KR20030045423A - 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템에 관한 것으로, 공명모드의 주파수에 따라 자동으로 개·폐되어 서지탱크에서부터 흡기포트로 신기를 고압으로 분사해 분사된 신기와 포트부위에 형성된 압력이 서로 상쇄 간섭되어져 압력 변동을 줄이면서 흡기 토출음을 저감함은 물론 동일 구간에서 신기 유입량을 증가해 엔진의 체적효율을 증가해 엔진 성능도 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에어클리너(A)에 연결되어 균일하게 공기를 분배하게 되는 흡기 매니폴드(M)에 구비된 서지탱크(S)와 엔진(E)의 각 연소실사이를 연결하는 인테이크러너(IR)사이에 확장관을 형성한 레조네이터(R)가 구비되되, 이 레조네이터(R)는 그 일단이 서지탱크(S)의 부압에 의해 개·폐되는 제1밸브(10')를 매개로 서지탱크(S)와 연통되는 유입라인(10)으로 연결됨과 더불어 그 타단이 흡기밸브(V1)와 연동되어 개·폐되는 제2밸브(20')를 매개로 인테이크러너(IR)와 연통되는 배출라인(20)으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템{Decreasing Pressure variation intake system using resonator in vehicle}

본 발명은 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡기시스템의 압력을 항상 일정하게 유지하여 흡기 토출음을 저감시킬 수 있도록 된 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템에 관한 것이다.

일반적으로 4행정 내연기관은 도 1에 도시된 바와 같이, 제1구간은 흡기밸브가 열리는 시점에서 배기밸브가 닫히는 시점까지의 단계로 배기밸브 인근의 압력과 실린더의 연소실 내부 압력이 흡기밸브의 압력보다 높아 그 압력차에 의해 압력변동이 흡기밸브쪽으로 전파되어 흡기소음의 일부를 형성하는 단계이다.

그리고, 제2구간은 배기밸브가 닫히는 시점에서 흡기밸브가 최고조로 열리는(Max. Valve Lift)시점 까지의 단계로 피스톤이 하강함에 따라 연소실내에 진공이 형성되고 흡기포트를 통해 혼합기가 흡입되나 혼합기의 관성에 의해 연소실로 흡입된 양 많 큼의 혼합기가 흡기포트에 보충되지 못하여 흡기 포트의 압력이 그 지점의 흡입향정 전체 시간 평균보다 낮아 부압이 형성되는 단계이다.

또한, 제3구간은 흡기밸브가 최고조로 열리는 시점부터 밸브가 닫힘에 따라 흡기유동의 통로가 좁아지고 흡기포트 부분으로의 혼합기 유입량이 유출량보다 많은 단계로 흡기포트의 압력이 그 지 점의 흡입행정 전체시간 평균보다 높아 정압이 형성되는 단계이다.

그리고, 제4구간은 흡기밸브가 닫히는 시점에서 다음 행정(Cycle)의 흡기밸브가 열리는 시점까지의 구간으로서, 전술한 제1·2·3의 과정을 거쳐 형성된 흡기포트의 압력이 흡기계(러너, 서지탱크, 에어크리너, 에어덕트 및 인테이크 오르피스)를 통하여 외부로 토출되는 동시에 진행파간의 간섭으로 잔여(Residual)압력 변동이 나타나는 단계로 이루어지게 된다.

이와 같이 차량의 엔진으로 공급되는 혼합기는 외부로부터 유입된 공기가 에어클리너를 통과하면서 여과된 후 연료와 함께 썩여 엔진내부의 각 실린더로 유입되어 들어갈 때, 엔진의 행정이 바뀌면서 실린더 내부로의 공기유입이 순간적으로 차단되고 이에 따라, 유입되던 공기가 실린더 혹은 피스톤의 벽면에 부딪치면서 역류됨과 더불어 공기유입에 대한 역 방향으로 압력이 생기면서 맥동파가 발생되어 소음을 유발시키게 된다.

또한, 실린더로 공기를 흡입시키는 흡기밸브의 열고 닫힘에 따른 소음이 흡기계통의 소음을 증폭시키는 요인이 되어 차량의 정숙성을 저하시키는 문제점이 있었다.

