KR20220117439A - 에어 가이드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어 가이드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 차량의 에어 필터 출구 측에 배치되어 공기 유량 센서로 유동하는 공기의 흐름을 안정화할 수 있는 에어 가이드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 에어 가이드는, 전면 및 상기 전면에 반대면인 후면과 복수의 관통채널을 포함하는 베이스; 및 상기 복수의 관통채널 중 각 관통채널에 배치되고, 상기 전면으로부터 후면을 향하는 유동방향에 대하여 나선체를 형성하는 복수의 나선형 가이드 베인을 포함한다.

Description

에어 가이드{AIR GUIDE}

본 발명은 에어 가이드에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 차량의 에어 필터 출구 측에 배치되어 공기 유량 센서로 유동하는 공기의 흐름을 안정화할 수 있는 에어 가이드에 관한 것이다.

차량의 흡기시스템은 차량 외부로부터 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 여과한 뒤 과급기에 제공하도록 구성된다. 예시적으로, 도 1a를 참조하면, 에어클리너(10)는 흡입된 공기로부터 먼지, 수분 등의 불순물을 여과하고, 에어클리너(10)에서 여과된 공기는 에어 호스(30)를 통해서 터보차저(50)로 공급된다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 에어클리너(10)의 출구 측에는 터보차저(50)로 유입되는 공기의 유량을 측정하기 위한 공기 유량 센서(70)가 마련되고, 공기 유량 센서(70)에 의해 계측되는 유량은 연료와 공기의 혼합비를 산출하는데 사용된다. 보다 구체적으로는, 내연기관의 경우에는 공기와 연료와의 혼합비율을, 수소차량의 경우에는 수소와 산소의 매칭 비율을 정하는 등 다양한 인자로서 활용되고 있다.

에어클리너(10)의 출구 측에서 공기 유량 센서(70)의 전단에는 에어 가이드(90)가 구비될 수 있다. 에어 가이드(90)는 레이아웃에 따라 안정적인 데이터를 획득하여 공기 유량 센서(70)의 신호 안정성을 향상시키기 위한 목적을 가진다. 도 1c를 참조하면, 예시적으로, 격자 형태의 에어 가이드(90)가 사용되고 있는데, 점차 강화되고 있는 환경규제 측면과 정밀한 제어가 요구되는 수소차량의 경우에는, 특히, 격자 형태의 에어 가이드만으로는 대응이 어렵다. 이에 현재에는 레이아웃의 변경을 통해 공기 흐름을 안정화하고 있다. 다만, 레이아웃의 변경에는 재료비나 중량 증가가 수반되는 바 이에 대한 개선책이 필요하다.

등록특허공보 제10-1957680호 (등록일자: 2019.03.07)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

흡기 시스템의 공기 유량 센서의 신호 안정성을 향상시킬 수 있는 에어 가이드를 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.

본 발명에 따른 에어 가이드는, 전면 및 상기 전면에 반대면인 후면과 복수의 관통채널을 포함하는 베이스; 및 상기 복수의 관통채널 중 각 관통채널에 배치되고, 상기 전면으로부터 후면을 향하는 유동방향에 대하여 나선체를 형성하는 복수의 나선형 가이드 베인을 포함한다.

본 발명에 따르면, 개선된 구조를 통해 흡기 시스템 내 공기 유량 센서의 신호 안정성을 향상시킬 수 있는 에어 가이드가 제공된다.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도 1a는 예시적인 차량의 흡기시스템을 도시하고,
도 1b는 도 1a의 점선 박스로 표시된 부분의 확대도이고,
도 1c는 도 1b의 에어 가이드의 정면도이고,
도 2는 예시적인 차량의 에어 필터를 도시하고,
도 3은 본 발명에 따른 에어 가이드의 정면도를 도시하고,
도 4는 도 2의 A 측 길이방향 단면도로서, 본 발명에 따른 에어 가이드가 배치된 모습을 도시하고,
도 5a는 도 3의 Q-Q'의 부분 단면도이고,
도 5b는 도 3의 P-P'의 부분 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 에어 가이드의 실시예들과 비교예를 도시하고,
도 7a는 본 발명에 따른 에어 가이드의 시제품을 도시하고,
도 7b는 격자 형태의 에어 가이드의 시제품을 도시하고,
도 8은 본 발명에 따른 에어 가이드의 실시예들과 비교예들의 신호안정성을 비교하는 그래프를 도시한다.

발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2에는 에어클리너(10)가 도시되어 있다. 에어클리너(10) 내부의 필터요소(12)를 통해 정화된 공기는 에어클리너(10)의 출구 측에 연결되는 에어 호스(30)를 통해 터보차저(50)로 지향된다.

에어클리너(10)의 출구 측에는 공기 유량 센서(70)가 구비되고, 공기 유량 센서(70)의 전단에는 에어 가이드(100)가 배치된다. 본 발명의 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 에어 가이드(100)는 도 2의 A로 표시되는 지점에 배치될 수 있다.

