KR20090078179A

KR20090078179A - 자동차용 가변 흡기계

Info

Publication number: KR20090078179A
Application number: KR1020080003997A
Authority: KR
Inventors: 신동욱
Original assignee: 대기산업 주식회사
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2009-07-17
Also published as: KR100966615B1

Abstract

본 발명은 자동차용 가변 흡기계에 관한 것으로서, 엔진의 RPM 변동에 따라 저주파수 및 고주파수 대역에서 발생되는 흡기 소음에 대해 에어덕트의 유동 단면적을 선택적으로 조절하여 흡입되는 외부 공기의 흡기 소음에 대한 저감 효과를 향상시키고, 엔진 출력에 대한 개선을 도모하여 보다 안락한 차량 주행이 가능토록 하는 자동차용 가변 흡기계에 관한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 에어크리너가 장착되는 외형을 이루는 케이스의 입구에 흡입 공기가 유입되는 에어덕트가 장착되고, 상기 케이스의 출구에 에어호스가 연결되어 상기 에어크리너를 통과한 흡기가 스로틀바디측으로 공급되도록 구성된 자동차의 흡기계에 있어서, 상기 에어덕트는 상부 유로 및 하부 유로로 그 유로 단면적을 구획하는 내부 격벽이 형성되고, 상기 상부 유로에는 이를 선택적으로 개폐하는 개폐수단이 작동수단에 의해 작동 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계를 제공하고자 한다.

자동차, 가변 흡기계, 흡기소음 저감, 엔진 출력 증대

Description

자동차용 가변 흡기계{Variable induction system for automobile}

본 발명은 자동차용 가변 흡기계에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 RPM 변동에 따른 다양한 주파수 대역에서 에어덕트의 유동 단면적을 선택적으로 조절하여 흡입되는 외부 공기의 흡기 소음에 대한 저감 효과가 우수하고, 흡기 저항을 줄여 엔진 출력에 대한 개선을 도모할 수 있는 자동차용 가변 흡기계에 관한 것이다.

통상적으로, 내연기관의 대표적인 예로 들 수 있는 자동차 엔진은 통상 4사이클로 이루어지며, 실린더 내에서 승하강되는 피스톤의 반복작용에 의해 부압을 형성하여 외부 공기를 흡입하고, 상기 공기가 흡입된 연소실로 연료를 분사하여 적정의 혼합기를 만든 후, 이를 점화시켜 엔진을 구동하게 된다.

여기서, 흡입 공기는 피스톤이 흡입행정을 위해 하강할 때 흡기밸브가 열려짐으로써 흡기계를 통해 유입된다.

자동차의 흡기계는 흡입되는 공기 속에 들어있는 먼지 등의 이물질을 제거하 는 공기 청정기와, 각 실린더에 혼합기 또는 흡입되는 공기를 분배하는 흡기 매니폴드로 이루어져 있다.

이와 같은 흡기계에서 흡기의 공급은 차량 엔진룸 속의 에어덕트로 유입되어 이물질 제거를 위한 에어크리너를 지나 스로틀바디와 연결된 에어호스를 통과한 후 엔진으로 공급된다.

그런데 이러한 흡기는 에어덕트의 공기유로를 통과하여 에어크리너 속으로 유입되고, 에어크리너속에서 공기가 팽창된 후 다시 파이프형태의 출구를 통해 에어호스로 공급되는 과정에서 많은 소음이 발생하게 된다.

통상, 흡기덕트를 통해 흡기 매니폴드로 공급되는 흡기소음의 주파수 대역은 엔진의 동작환경, 즉 엔진 회전수(RPM)에 따라 가변되는 것으로 알려져 있는 바, 예를 들어서, 엔진 회전수가 증가하면 그에 비례하여 고주파수 대역의 흡기소음이 발생되고, 엔진 회전수가 감소하면 그에 비례하여 저주파수 대역의 흡기소음이 발생하게 된다.

이때, 시동시나 엔진 아이들시의 저주파수 대역의 흡기 소음은 특히 차체 또는 차실내의 공간을 통해 갑자기 증폭되어 공진 소음을 일으킨다.

