KR100306339B1

KR100306339B1 - 내연기관용 소음기

Info

Publication number: KR100306339B1
Application number: KR1019990004053A
Authority: KR
Inventors: 이옥노
Original assignee: 이옥노
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2001-09-13
Also published as: KR20000055434A; WO2000046491A1; EP1159514A1; CN1354821A; JP2002536578A; CN1137328C; US6588545B1

Abstract

본 발명은 내연기관용 소음기에 관한 것으로서, 배기가스가 원활하게 흐르게 함과 동시에 와류를 발생시켜 배기소음의 감쇠를 양호하게 하고, 출력의 저하를 방지할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 케이싱(10)과, 상기 케이싱(10)내에 설치되고 배기가스 유입 파이프(21)에 연결되는 확산 와류수단(20)과, 상기 케이싱(10)의 팽창실(P)에 일측이 위치되고 타측이 외부로 돌출됨과 동시에 후단에 배출 파이프(33)가 형성된 와류원통(30)과, 상기 와류원통(30)내에 축방향으로 설치한 와류부재(40)로 구성한 것이다.

Description

내연기관용 소음기 {MUFFLER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관용 소음기에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 내연기관의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기가스는 고온(600℃ 내지 800℃)·고압(3㎏／㎠ 내지 5㎏／㎠)이므로 그 배기가스를 그대로 외부에 방출하면 급격한 팽창으로 인하여 폭발음이 발생하고 화재를 이르킬 염려도 있으므로 배기 매니폴드에 배기 파이프를 설치하고, 상기 배기 파이프의 도중에 소음기를 설치하여 배기가스의 온도와 압력을 낮추므로서 배기소음을 감쇠시키고 있다.

내연기관용 소음기는 여러가지 형식의 것이 있으나, 확장형과 확장형 겸 공명형이 주로 사용되고 있는 바, 상기 확장형은 케이싱의 내부를 격판으로 구획하여 수개의 팽창실을 형성하고, 상기 팽창실을 직경이 작은 유도관으로 연결하여 배기가스의 팽창과 가속을 반복시켜 음파를 간섭시키고, 압력 및 온도를 낮추므로서 배기소음을 감쇠하는 것이고, 상기 확장형 겸 공명형은 상기한 확장형 소음기의 팽창실 중 하나 이상을 공명실로 형성하여 팽창실에서는 상기 확장형과 동일한 방법으로 배기소음을 감쇠하고, 공명실에서는 특정주파수(저주파)의 공명을 억제하므로서 특정주파수의 배기소음을 감쇠할 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기한 소음기는 배기가스가 격판으로 구획된 팽창실과 유도관을 통과하면서 압력 및 온도를 낮추기 때문에 그 흐름 저항이 크게 발생하고, 상기와 같이 배기가스에 흐름 저항이 크게 발생하면 소음감쇠 효과는 양호하지만 내연기관의 배기행정에 가하여지는 저항 즉 배압(back pressure)이 증대하는 것이다.

상기한 배압은 연소실내에 잔류하는 연소가스의 밀도가 증대하여 체적효율이 저하되기 때문에 출력(도시 평균 유효 압력)이 저하되고, 연료 소비량이 증대되는 문제점이 발생하는 것이다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여, 배기가스가 원활하게 흐르게 함과 동시에 와류를 발생시켜 배기소음의 감쇠를 양호하게 하고 출력의 저하를 방지할 수 있는 내연기관용 소음기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 배기소음의 감쇠를 양호하게 하고, 출력의 저하를 방지함과 동시에 디젤연료의 사용시에 카본·스모우크를 저렴한 비용으로 저감할 수 있는 내연기관용 소음기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 케이싱과, 상기 케이싱내에 설치되고 배기가스 유입 파이프에 연결되는 확산 와류수단과, 상기 케이싱의 내부에 일측이 위치되고 타측이 외부로 돌출됨과 동시에 후단에 테일 파이프를 형성한 와류원통과, 상기 와류원통내에 축방향으로 설치한 와류부재로 구성한 것이다.

