WO2022211178A1 - 압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스 및 자바라 설계방법 - Google Patents

압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스 및 자바라 설계방법 Download PDF

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bellows
hose
air cleaner
angle
pressure loss
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정재영
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정재영
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/02—Air cleaners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
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    • F02M35/12—Intake silencers ; Sound modulation, transmission or amplification

Definitions

  • the present invention relates to a hose for an air cleaner having a bellows structure, and specifically, the inner side of the bellows according to the engine arrangement structure according to the vehicle model, the movement (vibration) of the engine, and/or the flow of fluid (gas) flowing through the inside.
  • Forming an inner surface with an optimized shape for the acid formed in It relates to a hose for an air cleaner and a bellows design method having a bellows structure that can prevent the pressure loss of the hose and prevent the backflow of the fluid by reducing the
  • a hose is fixedly installed between an automobile engine and an air cleaner so that air from which foreign substances such as dust has been removed from the air cleaner is supplied to the automobile engine.
  • This hose connects between the engine and the air cleaner, and has a function of absorbing the movement of the engine.
  • a bellows structure is essential to absorb engine movement, but there is a problem in that pressure loss in the air hose increases due to vortex generation in the bellows part.
  • FIG. 1 is an enlarged view showing a part of a bellows part in a general air cleaner hose.
  • the hose 10 has a bellows part 11 having a bellows shape in the middle in order to absorb vibrations generated from the engine and suppress the vibrations from being transmitted to the air cleaner.
  • straight pipe portions 12 having a constant cross-sectional area and fixedly coupled to the engine and the air cleaner are formed on the left and right sides of the bellows portion 11 .
  • the bellows part 11 is essentially formed between the engine and the straight pipe part 12 connected to the air cleaner, and when vibration occurs in the engine, the bellows part 11 is compressed and stretched in the engine. It blocks the transmitted vibration to the car body or air cleaner.
  • the bellows 11 of the hose 10 is easily deformed, so that the fluid passing through the inside of the hose 10, that is, air is the bellows 11 ) easily introduced into the gap (refer to 'A') to generate a vortex, thereby increasing the pressure loss of the hose 10, and there was a difficulty in smoothly supplying air to the engine.
  • the vortex is increased in the gap between the mountain and the valley of the bellows 11 due to the increase in the flow rate due to the high-speed rotation of the turbocharger. It generates airflow noise that causes cabin noise.
  • the present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, and prevents the vortex from being generated in the bellows area by inhibiting the fluid from flowing into the crevice formed by the mountains and valleys formed on the inside of the bellows area, and through this, the pressure of the hose It is an object of the present invention to provide a hose for an air cleaner and a bellows design method having a bellows structure for reducing a pressure loss capable of reducing noise while improving engine performance by reducing loss.
  • an air cleaner hose having a bellows part having a wrinkle shape in the middle in order to absorb vibration generated in an automobile engine and suppress the transmission of vibration to the air cleaner
  • the bellows part is made of a wrinkle shape in which a plurality of mountains and valleys are alternately formed on the outside and inside, respectively, and each of the mountains formed on the inside of the bellows part through which the fluid moves is a virtual connecting the ends of the mountains formed on the inside horizontally to each other. It provides a hose for an air cleaner having a bellows structure for reducing pressure loss, characterized in that it is formed to have an inner angle inclined downward in the flow direction of the fluid moving based on the horizontal line of the.
  • the angle of the inner surface of each of the mountains formed inside the bellows part is formed at an angle optimized for fluid flow, respectively, after calculating the deformation angle of the bellows part according to the movement of the vehicle engine or the arrangement structure of the vehicle engine according to the vehicle model It may be characterized in that it is determined according to the calculated deformation angle of the bellows part.
  • the angle of the inner surface of the mountain formed on the inside of the bellows part may be characterized in that it is determined from 0° to 25°.
  • each of the mountains formed inside the bellows part is formed between adjacent valleys, and may be characterized in that it is formed of an oblique line or a curved line, or a structure in which a curved line and an oblique line are mixed.
  • the present invention according to another aspect for achieving the above object is a method for designing a bellows for an air cleaner hose having a bellows part in the middle in order to absorb vibrations generated in an automobile engine and suppress the vibrations from being transmitted to the air cleaner.