이에 따라, 이와 같은 소음을 저감시키기 위해 흡기계를 특정 주파수로 튜닝(Tuning)하기 위한 도 2에 도시된 바와 같이 공명식 레조네이터(Resonator)를 적용하게되는데 즉, 에어클리너(A)와 이에 연결되어 엔진(E)에 균일하게 공기를 분배하게 되는 흡기 매니폴드(M)사이를 연결하는 흡기포트(I)에 확장관을 형성한 레조네이터(R)가 구비되어, 엔진(E)의 흡·배기행정 및 피스톤의 왕복 운동에 따른 혼합기의 소음중 특정 주파수를 공진시켜 제거하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 레조네이터는 엔진에서 발생하는 소음 주파수 중 하나의 공진 주파수만을 제거할 수 있기 때문에 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진(E)의 회전수 영역에 따라 소음을 일으키는 문제주파수(K)영역이 많이 발생하는 실제 차량에서는 그 흡기 소음 제거 효과가 미약하는 한편, 만약 여러 주파수대의 소음을 동시에 제거하기 위해서는 다수의 레조네이터와 확장관을 흡기관에 부착하여 사용해야 하기 때문에 엔진룸이 복잡하게 되고 부피가 커지면서 엔진룸의 레이아웃(Lay Out)상 제약이 많은 단점이 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 공명모드의 주파수에 따라 자동으로 개·폐되어 서지탱크에서부터 흡기포트로 신기를 고압으로 분사해 분사된 신기와 포트부위에 형성된 압력이 서로 상쇄 간섭되어져 압력 변동을 줄이면서 흡기 토출음을 저감함은 물론 동일 구간에서 신기 유입량을 증가해 엔진의 체적효율을 증가해 엔진 성능도 향상함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 에어클리너에 연결되어 균일하게 공기를 분배하게 되는 흡기 매니폴드에 구비된 서지탱크와 엔진의 각 연소실사이를 연결하는 인테이크러너사이에 확장관을 형성한 레조네이터가 구비되되, 이 레조네이터는 그 일단이 서지탱크의 부압에 의해 개·폐되는 제1밸브를 매개로 서지탱크와 연통되는 유입라인으로 연결됨과 더불어 그 타단이 흡기밸브와 연동되어 개·폐되는 제2밸브를 매개로 인테이크러너와 연통되는 배출라인으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 내연기관의 사이클선도

도 2는 종래에 따른 소음저감기능을 갖는 흡기시스템의 구성도

도 3은 종래에 따른 엔진 영역에 따른 소음발생선도

도 4는 본 발명에 따른 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템의 구성도

도 5는 도 4의 작동 선도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 유입라인10' : 제1밸브

20 : 배출라인20' : 제2밸브

A : 에어클리너E : 엔진

I : 흡기포트IR : 인테이크러너

M : 흡기매니폴드

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 에어클리너(A)에 연결되어 균일하게 공기를 분배하게 되는 흡기 매니폴드(M)에 구비된 서지탱크(S)와 엔진(E)의 각 연소실사이를 연결하는 인테이크러너(IR)사이에 확장관을 형성한 레조네이터(R)가 구비되되, 이 레조네이터(R)는 그 일단이 서지탱크(S)의 부압에 의해 개·폐되는 제1밸브(10')를 매개로 서지탱크(S)와 연통되는 유입라인(10)으로 연결됨과 더불어 그 타단이 흡기밸브(V1)와 연동되어 개·폐되는 제2밸브(20')를 매개로 인테이크러너(IR)와 연통되는 배출라인(20)으로 연결되어지게 된다.

여기서, 상기 제2밸브(20')는 흡기밸브(V1)를 제어하는 크랭크각 신호에 의해 개·폐되어짐은 물론이다.

