 부밍 소음를 발생 시키는 특정 주파수 영역의 음압을 낮추도록 공명현상을 발생시켜 준다.

특히 상기 흡기 시스템은 부밍 소음 저감 효과를 높이기 위해 다양한 구조/방식의 레조네이터를 적용한다.

일례로 자연부압식 레조네이터는 서지탱크 주위로 형성된 압력을 이용하여 공명효과를 높이고, 다공판 레조네이터는 흡기 덕트 한면에 천공된 홀을 이용하여 공명효과를 높이며, 공간 분할식 레조네이터는 복수의 공간으로 형성된 공명실을 이용하여 공명효과를 높여 준다.

이로부터 상기 흡기 시스템은 레조네이터의 성능 향상을 통해 부밍 소음 저감 효과를 높여 준다.

국내공개특허 10-2008-0017826(2008.02.27)

하지만 기존의 레조네이터는 특정한 부밍주파수 대역에 반응하는 일체형 방식이다.

그러므로 상기 자연부압식 레조네이터, 상기 다공판 레조네이터, 상기 공간 분할식 레조네이터는 모두 고도차와 도로 경사와 같이 외부환경 변화를 수반하는 차량 주행시 달라지는 요구조건(즉, 요구 공기량)이 반영되지 못하고, 이로 인해 흡기 시스템에 대한 부밍 소음 저감 효과는 일정한 수준에 머물 수밖에 없다.

이에 흡기 시스템에 대한 부밍 소음 저감 효과를 높이기 위한 레조네이터 개발이 요구되고 있다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 흡기 덕트와 공명실 입구에 대한 온/오프(ON/OFF)의 선택적 개폐 제어로 고도차와 도로 경사와 같은 차량 주행 환경 변화에서 운전자 의지가 반영된 부밍 소음저감이 가능하고, 특히 부밍주파수 대역을 가변형 레조네이터 동작으로 반응함으로써 특정 소음대역은 물론 운전자 의지에 따른 소음대역에서도 흡기 덕트의 부밍 소음 저감 효과를 높여줄 수 있는 부밍 소음 조절 타입 흡기 시스템 및 부밍 소음 가변 제어방법의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡기 시스템은 차량 엔진으로 공급되는 흡기 에어가 에어클리너로 유입되는 흐름 경로를 형성하는 흡기 덕트의 연결라인에 위치되고, 상기 연결라인과 연통되는 공명길이가 조절되어 헬름홀츠 공명효과를 발생시키는 가변 레조네이터; 흡기 부압, 차속, GPS의 정보로 산출된 도로 노면구배, 부밍 엔진 RPM, 운전자 스위치 조작, 액셀폐달 개도 량을 확인하고, 상기 가변 레조네이터의 동작을 조절하는 컨트롤러;가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 가변 레조네이터는 상기 연결라인에 연통된 연결관, 상기 연결관에 연결되어 공명효과를 발생시키는 공명실, 상기 공명효과를 달리 하도록 상기 연결관에서 상기 공명실로 이어지는 공명관 길이를 조절해 주는 공명 가변 밸브로 구성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 공명 가변 밸브는 상기 컨트롤러의 제어로 공급되는 전류로 전자기력이 발생되는 전자석을 구비하고, 상기 전자석은 상기 전자기력의 미 발생 시 상기 공명관 길이를 고정하여 상기 연결라인을 흐르는 상기 흡기 에어의 유입을 차단하는 반면 상기 전자기력의 발생 시 상기 공명관 길이를 늘려 상기 연결라인을 흐르는 상기 흡기 에어의 유입을 허용한다.

바람직한 실시예로서, 상기 전자석은 이중 스프링과 고정되고, 상기 이중 스프링은 상기 전자기력의 미 발생 시 최대로 인장되는 반면 상기 전자기력의 발생 시 최대로 압축된다.

바람직한 실시예로서, 상기 전자석과 상기 이중 스프링은 상기 연결관의 공명관에 수용되고, 상기 이중 스프링은 클로즈 스토퍼로 최대 인장 위치가 제한되고, 상기 클로즈 스토퍼는 상기 전자석과 반대쪽에서 상기 공명실에 고정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 전자석의 이동은 위치 센서로 검출되어 상기 컨트롤러로 제공된다.

바람직한 실시예로서, 상기 흡기부압은 0~400 mmAq을 설정 영역으로 하고, 상기 차속은 0~90Kph을 설정 영역으로 하며, 상기 노면구배는 -15°의 내리막길과 +15°의 오르막길을 설정 영역으로 하고, 상기 부밍 엔진 RPM은 500RPM을 기준하여 미만과 초과를 설정 영역으로 하며, 상기 운전자 스위치 조작은 운전자 스위치의 스위치 ON신호와 스위치 OFF신호를 설정 영역으로 하고, 상기 액셀 폐달 개도 량은 0~100%에 대한 센서 값을 설정 영역으로 하며, 상기 설정영역의 각각은 상기 전자석의 동작을 0%(완전닫힘)과 100%(완전열림)의 동작제어로 구분시켜준다.

