KR20240041532A - 자동차용 익스트렉션 체임버 - Google Patents

Abstract

액추에이터 제어로 동작하는 익스트렉션 체임버가 도어 개방 때는 신속하게 개폐하게 해서 자동차 내부 압력을 낮추고, 자동차 실내의 산소 농도가 낮을 때는 설정 농도 범위에 도달할 때까지 익스트렉션 체임버가 개방하게 하여 안전 운행이 가능하게 할 뿐만 아니라, HVAC의 외기 순환 모드에서도 이 익스트렉션 체임버가 개방하게 하여 외기 순환 효과를 높이면서도 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다. 이때, 외기 순환 모드에서의 외기의 세기, 도어를 닫을 때 자동차 실내의 압력 세기 등을 검출하고 검출된 세기에 비례하여 익스트렉션 체임버의 개방 정도를 조절할 수 있게 구성함으로써, 익스트렉션 체임버가 불필요하게 많이 열리지 않게 하여 소음이 자동차 실내로 유입하는 것을 최소화하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다.

Description

자동차용 익스트렉션 체임버{EXTRACTION CHAMBER FOR VEHICLES}

본 발명은 자동차용 익스트렉션 체임버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차 도어를 닫을 때, 외기 순환 모드를 작동할 때, 그리고 자동차 실내의 산소 농도가 높을 때 익스트렉션 체임버가 자동으로 최소한만큼만 개폐하게 하여 소음 발생을 차단하거나 자동차 내부 압력이 높아지는 것을 방지하여 쾌적한 자동차 실내 환경을 조성할 수 있게 한 것이다. 이때, 상기 제어기는 외기 순환 모드의 세기를 검출하여 세기에 비례하여 익스트렉션 체임버의 개폐 정도를 조절함으로써, 한층 더 쾌적한 실내 환경 조성과 소음을 예방할 수 있게 한 것이다.

일반적으로 자동차는 밀폐된 형태로 제작되기 때문에 도어를 열었다가 닫는 경우라든가 주행중 운전자 및 탑승자의 호흡 등으로 인하여 차량 실내의 압력 변화가 발생하게 된다. 이러한 압력 변화는 소음의 형태로 나타나게 되는데, 차량에는 이런 경우와 같이 실내외의 압력조절을 위해, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)과 같이, 트렁크나 HVAC(공기조화기) 등에 익스트렉션 체임버(Extraction Chamber)가 장착된다.

(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2003-0049505호

차량 환기장치의 배출체임버에 관한 것으로, 종래 배출체임버는 단순한 하나의 밸브에 의해 개폐를 수행함으로써, 외부압력변동이 심한 차량의 출발이나 정지시 오히려 이 배출체임버를 통해 외부 소음이나 정화되지 않은 외기가 침입하는 문제점이 있었다. 이에 배출체임버에 완충공간을 마련하고 이 공간의 경계에 밸브를 배치하여 차량의 출발이나 정지시에 발생하는 외부압력변동시 완충공간에 따른 차별된 압력 구배에 따라 1차 밸브와 2차 밸브가 순차적으로 개폐되도록 함으로써 배출체임버를 통해 차 실내로 소음이나 외기가 침입하는 것을 방지한 것이다.

(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-1396914호

익스트렉션 체임버의 내측면에 흡음 체임버를 구비함으로써, 실내 측으로 유입된 외기가 흡음 체임버를 통과하는 동안 흡음 체임버에 의해 흡음되어 실내측으로 유입되는 소음을 줄여 차량의 정숙성을 높일 수 있게 한 자동차용 익스트렉션 체임버를 제공하는 데 그 목적이 있다. 특히, 이러한 흡음 체임버로서 그 굵기가 3~10D인 PET 섬유를 이용하고, 외기가 실내측으로 유입되는 통기구의 단면적이 익스트렉션 체임버의 전면 대비 20~60%의 크기로 형성함으로써, 기존과 같이 충분한 외기의 유입이 가능하게 하면서도 소음 저감 효과를 동시에 얻을 수 있는 자동차용 익스트렉션 체임버를 제공하는데 다른 목적이 있다. 또한, 실질적으로 외기가 유동되는 흡음 체임버의 내부에 요홈부를 형성하고 곡률지게 따라서 외기가 유동될 수 있게 하여 외기가 흡음 체임버 내에서 체류하는 시간을 늘리고 동시에 접촉 면적을 넓혀줌으로써, 흡음 체임버 내에서의 흡음 효과를 더욱더 높일 수 있게 한 자동차용 익스트렉션 체임버를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-0399180호

