KR20050113779A - 자동차용 연속 가변흡기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 연속 가변흡기 시스템에 관한 것으로서, 연속 가변흡기 시스템에 있어서, 기밀 유지 및 연속가변 매니폴드의 특성을 충분히 확보할 수 있도록 일체형의 가변흡기 시스템의 형태로 변경하는 동시에, 차량의 주행 상태에 따라 흡기매니폴드의 길이를 조절할 수 있도록 함으로써, 흡입되는 공기의 양을 조절 가능토록 하여 중속 영역의 토크 밸리에 의한 출력 저하를 제거하고, 전체 속도 영역에서 최적의 체적 효율을 도모할 수 있는 자동차용 연속 가변흡기 시스템에 관한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 써지탱크에서 공기가 유입되어 흡기포트로 배출되는 여러개로 구분된 러너에 차량의 주행 속도에 따라 제어유닛을 통해 작동하여 흡입 공기의 유로 길이를 조절하는 밸브수단 및 흡기 유로조절수단이 형성된 일체형 하우징 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 연속 가변흡기 시스템{Continuosly Variable Induction System for automobile}

본 발명은 자동차용 연속 가변흡기 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속 가변흡기 시스템에 있어서, 기밀 유지 및 연속가변 매니폴드의 특성을 충분히 확보할 수 있도록 일체형의 가변흡기 시스템의 형태로 변경하는 동시에, 차량의 주행 상태에 따라 흡기매니폴드의 길이를 조절할 수 있도록 함으로써, 흡입되는 공기의 양을 조절 가능토록 하여 중속 영역의 토크 밸리에 의한 출력 저하를 제거하고, 전체 속도 영역에서 최적의 체적 효율을 도모할 수 있는 자동차용 연속 가변흡기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 가변흡기 시스템(VIS:Variable Induction System)은 흡기 매니폴드의 길이 또는 레조네이터 등과 같은 흡기 시스템의 기하학적 형상을 변경함으로써, 엔진 운전 조건에 최적상태를 유지하여 전부하 성능 향상과 부분 부하 연비 및 배출물 개선을 도모하게 된다.

특히, 엔진의 성능은 체적효율, 즉 얼마나 많은 공기를 연소실로 흡입할 수 있는가에 크게 좌우되는데, 이에 영향을 크게 미치는 인자로서, 흡입공기의 관성 효과와 흡기 매니폴드 내의 맥동 효과 및 레조네이터의 공명 효과가 있다.

이중, 흡입공기의 관성효과와 흡기 매니폴드 내의 맥동효과는 흡기 매니폴드 길이에 큰 영향을 받는다.

통상, 저속에서는 흡기 매니폴드의 길이가 길고 직경이 작으면 체적효율 증대에 유리하며, 반대로 고속에서는 매니폴드 길이를 짧게 하고 직경을 크게 하면 체적효율이 커진다.

상기 가변흡기 시스템(VIS)은 이러한 흡기 유로를 가변시키는 것을 목적으로 하고 있으나, 기하학적인 복잡성과 차량에서의 장착성으로 인하여 대부분의 경우, 2단으로 작동 밸브를 사용하여 길이를 변경하는 방식을 채택하고 있다.

이와 같은 2단의 가변흡기 시스템은 유로변경 밸브에 누설이 없고, 각 구간의 매니폴드 길이가 적절히 설정되면, 다소나마 전체 속도영역에서 최적의 체적효율의 향상을 얻을 수 있다.

그러나, 상기 2단의 가변흡기 시스템의 경우, 각각 저속과 고속용에 적합한 매니폴드 길이를 갖고 있기 때문에 중속영역에서의 출력 저하라는 고유의 문제를 안고 있다.

이에 대하여, 3단의 중속용 매니폴드 길이를 갖는 3단의 가변흡기 시스템의 개발이 필요하겠지만, 이 경우 오히려 흡기시스템의 외형이 더욱 커지는 문제점을 초래할 가능성이 크며, 도 8에 도시된 바와 같이, 중속용이지만 저속 및 고속 영역으로의 변환에서 반드시 토크 밸리가 발생하게 되어 있다.

