WO2016129743A1 - 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프 - Google Patents

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김기환
최치훈
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현대자동차 주식회사
기아자동차 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an automotive intercooler pipe, and more particularly, to change the mass by varying the thickness of the intercooler pipe in order to effectively prevent the vibration of the throttle body from being transmitted to the side members of the intercooler and the vehicle body through the intercooler pipe.
  • varying the rigidity of the pipe material by changing the material of the pipe, by increasing the impedance change of the intercooler pipe to reflect the traveling wave of the vibration to reduce the vibration transmitted through the intercooler pipe will be.
  • the air flowing from the outside of the vehicle is compressed through a turbo device, cooled through an intercooler, and then introduced into the engine.
  • An intercooler pipe for a vehicle is a pipe connected between an intercooler and a throttle body of an engine.
  • the intercooler pipe performs a flow path function of transferring air cooled in the intercooler to the throttle body of the engine.
  • FIG. 1 illustrates a structure of a conventional automotive intercooler pipe.
  • the inlet side rubber tube 2 is installed on the inlet of the tubular body 1 made of aluminum, and the outlet side rubber tube 3 is installed on the outlet of the tubular body 1, and the rubber tubes 2 3) is a structure in which the clamp 4 is fixed.
  • the conventional automotive intercooler pipe as described above has a disadvantage in that the cost is increased and the weight is increased because the aluminum tube and the rubber tube are used.
  • an intercooler pipe in which the entire intercooler pipe is formed of a plastic material using a thermoplastic ether ester elastomer (TEEE) has been introduced.
  • TEEE thermoplastic ether ester elastomer
  • the plastic intercooler pipe has a problem that it is difficult to apply to an automobile due to the deterioration of vibration and noise compared to the conventional intercooler pipe shown in FIG. 1.
  • the structure and arrangement of power trains are different depending on the vehicle type in passenger vehicles.However, the method of supporting the engine and transmission to the car body among the power trains is largely (the main points of connection between power trains and the car body).
  • the four-point mounting method, which consists of these four places, and the three-point mounting method, which consists of three main points of connection between the power train and the body, are mainly applied.
  • the three-point mounting method which is widely used in small and medium-sized vehicles, and its application field is gradually expanding, has relatively greater rolling of the engine than the four-point mounting method. Accordingly, in the vehicle to which the three-point mounting is applied, there is a problem that the noise and vibration transmitted through the intercooler pipe may be greater, and a solution for this is required.
  • the present invention was devised to solve the above-mentioned conventional problems, and the vibration and noise performance of the entire pipe is made of plastic, but the vibration and noise performance can be achieved at the same level or better than the conventional intercooler pipe.
  • an intercooler is allowed to slip at a connection part according to the engine's behavior and to secure flexibility in specific directions (directions in which the throttle body vibrates mainly).
  • the intercooler pipe for automobiles having the low vibration characteristic of the present invention may effectively prevent the vibration of the throttle body from being transmitted to the side members of the intercooler and the vehicle body through the intercooler pipe.
  • the mass and varying the rigidity by varying the material of the pipe, it is characterized by the configuration of reducing the vibration transmitted through the intercooler pipe by increasing the amount of impedance change of the interclocker pipe to reflect the traveling wave of vibration.
  • Automotive intercooler pipe having a low vibration characteristic of the present invention having the configuration as described above is formed by different thicknesses and materials between the upper and lower folds and the middle portion, the transfer from the throttle body according to the effect of mass impedance and rigid impedance Vibration is attenuated, resulting in an excellent effect of reducing vehicle noise and vibration.
  • the intercooler pipe rotates (slips) according to the behavior of the engine, thereby transmitting vibrations generated in the engine and suppressing noise generated by the intercooler pipe in the conventional structure.
  • a cutoff portion is formed to further adjust flexibility in a specific direction to block the contact between the intercooler pipe and the peripheral parts, and the cutoff portion is disposed along the first and second rows spaced apart from each other, such that the front and rear directions as well as the left and right directions are vertically disposed. It has the advantage of allowing the rotation of the intercooler pipe to more effectively dampen the vibration occurring in the direction.
  • the intercooler pipe of the present invention adjusts the characteristics of the reflected wave with respect to the traveling wave by varying the material and / or length of the intermediate part by applying the mass and stiffness mismatch structure as described above, according to the vehicle model to which the present invention intercooler pipe is applied.
  • the effect of tuning to reduce vibration and noise in a specific frequency region has been obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional intercooler pipe
  • FIG. 2 is a partial cutaway perspective view of the present invention intercooler pipe
  • FIG. 3 is a side view of the upper side of the present invention intercooler pipe
  • Figure 4 is an enlarged partial cutaway perspective view of the main part of the present invention intercooler pipe
  • 6 and 7 are graphs of the noise level according to the engine speed of the present invention intercooler pipe
  • FIG. 8 is a view illustrating a state in which a throttle body and the throttle body and the intercooler pipe are coupled through a connector according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a portion in which the throttle body and the intercooler pipe are coupled to each other in FIG. 8.
  • the reason why the plastic intercooler pipe is vulnerable to vibration and noise is that the vibration transmitted from the engine is transmitted to the intercooler through the intercooler pipe and the vibration transmitted to the intercooler vibrates the side members of the vehicle body. This causes vibration and noise in the room. This phenomenon causes the traveling wave of the vibration transmitted from the engine to pass through the medium (pipe) with little loss of traveling wave to the pipe medium made of the same material so that the vibration is hardly attenuated. Because it becomes.
  • the present inventors form the inlet and outlet portions of the pipe with different kinds of synthetic resin materials, respectively, rather than forming the entire pipe with the same material, and further, the thicknesses of the inlet and outlet portions and the middle portion are mutually different.
