KR200410986Y1 - 자동차의 흡기촉진장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 엔진의 구동에 따라 외부의 공기를 에어크리너 측으로 흡입하는 과정에서 흡기를 촉진시키기 위한 자동차의 흡기촉진장치에 관한 것으로, 흡기라인상에 동력원인 BLDC모터를 설치함과 동시에 그 외주면으로 콘트롤러를 설치하여 BLDC모터 및 콘트롤러의 구동에 따라 발생된 열을 흡기라인을 통해 흡입되는 차가운 외부 공기에 의해 식혀 BLDC모터의 수명 및 콘트롤러의 소손을 미연에 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 흡기라인 상에 고정 설치되며 플랜지(32a)를 갖는 모터 하우징(32)과, 상기 모터 하우징의 플랜지에 체결부재(34)로 고정됨과 동시에 장공(33a)을 갖는 장착판(33)에 지지되어 모터 하우징의 내부에 위치하는 BLDC모터(35)와, 상기 모터 하우징의 전방에 위치되게 설치되며 토출 유로(38a)를 갖는 터보 팬 하우징(38)과, 상기 BLDC모터의 축(35a)에 고정됨과 동시에 터보 팬 하우징의 내부에 위치되게 설치되어 BLDC모터의 구동에 따라 흡입력을 발생시키는 터보 팬(35)과, 상기 모터 하우징의 외측으로 케이싱(40) 및 덮개(42)에 의해 보호되며 BLDC모터의 구동을 제어하는 콘트롤러(41)로 구성된 것이다.

자동차, 흡기촉진, BLDC모터, 터보 팬, 급 가속

Description

자동차의 흡기촉진장치{omitted}

도 1은 종래 장치의 일 실시예를 나타낸 분해 사시도

도 2는 도 1의 결합상태 종단면도

도 3은 종래 장치의 다른 실시예의 작동 원리를 나타낸 구성도

도 4는 종래 장치의 동력 전달경로를 설명하기 위한 개략도

도 5는 종래 장치의 다른 실시예에서 구동원을 나타낸 사시도

도 6은 도 5의 A - A선 단면도

도 7은 본 고안의 구성을 나타낸 종단면도

도 8은 본 고안에 적용되는 장착판의 측면도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

31 : 흡기라인 32 : 모터 하우징

33 : 장착판 35 : BLDC모터

37 : 맴돌이 돌기 38 : 터보 팬 하우징

38a : 토출 유로 39 : 터보 팬

41 : 콘트롤러

본 고안은 엔진의 구동에 따라 외부의 공기를 에어크리너 측으로 흡입하는 과정에서 흡기를 촉진시키기 위한 자동차의 흡기촉진장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 흡기라인 상에 동력원인 BLDC모터(Brushless DC Motor)를 설치함과 동시에 그 외주면으로 콘트롤러를 설치하여 BLDC모터 및 콘트롤러의 구동에 따라 발생된 열을 흡기라인을 통해 흡입되는 차가운 외부 공기에 의해 식혀 BLDC모터의 수명 및 콘트롤러의 소손을 미연에 방지할 수 있도록 하는 자동차의 흡기촉진장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 외부의 공기를 유입한 다음 유입된 공기와 연료를 적절한 비율로 혼합하여 연소시켜 동력을 발생시키는 엔진과, 상기 엔진으로부터 발생된 동력을 이용하여 자동차에서 사용하는 전력을 생성하는 발전기 등을 구비하고 있다.

상기한 바와 같이 엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있게 되고, 발전기에는 회전 중에 발생되는 열을 공냉식으로 식혀주기 위한 공기의 흐름을 필요로 한다는 것은 주지의 사실이다.

따라서, 엔진에 충분한 연소용 공기를 공급하기 위하여, 터보 차져(Turbo Charger), 슈퍼 차져(Super Charger) 등이 사용되고 있다.

미국특허 제3,877,907호 및 미국특허 제4,962,642호 등에서는 에어필터 하우징 내에 원주형의 프레임과, 상기 프레임에 방사형으로 복수개의 공기 유도판을 설 치함으로써 에어필터를 통과한 공기가 공기 유도판에 의해 맴돌이 현상을 일으켜 흡기효율을 개선토록 한 것이 개시되어 있다.

