KR20220022294A - 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법 및 스마트 차량 배기 시스템 - Google Patents

엔진 배기음 주행 모드 연동 방법 및 스마트 차량 배기 시스템 Download PDF

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KR20220022294A
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Abstract

본 발명의 차량(1)에 적용된 배기 시스템(1-1)에서 구현되는 주행 모드 연동식 엔진 배기음 자동 변경 방법은 엔진 ECU(1A)와 연계된 모드 인식 로직(50)에 의해 엔진에서 나온 배기가스를 대기 중으로 배출하는 소음기(20)의 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(28)에 구비된 전자식 가변밸브(30)의 밸브 개도가 가변되고, 밸브 개도 가변이 가변이 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 및 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나의 상태에서 액셀 페달 개도량의 변화에 기반 한 엔진 토크와 엔진 회전수로 제어됨으로써 SMART DRIVE MODE에서 제공하는 다양한 차량 주행 상태에 맞춰 정숙한 엔진 배기음 및 스포티한 엔진 배기음을 구현하면서도 차량/엔진 출력 증대가 가능하고, 특히 엑셀 페달 개도량 변화로 운전 스타일과 습관을 반영함으로써 자동적으로 이루어지는 엔진 배기음 변화로 차별화된 배기음 발생이 가능한 특징을 구현한다.

Description

엔진 배기음 주행 모드 연동 방법 및 스마트 차량 배기 시스템{Method for Engine Exhaust Sound Based on Drive Mode and Smart Vehicle Exhaust System Thereof}
본 발명은 엔진 배기음 제어에 관한 것으로, 특히 차량의 주행 모드가 주행 상태에 맞춰 자동 전환되는 SMART DRIVE MODE인 경우, 운전자의 모드 조작 없이 엔진 배기음을 자동으로 변화시켜 주는 스마트 차량 배기 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량 배기 시스템의 소음기(Muffler)는 배기 시스템 부품으로써, 엔진 출력증대에 기여하고 엔진 폭발에 의한 배기가스 연소음을 저감하여 준다.
나아가 상기 소음기는 엔진 배기음을 특색 있게 구현하는데도 기여한다.
일례로 엔진 배기음을 변화시키기 위해서는 배기 시스템 부품중 소음기 내부구조에서 압력식 가변밸브를 추가로 적용하거나, 또는 압력식 가변밸브를 삭제하면서 내부구조를 변경 하는 방법을 사용한다.
다른 예로는 소음기 내부구조를 변경한 뒤, 후방측 테일 파이프에 전자식가변밸브를 적용하고 주행 모드 조작에 따라 전자식 가변밸브 개폐를 제어, 조절하는 기술이 적용되기도 하며, 전자식 가변밸브 스위치 ON/OFF 방식으로 배기음을 운전자가 직접 조작하여, 특색 있는 배기음을 구현하기도 한다.
최근에는 이러한 주행 모드와 물리적 배기음을 구현한 차량들로 인해 운전 즐거움을 보다 향상시킬 수 있다.
국내공개특허 10-2015-0070560(2015.06.25)
하지만, 상기 소음기 내부 구조 변화 방식, 상기 주행 모드 조작에 따른 배기음 변화 방식, 및 상기 전자식 가변밸브 스위치 ON/OFF 방식은 하기와 같은 한계를 갖는 방식이다.
일례로 상기 소음기 내부 구조 변화 방식은 한 가지 배기음만 구현되는 한계점이 있으며, 상기 주행 모드 조작 방식이나 상기 전자식 가변밸브 스위치 ON/OFF 방식은 물리적인 배기음을 변화하고자 할 때, 운전자가 직접 주행 모드 선택 장치나 스위치를 수동으로 조작해야 하는 번거로움이 있다. 즉, 정숙한 배기음이 필요한 장소에서는 직접 운전자가 수동 조작이 필요하며, 교외나, 트랙등의 스포티 배기음을 느낄 수 있는 장소에서도 운전자에 의한 직접적인 수동 조작이 요구되는 불편이 있다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 운전자가 차량 주행에 SMART DRIVE MODE를 선택하면 운전패턴, 운전습관에 따라 주행 상태에 맞춰 자동 전환되는 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태로 구현함으로써 운전자의 모드 조작 없이도 배기음 변화가 자동으로 이루어지고, 특히 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태의 각각에 엑셀 페달 개도량 변화를 연동시킴으로써 정숙한 배기음과 스포티한 배기음이 차량/엔진 출력 증대에 기여하면서도 운전자의 개별적인 운전 스타일과 습관에 맞춰 자동적으로 변화되는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법 및 스마트 차량 배기 시스템의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법은 주행 모드 시스템의 모드 선택 장치에서 발생된 SMART DRIVE MODE로 차량주행상태 확인이 이루어지는 단계; 및 상기 SMART DRIVE MODE에서, 엑셀 페달 개도량에 기반 하여 변하는 전자식 가변밸브의 밸브 개도로 배기가스를 대기로 배출하는 소음기에서 발생되는 배기음의 음향이 자동 전환되는 SMART SHIFT 제어가 수행되는 단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 SMART DRIVE MODE는 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태, SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태를 포함하고, 각각의 상태에 대응하는 스포티 배기음 기반 맵(54-1B) 또는 정숙형 배기음 기반 맵이 포함된다.
바람직한 실시예로서, 상기 SMART SHIFT 제어 단계는, 상기 엑셀 페달 개도량을 확인하여 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나로 진입하는 SMART DRIVE MODE 자동 전환 제어 단계, 및 스포티 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성 또는 정숙형 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성이 이루어지는 전환 모드 배기음 매칭 제어 단계로 수행된다.
바람직한 실시예로서, 상기 엑셀 페달 개도량은 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태의 진입 기준인 엑셀 페달 개도량 제1 임계값, 및 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태의 진입 기준인 엑셀 페달 개도량 제2 임계값으로 구분된다.
바람직한 실시예로서, 상기 엑셀 페달 개도량 제1 임계값은 상기 엑셀 페달 개도량 제2 임계값보다 큰 값이다.
바람직한 실시예로서, 상기 엑셀 페달 개도량 제1 임계값(Threshold)을 초과하는 엑셀 페달 개도량에서 상기 SMART DRIVE MODE_SPORT상태로 진입하고, 상기 엑셀 페달 개도량 제2 임계값(Threshold) 미만인 엑셀 페달 개도량에서 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태로 진입하며, 상기 엑셀 페달 개도량 제1 임계값(Threshold) 이하이면서 상기 엑셀 페달 개도량 제2 임계값(Threshold) 이상인 엑셀 페달 개도량에서 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태로 진입한다.
바람직한 실시예로서, 상기 스포티 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성은 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태에 적용되고, 상기 정숙형 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성은 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태와 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태에 적용된다.
바람직한 실시예로서, 상기 정숙형 배기음 기반 맵 및 상기 스포티 배기음 기반 맵의 각각은 상기 전자식 가변밸브의 상기 밸브 개도를 닫힘, 50% 열림 및 100% 열림 조건들의 조합으로 셋팅된 설정 조건이다.
바람직한 실시예로서, 상기 전자식 가변밸브는 상기 엑셀 페달 개도량의 변화에 맞춰 상기 정숙형 배기음 기반 맵 및 상기 스포티 배기음 기반 맵에서 상기 밸브 개도를 발생한다.
바람직한 실시예로서, 상기 전자식 가변밸브는 상기 소음기에서 상기 배기가스가 대기 배출되는 제1 테일 파이프와 제2 테일 파이프 중 어느 하나에 설치 된다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스마트 차량 배기 시스템은 제1 테일 파이프와 제2 테일 파이프로 엔진에서 나온 배기가스를 대기 중으로 배출하는 소음기; 상기 제1 테일 파이프에 구비되고, 테일 파이프 내부 공간에 밸브 개도를 형성하는 전자식 가변밸브; 및 SMART DRIVE MODE에서 SMART SHIFT 제어로 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나를 차량 주행 상태로 인지하고, 상기 전자식 가변밸브의 밸브 개도를 엑셀 페달 개도량에 기반하여 변화시키는 배기음 변화 시스템이 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 밸브 개도는 닫힘, 50% 열림 및 100% 열림 중 어느 하나로 변화된다.