  • analyzing the movement of the vehicle engine analyzing the movement of the vehicle engine; calculating a deformed shape of the bellows part of the air cleaner hose reflecting the movement of the vehicle engine by deforming the hose for the air cleaner according to the analyzed movement of the vehicle engine; calculating the shape of the inner mountain of the bellows optimized for fluid flow by observing the fluid flow through fluid analysis and experiments in the deformed shape of the bellows; and optimizing the angle of the inner surfaces of the inner mountains of the bellows part formed inside the hose for the air cleaner through which the fluid passes based on the calculated shape of the inner mountain of the bellows part.
  • the hose for an air cleaner according to the present invention in response to the arrangement structure according to the vehicle type, the movement of the engine and/or the flow of the fluid flowing therein, the slope optimized for the mountain part formed inside the bellows part By forming an inner surface with
  • the inner mountain of the bellows part is formed in an inner shape having a slope, so that the fluid (gas) has a structure in which it is difficult to backflow.
  • FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a portion of a bellows in a general air cleaner hose.
  • Figure 2 is a partial enlarged cross-sectional view of the bellows portion of the hose for an air cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a flowchart illustrating a method of optimizing the inner surface angle ( ⁇ B) of the bellows according to the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing an example of a deformed state of the bellows according to the present invention.
  • FIG 5 and 6 are views for comparing the hose for an air cleaner according to an embodiment of the present invention and a hose for an air cleaner according to the prior art.
  • FIG. 7 is a graph showing the pressure for each angle of the inner surface of the acid in the bellows structure of the hose for an air cleaner according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the flow velocity for each angle of the inner surface of the mountain in the bellows structure of the hose for an air cleaner according to an embodiment of the present invention before and after deformation.
  • FIG. 2 is a schematic view for explaining a hose for an air cleaner according to an embodiment of the present invention, and is an enlarged cross-sectional view of a part of the bellows in the hose.
  • the hose 20 for an air cleaner has a bellows part having a bellows shape in the middle in order to absorb vibrations generated in an automobile engine and prevent the vibrations from being transmitted to the air cleaner ( 21) and a straight pipe portion 22 having a constant cross-sectional area on both sides of the bellows 21 and fixedly coupled to the engine and the air cleaner, respectively.
  • the bellows 21 has a wrinkled shape formed by alternately repeating mountains (a1, a2) and valleys (b1, b2) on the outside and inside, respectively, as in the 'C' enlarged part shown in FIG. 2 .
  • the mountain (a1) formed on the outside of the bellows part 21 is made of an outwardly convex curved surface, and is formed at the same height as each other, and the valley (b1) formed on the outside of the bellows part 21 is a hose for an air cleaner (20) is made of a curved surface concave in the center direction, that is, the depth is formed to have the same depth as the mountain a1 formed on the outside of the bellows 21 .
  • the mountain (a2) formed on the inside of the bellows part 21 is formed to protrude in the central direction of the hose 20 for an air cleaner in a portion corresponding to the valley (b1) formed on the outside of the bellows part 21, and the inner surface (s) is made of a structure inclined at a certain angle in the direction of the fluid flow.
  • the valley b2 formed on the inside of the bellows 21 is made of a curved surface concave outwardly at a portion corresponding to the mountain a1 formed on the outside of the bellows 21 , and is formed to have the same depth.
  • the inner surface (s) of the mountain (a2) formed inside the bellows (21) is a surface facing the center of the air cleaner hose (20), and ends of the mountains (a2) formed on the inside of the bellows (21) It is formed to be inclined downward at a predetermined angle ⁇ B in the flow direction of the fluid based on an imaginary horizontal line H that is horizontally connected to each other. At this time, the angle ⁇ B is optimized by a method to be described later.
  • the mountains a2 formed on the inside of the bellows 21 have a structure in which each inner surface s is inclined downward in the flow direction of the fluid (left to right), an oblique line or a curved line, or a structure in which a curve and an oblique line are mixed.
  • the curved portion is formed on both sides connected to the valley b2 formed on the inside of the adjacently formed bellows 21, and between the curved portions formed on both sides.
  • An oblique line may be formed.
  • the flow of the fluid flowing through the hose 20 for the air cleaner is also varied. Accordingly, it is necessary to optimize and set the inner surface angle ⁇ B of the inner surface s of the mountain a2 formed on the inside of the bellows 21 in response to the flow of fluid that may vary according to each vehicle type.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of optimizing the inner angle ( ⁇ B) of the bellows according to the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a deformed state of the bellows according to the present invention.
  • motions of different actual vehicle engines for each vehicle type are analyzed in the vehicle driving mode ( S1 ).
  • the movement of the vehicle engine changes in one cycle of “idling ⁇ accelerating to start-up ⁇ driving at constant speed ⁇ deceleration”.
  • the driving mode required by each vehicle type is different, it is necessary to analyze the engine movement of the required driving mode.