차량 환기장치의 배출체임버에 관한 것으로, 종래의 배출체임버는 그 개폐를 위해 고무재의 개폐판을 사용하여 고속주행으로 인한 부압의 발생시 개폐판의 떨림이 발생하여 이상음이 생기고 이것이 차 실내로 유입되어 차량의 정숙성과 상품성이 저하되는 문제점이 있었다. 이에, 배출체임버가 개방되어야 하는 경우 즉, 차량 도어를 닫을 때나 디프로스터 등의 가동을 위해 외기를 도입시킬 때를 개방 조건으로 하는 전동식 개폐방식의 배출체임버로서, 도어개폐감지회로부와 공조제어회로부로부터 도어 개방이나 외기유입덕트개방을 인식하는 제어부에 의해 모터를 구동시키고 이 모터에 의해 개방되는 배출체임버를 형성한 것이다.

이러한 익스트렉션 체임버(E)는, [도 1] 및 [도 2]에서 트렁크(T)에 장착되는 것을 예로 보여주고 있으나, 자동차의 HVAC(공기조화기)에 장착하여 사용하기도 한다. [도 2]에서, 익스트렉션 체임버는 중앙에 검게 표시된 부분이며, 화살표는 익스트렉션 체임버를 통해 외기가 실내측(트렁크 내부)으로 유입되는 방향을 나타낸다. [도 3]에는 HVAC에 장착되는 익스트렉션 체임버의 한 가지 예를 보여준다.

한국공개특허 제10-2003-0049505호 (공개일: 2003.06.25) 한국등록특허 제10-1396914호 (등록일: 2014.05.13) 한국등록특허 제10-0399180호 (등록일: 2003.09.09)

하지만, 이러한 기존의 익스트렉션 체임버는 다음과 같은 문제가 발생한다.

(1) 기존 익스트렉션 체임버는 고무 재질로 제작할 때가 많은데, 고무 재질은 소음이나 진동과 같은 주변 환경에 쉽게 개폐 작용이 이루어지게 된다. 이에, 기존 익스트렉션 체임버는 압력을 낮추는 데는 효과적이나 소음에는 취약한 점이 있다.

(2) 특히, HVAC(공기조화기)에 장착되는 익스트렉션 체임버는 HVAC를 작동하거나 외기를 순환하게 했을 때는 항상 개방되어야 하므로, 이처럼 개방된 익스트렉션 체임버를 통해 자동차 외부의 소음이 자동차 실내로 전달되는 소음 전달 통로가 되기도 한다.

(3) 이처럼 익스트림 체임버의 개방은 자동차 실내의 높은 압력을 낮춰 쾌적한 실내 환경을 조성한다는 장점이 있으나, 이렇게 개방된 부분을 통해 자동차 외부나 하부에서 발생한 소음이 자동차 실내로 전해지게 되어 소음 성능을 떨어뜨리는 한 가지 요인으로 작용한다.

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 액추에이터 제어로 동작하는 익스트렉션 체임버가 도어 개방 때는 신속하게 개폐하게 해서 자동차 내부 압력을 낮추고, 자동차 실내의 산소 농도가 낮을 때는 설정 농도 범위에 도달할 때까지 익스트렉션 체임버가 개방하게 하여 안전 운행이 가능하게 할 뿐만 아니라, HVAC의 외기 순환 모드에서도 이 익스트렉션 체임버가 개방하게 하여 외기 순환 효과를 높이면서도 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 한 자동차용 익스트렉션 체임버를 제공하는데 그 목적이 있다.

