KR100398159B1 - 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변 밸브장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 가변밸브의 개폐 방식을 간접 방식으로 바꾸어 배압 감소를 줄이며, 밸브의 진동과 소음을 줄일 수 있는 구조의 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변밸브 장치를 제공하는데 있다.

이를 위해 본 발명은 배기가스를 확산시켜 압력과 소음을 감소하는 원통과, 그 원통내로 배기가스의 도입을 안내하는 배기가스 도입파이프와, 상기 배기가스 도입 파이프를 통해 도입된 배기가스의 흐름 방향을 전환하도록 설치되는 배기가스 유동전환파이프와, 상기 유동전환파이프를 통과한 배기가스의 유동 방향을 다시 바꾸어 테일파이프측으로 배출하도록 안내하는 배기가스 배출파이프를 포함하는 머플러에 있어서, 상기 배기가스 유동전환파이프의 단면적 개폐량을 조정하도록 90°범위에서 회동 작동하는 원판밸브와;

상기 배기가스도입 파이프의 후방측 개방단부와 대향토록 설치되며, 그 배기가스 도입 파이프를 통해 도입되는 배기가스의 유동 에너지에 의해 회전하게 되는 프로펠러기구와;

상기 프로펠러기구의 회전력을 전달하여 상기 원판 밸브를 회동 작동시키는 동력 전달수단;을 포함하여 구성 하고 있다.

Description

머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변 밸브장치{Changeable valve apparatus of muffler}

본 발명은 엔진의 운전 조건에 대응하여 배출되는 배기가스의 유동을 제어하는 머플러의 가변밸브장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 배기압이 높고 배기가스가 다량으로 배출되는 고속 운전시보다 배기가스의 절대 배출 양이 오히려 적은 아이들 운전이나 저속 운전시 배기음이 더 크게 발생하므로써 차량에의 승차감이 고속시보다 저속 운전시에 더욱 나쁘다는 특성이 있다.

이때문에 엔진의 특정 운전 영역에서의 진동과 소음을 감소시키기 위해 도 5 내지 도 7에 도시하는 것과 같이 머플러(40)의 배기가스 유동 방향 전환 파이프 (41)의 단부에 배기가스의 유동에너지에 의해 개폐되는 가변밸브(42)를 장착하여 아이들 및 저속 운전시에는 배기가스압보다 큰 복원 스프링(43)의 탄성력에 의해 배기가스 유동 방향전환 파이프(41)의 개방 단면적을 최소화 하도록 닫게 되며, 엔진이 점차 속도를 높여 구동되면 배기가스 압력도 선형적으로 증가하게 되면서 그와 비례하여 가변밸브(42)의 열림량도 증가하게 되므로써 엔진의 저속 운전시에는배기가스의 흐름을 억제하여 배기소음(토출음)을 저감하고, 고속 주행시에는 가변밸브(42)가 활짝 열려 배기 가스 배출압이 저감되어 출력 저하를 방지토록 하고 있다.

그러나 종래의 머플러에 장착되는 가변밸브(42)에 의하면 배기되는 가스압에 의하여 가변밸브(42)가 선형적으로 열리기는 하나 가변밸브(42)에 설치되어 있는 복원스프링(43)의 복원력 작용으로 그 힘만큼 배기가스의 압력 손실이 불가피한 단점이 있으며, 또 배기가스가 직접 가변밸브(42)에 작용하여 열림량이 조절되는 방식이어서 배기가스의 압력 변화에 따라 가변밸브(42)가 즉시 반응하여 떨림에 의한 진동 및 소음이 발생되어지고 도 8에 도시하는 것과 같이 배기가스 압력파에 대한 주파수(f1)와 가변밸브의 복원스프링(43)의 주파수(f2)가 일치하게 되는 특정 영역에서 공진을 일으켜 밸브로부터 소음과 진동을 증가시키게 되는 문제점이 지적되고 있다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로 그의 목적으로 하는 것은 가변밸브의 개폐 방식을 간접 방식으로 바꾸어 배압 감소를 줄이며, 밸브의 진동과 소음을 줄일 수 있는 구조의 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변밸브 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변 밸브장치는 배기가스를 확산시켜 압력과 소음을 감소하는 원통과, 그 원통내로 배기가스의 도입을 안내하는 배기가스 도입파이프와, 상기 배기가스 도입 파이프를 통해 도입된 배기가스의 흐름 방향을 전환하도록 설치되는 배기가스 유동 전환파이프와, 상기 유동전환파이프를 통과한 배기가스의 유동 방향을 다시 바꾸어 테일파이프측으로 배출하도록 안내하는 배기가스 배출파이프를 포함하는 머플러에 있어서, 상기 배기가스 유동 전환파이프의 단면적 개폐량을 조정하도록 90°범위에서 회동 작동하는 원판밸브와;

