KR20050054522A - 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조에 관한 것으로서, 흡입되는 유체의 유속에 따른 흡기 소음의 데이터를 피에조(piezo)소자를 이용하여 전기에너지로 변환하고, 이는 다시 전자석에 자기장을 형성할 수 있도록 하며, 자기장의 영향을 받아 자성유체유닛 및 그 자성유체유닛과 결합된 체적조정 플레이트가 상하로 가변될 수 있도록 하여 측지형 공명기의 체적을 변화시킴으로써, 흡입되는 공기의 유속을 감지하여 흡기 소음에 대해 능동적으로 대응 가능함에 따라 주행간 발생할 수 있는 흡기 소음의 저감을 획기적으로 도모할 수 있는 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조에 관한 것이다.

Description

자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조{Fluid-velocity sensing type side-branch resonator structure for automobile}

본 발명은 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡입되는 공기의 유속을 감지하여 능동적으로 소음에 대응 가능함으로써, 주행간 발생할 수 있는 흡기 소음의 저감을 획기적으로 도모할 수 있는 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 흡기계의 흡기 소음은 엔진의 흡입과정 중에 흡입 밸브의 개폐에 따라 유발되는 기류의 맥동압력으로 발생되는 소음이다.

이러한 흡기 소음은 통상, 600Hz 이내의 저주파 소음으로서, 자동차의 외부 소음 중에서 흡기 소음이 차지하는 비중이 약 30%에 해당하는데, 특히 자동차 실내로 전달되어 부밍소음의 원인이 되며, 승차감 및 음질에 악영향을 끼치는 원인을 제공하게 된다.

한편, 이러한 흡기 소음은 완가속시에는 잘 파악되지 않으나, 급가속시에는 뚜렷하게 파악되는 소음이다.

통상, 이러한 흡기 소음의 평가는, 흡기계의 전달 손실(Transmission Loss)로서 평가하며, 엔진구동 주파수 대역상의 전달 손실을 높이면 흡기 소음이 줄어들게 된다.

그러나, 상기 흡기계의 주파수별 전달 손실은 각각 달라 전달 손실이 낮은 영역에서는 통상의 공명기(Resonator)를 설치하여 특정 주파수에서의 전달 손실을 높인다.

최근에 많이 사용되고 있는 공명기는 헬름홀쯔 공명기와 측지 공명기(Side-branch resonator)로 특정 주파수의 소음을 저감시키는 고유의 특성 때문에 널리 사용되고 있다.

기존의 공명기는 특정 주파수의 전달 손실을 높여 소음을 줄이는데, 해당주파수 대역에서는 소음이 줄어들지만 해당되지 않는 다른 주파수로 넘어가는 경우에는 다시 흡기 소음이 발생된다.

이러한 경우에 흡기 소음에 대한 대응을 못하거나 아니면 다른 공명기를 또 설치하여야 하므로 추가적인 비용 상승이 발생되고, 공명기의 주파수가 해당 주파수 한 부분에 국한되어 엔진구동 주파수가 다른 대역으로 넘어갈 경우, 소음제거의 효과가 사라지는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 흡입되는 유체의 유속에 따른 흡기 소음의 데이터를 피에조(piezo)소자를 이용하여 전기에너지로 변환하고, 이는 다시 전자석에 자기장을 형성할 수 있도록 하며, 자기장의 영향을 받아 자성유체유닛 및 그 자성유체유닛과 결합된 체적조정 플레이트가 상하로 가변될 수 있도록 하여 측지형 공명기의 체적을 변화시킴으로써, 흡입되는 공기의 유속을 감지하여 흡기 소음에 대해 능동적으로 대응 가능함에 따라 주행간 발생할 수 있는 흡기 소음의 저감을 획기적으로 도모할 수 있는 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조는 유체의 속도를 측정하여 전기에너지로 변환시킬 수 있도록 흡기유로(11) 내에 장착되는 압전형 가속도계의 피에조소자(13)와;

상기 피에조소자(13)에서 발생하는 전류를 제어하는 전류제어유닛(14)과;

상기 전류제어유닛(14)의 전류에 의해 자기장을 생성하는 전자석(15)과;

공명관(12) 내의 양측에 구비된 궤도이동 수단에 장착되어 상기 전자석(15)에서 생성되는 자기장에 의해 그 위치가 상하로 가변되는 자성유체유닛(16)와;

