KR100488570B1 - 가변 공명실을 가진 머플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 운전영역에 따라 변화되는 배기 가스의 압력변화에 의해 공명실의 부피 및 그 입구의 단면적이 능동적으로 변화되도록 하여 엔진의 모든 운전영역에서 배기 소음이 효율적으로 감쇄되도록 하기 위한 가변 공명실을 가진 머플러에 관한 것으로,

엔진에서 배출되는 배기 가스에 포함된 소음이 감쇄되도록 배기 파이프의 도중에 형성되는 머플러에 있어서,

상기 배기 파이프의 일측에 소정 공간을 가진 채로 형성되는 하우징과;

상기 하우징의 내부 전후측에 한쌍으로 조합되는 전방벽과 후방벽의 전후방향 슬라이딩에 의해서 그 체적의 가변이 가능하도록 형성되는 공명실과;

상기 배기 파이프를 통과하는 배압이 상기 전방벽에 전달될 수 있도록 상기 전방벽과 일체로 형성되며, 그 도중에는 다수의 소공이 천공된 다공 플레이트와;

배기 가스의 압력이 낮을 경우, 상기 공명실의 체적이 늘어나도록 상기 전방벽에 가공 플레이트와는 반대방향의 힘이 제공되도록 형성되는 리턴 스프링과;

상기 공명실과 배기 파이프 간을 연결하는 입구이며, 상기 공명실의 체적변화에 스로틀 밸브가 동조되어 그 입구의 단면적이 가변되도록 형성되는 네크; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 공명실을 가진 머플러{Muffler having variable chamber}

본 발명은 가변 공명실을 가진 머플러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 운전영역에 따라 변화되는 배기 가스의 압력변화에 의해 공명실의 부피 및 그 입구의 단면적이 능동적으로 변화되도록 하여 엔진의 모든 운전영역에서 배기 소음이 효율적으로 감쇄되도록 하기 위한 가변 공명실을 가진 머플러에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 배기계(Exhaust system)는 엔진의 연소실에서 발생하는 고온고압의 연소 가스를 차량의 후미로 안내하기 위한 배기 파이프와, 배기 파이프의 도중에 형성되어 배기 소음을 저감시키기 위한 머플러로 구성된다.

종래의 일반적인 머플러의 경우에는 소정 두께의 철판을 원통형으로 용접하여 만들었으며, 그 내부에 몇 개의 칸막이를 하여, 배기 가스가 그 칸막이의 벽을 지날 때마다 음파의 간섭 및 압력 변동의 감소, 그리고 배기 온도의 저하로 점차 소음이 감소되도록 구성된다.

최근의 차량에 적용되는 머플러의 경우에는 확장형, 공명형, 삽입관형, 사이드 브랜치형 등의 다양하고 복잡한 구조로 제작되는데, 이렇게 복잡한 형태의 머플러가 사용되는 이유는 차량에서 실질적으로 발생되는 전체 소음에 대응하기 위해서이다.

그런데 상기한 머플러의 구조는 각각 고정된 구조이기 때문에 그 성능에 있어서도 고정된 성능을 발휘하게 되므로서, 엔진의 운전영역에 따른 배기 가스의 압력변화에 능동적인 성능을 발휘하지 못하게 된다. 따라서 점점 더 강화되고 있는 자동차의 소음 규제에 적절히 대응할 수 있는 머플러의 설계가 요구되고 있는 실정이었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 운전영역에 따라 변화되는 배기 가스의 압력변화에 의해 공명실의 부피 및 그 입구의 단면적이 능동적으로 변화되도록 하여 엔진의 모든 운전영역에서 배기 소음이 효율적으로 감쇄되도록 하기 위한 가변 공명실을 가진 머플러를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

엔진에서 배출되는 배기 가스에 포함된 소음이 감쇄되도록 배기 파이프의 도중에 형성되는 머플러에 있어서,

상기 배기 파이프의 일측에 소정 공간을 가진 채로 형성되는 하우징과;

상기 하우징의 내부 전후측에 한쌍으로 조합되는 전방벽과 후방벽의 전후방향 슬라이딩에 의해서 그 체적의 가변이 가능하도록 형성되는 공명실과;

상기 배기 파이프를 통과하는 배압이 상기 전방벽에 전달될 수 있도록 상기 전방벽과 일체로 형성되며, 그 도중에는 다수의 소공이 천공된 다공 플레이트와;

배기 가스의 압력이 낮을 경우, 상기 공명실의 체적이 늘어나도록 상기 전방벽에 가공 플레이트와는 반대방향의 힘이 제공되도록 형성되는 리턴 스프링과;

상기 공명실과 배기 파이프 간을 연결하는 입구이며, 상기 공명실의 체적변화에 스로틀 밸브가 동조되어 그 입구의 단면적이 가변되도록 형성되는 네크; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의해 형성되는 머플러의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 형성되는 머플러의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성된 머플러의 작동상태도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의해 형성되는 머플러를 지시하는 것이고, 도면부호 30과 40은 각각 전방벽과 후방벽을 지시하는 것이다.