  • the structure of the intercooler pipe of different concept was conceived.
  • the intercooler pipe of the present invention originated from the above concept is that when the traveling wave of the vibration transmitted from the engine enters the middle part from the inlet part, the medium is different from the medium by passing the medium and the medium part of the inlet part having different materials and thicknesses. As the reflected wave with respect to the traveling wave of the vibration is formed, the traveling wave component of the vibration due to the superposition of the traveling wave and the reflected wave disappears and the vibration is attenuated.
  • the traveling wave of the vibration passes through the outlet portion from the middle portion, the reflected wave is formed to the traveling wave of the vibration due to the difference of the medium by passing through the medium of the middle portion and the outlet portion of the material having different thicknesses.
  • the traveling wave component of the vibration due to mutual overlap of the reflected waves disappears, the vibration is further attenuated, and the traveling wave component of the vibration disappears over at least two times, so that the vibration is also attenuated.
  • Figure 2 is a partially cutaway perspective view of the present invention intercooler pipe
  • Figure 3 is an upper side side view of the present invention intercooler pipe
  • Figure 4 is an enlarged partial cutaway perspective view of the main portion of the present invention intercooler pipe.
  • the thickness and the material of the intercooler pipe for each section of the pipe is characterized by a configuration that is formed differently.
  • the intercooler pipe 10 of the present invention has a rib from an inlet 14 of an intercooler pipe located above and a surface of a tubular body 11 extending in the direction of the inlet 14.
  • the upper wrinkle portion 30 forming the upper wrinkle body 12 protruding in a rib shape
  • the outlet 15 of the intercooler pipe located below
  • the surface of the tube body 11 extending in the direction of the outlet 15.
  • a lower wrinkle portion 31 that forms a lower wrinkle body 13 protruding in a rib shape from the pipe body 11 that is bent downward from the upper wrinkle part 30 and connected to the lower wrinkle part 31. It is comprised including the intermediate part 20 provided.
  • the upper corrugated body 12 and the lower corrugated body 13 is formed to protrude in a ring shape on the surface along the circumference of the intercooler pipe 10, but the protrusion height is different It has a cutout 16 formed (not having a lower or partially protruding height).
  • the flexibility of the intercooler pipe 10 is relatively lowered (relatively increased in rigidity) in the direction in which the cutout portion 16 is formed, thereby limiting warpage.
  • Formation of the break 16 as described above has the effect that the force required when the intercooler pipe 10 is bent in a specific direction and the force required when it is bent in a different direction.
  • the cutout portions 16 are arranged to form a straight line along the longitudinal direction of the intercooler pipe 10. As shown in FIG. 3, the slip of the intercooler pipe 10 is reduced. It may be arranged in a straight line deviated from each other so as to have a plurality of specific directions that are induced or the bending of the upper corrugated body 12 and the lower corrugated body 13 is induced.
  • the rows formed by the cutout portions 16 are arranged in the first row A and the second row B adjacent to each other along the longitudinal direction on the upper and lower corrugations 12 and 13.
  • the first row A and the second row B are formed at positions spaced apart from each other along the circumference of the upper and lower corrugations 12.
  • the rigidity of the intercooler pipe 10 may be further increased through the formation of the disconnection portion 16, but the flexibility may be increased in a direction in which vibration is mainly generated, thereby suppressing noise and vibration more efficiently.
  • first row A and the second row B on which the cutout portions 16 are disposed are disposed in the front-back direction and the vertical direction (or the left-right direction) (based on the vehicle body), respectively, and have different vibration frequencies. They can insulate them more efficiently and have an effect of inducing slip of the intercooler pipe 10.
  • the vibration is caused by the intercooler pipe made of a plastic material due to the impedance characteristic of the medium for transmitting the vibration.
  • the shape of the medium for transmitting vibration is constant or the material of the same medium is the same material, the amount of change in impedance is small, so the vibration is easily transmitted.
  • the amount of change in the impedance of the medium is linked to the amount of change in the mass, stiffness and damping of the medium.
  • the intercooler pipe of the present invention proposes a mass impedance mismatch structure that changes the thickness of a tube for each section.
  • the thickness d1 of the tubular body 11 of the middle portion 20 is the thickness d2 and the bottom wrinkle portion 31 of the upper wrinkled body 12 of the upper wrinkled part 30. It is formed to be thicker than the thickness (d3) of the lower corrugated body 13 of the mass of the middle portion 20 is formed to be heavier than the mass of the upper wrinkle portion 30 and the lower wrinkle portion (31).
  • the masses of the upper wrinkle portion 30 and the lower wrinkle portion 31 are varied so that the mass between the upper wrinkle portion 30 and the middle portion 20 and between the middle portion 20 and the lower wrinkle portion 31, respectively. Impedance mismatch occurs, which causes the traveling wave between the excitation point and the receiving point to be reflected to reduce the vibration transmitted through the intercooler pipe.
  • the thicknesses d2 and d3 of the upper and lower corrugations 12 and 13 are formed to be 1.3 mm, respectively, and the thickness d1 of the tubular body 11 of the intermediate part 20 is formed. ) was formed to 5 mm.
  • the intercooler pipe of the present invention uses a rigid impedance mismatch structure using materials having different stiffnesses for each section of the pipe, and a heterogeneous large difference in storage modulus for each section of the pipe.
  • the upper wrinkle portion 30 and the lower wrinkle portion 31 using a synthetic resin material of a soft material, the middle portion 20 by using a synthetic resin of a hard material, the upper wrinkle portion 30 and the middle portion
  • the difference in storage ratio between the 20 and between the middle portion 20 and the lower wrinkled portion 31 is given so that a rigid impedance mismatch effect occurs.