이 토크 밸리는 운전성 저하로 이어지며, 이는 자동차에 대한 감성적 요인을 저하시키게 된다.

따라서, 2단의 가변흡기 시스템의 문제점을 해소하기 위해서는 컴팩트한 구조의 연속 가변흡기 시스템의 적용이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 연속 가변흡기 시스템에 있어서, 기밀 유지 및 연속가변 매니폴드의 특성을 충분히 확보할 수 있도록 일체형의 가변흡기 시스템의 형태로 변경하는 동시에, 차량의 주행 상태에 따라 흡기매니폴드의 길이를 조절할 수 있도록 함으로써, 흡입되는 공기의 양을 조절 가능토록 하여 중속 영역의 토크 밸리에 의한 출력 저하를 제거하고, 전체 속도 영역에서 최적의 체적 효율을 도모할 수 있는 자동차용 연속 가변흡기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

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

본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템은,

써지탱크에서 공기가 유입되어 흡기포트로 배출되는 여러개로 구분된 러너(12)에, 차량의 주행 속도에 따라 제어유닛(60)을 통해 작동하여 흡입 공기의 유로 길이를 조절하는 밸브수단(20) 및 흡기 유로조절수단(30)이 형성된 일체형 하우징 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 밸브수단(20)은, 액츄에이터 장치(40a,40b,40c)의 구동에 의해 개폐 작동을 수행하되, 가변흡기 매니폴드(10)의 내측 전방에 장착되어 엔진의 아이들시 또는 저속 영역에서 유로를 개방하는 제1버터플라이 밸브(21)와;

상기 가변흡기 매니폴드(10)의 내측 후방에 장착되어 고속 영역에서 유로를 개방하는 제2버터플라이 밸브(23)와;

제1 및 제2버터플라이 밸브(21,23) 사이에 개재되어 자동차의 속도 변화에 따라 제어유닛(60)을 통한 스텝모터(50)에 의해 작동되는 흡기 유로조절수단(30)의 공기 유동홀(33a)을 개폐시키는 온,오프 밸브(22);로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 흡기 유로조절수단(30)은, 상기 스텝모터(50)의 회전축(51)이 기어 맞물림 구조로 삽입되며, 스텝모터(50)의 회전 작동을 통해 전후로 슬라이드 이동하는 이동부재(32)와;

상기 이동부재(32)의 전방에 그 이동부재(32)와 함께 일체로 슬라이드 이동 가능하며, 각각의 러너(12)수에 맞게 다수개로 이루어진 공기 유동홀(33a)이 구비된 이동판(33)과;

상기 이동판(33)의 전방에 형성되어 그 이동판(33)의 전후 방향으로의 슬라이드 이동을 안내하는 가이드홈(34a)을 갖는 가이드부재(34)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템을 나타내는 평단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템을 나타내는 측단면도이다.

또한, 도 3 ~ 도 6은 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템의 작동 상태를 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템의 작동방법을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명은, 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 기존의 2단으로 분리된 가변흡기 매니폴드를 배제하고, 그 하우징(11)인 외부 어셈블리를 일체형으로 하되, 여러개로 구분된 흡입 공기의 유로인 러너(runner)(12)는 기존과 마찬가지로 써지탱크에서 공기가 유입되어 흡기포트로 배출될 수 있도록 되어 있다.

이때, 상기 가변흡기 매니폴드(10)의 러너(12)에는 차량의 주행 속도에 따라 제어유닛(60)을 통해 작동하여 공기의 유로 길이를 조절하는 밸브수단(20) 및 흡기 유로조절수단(30)이 형성되어 있다.

상기 밸브수단(20)은, 가변흡기 매니폴드(10)의 내측 전방에 제1버터플라이 밸브(21)가 장착되어 있는 바, 이는 엔진의 아이들시 또는 저속 영역에서 개방되도록 되어 있다.