  • the air cleaner hose is deformed in accordance with the movement of the corresponding automobile engine for which the analysis of the engine movement has been completed, and the deformation angle is calculated by reproducing the deformation of the bellows as shown in FIG. 4 ( S2 , S3 ).
  • the deformation angle of the bellows in FIG. 4 may be calculated as 15°.
  • the inner surface angle ( ⁇ B) of the mountain formed inside the bellows part of the hose for an air cleaner to be installed in the corresponding vehicle is optimized based on the calculated deformation angle of the bellows part (S4).
  • the inner surface angle ( ⁇ B) may be the same as the calculated deformation angle of the bellows portion, or may have a smaller angle.
  • the inner angle ⁇ B of each of the mountains formed inside the bellows portion may be 10° or less.
  • the optimization method of the inner surface angle ( ⁇ B) of the bellows analyzes the movement of the vehicle engine in the vehicle driving mode (S1), and the air cleaner hose ( 20) to calculate the deformed shape of the bellows 21 of the air cleaner hose reflecting the movement of the automobile engine (S2), and observe the fluid flow through fluid analysis and experiments in the deformed shape of the bellows to calculate the shape of the inner mountain of the bellows part 21 optimized for fluid flow, and the bellows formed inside the hose 20 for an air cleaner through which the fluid passes based on the calculated shape of the inner mountain of the bellows part 21 Optimizing the inner surface angle in a way that optimizes the inner surface angle of the inner mountains of the portion 21 .
  • step S3 the method of calculating the shape of the inner mountain of the bellows 21 optimized for the fluid flow by observing the fluid flow through fluid analysis and experiment in the shape of the deformed bellows 21 is an automobile engine. It can be obtained through the process of repeatedly performing fluid analysis while changing the angle of the inner surface of the inner mountains of the bellows 21 reflecting the movement of
  • FIG. 5 and 6 are views for comparing the hose for an air cleaner according to an embodiment of the present invention and a hose for an air cleaner according to the prior art.
  • FIG. 5 is a hose for an air cleaner according to the prior art
  • FIG. 6 is a view showing a hose for an air cleaner according to an embodiment of the present invention, in each drawing, (a) is a view before deformation, (b) is a view after deformation.
  • the bellows structure according to the prior art as shown in FIG. 1 in order to suppress the vortex generated by easily inflowing air into the gap (refer to 'A') between the mountains and valleys formed inside the bellows, the bellows part as shown in FIG. 2 An angle is given to the inner surface (s) of the inner mountain (a2) of (21) to provide a structure that prevents air from flowing into the gap between the mountain (a2) and the valley (b2).
  • [Table 1] is the result data value before deformation in the conventional bellows structure
  • [Table 2] is the result data value before deformation in the bellows structure according to an embodiment of the present invention, where 'INLET' is the inlet side and 'OUTLET' indicates the exit side, and 'IN-OUT' indicates the difference between the entrance side and the exit side.
  • the pressure loss from the output side compared to the input side is approximately 226.26Pa, whereas in the bellows structure according to the embodiment of the present invention, the pressure loss is 215.90Pa, the conventional The pressure loss was reduced by -4.6%.
  • [Table 3] is the result data value after transformation in the conventional bellows structure
  • [Table 4] is the result data value after transformation in the bellows structure according to an embodiment of the present invention, where 'INLET' is the inlet side and 'OUTLET' indicates the exit side, and 'IN-OUT' indicates the difference between the entrance side and the exit side.
  • the pressure loss in the conventional bellows structure is about 386.84Pa
  • the pressure loss is 329.16Pa, after the deformation
  • the pressure loss was reduced by -14.9% compared to the prior art.
  • the [Table 5] and [Table 6] are tables showing the result data values according to the inner angle ( ⁇ B) of the mountain in the bellows structure according to the embodiment of the present invention, and [Table 5] is the inner surface angle of the mountain before deformation
  • the result data value for each ( ⁇ B), and [Table 6] is the result data value for each angle ( ⁇ B) of the inner surface of the mountain after deformation.
  • 7 is a graph showing the pressure loss for each angle of the inner surface of the mountain in the bellows structure of the hose for an air cleaner according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a graph showing the flow velocity for each inner surface angle before and after deformation.
  • the optimization angle in the shape before deformation is 2.5° and the optimization angle in the shape after deformation is 10°, as in [Table 5] and [Table 6] above. have. Also, in the case of the 15° deformation, the inner surface angle is optimized at 10°.
  • the optimization angle at which the pressure loss becomes the minimum value is 10°
  • the angle at which the flow velocity becomes the maximum is also 10°, which is optimal through fluid analysis by changing the inner surface angle ( ⁇ B). angle can be found.
  • 10° is the optimal angle.
  • the inclination is optimized for the mountain part formed inside the bellows part.
  • the fluid (gas) flowing inside the air hose is suppressed from flowing into the inner gap of the bellows, thereby reducing the occurrence of vortex, thereby preventing pressure loss in the bellows.

