KR100587811B1

KR100587811B1 - 머플러의 배압저감장치

Info

Publication number: KR100587811B1
Application number: KR1020040032563A
Authority: KR
Inventors: 박기철
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2006-06-12
Also published as: KR20050107829A

Abstract

본 발명은 엔진의 운전영역 변화에 따라서 머플러의 배압이 능동적으로 조절되어 머플러의 소음감쇄 성능 및 엔진의 출력이 향상되도록 하기 위한 머플러의 배압저감장치에 관한 것으로,

격벽에 의한 다수의 챔버를 가진 외통의 내부에 배기가스의 유입 및 배출을 안내하기 위한 다수의 파이프가 연결되는 머플러에 있어서,

상기한 머플러의 외통 내부로 유입되는 배기가스의 압력에 따라 배기가스가 통과되는 경로가 달라지도록 하기 위한 배기가스 배압저감장치가 형성되어지되, 상기 배기가스 배압저감장치는,

외통 내 인너 파이프의 도중에 세워지며 배기가스 통과를 위한 다수의 소공이 형성된 다공격판과;

상기 다공격판의 중심에서 배기가스 유입측으로 소정구간 돌출형성되는 중심축과;

상기 중심축을 따라 전후진이동이 가능하도록 그 중심이 중심축에 끼워지며 그 외측은 원뿔대 형상으로 형성되는 센터 밸브와;

상기 센터 밸브의 내측면과 상기 다공격판의 사이에 개재되어 센터 밸브를 탄력지지하는 스프링과;

상기 센터 밸브의 외주가 내측 도중에 수용되도록 원뿔통 형상으로 형성되어 그 외측은 인너 파이프의 내주연에 접하도록 수용되며 배기가스 입력측에서 가해지 는 배기가스 압력에 지배되어 전후진동작되는 원뿔통형 밸브; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

머플러, 배압저감장치, 센터 밸브, 원뿔통형 밸브

Description

머플러의 배압저감장치{Apparatus to reduce the exhaust pressure of muffler}

도 1은 본 발명에 의한 배압저감장치가 적용된 머플러의 단면상태도.

도 2는 본 발명에 의한 배압저감장치의 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 1차동작 원뿔통형 밸브가 동작된 상태도.

도 4는 본 발명에 의한 2차동작 원뿔통형 밸브가 동작된 상태도.

도 5는 본 발명에 의한 센터 밸브가 동작된 상태도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 머플러 11 : 외통

16 : 인너 파이프 20 : 배압저감장치

30 : 다공격판 31 : 외측 소공

32 : 내측 소공 35 : 중심축

35 : 걸림턱 40 : 스프링

50 : 센터 밸브 60 : 원뿔통형 밸브

61 : 1차동작 원뿔통형 밸브 62 : 2차동작 원뿔통형 밸브

63a : 내측통공 63b : 외측통공

71 : 전방 스톱퍼 72 : 후방 스톱프

본 발명은 머플러의 배압저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 운전영역 변화에 따라서 머플러의 배압이 능동적으로 조절되어 머플러의 소음감쇄 성능 및 엔진의 출력이 향상되도록 하기 위한 머플러의 배압저감장치에 관한 것이다.

차량의 배기 파이프는 엔진에서 발생된 배기가스를 배기 매니폴드로부터 차량의 후방측으로 유도하기 위한 배기가스 통로로서 그 도중에는 소음감쇄를 위한 머플러가 장착된다.

특히, 머플러는 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 배기소음을 저하시키는 것으로서, 머플러는 그 구조에 따라서 다양한 형식으로 구분된다. 머플러는 두께가 1mm 정도되는 강판을 이용하여 원통형상으로 제작되는 것이 일반적이며, 그 내부공간은 소음감쇄의 효과를 높이기 위해서 다수의 격벽에 의해서 여러개의 챔버로 나뉘어진다. 따라서 배기가스의 소음은 머플러 내에 다수 마련된 챔버들을 통과하는 과정에서 음파의 간섭, 압력변동의 감소, 배기온도의 저하 등으로 인하여 점차로 소음이 감쇄되는 것이다.

