KR100311131B1 - 자동차용 배기관의 레조네이터 - Google Patents

Abstract

도로의 정체에 따른 초기 출발시나 완전 저속, 정속 주행시 부밍 발생을 억제하여 실내 정숙성 향상이나 배압 저감에 의한 출력증대 및 연비향상을 도모하기 위하여 배기관의 메인 레조네이터를 2등분하는 메인 배플 플레이트와, 메인 배플 플레이트를 관통하는 메인 제1파이프와, 이와 병렬로 배치되는 메인 제2파이프와, 이 메인 제2파이프 일측에 교차하게 라운드로 형성되어 배치되는 메인 제3파이프로 구성되어 이루어지는 자동차용 배기관의 메인 레조네이터를 제공하는데 있다

Description

자동차용 배기관의 레조네이터{RESONATOR FOR EXHAST MANIFOLD OF VEHICLES}

본 발명은 자동차용 배기관의 메인 레조네이터(RESONATOR)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도로의 정체에 따른 초기 출발시나 완전 저속, 정속 주행시 부밍 발생을 억제하기 위한 자동차용 배기관의 메인 레조네이터에 관한 것이다.

일반적으로 레조네이터는 흡,배기 계통에 특정 주파수의 공명을 이용하여 저감시키는 장치로, 흡,배기관에서 저감하려는 주파수 수직에서 계산된 치수와 형상으로 할 때, 그와 같은 공명기를 흡기관 혹은 배기관에 연결하여 헬름홀츠의 공명 의 원리에 의하여 음량을 작게 하는 것이다.

또, 배기가스를 대기중에 방출하기 전에 압력과 온도를 저하시켜 급격한 팽창과 폭음을 억제하고, 1mm 두께의 강판을 원통으로 하여 내부에 다량의 구멍이 뚫린 여러개의 파이프와 칸막이를 설치하여 배기가스가 레조네이터로 들어가 칸막이와 작은 구멍을 통과할 때 서서히 팽창되고 압력과 온도가 저하되어 폭음을 방지한다.

배기가스의 온도는 600~700℃이며 음속이 340m/sec가 되므로 레조네이터의 체적은 행정 체적의 12~20배 정도가 좋다.

엔진의 연소가스를 직접 밖으로 내보내면 폭음이 되므로 이장치를 통하여 음을 작게 한다.

소음의 수단으로는 배기관 도중에 팽창실을 설치하여 내벽간의 음파 반사나 공명 현상을 이용하여 음을 감쇠하거나 배기가스의 통로에 음파와의 마찰에 의하여 음향에너지를 작게 하는 흡음재(일반적 글라스울)를 넣는 방법을 취한다.

배기음의 주성분 주파수는 엔진 회전속도에 동조하기 때문에 저속시(저주파)에는 긴 파이프, 고속시(고주파)에는 짧은 파이프가 좋은 것이 된다.

한편, 배기 소음에는 토출구에서 나올때의 분류 소음도 있고, 그것은 배기 유속의 n차의 지수함수로 되고, 배기량 흐름이 증가하여 유속이 증대되는 고속회전, 고부하일수록 소음이 증대한다.

분류 소음을 낮게 하는 데에는 레조네이터 후의 파이프의 단면적을 확대하는 것이 유효한데, 앞에 기술한 저주파 소음의 저감의 요구와는 상반되는 것이 되기 쉽다.

또, 엔진은 배기계의 배압 상승에 동반하여 실린더 내의 연소 잔류가스가 증가, 체적 효율이 저하되어 출력 성능이 악화하므로 레조네이터도 압력 손실이 낮을 것이 요구된다.

압력손실은 압력손실 계수와 배기 유속의 2승의 곱에 비례하므로, 유속이 증대하는 고속 고부하에서 압력손실을 낮게 억제하는 데는 손실 계수를 작게 한다.

즉, 파이프 지름 확대의 필요가 있고 이것은 저주파 소음 저감도 충족하려고 하면, 레조네이터의 확대를 동반하여 스페이스의 제약을 받는다.

도1은 본 발명이 적용되는 배기관을 도시한 도면으로, 배기 매니폴드(도시생략)에 연결되면서 촉매 컨버터(2)를 구비한 프론트 배기 파이프(4)와, 여기에 연결되면서 프론트 레조네이터(6)를 구비한 센터 배기 파이프(8)와, 이후 연결되면서 메인 레조네이터(10)를 구비한 메인 배기 파이프(12)로 이루어지고 있다.

여기에 적용되는 종래의 프론트 레조네이터(14)와, 메인 레조네이터(16)를 도6,7에 도시하고 있다.