바람직한 실시예로서, 상기 설정영역과 상기 동작제어는 맵에 의한 매핑으로 이루어진다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡기 시스템의 부밍 소음 가변 제어방법은 차량의 엔진 가동과 함께 활성화된 컨트롤러에 의해 흡기 시스템으로 공급되는 흡기 에어가 들어가는 가변 레조네이터의 전자석우로 공급되는 전류차단이 이루어지고, 상기 전류차단으로 상기 전자석에서 전자기력 발생이 끊겨 상기 가변 레조네이터의 공명효과가 중지되는 단계; 흡기 부압, 차속, GPS의 정보로 산출된 도로 노면구배, 부밍 엔진 RPM, 운전자 스위치 조작, 액셀폐달 개도 량을 확인하고, 상기 전자석의 전원공급이 판단되는 단계; 상기 전자석이 상기 전원공급으로 동작하여 상기 흡기 에어를 유입하여 상기 가변 레조네이터에서 공명효과가 발생되는 단계;로 수행되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러의 활성화는 상기 엔진을 제어하는 엔진 ECU와 GPS의 위치정보를 받는 네비게이션에 대한 통신 연결이 포함된다.

바람직한 실시예로서, 상기 흡기 부압 및 상기 액셀폐달 개도 량의 조건 충족 시 상기 차속의 조건 충족이 판단되고, 상기 차속의 조건 충족 시 상기 노면 구배의 조건 충족이 판단되며, 상기 노면 구배의 조건 충족 시 상기 부밍 엔진 RPM 조건 충족이 판단되고, 상기 부밍 엔진 RPM 조건 충족 시 상기 운전자 스위치 조작의 조건 충족이 판단된다.

바람직한 실시예로서, 상기 흡기부압은 0~400 mmAq을 설정 영역으로 하고, 상기 차속은 0~90Kph을 설정 영역으로 하며, 상기 노면구배는 -15°의 내리막길과 +15°의 오르막길을 설정 영역으로 하고, 상기 부밍 엔진 RPM은 500RPM을 기준하여 미만과 초과를 설정 영역으로 하며, 상기 운전자 스위치 조작은 운전자 스위치의 스위치 ON신호와 스위치 OFF신호를 설정 영역으로 하고, 상기 액셀 폐달 개도 량은 0~100%에 대한 센서 값을 설정 영역으로 하며. 상기 설정영역의 각각은 상기 전자석의 동작을 0%(완전닫힘)과 100%(완전열림)의 동작제어로 구분시켜준다.

이러한 본 발명의 흡기 시스템에 적용된 레조네이터 가변 제어는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째, 온/오프(ON/OFF)의 선택적 개폐 제어에 의한 가변형 레조네이터로 특정한 부밍주파수 대역에 반응하는 일체형 레조네이터의 한계를 벗어날 수 있다. 둘째, 가변형 레조네이터로 기존과 같은 특정 소음대역은 물론 운전자 의지에 따른 소음대역에서도 흡기 덕트의 부밍 소음 저감 효과를 높여줄 수 있다. 셋째, 가변형 레조네이터의 흡기 덕트와 공명실 입구에 대한 온/오프(ON/OFF)의 선택적 개폐 제어가 운전자 조작으로 가능함으로써 사용자 편의성이 부여될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부밍 소음 조절 타입 흡기 시스템 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 흡기 시스템의 가변 레조네이터의 공명 원리이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 레조네이터 제어 맵의 예이며, 도 5는 본 발명에 따른 흡기 시스템의 가변 레조네이터를 이용하는 부밍 소음 가변 제어방법 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 부밍 소음 가변 제어시 흡기 시스템의 가변 레조네이터 동작 상태이며, 도 7은 본 발명에 따른 흡기 시스템의 부밍 소음 저감 선도이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1을 참조하면, 흡기 시스템(1)은 가변 레조네이터 장치(10)를 포함한다. 특히 상기 흡기 시스템(1)은 가변 레조네이터 장치(10)의 온/오프(ON/OFF)에 의한 선택적 개폐 제어로 흡기 덕트(5)의 특정 소음대역은 물론 운전자 의지에 따른 소음대역에서도 부밍 소음 저감 효과를 구현하므로 부밍 소음 조절 타입 흡기 시스템으로 특징된다.

구체적으로 상기 흡기 시스템(1)은 덕트 하우징(3), 흡기 덕트(5), 에어 클리너(7) 및 인테이크 호스(9)로 구성된다. 일례로 상기 덕트 하우징(3)은 에어(Air)흡입구로 작용하고, 상기 흡기 덕트(5)는 에어 흐름 경로로 작용하며, 상기 에어 클리너(7)는 외부에서 도입된 공기내 이물질을 제거하고, 상기 인테이크 호스(9)는 에어 클리너(7)에서 정화된 에어를 엔진과 연결된 흡기 매니폴드로 보내준다.