상기한 머플러(20)는 배기 파이프(10)의 일측면에 소정 공간을 갖는 하우징(21)이 형성되고, 이 하우징(21)과 배기 파이프(10) 사이에는 후설한 전방벽(30)의 전후이동을 허락하며 안내하기 위한 가이드 공(22)이 형성된다.

그리고 상기한 하우징(21)의 내부 전후측에는 한쌍의 전방벽(30)과 후방벽(40)이 전후방향으로 슬라이딩 가능하도록 형성되는데, 이 한쌍의 전방벽(30)과 후방벽(40)의 조합에 의해서 배기 가스에 포함된 소음을 감쇄시키기 위한 공명실(50)이 마련된다. 상기한 공명실(50)은 전방벽(30)과 후방벽(40) 간의 거리가 짧아지고 길어짐에 따라서 그 체적이 가변되는 것이다.

즉, 상기한 공명실(50)의 상면과 하면은 상기 하우징(21)과 일체로 형성되고, 그 전면과 배면은 상기 전방벽(30)과 후방벽(40)으로 이루어지는 것이다. 특히, 상기한 전방벽(30)과 후방벽(40)이 소정의 스트로크만큼 전후방향으로 이동되더라도 공명실(50)의 폐공간이 유지되도록 하기 위해, 상기 전방벽(30)과 후방벽(40)의 전후면에는 각각 부재가 소정 길이만큼 돌출형성되므로서 일측이 개구된 'ㄷ'자 형상이 서로 마주하도록 구성된다.

그리고 상기한 전방벽(30)의 하단으로는 배기 가스의 압력을 전달받기 위한 다공 플레이트(33)가 연장형성되는데, 이 다공 플레이트(33)에는 배기 가스가 통과되기 위한 다수의 소공(34)이 형성된다. 이 다공 플레이트(33)는 배기 파이프(10)의 전단면을 걸쳐 형성되어, 배기 가스의 압력이 강한 경우에 상기 전면벽(30)을 후진이동시키게 된다.

공명실(50)의 체적이 가변되도록 하기 위해, 상기한 전방벽(30)은 상기 가이드 공(22)을 따라서 배기 가스의 배압에 의해 후방으로 이동될 수 있도록 형성되고, 상기 후방벽(40)은 상기 전방벽(30)의 이동에 연동되어 상기 전방벽(30)과는 반대방향으로 이동될 수 있도록 형성되는 것이다. 상기 전방벽(30)과 후방벽(30)의 연동작동을 위해 상기 전방벽(30)의 상부단과 후방벽(40)의 상부단에는 각각 머플러의 길이방향으로 부재가 연장형성되고, 그 부재의 상하측면에 래크 기어(31,41)가 서로 마주하도록 형성된다. 상기 래크 기어(31,41) 간에는 소정의 위상차이가 있게 되고, 상기 래크 기어(31,41)들은 하우징(21)의 도중에 고정형성되는 제1 피니언 기어(24)에 맞물리게 되므로서, 상기 전방벽(30)이 후측으로 이동되면 상기 후방벽(40)은 앞방향으로 이동되도록 구성되는 것이다.

그리고 상기한 공명실(50)과 배기 파이프(10) 간을 연결하는 입구가 되는 네크(60)의 도중에는 상기 네크(60)의 단면적이 가변되도록 하기 위한 스로틀 밸브(61)가 형성된다. 이 스로틀 밸브(61)는 상기 후방벽(40)의 하측면과 스로틀 밸브(61)의 로드부에 마련되는 래크 기어(42,62)가 상기 하우징(21)의 도중에 고정형성되는 제2 피니언 기어(25)에 의해 맞물려 작동되는 것이다. 특히, 상기한 네크(60)의 단면적은 공명실(50)의 체적이 커질수록 줄어들게 되고, 공명실(50)의 체적이 줄어들수록 네크(60)의 단면적은 커지도록 구성되는 것이다.

한편, 상기한 배기 파이프(10) 내에 큰 배압이 걸리지 않는 경우에는 상기한 전방벽(30)이 원래의 위치가 될 수 있도록 리턴 스프링(70)에 의해서 탄력지지된다. 즉, 상기한 리턴 스프링(70)은 엔진의 운전영역이 저RPM 영역인 경우에 상기 전방벽(30) 및 후방벽(40)이 최대한 벌어져 그 체적이 커지도록 하기 위한 것이다.

상기와 같이 배기 가스의 유동압력에 따라서 공명실(50)의 체적 및 네크(60)의 단면적이 변화되도록 설계되는 것은 헬름홀츠(Helmholtz)의 이론에 의한 것이다.

이상과 같이 구성되는 머플러의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

우선 엔진이 시동되기 전의, 전방벽(30)은 리턴 스프링(70)의 탄발력에 의해서 머플러(20)의 전방측으로 이동된 상태가 되고, 후방벽(40)도 제1 피니언 기어(24)의 역할에 의해서 후측으로 이동된 상태가 된다. 이 때가 공명실(50)의 체적이 최대가 된 상태이다.