한편, 머플러는 소음의 감쇄뿐만 아니라 배기가스의 배압을 낮추어 엔진의 출력이 향상되도록 하는 역할을 담당하게 된다. 이러한 머플러의 소음감쇄측면과 배압감쇄측면을 고려하여 종래의 일부 머플러의 경우에는 가변 밸브와 같은 배압조 절기구가 장착되었다.

그러나 가변 밸브 밸브가 장착된 가변 머플러 시스템의 경우에 엔진의 고RPM 영역과 저RPM 영역의 두 조건하에서만 동작되도록 구성되는 것이 대부분이어서, 엔진의 운전영역변화에 민감하게 대응하여 머플러의 배압이 조절될 수 없는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 엔진의 운전영역 변화에 따라서 머플러의 배압이 능동적으로 조절되어 머플러의 소음감쇄 성능 및 엔진의 출력이 향상되도록 하기 위한 머플러의 배압저감장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

상기 센터 밸브의 외주가 내측 도중에 수용되도록 원뿔통 형상으로 형성되어 그 외측은 인너 파이프의 내주연에 접하도록 수용되며 배기가스 입력측에서 가해지는 배기가스 압력에 지배되어 전후진동작되는 원뿔통형 밸브; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 의한 배압저감장치가 적용된 머플러의 단면상태도이고, 도 2는 본 발명에 의한 배압저감장치의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 배압저감장치의 1차동작 원뿔통형 밸브가 동작된 상태도이고, 도 4는 본 발명에 의한 배압저감장치의 2차동작 원뿔통형 밸브가 동작된 상태도이고, 도 5는 본 발명에 의한 센터 밸브가 동작된 상태도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 10은 본 발명에 의한 배압저감장치가 적용된 머플러를 지시하는 것이고, 도면부호 20은 본 발명에 의한 배압저감장치를 지시하는 것이다.

상기한 머플러(10)는 외통(11) 일측에는 배기가스가 유입되도록 안내하는 배 기가스 입력파이프(12)가 접속되고, 상기 외통(11)의 다른 일측에는 배기가스를 후방으로 유출시키기 위한 배기가스 출력파이프(13)가 접속된다. 그리고 머플러(10)의 내부에 다수의 격벽(14)에 의해서 분리형성된 다수의 챔버(15) 간에는 배기가스의 흐름을 유도하기 위한 인너 파이프(16)가 형성된다.

한편, 본 발명에 의해 형성된 배압저감장치(20)가 상기한 인너 파이프(16)의 전방 도중에 장착된다. 상기한 배압저감장치(20)는 배기가스의 유동압력 변화에 따라서 배기가스가 통과될 수 있는 공간이 유동적으로 조절되도록 구성되는 것이다.

이를 위해, 인너 파이프(16)의 내측 도중에는 다수의 소공(31,32)이 형성된 다공격판(30)이 세워지고, 상기 다공격판(30)의 전방측에는 상기 다공격판(30)의 중심에서 중심축(35)이 소정구간 돌출형성된다. 상기 중심축(35)의 도중에는 상기 중심축(35)을 따라 전후진 동작되는 원뿔대형상의 센터 밸브(50)의 중심이 끼워진 채로 장착되고, 상기 센터 밸브(50)와 다공격판(30)이 마주하는 면 사이에는 상기 중심축(35)을 중심으로 스프링(40)이 개재된다. 상기와 같이 스프링(40)으로써 탄력지지되는 센터 밸브(50)가 중심축(35)의 외측으로 이탈되는 것이 방지될 수 있도록 상기한 중심축(35)의 외측 끝단에는 걸림턱(36)이 형성된다. 상기 중심축(35)은 다공격판(30)에 일체로 형성될 수도 있으며, 조립성 향상을 위해 상기 중심축(35)의 내측 끝단과 다공격판(30)의 중심부에 각각 나사부(33)가 형성되어 나사조립될 수도 있는 것이다.