또한 본 발명은 케이싱과, 상기 케이싱내에 설치되고 배기가스 유입 파이프에 연결되는 확산 와류수단과, 상기 케이싱의 내부에 일측이 위치되고 타측이 외부로 돌출됨과 동시에 후단에 테일 파이프가 형성된 와류원통과, 상기 와류원통에 축방향으로 설치한 와류부재와, 상기 와류원통의 후방에 설치한 히터로 구성한 것이다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예의 종단면도,

도 2 는 도 1 의 AA 선 단면도,

도 3 은 본 발명의 제 1 실시예의 원추형 와류부재의 사시도,

도 4 는 본 발명의 제 1 실시예의 감압판의 측면도,

도 5 는 본 발명의 제 2 실시예의 종단면도,

도 6 은 도 5 의 BB 선 단면도,

도 7 은 본 발명의 제 3 실시예의 종단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 케이싱, 20,200 : 확산 와류수단, 21: 유입 파이프, 22 : 확산원통

23,230 : 유도편, 24,240 : 확산공, 25,41,42 : 원추형 와류부재

26,27 : 와류편, 28 : 슬릿, 30 : 와류원통, 32 : 테이퍼부

33 : 배출 파이프, 34 : 감압판, 35 : 유통공, P : 팽창실

40 : 와류부재, 210 : 원추기둥형 원통, 50 : 히터

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 내연기관용 소음기의 종단면도로서, 케이싱(10)과, 확산 와류수단(20)과, 와류원통(30) 및 와류부재(40)로 구성한 것이다.

상기 케이싱(10)은 원형 또는 타원형 단면등 임의의 단면형으로 된 케이싱본체(11)의 양측면에 전면판(12)과 후면판(13)을 설치하여 내부에 팽창실(P)을 형성한 것이다.

상기 확산 와류수단(20)은 유입 파이프(21)를 일측에 설치한 확산원통(22)의 주위에 도 2 와 같이 유도편(23)을 접선방향으로 타발 성형하여 확산공(24)을 형성하고, 상기 확산원통(22)의 확산공(24) 후방 내측에 원추형 와류부재(25)를 설치한 것으로서, 상기 원추형 와류부재(25)는 도 3 에 도시한 바와 같이 판재를 원형으로 절단함과 동시에 다수의 와류편(26)(27)을 형성하여 원추형으로 성형함과 동시에 그 와류편 (26)(27)의 일측면을 일정 각도로 비틀어서 인접하는 와류편(26)(27) 사이에 슬릿(28)이 형성되게 중첩 형성한 후 와류편(26)(27)의 외주연에 지지원통 (29)을 설치하여 상기 확산원통(22)의 내부에 고정하고, 상기 유입 파이프(21)는 전면판(12)의 중심에서 상방 일측으로 편심되게 설치하여 유입 파이프(21)에서 확산 원통(22)으로 유입되는 배기가스의 일부는 확산공(24)으로 배출됨과 동시에 유도편(23)에 의하여 확산원통(22)의 주위를 와류하면서 팽창실(P)로 배출되어 팽창되고, 나머지 배기가스는 원추형 와류부재(25)에 형성된 와류편(26)(27) 사이에 형성된 슬릿(28)을 통하여 와류되면서 팽창실(P)로 배출 팽창되는 것이다.

상기 와류원통(30)은 원통형 통체(31)의 후방에 후방측으로 갈수록 직경이 작은 테이퍼부(32)를 형성함과 동시에 테이퍼부(32)의 끝에 테일 파이프(33)를 일체로 형성하고, 원통형 통체(31)의 일측 즉 테일 파이프(33) 반대편에 유통공(35)이 형성된 감압판(34)을 그 유통공(35)이 케이싱(10)의 하방에 위치하도록 설치함과 동시에 상기 원통형 통체(31)의 일측은 케이싱(10)의 팽창실(P)에 돌출시켜 상기 케이싱(10)에 지지바 (36)로 고정한 것이다.

또한 상기 와류원통(30)은 케이싱(10)의 하방 일측 즉 상기 케이싱(10)의 상방 일측에 설치된 유입 파이프(21)의 타측 하방에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 와류부재(40)는 상기 확산 와류수단(20)의 원추형 와류부재(25)와 동일한 형상으로 된 원추형 와류부재(41)(42)의 꼭지점에 구멍을 형성하여 통공(43) (43')이 형성된 지지바 겸 배출관(44)에 와류공동(S)이 형성되게 일정 간격을 고정하여 상기 원통형 통체(31)에 설치한 것으로서, 팽창실(P)내의 배기가스는 감압판 (34)에 형성한 유통공(35)을 통과하면서 압력이 낮아지면서 원통형 통체(31)에 유입되어서 일부는 지지바 겸 배출관(44)을 통하여 대기로 방출되고, 나머지의 거의 대부분은 원추형 와류부재(41), 와류공동(S) 및 원추형 와류부재 (42)에서 와류되면서 팽창된 후 대기로 방출되는 것이다.

그리고 상기 원추형 와류부재(41)(42)는 도 1 에서는 2개만을 설치한 것을 예시하였으나 그 설치 개수는 사용연료, 내연기관의 압축비 등에 따라 정하여지는 바, 상기 원추형 와류부재(41)(42)는 배기소음의 감쇠를 양호하게 하기 위하여 적어도 2개 이상은 설치하여야 하는 것이다.