바람직한 실시예로서, 상기 소음기는, 내부공간을 형성하는 하우징, 상기 하우징의 상기 내부 공간을 제1 챔버, 제2 챔버, 제3 챔버로 구획하는 한 쌍의 제1 배플과 제2 배플, 상기 배기가스를 유입하여 일부 유입 배기가스를 타공홀을 통해 상기 제1 챔버로 내보내는 인렛 튜브, 상기 인렛 튜브에서 나온 나머지 유입 배기가스 중 일부 분기 배기가스를 상기 제1 테일 파이프로 보내 제1 배기음색 변화 구간을 형성하면서 나머지 분기 배기가스를 상기 제3 챔버로 보내 제3 배기음색 변화 구간을 형성하는 1IN-2OUT Y 형상 튜브, 및 상기 제1 챔버로 나온 내부 배기가스를 유입하여 상기 제2 테일 파이프로 보내 배기가스 배출이 이루어지도록 하면서 타공 홀을 통해 일부 내부 배기가스가 제3 챔버로 나와 제2 배기음색 변화 구간을 형성하는 제2 외부 연결 튜브가 포함된다.
바람직한 실시예로서, 상기 제1 배플에 천공된 타공 홀 및 상기 제2 배플에 천공된 제1 개방 공간부와 제2 개방 공간부는 상기 제3 챔버와 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버를 연통시켜준다.
바람직한 실시예로서, 상기 1IN-2OUT Y 형상 튜브는, 1개의 유입구로 상기 인렛 튜브와 연결되면서 2개의 배출구 중 하나의 배출구를 형성하여 상기 제1 테일 파이프에 연결되는 제1 외부 연결 튜브 및 나머지 배출구를 형성하여 상기 제3 챔버로 이어진 연장 튜브로 구분된다.
바람직한 실시예로서, 상기 제2 외부 연결 튜브는 이중 튜브를 구비하고, 상기 이중 튜브는 상기 타공 홀을 가리지 않는다.
바람직한 실시예로서, 상기 제1 배기음색 변화 구간은 상기 전자식 가변밸브로 상기 제1 테일 파이프를 막아 상기 제1 테일 파이프로 가는 배기가스가 상기 하우징의 내부 공간으로 나가도록 하며, 상기 제2 배기음색 변화 구간은 상기 제2 테일 파이프로 나가는 배기가스 중 일부 배기가스가 상기 하우징의 내부 공간을 나가도록 하고, 상기 제3 배기음색 변화 구간은 상기 제1 테일 파이프로 가는 배기가스 중 분기 배기가스가 상기 하우징의 내부 공간으로 나가도록 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 배기음 변화 시스템은 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태와 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태에 매칭 되는 정숙형 배기음 기반 맵 및 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태와 매칭 되는 스포티 배기음 기반 맵을 갖추고, 상기 정숙형 배기음 기반 맵 및 상기 스포티 배기음 기반 맵의 각각은 상기 전자식 가변밸브를 제어하는 전압신호와 매칭 된다.
바람직한 실시예로서, 상기 전압신호는 9~16V로 출력된다.
바람직한 실시예로서, 상기 배기음 변화 시스템은 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 및 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태로 전환되는 SMART DRIVE MODE가 선택되는 모드 선택 장치를 갖춘 주행 모드 시스템과 PWM 통신으로 연계된다.
바람직한 실시예로서, 상기 모드 선택 장치는 SMART/ECO/COMPORT/SPORT DRIVE MODE의 선택 기능을 갖추고 있다.
바람직한 실시예로서, 상기 배기음 변화 시스템은 상기 엑셀 페달 개도량에 의해 구현되며, 엔진 ECU와 PWM 통신으로 전자식 가변밸브가 연결된다.
이러한 본 발명의 스마트 차량 배기 시스템에 적용된 엔진 배기음 주행 모드 연동 제어는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째, 차량 주행 시 운전 스타일과 습관이 반영된 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태의 SMART DRIVE MODE 와 연동되어 엔진 배기음을 변화시켜 줄 수 있다. 둘째, 엔진 배기음의 변화가 엑셀 페달 개도량 변화에 따른 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 간 전환에 맞춰 이루어짐으로써 운전자의 모드 조작 없이도 자동적으로 이루어질 수 있다. 셋째, 엔진 배기음의 변화에 소음기 내부구조와 전자식 가변밸브를 조합함으로써 배기음 차별화 효과를 크게 향상시키면서 저배압 주소음기 구조로 인해 차량/엔진 출력도 증대시켜 줄 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 SMART DRIVE MODE의 차량 주행 시 차량 배기 시스템에서 구현되는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법의 순서도이고, 도 2는 도 1의 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법을 SMART DRIVE MODE를 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나와 연동시키는 제어 로직 또는 프로그램의 계층 구조(Hierarchy Structure)로 구현한 예이며, 도 3은 도 1 및 도 2의 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법을 구현하기 위한 배기음 변화 시스템의 구성 예이고, 도 4는 도 3의 배기음 변화 시스템과 연계된 스마트 차량 배기 시스템의 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 차량 배기 시스템에 적용된 전자식 가변 밸브 연계형 소음기의 외부 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 차량 배기 시스템에 적용된 소음기의 내부 구성도이며, 도 7은 본 발명에 따른 배기 시스템에 적용된 전자식 가변 밸브의 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 엔진 배기음 변화를 위한 전자식 가변 밸브의 닫힘, 50% 열림, 100% 열림 중 어느 하나의 밸브 개도와 매칭 되는 정숙형 배기음 기반 맵 및 스포티 배기음 기반 맵의 구성 예이며, 도 9는 본 발명에 따른 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나의 상태에서 전자식 가변밸브의 닫힘 시 소음기 작동 상태이고, 도 10은 은 본 발명에 따른 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나의 상태에서 전자식 가변밸브의 50% 열림 시 소음기 작동 상태이며, 도 11은 도 9에서 전자식 가변밸브의 100% 열림 시 소음기 작동 상태이고, 도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 차량 배기 시스템의 소음기에서 발생되는 엔진 배기음을 비교한 선도이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2는 차량 배기 시스템에서 구현되는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법을 예시한다.
도 1을 참조하면, 상기 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법은 차량 시동 ON 후 SMART DRIVE MODE(S10~S20)에서 엑셀 페달 개도량(Accelerator Pedal Stroke)에 기반 하여 배기음을 스포티 배기음에서 정숙한 배기음 또는 정숙한 배기음에서 스포티 배기음으로 자동 전환되는 SMART SHIFT 제어(S40~S60-2)을 구현한다.
특히 상기 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법은 도 2와 같이, 그 제어가 로직 또는 프로그램 계층 구조(Hierarchy Structure)로 구현됨으로써 상기 SMART DRIVE MODE(S10~S20)가 모드 선택 장치(1B-1)(도 3 참조)를 이용한 SMART DRIVE MODE를 제공하는 것을 예시한다.
특히 상기 SMART SHIFT 제어(S40~S60-2)는 SMART DRIVE MODE 자동 전환 제어(S40,S50-1~S50-3)와 전환 모드 배기음 매칭 제어(S60-1,S60-2)로 구분된다.
일례로 상기 SMART DRIVE MODE 자동 전환 제어(S40,S50-1~S50-3)는 SMART DRIVE MODE가 엑셀 페달 개도량(Accelerator Pedal Stroke)에 기반 하여 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 및 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나가 선택된다.
그리고 상기 전환 모드 배기음 매칭 제어(S60-1,S60-2)는 차량 주행 중 변화되는 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 및 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태에 대해 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태의 스포티 배기음 기반 맵(54-1B)과 SMART DRIVE MODE-ECO 상태/SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태의 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A)을 상호간 전환시켜 배기음을 생성하여 준다. 이 경우 배기음 변화는 배기가스 유량을 가변시켜 주는 전자식 가변밸브(30)(도 4 내지 도 8 참조)로 이루어지며, 이는 이후 후술된다.