상기한 프론트 레조네이터(14)는 프론트 배기 파이프(4)가 연결되는 프론트 하우징(18)과, 프론트 하우징(18)내를 일정 간격으로 4등분하는 프론트 배플 플레이트(20)와, 이 프론트 배플 플레이트(20)를 관통하여 설치되는 프론트 파이프(22)로 구성되어 있다.

상기한 프론트 하우징(18)은 프론트 배플 플레이트(20)에 의해 분할 형성되는 프론트 제1,2,3쳄버(24)(26)(28)와, 좌,우에 프론트 좌,우측판(30)(32)으로 막아 형성하고 있다.

상기한 프론트 배플 플레이트(20)는 프론트 하우징(18)내로 배기가스가 유입되는 측에 통공(34)을 형성한 프론트 제1배플 플레이트(36)와, 이 프론트 제1배플 플레이트(36)로부터 일정 간격을 둔 위치에 프론트 제2배플 플레이트(38), 이 프론트 제2배플 플레이트(38)에서 배기가스가 배출되는 측으로 일정 간격을 두고 프론트 보강 배플 플레이트(40)를 배치하여 이루어지고 있다.

상기한 프론트 파이프(22)는 프론트 하우징(18)의 프론트 좌측판(30)과 프론트 제1배플 플레이트(36)에 걸쳐 설치되어 배기가스의 유입이 이루어지는 프론트 제1파이프(42)와, 프론트 제1파이프(42)와 동일 선상에 위치하여 프론트 제2배플 플레이트(38)에 걸쳐 설치되는 프론트 제2파이프(44)와, 상기 프론트 제1,2파이프(42)(44)가 설치되는 상측에 프론트 제1, 2 배플 플레이트(36)(38)과 보강 배플 플레이트(40), 프론트 하우징(18)의 프론트 우측판(32)에 걸쳐 프론트 제3파이프(46)를 배치하고 있다.

상기한 보강 배플 플레이트(40)는 중심이 뚫려 있어 프론트 하우징(18)의 형상을 유지하고 프론트 제3쳄버(28)의 길이가 길어서 오는 울림현상 및 뒤틀림 현상을 방지하게 하고 있다.

그리고 프론트 제3파이프(46)와 프론트 제2파이프(44)를 프론트 제3쳄버(28)내에서 지지 브라켓트(48)를 이용 연결하여 파이프 길이에 의한 진동으로 공진, 방진 및 내구성을 유지하게 설치하고 있다.

또, 프론트 제3파이프(46)는 프론트 제2,3배플 플레이트(38)(40)의 구간에걸쳐 프론트 구멍(50)을 형성하고 있으며, 그 외주면에는 프론트 글라스 울(52)로 덮혀 있다.

상기한 메인 레조네이터(16)는 메인 배기 파이프(12)에 연결되는 메인 하우징(54)과, 이 메인 하우징(54)내를 일정 간격으로 3등분하는 메인 배플 플레이트(56)와, 이 메인 배플 플레이트(56)를 관통하여 설치되는 메인 파이프(58)로 구성되어 있다.

상기한 메인 하우징(54)은 메인 배플 플레이트(56)에 의해 분할 형성되는 메인 제1,2,3쳄버(58)(60)(62)와, 좌,우에 메인 좌,우측판(64)(66)으로 막아 형성하고 있다.

상기한 메인 배플 플레이트(56)는 메인 하우징(54)내로 배기가스가 유입되는 측에 메인 제1배플 플레이트(68)와, 이 메인 제1배플 플레이트(68)로부터 일정 간격을 둔 위치에 메인 제2배플 플레이트(70)를 배치하여 이루어지고 있다.

상기한 메인 파이프(58)는 메인 하우징(54)의 메인 좌측판(64)과 메인 제1배플 플레이트(68)에 걸쳐 설치되어 배기가스의 유입이 이루어지는 메인 제1파이프(72)와, 메인 제1파이프(72)의 상부에 위치하여 메인 제2배플 플레이트(70)에 걸쳐 설치되는 메인 제2파이프(74)를 배치하고 있다.

상기 메인 제1 파이프(72)는 메인 제1쳄버(58)측에 형성한 메인 제1구멍(76)과, 메인 제2쳄버(60)측에 형성한 메인 제2구멍(78)을 뚫고 있다.

그리고 메인 제2 파이프(74)는 메인 제1쳄버(58)측의 메인 하우징(54)에 근접하게 타원형으로 물받이 주걱(80)을 형성하고 있으며, 메인 제1쳄버(58)와 메인제2쳄버(60)에 걸쳐 메인 제3구멍(82)을 형성하고, 그 외주면에는 메인 글라스울(84)을 형성하고 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 종래의 프론트 레조네이터(14)와, 메인 레조네이터(16)에 의한 시험시 나타난 그래프에서 부밍과 탄소성분의 변화를 도8에서 보여주고 있다.