상기 배기가스도입 파이프의 후방측 개방단부와 대향토록 설치되며, 그 배기가스 도입 파이프를 통해 도입되는 배기가스의 유동 에너지에 의해 회전하게 되는 프로펠러기구와;

상기 프로펠러기구의 회전력을 전달하여 상기 원판 밸브를 회동 작동시키는 동력 전달수단;을 포함하여 구성되어 있다.

도 1은 본 발명에 의한 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변 밸브 장치를 나타내는 도면

도 2는 도 1의 A-A 단면도

도 3은 본 발명에 의한 가변밸브장치의 요부 상세도

도 4는 도 3에 도시한 장치의 측면 상태를 나타낸 도면

도 5는 종래의 머플러

도 6과 도 7은 종래 가변밸브장치의 구조를 나타낸 도면

도 8은 종래 가변밸브장치에 있어 엔진 압력파에 대한 밸브 스프링의 고유 진동수의 공진 상태를 나타내는 그래프

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 머플러 2 : 원통

3 : 배기가스도입파이프 4,4a : 배기가스유동 전환 파이프

5 : 배기가스유출파이프 6,7,8,9 : 실(방)

10,11,12 : 격벽 13 : 저속용 보조파이프

14 : 원판밸브 15 : 중심축

16 : 와이어가이드 17 : 리턴스프링

18 : 프로펠러기구 19 : 와이어가이드

20 : 와이어 21 : 회전축

22 : 지지부재 23 : 프로펠러

이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변밸브장치를 나타내는 단면도이며, 도 2는 동상 머플러의 A-A 단면도이며, 도 3은 본 발명의 가변 밸브장치의 요부 상세도이며, 도 4는 본 발명의 가변밸브장치의 측면도이다.

도 1에 있어서 머플러(1)는 엔진으로부터 배기되는 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 소음을 감쇄하도록 배기계의 도중에 접속되는 원통(2) 내부로 배기가스의 도입을 안내하는 배기가스도입파이프(3)와, 그 배기가스도입파이프(3)와 나란히 설치되는 배기가스유동전환파이프(4)(4a) 및 배기가스유출파이프(5)를 포함하고 있다.

상기 각각의 파이프들(3)(4)(4a)(5)은 상기 원통(2)을 복수개의 실(방)(6)(7)(8)(9)로 구획하는 격벽들(10)(11)(12)에 의해 지지되도록 설치되며, 상기 배기가스유동전환파이프(4)와는 별개로 이웃하여 그보다 작은 직경(직경대비 1/2 내지 1/5)으로 형성되는 저속용의 보조파이프(13)가 격벽(12)에 의해 지지되어 제3실(8)과 제4실(9)을 연통하도록 설치되어 있다.

이에따라 상기 배기가스도입파이프(3)의 후단은 제4실(9)에 연통하며, 서로 분리된 전후 배기가스유동전환파이프(4)(4a)중 후방 배기가스유동전환파이프(4)와 보조파이프(13)는 제3실(8)을 연통하도록 설치되고, 배기가스유출파이프(5)의 선단은 제1실(6)에 연통하고 있다.