따라서 상기 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법은 SMART SHIFT 제어로 전자식 가변밸브(30)와 연동된 좌/우측 소음기(20-1,20-2)의 배기음 생성을 운전자의 모드 조작 없이도 자동적인 배기음 변화가 가능한 특징을 구현 할 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 7은 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법이 구현되는 차량(1)의 배기 시스템(1-1)에 적용된 배기음 변화 시스템(1-2)의 구현 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 배기음 변화 시스템(1-2)은 모드 인식 로직(50)에서 차량(1)의 차량 센서 신호들 중 엔진 RPM(Revolution Per Minute), 엑셀 페달 개도량(APS(Accelerator Pedal Stroke)) 및 엔진 토크를 입력조건 로직(40)으로부터 확인한 후 엑셀 페달 개도량에 기반 하여 9~16V 전압 신호를 모터 인가전압으로 출력 구동 로직(60)에 전달함으로써 전자식 가변밸브(30)의 액추에이터(또는 DC 모터)를 구동시켜 준다. 이하에서 상기 모드 인식 로직(50)은 실제적으론 로직 또는 프로그램을 저장한 메모리를 갖춤 컨트롤러나 프로레서 또는 중앙처리장치로 구현되나 설명 편의를 위해 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법을 수행하는 제어 로직이나 프로그램으로 설명된다.
구체적으로 상기 모드 인식 로직(50)은 통신 처리부(51), 모드 처리부(52), 엑셀 페달 신호 처리부(53) 및 가변밸브 밸브 작동 맵(54)으로 구성된다. 이 경우 처리부는 제어를 수행하는 로직 또는 프로그램을 저장하여 로직을 실행하는 메모리를 갖춘 프로세서일 수 있다.
일례로 상기 통신 처리부(51)는 엔진 RPM, 엑셀 페달 개도량 및 엔진 토크를 입력조건을 로직(40)에서 확인한다. 상기 모드 처리부(52)는 주행 모드 시스템(1B)의 모드 선택 장치(1B-1)로부터 SMART DRIVE MODE가 선택 되었는지를 확인한다. 상기 엑셀 페달 신호 처리부(53)는 SMART DRIVE MODE에서 엑셀 페달 개도량을 조건을 확인하여 SMART SHIFT 제어가 이루어진다.
특히 상기 SMART SHIFT 제어에서, 엑셀 페달 개도량 조건에 따라 아래 모드로 진입된다.
[아래]
SMART DRIVE MODE-SPORT 상태: 엑셀 페달 개도량(APS) > 25~30%
SMART DRIVE MODE-ECO 상태: 엑셀 페달 개도량(APS) < 5~10%
SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태: 엑셀 페달 개도량(APS) > 5~10%
그러므로 상기 SMART DRIVE MODE는 엑셀 페달 개도량에 맞춘 SMART SHIFT 제어로 SMART DRIVE MODE-ECO 상태 <-> SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 <-> SMART DRIVE MODE-SPORT 상태와 같이 엑셀 페달 개도량의 변화에 따른 상태 전환되면서 배기음을 자동 전환하여 준다.
일례로 상기 가변밸브 밸브 작동 맵(54)은 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태에 맞춘 엔진 배기음이 매칭 되는 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A), SMART DRIVE MODE-SPORT에 맞춘 엔진 배기음이 매칭 되는 스포티 배기음 기반 맵(54-1B)으로 구분된다. 이 경우 상기 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A)과 상기 스포티 배기음 기반 맵(54-1B)은 도 8을 통해 상세히 후술된다.
나아가 상기 배기음 변화 시스템(1-2)은 모드 인식 로직(50)으로 데이터를 전송하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)(1A)을 통해 주행 모드 시스템(1B)의 모드 선택 장치(1B-1)가 인식되면, PWM(Pulse Width Modulation) 통신으로 전자식 가변 밸브에 전압 신호를 송출하여 구동된다.
일례로 상기 주행 모드 시스템(1B)은 모드 선택 장치(1B-1)로 선택되는 SMART DRIVE MODE에 대해 표 1과 같은 특징을 제공한다.
Figure pat00001
이로부터 상기 SMART DRIVE MODE는 3가지의 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 및 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태를 서브 모드(SUB MODE)로 하여 운전 성향 및 습관을 반영하고, 특히 엑셀 페달 개도량에 맞춘 SMART SHIFT 제어로 SMART SHIFT 제어로 SMART DRIVE MODE-ECO 상태 <-> SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 <-> SMART DRIVE MODE-SPORT 상태와 같은 모드 전환이 운전자 개입 또는 선택 없이 자동적으로 가능하다.
일례로 상기 SMART DRIVE MODE는 SMART SHIFT 제어를 통해, 첫째 운전자의 장기적인 습관과 순간적인 의도를 모두 판단함으로써 변속 시점뿐만 아니라 엔진 출력과 연동된 ECS(Electronic Controlled Suspension)의 주행 모드 맞춤 감쇠력 조절로 승차감을 함께 바꿔줄 수 있고, 둘째 실제적인 물리적인 배기음이 상기 주행 질감과 연동되며, 주행 모드와 연동되어 운전자 조작 없이 차별화된 배기음이 제공될 수 있다.
도 4를 참조하면, 차량(1)은 배기음 변화 시스템(1-2)으로 제어되어 배기음이 가변되는 배기 시스템(1-1)을 포함한다.
일례로 상기 배기 시스템(1-1)은 엔진의 연소로 발생한 배기가스가 흐르는 배기 라인(10), 배기 라인(10)의 끝부위에 설치된 좌측 소음기(20-1)와 우측 소음기(20-2)로 이루어져 배기가스를 외부로 배출하는 소음기(20) 및 좌/우측 소음기(20-1,20-2) 각각의 배기가스 배출구(도 2의 제1,2 테일 파이프(28,29) 참조)에 장착된 전자식 가변밸브(30)를 포함한다. 이로부터 상기 배기 시스템(1-1)은 스마트 차량 배기 시스템으로 특징된다.
특히 상기 배기 라인(10)은 엔진측 배기 파이프(10A), 중간 배기 파이프(10B) 및 소음기측 배기 파이프(10C)로 구분되어 이어지고, 상기 엔진측 배기 파이프(10A)와 상기 중간 배기 파이프(10B) 및 상기 소음기측 배기 파이프(10C)의 각각은 2개의 파이프를 쌍으로 하는 이중 파이프 구조로 레이아웃을 형성한다.
그러므로 상기 좌/우측 소음기(20-1,20-2)중 좌측 소음기(20-1)는 소음기측 배기 파이프(10C)의 2개의 파이프 중 한쪽 파이프에 장착되며, 우측 소음기(20-2)는 소음기측 배기 파이프(10C)의 2개의 파이프 중 다른쪽 파이프에 장착된다.
또한, 상기 전자식 가변밸브(30)는 좌측 소음기(20-1)와 우측 소음기(20-2)의 각각에 구비되고, 그 각각의 설치 위치는 좌측 소음기(20-1)와 우측 소음기(20-2)의 각각에서 배기가스가 빠져 나오는 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(28)(예, 도 5 참조)에 적용된다.
특히 상기 전자식 가변밸브(30)는 배기음 변화 시스템(1-2)의 모드 인식 로직(50)에서 나온 엔진 배기음 변화 신호로 제어된다.
한편 도 5 내지 도 7은 상기 좌측 소음기(20-1)와 상기 우측 소음기(20-2) 및 상기 전자식 가변밸브(30)에 대한 세부 구성을 나타낸다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 좌측 소음기(20-1)와 상기 우측 소음기(20-2)의 각각은 하우징(21), 배플(22), 인렛 튜브(23), 1IN-2OUT Y 형상 튜브(24,25,26), 제2 외부 연결 튜브(27), 제1 테일 파이프(28) 및 제2 테일 파이프(29)를 소음기 구성요소로 하고, 상기 전자식 가변밸브(30)는 밸브구동장치(31)와 밸브 게이트(33)를 밸브 구성요소로 한다.
그러므로 이하에서 상기 소음기 구성요소들은 좌측 소음기(20-1)와 우측 소음기(20-2)의 구분 없이 설명되며, 상기 밸브 구성요소들은 좌측 소음기(20-1)에 적용된 전자식 가변밸브(30)와 우측 소음기(20-2)에 적용된 전자식 가변밸브(30)에 대한 구분 없이 설명된다.