특히 상기 흡기 덕트(5)는 덕트 하우징(3)에서 이어진 에어 흡입라인(5-1)과 에어 클리너(7)로 이어진 에어 공급라인(5-3) 및 가변 레조네이터(20)가 연결되면서 에어 흡입라인(5-1)과 에어 공급라인(5-3)을 서로 이어주는 연결 라인(5-2)으로 구분된다.

구체적으로 상기 가변 레조네이터 장치(10)는 가변 레조네이터(20), 컨트롤러(60), 레조네이터 제어 맵(70), 운전자 스위치(80), 엔진 ECU(Electronic Control Unit)(90) 및 네비게이션(100)을 포함한다.

일례로 상기 가변 레조네이터(20)는 공기가 흐르는 흡기 덕트(5)의 연결 라인(5-2)과 공명효과를 발생시키는 공명실(40)을 이어주는 연결관(30), 연결관(30)의 내부에서 개폐 제어되어 공기압 변화로 공명실(40)의 공명효과를 가변 시켜주는 공명 가변 밸브(50)로 구성된다.

특히 상기 공명 가변 밸브(50)는 전자석(51), 이중 스프링(55), 클로즈 스토퍼(57) 및 위치 센서(59)를 포함하고, 한쪽 끝부위를 흡기 덕트(5)의 연결 라인(5-2)에 고정하면서 다른쪽 끝부위를 공명실(40)에 고정하여 연결관(30)의 내부로 설치된다.

상기 전자석(51)은 고정부와 이동부로 구성되고, 컨트롤러(60)의 제어로 공급된 전류로 고정부와 이동부 간 전자기력을 형성함으로써 이동부가 고정부쪽으로 당겨져(즉, 전자석(51)의 열림(OPEN)) 연결관(30)의 통로가 공명실(40)쪽으로 늘어난다. 이 경우 상기 전자석(51)의 전자기력 세기는 연결관(30)의 통로 확장 길이를 결정한다.

그러므로 상기 전자석(51)의 이동부는 전자 밸브에서 전자기력으로 이동하는 플런저(plunger)와 동일하다. 특히 상기 전자석(51)에 의한 이동부의 초기 위치 원복(즉, 전자석(51)의 닫힘(CLOSE))은 연결관(30)의 통로 길이를 없애 줌으로써 공명실(40)의 공명 효과가 사라진다.

상기 이중 스프링(55)은 소직경의 메인 스프링(55-1)과 대직경의 서브 스프링(55-2)으로 구성된다. 상기 메인 스프링(55-1)은 연결관(30)의 통로에 수용되어 전자석(51)의 고정부에 고정된 상태에서 서브 스프링(55-2)과 연결된다. 상기 서브 스프링(55-2)은 전자석(51)의 이동부와 함께 이동되면서 메인 스프링(55-1)의 길이 변화를 조절하여 준다. 하지만 상기 이중 스프링(55)은 메인 스프링(55-1) 만으로도 연결관(30)의 통로 확장 길이 조절이 충분한 경우 1개의 코일 스프링이나 판 스프링으로 구성될 수 있다.

상기 클로즈 스토퍼(57)는 이중 스프링(55)의 끝단과 접촉됨으로써 이중 스프링(55)의 인장 길이를 제한하여 준다. 즉, 이중 스프링(55)의 메인 스프링(55-1)이 인장길이가 연결관(30)의 통로 길이에 맞춰지도록 메인 스프링(55-1)을 구속하여 준다. 이를 위해 상기 클로즈 스토퍼(57)는 연결관(30)과 연결된 공명실(40)쪽에 고정된다. 특히 상기 클로즈 스토퍼(57)는 환형 링 구조로 이루어져 이중 스프링(55)(예, 메인 스프링(55-1))의 한쪽 끝단부위를 지지한다.

상기 위치 센서(59)는 연결관(30)의 통로를 이용하여 전자석(51)쪽으로 위치되고, 상기 전자석(51)의 동작에 따른 이동부 또는 이중 스프링(55)의 이동 위치를 검출하여 연결관(30)의 통로길이를 제어한다. 그러므로 상기 위치 센서(59)의 검출 신호는 컨트롤러(60)로 전송된다.

구체적으로 상기 컨트롤러(60)는 엔진 ECU(90)의 엔진 정보 및 네비게이션(100)의 GPS 정보와 운전자 중지 스위치(80)의 온/오프 신호(On/Off)를 고려하고, 이들의 조합 정보 또는 선택정보를 레조네이터 제어 맵(70)에 구축된 맵핑 테이블과 매칭시켜 공명 가변 밸브(50)의 전자석(51)의 동작을 제어한다. 그러므로 상기 컨트롤러(60)는 가변 레조네이터(20)에 특화된 마이컴(Micom)으로 구성된다.

구체적으로 상기 레조네이터 제어 맵(70)은 흡기부압 맵(70-1), 차속 맵(70-2), 노면구배 맵(70-3), 부밍 판단 맵(70-4), 운전자 스위치 맵(70-5) 및 액셀폐달 개도 맵(70-6)으로 구분된다.