이는 시동시나 엔진 아이들시와 같이 고속 주행시와 다르게 조용한 주행 환경에서는 상기의 흡기 소음이 더욱 운전자의 안전 주행을 방해하게 되는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 저주파수 대역의 흡기 소음을 저감시키는 레조네이터가 에어덕트에 연결관을 통해 연결되어 있다.

그런데, 이와 같은 저주파수 대역의 부밍 소음을 저감시키는 레조네이터는 그 효과적인 측면에서 미흡한 점이 있으며, 따라서 이를 대체할 새로운 형상의 변경이나 장치 등의 개발이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 엔진의 RPM 변동에 따라 저주파수 및 고주파수 대역에서 발생되는 흡기 소음에 대해 에어덕트의 유동 단면적을 선택적으로 조절하여 흡입되는 외부 공기의 흡기 소음에 대한 저감 효과를 향상시키고, 엔진 출력에 대한 개선을 도모하여 보다 안락한 차량 주행이 가능토록 하는 자동차용 가변 흡기계를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 에어크리너가 장착되는 외형을 이루는 케이스의 입구에 흡입 공기가 유입되는 에어덕트가 장착되고, 상기 케이스의 출구에 에어호스가 연결되어 상기 에어크리너를 통과한 흡기가 스로틀바디측으로 공급되도록 구성된 자동차의 흡기계에 있어서, 상기 에어덕트(10)는 상,하부 유로(12,13)로 유입구(16)를 따라 배출구(18)까지의 유로 단면적을 구획하는 내부 격벽(11)이 형성되고, 상기 일측 유로에는 엔진의 구동상태에 따라 가변되는 서지탱크측의 흡입부압을 통해 이를 선택적으로 개폐하는 개폐수단이 작동수단에 의해 작동 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스(100) 내부에 밀폐된 상태로 일정한 체적을 갖도록 구획되며, 엔진의 구동상태에 따라 가변되는 서지탱크측의 흡입부압이 부압공급호스(21)를 통해 유입되어 저장되는 진공저장탱크(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 작동수단은 일측이 연결호스(26)를 매개로 진공저장탱크(30)와 연결된 솔레노이드 밸브(23)와, 상기 진공저장탱크(30)에 저장되어 있는 흡입부압이 유동할 수 있도록 솔레노이드 밸브(23)의 개폐를 선택 제어하는 ECU와, 일측이 연결호스(26)를 매개로 상기 솔레노이드 밸브(23)와 연결되며 상기 ECU의 오픈 제어시 상기 솔레노이드 밸브(23)를 거쳐 유동하는 흡입부압의 압력에 의해 개방되는 진공 액츄에이터(24)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 가변 흡기계에 의하면, 엔진의 운전 영역에 따라 유동하는 흡기의 유로를 선택적으로 설정토록 하되, 저속 저부하 영역에서는 덕트경을 줄여 유동 단면적을 줄임으로써, 저주파수 대역의 흡기소음을 저감시킬 수 있게 되고 반면에 고속 고주파 영역에서는 덕트경을 확대하여 유동 단면적을 증대시켜 흡기 저항을 줄임으로써, 고주파 대역의 엔진 출력의 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

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

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 가변 흡기계를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 가변 흡기계를 나타내는 측단면도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 가변 흡기계의 작동상태를 순차적으로 나타내는 작동도이다.

도면부호 100은 에어크리너가 장착되는 외형을 이루는 케이스를 나타내며, 상기 케이스(100)의 입구에는 흡입 공기가 유입되는 에어덕트(10)가 덕트 조립구(20)와 함께 장착되어 있으며, 상기 케이스(100)의 출구에는 에어호스(300)가 연결되어 에어크리너(미도시)를 통과한 흡기를 스로틀바디측으로 공급하도록 구성된다.

상기 케이스(100)의 내부에는 흡기에 포함되어 있는 이물질을 필터링하기 위한 에어크리너인 필터(미도시)가 설치되어 있으며, 에어덕트(10)의 도중에는 상기 레조레이터(200)와 연결하기 위한 연결관이 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 흡기계에 있어서, 엔진의 저속 저부하 운전영역에서의 유동 단면적을 줄여 흡기 소음을 저감시킬 수 있도록 하고, 고속 고부하 운전영역에서는 유동 단면적을 증대시켜 흡기 저항을 줄여 엔진 출력의 향상을 도모할 수 있도록 하기 위하여 상기 에어덕트(10)에 대하여 엔진의 운전 영역에 따라 유동하는 흡기의 유로를 선택적으로 설정 가능하도록 그 내부에는 그 유로 단면적을 구획하는 내부 격벽(11)이 형성되어 있다.