상기 자성유체유닛(16)의 하단에 연결되어 동일한 궤적 이동을 하면서 상기 공명관(12)의 체적의 변화를 유도하는 체적조정 플레이트(17)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 유체의 속도를 측정하여 전기에너지로 변환시킬 수 있도록 흡기유로(11) 내에 장착되는 압전형 가속도계의 피에조소자(13)와;

상기 피에조소자(13)에서 발생하는 전류를 제어하는 전류제어유닛(14)과;

상기 전류제어유닛(14)의 전류가 인가되어 구동되는 구동모터(19)와;

상기 구동모터(20)에 의해 구동하는 공명관(12) 내의 양측에 구비된 궤도이동 수단의 측부에 장착된 자석(19)과;

상기 자석(19)에서 생성되는 자기장에 의해 가이드부재(21)를 따라 그 위치가 상하로 가변 안내되는 자성유체유닛(16)과;

상기 자성유체유닛(16)의 하단에 연결되어 동일한 궤적 이동을 하면서 상기 공명관(12)의 체적의 변화를 유도하는 체적조정 플레이트(17)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 궤도이동 수단은 볼베어링(18a)을 구비한 롤러(18)인 것을 특징으로 한다.

상기 공명관(12)의 양 측벽부에는 상기 체적조정 플레이트(17)가 추락하지 않도록 추락방지 가드(22)가 설치된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 공명기의 소음 제어 원리를 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조의 구조를 나타내는 제1구현예이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조의 구조를 나타내는 제2구현예이다.

본 발명은 저주파, 예를 들어 600Hz이하에서, 주행간 발생하는 흡기계의 흡기 소음을 능동적으로 제어하여 소음 감소를 도모하고, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있는 기술로써, 특히 흡입되는 유체의 유속에 따른 흡기 소음의 데이터를 가지고 유속을 감지하여 이를 피에조(piezo)소자(압전소자)(13)를 이용하여 전기에너지로 변환하고, 이는 다시 전자석(15)에 자기장을 형성할 수 있도록 하며, 자기장의 영향을 받아 자성유체유닛(16) 및 그 자성유체유닛(16)과 결합된 체적조정 플레이트(17)가 상하로 가변될 수 있도록 하여 공명기(10)의 체적을 능동적으로 제어하는 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조에 관한 것이다.

여기서, 이용되는 소음제어 기법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 헬름홀쯔 공명기 또는 측지 공명기에서 이용되는 원리로서, 일측에 밀폐구조의 챔버로 형성된 공명관(12)에서, 공명에 의해 상기 공명관(12)의 길이가 파장의 1/4에 해당하는 경우, 음파의 성분이 상쇄되는데, 이때 문제되는 흡기 소음의 주파수에 해당하는 파장의 1/4에 해당하는 길이를 갖는 공명관(12)을 흡기계에 장착시켜서 흡기소음의 입사와 이에 대응하는 반사 음압의 상호 상쇄 작용에 의하여 소음을 제거시키는 원리이다.

이러한 원리를 이용한 본 발명은 상기 공명기(10)의 체적을 제어하여 기존의 고정된 체적을 지니는 공명기가 수행하던 특정 주파수가 아닌 전 속도 영역에서 문제되는 주파수를 능동 제어하도록 되어 있다.

특히, 본 발명의 바람직한 구현예에서는, 흡기유로(11) 내로 유동되는 흡기 소음의 유속을 감지하는 것으로서, 그 소음의 손실을 최대화할 수 있는 공명기(10)의 가변 체적을 능동적으로 판단할 수 있게 된다.

이를 실현하기 위하여, 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이, 압전 효과를 이용하여 흡기계 내로 유동되는 유체의 속도를 측정하는 압전형 가속도계(Piezoelectric Accelerometer)를 흡기유로(11) 내에 측정하고자 하는 방향으로 부착하여 설치하게 된다.

여기서, 상기 압전형 가속도계 내의 관성 질량이 피에조소자(13)에 관성력을 전달하게 되고, 그로 인하여 압전형 가속도계의 피에조소자(13)는 기계적 변형을 일으키게 되는데, 이때 상기 피에조소자(13)의 양단에 도포된 얇은 전극판 위에 그 피에조소자(13)의 변형량에 비례하는 전류가 발생하게 된다.

즉, 흡입 공기의 속도는 피에조소자(13)에 부딪히게 될 경우, 압력의 함수로 변환되어 그 피에조소자(13)에서 발생되는 전류의 크기는 흡입 공기의 속도에 비례하게 된다.