구체적으로 상기 운전자 스위치(80)는 차량(1)의 운전석에 푸시 버튼 스위치나 다이얼 스위치로 구성되고, 운전자의 조작에 의한 온 신호(ON signal)와 오프 신호(OFF signal)를 컨트롤러(60) 또는 엔진 ECU(90)로 전송한다.

구체적으로 상기 엔진 ECU(90)는 흡기계 및 가변형 스노클 시스템(10)의 흡기부압, 차량(1)의 차속, 엔진의 구종에 따른 엔진검출 데이터 등을 차량 입력 데이터로 처리하고, 네비게이션(100)의 GPS 정보를 차량 위치 데이터로 처리한다.

구체적으로 상기 네비게이션(100)은 GPS 정보를 검출해 엔진 ECU(90)로 제공하거나 컨트롤러(60)로 제공하며, 통상의 네비게이션과 동일하다.

한편 도 2를 참조하면, 상기 가변 레조네이터(20)의 동작원리가 예시된다.

도시된 바와 같이, 상기 가변 레조네이터(20)는 연결관(30)과 공명실(40)을 연결하는 공명관 길이가 공명 가변 밸브(50)로 조절됨으로써 주파수를 결정짓는 인자인 공명실(40)의 체적과 연결관(30)의 공명관 단면적(Area) 및 공명관 길이(Length)가 결정된다.

그러므로 상기 가변 레조네이터(20)는 연결관(30)과 공명실(40)을 연결하는 공명관 길이 조절로 다양한 주파수 튜닝이 가능하다.

한편 도 3과 도 4를 참조하면, 흡기부압 맵(70-1), 차속 맵(70-2), 노면구배 맵(70-3), 부밍 판단 맵(70-4), 운전자 스위치 맵(70-5) 및 액셀폐달 개도 맵(70-6)의 예가 도시된다. 이 경우 전자석(51)의 0%(닫힘(FULL CLOSE))은 전원 OFF이고 100%(열림(FULL OPEN))은 전원 ON으로 설명된다.

도 3의 흡기부압 맵(70-1)은 엔진 흡기계의 흡기 부압을 적용하고, 상기 흡기 부압은 엔진 흡기계에 설치된 부압센서(예, 유량센서, 압력센서 등)로 검출되어 0~400 mmAq에서 50mmAq로 구분됨으로써 0%(닫힘(FULL CLOSE))~100%(열림(FULL OPEN))에 대응된다. 일례로, 0mmAq/50mmAq/100mmAq/150mmAq/200mmAq의 각각은 0%(닫힘(FULL CLOSE))에 매칭되고, 반면 250mmAq/300mmAq/350mmAq/400mmAq은 100%(열림(FULL OPEN))에 매칭된다. 이 경우 흡기부압은 엔진 ECU(90)에서 제공된다.

도 3의 차속 맵(70-2)은 차량(1)의 차속으로서, 0~90Kph로 구분되어 0%(닫힘(FULL CLOSE))~100%(열림(FULL OPEN))에 대응된다. 일례로, 0Kph,/3Kph/5Kph/ 10Kph/20Kph의 각각은 0%(닫힘(FULL CLOSE))에 매칭되고, 반면 30Kph/50Kph/70Kph/90Kph의 각각은 100%(열림(FULL OPEN))에 매칭된다. 이 경우 차속은 엔진 ECU(90)에서 제공된다.

도 3의 노면구배 맵(70-3)은 노면 경사로서, 노면 경사 0°를 기준으로 하여 -10°의 내리막길과 +10°의 오르막길로 구분되어 0%(닫힘(FULL CLOSE))~100%(열림(FULL OPEN))에 대응된다. 일례로, -15°/-10°/-5°의 내리막길은 0%(닫힘(FULL CLOSE))에 매칭되고, 반면 0°의 평지와 5°/10°/15°의 오르막길은100%(열림(FULL OPEN))에 매칭된다. 이 경우 노면구배는 엔진 ECU(90)에서 제공된다.

이 경우 -10 ~ +10°의 노면구배를 산출하고, 특히 -5 ~ +5°의 노면구배는 보간법에 의한 비레식을 적용하여 산출될 수 있으며, 도로 구배의 계산식의 예는 하기와 같다.

노면 구배도(Gradient Rate) =(이전 고도(Hight Old)- 현재고도(Hight Now))/ 거리(Distance)-식1

거리(Distance) = (현재 차속(Velocity Now) - 이전 차속(Velocity Old))/ (이전 시간(Time Old) - 현재 시간(Time Now)) - 식 2

식 2는 주행 가속도(Acceleration)는 적분값으로 0(영)에 수렴하므로 하기 식 3로부터 구해진다.

거리(Distance)=(차속(Velocity) + 시간(Time)) + 주행 가속도(Acceleration) x 시간(Time)²)-식3

여기서 고도(이전 고도(Hight Old), 현재고도(Hight Now)))는 네비게이션(100)의 GPS 정보로 취득하고, 시간(Time)은 엔진 ECU(90)의 정보로 취득한다.