도 3 내지 4를 참조하면, 본 발명에 따른 에어 가이드(100)는 베이스(120) 및 복수의 가이드 베인(140)을 포함한다. 본 명세서에서 설명의 명확성과 편의를 위하여 베이스(120) 및 가이드 베인(140)을 별도의 구성요소로서 설명하고 있으나, 이들은 일체로 형성되는 하나의 구성일 수 있다.

베이스(120)는 에어 가이드(100)의 프레임으로서 기능한다. 본 발명의 구현예에 따르면, 베이스(120)는 베이스(120)의 둘레를 감싸는 슬리브부(122)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 슬리브부(122)는 중공의 원통 형상이다.

베이스(120)는 전면(124) 및 후면(126)을 포함한다. 후면(126)은 전면(124)의 반대측 면에 형성된다. 전면(124)은 에어클리너(10)를 통과한 공기가 일차적으로 에어 가이드(100)에 맞닿는 면이고, 후면(126)은 전면(124)을 통과한 공기가 에어 가이드(100)로부터 떠나는 면이다. 즉, 전면(124)은 에어클리너(10)의 내부와 보다 근접하고, 후면(126)은 에어클리너(10)의 외부에 보다 근접한 것으로 볼 수 있다. 본 명세서에서는 전면(124)으로부터 후면(126)을 향하는 방향을 유동방향(F)으로 지칭하기로 한다. 다시 말하면, 전면(124)에서 후면(126)을 향하는 방향은 에어클리너(10)를 통과한 공기가 터보차저(50)를 향해 유동하는 방향이 된다.

베이스(120)는 복수의 관통채널(128)을 포함한다. 관통채널(128)은 전면(124)과 후면(126) 사이를 연장하며 베이스(120)를 관통한다. 복수의 관통채널(128)은 베이스(120)의 단면 전체에 형성될 수 있고, 각 관통채널(128)은 베이스(120)에서 상하좌우로 정렬하여 배치되고 서로 일정 거리 이격하여 배열될 수 있다.

복수의 관통채널(128) 중 각 관통채널(128)에는 가이드 베인(140)이 구비된다. 가이드 베인(140)은 나선 형태를 취하며, 가이드 베인(140)은 전면(124)에서 후면(126)을 향하는 유동방향(F)에 대하여 나선을 형성한다. 가이드 베인(140)은 일정한 두께 또는 부피를 가지면서 나선체를 형성한다.

본 발명의 실시형태에 따르면, 가이드 베인(140)은 유동방향(F)에 대하여 시계방향 또는 반시계방향의 나선을 형성할 수 있다. 후술할 바와 같이, 바람직하게, 본 발명에 따르면, 가이드 베인(140)은 시계방향의 나선을 형성하도록 구성된다.

도 3을 재참조하면, 가이드 베인(140)은 내각(θ)을 포함한다. 내각(θ)은, 에어 가이드(100)가 정면에서 관찰될 때 각 가이드 베인(140)의 전단과 후단 사이의 각도를 의미한다. 가이드 베인(140)이 내각을 포함하지 않는 경우 제조 시 투자비용을 증가시킨다. 예를 들어, 내각이 없는 경우 가이드 베인(140)이 겹치게 되어 로테이션 금형을 적용하여야 한다. 본 발명에 따르면, 가이드 베인(140)은 내각(θ)을 포함하여 사출금형의 형상을 간결하게 하고 부압을 감소시킬 수 있다. 바람직하게, 내각(θ)은 50° 내지 100°이다. 내각(θ)이 50° 미만인 경우에는 제작성이 악화되고 부압이 상승하며, 내각(θ)이 100°를 초과하는 경우에는 에어 가이드로서 기능할 수 없다.

가이드 베인(140)의 외경(OD)은 그 크기가 작을수록 신호 안정성에 유리하게 작용하며, 양산성과 제작성을 고려하여 적합한 크기가 선택될 수 있다. 본 발명에 따르면, 가이드 베인(140)의 내경(ID)은 조절될 수 있다. 내경(ID)은 가이드 베인(140)을 통과하는 공기의 저항을 감소시키기 위하여 적절한 크기로 조절된다. 내경(ID)이 대략 외경(OD)의 30% 이하일 때 및 내경(ID)이 대략 외경(OD)의 60% 이상인 경우 공기 저항 감소 효과가 효과적인 것으로 확인되었으나 흡기 저항을 고려하여, 본 발명의 의하면, 내경(ID)은 외경(OD)의 10% 내지 30%의 크기를 갖도록 형성된다.