상기 후방 배기가스유동전환파이프(4)의 후단은 상기 배기가스도입파이프(3)의 후단보다 후방을 향해 연장되어 있으며, 그의 후단에 파이프 단면적의 개폐량을 조정하는 원판밸브(14)가 중심축(15)에 의해 회동가능하게 설치되어 있다.

이 중심축(15)의 일단에는 원형 또는 도시한 것과 같은 호형상의 와이어 가이드(16)가 형성되고, 이 와이어 가이드(16)는 리턴스프링(17)에 의해 원판밸브(14)가 항상 배기가스유동전환파이프(4)를 폐쇄하는 방향으로 회전하도록 힘을 받고 있다.

그리고 상기 와이어가이드(16)는 배기가스도입파이프(3)의 후단에 설치되는 프로펠러기구(18)의 와이어가이드(19)와 동력전달수단, 도시한 실시예에서는 와이어(20)를 사용하여 서로 연동하도록 구성되어 있다.

이 와이어가이드(20)는 회전축(21)에 고정되며, 회전축(21)은 지지부재(22)를 통해 회전가능하게 지지되고 있으며, 회전축(21)의 선단에는 배기가스도입파이프(3)를 통해 원통(2) 내부, 즉 제4실(9)내로 유입되는 배기가스의 유동에너지에 의해 회전하는 프로펠러(23)가 설치되어 있다.

여기서 프로펠러(23)는 배기가스압에 의해 계속해서 회전하는 것이 아니라 원판밸브(14)를 90°각도 범위내에서 회동시킬 수 있는 범위로 회전운동이 제한된다.

즉, 원판밸브(14)가 초기상태(파이프(4)를 차단한 상태) 및 그로부터 90°회동하여 수평상태(파이프(4)를 최대로 개방한 상태)가 되었을 때 스토퍼(24)(25)에 의해 원판밸브(14)는 더 이상 회동할 수 없도록 제한된다.

이하에 본 발명의 작동 과정을 상술한다.

엔진이 아이들 구동되거나 아이들 구동에 가까운 저속 운전시에는 엔진으로부터 배기되어 배기가스도입파이프(3)를 통해 제4실(9)내로 유입되는 배기가스의 유속이 작으므로, 이때는 리턴스프링(17)의 탄성력이 배기가스압보다 높기 때문에 프로펠러(23)가 회전하지 않게 되며, 이로써 와이어(20)에 의한 견인력이 형성되지 아니하여 원판밸브(14)는 배기가스유동전환파이프(4)를 차단하고 있게 된다.

따라서 배기가스는 후방 배기가스유동전환파이프(4)를 통해서 진행하지 못하고 그와 이웃한 작은 직경의 저속용 보조파이프(13)만을 통하여 제3실(8)로 유입된 후 다시 전방 배기가스유동전환파이프(4a)와 배기가스유출파이프(5)를 거쳐 S자 형상으로 유동하여 배기가스유출파이프(5)에 접속되는 테일파이프(도시생략)를 통해 대기중에 배출되는 것이다.

이와같이 배출량이 작고 압력이 낮은 배기가스가 그의 배출에 적합한 저속 영역용의 작은 직경의 보조파이프(13)를 통해 배출되기 때문에 아이들 및 저속 운전시 발생 소음이 감소되어지게 되는 것이다.

그러나 엔진의 구동 속도가 점차 증가하게 되면 제4실(9)내로 유입되는 배기가스압이 비례하여 높아지게 되며, 프로펠러기구(18)의 프로펠러(23)가 배기가스압에 해당하는 힘만큼 회전하게 된다.

프로펠러기구(18)의 와이어가이드(19)가 회전하게 되면, 와이어(20)를 감아들여 견인하게 되며, 이에 연동하여 와이어가이드(16)와 중심축(15) 및 원판밸브(14)가 회전하여 배기가스유동전환파이프(4)를 개방하게 된다.