  • the upper wrinkle portion 30 and the lower wrinkle portion 31 is made of a polyester-based (PET) synthetic resin of a soft material
  • the middle portion 20 is a poly material of a hard material
  • Butylene terephthalate (PBT) synthetic resin was used, and more specifically, the soft material employed in the upper wrinkle portion 30 and the lower wrinkle portion 31 is a dicarboxylate-Diol polymer
  • a thermoplastic polyester elastomer (TPC-ET) resin made of a Glycol polymer
  • the hard material employed in the intermediate portion 20 is polybutylene terephthalate (PBT).
  • a thermoplastic polyester resin was used.
  • the intercooler pipe of the present invention by varying the material and / or length of the intermediate portion 20 by applying a mass and stiffness mismatch structure as described above, by adjusting the characteristics of the reflected wave to the traveling wave, the intercooler pipe of the present invention According to the model to be applied to the effect that can perform tuning to reduce the vibration and noise in a specific frequency range.
  • Figure 5 is a graph of the vibration transmission loss according to the frequency of the intercooler pipe of the present invention
  • Figure 6 and Figure 7 is a graph of the noise level according to the engine speed of the intercooler pipe of the present invention.
  • the vibration transmission loss in the target frequency region A 200 to 450 Hz
  • the vibration transmission loss is more distributed in the region 200-450 Hz, which is the target frequency range A, than when the thickness d1 of the middle part 20 is 3 mm.
  • the large vibration transmission loss means that the vibration reduction is made larger.
  • a microphone was mounted at the driver's ear position and acceleration driving noise and idle noise evaluation were conducted.
  • the noise test results in idle when the booming frequency is shifted in the region of 100 Hz compared to the conventional intercooler pipe shown in FIG. 1. This phenomenon is explained by the shift of the resonant frequency due to the reduced weight compared to the existing intercooler pipe. In addition, the overall level of overall idle noise was tested to be equivalent to that of the conventional one.
  • the intercooler pipe of the present invention is connected to the connector (so that the intercooler pipe rotates (slips) according to the behavior of the engine to transmit the vibration generated by the engine and to suppress the noise generated by the intercooler pipe in the conventional structure) 40) can be added.
  • FIG. 8 is a view illustrating a state in which a throttle body and the throttle body and an intercooler pipe are coupled through a connector according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a portion in which the throttle body and the intercooler pipe are coupled in FIG. 8. to be.
  • a conventional throttle body 50 has a tubular connection port 51 to be connected to the intercooler pipe 10, the outer peripheral surface of the connection port 51 as shown in Figure 8 Protruding from the surface to a predetermined height along the one side is formed with an inclined surface and the other side has a locking jaw 52 formed in a flat vertical plane (that is, the cross-section is serrated).
  • the intercooler pipe 10 is connected to the connection port 51 in a state in which it is coupled with the connector 40.
  • the connector 40 has a stopper 41, a portion of which can protrude from the inner circumferential surface of the connector 40.
  • the stopper 41 is formed on the outer circumferential surface of the connection port 51. It is bitten by the protruding locking jaw 52 (the retraction is prevented when the stopper reaches the vertical plane through the inclined surface) and the fastening is performed.
  • stopper 41 of the present embodiment prevents the connector 40 from being separated, but the connector 40 coupled with the intercooler pipe 10 is not clamped so as to prevent rotation from the connection port 51. Slip between the intercooler pipe 10 and the throttle body 50 is allowed.
  • the same structure as the throttle body 50 has a connection port provided with a locking jaw in the intercooler, and the intercooler pipe 10 is coupled to the intercooler pipe 10 through the connector 40 of the present invention. Slip is also allowed between).
  • the connector 40 is equipped with a rubber seal (42) to shield between the connector 40 and the connection port 51 when the connection with the connection port 51.
  • the rubber chamber 42 may be mounted in another place (for example, a groove into which the stopper is fitted from the rear of the locking jaw in FIG. 9), but in the present invention, the rubber chamber 42 may be mounted in front of the locking jaw 52 (right in FIG. 9). At least one or more of the friction force between the rubber chamber 42 and the connector 40 or the friction force between the rubber chamber 42 and the connection port 51 is set small enough to allow the rotation of the connector 40. .
  • the frictional force may be determined by manufacturing the rubber chamber 42 with a material having a small coefficient of friction or adjusting the gap between the rubber chamber 42 and the connector 40 or the rubber chamber 42 and the connection port 51. have.
  • the intercooler pipe 10 of the present invention employing the connector 40 having the technical characteristics as described above can be more lighter than the conventional intercooler pipe and can reduce costs as well as reduce noise and vibration more efficiently. You can.

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Abstract

본 발명은 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 스로틀바디의 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러와 차체의 사이드 멤버로 전달되는 것을 방지하기 위하여, 인터쿨러 파이프의 두께와 재질을 파이프의 구간별로 각각 다르게 형성하는 구성을 특징으로 하는 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것이다.

Description

저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프
본 발명은 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 스로틀바디의 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러와 차체의 사이드 멤버로 전달되는 것을 효과적으로 방지하기 위하여, 인터쿨러 파이프의 두께를 달리하여 질량을 변화시키고 파이프의 재질을 달리하여 강성을 변화시킴에 의하여, 인터클러 파이프의 임피던스 변화량을 증대시켜 진동의 진행파를 반사시킴으로써 인터쿨러 파이프를 통하여 전달되는 진동을 감소시키는 구성을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프에 관한 것이다.
일반적으로, 차량외부에서 유입되는 공기는 터보장치를 거쳐 압축이 이뤄진 후 인터쿨러를 통해 냉각된 다음에 엔진으로 유입된다.