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Abstract

본 발명은 자바라 구조를 구비한 에어크리너용 호스에 관한 것으로, 상세하게는, 차종에 따른 엔진 배치구조, 엔진의 움직임(진동) 및/또는 내부를 흐르는 유체(기체)의 흐름에 맞춰 자바라의 내측에 형성된 산에 최적화된 각도를 갖는 내면을 형성하고, 이를 통해 호스의 내부를 흐르는 유체가 자바라의 내측에 형성된 산과 골 사이의 틈새로 쉽게 유입되는 것을 억제하여 자바라의 내측에 형성된 틈새에서의 와류 발생을 저감시킴으로써 호스의 압력손실을 방지할 수 있는 압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스 및 자바라 설계방법에 관한 것이다.

Description

압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스 및 자바라 설계방법
본 발명은 자바라 구조를 구비한 에어크리너용 호스에 관한 것으로, 상세하게는, 차종에 따른 엔진 배치구조, 엔진의 움직임(진동) 및/또는 내부를 흐르는 유체(기체)의 흐름에 맞춰 자바라의 내측에 형성된 산에 최적화된 형상을 갖는 내면을 형성하고, 이를 통해 호스의 내부를 흐르는 유체가 자바라의 내측에 형성된 산과 골 사이의 틈새로 쉽게 유입되는 것을 억제하여 자바라의 내측에 형성된 틈새에서의 와류 발생을 저감시킴으로써 호스의 압력손실을 방지하고, 유체가 역류하는 것을 방지할 수 있는 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스 및 자바라 설계방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 엔진과 에어크리너 사이에는 에어크리너에서 먼지 등과 같은 이물질이 제거된 공기가 자동차 엔진으로 공급되도록 하는 호스가 고정 설치된다.
이러한 호스는 엔진과 에어크리너 사이를 연결하고, 엔진의 움직임을 흡수하는 기능을 가지고 있다. 엔진의 움직임을 흡수하기 위해서는 자바라 구조가 필수인데, 자바라 부분에서 와류 발생에 의해 에어호스 내의 압력손실이 커지는 문제가 있다.
도 1은 일반적인 에어크리너용 호스에서 자바라 부위의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 1과 같이, 호스(10)는 통상적으로 엔진에서 발생된 진동을 흡수하여 진동이 에어크리너로 전달되는 것을 억제하기 위해 중간에 자바라 형상을 갖는 자바라부(벨루우즈부)(11)가 형성되어 있고, 자바라부(11)의 좌우 양측에는 일정한 단면적을 갖고 엔진과 에어크리너에 각각 고정 결합되는 직관부(12)가 형성되어 있다.
이와 같이 에어호스(10)는 엔진과 에어크리너에 연결된 직관부(12) 사이에 자라바부(11)가 필수적으로 형성되어 엔진에서 진동이 발생하면 자바라부(11)가 압축과 인장되면서 엔진에서 발생된 진동이 차체나 에어크리너로 전달되는 것을 차단하였다.
그러나, 종래기술에 따른 호스(10)에서는 자동차 엔진이 움직(진동)이는 경우 호스(10)의 자바라(11)가 쉽게 변형되어 호스(10)의 내부를 통과하는 유체, 즉 공기가 자바라(11)의 틈새('A' 참조)로 쉽게 유입되어 와류를 발생시킴으로써 호스(10)의 압력손실을 증가시켜 원활하게 공기를 엔진으로 공급하는데 어려움이 있었다.
또한, 종래기술에 따른 호스(10)는 엔진으로 많은 공기가 공급되도록 터보차저를 작동시키는 경우 상기 터보차저의 고속회전에 의한 유속 증가로 자바라부(11)의 산과 골의 틈새에서 와류가 증대되어 차실 소음을 유발하는 기류음을 발생시킨다.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 유체가 자바라 부위의 내측에 형성된 산과 골에 의해 형성된 틈새로 유입되는 것을 억제하여 자바라 부위에서의 와류 발생을 방지하고, 이를 통해 호스의 압력손실을 줄여 엔진 성능을 개선하는 한편, 소음을 줄일 수 있는 압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스 및 자바라 설계방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 자동차 엔진에서 발생된 진동을 흡수하여 진동이 에어크리너로 전달되는 것을 억제하기 위해 중간에 주름 형상을 갖는 자바라부를 구비한 에어크리너용 호스에 있어서, 상기 자바라부는 외측과 내측에 각각 복수 개의 산과 골이 교번적으로 형성된 주름 형상으로 이루어지고, 유체가 이동하는 상기 자바라부의 내측에 형성된 산들 각각은 내측에 형성된 산들의 단부를 서로 수평으로 연결하는 가상의 수평선을 기준으로 이동하는 유체의 흐름방향으로 하향 경사진 내면 각도를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스를 제공한다.