이때, 본 발명은 외기 순환 모드에서의 외기의 세기를 검출하고, 검출된 세기에 비례하여 익스트렉션 체임버의 개방 정도를 조절할 수 있게 구성함으로써, 익스트렉션 체임버가 불필요하게 많이 열리지 않게 하여 소음이 자동차 실내로 유입하는 것을 최소화하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 한 자동차용 익스트렉션 체임버를 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 자동차 도어를 닫을 때도 자동차 실내의 압력을 검출하여 검출된 압력과 비례하게 익스트렉션 체임버가 열리게 제어함으로써, 압력을 낮춰 소음이 발생하는 것을 최소화하면서도 익스트렉션 체임버를 통해 유입하는 소음을 줄여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 한 자동차용 익스트렉션 체임버를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 익스트렉션 체임버는, 제어기(100)의 제어를 받는 액추에이터(210)의 작동으로 개폐하는 자동차용 익스트렉션 체임버에서; 상기 제어기(100)는, 만일 자동차 도어가 닫히는 신호를 받으면, 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 익스트렉션 체임버가 순간적으로 열렸다가 닫히게 하고; 만일 HVAC에서 외기 순환이 모드 신호를 받으면, 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 익스트렉션 체임버가 외기 순환 모드를 유지하는 동안 개방하게 하며; 만일 자동차 실내의 산소 농도를 검출하여 설정 농도 범위를 벗어나면, 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 산소 농도가 설정 범위에 들 때까지 익스트렉션 체임버를 개방하게 제어하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제어기(100)는, 외기 순환 모드 신호를 받으면, 외기 순환 모드의 세기를 검출하고, 검출한 모드 세기에 높아지는 것과 비례하여 익스트렉션 체임버의 개방 정도가 더 커지게 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어기(100)는, 자동차 도어가 닫힐 때 자동차 실내에서 검출된 내부 압력을 기준으로 압력의 세기에 비례하여 순간적으로 열리는 상기 익스트렉션 체임버의 개구 정도가 달라지게 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자동차용 익스트렉션 체임버는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 제어기의 제어를 통해 강제로 익스트렉션 체임버를 개폐 제어할 수 있음으로, 항상 닫혀 있는 익스트렉션 체임버를 개방할 필요가 있을 때는 미리 정해진 조건에 맞춰 언제든지 개방하여 자동차 실내의 압력 조절이나 산소 농도 조절 그리고 외기 순환 정도를 조절할 수 있다.

(2) 특히, 상기 익스트렉션 체임버는 외기 순환 모드에서는 순환 모드의 세기에 비례하여 익스트렉션 체임버의 개방 정도를 조절할 수 있게 구성함으로써, 익스트렉션 체임버가 불필요하게 많이 개방하여 외부 소음 등이 자동차 실내로 유입하는 것을 방지하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있다.

(3) 또한, 자동차 도어를 닫을 때도 자동차 실내의 압력 세기를 검출하고, 검출된 압력이 순간적으로 배출할 수 있을 정도로만 익스트렉션 체임버가 개방하게 하여 압력 변화에 따른 소음 발생이나 개방된 익스트렉션 체임버를 통해 유입할 수 있는 소음을 최소화할 수 있다.

[도 1]은 자동차의 트렁크에 자동차용 익스트렉션 체임버가 설치된 것을 예시적으로 보여주는 자동차 후부의 사시도이다.
[도 2]는 종래 트렁크에 장착된 자동차용 익스트렉션 체임버에서 공기의 흐름 방향을 보여주는 이미지이다.
[도 3]은 HVAC에 장착되는 종래 자동차용 익스트렉션 체임버의 한 가지 예를 보여주는 사진이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 자동차용 익스트렉션 체임버의 구성을 보여주는 블록도이다.
[도 5]는 본 발명에 따른 자동차용 익스트렉션 체임버의 작동 상태를 보여주는 흐름도이다.
[도 6]은 본 발명에 따른 익스트렉션 체임버와 종래 익스트렉션 체임버에 대해 주파수(㎐) 변화에 따른 노이즈 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[자동차용 익스트렉션 체임버의 구성]

본 발명에 따른 자동차용 익스트렉션 체임버에는, [도 4] 내지 [도 6]과 같이, 제어기(100)의 제어를 받는 액추에이터(210)가 포함된다.