자동차용 인터쿨러 파이프(intercooler pipe)는 인터쿨러(intercooler)와 엔진의 스로틀바디(throttle body) 사이에 연결되는 파이프로서, 인터쿨러에서 냉각된 공기를 엔진의 스로틀바디로 이송하는 유로 기능을 수행한다.
도 1 에 종래 자동차용 인터쿨러 파이프의 구조를 도시하였다.
종래 자동차용 인터쿨러 파이프는 알루미늄 재질의 관체(1)의 입구상에 입구측 고무관(2)을 설치하고, 관체(1)의 출구상에도 출구측 고무관(3)을 설치하고, 상기 고무관들(2,3)을 클램프(4)로 고정시킨 구성이다.
그러나, 상기와 같은 종래 자동차용 인터쿨러 파이프는 알루미늄 재질의 관체와 고무관을 사용하기 때문에 원가가 상승되고 중량이 증가되는 단점을 가진다.
그러므로, 원가 절감 및 중량 감소를 위하여 종래에 열가소성 에테르에스테르탄성중합체(TEEE)를 이용하여 인터쿨러 파이프 전체를 플라스틱 재질로 형성한 인터쿨러 파이프가 소개된 바 있다.
그러나, 상기 플라스틱 재질의 인터쿨러 파이프는 도 1 에 도시된 종래 인터쿨러 파이프와 비교하여 진동과 소음이 악화되어 자동차에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.
한편, 승용차량에 있어 차종에 따라 동력전달장치(파워트레인)의 구조와 배치는 상이하게 이뤄지나, 동력전달장치 중 엔진과 트랜스미션을 차체에 지지하는 방식은 크게 (파워트레인과 차체의 주요연결 지점이 네 개소에 구성되는) 4점마운팅 방식과 (파워트레인과 차체의 주요연결 지점이 세 개소에 구성되는) 3점마운팅 방식이 주로 적용되고 있다.
이 중, 주로 중소형차량에 널리 사용되며 적용분야가 점차 확대되고 있는 3점마운팅 방식은 4점마운팅 방식 대비 엔진의 롤링(rolling)이 상대적으로 더 크게 발생한다. 이에 따라, 3점마운팅이 적용된 차량에서는 인터쿨러파이프를 통해 전달되는 소음 및 진동이 더 크게 발생될 수 있는 문제가 있었고 이에 대한 해결책이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 파이프 전체가 플라스틱 재질로 이루어지면서도 진동 및 소음 성능이 종래 인터쿨러 파이프 대비 동일한 수준이거나 더 양호한 수준을 달성할 수 있는 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.
또한, 진동 전달의 억제 및 소음 발생을 감소시키기 위하여 엔진의 거동에 따라 연결부위의 슬립(slip)이 허용되며 특정방향들(스로틀바디가 주로 진동하는 방향들)으로의 유연성을 확보할 수 있는 인터쿨러파이프의 장착구조를 제공하는 것에도 기술적 과제가 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프는, 스로틀바디의 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러와 차체의 사이드 멤버로 전달되는 것을 효과적으로 방지하기 위하여, 인터쿨러 파이프의 두께를 달리하여 질량을 변화시키고 파이프의 재질을 달리하여 강성을 변화시킴에 의하여, 인터클러 파이프의 임피던스 변화량을 증대시켜 진동의 진행파를 반사시킴으로써 인터쿨러 파이프를 통하여 전달되는 진동을 감소시키는 구성을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프는 상부주름부 및 하부주름부와 중간부 사이의 두께 및 재질을 상이하게 형성함으로써 질량 임피던스 및 강성 임피던스 효과에 따른 스로틀바디로부터의 전달 진동이 감쇄되어 자동차의 소음 및 진동을 감소시키는 탁월한 효과를 발현한다.
또한, 엔진의 거동에 따라 인터쿨러파이프가 회전하여(슬립하여) 엔진에서 생성된 진동의 전달 및 종래의 구조에서 인터쿨러파이프가 비틀림에 따라 발생하던 소음을 억제시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 특정방향의 유연성을 추가적으로 조절하도록 단절부가 형성되어 인터쿨러파이프와 주변부품의 접촉을 차단할 수 있으며 상기 단절부는 서로 이격된 제1열과 제2열을 따라 배치됨으로써, 전후방향은 물론 좌우방향이나 상하방향으로 발생하는 진동을 더 효율적으로 감쇠시키기 위해서 인터쿨러파이프의 회전을 허용하는 장점을 가지게 되었다.
또한, 본원발명의 인터쿨러 파이프는 상술한 바와 같은 질량 및 강성 불일치 구조를 적용함으로써 중간부의 재질 및/또는 길이를 달리하여 진행파에 대한 반사파의 특성을 조절함으로써, 본 발명 인터쿨러파이프가 적용되는 차종에 따라서 특정주파수 영역의 진동 및 소음을 저감시키기 위한 튜닝을 수행할 수 있는 효과를 얻게 되었다.