바람직하게, 상기 자바라부의 내측에 형성된 산들 각각의 내면 각도는 각각 유체 흐름에 최적화된 각도로 형성되되, 차종에 따른 자동차 엔진의 움직임 또는 자동차 엔진의 배치구조에 따라 상기 자바라부의 변형각도를 산출한 후 산출된 상기 자바라부의 변형각도에 맞춰 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 자바라부의 내측에 형성된 산의 내면 각도는 0°내지 25°에서 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 자바라부의 내측에 형성된 산들 각각의 내면은 인접하게 형성된 골 사이에 형성되되, 사선 또는 곡선으로 이루어지거나, 혹은 곡선과 사선이 혼합된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 자동차 엔진에서 발생된 진동을 흡수하여 진동이 에어크리너로 전달되는 것을 억제하기 위해 중간에 자바라부를 구비한 에어크리너용 호스의 자바라 설계방법에 있어서, 자동차 주행모드에서 자동차 엔진의 움직임을 분석하는 단계; 분석된 자동차 엔진의 움직임에 맞춰 상기 에어크리너용 호스를 변형시켜 자동차 엔진의 움직임을 반영한 상기 에어크리너용 호스의 자바라부의 변형 형상을 산출하는 단계; 변형된 자바라부의 형상에서의 유체 해석 및 실험을 통한 유체 흐름을 관측하여 유체 흐름에 최적화된 자바라부의 내측 산의 형상을 산출하는 단계; 및 산출된 자바라부의 내측 산의 형상을 토대로 유체가 통과하는 상기 에어크리너용 호스의 내측에 형성된 상기 자바라부의 내측 산들의 내면 각도를 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어크리너용 호스의 자바라 설계방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 에어크리너용 호스에 따르면, 차종에 따른 배치구조, 엔진의 움직임 및/또는 내부를 흐르는 유체의 흐름에 대응하여 자바라 부위의 내측에 형성된 산 부위에 최적화된 경사도를 갖는 내면을 형성함으로써 에어호스의 내부를 흐르는 유체가 자바라의 내측 틈새로 유입되는 것을 억제하여 와류 발생을 저감시키고, 이를 통해 자바라 부위에서의 압력손실을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 에어크리너용 호스에 따르면, 자바라부의 내측 산이 경사도를 갖는 내면 형상으로 형성됨으로써 유체(기체)가 역류하기 어려운 구조를 갖기 때문에 유체가 에어크리너 측으로 역류하는 현상을 원천적으로 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 에어크리너용 호스에서 자바라 부위의 일부 확대 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스의 자바라 부위의 일부 확대 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 자바라의 내면 각도(∠B)의 최적화 방법을 도시한 흐름도.
도 4는 본 발명에 따른 자바라부의 변형된 상태의 일례를 도시한 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스와 종래기술에 따른 에어크리너용 호스를 비교하기 위해 도시한 도면들.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스의 자바라 구조에서 산의 내면 각도별 압력을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스의 자바라 구조에서 산의 내면 각도별 유속을 변형 전과 후로 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스를 설명하기 위해 간략하게 도시한 도면으로서, 호스에서 자바라 부위의 일부를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스(20)는 자동차 엔진에서 발생된 진동을 흡수하여 진동이 에어크리너로 전달되는 것을 억제하기 위해 중간에 자바라 형상을 갖는 자바라부(21)와, 자바라부(21)의 좌우 양측에 일정한 단면적을 갖고 엔진과 에어크리너에 각각 고정 결합되는 직관부(22)를 포함한다.