도 4의 부밍 판단 맵(70-4)은 특정엔진 RPM에서 부밍엔진 RPM 영역을 판단하며, 센서신호로 확인된다. 일례로 500RPM을 100%(열림(FULL OPEN))제어로 할 때 500RPM 미만이나 초과를 0%(닫힘(FULL CLOSE))제어로 한다. 이 경우 부밍엔진 RPM은 엔진 ECU(90)에서 제공된다.

도 4의 운전자 스위치 맵(70-5)은 운전자 조작여부로서, 운전자 중지 스위치(80)의 스위치 ON신호와 스위치 OFF신호를 기준으로 하여 스위치 ON신호를 100%(열림(FULL OPEN))제어로 스위치 OFF 신호를 0%(닫힘(FULL CLOSE))제어로 구분된다. 이 경우 운전자 스위치(80)의 스위치 ON신호와 스위치 OFF신호는 운전자의 가변 레조네이터(20) 사용에 대한 의지로서 운전자 스위치(80)에서 컨트롤러(60) 또는 엔진 ECU(90)로 제공된다.

도 4의 액셀 폐달 개도 맵(70-6)은 액셀 폐달 개도 0을 0%(닫힘(FULL CLOSE))제어로 하고 액셀 폐달 개도 50과 100을 100%(열림(FULL OPEN))제어로 한다. 이 경우 액셀 폐달 개도는 엔진 ECU(90)에서 제공된다.

한편 5는 흡기 시스템(1)의 가변 레조네이터(20)를 이용하는 부밍 소음 가변 제어방법으로서, 이를 도 6을 참조로 상세히 설명한다. 특히 상기 부밍 소음 가변 제어방법은 지표면의 고도차 정보가 네비게이션(100)의 GPS 맵 기반으로 차량의 현재 위치정보를 획득되고, 주행도로정보(도로의 경사도)와 함께 엔진 ECU(90)의 차속과 흡기부압을 적용하여 전자삭(51)의 동작을 0~100%제어함으로써 가변 레조네이터(20)의 공명효과를 최적화함에 그 특징이 있다.

이하에서 제어주체는 레조네이터 제어 맵(70)과 네비게이션(100)에 연계되고 엔진 ECU(90)와 협조 제어하는 컨트롤러(60)이고, 제어 대상은 가변 레조네이터(20)이다.

컨트롤러(60)는 엔진시동에 따른 엔진정보검출(S1)과 시동 오프(S2)사이에서 부밍 소음 가변 제어를 수행한다.

S10은 컨트롤러(60) 활성화단계로서, 상기 컨트롤러(60) 활성화는 레조네이터 제어 맵(70)과 엔진 ECU(90) 및 네비게이션(100)에 대한 통신 연결을 의미한다.

S20은 가변 레조네이터(20)의 전자석(51)으로 공급되는 전류를 차단하여 전자기력이 미 발생되는 차단동작으로 제어 하고, S30 내지 S70과 같이 여러 검출 값이 이용된 연결관(30)과 공명실(40)의 공명 길이 조절 조건 확인 동작을 한 다음, S80과 같이 가변 레조네이터(20)의 전자석(51)을 동작시켜 0%에서 100%로 제어 한다. 이 경우 상기 컨트롤러(60)는 흡기부압 맵(70-1), 차속 맵(70-2), 노면구배 맵(70-3), 부밍 판단 맵(70-4), 운전자 스위치 맵(70-5) 및 액셀폐달 개도 맵(70-6)으로부터 해당 데이터를 제공받는다.

S30 내지 S70에 따른 가변 레조네이터(20)의 공명 길이 조절 조건 확인을 위한 컨트롤러(60)의 동작은 하기와 같다.

S30은 컨트롤러(60)에 의해 흡기 시스템(1)의 흡기부압이 판단되는 단계이다. 이 단계에서 상기 흡기부압은 주행도로의 경사와 액셀 폐달 개도량에 따라 달라진다. 그러므로 컨트롤러(60)는 하기의 흡기부압 판단식 및 액셀 폐달 개도량 판단식 을 적용하며, 검출된 흡기부압 값을 흡기부압 맵(70-1)과 액셀 폐달 개도 맵(70-6)과 매칭시켜 판단한다.

흡기부압 판단식 : 흡기부압 > Ref 1

액셀 폐달 개도량 판단식 : 액셀 폐달 개도량 > Ref 2

여기서 상기 “흡기부압“은 컨트롤러(60)가 엔진 ECU(90)와 연계되어 확인한 검출 흡기부압이고, ”Ref 1“은 공명관 길이조절 흡기부압이다. 이 경우 상기 ”Ref 1“은 흡기부압 맵(70-1)으로 정의된다. 또한 ”액셀 폐달 개도량”은 컨트롤러(60)가 엔진 ECU(90)와 연계되어 확인한 검출 액셀 폐달 개도량이고, ”Ref 2“은 공명관 길이조절 액셀 폐달 개도량이다. 이 경우 상기 ”Ref 2“은 액셀 폐달 개도 맵(70-6)으로 정의된다. 또한 ”>“은 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 컨트롤러(60)는 “흡기부압 > Ref 1” 및 “액셀 폐달 개도량 > Ref 2”을 만족하지 않으면 S20으로 복귀하여 가변 레조네이터(20)를 중지상태로 유지한다.