이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 에어클리너(A)로부터 흡기매니폴드(M)를 통과한 신기가 크랭크각 신호로 작동되는 밸브타이밍기구에 의해 연소실을 개·폐하는 밸브(V1,V2)를 통해 서지탱크(S)와 이어진 인테이크러너(IR)를 통해 실린더의 각 연소실로 유입되면서 발생되는 흡기포트내의 압력변동을 레조네이터(R)를 통해 상쇄시키게 된다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 상기 레조네이터(R)와 서지탱크(S)사이에 연결된 유입라인(10)에 구비된 제1밸브(10')는 레조네이터(R)의 공명에 의하여 밸브(10')부분의 압력이 낮을 때 열려 상기 서지탱크(S)와 연통되는데 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 일정한 펄스(Pulse)형태로 가변되는 레조네이터(R)의 압력에 대해 일정 압력을 갖는 흡기포트의 압력구간동안 제1밸브(10')가 상기 레조네이터(R)의 압력 변동에 상응되도록 열려 서지탱크(S)의 부압을 유입라인(10)을 통해 유입시키게 된다.

한편, 상기 레조네이터(R)와 인테이크러너(IR)사이에 연결된 배출라인(20)의 제2밸브(20')는 엔진의 작동에 따라 함께 작동되어 밸브(V1,V2)의 개·폐 타이밍을 조절하는 크랭크각 센서의 신호를 받아 작동되는데 즉, 엔진의 흡기 행정인 제1구간(도 1참조)의 부압(진공) 발생시기 마다 열려 배기밸브 인근의 압력과 실린더의 연소실 내부 압력이 흡기밸브의 압력보다 높아 발생되는 압력차에 의한 압력변동이 흡기밸브쪽으로 전파되는 것을 방지하게 된다.

이때, 상기 제2밸브(20')의 열림기간은 레조네이터(R)쪽의 압력이 상대적으로 높은 시점임은 물론이다.

이와 같이, 정압과 부압이 반복되는 흡기포트의 압력이 부압이되는 크랭크각도 구간과 레조네이터(R)내의 밸브(10',20')쪽 압력이 부압이 되는 구간이 겹치는 크랭크 각도 구간에서 제1밸브(20')가 열리면서 인테이크러너(IR)쪽으로 신기를 고압으로 분사해 결국, 분사된 신기와 흡기포트에서 형성된 압력이 서로 상쇄 간섭하여 흡기포트에서 부압이 되는 구간이 일정압력을 유지하게 되므로 압력변동을 줄이면서 동시에 흡기 토출음이 저감되어진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 레조네이터를 통해 분사된 고압의 신기가 흡기 포트에 형성된 압력과 서로 상쇄되면서 흡기 포트부위의 압력변동을 방지해 흡기포트의 부압 구간에서의 압력을 어느 정도 일정하게 유지하여 압력 변동에 따른 흡기 토출음을 저감함은 물론 동일 구간에서 실린더로의 신기 유입을 증가시켜 엔진의 체적 효율을 증가하면서 동시에 엔진의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (3)

1. 에어클리너(A)에 연결되어 균일하게 공기를 분배하게 되는 흡기 매니폴드(M)에 구비된 서지탱크(S)와 엔진(E)의 각 연소실사이를 연결하는 인테이크러너(IR)사이에 확장관을 형성한 레조네이터(R)가 구비되되,

   상기 레조네이터(R)는 그 일단이 서지탱크(S)의 부압에 의해 개·폐되는 제1밸브(10')를 매개로 서지탱크(S)와 연통되는 유입라인(10)으로 연결됨과 더불어 그 타단이 흡기밸브(V1)와 연동되어 개·폐되는 제2밸브(20')를 매개로 인테이크러너(IR)와 연통되는 배출라인(20)으로 연결되어진 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제2밸브(20')는 흡기밸브(V1)를 제어하는 크랭크 각 신호에 의해 개·폐되는 것을 특징으로 하는 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템.
3. 제 2항에 있어서, 상기 크랭크 각 신호는 흡기포트의 압력이 부압이되는 크랭크각도 구간과 레조네이터(R)내의 밸브(10',20')쪽 압력이 부압이 되는 구간이 겹칠 때 인 것을 특징으로 하는 레조네이터를 이용한 압력변동 저감형 차량의 흡기시스템.