특히, 상기 제어기(100)는 자동차 도어가 닫히는 신호, HVAC의 외기 순환 모드 신호, 자동차 실내의 산호 농도 신호를 받으면 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 익스트렉션 체임버가 최소한만큼 열리게 하여 압력 저감 효과를 얻으면서도 소음과 진동 발생을 최소화하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 한 것이다.

이때, 상기 제어기(100)는 자동차 실내의 압력의 세기, 외기 순환 모드에서의 순환하는 외기의 세기 등을 고려하여 이에 비례해서 익스트렉션 체임버가 최소한으로 열리게 제어함으로써, 익스트렉션 체임버의 작동에 영향을 주지 않으면서도 익스트렉션 체임버가 너무 많이 열림에 따라 발생할 수 있는 소음을 최소화하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

가. 익스트렉션 체임버

익스트렉션 체임버(200)는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 액추에이터(210)가 구비되어 후술하게 될 제어기(100)의 제어를 받아 동작하게 된다.

이때, 상기 익스트렉션 체임버(200)는 자동차 트렁크에 설치되어 자동차 내부와 외부 사이에 통기 작용이 이루어지게 구성할 수도 있고, 자동차 실내에서 환기와 냉방과 난방 등에 사용하는 HVAC(공기조화기)에 장착되어 자동차 실내와 실외 사이의 통기 작용이 이루어지게 구성할 수도 있다. 여기서, HVAC에 장착되는 것을 예로 들어 설명한다.

또한, 상기 액추에이터(210)는 밸브 형태로 이루어진 익스트렉션 체임버(200)가 회전하면서 개폐 작용이 이루어지게 하는 축을 강제로 회전시켜서 개폐 작용이 이루어질 수 있게 하는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들어서, 상기 액추에이터(210)로는 축에 장착되는 모터, 로드가 상기 익스트렉션 체임버(200)에 제자리 회전하게 설치된 실린더 등을 예로 들 수 있다.

이러한 상기 액추에이터(210)는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 후술하는 제어기(100)의 제어를 받아 아래와 같이 작동한다.

나. 제어기

제어기(100)는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 자동차 도어의 개폐를 검출하는 도어 센서의 신호, HVAC에서 외기순환 모드가 선택되었는지에 따른 신호, 그리고 자동차 실내에 설치되어 산소 농도를 검출하는 농도 센서의 신호를 받아 상술한 액추에이터(210)를 제어한다. 아래에는 이들 구성 별로 나눠서 설명한다.

1. 자동차 도어 센서의 개폐 신호

자동차 도어 센서는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 자동차 도어를 개폐했는지알 수 있게 하는 센서로, 통상적으로 자동차에 이미 장착된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제어기(100)는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 이러한 도어 센서를 통해 자동차 도어를 닫았을 때 자동차 실내의 압력이 높아지면서 소음이 발생하지 않도록 제어하게 된다. 이를 위해, 상기 제어기(100)는 도어 센서를 통해 자동차 도어의 닫힘 신호가 입력되면, 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 익스트렉션 체임버(200)가 순간적으로 개방했다가 다시 닫히게 해서 자동차 실내의 압력을 낮춰 소음 발생을 최소화하게 된다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제어기(100)는 자동차 실내에 압력 센서를 장착하여 검출된 압력 신호의 세기에 맞춰 상기 익스트렉션 체임버(200)의 개방 정도를 조절할 수 있도록 제어함으로써, 자동차 실내의 압력을 낮추면서도 외부에서 개방된 익스트렉션 체임버(200)를 통해 자동차 실내로 유입할 수 있는 소음을 차단하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

2. 외기 순환 모드 선택

외기순환 모드는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 자동차 실내의 환기와 냉방 그리고 온방을 담당하는 HVAC에서 외기가 자동차 실내를 순환하게 하는 모드를 말한다.