이상과 같은 본 발명의 제 1 실시예는 유입 파이프(21)로 유입되는 배기가스는 확산원통 (22)에 유입된 후 일부는 확산공(24)으로 배출됨과 동시에 유도편(23)에 의하여 확산원통(22)의 주위를 와류하면서 팽창실(P)의 주위 즉 케이싱본체(11)의 벽측으로 이동하여 팽창을 하고, 나머지 배기가스는 원추형 와류부재(25)의 와류편(26)(27)사이에 형성한 슬릿(28)으로 와류 배출하면서 팽창실(P)의 중앙부 측으로 이동하여 팽창을 함과 동시에 그 원심력에 의하여 상기 확산공(24)을 통하여 배출되는 배기가스와 함께 와류 간섭시켜 마찰열이 발생되면서 배기소음이 감쇠되는 것이다.

상기와 같이 팽창된 배기가스는 감압판(34)에 케이싱(10)의 하부에 위치되게 설치한 유통공(35)을 통하여 압력이 낮아지면서 속도가 증가되어 원통형 통체(31)에 유입되어 일부는 지지바 겸 배출관(44)의 전방에 형성한 통공(43)을 통하여 배출되고, 나머지 거의 대부분은 원추형 와류부재(41)와 와류공동(S)에서 와류되면서 그 일부는 통공(43')으로 배출됨과 동시에 나머지는 원추형 와류부재(42)를 통과할 때 와류에 의하여 마찰열이 발생하면서 팽창하여 재차 배기소음이 감쇠된 후 상기 지지바 겸 배출관(44)으로 배출되는 배기가스와 합쳐져서 테일 파이프(33)를 통하여 대기로 방출되는 것이므로 배기소음의 감쇠가 양호하게 되고, 배기가스의 흐름 방향전환이 원활하여 배압이 작게 되는 것이다.

또한 상기와 같이 팽창실(P)의 배기가스가 와류원통(30)으로 유입될 때 케이싱(10)의 바닥에 모인 응축수는 배기가스가 유통공(35)에서 그 속도가 증가될 때의 흡인력에 의하여 배기가스와 함께 와류원통(30)으로 유입된 후 대기로 방출되므로서 냉각수의 배출이 양호하여 소음기의 내구성을 증대하는 것이다.

도 5 는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 내연기관용 소음기의 종단면도로서, 케이싱(10), 와류원통(30) 및 와류부재(40)는 상기 제 1 실시예와 그 기술수단이 동일하므로 제 1 실시예와 동일부호를 부여하고 상세한 설명을 생략하며, 차이되는 확산 와류수단(200)은 일단이 폐쇄된 원추기둥형 원통(210)만으로 형성하여 그 직경이 큰 부분을 상기 케이싱(10)에 유입 파이프(21)의 중심과 편심이 되게 설치하고, 상기 원추기둥형 원통(210)의 주위에 유도편(230)을 접선방향으로 타발 형성하여 확산공(240)을 형성한 것으로서, 원추 기둥형 원통(210)의 직경이 큰 부분에 설치된 확산공(240)에서 배출되는 배기가스는 팽창실(P)의 주위 즉 케이싱본체(11)의 벽측으로 이동하면서 간섭 팽창되게 하고, 직경이 작은 부분에 설치된 확산공(240)에서 배출되는 배기가스는 팽창실(P)의 중앙부 측으로 이동하면서 팽창되게 함과 동시에 그 원심력에 의하여 상기 직경이 큰 부분에 설치된 확산공(240)에서 배출된 배기가스와 함께 와류 간섭토록하여 마찰열이 발생되면서 배기소음이 양호하게 감쇠되도록 한 것으로서 그 구성을 간단하게 한 것이며, 그 이후에는 상기 제 1 실시예의 것과 동일한 작용을 하도록 한 것이다.

