KR20080049493A - 전자석을 이용한 가변 레조네이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량에서 발생되는 흡기 및 배기 소음을 최소화시키기 위하여 체적이 가변됨으로써, 엔진의 넓은 회전영역에 대응할 수 있도록 된 전자석을 이용한 가변 레조네이터에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전자석을 이용한 가변 레조네이터는 흡입 공기 및 배기가스가 흐르는 통로인 흡배기덕트(2)와, 상기 흡배기덕트(2)에 네크부(2a)를 매개로 연결되면서 빈 공간을 형성하는 챔버(3)와, 상기 챔버(3)의 일단에 고정된 일측에 대해 타측이 신축됨으로써 챔버(3) 내부의 체적을 가변시킬 수 있도록 쌍을 이루면서 설치되는 전자석(4) 및, 상기 전자석(4)에 엔진 회전수 신호(6)에 따른 전압을 발생시켜 전압 신호의 세기에 따라 전자석(4)을 작동시킬 수 있도록 된 전원장치를 포함한다.

따라서, 전자석을 이용한 가변 레조네이터에 의해 엔진 구동시 발생되는 흡기 및 배기소음을 레조네이터 챔버의 형상 변경을 통해 넓은 회전영역을 포함한 소음 감소를 확보할 수 있고, 엔진 룸에 설치되는 레조네이터의 수를 감소시켜 엔진 룸의 사용공간을 절감할 수 있다.

전자석, 레조네이터, 엔진, 회전수

Description

전자석을 이용한 가변 레조네이터{Active Resonator using Electromagnet}

도 1은 일반적인 흡기장치를 설명하기 위한 개략적인 모식도,

도 2는 종래기술에 따른 레조네이터를 나타낸 상태도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전자석을 이용한 가변 레조네이터의 구성을 나타낸 상태도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전자석을 이용한 가변 레조네이터의 작동 상태를 나타낸 상태도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 가변 레조네이터 2 : 흡배기덕트

2a : 네크부 3 : 챔버

4 : 전자석 5 : 스프링

6 : 엔진 회전수 신호 7 : F-V 변환기

8 : A-V 변환기 9 : 전자석 구동부

본 발명은 레조네이터에 관한 것으로, 특히 건설 중장비, 자동차 등과 같은 차량에서 발생되는 흡기 및 배기 소음을 최소화시키기 위하여 체적이 가변됨으로써, 엔진의 넓은 회전영역에 대응할 수 있도록 된 전자석을 이용한 가변 레조네이터에 관한 것이다.

일반적으로 건설 중장비, 자동차 등과 같은 차량의 엔진에는 연소실에서 필요로 하는 공기를 흡입하기 위하여 엔진룸 일측에 흡기장치가 설치된다. 상기 흡기장치는 도 1에 도시된 것과 같이, 외부로부터 공기가 공기 청정기(10)를 통과하면서 정화된 후 흡기덕트(20)에 안내되어 흡기 매니폴드(30)로 공급되고, 상기 흡기 매니폴드(30)로 공급된 공기는 엔진(40)의 각 실린더로 공급되도록 구성된다.

여기서, 상기 흡기덕트(20)의 도중에는 흡기소음을 감쇄시키기 위한 레조네이터(50)가 설치되어 있다.

차량의 흡기덕드 뿐만 아니라 차량 엔진의 흡배기 계통에는 공명현상을 이용하여 소음을 저감시키는 레조네이터를 구비하고 있다. 즉, 저감하려는 소음의 주파수와 수식에 따라 계산된 치수와 형상으로 형성한 레조네이터를 흡배기관에 연결하여 헬름홀츠의 공명 원리에 의해 음량을 저감시킨다.

여기서, 상기 레조네이터(50)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 흡기덕트 또는 배기덕트(이하, '흡배기덕트'라 함)를 통해 공기가 흡기 매니폴드 또는 배기 매니폴드 측으로 공급될 때, 발생되는 흡배기 소음을 감쇄시키는 것으로, 일정한 부피를 갖는 챔버(51)가 흡배기덕트(60)로부터 분지된 네크부(61)를 통해 연결되어 설치된다.

상기 레조네이터(50)는 챔버(51)의 부피(V), 네크부(61)의 단면적(S) 및 길 이(L)에 따라 각각 흡수할 수 있는 소음의 주파수 대역이 일정하게 정해지게 된다. 이 때문에, 보다 넓은 범위의 소음을 흡수하는데 한계가 있다.

일반적으로, 상기 흡배기덕트(60)를 통해 흡기 매니폴드 또는 배기 매니폴드로 공급되는 흡배기 소음의 주파수 대역은 엔진의 동작환경, 즉 엔진 회전수에 따라 가변되는 것으로 알려져 있다. 예컨대, 엔진 회전수가 증가하면 그에 비례하여 고주파수대역의 흡배기 소음이 발생되고, 엔진 회전수가 감소하면 그에 비례하여 저주파수대역의 흡배기 소음이 발생하게 된다.