도 1 은 종래 인터쿨러 파이프의 사시도,
도 2 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 일부절개사시도,
도 3 은 본 발명 인터쿨러 파이프의 상부측 측면도,
도 4 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 주요부 확대 일부절개사시도,
도 5 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 주파수에 따른 진동전달손실도의 그래프,
도 6 및 도 7 은 본 발명 인터쿨러 파이프의 엔진회전수에 따른 소음레벨의 그래프,
도 8 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스로틀바디 및 상기 스로틀바디와 인터쿨러파이프가 커넥터를 통하여 결합된 모습을 도시한 도면,
도 9 는 도 8 에서 상기 스로틀바디와 인터쿨러파이프가 결합된 부분의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 종래 인터쿨러 파이프
2; 입구측 고무관
3; 출구측 고무관
4; 클램프
10; 본 발명 인터쿨러 파이프
11; 관체
12; 상부 주름체
13; 하부 주름체
14; 입구
15; 출구
16; 단절부
20; 중간부
30; 상부 주름부
31; 하부 주름부
40; 커넥터
41; 스토퍼
42; 러버실
50; 스로틀바디
51; 연결포트
52; 걸림턱
d1; 중간부 관체두께
d2; 주름부 관체두께
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 저진동 특성을 가지는 자동차용 인터쿨러 파이프의 구성을 상세하게 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
종래기술에서 상술한 바와 같이, 플라스틱 재질의 인터쿨러 파이프가 진동 및 소음에 취약한 이유는 엔진에서 전달되는 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러에 전달되고 인터쿨러로 전달된 진동은 차체의 사이드 멤버를 진동시켜 자동차의 실내에 진동과 소음을 야기시키기 때문인데, 이러한 현상은 엔진으로부터 전해지는 진동의 진행파가 동일 재질로 이루어진 파이프 매질에 대하여 진행파의 손실이 거의 없이 매질(파이프)을 통과함으로써 그 진동도 거의 감쇄되지 않게 되기 때문이다.
따라서, 본 발명자는 파이프 전체를 동일한 재질로 형성하는 것보다는, 파이프의 입출구 부분과 중간부 부분을 각각 다른 이종(異種)의 합성수지재로 형성하고, 나아가, 입출구 부분과 중간부 부분의 두께를 상호 달리하는 개념의 인터쿨러파이프의 구조를 착안하였다.
상기와 같은 개념으로부터 비롯된 본원발명의 인터쿨러파이프는 엔진으로부터 전달되는 진동의 진행파가 입구 부분으로부터 중간부를 진입할 경우, 재질과 두께가 상이한 입구 부분의 매질과 중간부의 매질을 통과함으로써 매질의 상이함으로 인하여 진동의 진행파에 대한 반사파가 형성되면서 진행파와 반사파의 상호 중첩에 의한 진동의 진행파 성분이 소멸되어 진동이 감쇄된다.
나아가, 진동의 진행파가 중간부 부분으로부터 출구 부분을 통과할 경우, 재질과 두께가 상이한 중간 부분의 매질과 출구 부분의 매질을 통과함으로써 매질의 상이함으로 인하여 진동의 진행파에 대한 반사파가 형성되면서 진행파와 반사파의 상호 중첩에 의한 진동의 진행파 성분이 소멸되어 진동이 또 한번 감쇄되어 적어도 두 번에 걸쳐서 진동의 진행파 성분이 소멸되면서 진동도 함께 감쇄됨으로써, 종래기술과 대비하여 진동 감쇄 측면에서 동등하거나 오히려 특정 구간에서 더 향상된 효과를 발현함을 확인함으로써 본원의 인터쿨러파이프가 실차에 효과적으로 적용될 수 있음을 입증하여 본원 발명에 이르게 되었다.
이에, 상술한 바와 같은 본원의 진동 감쇄를 일으키는 구조를 본원발명의 상세한 설명에서는 각각 상이한 두께로 이루어진 질량 임피던스 불일치 구조 및 각각 상이한 이종 재질로 이루어진 강성 임피던스 불일치 구조라 명명하며, 이하, 본원발명의 인터쿨러 파이프의 구체적 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 2 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 일부절개 사시도이고, 도 3 은 본 발명 인터쿨러 파이프의 상부측 측면도, 도 4 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 주요부 확대 일부절개사시도이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 자동차용 인터쿨러 파이프(10)는 스로틀바디의 진동이 인터쿨러 파이프를 통하여 인터쿨러와 차체의 사이드 멤버로 전달되는 것을 방지하기 위하여, 인터쿨러 파이프의 두께와 재질을 파이프의 구간별로 각각 다르게 형성하는 구성을 특징으로 하고 있다.
도 2 의 일부절개 사시도에 도시된 바와 같이, 본 발명 인터쿨러 파이프(10)는 상부에 위치한 인터쿨러 파이프의 입구(14)와, 상기 입구(14) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브(rib) 형상으로 돌출된 상부주름체(12)를 형성한 상부주름부(30)와, 하부에 위치한 인터쿨러 파이프의 출구(15)와, 상기 출구(15) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브 형상으로 돌출된 하부주름체(13)를 형성한 하부주름부(31)와, 상기 상부주름부(30)로부터 하방으로 절곡되어 상기 하부주름부(31)로 연결되는 관체(11)를 구비한 중간부(20)를 포함하여 구성된다.
또한, 도 3 의 측면도에 도시된 바와 같이, 상기 상부주름체(12)와 하부주름체(13)는 인터쿨러파이프(10)의 둘레를 따라 표면에서 링 모양으로 돌출되도록 형성되되 돌출 높이가 상이하게 형성된(돌출높이가 더 낮거나 부분적으로 돌출되지 않은) 단절부(16)를 갖는다.
상기 단절부(16)의 형성에 따라 단절부(16)가 형성된 방향에서는 인터쿨러파이프(10)의 유연성이 상대적으로 저하되어(상대적으로 강성이 증가되어) 휘어짐이 제한된다.
상기와 같은 단절부(16)의 형성은 인터쿨러파이프(10)가 특정 방향으로의 휘어질 때 요구되는 힘과 다른 방향으로 휘어질 때 요구되는 힘이 다르게 나타나게 하는 효과를 가진다.
즉, 본 발명의 실시예에서 상기 단절부들(16)은 인터쿨러파이프(10)의 길이방향을 따라 직선형태의 열을 이루도록 배치되되, 도 3 에 도시된 바와 같이, 인터쿨러파이프(10)의 슬립이 유도되거나 상기 상부주름체(12)와 하부주름체(13)의 휘어짐이 유도되는 다수 개의 특정 방향을 갖도록 서로 어긋난 직선형태로 배치될 수 있다.