그러나, 이러한 흡기촉진 장치들은 모두, 자체적으로 회전하는 것이 아니므로 고속, 고 부하 영역으로 갈수록 오히려 흡기저항을 가중시키는 문제점이 있었다.

한편, 발전기의 냉각을 위하여, 발전기의 축에 냉각 팬을 설치하여 공기의 흐름이 발생되도록 하면서 발전기의 동작과 함께 냉각을 수행하도록 하고 있다.

상기한 문제점을 개선하기 위해 발전기의 회전력을 이용하여 발전기를 냉각시킨 공기의 흐름을 에어크리너를 통해 엔진의 흡기포트 측으로 공급되도록 하여 흡기효율을 촉진시키도록 하는 기술이 국내특허 제1992-24893호로 출원된 바 있다.

도 1은 종래 장치의 일 실시예를 나타낸 분해 사시도이고 도 2는 도 1의 결합상태 종단면도로서, 일반적인 발전기는 벨트 풀리(3)에 감겨지는 벨트를 통해 회전력을 전달받아 회전축(2)이 회전하도록 구성되어 있는데, 상기 회전축(2)에는 냉각 팬(4)과 회전자(5)가 고정되어 함께 회전하도록 되어 있고 상기 회전자(5)와 접하는 발전기 본체(1)의 내주면에는 고정자(6)가 설치되어 있어 상기 회전자(5)와 고정자(6)의 상호작용에 따라 전기를 발생시키는 구조로 되어 있다.

종래의 흡기촉진장치는 상기 회전축(2)을 연장하여 볼트부(2a)를 형성하고, 외부에 복수개의 팬이 설치된 터보 팬(7)에 형성된 지지체(7a)의 구멍(7b)을 회전축(2)에 끼운 후, 와셔(8) 및 너트(9)로 고정하여 같이 회전하도록 한 후, 후면의 공기흡입구(10a)에 필터(11)가 결합되며 측면의 소정부위에 공기 배출구(10b)가 형 성된 팬 덮개(10)를 스크류 결합방식으로 고정시키는 구조로 되어 있다.

상기 공기배출구(10b)는 도시하지 않은 연결관을 통해 엔진의 에어크리너에 연결한다.

따라서 엔진이나 시동모터의 구동에 따른 회전력이 벨트 풀리(3)를 통해 전달되어 발전기 본체(1)의 회전축(2)에 고정된 터보 팬(7)이 냉각 팬(4)과 함께 회전하면 팬 덮개(10)의 공기 흡입구(10a) 또는 전방의 개방부를 통해 유입되는 공기가 발전기의 내부에서 발생되는 열을 냉각시킨 후, 터보 팬(7)의 회전에 따라 팬 덮개(10)의 공기 배출구(10b)로 배출되어 엔진의 에어크리너로 강제 공급되는 것이다.

그러나 이러한 종래의 장치는 발전기에 의해 직접적인 회전력을 전달받아 발전기의 냉각을 수행함과 동시에 엔진에 연소용 공기를 공급하므로 엔진의 흡기효율을 어느 정도 향상시키나, 회전축에 고정된 터보 팬이 발전기의 구동에 따른 회전수가 6000rpm정도로 적어 급 가속 또는 고속 주행에 따른 실린더로의 흡입공기를 촉진시키는데 한계가 있었다.

따라서 상기한 문제점을 감안하여 크랭크 풀리와 발전기 구동용 풀리를 연결하는 발전기 구동용 벨트에 외접되어 회전하는 구동 풀리를 이용하여 흡기가 이루어지도록 하는 기술이 국내특허 제1997-3109호로 출원된 바 있다.