여기서, 흡기의 유입구(16)와 배출구(18)가 형성되어 있는 상기 에어덕트(10)는 상기 유입구(16)가 가로방향으로 길게 형성되는 동시에 배출구(18)는 세로방향으로 길게 형성되어 있는 바, 상기 배출구(18)는 그 유입구(16)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 유입구(16)의 상부 높이와 동일한 높이로 그 상부측이 형성 되어 있고, 하부측은 유입구(16)의 하부측과 'S'자 형상으로 연결되어 있다.

이때, 상기 에어덕트(10)는 그 측면 형상에 대하여 3등분할 경우, 전체 단면적에 대하여 각기 동일한 단면적을 이루게 되므로 흡입 공기의 원활한 유동이 가능하게 된다.

그리고, 상기 에어덕트(10)를 상부 및 하부유로로 구획하는 내부 격벽(11)은 상기 유입구(16)를 따라 배출구(18)까지 구획되어 있으며, 그 형상은 유입구(16)와 동일하게 수평 형상을 이루면서 상기 유입구(16)의 하부측과 배출구(18)의 하부측을 잇는 경계면과 유사한 'S'자 형상으로 이루어져 있다.

이때, 상기 내부 격벽(11)에서, 하부 유로(13)는 상기 엔진의 저속 저부하 운전영역에서 발생하는 흡입 공기가 유동하는 유로로서, 에어덕트(10)의 전체 체적 중, 일정한 축소 체적을 이루되, 상대적으로 상부 유로(12)보다는 적은 체적을 이루게 되며, 덕트경 또한 작은 형상으로 이루어져 있다.

따라서, 이러한 하부 유로(13)는 엔진의 저속 저부하 운전영역 시 이를 통해 유동되는 흡입 공기에서 발생하는 흡기 소음을 저감시키는 기능을 하도록 구성되는 것이다.

즉, 엔진의 저속 저부하 운전영역에서는 상기 하부 유로(13)만으로 흡입 공기가 유동되도록 하여 상대적으로 흡기 소음을 줄이는 반면, 엔진의 고속 고부하 운전영역에서는 전체 유로를 통해 흡입 공기가 유동되도록 하여 상대적으로 유동 단면적을 증대시켜 흡기 저항을 줄이게 되므로 고주파 대역의 엔진 출력을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 엔진의 저속 저부하 운전영역에서 상기 하부 유로(13)만으로 흡입 공기가 유동할 수 있도록 상기 상부 유로(12)를 선택적으로 개폐하는 개폐수단이 구비되어 있는 바, 상기 개폐수단은 엔진의 구동상태에 따라 가변되는 서지탱크측의 흡입부압에 의해 작동하는 작동수단을 매개로 상부 유로(12)를 차단하는 밸브장치인 회전식 작동밸브(25)이다.

이러한 작동밸브(25)를 구동시키는 작동수단은 다음과 같은 매개체를 통해 작동 가능하되, 본 발명에서는 케이스(100) 내부에 밀폐된 상태로 일정한 체적을 갖도록 구획되며, 엔진의 구동상태에 따라 가변되는 서지탱크측의 흡입부압이 부압공급호스(21)를 통해 유입되어 진공저장탱크(30)로 저장되는 바, 이러한 흡입부압을 통해 작동하는 작동수단인 것이다.

상기 작동수단은 케이스(100) 측면에 장착되어 있는 바, 일측이 연결호스(26)를 매개로 진공저장탱크(30)와 연결된 솔레노이드 밸브(23)와, 상기 진공저장탱크(30)에 저장되어 있는 흡입부압이 유동할 수 있도록 솔레노이드 밸브(23)의 개폐를 선택 제어하는 ECU와, 일측이 연결호스(26)를 매개로 상기 솔레노이드 밸브(23)와 연결되며 상기 ECU의 오픈 제어시 상기 솔레노이드 밸브(23)를 거쳐 유동하는 흡입부압의 압력에 의해 개방되는 진공 액츄에이터(24)로 이루어져 있다.