즉, 상기 단절부들(16)이 구성하는 열은 상기 상부주름체(12)와 하부주름체(13) 상에서 길이방향을 따라 이웃하게 배치되는 제1열(A)과 제2열(B)로 구성되며, 상기 제1열(A)과 제2열(B)은 상기 상부주름체(12)와 하부주름체(13)의 둘레를 따라 서로 이격된 위치에서 형성된다.
상기와 같이 이격된 위치에 형성되는 각 단절부들(16)에 의하여 특정방향에 따라 유연성 및 강성을 조절할 수 있다. 따라서, 단절부(16)의 형성을 통해 인터쿨러파이프(10)의 강성은 더 증가시키되 진동이 주로 발생하는 방향으로 유연성은 증가시켜 소음 및 진동을 더 효율적으로 억제시킬 수 있다.
아울러, 상기 단절부(16)가 배치되는 제1열(A)과 제2열(B)은 (차체를 기준으로) 전후 방향 및 상하 방향(또는 좌우방향) 각각에 배치되어 다른 특성의 진동주파수들을 더 효율적으로 절연시킬 수 있으며 인터쿨러파이프(10)의 슬립을 유도할 수 있는 효과가 있다.
이하, 상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 인터쿨러 파이프의 작동을 도 4 의 확대 일부절개사시도를 참조하여 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 플라스틱 재질로 이루어진 인터쿨러 파이프에 의하여 진동이 유발되는 원인은 진동을 전달하는 매개체의 임피던스(impedance) 특성에 기인한다. 즉, 진동을 전달하는 매개체의 형상이 일정하거나 매개체의 재질이 동일한 재질이라면 임피던스의 변화량이 적어서 진동이 쉽게 전달되는 특성을 가진다.
이때, 매개체의 임피던스의 변화량은 매개체의 질량, 강성(stiffness) 및 댐핑(damping)의 변화량과 연동한다.
즉, 매개체에서 진동이 가해지는 지점인 가진점과 진동을 받는 지점인 수진점 사이에 질량, 강성 및 댐핑 변화량이 클수록 매개체의 가진점과 수진점 사이의 임피던스의 변화량이 증가하여 가진점과 수진점 사이의 임피던스의 불일치 현상이 발생하고, 임피던스의 불일치가 크면 클수록 진동의 진행파가 반사되어 매개체를 통하여 전달되는 진동이 감소되는 것이다.
바로 이러한 임피던스 불일치의 특성을 본 발명 인터쿨러 파이프에 적용하기 위하여, 본 발명의 인터쿨러 파이프는 관체의 두께를 구간별로 변화시키는 질량 임피던스 불일치 구조를 제안한다.
즉, 도 4 에 도시된 바와 같이, 중간부(20)의 관체(11) 두께(d1)를 상부주름부(30)의 상부주름체(12)의 두께(d2) 및 하부주름부(31)의 하부주름체(13)의 두께(d3)보다 더 두껍게 형성하여 중간부(20)의 질량을 상부주름부(30) 및 하부주름부(31)의 질량보다 더 무겁게 형성한 것이다.
그러므로, 상부주름부(30) 및 하부주름부(31)의 질량이 변동되어 상부주름부(30)와 중간부(20) 사이 및 중간부(20)과 하부주름부(31) 사이의 각각 질량 임피던스의 불일치가 발생되어 가진점과 수진점 사이의 진행파가 반사되어 인터쿨러 파이프를 통하여 전달되는 진동이 감소된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 상부주름체(12) 및 하부주름체(13)의 두께(d2,d3)는 각각 1.3 mm 로 형성하고, 상기 중간부(20)의 관체(11)의 두께(d1)을 5 mm 로 형성하였다.
나아가, 본 발명의 인터쿨러 파이프는 임피던스 불일치 효과를 보다 증대시키기 위하여 파이프의 구간별로 강성이 다른 재질을 사용하여 강성 임피던스 불일치 구조를 적용하였으며, 파이프의 구간별로 저장율(storage modulus)의 차이가 큰 이종(異種)의 합성수지 재질을 채용하였다.
즉, 상기 상부주름부(30) 및 상기 하부주름부(31)는 연질 소재의 합성수지재를 이용하고, 상기 중간부(20)는 경질 소재인 합성수지를 사용함으로써 상부주름부(30)와 중간부(20) 사이 및 중간부(20)와 하부주름부(31) 사이의 저장율의 차이를 부여하여 강성 임피던스 불일치 효과가 발생하도록 한 것이다.
본 발명의 실시예에서는 상기 상부주름부(30) 및 상기 하부주름부(31)는 연질의 소재인 폴리에스테르계(PET)의 합성수지를 사용하고, 상기 중간부(20)는 경질의 소재인 폴리부틸렌 테레프탈레이트계(PBT)의 합성수지를 사용하였으며, 보다 구체적으로는 상기 상부주름부(30)와 하부주름부(31)에 채용된 연질 재료는 디카르복실레이트-디올(Dicarboxylate-Diol) 중합체와 클리콜(Glycol)중합체로 이루어진 열가소성 폴리에스터 엘라스토머(Thermoplastic polyester elastomer, TPC-ET) 합성수지를 사용하였고, 상기 중간부(20)에 채용된 경질재료는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT)인 서모플라스틱폴리에스터(Thermoplastic polyester) 합성수지를 사용하였다.