자바라부(21)는 도 2에 도시된 'C' 확대 부위에서와 같이, 외측과 내측에 산(a1, a2)과 골(b1, b2)이 각각 교번적으로 반복하여 형성된 주름 형상으로 이루어진다.
자바라부(21)의 외측에 형성된 산(a1)은 외측으로 볼록한 곡면으로 이루어지고, 서로 동일한 높이로 형성되며, 자바라부(21)의 외측에 형성된 골(b1)은 에어크리너용 호스(20)의 중심방향, 즉 내측으로 오목한 곡면으로 이루어지고, 그 깊이는 자바라부(21)의 외측에 형성된 산(a1)을 기준으로 서로 동일한 깊이로 형성된다.
그리고, 자바라부(21)의 내측에 형성된 산(a2)은 자바라부(21)의 외측에 형성된 골(b1)과 대응하는 부위에 에어크리너용 호스(20)의 중심방향으로 돌출 형성되고, 내면(s)이 유체 흐름방향으로 일정한 각도로 경사진 구조로 이루어진다. 자바라부(21)의 내측에 형성된 골(b2)은 자바라부(21)의 외측에 형성된 산(a1)과 대응하는 부위에 외측으로 오목한 곡면으로 이루어지고, 서로 동일한 깊이로 형성된다.
자바라부(21)의 내측에 형성된 산(a2)의 내면(s)은 에어크리너용 호스(20)의 중심과 대면하는 면으로서, 자바라부(21)의 내측에 형성된 산들(a2)의 단부를 서로 수평으로 연결하는 가상의 수평선(H)을 기준으로 유체의 흐름방향으로 소정 각도(∠B)로 하향 경사지게 형성된다. 이때, 각도(∠B)는 후술하는 방법으로 최적화된다.
자바라부(21)의 내측에 형성된 산들(a2)은 각각의 내면(s)이 유체의 흐름방향(좌측에서 우측방향)으로 하향 경사지되, 사선 또는 곡선, 혹은 곡선과 사선이 혼합된 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 사선과 곡선이 혼합된 구조로 이루어진 경우, 곡선 부위는 인접하게 형성된 자바라부(21)의 내측에 형성된 골(b2)에 연결되는 양측에 각각 형성되고, 양측에 형성된 곡선 부위 사이에 사선이 형성될 수 있다.
차종마다 엔진과 에어크리너의 움직임(진동), 엔진의 배치구조(layout)가 상이하기 때문에 에어크리너용 호스(20)의 내부를 흐르는 유체의 흐름도 다양하다. 이에 따라, 각 차종에 따라 달라질 수 있는 유체의 흐름에 대응하여 자바라부(21)의 내측에 형성된 산(a2)의 내면(s)의 내면 각도(∠B)를 최적화하여 설정할 필요가 있다.
도 3은 본 발명에 따른 자바라의 내면 각도(∠B)의 최적화 방법을 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 자바라부의 변형된 상태의 일례를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 자동차 주행모드에서 차종마다 서로 다른 실제 자동차 엔진의 움직임을 분석한다(S1).
각 차종마다 실제 자동차 엔진의 움직임을 조사 분석하면, 자동차 엔진은 "아이들링→발진가속→정속주행→감속" 과정을 한 사이클로 각각 움직임이 변화된다. 특히, 각 차종에서 요구하는 주행모드가 다르므로, 필요로 하는 주행모드의 엔진 움직임을 분석해야 한다.
이후, 엔진 움직임에 대한 분석이 완료된 해당 자동차 엔진의 움직임에 맞춰서 에어크리너용 호스를 변형시켜 도 4와 같이 자바라부의 변형을 재현하여 변형각도를 산출한다(S2, S3). 예를 들어, 도 4에서 자바라부의 변형각도는 15°로 산출될 수 있다.
이후, 산출된 자바라부의 변형각도를 토대로 해당 자동차에 설치될 에어크리너용 호스의 자바라부의 내측에 형성된 산의 내면 각도(∠B)를 최적화한다(S4). 이때, 내면 각도(∠B)는 산출된 자바라 부위의 변형각도와 동일하거나, 혹은 작은 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 자바라부의 변형각도가 10°인 경우 자바라부의 내측에 형성된 산들 각각의 내면 각도(∠B)는 10°이거나, 혹은 그 이하일 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 자바라의 내면 각도(∠B)의 최적화 방법은, 자동차 주행모드에서 자동차 엔진의 움직임을 분석하고(S1), 분석된 자동차 엔진의 움직임에 맞춰 에어크리너용 호스(20)를 변형시켜 자동차 엔진의 움직임을 반영한 에어크리너용 호스의 자바라부(21)의 변형 형상을 산출한다(S2), 그리고, 변형된 자바라부의 형상에서의 유체 해석 및 실험을 통한 유체 흐름을 관측하여 유체 흐름에 최적화된 자바라부(21)의 내측 산의 형상을 산출하고, 산출된 자바라부(21)의 내측 산의 형상을 토대로 유체가 통과하는 에어크리너용 호스(20)의 내측에 형성된 자바라부(21)의 내측 산들의 내면 각도를 최적화하는 방법으로 내면 각도를 최적화한다.