엔진이 시동된 수, 차량이 저속 주행되는 저RPM 운전영역에서는, 배기 가스의 압력이 크지 않기 때문에 상기한 다공 플레이트(33)에는 큰 영향을 미치지 않게 된다. 배기 가스는 다공 플레이트(33)에 천공된 다수의 소공(34)을 통해서 배기 파이프(10)의 전방측에서 후방측으로 흐르게 된다. 이때, 저RPM 운전영역의 주소음 성분인 저주파수 소음 성분이 감쇄된다.

한편, 차량이 고속주행되는 고RPM 운전영역에서는, 상기한 배기 파이프(10)를 통과하는 배기 가스의 압력이 크기 때문에 상기 다공 플레이트(33)에 영향을 미치게 된다. 즉, 강한 배압에 의해서 상기 다공 플레이트(33)는 후측으로 이동되고, 상기 다공 플레이트(33)와 일체로 형성된 전방벽(30)은 후방측으로 이동된다. 이때, 상기한 후방벽(40)은 래크 기어(31,41)와 제1 피니언 기어(24)에 의해서 전진이동된다. 따라서 공명실(50)의 체적은 줄어들게 된다. 또한, 상기한 후방벽(40)의 전진과 동시에 그 하측에 마련되는 스로틀 밸브(61)가 제2 피니언 기어(25)를 매개로 후진이동을 하게 되므로서 네크(60)의 단면적이 커지게 된다.

이와 같이, 엔진의 고RPM 운전영역에서 공명실(50)의 체적이 줄어들고, 네크(60)의 단면적이 커지게 되면, 헬름홀츠의 원리에 의해서 감쇄주파수가 고주파수 쪽으로 이동되고, 고RPM의 경우에 주소음원인 고주파 소음이 감쇄된다.

이상과 같이 엔진의 운전영역에 따라서 소음의 저주파음(부밍 소음 등) 및 고주파음(기류음, 배기계 방사음 등)이 감쇄되므로서 차량의 전체적인 배기 소음이 감쇄된다.

이상과 같이 구성되는 머플러에서는 헬름홀츠의 원리에 의해서 공명실 및 네크의 단면적이 엔진의 운전영역에 따라서 가변되도록 구성되므로서, 엔진의 저RPM 운전영역에서는 부밍 소음과 같은 저주파음이, 엔진의 고RPM 운전영역에서는 기류음과 배기계 방사음 등과 같은 고주파음이 감쇄되는 커다란 장점이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 의해 형성되는 머플러의 단면도.

도 2는 본 발명에 의해 형성된 머플러의 작동상태도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 배기 파이프 20 : 머플러

21 : 하우징 22 : 가이드 공

24 : 제1 피니언 기어 25 : 제2 피니언 기어

30 : 전방벽 31 : 래크 기어

40 : 후방벽 41 : 래크 기어

50 : 공명실 60 : 네크

61 : 스로틀 밸브 70 : 리턴 스프링

Claims (3)

1. 엔진에서 배출되는 배기 가스에 포함된 소음이 감쇄되도록 배기 파이프의 도중에 형성되는 머플러에 있어서,

   상기 배기 파이프(10)의 일측에 소정 공간을 가진 채로 형성되는 하우징(21)과;

   상기 하우징(21)의 내부 전후측에 한쌍으로 조합되는 전방벽(30)과 후방벽(40)의 전후방향 슬라이딩에 의해서 그 체적의 가변이 가능하도록 형성되는 공명실(50)과;

   상기 배기 파이프(10)를 통과하는 배압이 상기 전방벽(30)에 전달될 수 있도록 상기 전방벽(30)과 일체로 형성되며, 그 도중에는 다수의 소공(34)이 천공된 다공 플레이트(33)와;

   배기 가스의 압력이 낮을 경우, 상기 공명실(50)의 체적이 늘어나도록 상기 전방벽(30)에 가공 플레이트(33)와는 반대방향의 힘이 제공되도록 형성되는 리턴 스프링(70)과;

   상기 공명실(50)과 배기 파이프(10) 간을 연결하는 입구이며, 상기 공명실(50)의 체적변화에 스로틀 밸브(61)가 동조되어 그 입구의 단면적이 가변되도록 형성되는 네크(60); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 공명실을 가진 머플러.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 공명실(50)을 이루는 전방벽(30)과 후방벽(40)은 상기 하우징(31)의 도중에 고정형성되는 제1 피니언 기어(24)에 각각의 벽의 일측에 마련된 래크 기어(31,41)가 맞물려 벽간의 거리가 짧아지거나 길어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 공명실을 가진 머플러.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 네크(60)의 단면적을 조절하는 스로틀 밸브(61)는 상기 후방벽(40)의 하측면과 스로틀 밸브(61)의 로드부에 마련되는 래크 기어(62)가 상기 하우징(21)의 도중에 고정형성되는 제2 피니언 기어(25)에 의해 맞물려 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 공명실을 가진 머플러.