이러한 전류는 흡입 공기의 유속에 따라 소음을 감소하기 위한 전류제어유닛(14)에 의하여 제어되는 바, 상기 전류제어유닛(14)은 전류를 받을 경우 자기장을 생성하는 전자석(15)에 전류를 인가시키게 된다.

여기서, 상기 전류제어유닛(14)과 전자석(15)은 후술하는 피동수단을 작동시키기 위한 구동수단으로써, 상기 피에조소자(13)에서의 변환된 전기에너지를 자기에너지로 전환하기 위한 목적으로 구비된 구성요소이다.

이러한 구성요소는, 상술한 바와 같은 공명기 구조에 있어서, 그 공명기(10)의 상단부에 설치되는 것이 바람직하며, 이에 따라 후술하는 피동수단이 상기 공명관(12)의 체적을 가변 가능하게 함이 당연하다.

상기 피동수단은 상기 전자석(15)에서 생성되는 자기장력에 의해 그 위치가 가변되는 자성유체유닛(16) 및 이와 연결된 체적조정 플레이트(17)로 구성되어 있는 바, 상기 자성유체유닛(16)은 강자성 미립자를 매질속에 균일하게 분산시킨 콜로이드 용액이 저장된 장치로써, 특히 인가된 자기장에 의해 수 Å의 페라이트 입자들이 자기장의 방향으로 정렬됨에 따라 균질하게 강한 자성을 띠게 되어 상기 전자석(15)에서 발생하는 자기장의 방향으로 운동하는 특성을 지니고 있다.

이러한 특성을 갖는 자성유체유닛(16)은 상기 공명관(12)의 양 측벽부에 구비된 궤도이동수단인 볼베어링(18a)이 장착된 롤러(18)에 의해 상하로 이동 가능하도록 되어 있다.

상기 자성유체유닛(16)의 상하이동이 가능함에 따라 그것과 함께 상하로 가변되는 체적조정 플레이트(17)는 이 또한 마찬가지로 상기 공명관(12)의 양 측벽부에 구비된 궤도이동수단을 통해 이동이 가능한데, 이때 상기 체적조정 플레이트(17)는 횡방향으로 구비되어 상기 공명관(12)의 천장부를 차단 가능하도록 형성되어 있다.

이는 상기 공명관(12)의 천장부를 상기 체적조정 플레이트(17)가 가변적으로 조절함으로써, 그 공명관(12)으로 입사되는 주파수 대역이 조절 가능하게 되므로 흡기 소음의 전 영역에 해당하는 주파수를 능동적으로 제거할 수 있게 된다

한편, 도 3은 본 발명에 따른 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조의 구조를 나타내는 제2구현예로써, 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 상기 전류제어유닛(14)에서 제어되는 전기에너지에 의해 구동되는 구동모터(20)가 상기 공명관(12)의 상단에 구비되고, 상기 공명관(12)의 양쪽 외측벽부에는 볼베어링(18a)으로 이루어진 롤러(18)의 궤도 이동에 따라 함께 이동하는 자석(19)이 상기 롤러(18)의 외측부에 장착되어 있으며, 상기 자석(19)의 자기장 발생 방향에 의해 운동하는 자성유체유닛(16)이 상기 공명관(12) 내에 형성된 가이드부재(21)에 내재되어 상하로 가변 가능하도록 되어 있다.

또한, 상기 자성유체유닛(16)의 하단에 상기 제1구현예와 마찬가지로, 체적조정 플레이트(17)가 형성되어 있으며, 이 또한 자성유체유닛(16)이 이동함에 따라 함께 이동하면서 공명관(12)의 체적 변화를 유도하도록 되어 있다.

여기서, 미설명 부호 22는 상기 체적조정 플레이트(17)가 추락하지 않도록 공명관(12)의 양 측벽부에 설치된 추락방지 가드를 나타낸다.

이하, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 바람직한 제1 및 제2구현예의 소음제거를 위한 작동원리에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 제1구현예는 공기와 연료의 혼합을 촉진할 수 있도록 스월 제너레이터(swirl generator)의 역할도 수행하는 흡기유로(11) 내에 설치된 피에조소자(13)가 흡기 소음의 속도에너지를 압력에너지로 변환하고, 이를 다시 전기에너지로 변환시키게 된다.

이러한 전기에너지에 의한 전류는, 유체의 유속에 따른 흡기 소음의 데이터가 입력되어 있는 전류제어유닛(14)을 통해 전자석(15)으로 전달되고, 상기 전자석(15)은 전달받은 전류를 이용하여 자기장을 형성하게 된다.

