KR20080054287A - 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 흡기 시스템에서 가변밸브가 공기이동통로를 막아 생기는 공기 유동저항을 없애고, 상하 러너간 압력파 공유만으로 러너 길이 변경의 효과를 유지하여 내부 유동 저항을 없앤 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템에 관한 것이며, 상부러너와 하부러너가 형성되어 있고, 상부러너와 하부러너에 연통되도록 서지탱크가 형성된 흡기매니폴드에 있어서, 서지탱크(11)의 좌측부에 가변제어기구장착부(14)를 형성하고, 가변제어기구장착부(14)에 가변제어기구(20)의 플랜지부(21)를 결합시키며, 가변제어기구(20)에 중심축(24)으로 회전가능하게 버터플라이판(23)을 고정하여 상부러너(12)와 하부러너(13)의 압력파를 개폐가능하게 공유하게 하고, 중심축(24)의 단부에 레버(22)를 형성하여 레버제어기구(30)와 연결 고정하는 것을 특징으로 한다.

흡기매니폴드, 압력파, 가변흡기시스템

Description

압력파를 이용한 가변 흡기 시스템 {Variable Intake System using a pressure wave}

도 1은 종래의 가변 흡기 시스템의 흡기 매니폴드를 도시한 사시도.

도 2는 종래의 가변 흡기 시스템을 도시한 절개 사시도.

도 3은 본 발명의 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템을 도시한 개략도.

도 4는 본 발명의 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템의 가변 제어기구를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템의 가변 제어기구를 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템의 레버제어기구와 설치 상태를 도시한 연결도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

1 : 흡기 매니폴드 2 : 가변밸브

3 : 상부러너 4 : 하부러너

5 : 이동통로부 6 : 흡입구

7 : 공기흐름 10 : 흡기 매니폴드

11 : 서지탱크 12 : 상부러너

13 : 하부러너 14 : 가변제어기구 장착부

20 : 가변제어기구 21 : 플랜지부

22 ; 레버 23 : 버터플라이판

24 : 중심축 30 : 레버제어기구

31 : 로드 40 : 솔레노이드 스위치

본 발명은 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가변 흡기 시스템에서 가변밸브가 공기이동통로를 막아 생기는 공기 유동저항을 없애고, 상하 러너간 압력파 공유만으로 러너 길이 변경의 효과를 유지하여 내부 유동 저항을 없앤 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 엔진은, 여러 종류가 알려져 있으며, 이 중 자동차의 조건에 따라 흡기 매니폴드(intake manifold)의 러너(runner) 길이를 조절할 수 있는 가변흡기 시스템(VIS; Variable Intake System)을 갖는 엔진에 대한 연구가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다.

특히, 가변흡기 시스템은, 주지하는 바와 같이, 흡기 매니폴드의 러너 길이를 조절하기 위한 것으로서, 스로틀 바디(throttle body)와, 상기 스로틀 바디와 연통되는 서지탱크(surge tank)와, 상기 서지탱크의 공기를 분배받는 복수개의 러 너(runner)를 갖는 흡기 매니폴드(intake manifold)와, 상기 러너의 길이를 따라 소정간격을 두어 구비되는 연통부와, 상기 연통부를 자동차의 조건(속도 등)에 따라 개폐시키는 개폐부와, 상기 개폐부를 구동시키는 모터로 이루어진다.

가변흡기 시스템(Variable Intake system)이라 함은 엔진으로 흡기를 공급하는 흡기매니폴드에 길이가 긴 저속포트와 상대적으로 길이가 짧은 고속포트를 형성하고, 상기 고속포트를 엔진 회전수에 따라 선택적으로 개방시켜 고속운전영역에서 보다 많은 양의 공기가 엔진으로 공급되어 엔진의 고속성능이 향상되도록 하고, 또한 저속일 경우에는 길이가 길고 단면적이 작은 저속포트로 흡기가 엔진에 공급되도록 하므로서 엔진의 저속성능이 향상되도록 한 것이다.

흡기를 엔진에 공급하는 흡기매니폴드에 길이가 길게 형성되는 다수의 저속포트가 형성되고, 상기 저속포트의 출력측과 연통되도록 길이가 짧은 고속포트가 형성되어 있으며, 상기 고속포트에는 엔진이 고속영역으로 운전할 때 개방되는 가변밸브가 형성되어 있는 구조이다.

