KR20050042891A

KR20050042891A - 가변 레조네이터

Info

Publication number: KR20050042891A
Application number: KR1020030077547A
Authority: KR
Inventors: 곽철규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2005-05-11
Also published as: KR100569348B1

Abstract

본 발명은 가변 레조네이터에 관한 것으로, 흡기덕트로부터 레조네이터로 분지되는 네크부 상부에 공기의 유속에 의해 생성된 양력에 따라 상승 또는 하강하는 날개를 설치하고, 상기 날개의 상승 또는 하강에 따라 상/하운동하여 상기 룸의 체적을 가변적으로 변화시키는 체적 가변수단을 레조네이터의 룸 내부에 설치함으로써, 연속적으로 넓은 주파수대역의 흡기소음을 가변적으로 저감시킬 수 있으며, 이에 따라, 엔진 룸에 설치되는 레조네이터의 수를 감소시켜 엔진 룸의 사용공간을 절감할 수 있는 가변 레조네이터가 개시된다.

Description

가변 레조네이터{VARIABLE RESONATOR}

본 발명은 가변 레조네이터에 관한 것으로, 특히 엔진룸 내에서 작은 공간을 차지하면서 넓은 주파수대역의 흡기소음을 저감시킬 수 있는 가변 레조네이터에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에는 연소실에서 필요로 하는 공기를 흡입하기 위하여 엔진룸 일측에 흡기장치가 설치된다. 흡기장치는 도 4에 도시된 바와 같이 외부로부터 공기가 공기 청정기(air cleaner; 10)를 통과하면서 정화된 후 흡기덕트(50)에 안내되어 흡기 매니폴드(intake manifold; 30)로 공급되고, 흡기 매니폴드(30)로 공급된 공기는 엔진(40)의 각 실린더로 공급되도록 구성된다. 또한, 흡기덕트(50)의 도중에는 흡기소음을 감쇄시키기 위한 레조네이터(resonator; 20)가 설치되어 있다.

레조네이터(20)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 엔진 구동에 의해 흡기덕트(50)를 통해 공기가 흡기 매니폴드(30) 측으로 공급될 때, 발생되는 흡기소음을 감쇄시키는 것으로서, 일정한 부피를 갖는 룸(22)이 흡기덕트(50)로부터 분지(分枝)된 네크부(24)를 통해 연결되어 설치된다. 네크부(24)의 단면적이 'S', 네크부(24)의 길이가 'L', 룸(22)의 부피가 'V'일 때, 헬름홀쯔(HelmHoltz) 방정식에 의해 레조네이터(20)에 의해 감쇄되는 흡기소음의 주파수(f)는 하기의 수학식1로 나타낼 수 있다. 여기서, 'C'는 음속이다.

상기 수학식1에서 나타난 바와 같이, 레조네이터(120)는 룸(22)의 부피(V), 네크부(24)의 단면적(S) 및 길이(L)에 따라 각각 흡수할 수 있는 소음의 주파수 대역이 일정하게 정해지게 된다. 이 때문에, 보다 넓은 범위의 소음을 흡수하는데 한계가 있다. 일반적으로, 흡기덕트(50)를 통해 흡기 매니폴드(30)로 공급되는 흡기소음의 주파수 대역은 엔진의 동작환경, 즉 엔진 회전수(RPM)에 따라 가변되는 것으로 알려져 있다. 예컨대, 엔진 회전수가 증가하면 그에 비례하여 고주파수대역의 흡기소음이 발생되고, 엔진 회전수가 감소하면 그에 비례하여 저주파수대역의 흡기소음이 발생하게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 종래기술에 따른 레조네이터는 설계시 특정 주파수대역이 미리 설정된 상태로 설치됨에 따라 주파수대역이 가변되는 흡기소음을 전체적으로 감쇄시키지 못하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 최근에는 레조네이터의 룸 내에 벽을 형성하여 두가지 주파수대역을 필터링하거나, 서로 다른 단면적을 갖는 네크부가 설치된 레조네이터를 흡기덕트의 복수 개소에 설치하여 여러가지 주파수대역의 흡기소음을 감쇄시키고 있다. 그러나, 이 경우 엔진의 전체적인 크기가 증가하게 되고, 중량이 증가하게 되는 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 작은 공간을 차지하면서 넓은 주파수대역의 흡기소음을 저감시킬 수 있는 가변 레조네이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예는 항공 역학의 날개이론(theory of airfoil and wings)을 적용하여 레조네이터 내부의 공간 부피를 가변시키는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 바람직한 실시예의 일측면에 따르면, 흡기덕트를 통해 유입되는 공기의 유속에 의해 생성된 양력에 따라 상승 또는 하강하는 날개에 의해 상하운동하여 룸의 체적을 가변적으로 변화시키는 체적 가변수단과, 상기 체적 가변수단과 상기 룸 내부의 저면 사이에 결합 고정되어 상기 체적 가변수단을 일정한 탄성력으로 잡아주는 탄성부재를 포함하는 가변 레조네이터가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 항공 역학의 날개이론(theory of airfoil and wings)을 적용한 가변 레조네이터의 구성을 설명하기 위하여 간략하게 도시된 정단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 레조네이터는 룸(110), 네크부(120), 체적 가변수단(130), 날개(140), 탄성부재(150) 및 가이드부(미도시)를 포함한다. 부가적으로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 레조네이터는 룸(110) 내측벽의 상단부에 체적 가변수단(130)의 최대 상승 높이를 제한하여 룸(110) 체적의 최소값을 제한하는 한편, 날개(140)가 과도하게 상승하여 흡기덕트(도 2의 '200'참조)의 상부 내측면과 부딪치는 것을 방지하는 정지부재(160)를 더 포함한다.