구체적으로 상기 하우징(21)은 상부 엔드 플레이트(21N)로 한쪽부위(즉, 하우징 바디(21A)의 상부부위)가 막히면서 하부 엔드 플레이트(21C)로 다른쪽부위(즉, 하우징 바디(21A)의 하부부위)가 막혀 내부 공간을 형성하는 하우징 바디(21A)로 이루어진다. 이 경우 상기 하우징 바디(21A)의 상부부위는 배기가스가 하우징(21)으로 유입되는 방향이고, 상기 하우징 바디(21A)의 하부부위는 배기가스가 하우징(21)에서 배출되는 방향을 의미한다.
특히 상기 상부 엔드 플레이트(21N)는 하우징(21)을 눌러 외부쪽으로 돌출시킨 상부 확장 공간부(21B-1)를 형성하고, 상기 하부 엔드 플레이트(21C)는 하우징(21)을 눌러 외부쪽으로 돌출시킨 하부 확장 공간부(21C-1)를 형성한다. 그러므로 상기 상부 확장 공간부(21B-1)와 상기 하부 확장 공간부(21C-1)의 각각은 하우징(21)의 내부 공간 체적을 확장시켜 준다.
구체적으로 상기 배플(22)은 제1 배플(22A)과 제2 배플(22B)을 쌍으로 하여 하우징(21)의 내부 공간을 구획한다. 즉, 상기 제1,2 배플(22A,22B)은 하우징(21)의 내부 공간을 제1 배플(22A)과 상부 엔드 플레이트(21N)가 마주하는 공간인 제1 챔버(21-1), 제1 배플(22A)과 제2 배플(22B)이 마주하는 공간인 제2 챔버(21-2) 및 제2 배플(22B)과 하부 확장 공간부(21C-1)가 마주하는 공간인 제3 챔버(21-3)로 구획한다.
이를 위해 상기 제1 배플(22A)은 천공된 2개의 튜브 홀(22-1,22-2) 중 1개의 튜브 홀(22-1)로 인렛 튜브(23)와 결합되면서 다른 1개의 튜브 홀(22-2)로 제2 외부 연결 튜브(27)와 결합된다. 그리고 상기 제2 배플(22B)은 천공된 1개의 튜브 홀(22-3)로 연장 튜브(26)와 결합된다.
특히 상기 제1 배플(22A)은 작은 직경의 타공 홀(22-5)을 타공 홀 그룹으로 하여 튜브 홀(22-1,22-2)의 주변에 천공함으로써 일부의 배기가스가 제1 챔버(21-1)에서 제2 챔버(21-2)로 빠져나가는 미세 통로를 형성하여 준다. 반면 상기 제2 배플(22B)은 제1 외부 연결 튜브(25)가 통과하는 공간인 제1 개방 공간부(22-6)와 제2 외부 연결 튜브(27)가 통과하는 공간인 제2 개방 공간부(22-7)를 쌍으로 형성함으로써 일부의 배기가스가 제2 챔버(21-2)에서 제3 챔버(21-3)로 빠져나가는 개구 통로를 형성하여 준다.
구체적으로 상기 인렛 튜브(23)는 제1 배플(22A)의 튜브 홀(22-1)과 결합된 상태에서 상부 엔드 플레이트(21N)의 홀에 고정됨으로써 하우징(21)의 밖에서 소음기 측 배기 파이프(10C)와 연결되고, 상기 소음기 측 배기 파이프(10C)로 흐르는 배기가스가 들어오는 가스 유입구로 작용한다.
특히 상기 인렛 튜브(23)는 중간 구간에서 작은 직경의 타공 홀(23A)을 타공 홀 그룹으로 하여 원 둘레로 천공함으로써 배기가스를 분기 튜브(24)로 보내면서 일부 배기가스를 제1 챔버(21-1)로 내 보내준다.
구체적으로 상기 1IN-2OUT Y 형상 튜브(24,25,26)는 분기 튜브(24), 제1 외부 연결 튜브(25) 및 연장 튜브(26)로 구성된다.
일례로 상기 분기 튜브(24)는 1개의 유입구를 통해 한 방향으로 들어온 배기가스를 2개의 배출구를 통해 두 방향으로 배기가스를 분기시켜 내보내도록 “역 Y" 형상으로 이루어진다. 즉, 상기 분기 튜브(24)는 1개의 유입구(즉, 1 IN)를 인렛 튜브(23)와 연결하여 배기가스를 유입하고, 2개의 배출구(즉, 2 OUT)를 제1 외부 연결 튜브(25)와 연장 튜브(26)로 각각 연결하여 배기가스를 내보낸다.
특히 상기 제1 외부 연결 튜브(25)는 완만한 곡선 절곡 구조의 엘보우 파이프 형상(Elbow Pipe Shape)으로 이루어짐으로써 분기 튜브(24)의 위치에서 제2 배플(22B)의 제1 개방 공간부(22-6)를 통과해 하부 엔드 플레이트(21C)의 홀(도시되지 않음)에 끼워지고, 하우징(21)의 밖에서 제1 테일 파이프(28)와 연결됨으로써 밸브간섭경로를 형성한다. 이 경우 상기 밸브간섭경로는 제1 테일 파이프(28)로 빠져나가는 배기가스에 대해 제1 배기음색 변화 구간(X)(도 9 참조)을 형성하여 준다.
반면 상기 연장 튜브(26)는 거의 직선 파이프 형상(Straight Pipe Shape)으로 이루어짐으로써 분기 튜브(24)의 위치에서 제2 배플(22B)의 튜브 홀(22-3)을 통과해 하부 엔드 플레이트(21C)의 확장 공간부(21C-1)와 튜브이격간격을 형성한다. 이 경우 상기 튜브이격간격은 소음기 내부로 확산되는 배기가스에 대해 제3 배기음색 변화 구간(Z)(도 9 참조)을 형성하여 준다.
또한, 상기 제1 외부 연결 튜브(25) 및 상기 연장 튜브(26)는 상기 분기 튜브(24)에 압입되어 결합되거나 또는 용접으로 결합되어 서로 일체화된다.
구체적으로 상기 제2 외부 연결 튜브(27)는 직선 파이프 형상으로 이루어지고, 일단이 제1 배플(22A)의 튜브 홀(22-2)에 끼워진 상태에서 타단이 제2 배플(22B)의 제2 개방 공간부(22-7)를 통과해 하부 엔드 플레이트(21C)의 홀(도시되지 않음)에 끼워지고, 하우징(21)의 밖에서 제2 가스 배출 튜브(29)와 연결된다.
특히 상기 제2 외부 연결 튜브(27)는 끝단 구간에서 작은 직경의 타공 홀(27A)을 타공 홀 그룹으로 하여 원 둘레로 천공함으로써 배기가스를 제2 가스 배출 튜브(29)로 보내면서 일부 배기가스를 제3 챔버(21-3)로 내 보내줌으로써 홀간섭경로를 형성한다. 이 경우 상기 홀간섭경로는 제2 가스 배출 튜브(29)로 빠져나가는 배기가스에 대해 제2 배기음색 변화 구간(Y)(도 9 참조)을 형성하여 준다.
나아가 상기 제2 외부 연결 튜브(27)는 타공 홀(27A)을 가리지 않는 짧은 길이의 이중 튜브(27-1)로 감싸인다. 이 경우 상기 이중 튜브(27-1)는 제2 외부 연결 튜브(27)와 동일 재질로 이루어지나 열적 저항이 우수한 발포 매트를 적용할 수도 있다.
도 7를 참조하면, 상기 전자식 가변밸브(30)는 모드 인식 로직(50)과 연계된 출력 구동 로직(60)의 엔진 배기음 변화 신호로 구동하는 밸브구동장치(31), 밸브구동장치(31)의 동작으로 밸브 개도를 변화시켜 주는 밸브 게이트(33)로 구성된다.
이를 위해 상기 밸브구동장치(31)는 그 내부에 전기신호를 제어하는 전기회로기판, 액추에이터를 이용한 동력원, 회전을 직선운동으로 변환하는 모터 측 로드(예, 스크류), 직선운동을 회전으로 변환하는 기어기구(예, 웜 기어와 기어 휠) 및 하우징 등을 포함하고, 상기 밸브 게이트(33)는 밸브구동장치(31)의 하우징 외부에 위치되어 밸브 축으로 액추에이터 또는 모터의 회전을 전달받는 원형 회전판의 회전각도로 밸브 개도량을 변화시켜 준다. 이 경우 상기 전기회로기판, 액추에이터, 모터 측 로드, 기어기구 및 하우징 등은 전자식 가변밸브(30)의 일반적인 구성요소이다.