즉, 가변밸브는 고속포트의 출구측에 설치되어 엔진이 저속으로 구동할때에는 고속포트를 차단하여 흡기가 길이가 길고, 단면적이 작은 저속포트를 통해서 엔진에 공급되도록 하고, 엔진이 고속으로 구동할때에는 고속포트를 개방시켜 길이는 짧고 단면적이 큰 고속포트를 통해 보다 많은 양의 흡기가 엔진으로 공급되도록 하여 엔진의 고속성능이 향상되도록 한 것이다.

또 다른 가변 흡기 시스템으로 흡기의 유입경로를 선택하는 밸브를 구동하는 데에서 진공라인을 제거하여 흡기계통을 더욱 간소히 하여 차량의 조립성과 정비성 을 향상시키는 자동차 가변흡기시스템의 밸브구동장치를 제안한 것이 있었다.

차량용 가변 흡기 시스템은 엔진의 성능 향상 및 소음 저감 측면에서 많은 기여를 하고 있다. 그동안 개발된 대부분의 가변 흡기 시스템에 대한 기술은 흡기 시스템을 가변시키는 기계적 작동을 위한 가변 밸브 위주와, 흡기 매니폴드의 서지 탱크내에 흡기 시스템의 길이를 변경 시킬 수 있도록 가변 기능을 가진 샤프트 및 밸브를 장착하는 방식이 있었다.

그리고 흡기 에어덕트내에 위치하여 덕트부의 길이를 변경시키는 구조를 가진 가변 흡기 시스템이 있었다.

도 1과 도 2에는 기존의 흡기 매니폴드가 도시되어 있는데, 가변흡기시스템중 흡기 매니폴드에 장착되어 러너의 길이를 변경시키는 구조를 가지는 가변 흡기시스템의 경우 가변기구가 흡기 매니폴드를 통하여 연소실로 유입되는 공기에 대하여 저항 작용을 할 수 밖에 없는 구조로 되어 있다.

즉 흡기 매니폴드의 길이를 변경시키기 위하여 공기의 이동통로를 가로막아 고속 출력 향상이 제한될 수 밖에 없는 구조로 되어 있다.

흡기매니폴드(1)의 흡기구(6)를 통하여 들어온 공기는 이동통로부(5)를 통하여 상부러너(3)와 하부러너(4)로 들어가게 된다. 이때 통돌이식 가변밸브가 이동통로부(5)에 설치되어 있어 유동저항을 일으키며, 상하 러너 사이에 공기 유동이 존재하는 구조로 되어 있다.

이 경우 공기 유동 및 압력에 의한 상관 관계로 엔진이 고속으로 회전하는 영역에서는 공기의 흐름이 원활하지 못하고, 이는 엔진의 연소실 내로 흡입되는 공 기의 양이 줄어 들어서 출력이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 가변흡기 시스템의 특징인 러너 길이 증대효과를 그대로 유지하면서 공기 저항을 해소하기 위하여 가변 제어기구를 흡기 매니폴드 바깥으로 완전히 빼내어 공기 저항을 없애고 실제 작동시 러너간 압력파를 공유하여 공명 효과를 일으키는 구조를 가지는 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템을 제공하고자 하는 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 상부러너와 하부러너가 형성되어 있고, 상부러너와 하부러너에 연통되도록 서지탱크가 형성된 흡기매니폴드에 있어서, 서지탱크의 좌측부에 가변제어기구장착부를 형성하고, 가변제어기구장착부에 가변제어기구의 플랜지부를 결합시키며, 가변제어기구에 중심축으로 회전가능하게 버터플라이판을 고정하여 상부러너와 하부러너의 압력파를 개폐가능하게 공유하게 하고, 중심축의 단부에 레버를 형성하여 레버제어기구와 연결 고정하는 것을 특징으로 하며, 레버제어기구는 솔레노이드 스위치에 의해 흡기매니폴드의 부압이 연결되도록 연결라인이 형성되고, 부압에 의해 작동하는 로드가 설치되어 그 단부가 레버에 고정되는 것을 특징으로 하는 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템을 제공한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같 다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석하여서는 되지 않고, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

통상적으로 엔진부품의 하나인 흡기 매니폴드(Intake Manifold)의 설계시 흡기 매니폴드의 러너 길이 및 단면적을 결정할 때 적용하는 가장 기본적인 원리는 헬름홀츠 공명이론이다.

헬름홀쯔 공명이론을 적용하기 위해서는 흡입 행정시 엔진에 작용하는 압력파를 고려하여야 한다.