한편, 상기한 센터 밸브(50)의 외주연과 인너 파이프(16)의 내주연 사이에는 배기가스의 유동압력에 의해 전후진 작동되기 위한 원뿔통형 밸브(60)가 장착되는 데, 상기 원뿔통형 밸브(60)는 1차동작과 2차동작이 단계적으로 진행될 수 있도록 2단으로 분리형성된다. 즉, 직경이 큰 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 내경측 도중과, 상대적으로 직경이 작은 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외경측 도중이 소정구간 접하도록 분리형성되는 것이다. 또한, 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 내경측 도중은 상기 센터 밸브(50)의 외경측 도중과 서로 겹치게 된다.

상기한 센터 밸브(50)와 1차동작 원뿔통형 밸브(61) 및 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외주연 경사면의 기울기는 서로 겹쳐지는 부분의 기밀성 향상을 위하여 서로 동일한 기울기로 형성되는 것이 바람직하다.

특히, 상기한 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 외경이 위치되는 인너 파이프(16)의 내주연 도중에는 상기 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 작동범위를 제한하기 위한 전방 스톱퍼(71)와 후방 스톱퍼(72)가 내향 돌출형성된다. 이는 배기가스의 유동압력에 의해서 동작되는 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 작동범위가 제한되도록 하므로서 일정 구간 이후에서는 상기한 2차동작 원뿔통형 밸브(62)가 동작될 수 있도록 하기 위한 것이다.

즉, 배기가스의 유동압력이 약할 경우에는 상기한 스프링(40)의 탄성력이 센터 밸브(50), 2차동작 원뿔통형 밸브(62), 1차동작 원뿔통형 밸브(61) 순으로 전달되므로서, 상기한 다공격판(30)의 전방측에 또 다른 하나의 격벽이 형성되는 상태가 되는 것이다.

반대로, 상기한 인너 파이프(16)를 통과하는 배기가스의 유동압력이 강해질 경우에는 1차동작 원뿔통형 밸브(61), 2차동작 원뿔통형 밸브(62), 센터 밸브(50) 의 순으로 상기한 스프링(40)에 힘을 가하며, 상기 3개의 밸브의 동작이 단계적으로 구분될 수 있도록 구성되는 것이다.

그리고, 상기한 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 도중에는 배기가스의 통과를 위한 다수의 통공(63)이 형성된다. 특히, 상기한 통공(63)은 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외측면이 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 내측면에 접하였을 경우, 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외경보다 작은 직경범위 내에 형성되어 상기 2차동작 원뿔통형 밸브(62)에 의해 막힌 상태가 되는 내측 통공(63a)과, 상기 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외경보다 큰 직경범위 내에 형성되어 개방된 상태가 되는 외측 통공(63b)으로 구분형성된다.

상기한 내측 통공(63a)과 외측 통공(63b)은 각각 상기 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 외주연이 이루는 경사면과 법선방향으로 천공되는 것이 바람직하다. 이와 같이 내측 통공(63a)과 외측 통공(63b)의 천공방향을 상기 경사면과 법선방향으로 하는 것은 인너 파이프(16)의 외주연 측으로 유도되었던 배기가스는 파이프의 중앙측을 향해 유도되도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기한 다공격판(30)의 소공은 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 대경부 끝단의 외경을 기준으로, 그 외경의 내측에 천공되는 내측 소공(31)와 그 외경의 외측에 천공되는 외측 소공(32)으로 구분 형성된다.

이상과 같이 구성된 머플러 배압저감장치의 작동상태는 아래의 설명과 같이 이루어진다.

머플러(10)의 외통(11) 내로 입력된 배기가스가 상기한 인너 파이프(16)를 통과하게 되는 과정에서 배기가스의 유동압력은 상기한 배압저감장치(20)에 영향을 미치게 된다.