이때, 상기 부압공급호스(21)에는 진공저장탱크(30)로 유입된 흡입부압을 역류하지 못하도록 하여 그 흡입부압이 상기 진공저장탱크(30)에 저장되도록 하는 체크 밸브(22)가 구비되어 있다.

본 발명에 적용되는 진공저장탱크(30)의 체적은 그 내부에 저장된 흡입부압 에 의해 상기 작동수단이 3 ~ 4회 작동 가능하도록 하는 체적으로서, 이를 적절하게 조절하여 상기 작동수단의 작동 회수를 늘리거나 줄어들도록 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 첨부도면 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

엔진이 저속 저부하 운전영역으로 구동하게 되면 흡기매니폴드 내의 흡입부압이 상대적으로 커지기 때문에 서지탱크측으로부터 부압공급호스(21)를 통해 상기 진공저장탱크(30)로 강한 흡입부압이 발생하여 저장된다.

이때, 체크 밸브(22)를 통해 상기 진공저장탱크(30)로 유입된 부압이 역류하지 못하도록 하면서 부압을 저장하게 된다(도 3참조).

엔진이 고속 고부하 운전영역으로 구동하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, ECU에서 솔레노이드 밸브(23)에 전원을 인가시켜 오픈 제어토록 하고, 이를 통해 상기 진공저장탱크(30) 내에 저장되어 있는 서지탱크측으로부터 유입된 흡입부압이 연결호스(26)를 통해 진공 액츄에이터(24)로 유동하게 된다.

이렇게 상기 진공 액츄에이터(24)로 유동한 흡입부압은 상기 진공 액츄에이터(24) 내의 통상적으로 구성된 리턴 스프링의 탄성력을 극복하고 로드부재를 작동시킴으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 에어덕트(10) 내의 유로를 차단하고 있는 작동밸브(25)를 회전 구동시키게 되어 상부 유로(12)를 개방시키게 된다.

이와 같이 작동밸브(25)가 개방됨으로써, 엔진이 고속 고부하 운전영역에서는 상기 에어덕트(10)의 상,하부 유로(12,13) 전체로 흡입 공기가 유입 가능하게 된다.

반면, 자동차의 시동 시 또는 저속 주행 시, 엔진이 저속 저부하 운전영역으로 구동하게 되면 ECU는 솔레노이드 밸브(23)에 전원을 오프시켜 차단 제어토록 하고, 이에 따라 흡입부압이 진공 액츄에이터(24)로 유동하지 못하게 되므로 진공 액츄에이터(24)의 리턴 스프링이 원상태로 리턴되므로 작동밸브(25) 또한 초기 상태로 복귀하여 상기 상부 유로(12)를 차단시키게 된다.

한편, 도 6은 저주파수 대역에서의 본 기술 및 종래기술에 대한 흡기소음 저감량을 나타내는 그래프로서, 260 ~ 400Hz 사이의 저주파수 대역에서 본 발명의 흡기소음 저감량이 종래기술1,2에 비해 월등히 우수함을 알 수 있다.

또한, 도 7은 작동밸브 개폐시의 흡기 유량에 대한 흡기 저항을 나타내는 그래프로서, 자동차의 시동 시 또는 저속 주행 시 엔진의 저속 저부하 운전영역에서, 작동밸브(25)가 차단되어 상부 유로(12)를 닫게 되면, 하부 유로(13)만으로 흡기가 유동하므로 흡기 소음을 저감시킬 수 있다(흡기 유량이 0~5.5m³/min까지의 적색 구간).

이후, 그래프에 나타낸 바와 같이, 흡기 유량이 약 5.5m³/min 구간에서 작동밸브(25)가 개방되도록 ECU를 통해 설정하여 상부 유로(12)를 개방시킬 경우, 유동 단면적이 증대되어 흡기 저항을 저감시킬 수 있으므로 이 차이만큼 엔진 출력이 증대된다(흡기 유량이 5.5m³/min~의 남색 구간).