엔진에서 압력파는 흡입 행정시 피스톤이 하사점쪽으로 하강할 때 흡기 파이프의 끝단 대비 흡기 밸브측에 압력 강하가 일어나고, 피스톤이 흡기 행정 중간에 위치할 때 속도가 최대가 되며 최대의 압력 강하가 일어나 부압이 최대가 된다.

이 부압파가 흡기 파이프 끝단에 도달하게 되며, 흡기 파이프 끝단에서 압축파로 반사되어 흡기 밸브 쪽으로 이동하는데 공명효과는 이 압축파가 흡기 밸브에 도달할 때 일어난다.

본 발명은 도 3에 도시된 바와 같이 흡기매니폴드(10)의 서지탱크(11) 좌측에 가변제어기구(20)를 장착하여 이루어진다.

가변제어기구(20)는 서지탱크(11)의 좌측에 형성된 가변제어기구 장착부(14)에 고정되되, 도 5에 도시된 바와 같이 플랜지부(21)의 중앙으로 중심축(24)이 고 정되고, 회전가능한 중심축(24)에 버터플라이 형식의 판체로 이루어진 버터플라이판(23)이 고정된다. 중심축(24)은 플랜지부(21) 외측에서 레버(22)와 고정되어 레버(22)의 작동에 의해 회전하여 버터플라이판(23)을 회전시킨다.

레버(22)는 도 6에 도시된 바와 같이 레버제어기구(30)에 연결되어 회전하게되는데, 레버제어기구(30)에는 로드(31)가 형성되 레버(22)와 연결된다. 로드(31)의 이동에 따라 레버(22)가 회전하게 된다.

레어베어기구(30)는 흡기매니폴드(10)와 연결라인으로 연결되어 흡기매니폴드(10) 내의 부압을 이용하게된다.

레버제어기구(30)는 솔레노이드 스위치(40)와 연결되어 솔레노이드 스위치(40)가 온(ON)되면 레버제어기구(30)내에 부압이 형성되어 레버를 당겨 버터플라이판(23)을 열어준다.

그리고 솔레노이드 스위치(40)가 오프되면 레버제어기구내에 부압이 제거되어 레버(22)를 당겨 버터플라이판(23)을 회전시킨다.

본 발명의 가변 흡기 시스템은 통돌이 형성의 가변 밸브가 공기 이동통로에 설치되어 공기유동저항이 발생하는 것을 방지하고, 실제 작동시 러너간 압력파를 공유하여 공명 효과를 일으키는 구조를 갖는다.

가변제어기구(20)는 흡기매니폴드 서지탱크(11) 좌측으로 완전히 빼내고 가변제어기구는 버터플라이 형식을 가지도록 하여 공기 유동 저항을 없앴다.

따라서 상부러너(12)와 하부러너(13)간의 압력파 공유만으로 러너길이 변경의 효과를 그대로 유지하면서 내부 유동 저항을 없애는 것이다.

상부러너(12)와 하부러너(13)간 압력파 공유를 버터플라이판(23)이 회전함으로 인하여 이루어지게 하여 러너 길이 변경의 효과를 가지게 한다.

이상과 같이 본 발명은 가변제어기구 장착부가 서지탱크 좌측으로 완전하게 이탈하여 설치되므로 공기 유동 저항이 일어나지 않는 효과가 있고, 가변제어기구에 형성되는 버터플라이판의 회전에 의해 상부러너와 하부러너간의 압력파 공유를 할 수 있게 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상부러너와 하부러너가 형성되어 있고, 상부러너와 하부러너에 연통되도록 서지탱크가 형성된 흡기매니폴드에 있어서,

   서지탱크(11)의 좌측부에 가변제어기구장착부(14)를 형성하고, 가변제어기구장착부(14)에 가변제어기구(20)의 플랜지부(21)를 결합시키며, 가변제어기구(20)에 중심축(24)으로 회전가능하게 버터플라이판(23)을 고정하여 상부러너(12)와 하부러너(13)의 압력파를 개폐가능하게 공유하게 하고, 중심축(24)의 단부에 레버(22)를 형성하여 레버제어기구(30)와 연결 고정하는 것을 특징으로 하는 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 레버제어기구(30)는 솔레노이드 스위치(40)에 의해 흡기매니폴드(10)의 부압이 연결되도록 연결라인이 형성되고, 부압에 의해 작동하는 로드(31)가 설치되어 그 단부가 레버(22)에 고정되는 것을 특징으로 하는 압력파를 이용한 가변 흡기 시스템.

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