우선, 배기가스의 유동압력이 스프링(40)의 탄성력보다 약할 경우에는 스프링(40)의 탄성력은 센터 밸브(50)가 외측으로 밀려난 상태가 되도록 하고, 센터 밸브(50)의 외측경사면와 일정구간이 면접되는 2차동작 원뿔통형 밸브(62)가 외측으로 밀려난 상태가 되도록 하고, 상기 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외측경사면과 일정구간이 면접되는 1차동작 원뿔통형 밸브(61)가 외측으로 밀려난 상태가 유지되도록 한다.

한편, 센터 밸브(50), 2차동작 원뿔통형 밸브(62), 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 외측면이 경사지게 형성된 관계로 상기한 각각의 밸브에 전달되는 배기가스의 유동압력은 1차동작 원뿔통형 밸브(61), 2차동작 원뿔통형 밸브(62), 센터 밸브(50)의 순서로 전달되어진다.

따라서 배기가스의 유동압력이 점차 강해지게 되면, 1차동작 원뿔통형 밸브(61)가 2차동작 원뿔통형 밸브(62)와 센터 밸브(50)를 함께 밀면서 스프링(40)을 가압하며 동작되며, 이 동작은 상기한 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 외주연이 후방 스톱퍼(72)에 닿게 될 때까지 계속된다. 이 과정에서 상기한 1차동작 원뿔통형 밸브(61)가 전방 스톱퍼(71)로부터 떨어지는 상태부터 상기 1차동작 원뿔통형 밸브(61)에 마련된 외측 통공(63a)이 개방되어 배기가스 유동공간이 발생된다.

1차동작 원뿔통형 밸브(61)가 후방 스톱퍼(72)에 걸리어 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 동작이 멈춘 다음에는, 2차동작 원뿔통형 밸브(62)가 배기가스의 유동 압력을 받아 스프링(40)에 의해 탄력지지되고 있는 센터 밸브(50)를 내측으로 밀면서 동작이 계속된다. 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 동작은 그 외주연이 다공격판(30)의 전면에 닿을 때까지 계속된다. 이 과정에서 상기한 1차동작 원뿔통형 밸브(61)에 형성된 내측 통공(32)이 개방되고, 더 나아가 1차동작 원뿔통형 밸브(61)와 2차동작 원뿔통형 밸브(62) 사이가 벌어져 배기가스의 유동공간이 추가된다.

2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외주연이 다공격판(30)에 닿아 동작이 멈춘 다음에는, 배기가스의 유동압력이 센터 밸브(50)에 직접 전달되어 스프링(40)을 계속 압축하며 센터 밸브(50)가 동작된다. 이 과정에서 상기한 2차동작 원뿔통형 밸브(62)와 센터 밸브(50) 사이에 공간이 발생되어 배기가스 유동공간이 더욱 추가된다.

이상과 같이 본 발명에 의한 배압저감장치는 부분적으로는 3단계를 거칠 뿐만 아니라, 각각의 밸브 작동 단계에서는 해당 밸브의 개방량이 배기가스의 유동압력에 능동적으로 조절되므로서, 엔진의 전 운전영역에 걸쳐서 배압조절이 가능해지게 되는 것이다.

특히, 이러한 장치는 엔진의 저RPM 영역에서는 배기소음 및 저주파수 저감에 효과가 있으며, 엔진의 고RPM 영역에서는 배기가스의 기류음 저감 측면 및 배기가스의 배압 저감 측면에서 유리한 성능을 발휘하게 되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 머플러의 배압 저감을 위한 각각의 밸브가 부분적으로 3단계를 걸쳐 개폐가 이루어지고, 각 단계의 밸브 동작은 배기가스의 유동압력에 따라서 밸브 개방량이 능동적으로 조절되므로서, 엔진의 전 운전영역에 걸쳐서 머플러의 배압조절이 가능하고 배기가스의 기류음 제거 측면에서 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims

격벽에 의한 다수의 챔버를 가진 외통의 내부에 배기가스의 유입 및 배출을 안내하기 위한 다수의 파이프가 연결되는 머플러에 있어서,

상기한 머플러(10)의 외통(11) 내부로 유입되는 배기가스의 압력에 따라 배기가스가 통과되는 경로가 달라지도록 하기 위한 배기가스 배압저감장치(20)가 형성되어지되, 상기 배기가스 배압저감장치(20)는,

외통(11) 내 인너 파이프(16)의 도중에 세워지며 배기가스 통과를 위한 다수의 소공(31,32)이 형성된 다공격판(30)과;

상기 다공격판(30)의 중심에서 배기가스 유입측으로 소정구간 돌출형성되는 중심축(35)과;

상기 중심축(35)을 따라 전후진이동이 가능하도록 그 중심이 중심축(35)에 끼워지며 그 외측은 원뿔대 형상으로 형성되는 센터 밸브(50)와;

상기 센터 밸브(50)의 내측면과 상기 다공격판(30)의 사이에 개재되어 센터 밸브(50)를 탄력지지하는 스프링(40)과;

상기 센터 밸브(40)의 외주가 내측 도중에 수용되도록 원뿔통 형상으로 형성되어 그 외측은 인너 파이프(16)의 내주연에 접하도록 수용되며 배기가스 입력측에서 가해지는 배기가스 압력에 지배되어 전후진동작되는 원뿔통형 밸브(60); 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 원뿔통형 밸브(60)가 위치되는 인너 파이프(16)의 내주연 도중에는 상기 원뿔통형 밸브(60)의 작동범위를 제한하기 위한 전방 스톱퍼(71)와 후방 스톱퍼(72)가 형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 원뿔통형 밸브(60)는 2단으로 작동될 수 있도록 일정 구간이 겹쳐지는 서로 다른 크기로 외측에 위치된 1차동작 원뿔통형 밸브(61)와, 그 내측에 위치된 2차동작 원뿔통형 밸브(62)로 구분되어 구성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 3 항에 있어서,

상기한 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 도중에는 배기가스 통과를 위한 다수의 통공(63)이 관통형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 4 항에 있어서,

상기한 통공(63)은 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외측면이 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 내측면에 접하였을 경우, 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외경보다 작은 직경범위 내에 형성되어 상기 2차동작 원뿔통형 밸브(62)에 의해 막힌 상태가 되는 내측 통공(63a)과, 상기 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 외경보다 큰 직경범위 내에 형성되어 개방된 상태가 되는 외측 통공(63b)으로 구분형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 5 항에 있어서,

상기한 외측 통공(63b)의 형성위치는 전방 스톱퍼(71)의 내경 위치보다 내측에 형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 4 항에 있어서,

상기한 내측통공(63a)와 외측통공(63b)은 상기 1차동작 원뿔통형 밸브(61)의 경사면에 법선방향으로 천공되는 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 3 항에 있어서,

상기한 2차동작 원뿔통형 밸브(62)는 그 폭이 상기한 스프링(40)이 압축된 상태에서, 상기 센터 밸브(50)의 폭과 상기 스프링(40) 구간을 합한 폭보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 중심축(35)은 다공격판(30)의 중심부에 나사조립되는 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 센터 밸브(50)의 외주 경사면의 기울기와 상기 원뿔통형 밸브(60)의 외주 경사면의 기울기는 동일한 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기한 다공격판(30)의 소공은, 2차동작 원뿔통형 밸브(62)의 대경부 끝단의 외경을 기준으로, 그 외경의 내측에 천공되는 내측 소공(31)와 그 외경의 외측에 천공되는 외측 소공(32)으로 구분 형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 중심축(35)의 전방에는 센터 밸브(50)의 이탈을 방지하기 위한 걸림턱(36)이 중심축(35)의 직경보다 돌출형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.