또한, 상기 가변흡기 매니폴드(10)의 내측 후방에 제2버터플라이 밸브(23)가 장착되어 있는 바, 이는 고속 영역에서 개방되도록 되어 있다.

마지막으로, 제1 및 제2버터플라이 밸브(21,23)사이에 개재되어 자동차의 속도 변화에 따라 제어유닛(60)을 통한 스텝모터(50)에 의해 작동되는 흡기 유로조절수단(30)이 장착되어 있으며, 상기 흡기 유로조절수단(30)에 형성된 공기 유동홀(33a)을 개폐시키는 온,오프 밸브(22)가 그 일측에 형성되어 있는 바, 이는 중속 영역에서 개방되도록 되어 있다.

이때, 각각의 상기 밸브수단(20)은 액츄에이터 장치(40a,40b,40c)의 구동에 의해 개폐 작동을 수행하게 된다.

한편, 중속 영역에서의 흡기 유로조절수단(30)의 작동 관계를 알 수 있는 그 기술적 구성에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 스텝모터(50)의 구동에 의해 작동하는 회전축(51)은, 치형 구조로 이루어져 있으며, 전후 방향으로 이동 가능한 슬라이드 구조로 이루어진 이동부재(32)의 치형홀(31)에 삽입되어 있는 바, 스텝모터(50)의 회전 작동을 통해 이와 일체로 형성된 회전축(51)이 함께 회전할 경우, 상기 이동부재(32)는 전후로 이동 가능하도록 되어 있다.

또한, 상기 이동부재(32)의 전방에는 각각의 러너(12)수에 맞게 다수개로 이루어진 공기 유동홀(33a)이 형성된 이동판(33)이 형성되어 있으며, 이 이동판(33)은 상기 이동부재(32)와 함께 일체로 슬라이드 이동 가능하며, 전방의 가이드부재(34)에 형성된 가이드홈(34a)을 따라 이동하도록 되어 있다.

이때, 상기 온,오프 밸브(22)는 상기 가이드부재(34)의 상단부에 장착되어 전후로 이동하면서, 상기 공기 유동홀(33a)을 개폐시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템의 작동원리에 대하여 첨부도면 3 내지 6의 작동도 및 도 7의 플로우차트를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진 시동 후, 아이들(idle)상태에서는 저속용과 동일하게 가장 긴 길이의 흡기메니폴드가 필요하므로 전방에 형성된 제1버터플라이 밸브(21)를 액츄에이터 장치(40a)를 이용하여 온 상태로 하여 흡입 공기의 유로를 개방시키는 반면에 중속용 온,오프 밸브(22)는 오프 상태로 하여 흡기 유로조절수단(30)의 이동판(33)에 형성된 공기 유동홀(33a)을 차단시키는 동시에 액츄에이터 장치(40c)를 이용하여 제2버터플라이 밸브(23), 또한 오프 상태로 하여 후방의 유로를 차단시킨다.

이때, 엔진 운전 상태에 따라 저속, 중속, 고속 영역으로 나누어 저속영역에서는 앞서 언급한 아이들 상태와 동일한 상태로 구현한다.

또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 중속의 경우, 제1 및 제2버터플라이 밸브(21,23)를 오프 상태로 하고, 중속용 온,오프 밸브(22)를 액츄에이터 장치(40b)를 이용하여 온 상태로 하고 상기 공기 유동홀(33a)을 개방시킨 후, 중속 영역 내의 속도 변화에 따라 스텝모터(50)를 이용하여 중속용 흡기 유로조절수단(30)을 전후 방향으로 이동시켜 흡입 공기의 진행 경로를 가변시킨다.

도 6에 도시된 바와 같이, 고속의 경우, 제1버터플라이 밸브(21)와 중속용 온,오프 밸브(22)를 오프 상태로 하여 유로 및 공기 유동홀(33a)을 차단시키고, 제2버터플라이 밸브(23)를 온 상태로 하여 흡입 공기의 유로를 개방시켜 흡입 공기의 진행 경로를 가장 짧게 유지하도록 한다.