룸(110)은 네크부(120)와 일체형으로 이루어지거나, 체결형태로 결합될 수 있으며, 내측벽에는 체적 가변수단(130)이 상/하운동하도록 체적 가변수단(130)을 가이드하기 위한 가이드부가 형성되고, 내측벽 상단부에는 체적 가변수단(130)의 최대 상승 높이를 제한하는 정지부재(160)가 일체형으로 형성되거나, 체결형태로 결합되어 고정될 수 있다. 또한, 룸(110) 내부에는 체적 가변수단(130)이 설치되고, 이 체적 가변수단(130)의 상/하운동에 따라 룸(110)의 체적이 가변적으로 변화된다.

체적 가변수단(130)은 가이드부를 통해 가이드되어 날개(140)의 상승 또는 하강에 따라 상/하운동하고, 이를 통해 룸(110)의 체적을 가변시키는 격판(134)과, 격판(134)과 날개(140)를 서로 연결하여 날개(140)의 상승 또는 하강에 따라 격판(134)을 상/하운동시키는 접속부(136)를 포함한다. 격판(134)은 체결부재(132)를 통해 가이드부와 체결되거나, 직접 가이드부에 체결될 수도 있다. 접속부(136)는 날개(140)의 전후(前後)측과 각각 대응되도록 격판(134)의 좌우측에 각각 하나씩 설치된다. 이때, 날개(140)의 전측과 대응되도록 형성된 접속부(136)만 날개(140)와 체결되도록 한다. 이는 날개(140)를 위로 안정적으로 상승시키기 위함이다. 또한, 접속부(136)는 격판(134)과 일체형으로 형성되거나, 체결형태로 결합될 수 있다. 한편, 좌측에 설치된 접속부가 날개(140)의 전측과 결합된 구조로 이루어져 있으나, 이는 일례로서, 격판(134)의 중앙부에 하나만 설치되어 날개(140)의 전측과 결합될 수도 있다.

날개(140)는 항공 역학에서 적용되는 날개이론을 이용하여 흡기덕트(200)를 통해 흡입되는 공기의 유속에 따라 상승하며, 양력을 크게 받기 위하여 소정의 받음각(angle of attack)을 갖도록 체적 가변수단(130)의 접속부(136)와 체결된다. 이러한 동작특성을 갖는 날개(140)는 도 2에 도시된 'A' 부위에 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 네크부(120)의 입구와 대응되는 흡기덕트(200) 내에 설치되는 것이 바람직하다.

참고로, 흡기덕트(200) 내에서 날개(140)가 상승하는 원리에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다. 흡기덕트(200) 내부로 흡입된 공기가 날개(140)에 도달하면, 날개(140)를 중심으로 공기 입자는 상하로 분리되어 흐르게 된다. 날개(140)는 상부쪽이 하부쪽보다 굴곡이 많이 형성되는데, 이 때문에 상부쪽으로 흐르는 공기 입자는 상대적으로 하부쪽으로 흐르는 공기 입자보다 빠르게 흐를려는 성향을 보인다. 이에 따라, 날개(140)를 중심으로 상부쪽은 압력이 낮아지고, 하부쪽은 압력이 높아지게 된다. 따라서, 날개(140)를 중심으로 상부쪽과 하부쪽의 압력차에 의해 날개(140)는 위로 상승하게 된다.