반면 상기 컨트롤러(60)는 “흡기부압 > Ref 1” 및 “액셀 폐달 개도량 > Ref 2”을 만족하면 S40으로 진입한다.

S40은 컨트롤러(60)에 의해 차량(1)의 차속이 판단되는 단계이다. 이 단계에서 상기 차속은 차량(1)의 주행과 정지 여부 판단에 적용된다. 그러므로 컨트롤러(60)는 하기의 차량정차 판단식을 적용하며, 검출된 차속을 차속 맵(70-2)과 매칭시켜 판단한다.

차량정차 판단식 : 차속 > Ref 3

여기서 상기 “차속“은 컨트롤러(60)가 엔진 ECU(90)와 연계되어 확인한 검출 차속이고, ”Ref 3“는 공명관 길이 조절 차속이다. 이 경우 상기 ”Ref 3“은 차속 맵(70-2)으로 정의된다. 또한 ”>“은 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 컨트롤러(60)는 “차속 > Ref 3“을 만족하지 않으면 S20으로 복귀하여 가변 레조네이터(20)를 중지상태로 유지한다.

반면 상기 컨트롤러(60)는 “차속 > Ref 3“을 만족하면 S50으로 진입한다.

S50은 컨트롤러(60)에 의해 차량(1)이 주행하는 도로의 도로 구배가 판단되는 단계이다. 이 단계에서 상기 도로 구배는 차량(1)이 주행하는 도로의 오르막 노면 판단에 적용된다. 그러므로 컨트롤러(60)는 하기의 도로구배 판단식을 적용하며, 검출된 도로 경사를 도로구배 맵(70-3)과 매칭시켜 판단한다.

도로구배 판단식 : 노면경사도 > Ref 4

여기서 상기 “노면경사도“는 컨트롤러(60)가 엔진 ECU(90) 및 네비게이션(100)과 연계되어 확인한 GPS 정보에 기반되어 산출한 노면경사도이고, ”Ref 4“는 공명관 길이 조절 노면경사도이다. 이 경우 상기 ”Ref 4“은 도로구배 맵(70-3)으로 정의된다. 또한 ”>“은 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 컨트롤러(60)는 “노면경사도 > Ref 4“을 만족하지 않으면 S20으로 복귀하여 가변 레조네이터(20)를 중지상태로 유지한다.

반면 상기 컨트롤러(60)는 “노면경사도 > Ref 4“을 만족하면 S60으로 진입한다.

S60은 컨트롤러(60)에 의해 차량의 특정엔진 RPM이 판단되는 단계이다. 그러므로 컨트롤러(60)는 하기의 특정엔진 RPM 판단식을 적용하며, 검출된 특정엔진 RPM을 부밍 판단 맵(70-4)과 매칭시켜 판단한다.

특정엔진 RPM 판단식 : 특정엔진 RPM 영역 = Ref 5

여기서 상기 “특정엔진 RPM 영역“은 컨트롤러(60)가 엔진 ECU(90) 및 네비게이션(100)과 연계되어 확인한 GPS 정보에 기반되어 산출한 엔진 회전수이고, ”Ref 5“는 공명관 길이 조절 부밍 RPM이다. 이 경우 상기 ”Ref 5“은 부밍 판단 맵(70-4)으로 정의된다. 또한 ”=“은 두 값이 동일함을 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 컨트롤러(60)는 “특정엔진 RPM 영역 = Ref 5“을 만족하지 않으면 S20으로 복귀하여 가변 레조네이터(20)를 중지상태로 유지한다.

반면 상기 컨트롤러(60)는 “특정엔진 RPM 영역 = Ref 5“을 만족하면 S70으로 진입한다.

S70은 컨트롤러(60)에 의해 운전자의 가변 레조네이터(20)에 대한 작동여부가 판단되는 단계이다. 이 단계에서 운전자 조작은 운전자 중지 스위치(80)의 스위치 ON신호와 스위치 OFF신호로 구분된다. 이를 위해 상기 컨트롤러(60)는 하기의 운전자 조작 판단식을 적용하며, 운전자 스위치(80)의 스위치 ON 신호와 스위치 OFF 신호를 운전자 스위치 맵(70-5)과 매칭시켜 판단한다.

운전자 조작 판단식 : 운전자 스위치 신호 = Ref 6

여기서 상기 “운전자 스위치 신호“는 컨트롤러(60)가 운전자 스위치(80) 또는 엔진 ECU(90)와 연계되어 확인한 정보이고, ”Ref 6“는 운전자 스위치(80)의 스위치 ON 신호이다.