본 발명에서는 도어가 닫힌 상태에서 HVAC의 외기 순환 모드를 선택하면, 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 외기 순환에 따른 소음 등의 발생을 최소화할 수 있게 구성하는 것이다. 이때, 상기 제어기(100)는 외기 순환 모드가 원하는 세기로 세기 조절할 수 있음으로, 외기 순환 모드에서 선택한 세기에 비례하여 상기 액추에이터(210)를 통해 익스트렉션 체임버의 개방 정도가 조절되게 하여 소음 발생을 최소화할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

3. 농도 센서

농도 센서는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 자동차 실내에 설치되어 자동차 실내의 산소 농도를 검출하게 된다. 이때, 검출된 산소 농도를 통해 운전자와 탑승자의 호흡에 문제가 발생할 정도의 농도이거나 운전자에게 졸음을 유발하여 안전주행을 방해할 정도의 농도로 떨어질 우려가 있을 때는, 상기 제어기(100)가 액추에이터(210)를 제어하여 익스트렉션 체임버(200)를 개방하여 외부로부터 충분한 공기 공급이 이루어지게 한다.

이를 위해, 상기 제어기(100)에는 운전자와 탑승자가 자동차에 탑승해서 안전하고 쾌적한 환경을 유지할 수 있을 때의 산소 농도를 미리 설정해 놓고, 상기 농도 센서를 통해 검출한 산소 농도가 이 설정 농도보다 낮으면 상기 익스트렉션 체임버(200)를 개방하여 외기 유입을 원할하게 함으로써 산소농도가 설정 농도에 도달하면 다시 닫을 수 있게 제어하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 익스트렉션 체임버에 액추에이터를 장착하여 제어기로 개폐를 제어하되, 상기 제어기는 도어의 개폐와 HVAC의 외기 순환 모드 선택, 그리고 자동차 실내의 산소 농도 등을 통해 익스트렉션 체임버가 최소한만 개방하게 제어함으로써, 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있고, 특히 익스트렉션 체임버를 통해 외부에서 유입할 수 있는 소음을 차단하여 소음 성능을 개선할 수 있게 된다.

이처럼 이루어진 본 발명에 따른 익스트렉션 체임버는, [도 6]과 같이, 3열 로드 노이즈를 측정한 결과는 다음과 같다. [도 6]에서, 가로축은 주파수[㎐]를, 세로축은 노이즈[dB(A)]를, 검은 선은 종래의 익스트렉션 체임버의 노이즈 그래프를, 붉은 선은 본 발명에 따른 익스트렉션 체임버의 노이즈 그래프를 각각 나타낸다.

그 결과, 본 발명에 따른 익스트렉션 체임버가 기존 익스트렉션 체임버보다 우수한 것을 알 수 있고, 노이즈 평균값(RMS)에서도 본 발명에 따른 익스트렉션 체임버가 61.5[dB(A)]이고 기존 익스트렉션 체임버가 61.7[dB(A)]로, 본 발명의 익스트렉션 체임버가 0.2[dB(A)] 포인트만큼 개선된 것을 알 수 있다.

100: 제어기
200: 익스트렉션 체임버
210: 액추에이터

Claims (3)

1. 제어기(100)의 제어를 받는 액추에이터(210)의 작동으로 개폐하는 자동차용 익스트렉션 체임버에서,
   상기 제어기(100)는,
   만일 자동차 도어가 닫히는 신호를 받으면, 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 익스트렉션 체임버가 순간적으로 열렸다가 닫히게 하고,
   만일 HVAC에서 외기 순환이 모드 신호를 받으면, 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 익스트렉션 체임버가 외기 순환 모드를 유지하는 동안 개방하게 하며,
   만일 자동차 실내의 산소 농도를 검출하여 설정 농도 범위를 벗어나면, 상기 액추에이터(210)가 동작하게 해서 산소 농도가 설정 범위에 들 때까지 익스트렉션 체임버를 개방하게 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차용 익스트렉션 체임버.
   
2. 제1항에서,
   상기 제어기(100)는,
   외기 순환 모드 신호를 받으면, 외기 순환 모드의 세기를 검출하고, 검출한 모드 세기에 높아지는 것과 비례하여 익스트렉션 체임버의 개방 정도가 더 커지게 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차용 익스트렉션 체임버.
   
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 제어기(100)는,
   자동차 도어가 닫힐 때 자동차 실내에서 검출된 내부 압력을 기준으로 압력의 세기에 비례하여 순간적으로 열리는 상기 익스트렉션 체임버의 개구 정도가 달라지게 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차용 익스트렉션 체임버.

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