즉, 상기 레조네이터(50)는 순음 성분의 파장 λ/4 의 길이와 레조네이터(50) 관의 길이와 일치되었을 경우, 상쇄간섭을 일으킴으로써 소음수준을 감소시키는 원리를 이용하여 강한 순음 성분(pure tone)을 가지고 있는 소음을 감소시키는데 적합한 방식으로 산업차량 및 자동차 분야에 많은 적용 사례를 보여 주고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 레조네이터(50)는 엔진의 특정 엔진 회전수에 맞춰 고정된 내부 구조를 가지고 발생된 특정 주파수 성분에 대한 순음 성분만 감소시키는 방식으로, 특정 엔진 회전수 영역 이외의 넓은 엔진 회전수에 연동되어 발생된 소음을 감소시키기에는 설계 및 공간상의 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 종래의 레조네이터가 갖는 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 전자석을 이용한 가변형식의 내부 구조로 이루어진 설계로 넓은 엔진 회전수 영역에서 발생된 흡기 및 배기 소음 부분에 연동되어 레조네이터 내부 체적을 변화되면서 그에 따른 소음 위상 크기는 같으나 반대 위상의 소음을 발생시켜 소음을 감소시킬 수 있도록 된 전자석을 이용한 가변 레조네이터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 흡입 공기 및 배기가스가 흐르는 통로인 흡배기덕트와, 상기 흡배기덕트에 네크부를 매개로 연결되면서 빈 공간을 형성하는 챔버와, 상기 챔버의 일단에 고정된 일측에 대해 타측이 신축됨으로써 챔버 내부의 체적을 가변시킬 수 있도록 쌍을 이루면서 설치되는 전자석 및, 상기 전자석에 엔진 회전수 신호에 따른 전압을 발생시켜 전압 신호의 세기에 따라 전자석을 작동시킬 수 있도록 된 전원장치를 포함한다.

여기서, 상기 전자석은, 상기 챔버의 일측에 고정된 전자석과 타측에서 이동되는 전자석 사이에 스프링이 설치되어 스프링의 반력을 통해 전자석의 행정위치가 가변될 수 있도록 된 것이 바람직하다.

또한, 상기 전원장치는, 엔진 회전수 신호을 입력받아 전압으로 변환하는 F-V 변환기와, 상기 F-V 변환기에서 출력된 전압신호를 입력받아 펄스 신호로 출력하는 A-D 변환기와, 상기 A-D 변환기에서 출력된 신호를 입력받아 상기 전자석의 위치가 조절될 수 있도록 전자석에 전원을 인가하는 전자석 구동부를 포함한다.

이하 본 발명의 전자석을 이용한 가변 레조네이터의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

엔진의 구동시 발생하는 흡기 및 배기소음을 감소시킬 수 있도록 된 가변 레 조네이터의 구성을 도 3을 참조로 설명하면, 상기 가변 레조네이터(1)는 크게 흡배기덕트(2)에 연결된 챔버(3)와, 이 챔버(3)에 설치된 전자석(4) 및, 상기 전자석(4)을 작동시키는 전원장치로 이루어진다.

상기 흡배기덕트(2)는 흡입 공기 및 배기가스가 흐르는 통로로서 이 흡배기덕트(2)에 빈 공간을 형성하는 챔버(3)가 네크부(2a)를 매개로 연결되고, 상기 전자석(4)은 상기 챔버(3)의 내부에 쌍을 이루면서 설치되어 고정된 일측에 대해 타측이 신축됨으로써 챔버(3) 내부의 체적을 가변시킬 수 있으며, 상기 전원장치는 상기 전자석(4)에 엔진 회전수의 신호에 따른 전압을 발생시켜 전자석(4)을 신축시킨다.

그리고, 상기 전자석(4)은 상기 챔버(3)의 일측에 고정된 전자석(4)과 타측에서 이동되는 전자석(4) 사이에 스프링(5)이 설치되어 스프링(5)의 반력을 상호 간격으로 유지하고, 상기 전자석(4)에 가해지는 전압 신호의 세기에 의해 상호간의 거리가 줄어들거나 늘어나게되어 챔버(3)의 체적을 변화시킬 수 있다.

또한, 상기 전원장치는 엔진 회전수 신호(6)을 입력받아 전압으로 변환하는 F-V 변환기(7)와, 상기 F-V 변환기(7)에서 출력된 전압신호를 입력받아 펄스 신호로 출력하는 A-D 변환기(8)와, 상기 A-D 변환기(8)에서 출력된 신호를 입력받아 상기 전자석(4)의 위치가 조절될 수 있도록 전자석(4)에 전원을 인가하는 전자석 구동부(9)를 포함한다.