탄성부재(150)는 체적 가변수단(130)의 격판(132)과 룸(110)의 내측 저면 사이에 체결되어 체적 가변수단(130)을 일정한 탄성력으로 유지시켜주거나, 날개(140)의 상승에 의해 상승된 체적 가변수단(130)을 하부로 복귀시킨다. 이와 같이 동작되도록, 탄성부재(150)는 스프링과 같이 일정한 크기의 탄성력을 갖는 부재로 형성한다.

이하에서는, 상기에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 레조네이터의 동작특성을 도 3a 및 도 3b를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 도 3a는 엔진의 회전수가 낮아 공기의 유속이 저속일 경우, 가변 레조네이터의 동작특성을 설명하기 위해 도시된 정단면도이고, 도 3b는 엔진의 회전수가 높아 공기의 유속이 고속일 경우, 가변 레조네이터의 동작특성을 설명하기 위해 도시된 정단면도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 엔진의 회전수가 낮아 흡기덕트(200)를 통과하는 공기의 유속이 저속일 경우에는 날개(140)에 가해지는 양력에 비해 탄성부재(150)의 탄성력이 더 크다. 이에 따라, 날개(140)는 위로 상승하지 않고 초기 상태를 유지하게 된다. 결국, 체적 가변수단(130)은 상승하지 않게 되어 룸(110)의 부피는 최대가 된다. 이런 상태에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 엔진의 회전수가 점차적으로 증가하여 흡기덕트(200)를 통과하는 공기의 유속이 증가하는 경우에는 날개(140)에 가해지는 양력 또한 이에 대응하여 증가하게 된다. 계속해서 공기의 유속이 증가하여 양력이 증가하는 경우 어느 순간 탄성부재(150)의 탄성력보다 커지게 되는데, 이 순간을 기점으로 날개(140)가 상승하게 된다. 날개(140)의 상승에 의해 체적 가변수단(130)이 상승하게 되며, 이에 따라, 룸(110)의 체적이 감소하게 된다. 즉, 엔진의 회전수에 따른 공기의 유속의 변화에 따라 룸(110)의 체적, 또한가변적으로 변화하게 된다. 따라서, 넓은 주파수대역의 흡기소음을 가변적으로 저감시킬 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 흡기덕트로부터 레조네이터로 분지되는 네크부 상부에 공기의 유속에 의해 생성된 양력에 따라 상승 또는 하강하는 날개를 설치하고, 상기 날개의 상승 또는 하강에 따라 상/하운동하여 상기 룸의 체적을 가변적으로 변화시키는 체적 가변수단을 레조네이터의 룸 내부에 설치함으로써, 연속적으로 넓은 주파수대역의 흡기소음을 가변적으로 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 엔진 룸에 설치되는 레조네이터의 수를 감소시켜 엔진 룸의 사용공간을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 레조네이터의 구성을 설명하기 위하여 간략하게 도시된 도면이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 날개의 적정 설치위치를 설명하기 위하여 도시된 사시도들이다.

도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 가변 레조네이터의 동작을 설명하기 위하여 도시된 도면들이다.

도 4는 일반적인 흡기장치를 설명하기 위하여 간략하게 도시된 도면이다.

도 5는 도 4에 도시된 레조네이터의 구성을 설명하기 위하여 간략하게 도시된 도면이다.

도 6은 도 4에 도시된 레조네이터의 구성을 설명하기 위하여 도시된 사시도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

110 : 룸 120 : 네크부

130 : 체적 가변수단 132 : 체결부재

134 : 격판 136 : 접속부

140 : 날개 150 : 탄성부재

160 : 정지부재

Claims

흡기덕트를 통해 유입되는 공기의 유속에 의해 생성된 양력에 따라 상승 또는 하강하는 날개에 의해 상/하운동하여 룸의 체적을 가변적으로 변화시키는 체적 가변수단; 및

상기 체적 가변수단과 상기 룸 내부의 저면 사이에 결합되어 상기 체적 가변수단을 일정한 탄성력으로 잡아주는 탄성부재를 포함하는 가변 레조네이터.
제 1 항에 있어서, 상기 체적 가변수단은,

상기 룸의 내측벽에 형성된 가이드부를 통해 상기 날개의 상승 또는 하강에 따라 상/하운동하여 상기 룸의 체적을 가변시키는 격판; 및

상기 격판과 상기 날개를 서로 연결하는 접속부를 포함하는 가변 레조네이터.
제 1 항에 있어서,

상기 룸 내측벽의 상단부에 설치되어 상기 체적 가변수단의 최대 상승 높이를 제한하는 정지부재를 더 포함하는 가변 레조네이터.