일례로 상기 전자식 가변밸브(30)가 액추에이터로 DC 모터를 적용한 경우, 상기 DC 모터는 엔진 배기음 변화 신호의 9~16V를 모터 인가전압으로 하여 구동되고, 모터 측 로드(예, 스크류)가 모터 회전을 직선운동으로 변환한 후 웜 기어를 통해서 기어 휠의 회전으로 변환하며, 기어 휠 회전은 이에 결합된 밸브 게이트(33)을 회전시킴으로써 닫힘(0% 열림) <-> 50% 열림 <-> 100% 열림의 밸브 개도로 제1 테일 파이프(28)의 배기가스 통로 단면적이 변화되도록 한다.
이하, 도 1의 상기 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법을 도 8 내지 도 12를 통해 상세히 설명한다. 이 경우 제어주체는 배기음 변화 시스템(1-2)을 구성하는 엔진 ECU(1A) 및/또는 이에 연동된 모드 인식 로직(50)이고, 제어대상은 전자식 가변밸브(30)이다.
도 1을 참조하면, 엔진 ECU(1A)는 S10의 시동 ON 인식 단계, S20의 차량 주행 모드 선택 단계, S30의 SMART DRIVE MODE 확인 단계로 수행한다.
도 3을 참조하면, 모드 인식 로직(50)은 엔진 ECU(1A)와 연계되어 통신 처리부(51)와 모드 처리부(52)를 활용한다.
일례로 상기 모드 처리부(52)는 입력조건 로직(40)으로 전송된 엔진 ECU(1A)의 시동 검출 신호인 IG_Key ON을 통신 프로세서(51)를 통해 읽어온다. 그리고 상기 모드 프로세서(52)는 입력조건 로직(40)으로 전송된 엔진 ECU(1A)의 차속, 엔진 부하, 엔진 냉각수온, 엔진 RPM, 엑셀 페달 개도량 및 엔진 토크 중 엔진 RPM, 엑셀 페달 개도량 및 엔진 토크를 통신 프로세서(51)를 통해 읽어온다. 또한 상기 모드 프로세서(52)는 엔진 ECU(1A)를 거쳐 입력조건 로직(40)으로 전송된 주행 모드 시스템(1B)의 모드 선택 장치(1B-1)에서 발생한 SMART DRIVE MODE의 선택 신호를 인식한다.
이를 통해 모드 인식 로직(50)은 IG_Key ON의 시동 ON으로 엔진 가동(S10)을 확인하고, 모드 선택 장치(1B-1)를 통해 SMART DRIVE MODE 확인(S20~S30)이 이루어진다.
그 결과 모드 인식 로직(50)은 차량(1)의 현재 주행 상태를 SMART DRIVE MODE(S30)임을 인식하여 SMART SHIFT 제어(S40~S60-2)로 전환한다.
이어 모드 인식 로직(50)은 SMART SHIFT 제어(S40~S60-2)를 SMART DRIVE MODE 자동 전환 제어(S40,S50-1~S50-3)와 전환 모드 배기음 매칭 제어(S60-1,S60-2)로 수행한다.
일례로 상기 SMART DRIVE MODE 자동 전환 제어(S40,S50-1~S50-3)는 S40의 엑셀 페달 개도량 확인 단계, S50-1의 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 진입 단계, S50-2의 SMART DRIVE MODE-ECO 상태 진입 단계, S50-3의 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 진입 단계로 수행된다.
구체적으로 모드 인식 로직(50)은 엑셀 페달 처리부(53)를 통해 엑셀 페달 개도량 확인(S40)에 하기식을 적용한다.
스포티 배기음 배기음 적용식: A > α ?
정숙형 배기음 배기음 적용식: A < β ?
여기서 “A"는 엑셀 페달 개도량의 검출 값이고, “α"는 엑셀 페달 개도량 제1 임계값(Threshold)으로 약 25~30% APS를 적용하는 반면 ”β "는 엑셀 페달 개도량 제2 임계값(Threshold)으로 약 5~10% APS를 적용하며, “>”는 두 값의 크기 관계를 나타낸 부등호이다.
도 3을 참조하면, 모드 인식 로직(50)은 엑셀 페달 처리부(53)을 통해 엑셀 페달 개도량 검출 값(A)이 엑셀 페달 개도량 제1 임계값(α) 보다 큰 값인지 작은 값인지를 확인하고, 엑셀 페달 개도량 검출 값(A)이 엑셀 페달 개도량 제2 임계값(β) 보다 큰 값인지 작은 값인지를 확인한다.
그 결과 모드 인식 로직(50)은 “A > α”의 조건 충족인 경우 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태로 진입(S50-1)이 이루어지고, “A < β”의 조건 충족인 경우엔 SMART DRIVE MODE-ECO 상태로 진입(S50-2)이 이루어지는 반면 조건 미 충족(즉, A > β)인 경우 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태로 진입(S50-3)이 이루어진다.
일례로 상기 전환 모드 배기음 매칭 제어(S60-1,S60-2)는 S60-1의 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태에 대한 스포티 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성 단계, S60-2의 SMART DRIVE MODE-ECO 상태 및 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태에 대한 정숙형 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성 단계로 수행된다.
또한, 모드 인식 로직(50)은 입력조건 로직(40)을 통해 엔진 ECU(1A)에서 검출한 엑셀 페달 개도량의 변화값을 잔달 받아 엑셀 페달 처리부(53)에서 지속적으로 처리하도록 한다.
그러면 상기 스포티 배기음 기반 맵(54-1B) 및 상기 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A)의 각각은 엔진 토크-엔진 회전수(RPM) 선도에서 엑셀 페달 개도량의 변화에 맞춰 닫힘(0% 열림) <-> 50% 열림 <-> 100% 열림으로 자동 매칭함으로써 전자식 가변밸브(30)의 밸브 개도가 엑셀 페달 개도량의 변화에 따라 자동으로 변화되도록 한다.
한편, 도 8 내지 도 12는 전자식 가변밸브(30)의 밸브 개도 변화에 따른 소음기(20)의 배기가스 흐름 변화 및 배기가스 흐름 변화로 발생되는 정숙형 배기음과 스포티 배기음 생성에 대한 예를 나타낸다.
도 8을 참조하면, 상기 전자식 가변밸브(30)의 밸브 개도가 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A) 및 스포티 배기음 기반 맵(54-1B)의 0~100%의 엔진토크 영역과 0~7000RPM의 엔진 회전수 영역에서 닫힘(0% 열림), 50% 열림 및 100% 열림 중 어느 하나로 변화되고, 특히 엑셀 페달 개도량의 변화에 따라 닫힘(0% 열림) <-> 50% 열림 <-> 100% 열림과 같이 자동으로 변화됨이 예시된다.
일례로 상기 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A)의 경우, 상기 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A)의 0~100%의 엔진토크 영역과 0~7000RPM의 엔진 회전수 영역 중 전자식 가변밸브(30)는 닫힘(0% 열림)을 A 구간과 C 구간에 적용하고, 상기 50% 열림을 B 구간과 D 구간에 적용하며, 100% 열림을 E 구간에 적용한다.
구체적으로 상기 A 구간은 약 20% 이하 영역의 엔진토크와 4600RPM 이하 영역의 엔진 회전수 및 약 10% 이하 영역의 엔진토크와 7600RPM 이하 영역(즉, 전체 영역)의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이고, 상기 C 구간은 약 20~100% 영역의 엔진토크와 약 1050~2600RPM 영역의 엔진 회전수 및 약 20~40% 영역의 엔진토크와 약 1050~4600RPM 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이다.
그리고 상기 B 구간은 약 20~100% 영역의 엔진토크와 약 1050RPM 이하 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이고, 상기 D 구간은 약 10~30% 영역의 엔진토크와 약 4600~5400RPM 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이다.