도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이, 가이드 베인(140)의 전체 길이(2H)는 그 길이가 길수록 우수한 성능을 보인다. 여기에서 가이드 베인(140)의 전체 길이를 2H로 표시하고 있으나 가이드 베인(140)의 전체 길이가 정확하게 H의 2배라는 의미는 아니며 대략 2배임을 의미한다. 가이드 베인(140)의 형상으로 인하여 정확히 두 배는 아니지만, 도 5a의 절단면도에서의 표시와의 정합성을 위하여 가이드 베인(140)의 전체 길이를 2H로 표기하기로 한다. 그러나 가이드 베인(140)의 길이(2H)를 크게 할수록 에어 가이드(100)의 길이가 길어지므로 관로 저항이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 가이드 베인(140)의 길이(2H)는 대략 내경(ID)의 3배 이내의 범위로 구성된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에어 가이드(100)와 비교예의 성능을 시험하였다. 본 발명에 따른 에어 가이드(100)는 예시적으로 도 7a와 같이 제작되었으며, 시계방향 나선형태의 가이드 베인을 포함하는 에어 가이드(실시예 1) 및 반시계방향 나선형태의 가이드 베인을 포함하는 에어 가이드(실시예 2)를 본 발명의 시험대상으로 하였다. 비교예로서, 에어 가이드가 없는 경우(비교예 1), 도 7b에 따른 격자형상의 에어 가이드(90)를 적용한 경우(비교예 2)도 함께 평가하였다. 또한, 에어 클리너에 덕트가 있는 경우와 없는 경우 모두를 시험하였다.

도 8과 같이, 시험 결과로서 공기 질량 유량(grams per second, g/s)에 대한 신호 안정성(characteristic error, %)을 획득하였다. 여기에서 신호 안정성은 공기 유량 센서에서 계측되는 공기의 유량과 실제로 유입되는 공기의 유량 사이의 오차이다. 예를 들어, 비교예 2에서 신호 안정성이 25%라는 것은 공기 유량 센서에서 계측되는 공기의 유량이 분당 12.5m³인 반면, 실제 유입되는 공기는 분당 10m³으로, 약 25%의 오차가 발생하는 것을 의미한다.

비교예 2의 경우 신호 안정성이 대략 25%로서 비교예 1에 비하여 개선되는 것을 확인할 수 있으나 요구수준(±5% 이내)으로부터는 크게 떨어져 있다. 이러한 경우에는 신호 안정성의 개선을 위하여 레이아웃의 변경이 필요하다.

반면, 본 발명의 실시예 1, 2의 경우 두 가지 경우 모두 신호 안정성이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다. 특히, 시계방향인 실시예 1의 경우 요구수준(±5% 이내)을 만족시키는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 레이아웃의 변경 없이도 신호 안정성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 에어 가이드(100)는 에어 가이드(100)로 유입되는 유체에 직진성을 부여하여 주변 환경에 영향을 받지 않고, 공기 유량 센서(70)에 동일하고 균일한 유량이 흐르도록 한다. 즉, 유동방향(F)에 대하여 회전하는 형상을 가지는 가이드 베인(140)을 적용하여 유입되는 유체가 회전함으로써 와류가 형성되도록 하여 직진성을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

100: 에어 가이드 120: 베이스
122: 슬리브부 124: 전면
126: 후면 128: 관통채널
140: 가이드 베인 θ: 내각
OD: 외경 ID: 내경
H: 길이 F: 유동방향

Claims (10)

1. 전면 및 상기 전면에 반대면인 후면과 복수의 관통채널을 포함하는 베이스; 및
   상기 복수의 관통채널 중 각 관통채널에 배치되고, 상기 전면으로부터 후면을 향하는 유동방향에 대하여 나선체를 형성하는 복수의 나선형 가이드 베인;
   을 포함하는 것인 에어 가이드.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 나선형 가이드 베인은, 상기 유동방향에 대하여 대하여 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 나선체를 형성하는 것인 에어 가이드.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 나선형 가이드 베인의 둘레방향에서 상기 나선형 가이드 베인의 전단과 후단 사이에는 일정 간격인 내각이 마련되는 것인 에어 가이드.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 내각은 상기 나선형 가이드 베인의 둘레방향으로 50° 내지 100°인 것인 에어 가이드.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 나선형 가이드 베인은, 상기 나선형 가이드 베인의 중심부를 길이방향으로 관통하는 홀의 직경과 일치하는 내경을 포함하는 것인 에어 가이드.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 내경은 상기 나선형 가이드 베인의 외경의 0% 내지 30% 이하(0 불포함)의 크기로 형성되는 것인 에어 가이드.
7. 청구항 5에 있어서, 상기 내경은 상기 나선형 가이드 베인의 외경의 60% 이상 내지 100% 미만의 크기로 형성되는 것인 에어 가이드.
8. 청구항 5에 있어서, 상기 내경은 상기 나선형 가이드 베인의 외경의 10% 이상 30% 이하의 크기로 형성되는 것인 에어 가이드.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 나선형 가이드 베인의 길이는,
   상기 나선형 가이드 베인의 중심부를 길이방향으로 관통하는 홀의 직경과 일치하는 상기 나선형 가이드 베인의 내경의 0배 초과 내지 3배 이하의 크기로 형성되는 것인 에어 가이드.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 에어 가이드는,
    차량에 구비되는 에어 필터를 통과한 공기가 외부로 나가는 에어 필터 출구 측에 배치되고,
    상기 에어 필터 출구 측에 마련되는 공기 유량 센서의 전단 측에 배치되는 것인 에어 가이드.

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