단계(S3)에서, 변형된 자바라부(21)의 형상에서의 유체 해석 및 실험을 통한 유체 흐름을 관측하여 유체 흐름에 최적화된 자바라부(21)의 내측 산의 형상을 산출하는 방법은 자동차 엔진의 움직임을 반영하여 자바라부(21)의 내측 산들의 내면 각도를 변경해 가면서 유체해석을 반복적으로 실시하는 과정을 통해 얻을 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스와 종래기술에 따른 에어크리너용 호스를 비교하기 위해 도시한 도면들로서, 도 5는 종래기술에 따른 에어크리너용 호스이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스를 도시한 도면이고, 각 도면에서, (a)는 변형 전 도면이고, (b)는 변형 후 도면이다.
자동차 엔진은 가동시 움직임(진동)이 수반된다. 이때, 에어크리너는 차체에 고정되어 있기 때문에 엔진과 에어크리너를 연결하는 호스는 엔진의 움직임을 흡수해야 한다. 이때, 에어크리너용 호스의 자바라가 엔진의 움직임을 흡수하는 역할을 한다.
이에 따라, 에어크리너용 호스의 자바라 부위에서 와류가 발생하면, 압력손실이 원인이 된다. 특히, 엔진의 움직임이 커지면 자바라 부위도 엔진과 함께 변형이 커지게 되어 와류 발생이 증대된다. 이와 같이, 압력손실의 원인이 되는 자바라 부위에서의 와류 발생은 엔진의 힘으로 빨려 들어가는 공기가 도 1에 도시된 'A' 부위의 틈새로 들어가서 발생하는 것으로, 도 5에 도시된 유선도에서 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 도 1과 같은 종래기술에 따른 자바라 구조에서 자바라 내측에 형성된 산과 골의 틈새('A' 참조)로 공기가 쉽게 유입되어 발생하는 와류를 억제하기 위해, 도 2와 같이 자바라부(21)의 내측 산(a2)의 내면(s)에 각도를 주어 산(a2)과 골(b2) 사이의 틈새로 공기가 유입되지 않도록 하는 구조를 제공한다.
이하, 본 발명과 종래의 자바라 구조 차이에 따른 작용 효과를 설명하기로 한다.
SEC 전압(Pa) 유속(m/s) 압력(Pa) 단면적(mm2)
INLET 1414.35 44.23 218.42 314.16
OUTLET 1188.09 43.63 -25.98 314.16
IN-OUT 226.26 0.60 244.39 -
SEC 전압(Pa) 유속(m/s) 압력(Pa) 단면적(mm2)
INLET 1400.97 44.23 205.00 314.16
OUTLET 1185.07 43.63 -27.73 314.16
IN-OUT 215.90 0.60 237.73 -
상기 [표 1]은 종래의 자바라 구조에서 변형 전 결과 데이터값이고, [표 2]는 본 발명의 실시예에 따른 자바라 구조에서 변형 전 결과 데이터값으로서, 'INLET'은 입구측, 'OUTLET'은 출구측, 'IN-OUT'은 입구측과 출구측의 차를 나타낸다.
상기 [표 1] 및 [표 2]와 같이, 종래의 자바라 구조에서는 출력측에서 입력측에 비해 압력손실이 대략 226.26Pa 인데 반해, 본 발명의 실시예에 따른 자바라 구조에서는 압력손실이 215.90Pa로, 종래에 비해 압력손실이 -4.6% 정도 감소하였다.
SEC 전압(Pa) 유속(m/s) 압력(Pa) 단면적(mm2)
INLET 1599.87 44.23 403.91 314.16
OUTLET 1213.03 43.82 -52.02 314.16
IN-OUT 386.84 0.41 455.93 -
SEC 전압(Pa) 유속(m/s) 압력(Pa) 단면적(mm2)
INLET 1528.28 44.23 332.31 314.16
OUTLET 1199.12 43.72 -45.74 314.16
IN-OUT 319.16 0.51 378.05 -
상기 [표 3]은 종래의 자바라 구조에서 변형 후 결과 데이터값이고, [표 4]는 본 발명의 실시예에 따른 자바라 구조에서 변형 후 결과 데이터값으로서, 'INLET'은 입구측, 'OUTLET'은 출구측, 'IN-OUT'은 입구측과 출구측의 차를 나타낸다. 상기 [표 3] 및 [표 4]와 같이, 자바라 변형 후에도, 종래의 자바라 구조에서는 압력손실이 대략 386.84Pa 인데 반해, 본 발명의 실시예에 따른 자바라 구조에서는 압력손실이 329.16Pa로, 변형 후에 종래에 비해 압력손실이 -14.9% 정도 감소하였다.
∠B SEC 전압(Pa) 유속(m/s) 압력(Pa) 단면적(mm2)