또한, 상기 E 구간은 약 10~30% 영역의 엔진토크와 약 5400~7000RPM 영역의 엔진회전수, 약 30~50% 영역의 엔진토크와 약 4600~7000RPM 영역의 엔진회전수 및 약 50~100% 영역의 엔진토크와 약 2600~7000RPM 영역의 엔진회전수를 매칭 한 구간이다.
따라서 상기 A, B, C, D, E 구간의 각각은 정숙형 배기음 기반 맵 적용에 의한 전자식 가변밸브(30)의 닫힘(0% 열림), 50% 열림, 100% 열림으로 좌/우측 소음기(20-1,20-2)의 배기음이 S60-2의 SMART DRIVE MODE-ECO 상태 및 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태에 맞춰 생성되도록 한다.
반면 상기 스포티 배기음 기반 맵(54-1B)인 경우, 상기 스포티 배기음 기반 맵(54-1B)의 0~100%의 엔진토크 영역과 0~7000RPM의 엔진 회전수 영역 중 전자식 가변밸브(30)는 닫힘(0% 열림), 50% 열림 및 100% 열림 중 어느 하나를 적용한다.
즉, 상기 닫힘(0% 열림)은 엔진토크-엔진 RPM 선도에서 F 구간과 J 구간에 적용하고, 상기 50% 열림은 G 구간과 H 구간에 적용하며, 상기 100% 열림은 I 구간과 K 구간에 적용한다.
구체적으로 상기 F 구간은 약 20% 이하 영역의 엔진토크와 약 1050~6200RPM 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이고, 상기 J 구간은 약 65~100% 영역의 엔진토크와 약 1050~2500RPM 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이다.
그리고 상기 G 구간은 약 20% 이하 영역의 엔진토크와 약 6200~7000RPM 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이고, 상기 H 구간은 약 65% 이하 영역의 엔진토크와 약 1050RPM 이하 영역의 엔진 회전수, 약 20~65% 영역의 엔진토크와 약 1050~2200RPM 영역의 엔진회전수, 약 20~55% 영역의 엔진토크와 약 2200~5600RPM 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이다.
또한, 상기 I 구간은 약 65~100% 영역의 엔진토크와 약 1050RPM 이하 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이고, 상기 K 구간은 약 20~50% 영역의 엔진토크와 약 5500~7000RPM 영역의 엔진 회전수 및 약 50~100% 영역의 엔진토크와 약 2200~7000RPM 영역의 엔진 회전수를 매칭 한 구간이다.
따라서 상기 F, G, H, I, K 구간의 각각은 스포티 배기음 기반 맵 적용에 의한 전자식 가변밸브(30)의 닫힘(0% 열림), 50% 열림, 100% 열림으로 좌/우측 소음기(20-1,20-2)의 배기음이 S60-1의 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태에 맞춰 생성되도록 한다.
이어, 도 9 내지 도 11를 참조하면, 상기 전자식 가변밸브 구동(S90)을 통한 밸브 게이트(33)의 닫힘(0% 열림), 50% 열림 및 100% 열림의 각각에서 좌/우측 소음기(20-1,20-2)가 배기음을 달리 생성하는 예를 나타낸다. 이 경우 상기 좌/우측 소음기(20-1,20-2)의 각각은 동일한 구성 및 효과를 발생하므로 소음기(20)로 설명된다. 또한 실선/점선 화살표는 배기가스 흐름 상태 및 물결 형상은 배기가스 확산 및 전파 상태를 의미한다.
특히, 도 9 내지 도 11에서, 상기 전자식 가변밸브(30)의 밸브 게이트(33)는 2개의 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(28)의 내부 단면을 막아주거나(예, 닫힘(0% 열림)) 또는 반쯤 열거나(예, 50% 열림) 또는 완전히 열어(100% 열림)줌으로써 소음기(20)는 제2 테일 파이프(29)를 통한 배기가스 배출이 유지된 상태에서 제1 테일 파이프(28)의 내부 유로 면적 변화에 따라 배기가스 배출량이 가변 되는 부분을 설명하였다.
그러므로 상기 소음기(20)는 인렛 튜브(23) -> 분기 튜브(24) -> 연장 튜브(26) -> 제2 외부 연결 튜브(27) -> 제2 테일 파이프(29)를 흐름 경로로 하는 배기가스 기본 흐름, 인렛 튜브(23) -> 분기 튜브(24) -> 제1 외부 연결 튜브(25) -> 제1 테일 파이프(28)를 흐름 경로로 하는 배기가스 가변 흐름으로 형성하여 준다.
따라서, 도 9의 A, C, F, J 구간에 적용된 닫힘(0% 열림), 도 10의 E, I, K 구간에 적용된 100% 열림 및 도 11의 B, D, G, H 구간에 적용된 50% 열림에 대해, 상기 배기가스 기본 흐름은 동일한 반면 상기 배기가스 가변 흐름은 차이를 갖게 된다.
일례로 도 9 내지 도 11을 참조로 상기 배기가스 기본 흐름을 설명하면, 상기 소음기(20)는 인렛 튜브(23)의 타공 홀(23A)(예, 84EA 타공수)을 통해 대부분의 배기가스가 제1 챔버(21-1)로 모이고, 분기 튜브(24)의 연장 튜브(26)에서 나와 하부 엔드 플레이트(21C)에서 반사된 배기가스와 함께 제2 외부 연결 튜브(27)의 타공 홀(27A)을 통해 나온 배기가스가 제3 챔버(21-3)에서 제2 챔버(21-2)로 빠져나가 제1 배플(22A)의 타공 홀(22-5)(예, 60EA 타공수)을 통해 제1 챔버(21-1)로 들어가고, 제1 챔버(21-1)로 들어온 배기가스는 제2 외부 연결 튜브(27)를 통해 제2 테일 파이프(29)로 배출되는 흐름 경로를 형성하여 준다.
특히 상기 소음기(20)는 타공 홀들(23A,27A,22-5)과 제1,2,3 챔버(21-1,21-2,21-3)를 통한 배기가스의 유량 확장/확산에 의해서 운전자에 귀를 압박하는 불쾌한 저주파 부밍음 에너지를 분산/상쇄시켜 일부 소음 에너지를 낮추게 되고, 특히 타공 홀(27A)은 한번 더 기류음 성분을 저감시켜 줌으로써 일부 소음 에너지를 더 낮춘 배기음이 배출될 수 있도록 한다.
도 9의 A, C, F, J 구간에 적용된 닫힘(0% 열림)을 참조로 상기 배기가스 가변 흐름을 설명하면, 상기 전자식 가변밸브(30)의 밸브 게이트(33)가 제1 테일 파이프(28)의 내측 면적을 가로 막음으로써 소음기(20)의 제1 외부 연결 튜브(25)로 들어온 배기가스가 대기 중으로 나가지 못하게 한다.
그러므로 상기 소음기(20)는 인렛 튜브(23)로 유입한 배기가스를 2개의 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(28)가 막힌 상태에서 제2 테일 파이프(29)로 만 배출해 줌으로써 이론적으로 배기 유량 배출 전체 면적이 50%로 축소된다. 배기 시스템(1-1)에서 대기 중으로 배출되는 배기가스 유량이나 단면적이 작아짐은 일반적인 배기 시스템 구조에서 배기가스가 나가는 테일 파이프 직경을 줄인 조건과 같아지게 된다. 이러한 밸브 작동 조건은 밸브가 100% 열림일 때 보다 기본적인 배기 유량이 매우 작은 대부분 아이들 운전영역이나 저 RPM 운전영역에 최적화 된다.
이로부터 상기 소음기(20)는 제1 외부 연결 튜브(25)와 제1 테일 파이프(28) 및 전자식 가변밸브(30)로 막혀진 제1 배기음색 변화 구간(X)(도 9)을 형성한다.
그 결과 상기 소음기(20)는 배기가스를 제2 테일 파이프(29)로 만 배출하므로 소음기 내부 압력은 높으면서 소음기 내부 저항이 커진 상태에서 배기가스 속도가 더 느려지게 함으로써 전반적인 배기 소음이 낮아질 수 있다. 이러한 원리를 통해 정숙형 배기음이 필요한 장소 또는 주행 모드에서는 기존의 배기 시스템 보다 더 정숙한 배기음 구현이 가능하다.