그 결과 상기 컨트롤러(60)는 운전자 스위치(80)의 스위치 ON 신호를 Ref 6로 받지 않으면 스위치 OFF 신호로 판단해 S20으로 복귀하여 가변 레조네이터(20)를 중지상태로 유지한다.

반면 상기 컨트롤러(60)는 운전자 스위치(80)의 스위치 ON 신호를 Ref 6로 받으면 S80의 가변 레조네이터 동작 단계로 진행한다.

S80에서 컨트롤러(60)의 가변 레조네이터동작은 도 6을 통해 예시된다.

도시된 바와 같이, 흡기 시스템(1)은 덕트 하우징(3)으로 들어온 흡기에어가 흡기 덕트(5)의 에어 흡입라인(5-1)과 연결 라인(5-2) 및 에어 공급라인(5-3)을 거쳐 에어 클리너(7)로 유입된다. 이어 상기 흡기에어는 에어 클리너(7)에서 이물질 제거된 후 인테이크 호스(9)를 나가 엔진으로 공급된다.

상기와 같은 흡기에어 흐름 경로에서, 전자석(51)의 동작으로 연결관(30)과 공명실(40)의 공명관 길이가 확장됨으로써 도 1을 통해 기 설명됨과 같이 가변 레조네이터(20)의 동작에 따른 공명효과가 발생된다.

즉, 상기 가변 레조네이터(20)는 전자석(51)의 중지에 의해 0% 상태일 때 공명효과를 발생시키는 역할을 하지 않는 디폴트(Default) 상태로 있다가 전자석(51)의 동작에 의해 100%로 전환됨에 따라 부밍 최소화가 이루어지도록 공명효과를 발생시켜 준다.

한편 도 7은 부밍 소음 가변 제어로 가변 레조네이터(20)를 동작하였을 때 흡기 시스템(1)의 부밍 소음 저감효과를 예시한다.

도 7의 ①은 특정 소음대역의 소음 저감 효과로서, 이는 가변 레조네이터(20)의 소음저감 특징인 특정 소음대역(Hz, RPM)에서의 소음저감 효과를 나타낸다. 도 7의 ②는 운전자 의지에 따른 소음 저감 효과로서, 이는 가변 레조네이터(20)의 작동을 운전자의 의지 및 환경조건에 맞게 설정하여 가변 제어할 때 소음저감 효과를 나타낸다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 부밍 소음 조절 타입 흡기 시스템(1)은 차량 엔진으로 공급되는 흡기 에어가 에어클리너(7)로 유입되는 흐름 경로를 형성하는 흡기 덕트(5)의 연결라인(5-2)에 위치되고, 상기 연결라인(5-2)과 연통되는 공명길이가 조절되어 헬름홀츠 공명효과를 발생시키는 가변 레조네이터(20)를 포함함으로써 흡기 덕트와 공명실 입구에 대한 온/오프(ON/OFF)의 선택적 개폐 제어로 고도차와 도로 경사와 같은 차량 주행 환경 변화에서 운전자 의지가 반영된 부밍 소음저감이 가능하고, 특히 운전자 의지에 따른 소음대역에서 공명효과를 크게 개선시켜 준다.

1 : 흡기 시스템 3 : 덕트 하우징
5 : 흡기 덕트 5-1 : 에어 흡입라인
5-2 : 연결 라인 5-3 : 에어 공급라인
7 : 에어 클리너 9 : 인테이크 호스
10 : 가변 레조네이터 장치 20 : 가변 레조네이터
30 : 연결관 40 : 공명실
50 : 공명 가변 밸브 51 : 전자석
55 : 이중 스프링 55-1 : 메인 스프링
55-2 : 서브 스프링 57 : 클로즈 스토퍼
59 : 위치 센서 60 : 컨트롤러
70 : 레조네이터 제어 맵 70-1 : 흡기부압 맵
70-2 : 차속 맵 70-3 : 노면구배 맵
70-4 : 부밍 판단 맵 70-5 : 운전자 스위치 맵
70-6 : 액셀폐달 개도 맵
80 : 운전자 스위치 90 : 엔진 ECU(Electronic Control Unit)
100 : 네비게이션

Claims (13)