그러나 상기한 종래기술은 고속도로등 차량 정체 현상이 심하여 저속 주행을 할 때 차중량 대비 엔진출력이 적어 과부하에 의한 배기 부밍이 발생하는 문제점이 있다.

종래의 레조네이터에 의한 1200~1800rpm 영역의 '가' 표시부분 에서 높은 부밍를 나타내고 있어 이를 개선해야할 문제점으로 제기되고 있다.

따라서 본 발명은 앞에서 언급한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 도로의 정체에 따른 초기 출발시나 완전 저속, 정속 주행시 부밍 발생을 억제하여 실내 정숙성 향상이나 배압 저감에 의한 출력증대 및 연비향상을 도모한 자동차용 배기관의 메인 레조네이터를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 배기관을 도시한 도면.

도2는 본 발명에 따른 메인 레조네이터를 도시한 도면.

도3은 도2의 A-A를 도시한 도면.

도4는 본 발명의 적용으로 배기 토출음의 변화를 나타내는 선도.

도5는 종래의 프론트 레조네이터를 도시한 도면.

도6은 종래의 메인 레조네이터를 도시한 도면.

도7은 종래 기술의 적용시 배기 토출음의 변화를 나타내는 선도.

이를 실현하기 위하여 본 발명은 자동차용 배기관의 메인 레조네이터에 있어서,

메인 배기 파이프에 연결되는 메인 하우징내를 일정 간격으로 2등분하여 제1,2쳄버를 형성하는 메인 배플 플레이트와,

상기 메인 하우징의 좌측판과 메인 배플 플레이트를 관통하여 수평으로 설치되는 메인 제1파이프와,

상기 메인 배플 플레이트를 관통하여 제1파이프와 병렬로 배치되면서 메인 하우징의 우측판에 연결 설치되는 메인 제2파이프와,

상기 메인 제1파이프에서 상향으로 라운드되어 제2쳄버측의 메인 제2파이프 외주면 일측에 교차하게 배치되는 메인 제3파이프로 구성되어 이루어지는 자동차용 배기관의 메인 레조네이터를 제공하는데 있다.

상기한 메인 제1파이프에는 메인 제1쳄버측으로 배기음이 빠져나가게 메인 제1구멍을 형성하여 이루어지고 있다.

상기한 메인 제2파이프에는 제2쳄버측으로 메인 제2구멍을 형성하여 이루어지고 있다.

본 발명은 배기가스가 배기 매니폴드로부터 프론트 배기 파이프와 프론트 레조네이터를 경유하여 유입된다.

프론트 레조네이터에 배기가스가 유입됨에 따라 배기음의 저, 고주파수 감쇄가 이루어지면서 메인 레조네이터의 메인 제1파이프에 유입된다.

메인 제1파이프에서 메인 제1쳄버를 거쳐 메인 제2파이프를 통해 배기가스의 일부는 대기중으로 배출된다.

그리고 메인 제1파이프에서 메인 제1쳄버로 빠져나가지 못한 일부 배기가스는 메인 제3파이프를 통해 메인 제2쳄버에 형성된 공명실로 유입되어 문제되는 주파수를 감쇄하게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용되는 배기관을 도시한 도면이고, 도2는 본 발명에 따른 메인 레조네이터를 도시한 도면이다. 그리고 도3은 도2의 A-A를 도시한 도면이다.

자동차용 소음기의 메인 레조네이터(10)는 메인 배플 플레이트(92), 메인 제1파이프(94), 메인 제2파이프(96), 메인 제3파이프(98)로 구성되어 이루어지고 있다.

메인 배플 플레이트(92)는 메인 배기 파이프(12)에 연결되는 메인 하우징(100)내를 일정 간격으로 2등분하여 제1,2쳄버(102)(104)를 형성하고 있다.

메인 배플 플레이트(92)에는 복수개의 홀(106)을 형성하여 배기음을 감쇄하게 하고 있다.

상기 메인 제1파이프(94)는 메인 하우징(100)의 좌측판(108)과 메인 배플 플레이트(92)를 관통하여 수평으로 설치되고 있다.

상기 메인 제1파이프(94)에는 메인 제1쳄버(102)측으로 배기음이 빠져나가게 메인 제1구멍(110)을 형성하여 이루어지고 있다.

메인 제2파이프(96)는 물주걱(111)을 일측에 형성하고, 메인 배플 플레이트(92)를 관통하여 메인 제1파이프(94)와 병렬로 배치되면서 메인 하우징(100)의 우측판(112)에 연결 설치되고 있다.