따라서, 본 발명은 차량의 주행 상태에 따라 저속 영역에서는 가변흡기 매니폴드(10)의 길이를 길게 형성하고, 반대로 고속 영역에서는 가변흡기 매니폴드(10)의 길이를 짧게 하여 체적효율을 향상시키며, 상기 저속 및 고속의 중간 속도인 중속 영역에서는 가변흡기 매니폴드(10)의 길이를 중간 길이로 하여 체적효율을 증대시키게 된다.

특히, 상기 중속 영역 내의 속도 변화에 따라 흡입 공기의 유동 길이를 조절하여 최적의 체적 효율을 도모할 수 있도록 하며, 이에 따른 토크 밸리 제거를 통한 운전자의 감성 지수를 개선시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템에 의하면, 기존의 2단 가변흡기 시스템 대비, 중속 성능이 향상되어 토크 밸리 제거에 따른 운전자의 감성지수가 개선되고, 이로 인한 엔진 출력 증대에 큰 역할을 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템을 나타내는 평단면도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템을 나타내는 측단면도,

도 3 ~ 도 6은 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템의 작동 상태를 나타내는 도면,

도 7은 본 발명에 따른 자동차용 연속 가변흡기 시스템의 작동방법을 나타내는 플로우차트,

도 8은 일반적인 종래의 자동차용 연속 가변흡기 시스템의 rpm에 대한 토크량의 변화를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 가변흡기 매니폴드 11 : 하우징

12 : 러너 20 : 밸브수단

21 : 제1버터플라이 밸브 22 : 온,오프 밸브

23 : 제2버터플라이 밸브 30 : 흡기 유로조절수단

31 : 치형홀 32 : 이동부재

33 : 이동판 33a : 공기 유동홀

34 : 가이드부재 34a : 가이드홈

40a,40b,40c : 액츄에이터 장치 50 : 스텝모터

51 : 회전축 60 : 제어유닛

Claims (3)

1. 써지탱크에서 공기가 유입되어 흡기포트로 배출되는 여러개로 구분된 러너(12)에, 차량의 주행 속도에 따라 제어유닛(60)을 통해 작동하여 흡입 공기의 유로 길이를 조절하는 밸브수단(20) 및 흡기 유로조절수단(30)이 형성된 일체형 하우징 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 연속 가변흡기 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브수단(20)은, 액츄에이터 장치(40a,40b,40c)의 구동에 의해 개폐 작동을 수행하되, 가변흡기 매니폴드(10)의 내측 전방에 장착되어 엔진의 아이들시 또는 저속 영역에서 유로를 개방하는 제1버터플라이 밸브(21)와;

   상기 가변흡기 매니폴드(10)의 내측 후방에 장착되어 고속 영역에서 유로를 개방하는 제2버터플라이 밸브(23)와;

   제1 및 제2버터플라이 밸브(21,23) 사이에 개재되어 자동차의 속도 변화에 따라 제어유닛(60)을 통한 스텝모터(50)에 의해 작동되는 흡기 유로조절수단(30)의 공기 유동홀(33a)을 개폐시키는 온,오프 밸브(22);로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 연속 가변흡기 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 흡기 유로조절수단(30)은, 상기 스텝모터(50)의 회전축(51)이 기어 맞물림 구조로 삽입되며, 스텝모터(50)의 회전 작동을 통해 전후로 슬라이드 이동하는 이동부재(32)와;

   상기 이동부재(32)의 전방에 그 이동부재(32)와 함께 일체로 슬라이드 이동 가능하며, 각각의 러너(12)수에 맞게 다수개로 이루어진 공기 유동홀(33a)이 구비된 이동판(33)과;

   상기 이동판(33)의 전방에 형성되어 그 이동판(33)의 전후 방향으로의 슬라이드 이동을 안내하는 가이드홈(34a)을 갖는 가이드부재(34)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 연속 가변흡기 시스템.