2.5°		 INLET 1381.89 44.23 185.97 314.16
OUTLET 1184.41 43.65 -30.84 314.16
IN-OUT 197.48 0.58 216.81 -

5°		 INLET 1388.22 44.23 192.28 314.16
OUTLET 1187.40 43.64 -28.32 314.16
IN-OUT 200.82 0.59 220.60 -

7.5°		 INLET 1392.99 44.23 197.04 314.16
OUTLET 1187.30 43.64 -29.01 314.16
IN-OUT 205.69 0.59 226.05 -

10°		 INLET 1400.97 44.23 205.00 314.16
OUTLET 1185.07 43.63 -27.73 314.16
IN-OUT 215.90 0.60 232.73 -

12.5°		 INLET 1412.08 44.23 216.13 314.16
OUTLET 1191.12 43.64 -26.82 314.16
IN-OUT 220.96 0.59 242.95 -

15°		 INLET 1420.37 44.23 224.39 314.61
OUTLET 1191.79 43.62 -25.91 314.61
IN-OUT 228.58 0.61 250.30 -
∠B SEC 전압(Pa) 유속(m/s) 압력(Pa) 단면적(mm2)

2.5°		 INLET 1562.84 44.23 366.88 314.16
OUTLET 1198.98 43.86 -62.36 314.16
IN-OUT 363.86 0.37 429.24 -

5°		 INLET 1547.76 44.23 351.78 314.16
OUTLET 1199.94 43.78 -54.71 314.16
IN-OUT 347.82 0.45 406.49 -

7.5°		 INLET 1538.21 44.23 342.23 314.16
OUTLET 1199.93 43.75 -50.19 314.16
IN-OUT 338.28 0.48 392.42 -

10°		 INLET 1528.28 44.23 332.31 314.16
OUTLET 1199.12 43.72 -45.74 314.16
IN-OUT 329.16 0.51 378.05 -

12.5°		 INLET 1529.92 44.23 333.96 314.16
OUTLET 1199.19 43.73 -44.44 314.16
IN-OUT 330.73 0.50 378.41 -

15°		 INLET 1534.22 44.23 338.25 314.61
OUTLET 1200.38 43.71 -41.76 314.61
IN-OUT 333.84 0.52 380.01 -
상기 [표 5] 및 [표 6]은 본 발명의 실시예에 따른 자바라 구조에서 산의 내면 각도(∠B)에 따른 결과 데이터값을 나타낸 표로서, [표 5]는 변형 전 산의 내면 각도(∠B)별 결과 데이터값이고, [표 6]은 변형 후 산의 내면 각도별(∠B) 결과 데이터값이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스의 자바라 구조에서 산의 내면 각도별 압력손실을 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스의 자바라 구조에서 산의 내면 각도별 유속을 변형 전과 후로 나타낸 그래프이다.
도 7 및 도 8, 상기 [표 5] 및 [표 6]에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스(20)의 자바라 구조(내측 산의 내면 경사)에서는 산의 내면 각도(∠B)를 2.5°, 5°, 7.5°, 10°, 12.5°, 15°로 형성한 후 변형 전과 후에 대해 각각의 내면 각도별로 전압, 압력 및 유속을 측정한 결과 2.5°, 5°, 7.5°, 10°, 12.5°에서 종래의 자바라 구조에 비해 개선된 결과 데이터값을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시예에 따른 자바라 구조의 해설 결과, 상기 [표 5] 및 [표 6]에서와 같이, 변형 전 형상에서 최적화 각도는 2.5°이고, 변형 후 형상에서 최적화 각도는 10°임을 알 수 있다. 또한, 15°변형의 경우, 내면 각도는 10°에서 최적화된다.
또한, 도 7과, 도 8에서와 같이, 압력손실이 최소값이 되는 최적화 각도는 10°이고, 유속이 최대가 되는 각도 또한 10°로서, 내면 각도(∠B)를 변화시켜 유체 해석을 통해 최적의 각도를 찾을 수 있다. 본 예시에서는 10°가 최적화된 각도가 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 에어크리너용 호스에서는 차종에 따른 배치구조나 엔진의 유동(진동), 내부를 흐르는 유체의 흐름에 대응하여 자바라 부위의 내측에 형성된 산 부위에 최적화된 경사도를 갖는 내면을 형성함으로써 에어호스의 내부를 흐르는 유체(기체)가 자바라의 내측 틈새로 유입되는 것을 억제하여 와류 발생을 저감시키고, 이를 통해 자바라 부위에서의 압력손실을 방지할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 자동차 엔진에서 발생된 진동을 흡수하여 진동이 에어크리너로 전달되는 것을 억제하기 위해 중간에 주름 형상을 갖는 자바라부를 구비한 에어크리너용 호스에 있어서,
    상기 자바라부는 외측과 내측에 각각 복수 개의 산과 골이 교번적으로 형성된 주름 형상으로 이루어지고, 유체가 이동하는 상기 자바라부의 내측에 형성된 산들 각각은 내측에 형성된 산들의 단부를 서로 수평으로 연결하는 가상의 수평선을 기준으로 이동하는 유체의 흐름방향으로 하향 경사진 내면 각도를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자바라부의 내측에 형성된 산들 각각의 내면 각도는 차종에 따른 자동차 엔진의 움직임 또는 자동차 엔진의 배치구조에 따라 상기 자바라부의 변형각도를 산출한 후 산출된 상기 자바라부의 변형각도에 맞춰 결정되는 것을 특징으로 하는 압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자바라부의 내측에 형성된 산의 내면 각도는 0°내지 25°에서 결정되는 것을 특징으로 하는 압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자바라부의 내측에 형성된 산들 각각의 내면은 인접하게 형성된 골 사이에 형성되되, 사선 또는 곡선으로 이루어지거나, 혹은 곡선과 사선이 혼합된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 손실 저감을 위한 자바라 구조를 갖는 에어크리너용 호스.
  5. 자동차 엔진에서 발생된 진동을 흡수하여 진동이 에어크리너로 전달되는 것을 억제하기 위해 중간에 자바라부를 구비한 에어크리너용 호스의 자바라 설계방법에 있어서,
    자동차 주행모드에서 자동차 엔진의 움직임을 분석하는 단계;
    분석된 자동차 엔진의 움직임에 맞춰 상기 에어크리너용 호스를 변형시켜 자동차 엔진의 움직임을 반영한 상기 에어크리너용 호스의 자바라부의 변형 형상을 산출하는 단계;
    변형된 자바라부의 형상에서의 유체 해석 및 실험을 통한 유체 흐름을 관측하여 유체 흐름에 최적화된 자바라부의 내측 산의 형상을 산출하는 단계; 및
    산출된 자바라부의 내측 산의 형상을 토대로 유체가 통과하는 상기 에어크리너용 호스의 내측에 형성된 상기 자바라부의 내측 산들의 내면 각도를 최적화하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어크리너용 호스의 자바라 설계방법.
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