따라서, 상기 엔진의 저주파수 대역에서는 에어덕트(10)의 하부 유로(13)를 통해서만 흡입 공기가 유동하게 되므로 큰 흡기소음이 발생하지 않게 되고, 또한 고주파수 대역에서는 흡기의 원활한 공급이 이루어지게 되면서 엔진의 출력이 향상된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 가변 흡기계를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 가변 흡기계를 나타내는 측단면도,

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 가변 흡기계의 작동상태를 순차적으로 나타내는 작동도,

도 6은 저주파수 대역에서의 본 기술 및 종래기술에 대한 흡기소음 저감량을 나타내는 그래프,

도 7은 작동밸브 개폐시의 흡기 유량에 대한 흡기 저항을 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 에어덕트 11 : 내부 격벽

12 : 상부 유로 13 : 하부 유로

16 : 유입구 18 : 배출구

20 : 덕트 조립구 21 : 부압공급호스

22 : 체크 밸브 23 : 솔레노이드 밸브

24 : 진공 액츄에이터 25 : 작동밸브

26 : 연결호스 30 : 진공저장탱크

Claims

에어크리너가 장착되는 외형을 이루는 케이스의 입구에 흡입 공기가 유입되는 에어덕트가 장착되고, 상기 케이스의 출구에 에어호스가 연결되어 상기 에어크리너를 통과한 흡기가 스로틀바디측으로 공급되도록 구성된 자동차의 흡기계에 있어서,

상기 에어덕트(10)는 상,하부 유로(12,13)로 유입구(16)를 따라 배출구(18)까지의 유로 단면적을 구획하는 내부 격벽(11)이 형성되고, 상기 일측 유로에는 엔진의 구동상태에 따라 가변되는 서지탱크측의 흡입부압을 통해 이를 선택적으로 개폐하는 개폐수단이 작동수단에 의해 작동 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계.
제1항에 있어서,

상기 케이스(100) 내부에 밀폐된 상태로 일정한 체적을 갖도록 구획되며, 엔진의 구동상태에 따라 가변되는 서지탱크측의 흡입부압이 부압공급호스(21)를 통해 유입되어 저장되는 진공저장탱크(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계.
제1항에 있어서,

상기 에어덕트(10)는 그 유입구(16)가 가로방향으로 길게 형성되는 동시에 배출구(18)는 세로방향으로 길게 형성되어 있는 바, 상기 배출구(18)는 그 유입구(16)와 일정 거리 이격되어 있으며, 상기 유입구(16)의 상부 높이와 동일한 높이로 그 상부측이 형성되어 있고, 하부측은 유입구(16)의 하부측과 'S'자 형상으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 에어덕트(10)는 그 측면 형상에 대하여 3등분할 경우, 전체 단면적에 대하여 각기 동일한 단면적으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계.
제1항에 있어서,

상기 내부 격벽(11)은 상기 유입구(16)와 동일하게 수평 형상을 이루면서 유입구(16)의 하부측과 배출구(18)의 하부측을 잇는 경계면과 유사한 'S'자 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계.
제1항에 있어서,

상기 작동수단은 일측이 연결호스(26)를 매개로 진공저장탱크(30)와 연결된 솔레노이드 밸브(23)와, 상기 진공저장탱크(30)에 저장되어 있는 흡입부압이 유동할 수 있도록 솔레노이드 밸브(23)의 개폐를 선택 제어하는 ECU와, 일측이 연결호스(26)를 매개로 상기 솔레노이드 밸브(23)와 연결되며 상기 ECU의 오픈 제어시 상기 솔레노이드 밸브(23)를 거쳐 유동하는 흡입부압의 압력에 의해 개방되는 진공 액츄에이터(24)로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계.
제1항에 있어서,

상기 개폐수단은 상기 작동수단의 작동 여부에 따라 회전 구동하여 유로를 개폐하는 회전식 작동밸브(25)인 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계.
제2항에 있어서,

상기 부압공급호스(21)에는 진공저장탱크(30)로 유입된 흡입부압을 역류하지 못하도록 하여 그 흡입부압이 상기 진공저장탱크(30)에 저장되도록 하는 체크 밸브(22)가 구비된 것을 특징으로 하는 자동차용 가변 흡기계.