이로 인하여, 자성유체유닛(16)은 자기장의 영향을 받아 이동하게 되고, 상기 자성유체유닛(16)과 함께 동일한 이동 궤적을 갖는 체적조정 플레이트(17)가 이동하면서 공명기(10)의 체적을 변화시켜 흡기 소음을 능동적으로 제어하게 된다.

또한, 제2구현예는 흡기유로(11) 내에 설치된 피에조소자(13)가 흡기 소음의 속도 에너지를 압력에너지로 변환하고, 이를 다시 전기에너지로 변환시키게 되는 바, 전기에너지에서의 전류를 전류제어유닛(14)으로 공급하고, 이는 다시 공명관(12)의 외측 상단에 설치된 구동모터(20)에 전원을 인가시키게 된다.

상기 구동모터(20)에 전원이 공급하게 될 경우, 롤러(18) 상의 자석(19)이 이동하게 되고, 이에 따라 자기장의 변화가 유발되어 자성유체유닛(16)이 이동하고, 또한 체적조절 플레이트(17)도 이동하게 되어 공명기(10)의 체적을 변화시킨다.

한편, 흡기 소음의 유량이 미소한 경우에는 중력에 의해 자성유체유닛(16)과 체적조정 플레이트(17)가 하방으로 내려오게 되고, 추락방지 가드(22)에 안착하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조에 의하면, 종래의 특정 주파수 제거만을 목적으로 한 측지 공명기와 달리, 공명기의 길이를 조절함으로써, 전 속도 영역에서의 소음을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 공명기에 대한 넥(neck) 길이의 조절이 아닌, 공명기의 체적 변화를 유체의 유속에 따라 제어함으로써, 전 속도 영역에서 획기적으로 효율이 높은 소음 제어 효과를 이룰 수 있다.

또한, 전 영역에서의 소음 감소로 차량의 상품성을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 공명기의 소음 제어 원리를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조의 구조를 나타내는 제1구현예,

도 3은 본 발명에 따른 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조의 구조를 나타내는 제2구현예이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 공명기 11 : 흡기유로

12 : 공명관 13 : 피에조소자

14 : 전류제어유닛 15 : 전자석

16 : 자성유체유닛 17 : 체적조정 플레이트

18 : 롤러 18a : 볼베어링

19 : 자석 20 : 구동모터

21 : 가이드부재 22 : 추락방지 가드

Claims (4)

1. 유체의 속도를 측정하여 전기에너지로 변환시킬 수 있도록 흡기유로(11) 내에 장착되는 압전형 가속도계의 피에조소자(13)와;

   상기 피에조소자(13)에서 발생하는 전류를 제어하는 전류제어유닛(14)과;

   상기 전류제어유닛(14)의 전류에 의해 자기장을 생성하는 전자석(15)과;

   공명관(12) 내의 양측에 구비된 궤도이동 수단에 장착되어 상기 전자석(15)에서 생성되는 자기장에 의해 그 위치가 상하로 가변되는 자성유체유닛(16)와;

   상기 자성유체유닛(16)의 하단에 연결되어 동일한 궤적 이동을 하면서 상기 공명관(12)의 체적의 변화를 유도하는 체적조정 플레이트(17)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조.
2. 유체의 속도를 측정하여 전기에너지로 변환시킬 수 있도록 흡기유로(11) 내에 장착되는 압전형 가속도계의 피에조소자(13)와;

   상기 피에조소자(13)에서 발생하는 전류를 제어하는 전류제어유닛(14)과;

   상기 전류제어유닛(14)의 전류가 인가되어 구동되는 구동모터(19)와;

   상기 구동모터(20)에 의해 구동하는 공명관(12) 내의 양측에 구비된 궤도이동 수단의 측부에 장착된 자석(19)과;

   상기 자석(19)에서 생성되는 자기장에 의해 가이드부재(21)를 따라 그 위치가 상하로 가변 안내되는 자성유체유닛(16)과;

   상기 자성유체유닛(16)의 하단에 연결되어 동일한 궤적 이동을 하면서 상기 공명관(12)의 체적의 변화를 유도하는 체적조정 플레이트(17)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 궤도이동 수단은 볼베어링(18a)을 구비한 롤러(18)인 것을 특징으로 하는 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조.
4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 공명관(12)의 양 측벽부에는 상기 체적조정 플레이트(17)가 추락하지 않도록 추락방지 가드(22)가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 유속감지형 측지 공명기 구조.