1. 차량 엔진으로 공급되는 흡기 에어가 에어클리너로 유입되는 흐름 경로를 형성하는 흡기 덕트의 연결라인에 위치되고, 상기 연결라인과 연통되는 공명길이가 조절되어 헬름홀츠 공명효과를 발생시키는 가변 레조네이터;
   흡기 부압, 차속, GPS(Global Positioning System)의 정보로 산출된 도로 노면구배, 부밍 엔진 RPM, 운전자 스위치 조작, 액셀폐달 개도 량을 확인하고, 상기 가변 레조네이터의 동작을 조절하는 컨트롤러;가 포함되고,
   상기 가변 레조네이터는 상기 연결라인에 연통된 연결관, 상기 연결관에 연결되어 공명효과를 발생시키는 공명실, 상기 공명효과를 달리 하도록 상기 연결관에서 상기 공명실로 이어지는 공명관 길이를 조절해 주는 공명 가변 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 공명 가변 밸브는 상기 컨트롤러의 제어로 공급되는 전류로 전자기력이 발생되는 전자석을 구비하고, 상기 전자석은 상기 전자기력의 미 발생 시 상기 공명관 길이를 고정하여 상기 연결라인을 흐르는 상기 흡기 에어의 유입을 차단하는 반면 상기 전자기력의 발생 시 상기 공명관 길이를 늘려 상기 연결라인을 흐르는 상기 흡기 에어의 유입을 허용하는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 전자석(51)은 이중 스프링과 고정되고, 상기 이중 스프링은 상기 전자기력의 미 발생 시 최대로 인장되는 반면 상기 전자기력의 발생 시 최대로 압축되는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 전자석과 상기 이중 스프링은 상기 연결관의 공명관에 수용되고, 상기 이중 스프링은 클로즈 스토퍼로 최대 인장 위치가 제한되고, 상기 클로즈 스토퍼는 상기 전자석과 반대쪽에서 상기 공명실에 고정되는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
   
6. 청구항 4에 있어서, 상기 전자석의 이동은 위치 센서로 검출되어 상기 컨트롤러로 제공되는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 흡기부압은 0~400 mmAq을 설정 영역으로 하고, 상기 차속은 0~90Kph을 설정 영역으로 하며, 상기 노면구배는 -15°의 내리막길과 +15°의 오르막길을 설정 영역으로 하고, 상기 부밍 엔진 RPM은 500RPM을 기준하여 미만과 초과를 설정 영역으로 하며, 상기 운전자 스위치 조작은 운전자 스위치의 스위치 ON신호와 스위치 OFF신호를 설정 영역으로 하고, 상기 액셀 폐달 개도 량은 0~100%에 대한 센서 값을 설정 영역으로 하며, 상기 설정영역의 각각은 상기 공명 가변 밸브의 전자석의 동작을 0%(완전닫힘)과 100%(완전열림)의 동작제어로 구분시켜주는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 설정영역과 상기 동작제어는 맵에 의한 매핑으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡기 시스템.
   
9. 차량의 엔진 가동과 함께 활성화된 컨트롤러에 의해 흡기 시스템으로 공급되는 흡기 에어가 들어가는 가변 레조네이터의 전자석으로 공급되는 전류차단이 이루어지고, 상기 전류차단으로 상기 전자석에서 전자기력 발생이 끊겨 상기 가변 레조네이터의 공명효과가 중지되는 단계;
   흡기 부압, 차속, GPS(Global Positioning System)의 정보로 산출된 도로 노면구배, 부밍 엔진 RPM, 운전자 스위치 조작, 액셀폐달 개도 량을 확인하고, 상기 전자석의 전원공급이 판단되는 단계;
   상기 전자석이 상기 전원공급으로 동작하여 상기 흡기 에어를 유입하여 상기 가변 레조네이터에서 공명효과가 발생되는 단계;
   로 수행되는 것을 특징으로 하는 부밍 소음 가변 제어방법.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 컨트롤러의 활성화는 상기 엔진을 제어하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)와 GPS(Global Positioning System)의 위치정보를 받는 네비게이션에 대한 통신 연결이 포함되는 것을 특징으로 하는 부밍 소음 가변 제어방법.
    
11. 청구항 9에 있어서, 상기 흡기 부압 및 상기 액셀폐달 개도 량의 조건 충족 시 상기 차속의 조건 충족이 판단되고, 상기 차속의 조건 충족 시 상기 노면 구배의 조건 충족이 판단되며, 상기 노면 구배의 조건 충족 시 상기 부밍 엔진 RPM 조건 충족이 판단되고, 상기 부밍 엔진 RPM 조건 충족 시 상기 운전자 스위치 조작의 조건 충족이 판단되는 것을 특징으로 하는 부밍 소음 가변 제어방법.
    
12. 청구항 11에 있어서, 상기 흡기부압은 0~400 mmAq을 설정 영역으로 하고, 상기 차속은 0~90Kph을 설정 영역으로 하며, 상기 노면구배는 -15°의 내리막길과 +15°의 오르막길을 설정 영역으로 하고, 상기 부밍 엔진 RPM은 500RPM을 기준하여 미만과 초과를 설정 영역으로 하며, 상기 운전자 스위치 조작은 운전자 스위치의 스위치 ON신호와 스위치 OFF신호를 설정 영역으로 하고, 상기 액셀 폐달 개도 량은 0~100%에 대한 센서 값을 설정 영역으로 하는 것을 특징으로 하는 부밍 소음 가변 제어방법.
    
13. 청구항 12에 있어서, 상기 설정영역의 각각은 상기 전자석의 동작을 0%(완전닫힘)과 100%(완전열림)의 동작제어로 구분시켜주는 것을 특징으로 하는 부밍 소음 가변 제어방법.

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