즉, 상기와 같이 전자석(4)을 이용한 가변 레조네이터(1)의 작동 상태를 설명하면, 차량 시동 후 흡입 공기 및 배기 가스는 상기 흡배기덕트(2)를 통해 전달 되고, 차량의 시동에 의해 엔진 회전수 신호(6)가 발생되면 이 신호를 상기 F-V 변환기(7)로부터 전압으로 바꾼 후, 상기 A-D 변환기(8)를 이용하여 엔진 회전수를 주파수 성분으로 변환시켜 전압으로 발생시킨다.

이때 흡기 및 배기 소음 주파수 성분이 엔진 폭발행정에 의한 토오크 변동 주파수 성분과 똑같이 연동되어 나타나므로 엔진 기통수 및 행정수가 각기 다르므로 아래와 같은 식을 이용하여 흡기 및 배기 소음 주파수 전압 신호를 발생시킨다.

여기서, N : 실린더 수, RPM : 분당 회전수, Fs : 행정 계수(2 행정은 1, 4 행정은 2)로서 예를 들어, 6기통 4 행정 엔진 회전수가 1800RPM 인 경우 토오크 변동 주파수는 90Hz 이다.

한편, 상기 가변 레조네이터(1)의 작동 상태를 설명하면, 상기 전원장치로부터 상기 전자석(4)으로 공급되는 전압이 센 경우 즉 엔진의 회전수가 큰 경우에는 전자석(4)의 힘에 의해 상기 스프링(5)을 압축함으로써 상기 챔버(3)의 체적(V')을 넓힌 상태로 상기 흡배기덕트(2)에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 전원장치로부터 상기 전자석(4)으로 공급되는 전압이 약한 경우 즉 엔진의 회전수가 작은 경우에는 전자석(4)의 힘보다 상기 스프링(5)의 반력이 크기 때문에 스프링(5)이 신장되면서 상기 챔버(3) 내부의 전자석(4)을 밀어줌으로써 챔버(3)의 체적(V')을 좁힌 상태로 상기 흡배기덕트(2)에서 발생하는 소음을 저감시킬 수 있다.

그러므로, 상기 가변 레조네이터(1)는 엔진에서 발생된 주파수 전압 신호를 상기 전자석 구동부(9)로부터 발생시키되 엔진 회전수별 토오크 변동 주파수와 동일한 전압 신호 세기를 조절하여 상기 전자석(4)으로 보내면, 발생된 전압 신호 세기량에 따라 전자석 스프링의 반력을 이용한 행정위치가 변함으로써 내부의 변화된 체적(V')형태에 따라 상기 흡배기덕트(2)에서 발생되는 엔진 토오크 변동율 주파수 소음에 대응하는 반대 위상의 주파수 소음이 발생되어 소음을 감쇄시키도록 된 것이다.

따라서, 엔진의 회전수에 따라 상기 챔버(3)의 체적(V') 또한 가변적으로 변화하게 됨으로써 넓은 범위의 엔진 회전수 영역의 흡배기 소음을 가변적으로 저감시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전자석을 이용한 레조네이터에 의하면, 엔진 구동시 발생되는 흡기 및 배기소음을 레조네이터 챔버의 형상 변경을 통해 넓은 회전영역을 포함한 소음 감소를 확보할 수 있고, 엔진 룸에 설치되는 레조네이터의 수를 감소시켜 엔진 룸의 사용공간을 절감할 수 있다.

Claims (3)

1. 흡입 공기 및 배기가스가 흐르는 통로인 흡배기덕트(2)와,

   상기 흡배기덕트(2)에 네크부(2a)를 매개로 연결되면서 빈 공간을 형성하는 챔버(3)와,

   상기 챔버(3)의 일단에 고정된 일측에 대해 타측이 신축됨으로써 챔버(3) 내부의 체적을 가변시킬 수 있도록 쌍을 이루면서 설치되는 전자석(4) 및,

   상기 전자석(4)에 엔진 회전수 신호(6)에 따른 전압을 발생시켜 전압 신호의 세기에 따라 전자석(4)을 작동시킬 수 있도록 된 전원장치를 포함하여 구성된 전자석을 이용한 가변 레조네이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자석(4)은, 상기 챔버(3)의 일측에 고정된 전자석(4)과 타측에서 이동되는 전자석(4) 사이에 스프링(5)이 설치되어 스프링(5)의 반력을 통해 전자석(4)의 행정위치가 가변될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 가변 레조네이터.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 전원장치는, 엔진 회전수 신호(6)을 입력받아 전압으로 변환하는 F-V 변환기(7)와, 상기 F-V 변환기(7)에서 출력된 전압신호를 입력받아 펄스 신호로 출 력하는 A-D 변환기(8)와, 상기 A-D 변환기(8)에서 출력된 신호를 입력받아 상기 전자석(4)의 위치가 조절될 수 있도록 전자석(4)에 전원을 인가하는 전자석 구동부(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석을 이용한 가변 레조네이터.

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