이때, 상기 상부주름부(30) 및 하부주름부(31)의 소재인 폴리에스테르계 합성수지와 중간부(20)의 소재인 폴리부틸렌 테레프탈레이트계(PBT)의 합성수지의 저장율의 8 배로서, 본 발명 인터쿨러 파이프의 강성 임피던스 불일치가 효과적으로 발생될 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 상부주름부(30)와 하부주름부(31) 및 중간부(20) 사이의 두께 및 재질을 상이하게 형성하기 위하여 3D 블로우 몰딩(3D blow molding) 공법을 적용하여 이종의 재료를 인터쿨러 파이프의 길이방향에 따라서 상부주름부(30)의 연질 부분과, 중간부(20)의 경질 부분과, 하부주름부(31)의 연질 부분으로 동시에 가공하는 동시가공법(Sequential Coextrusion, SeCo)을 사용하였다.
한편, 본원발명의 인터쿨러 파이프는 상술한 바와 같은 질량 및 강성 불일치 구조를 적용함으로 인하여, 중간부(20)의 재질 및/또는 길이를 달리하여 진행파에 대한 반사파의 특성을 조절함으로써, 본 발명 인터쿨러파이프가 적용되는 차종에 따라서 특정주파수 영역의 진동 및 소음을 저감시키기 위한 튜닝을 수행할 수 있는 효과를 얻게 되었다.
상기와 같이 구성되는 본 발명 인터쿨러 파이프의 진동 저감 성능을 시험하기 위하여 도 5 의 그래프와 같은 진동전달손실도 및 도 6 및 도 7 의 그래프와 같은 소음레벨을 시험하였다.
도 5 는 본 발명 인터쿨러 파이프의 주파수에 따른 진동전달손실도의 그래프, 도 6 및 도 7 은 본 발명 인터쿨러 파이프의 엔진회전수에 따른 소음레벨의 그래프이다.
먼저, 본 발명 인터쿨러 파이프의 가진점인 스로틀바디로부터 수진점인 인터쿨러 사이의 진동전달손실도를 시험하였다.
시험결과, 중간부(20)의 두께(d1)가 3mm 일 경우 목표주파수영역(A)인 200~450Hz 영역에서 진동전달손실도가 도 1 에 도시된 종래 인터쿨러 파이프 대비하여 더 크게 분포하며, 중간부(20)의 두께(d1)가 5mm 일 경우 목표주파수영역(A)인 200~450Hz 영역에서 진동전달손실도가 중간부(20)의 두께(d1)가 3mm 일 경우보다 더 크게 분포되는 것으로 시험되어 자동차 주행시의 진동 및 소음을 감소시키는 효과가 충분하게 구현됨을 확인하였다. 여기서, 진동전달손실도가 크다는 것은 진동 감소가 더 크게 이루어짐을 의미한다.
또한, 진동 저하에 기인한 소음 감소 효과를 시험하기 위하여 운전자의 귀 위치에 마이크로폰을 장착하고 가속주행소음 및 아이들소음 평가를 진행하였다.
그 결과, 도 6 에 도시된 바와 같이, 가속시의 주행소음 시험 결과 도 1 에 도시된 종래의 인터쿨러 파이프와 비교하여 전반적으로 상호 동등한 소음 수준을 나타내는 것으로 시험되었으며, 특히, 주파수 200Hz 이상 영역에서는 소음이 종래의 인터쿨러 파이프와 대비하여 감소된 효과를 나타내고 있다.
또한, 도 7 에 도시된 바와 같이, 아이들(idle)시의 소음 시험 결과 도 1 에 도시된 종래의 인터쿨러 파이프와 비교하여 100Hz 영역에서의 부밍 주파수의 이동현상이 나타나고 있다. 이 현상은 기존의 인터쿨러 파이프 대비 중량이 감소하여 공진주파수가 이동한 것으로 설명된다. 또한, 전체적인 아이들 소음의 오버롤(Overall) 레벨은 종래의 그것과 동등한 수준을 나타내고 있는 것으로 시험되었다.
한편, 본 발명의 인터쿨러 파이프는 엔진의 거동에 따라 인터쿨러파이프가 회전하여(슬립하여) 엔진에서 생성된 진동의 전달 및 종래의 구조에서 인터쿨러파이프가 비틀림에 따라 발생하던 소음을 억제시킬 수 있도록 커넥터(40)를 추가하여 구성할 수 있다.
도 8 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스로틀바디 및 상기 스로틀바디와 인터쿨러파이프가 커넥터를 통하여 결합된 모습을 도시한 도면, 도 9 는 도 8 에서 상기 스로틀바디와 인터쿨러파이프가 결합된 부분의 단면도이다.
도면을 참조하면, 통상적인 스로틀바디(50)는 인터쿨러파이프(10)와 연결되도록 관 모양의 연결포트(51)를 가지되, 상기 연결포트(51)의 외주면에는 도 8 에 도시된 바와 같이 둘레를 따라 표면에서 소정의 높이로 돌출되며 일측은 경사면으로 형성되고 타측은 평탄한 수직면으로 형성된(즉, 단면이 톱니모양으로 형성된) 걸림턱(52)을 가진다.
상기 인터쿨러파이프(10)는 커넥터(40)와 결합된 상태로 연결포트(51)로 연결된다. 상기 커넥터(40)는 일부분이 커넥터(40)의 내주면에서 돌출될 수 있는 스토퍼(41)를 가진다.
즉, 인터쿨러파이프(10)의 일측 끝단에 고정결합된 커넥터(40)의 내측으로 스로틀바디(50)의 연결포트(51)가 진입되면, 상기 스토퍼(41)가 연결포트(51)의 외주면에서 돌출된 걸림턱(52)에 물려져(스토퍼가 경사면을 지나 수직면에 도달하면 후퇴가 방지되어) 체결이 이뤄진다.
그리고, 본 발명 실시예의 상기 스토퍼(41)는 커넥터(40)의 이탈을 방지하되 인터쿨러파이프(10)와 결합된 커넥터(40)가 연결포트(51)에서 회전이 억제될 만큼 죄여지지는 않으므로 상기 인터쿨러파이프(10)와 스로틀바디(50) 사이의 슬립은 허용되게 된다.