도 3은 종래 장치의 다른 실시예의 작동 원리를 나타낸 구성도이고 도 5는 종래 장치의 다른 실시예에서 구동원을 나타낸 사시도이며 도 6은 도 5의 A - A선 단면도로서, 흡기관(12)상에 설치되는 터보 팬(13)과, 터보 팬(13) 전·후의 흡기 관을 연통시키는 바이패스관(By-pass Pipe)(14)과, 엔진(15)의 발전기(16) 구동용 벨트(17)에 외접되는 구동 풀리(18)와, 상기 터보 팬(13)과 구동 풀리(18)의 회전축을 연결시키는 동력전달용 와이어(19)와, 상기 바이패스관(14)에 설치되는 체크 밸브(Check Valve)(20) 등으로 구성되어 있다.

도 3에서 도면 부호 (21)은 엔진의 실린더이고, (22a)와 (22b)는 실린더의 흡·배기 밸브이다.

상기 터보 팬(13)은 터보 차져 및 슈퍼 차져에 설치되는 터보 팬과 동일하게 회전하면서 흡기관(12)내의 공기를 실린더(21)측으로 강제 송풍하는 역할을 하게 된다.

상기 바이패스관(14)은 흡기관(12)의 흡기통로를 터보 팬(13)으로부터 우회시켜 실린더(21)측으로 연통되도록 되어 있고 체크 밸브(20)는 고무와 같은 탄성재질의 원판형 고무판으로, 터보 팬(13)의 앞쪽 흡기관(12) 압력이 터보 팬(13)의 뒤쪽 흡기관(12) 압력보다 높을 경우에만 개방되어 공기가 터보 팬(13)을 우회하여 실린더(21)측으로 흐르게 하는 역할을 하도록 되어 있다.

또한, 구동 풀리(18)는 도 4에 나타낸 바와 같이 발전기(16)에 부착된 별도의 브라켓(23)과 지지대(24)에 고정됨과 동시에 발전기(16)를 구동시키는 발전기 구동용 벨트(25)에 외접되게 설치되어 엔진(15)의 구동과 함께 동작하는 구동용 벨트(25)의 마찰력으로 회전하도록 되어 있다.

도 4에서 (26)은 크랭크축에 설치된 크랭크 풀리이고, (27)은 워터 펌프 구동용 풀리이며, (28)은 발전기 구동용 풀리이다.

상기 동력전달용 와이어(19)는 멀리 떨어져 있으면서 그 회전축이 각이 일치하지 않는 두 축 사이에 회전력을 곡선형태로 전달하기 위하여 사용되는 스피드미터(Speed Meter)의 스피드 케이블(Speed Cable)과 같은 종류의 회전력전달 매체로, 그 일단에는 도 6에 도시된 바와 같이 피동기어(29)가 설치되어 있고, 타단은 터보 팬(13)의 회전축이 연결되어 있다.

상기 피동기어(29)는 구동 풀리(18)의 감속기어(30)에 맞물리게 설치되어 있어 상기 동력전달용 와이어(19)가 구동 풀리(18)의 회전에 의해 회전하게 된다.

따라서 엔진(15)이 구동되는 동안, 발전기 구동용 벨트(25)는 크랭크 풀리(26)의 회전력으로 발전기(16)를 구동시킴과 동시에 구동 풀리(18)를 회전시키게 되고, 구동 풀리(18)의 회전력은 동력전달용 와이어(19)를 통하여 터보 팬(13)에 전달되어 터보 팬(13)을 회전시키게 된다.

이와 같이 터보 팬(13)이 회전하면 흡기관(12)내의 공기가 실린더(21)측으로 강제 송풍되어 실린더(21)의 흡입효율이 향상되므로 엔진(15)의 출력이 크게 높아지게 된다.

그러나 이러한 장치 또한, 다음과 같은 여러 가지 문제점이 발생되었다.

첫째, 터보 팬이 엔진의 구동에 따라 회전하는 크랭크축의 회전수와 동일하게 회전하게 되므로 터보 팬의 회전수를 증폭시키는데 한계가 있어 급 가속 또는 고속 주행 시(rpm 6000 이상) 실린더 측으로 많은 양의 공기를 공급하는데 한계가 있다.

둘째, 크랭크 풀리의 고속 회전 시 피동기어와 터보 팬이 스피드미터(Speed Meter)의 스피드 케이블(Speed Cable)과 같은 종류의 회전력 전달 매체인 동력전달용 와이어에 의해 연결되어 있어 부하가 크게 걸려 터보 팬의 회전이 피동기어의 회전에 비례하여 증폭되지 못하므로 발전기 구동용 벨트가 벗겨지는 치명적인 결함을 갖는다.