도 7 은 본 발명의 제 3 실시예에 의한 디젤연료를 사용하는 내연기관용 소음기의 종단면도로서, 케이싱(10), 확산 와류수단(20), 와류원통(30), 와류부재 (40)의 원추형 와류부재(41)(42)는 상기 제 1 실시예와 그 기술수단이 동일하므로 제 1 실시예와 동일부호를 부여하고 상세한 설명은 생략하며, 상기 원추형 와류부재(41)(42)는 지지바(44')에 일정 간격의 와류공동(S)이 형성되게 고정하여 원통형 통체(31)내에 축방향으로 설치하고, 상기 원통형 통체 (31)의 후방에 후방측으로 갈수록 직경이 감소되는 테이퍼부(32)를 형성하여 상기 테이퍼부(32)에 히터(50)를 설치하여서 팽창실(P)에서 팽창된 배기가스가 유통공(35)을 통과하면서 압력이 낮아지고 그 속도가 증가되어 원통형 통체(31)에 유입된 후 배기가스의 전부가 원추형 와류부재(41), 와류공동(S) 및 원추형 와류부재(42)를 통과하여 와류 간섭에 의한 마찰열이 발생하면서 팽창되어 배기소음이 감쇠되고, 배기소음이 감쇠된 배기가스가 테이퍼부(32)에 의하여 그 속도가 증가되면서 히터(50)측으로 유도된 후 히터 (50)의 발열에 의하여 연소실에서 발생된 카본·스모우크와 같은 미립자를 재연소시켜 미립자의 대기 방출을 감소시키므로서 대기 공해를 저렴한 비용으로 저감할 수 있고, 또한 배기가스가 테일 파이프(33)를 통하여 대기에 방출될 때 와류상태로 배출되므로 제 3 실시예를 설치한 덤프 트럭 등에 건설 현장 또는 비포장도로를 주행할 때에도 지면에 퇴적된 먼지의 비산을 방지할 수 있는 것이다.

상기한 제 3 실시예에서는 1개의 와류원통(30) 및 와류부재(40)를 설치한 것에 대하여 설명하였으나, 배기량이 큰 내연기관용으로 사용될 때에는 수평으로 2개를 설치할 수도 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명은 배기가스를 와류 팽창시킨 후 재차 와류 팽창시켜 와류 간섭에 의한 마찰열의 발생에 의하여 배기소음을 감쇠 시키므로서 그 감쇠가 양호하고, 배기가스의 흐름 방향의 전환이 원활하여 종래의 것보다 그 배압을 현저하게 감소시킬 수 있으므로 출력의 저하를 방지하고, 연료 소비량을 절감할 수 있는 것이다.

또한 본 발명은 디젤연료를 사용할 때 종래와 같이 구성이 복잡하고, 미립자 트랩을 수시로 재생하여야 하는 배기 후 처리장치를 별도로 설치하지 않고 소음기에 히터만을 부설하는 간단한 구성으로 미립자를 재연소시키므로서 저렴한 비용으로 대기 공해를 저감할 수 있는 것이다.

Claims

케이싱과, 상기 케이싱내에 설치되고 배기가스 유입 파이프에 연결되는 확산 와류수단과, 상기 케이싱의 내부에 일측이 위치되고 타측이 외부로 돌출됨과 동시에 후단에 테일 파이프가 형성된 와류원통과, 상기 와류원통내에 축방향으로 설치한 와류부재로 구성한 내연기관용 소음기.
제 1 항에 있어서, 확산 와류수단은 유입 파이프를 일측에 설치한 확산원통의 주위에 유도편을 접선방향으로 타발 성형하여 확산공을 형성하고, 상기 확산공 후방 내측에 원추형 와류부재를 설치한 내연기관용 소음기.
제 1 항에 있어서, 확산 와류수단은 일단이 폐쇄된 원추기둥형 원통으로 형성하여 그 주위에 유도편을 접선방향으로 타발 형성함과 동시에 확산공을 형성하여서 된 내연기관용 소음기.
제 1 항에 있어서, 와류원통은 원통형 통체의 후방에 테이퍼부를 형성함과 동시에 테이퍼부의 끝에 테일 파이프를 일체로 형성하고, 원통형 통체의 전방에 유통공이 형성된 감압판을 그 유통공이 케이싱의 하방에 위치 되도록 설치한 내연기관용 소음기.
제 1 항에 있어서, 와류부재는 다수의 와류편을 원추형으로 형성함과 동시에 그 와류편의 일측면을 일정 각도 비틀어서 인접하는 와류편 사이에 슬릿이 형성되게 중첩 형성하고, 꼭지점에 구멍을 형성하여 통공이 형성된 지지바 겸 배출관에 대향되게 고정한 내연기관용 소음기.
제 2 항에 있어서, 원추형 와류부재는 다수의 와류편을 원추형으로 형성함과 동시에 그 와류편의 일측면을 일정 각도 비틀어서 인접하는 와류편 사이에 슬릿이 형성되게 중첩 형성한 내연기관용 소음기.
케이싱과, 상기 케이싱내에 설치되고 배기가스 유입 파이프에 연결되는 확산 와류수단과, 상기 케이싱의 내부에 일측이 위치되고 타측이 외부로 돌출됨과 동시에 후단에 테일 파이프가 형성된 와류원통과, 상기 와류원통에 축방향으로 설치한 와류부재와, 상기 와류원통의 후방에 설치한 히터로 구성한 내연기관용 소음기.
(추가) 제 7 항에 있어서, 히터는 와류원통의 후방에 후방측으로 갈수록 직경이 감소되는 테이퍼부를 형성하여 상기 테이퍼부에 설치한 내연기관용 소음기.