참고로, 미도시되었으나 스로틀바디(50)와 동일한 구조로써 인터쿨러에도 걸림턱이 구비된 연결포트를 가지며 본 발명의 커넥터(40)를 통하여 인터쿨러파이프(10)와 결합이 이뤄져 인터쿨러와 인터쿨러파이프(10) 사이에서도 슬립이 허용된다.
아울러, 상기 커넥터(40)에는 연결포트(51)와의 체결시 커넥터(40)와 연결포트(51) 사이를 차폐시키는 러버실(rubber seal)(42)이 장착된다. 상기 러버실(42)은 다른 곳(가령, 도 9 에서 걸림턱 뒷쪽에서 스토퍼가 끼워지는 홈)의 장착돼도 무방하나 본 발명에서는 걸림턱(52)의 앞쪽(도 9 에서 오른쪽)에 위치하도록 장착되며, 러버실(42)과 커넥터(40) 사이의 마찰력이나 러버실(42)과 연결포트(51) 사이의 마찰력중 적어도 어느 하나 이상은 상기 커넥터(40)의 회전이 허용될 만큼 작게 정해진다.
상기의 마찰력은 마찰계수가 작은 재질로 러버실(42)을 제조하거나 상기 러버실(42)과 커넥터(40) 또는 러버실(42)과 연결포트(51) 사이의 간극을 조절함으로서 정해질 수 있다.
상기와 같은 기술적 특징을 가지는 커넥터(40)를 채용하는 본 발명의 인터쿨러파이프(10)는 종래 인터쿨러파이프와 대비하여 더욱 경량화될 수 있고 원가를 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 소음 및 진동을 더욱 효율적으로 감소시킬 수 있다.
이상의 설명에서 본 발명의 자동차용 인터쿨러 파이프의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 자동차의 인터쿨러 파이프에 있어서,
    상부에 위치한 인터쿨러 파이프의 입구(14)와, 상기 입구(14) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브 형상으로 돌출된 상부주름체(12)를 형성한 상부주름부(30)와, 하부에 위치한 인터쿨러 파이프의 출구(15)와, 상기 출구(15) 방향으로 연장된 관체(11)의 표면으로부터 리브 형상으로 돌출된 하부주름체(13)를 형성한 하부주름부(31)와, 상기 상부주름부(30)로부터 하방으로 절곡되어 상기 하부주름부(31)로 연결되는 관체(11)를 구비한 중간부(20)를 포함하여 구성되고,
    상기 중간부(20)의 관체(11) 두께(d1)를 상부주름부(30)의 상부주름체(12)의 두께(d2) 및 하부주름부(31)의 하부주름체(13)의 두께(d3)보다 더 크게 형성하고,
    상기 상부주름체(12)와 상기 하부주름체(13)에는 주름의 돌출 높이가 상이하게 형성된 단절부(16)가 각각 형성되는 구성을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부주름부(30) 및 상기 하부주름부(31)는 연질 소재의 합성수지재로 이루어지고,
    상기 중간부(20)는 경질 소재의 합성수지재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부주름부(30) 및 상기 하부주름부(31)는 폴리에스테르계(PET) 합성수지이고,
    상기 중간부(20)는 폴리부틸렌 테레프탈레이트계(PBT)의 합성수지인 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부주름부(30)와 하부주름부(31)의 연질 소재의 합성수지는 디카르복실레이트-디올(Dicarboxylate-Diol) 중합체와 클리콜(Glycol)중합체로 이루어진 열가소성 폴리에스터 엘라스토머(Thermoplastic polyester elastomer, TPC-ET) 합성수지인 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 중간부(20)에 채용된 경질 소재의 합성수지는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene terephthalate, PBT)인 서모플라스틱폴리에스터(Thermoplastic polyester) 합성수지인 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 인터쿨러파이프가 특정 방향으로의 휘어질 때 요구되는 힘과 다른 방향으로 휘어질 때 요구되는 힘이 다르게 나타나도록 상기 단절부(16)가 인터쿨러파이프의 길이방향을 따라 직선형태의 열을 이루도록 배치되는 구성을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단절부(16)들이 구성하는 열은 상기 상부주름체(12)와 상기 하부주름체(13) 상에서 길이방향을 따라 이웃하게 배치되는 적어도 두 개 이상의 열들로 구성되되, 각각의 열들은 상기 상부주름체(12)와 상기 하부주름체(13)의 둘레를 따라 서로 이격된 위치에서 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  8. 제 1 항에 있어서,
    내주면에서 돌출되는 스토퍼(41)를 가지며 상기 인터쿨러파이프의 끝단에 결합되어 상기 인터쿨러파이프를 스로틀바디(50)의 연결포트(51)로 체결시키는 커넥터(40)를 구비하고,
    상기 커넥터(40)가 상기 연결포트(51)가 내측으로 진입되면 상기 스토퍼(41)가 연결포트(51)의 외주면에서 돌출된 걸림턱(52)에 물려져 체결이 이뤄지되, 상기 커넥터(40)는 연결포트(51)에서 인터쿨러파이프의 회전을 허용하는 작동을 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 커넥터(40)에 연결포트(51)와의 체결시 커넥터(40)와 연결포트(51) 사이를 차폐시키는 러버실(42)이 장착되되,
    상기 러버실(42)과 상기 커넥터(40) 사이의 마찰력 또는 상기 러버실(42)과 상기 연결포트(51) 사이의 마찰력 중 적어도 어느 하나 이상은 상기 커넥터(40)의 회전이 허용될 만큼 작게 정해지는 것을 특징으로 하는 자동차의 인터쿨러 파이프.
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