셋째, 상호 어긋난 축 사이를 동력전달용 와이어로 연결하여 동력이 전달되도록 구성되어 있어 엔진의 구동 시 동력전달용 와이어의 회전에 따른 소음이 발생되었음은 물론 장치의 내구성이 떨어지게 된다.

본 고안은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 별도의 동력전달용 와이어를 사용하지 않고 흡기라인 상에 고속으로 회전하는 BLDC모터를 직접 설치하여 BLDC모터의 구동에 따라 흡입력을 발생시키도록 하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 다른 목적은 흡기라인 상에 고속으로 회전하는 BLDC모터를 설치함과 동시에 BLDC모터가 위치하는 외주면으로는 BLDC모터를 구동시키기 위한 콘트롤러를 설치하여 이들의 구동 시 발생된 열을 흡입공기에 의해 냉각시켜 수명을 연장시킬 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 형태에 따르면, 흡기라인 상에 고정설치되며 플랜지를 갖는 모터 하우징과, 상기 모터 하우징의 플랜지에 체결부재로 고정됨과 동시에 장공을 갖는 장착판에 지지되어 모터 하우징의 내부에 위치하는 BLDC모터와, 상기 모터 하우징의 전방에 위치되게 설치되며 토출 유로를 갖는 터보 팬 하우징과, 상기 BLDC모터의 축에 고정됨과 동시에 터보 팬 하우징의 내부에 위치되게 설치되어 BLDC모터의 구동에 따라 흡입력을 발생시키는 터보 팬과, 상기 모터 하우징의 외측으로 케이싱 및 덮개에 의해 보호되며 BLDC모터의 구동을 제어하는 콘트롤러로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 흡기촉진장치가 제공된다.

이하, 본 고안을 일 실시예로 도시한 도 7 및 도 8을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 본 고안의 구성을 나타낸 종단면도이고 도 8은 본 고안에 적용되는 장착판의 측면도로서, 본 고안은 흡기라인(31) 상에 플랜지(32a)를 갖는 모터 하우징(32)이 고정 설치되어 있고 상기 모터 하우징의 플랜지(32a)에는 장공(33a)을 갖는 장착판(33)이 스크류와 같은 체결부재(34)에 의해 고정되어 있는데, 상기 장착판(33)에는 BLDC모터(35)가 지지되게 설치되어 모터 하우징(32)의 내부에 위치하게 된다.

이 때, 상기 모터 하우징(32)과 BLDC모터(35)의 사이에는 흡입공기가 통과하는 유로(36)가 형성된다.

또한, 상기 모터 하우징(32)의 내주면에 공기가 흡입되는 과정에서 소용돌이를 일으키도록 공기 흡입 방향을 따라 맴돌이 돌기(37)가 형성되어 있다.

그리고 상기 모터 하우징(32)의 전방에 위치되게 토출 유로(38a)를 갖는 터보 팬 하우징(38)이 장착판(33)을 고정시키는 체결부재(34)에 의해 함께 고정되어 있고 상기 BLDC모터의 축(35a)에는 터보 팬 하우징(38)의 내부에 위치되게 터보 팬 (39)이 고정되어 BLDC모터(35)의 구동에 따라 흡입력을 발생시키도록 되어 있다.

이 때, 상기 터보 팬 하우징(38)에 형성되는 토출 유로(38a)는 토출 측으로 갈수록 단면적이 점진적으로 커지는 달팽이 형상으로 이루어져 있다.

이는, BLDC모터(35)의 구동에 따라 흡입되는 흡입공기가 토출 유로(38a)를 따라 흡입되는 과정에서 확산되도록 하기 위함이다.

상기 터보 팬 하우징(38)에 형성된 토출 유로(38a)의 토출 측에는 에어크리너(도시는 생략함)와 연결되는 호스가 연결된다.