만일 배기가스압이 충분히 높은 고속 주행시면 원판밸브(14)가 90°회동하여 풀(full)로 파이프단면적을 개방하게 될 것이며, 이로써 배기가스는 완전히 개방된 배기가스유동전환파이프(4)를 통해 신속하고 원할하게 배출될 수 있어 배압이 저감되기 때문에 배기저항으로 인한 엔진 출력의 저하를 방지하게 되는 것이다.

여기서 원판밸브(14)가 수평이 되어 풀로 개방하면 스토퍼(24)에 받혀 더이상 회동하지 않게 되며, 이 스토퍼(24)(25)들은 프로펠러(18)측에 설치하여도 무방하다.

이와같이 본 발명은 배기가스압이 원판밸브(14)에 직접 작용하여 열림량이 조절되는 방식이 아니라 프로펠러(23) 회전에 연동한 와이어 견인에 의해 간접적으로 이루어지기 때문에 배기가스의 압력이 순간적으로 변화하더라도 원판밸브(14)에는 그 효과가 즉시 반영되어 지지 않아 진동 및 소음이 발생되지 않게 되는 것이다.

한편, 엔진 rpm이 감소하거나 또는 배기가스 유속이 감소하면 리턴스프링(17)의 힘에 의해 원판밸브(14)는 파이프(4)를 닫는 방향으로 회동하여 배기가스 통과 단면적을 축소시키므로써 저속에 적합한 배기가스배출 조건을 형성하여 저속 소음을 감소시키게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 엔진의 운전 조건에 따라 배기가스 통과 단면적을 조정하는 밸브를 배기가스압이 직접 작용하여 개폐되도록 하지 아니하고 배기가스압에 의해 회전하는 프로펠러 기구에 연동하여 간접적 방식으로 작동되도록 하므로써 배기가스 압력 변화에 대한 밸브 진동 및 소음의 발생이 저감되고, 고속에서는 배압 감소를 줄여 엔진 출력의 저하를 방지하게 되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 배기가스를 확산시켜 압력과 소음을 감소하는 원통과, 그 원통내로 배기가스의 도입을 안내하는 배기가스 도입파이프와, 상기 배기가스 도입 파이프를 통해 도입된 배기가스의 흐름 방향을 전환하도록 설치되는 배기가스 유동 전환파이프와, 상기 유동전환파이프를 통과한 배기가스의 유동 방향을 다시 바꾸어 테일파이프측으로 배출하도록 안내하는 배기가스 배출파이프를 포함하는 머플러에 있어서, 상기 배기가스 유동 전환파이프의 단면적 개폐량을 조정하도록 90°범위에서 회동 작동하는 원판밸브와;

   상기 배기가스도입 파이프의 후방측 개방단부와 대향토록 설치되며, 그 배기가스 도입 파이프를 통해 도입되는 배기가스의 유동 에너지에 의해 회전하게 되는 프로펠러 기구와;

   상기 프로펠러기구의 회전력을 전달하여 상기 원판 밸브를 회동 작동시키는 동력 전달수단;을 포함하여 구성 하는 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변밸브 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 원판 밸브는 리턴스프링에 의해 상기 배기가스유동전환파이프의 단면적을 폐쇄토록 힘을 받는 것을 특징으로 하는 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변밸브 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 프로펠러기구는 배기가스압에 의해 회전하는 프로펠러와, 그 프로펠러 회전축의 후단에 고정 장착되는 와이어가이드와, 그 회전축을 회전 가능하게 지지하는 지지부재로 구성되며, 상기 프로펠러 기구의 와이어가이드는 상기 원판밸브의 중심축의 일단에 고정 설치되는 와이어 가이드와 동력전달 수단으로서의 와이어에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변밸브 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한항에 있어서,

   상기 원판밸브는 스토퍼에 의하여 90°범위내에서 회전 작동하도록 제한되는 것을 특징으로 하는 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변밸브 장치.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한항에 있어서,

   상기 배기가스유동전환파이프보다 작은 직경의 보조파이프가 나란히 설치되어 아이들 및 저속시 배기가스가 상기 보조파이프를 통해 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 머플러의 배기가스 유동 제어를 위한 가변밸브 장치.