이어, 도 10의 B, D, G, H 구간에 적용된 50% 열림을 참조로 상기 배기가스 가변 흐름을 설명하면, 상기 전자식 가변밸브(30)의 밸브 게이트(33)가 제1 테일 파이프(28)의 내측 면적을 반쯤 막음으로써 소음기(20)의 제1 외부 연결 튜브(25)로 들어온 배기가스 중 일부가 대기 중으로 나가게 한다.
그러므로 상기 소음기(20)는 인렛 튜브(23)로 유입한 배기가스를 2개의 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(28)가 일부만 막힌 상태에서 제2 테일 파이프(29)로 만 배출해 줌으로써 이론적으로 제 1 테일 파이프(28)측의 유량 배출 면적이 20~30% 축소된다. 이로부터 배기 시스템(1-1)에서 대기 중으로 배출되는 배기가스 유량이나 단면적이 작아짐은 일반적인 배기 시스템 구조에서 배기가스가 나가는 테일 파이프 직경을 줄인 조건과 같아지게 된다. 이러한 소음기 조건은 도 11과 같이 밸브가 100%열림일 때 보다 기본적인 배기 유량이 조금 작은 아이들 운전영역이나 저 RPM 운전영역에 최적화 된다.
이로부터 상기 소음기(20)는 도 9의 0% 열림 시 정숙한 배기음 대비 Mild-스포티한 배기음을 구현할 수 있다.
또한, 도 11의 E, I, K 구간에 적용된 100% 열림을 참조로 상기 배기가스 가변 흐름을 설명하면, 상기 전자식 가변밸브(30)의 밸브 게이트(33)가 제1 테일 파이프(28)의 내측 면적을 완전히 열어줌으로써 소음기(20)의 제1 외부 연결 튜브(25)로 들어온 배기가스가 대기중으로 나갈 수 있게 한다.
그러므로 상기 소음기(20)는 인렛 튜브(23)로 유입한 배기가스를 동일한 크기외경(예, Φ54)을 갖는 2개의 제1,2 테일 파이프(28,29)를 통해서 2가지 경로로 50%:50% 유량으로 배출하여 준다. 이로부터 50%:50%의 2가지 경로 유량 배출은 전자식 가변밸브(30)가 없을 때와 똑같은 조건이 됨으로써 비교적 짧은 경로의 제1,2 테일 파이프(28,29)로 배기가스가 바로 배출되며, 특히 배기가스의 배출 속도가 빨라 큰 소음으로 나타남으로써 엔진의 거친 연소음을 그대로 배출하여 스포티한 배기음을 느낄 수 있도록 한다.
이로부터 상기 소음기(20)는 배기 가스의 유동에 대한 저항을 작아지게 함으로써 엔진으로 전달되는 반사 압력(부하)이 낮아 엔진의 고 RPM 영역에서 약 2~5 PS 출력 증대에 기여할 수 있다.
상기 조건들로부터 도 9에서 전자식 가변밸브(30)가 엑셀 페달 개도량의 변화에 따라 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A)의 A, C 구간 및 상기 스포티 배기음 기반 맵(54-1B)의 F, J 구간에 매칭 됨으로써 하기와 같은 작용 및 효과가 구현된다.
상기 A 구간에서, N단 레이싱과 차량(1)의 엔진 토크가 매우 낮은 구간에서는 엑셀 페달 개도량이 커져도 전자식 가변밸브(30)는 닫힘(0% 열림)을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(29)로 만 배출되어 가장 정숙한 배기음이 구현되도록 한다.
상기 C 구간에서, 저속 중 “완가속/정속운전“에 해당되는 구간으로 전자식 가변밸브(30)는 닫힘(0% 열림)을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(29)로 만 배출되어 가장 정숙한 배기음이 구현되도록 한다.
상기 F 구간에서, 차량(1)의 엔진 토크가 매우 낮은 구간에서는 엑셀 페달 개도량이 커져도 전자식 가변밸브(30)는 닫힘(0% 열림)을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(29)로 만 배출되어 가장 정숙한 배기음이 구현되도록 한다.
상기 J구간에서, 0→50km 속도까지 완가속 운전 구간이므로 전자식 가변밸브(30)는 닫힘(0% 열림)을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(29)로 만 배출되어 정숙한 배기음이 구현되도록 한다.
또한, 도 10에서, B 구간 경우 매우 낮은 RPM 구간이라도 엔진 토크가 많이 필요한 구간(예, 오르막 주행)에서는 배기 압력을 저감하여 차량 출력에 부담을 덜어줘야 하며 또한, 저속 부밍이 부담되기 때문에 전자식 가변밸브(30)는 50% 열림을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29)에서 차별적인 유량으로 배출되어 Mild-스포티한 배기음이 구현되도록 한다.
상기 D 구간에서, 고속 RPM 진입 전 단계 구간이므로 전자식 가변밸브(30)는 50% 열림을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29)에서 차별적인 유량으로 배출되어 Mild-스포티한 배기음이 구현되도록 하면서 동시에 변속 시 일부 배기음이 강조하도록 한다.
상기 G 구간 및 상기 H 구간에서, N단 레이싱과 저~중속의 “완가속/정속운전”에 해당되는 구간으로 전자식 가변밸브(30)는 50% 열림을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29)에서 차별적인 유량으로 배출되어 Mild-스포티한 배기음이 구현되도록 한다.
또한, 도 11에서, E 구간은, 중속~고속 및 급발진 구간으로 엑셀 페달 개도량이 커지는 구간이므로 전자식 가변밸브(30)는 100% 열림을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29)에서 동일한 유량으로 배출되어 스포티한 배기음이 구현되도록 한다.
상기 I 구간 및 상기 K구간에서, 중속~고속 및 급발진 구간으로 악셀 페달 개도량이 커지므로 전자식 가변밸브(30)는 100% 열림을 유지하고, 이를 통해 좌/우측 소음기(20-1,20-2)를 나온 배기가스는 제1,2 테일 파이프(28,29)에서 동일한 유량으로 배출되어 스포티한 배기음이 구현되도록 한다.
한편, 도 12와 도13를 참조하면, 좌/우측 소음기(20-1,20-2)에 각각 전자식 가변밸브(30)를 적용하여 밸브 개도를 제어함으로써, 밸브 작동맵에 따른 차량 배기 시스템의 배기음 실차 평가결과를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 상기 엔진 배기음 평가결과에서, 정숙형 배기음 기반 맵(54-1A)을 이용한 SMART DRIVE MODE-ECO/COMPORT 상태 배기음 레벨(도 12, 실선 선도)은 저 RPM 영역에서는 더 정숙한 배기음 구현이 가능하고, 스포티 배기음 기반 맵(54-1B)을 이용한 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 배기음 레벨(도 13, 실선 선도)은 저rpm 영역/발진영역 및 고속 영역에서 차별화 및 강조된 스포티 배기음 구현이 가능함을 입증한다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량(1)에 적용된 배기 시스템(1-1)에서 구현되는 주행 모드 연동식 엔진 배기음 자동 변경 방법은 엔진 ECU(1A)와 연계된 모드 인식 로직(50)에 의해 엔진에서 나온 배기가스를 대기 중으로 배출하는 소음기(20)의 제1,2 테일 파이프(28,29) 중 제1 테일 파이프(28)에 구비된 전자식 가변밸브(30)의 밸브개도가 가변되고, 밸브개도 가변이 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 및 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나의 상태에서 액셀 페달 개도량의 변화에 기반 한 엔진 토크와 엔진 회전수로 제어됨으로써 SMART DRIVE MODE에서 제공하는 다양한 차량 주행 상태에 맞춰 정숙한 엔진 배기음 및 스포티한 엔진 배기음을 구현하면서도 차량/엔진 출력 증대가 가능하고, 특히 엑셀 페달 개도량 변화로 운전 스타일과 습관을 반영함으로써 자동적으로 이루어지는 엔진 배기음 변화로 차별화된 배기음 발생이 가능하다.