한편, 상기 모터 하우징(32)의 외측으로 원통형의 케이싱(40)이 설치되어 있고 상기 케이싱(40)의 내부에는 BLDC모터(35)의 구동을 제어하는 콘트롤러(41)가 설치되어 덮개(42)에 의해 보호되도록 구성되어 있다.

상기 콘트롤러(41)는 운전자가 급 가속 또는 고속 주행을 위해 액셀을 밟으면 액셀의 밟는 정도, 또는 엔진의 회전수에 따라 연동하여 BLDC모터(35)의 회전수를 결정하는 구조를 갖는다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 흡기라인(31)에 본 고안을 설치한 상태에서 운전 중에 급 가속 또는 고속 주행을 위해 운전자가 액셀을 밟으면 엔진의 회전수(rpm)가 증가되므로 콘트롤러(41)가 이를 감지하여 BLDC모터(35)의 회전수(rpm)를 약 13,000 ∼ 20,000정도로 증대시키게 된다.

이와 같이 BLDC모터(35)가 고속으로 회전하면 BLDC모터의 축(35a)에 고정된 터보 팬(39)이 고속으로 회전하면서 흡기력을 발생시키게 되므로 외부의 공기가 흡 기라인(31)을 통해 흡입되어 모터 하우징(32)과 BLDC모터(35)사이에 형성된 유로(36)를 따라 화살표방향과 같이 통과하는데, 이 때 상기 모터 하우징(32)의 내주면에는 맴돌이 돌기(37)가 형성되어 있어 흡입공기가 소용돌이를 일으키며 모터 하우징(32)과 BLDC모터(35)사이를 통과하면서 BLDC모터(35)의 구동에 따라 발생된 열 및 콘트롤러(41)의 동작에 따라 발생된 열을 식히게 된다.

이에 따라, BLDC모터(35)의 효율을 증대시킴은 물론 콘트롤러(41)에서 발생된 열을 식혀주므로 콘트롤러(41)가 소손되는 현상을 미연에 방지하게 된다.

상기한 바와 같은 동작으로 터보 팬(39)의 구동에 따라 외부의 차가운 공기가 흡입되는 과정에서 BLDC모터(35) 및 콘트롤러(41)를 식혀주고 나면 터보 팬 하우징(38)에 형성된 달팽이 형상의 토출 유로(38a)를 따라 이동하면서 확산되어 에어크리너 측으로 더욱 많은 양의 공기를 공급할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 흡기라인 상에 고속으로 회전하는 BLDC모터가 설치됨과 동시에 모터 하우징의 외측으로 BLDC모터의 구동을 제어하는 콘트롤러가 설치되어 있어 자동차의 급 가속 및 고속 주행을 위해 액셀을 깊게 밟아 BLDC모터를 고속으로 회전시킬 때 BLDC모터 및 콘트롤러가 과열되더라도 흡입공기가 유입되는 과정에서 BLDC모터 및 콘트롤러를 식혀주므로 BLDC모터의 과열에 따른 성능 저하는 물론이고 콘트롤러가 소손되는 현상을 미연에 방지하게 되는 효과를 얻게 된다.

Claims (3)

1. 흡기라인 상에 고정 설치되며 플랜지를 갖는 모터 하우징과, 상기 모터 하우징의 플랜지에 체결부재로 고정됨과 동시에 장공을 갖는 장착판에 지지되어 모터 하우징의 내부에 위치하는 BLDC모터와, 상기 모터 하우징의 전방에 위치되게 설치되며 토출 유로를 갖는 터보 팬 하우징과, 상기 BLDC모터의 축에 고정됨과 동시에 터보 팬 하우징의 내부에 위치되게 설치되어 BLDC모터의 구동에 따라 흡입력을 발생시키는 터보 팬과, 상기 모터 하우징의 외측으로 케이싱 및 덮개에 의해 보호되며 BLDC모터의 구동을 제어하는 콘트롤러로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 흡기촉진장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 터보 팬 하우징에 형성되는 토출 유로는 토출 측으로 갈수록 단면적이 점진적으로 커지는 달팽이 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 흡기촉진장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 모터 하우징의 내주면에 공기 흡입 방향을 따라 맴돌이 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 흡기촉진장치.

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