메인 제3파이프(98)는 메인 제1파이프(94)에서 상향으로 라운드되어제2쳄버(104)측의 메인 제2파이프(96) 외주면 일측에 교차 배치되고 있다.

상기한 메인 제3파이프(98)는 메인 제2파이프(96)의 일측에 배치한 후 브라켓트(114)로 지지되게 연결 설치하고 있다. (도3 참조)

상기한 메인 제2파이프(96)에는 제2쳄버(104)측으로 메인 제2구멍(116)을 형성하여 이루어지고 있다.

상기한 본 발명인 메인 레조네이터(10)의 적용으로 발생하는 배기 토출음과 탄소의 변화를 도5에 도시하고 있다.

이는 엔진의 1200-1800rpm에 이르는 구간에서 본 발명의 적용전(나)에 비해 적용후(다) 저주파 감쇄가 이루어짐을 보여주고 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용을 설명하면, 배기가스가 배기 매니폴드로부터 프론트 배기 파이프와 프론트 레조네이터를 경유하여 1차적으로 저,고 주파수 감쇄가 이루어진다.

이후 배기음이 메인 레조네이터(10)의 메인 제1파이프(94)에 유입되면 메인 제1구멍(110)을 통해 메인 제1쳄버(102)로 빠져나가고 이어 메인 제2파이프(96)를 통해 일부 대기중으로 배출된다.

그리고 메인 제1파이프(94)에서 메인 제1쳄버(102)로 빠져나가지 못한 일부 배기가스는 메인 제3파이프(98)를 통해 메인 제2쳄버(104)에 형성된 공명실로 유입되어 문제되는 주파수를 감쇄하게 된다.

이는

f:주파수 Sp:메인 제1파이프 길이

C: 배기가스 속도 Lp:메인 제3파이프 길이

G:계수 a:단면적 Sp의 등간 반지름

V:체적

상기 식을 통해 메인 제2쳄버(104)에서 체적(V2)을 갖는 공명실에서 문제되는 주파수의 감쇄가 이루어진다.

이러한 본 발명의 적용으로 배기 토출음의 변화를 나타내는 선도를 도4에 보여주고 있는데, 적용전은 '나'선도와 같이 나타나고, 적용후에는 '다'와 같이 나타나 저주파 감쇄가 이루어짐에 따라 원가절감과 차중량도 낮아짐은 물론 운전자 및 탑승자의 귀를 압박하는 부밍음을 개선할 수 있게 된다.

이러한 본 발명은 초기 출발시 부밍 발생 억제로 실내 정숙성 향상 및 배압 저감에 의한 출력 증대 및 연비 향상을 도모하게 된다.

그리고 저주파 감쇄로 인해 탑승자의 귀를 압박하는 부밍음을 개선할 수 있어 쾌적한 주행과 운전을 도모할 수 있게 한다.

Claims (6)

1. 자동차용 배기관의 메인 레조네이터 구조에 있어서,

   메인 배기 파이프에 연결되는 메인 하우징내를 일정 간격으로 2등분하여 제1,2쳄버를 형성하는 메인 배플 플레이트와,

   상기 메인 하우징의 좌측판과 메인 배플 플레이트를 관통하여 수평으로 설치되는 메인 제1파이프와,

   상기 메인 배플 플레이트를 관통하여 제1파이프와 병렬로 배치되면서 메인 하우징의 우측판에 연결 설치되는 메인 제2파이프와,

   상기 메인 제1파이프에서 상향으로 라운드되어 제2쳄버측의 메인 제2파이프 외주면 일측에 배치되는 메인 제3파이프로 구성되어 이루어지는 자동차용 배기관의 메인 레조네이터.
2. 청구항 1에 있어서, 메인 제1파이프에는 메인 제1쳄버측으로 배기음이 빠져나가게 메인 제1구멍을 형성하여 이루어지는 자동차용 배기관의 메인 레조네이터.
3. 청구항 1에 있어서, 메인 배플 플레이트는 복수개의 홀을 형성하여 이루어지는 자동차용 배기관의 메인 레조네이터.
4. 청구항 1에 있어서, 메인 제3파이프는 라운드 형성되어 메인 제2파이프의 일측에 교차되게 설치되어 이루어지는 자동차용 배기관의 메인 레조네이터.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 메인 제3파이프는 메인 하우징의 메인 제2쳄버에서 메인 제2파이프에 교차 배치하여 길이를 길게 형성하여 이루어지는 자동차용 배기관의 메인 레조네이터.
6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 메인 제2파이프와 메인 제3파이프가 교차 배치됨을 견고하게 연결 장착하는 지지 브라켓트를 포함하여 이루어지는 자동차용 배기관의 메인 레조네이터.