1 : 차량 1A : 엔진 ECU(Electronic Control Unit)
1B : 주행 모드 시스템 1B-1 : 모드 선택 장치
1-1 : 배기 시스템 1-2 : 배기음 변화 시스템
10 : 배기 라인 10A : 엔진측 배기 파이프
10B : 중간 배기 파이프 10C : 소음기측 배기 파이프
20 : 소음기 20-1,20-2 : 좌/우측 소음기
21 : 하우징 21A : 하우징 바디
21B,21C : 상/하부 엔드 플레이트
21B-1,21C-1 : 상/하부 확장 공간부
21-1,21-2,21-3 : 제1,2,3 챔버
22 : 배플 22A,22B : 제1,2 배플
22-1,22-2,22-3 :튜브 홀 22-5,23A,27A : 타공 홀
22-6,22-7 : 제1,2 개방 공간부
23 : 인렛 튜브 24 : 분기 튜브
25 : 제1 외부 연결 튜브 26 : 연장 튜브
27 : 제2 외부 연결 튜브 27-1 : 이중 튜브
28,29 : 제1,2 테일 파이프
30 : 전자식 가변밸브 31 : 밸브구동장치
33 : 밸브 게이트 40 : 입력조건 로직
50 : 모드 인식 로직 51 : 통신 처리부
52 : 모드 처리부 53 : 엑셀 페달 처리부
54 : 가변밸브 밸브 작동 맵 54-1A : 정숙형 배기음 기반 맵
54-1B : 스포티 배기음 기반 맵
60 : 출력 구동 로직

Claims (16)

  1. 주행 모드 시스템의 모드 선택 장치에서 발생된 SMART DRIVE MODE로 차량 주행 모드 확인이 이루어지는 단계; 및
    상기 SMART DRIVE MODE에서, 엑셀 페달 개도량(Accelerator Pedal Stroke)에 기반 하여 변하는 전자식 가변밸브의 밸브 개도로 배기가스를 대기로 배출하는 소음기에서 발생되는 배기음의 음향이 자동 전환되는 SMART SHIFT 제어가 수행되는 단계
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 SMART DRIVE MODE는 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태, SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태를 포함하고, 각각의 상태에 대응하는 스포티 배기음 기반 맵 또는 정숙형 배기음 기반 맵이 포함되는 것을 특징으로 하는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 SMART SHIFT 제어 단계는,
    상기 엑셀 페달 개도량을 확인하여 가변이 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태 및 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나의 상태에서 액셀 페달 개도량의 변화에 기반 한 엔진 토크와 엔진 회전수로 중 어느 하나로 진입하는 SMART DRIVE MODE 자동 전환 제어 단계, 및
    스포티 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성 또는 정숙형 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성이 이루어지는 전환 모드 배기음 매칭 제어 단계
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 엑셀 페달 개도량은 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태의 진입 기준인 엑셀 페달 개도량 제1 임계값(Threshold), 및 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태와 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태의 진입 기준인 엑셀 페달 개도량 제2 임계값(Threshold)로 구분되는 것을 특징으로 하는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 엑셀 페달 개도량 제1 임계값(Threshold)을 초과하는 엑셀 페달 개도량에서 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT상태로 진입하고, 상기 엑셀 페달 개도량 제2 임계값(Threshold) 미만인 엑셀 페달 개도량에서 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태로 진입하며, 상기 엑셀 페달 개도량 제1 임계값(Threshold) 이하이면서 상기 엑셀 페달 개도량 제2 임계값(Threshold) 이상인 엑셀 페달 개도량에서 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태로 진입하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태에서는 상기 스포티 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성하고, 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태와 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태에서는 상기 정숙형 배기음 기반 맵 적용 배기음 생성하는 것을 특징으로 하는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 정숙형 배기음 기반 맵 및 상기 스포티 배기음 기반 맵의 각각은 상기 전자식 가변밸브의 상기 밸브 개도를 닫힘, 50% 열림 및 100% 열림 중 어느 하나를 매칭 해 주는 것을 특징으로 하는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 전자식 가변밸브는 상기 소음기에서 상기 배기가스가 대기 배출되는 제1 테일 파이프와 제2 테일 파이프 중 어느 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 엔진 배기음 주행 모드 연동 방법.
  9. 제1 테일 파이프와 제2 테일 파이프로 엔진에서 나온 배기가스를 대기 중으로 배출하는 소음기;
    상기 제1 테일 파이프에 구비되고, 테일 파이프 내부 공간에 밸브 개도를 형성하는 전자식 가변밸브; 및
    SMART DRIVE MODE에서 SMART SHIFT 제어로 SMART DRIVE MODE-ECO 상태, SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태, SMART DRIVE MODE-SPORT 상태 중 어느 하나를 차량 주행 상태로 인지하고, 상기 전자식 가변밸브의 밸브 개도를 엑셀 페달 개도량에 기반 하여 변화시키는 배기음 변화 시스템
    이 포함되는 것을 특징으로 하는 스마트 차량 배기 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 밸브 개도는 닫힘, 50% 열림 및 100% 열림 중 어느 하나로 변화되는 것을 특징으로 하는 스마트 차량 배기 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 소음기는,
    내부공간을 형성하는 하우징,
    상기 하우징의 상기 내부 공간을 제1 챔버, 제2 챔버, 제3 챔버로 구획하는 한 쌍의 제1 배플과 제2 배플,
    상기 배기가스를 유입하여 일부 유입 배기가스를 타공홀을 통해 상기 제1 챔버로 내보내는 인렛 튜브,
    상기 인렛 튜브에서 나온 나머지 유입 배기가스 중 일부 분기 배기가스를 상기 제1 테일 파이프로 보내 제1 배기음색 변화 구간을 형성하면서 나머지 분기 배기가스를 상기 제3 챔버로 보내 제3 배기음색 변화 구간을 형성하는 1IN-2OUT Y 형상 튜브, 및
    상기 제1 챔버로 나온 내부 배기가스를 유입하여 상기 제2 테일 파이프로 보내 배기가스 배출이 이루어지도록 하면서 타공 홀을 통해 일부 내부 배기가스가 제3 챔버로 나와 제2 배기음색 변화 구간을 형성하는 제2 외부 연결 튜브
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 스마트 차량 배기 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 배플에 천공된 타공 홀 및 상기 제2 배플에 천공된 제1 개방 공간부와 제2 개방 공간부은 상기 제3 챔버와 상기 제2 챔버 및 상기 제1 챔버를 연통시켜 주는 것을 특징으로 하는 스마트 차량 배기 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 1IN-2OUT Y 형상 튜브는, 1개의 유입구로 상기 인렛 튜브와 연결되면서 2개의 배출구 중 하나의 배출구를 형성하여 상기 제1 테일 파이프에 연결되는 제1 외부 연결 튜브 및 나머지 배출구를 형성하여 상기 제3 챔버로 이어진 연장 튜브로 구분되는 것을 특징으로 하는 스마트 차량 배기 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 제2 외부 연결 튜브는 이중 튜브를 구비하고, 상기 이중 튜브는 상기 타공 홀을 가리지 않는 것을 특징으로 하는 스마트 차량 배기 시스템.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 배기음색 변화 구간은 상기 전자식 가변밸브로 상기 제1 테일 파이프를 막아 상기 제1 테일 파이프로 가는 배기가스가 상기 하우징의 내부 공간으로 나가도록 하며,
    상기 제2 배기음색 변화 구간은 상기 제2 테일 파이프로 나가는 배기가스 중 일부 배기가스가 상기 하우징의 내부 공간을 나가도록 하고,
    상기 제3 배기음색 변화 구간은 상기 제1 테일 파이프로 가는 배기가스 중 분기 배기가스가 상기 하우징의 내부 공간으로 나가도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 차량 배기 시스템.
  16. 청구항 9에 있어서, 상기 배기음 변화 시스템은 상기 SMART DRIVE MODE-ECO 상태와 상기 SMART DRIVE MODE-COMPORT 상태에 매칭 되는 정숙형 배기음 기반 맵 및 상기 SMART DRIVE MODE-SPORT 상태에 매칭 되는 스포티 배기음 기반 맵을 갖추고,
    상기 정숙형 배기음 기반 맵 및 상기 스포티 배기음 기반 맵의 각각은 상기 전자식 가변밸브를 제어하는 전압신호와 매칭 되는 것을 특징으로 하는 스마트 차량 배기 시스템.
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