KR100587812B1

KR100587812B1 - 머플러의 배압저감장치

Info

Publication number: KR100587812B1
Application number: KR1020040033462A
Authority: KR
Inventors: 박준영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-05-12
Filing date: 2004-05-12
Publication date: 2006-06-12
Also published as: KR20050108242A

Abstract

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

다수의 격벽에 의해서 내부가 다수의 챔버로 분리형성되는 머플러의 전방과 후방에 각각 배기가스 입력파이프와 배기가스 출력파이프가 접속되고, 상기한 챔버 간에는 배기가스 흐름을 제어하기 위한 복수의 인너 파이프가 접속되어지되, 상기한 배기가스 입력파이프의 도중에는 엔진의 운전상황에 따라 배기가스의 배압이 조절되도록 하는 배압조절기구가 장착되는 구조에 있어서,

중간 챔버에 위치되는 상기 배기가스 입력파이프의 도중이 단절되고, 그 단절된 부분의 양단 도중을 연결하기 위해 배기가스 입력파이프의 직경보다 큰 직경을 갖는 통형상으로 형성되며, 그 외주연 도중에는 다수의 관통공이 형성된 케이스와;

상기 케이스의 전방 측으로 상기 배기가스 입력파이프의 절단부 전단에 접속되기 위한 전방접속구가 형성되어지되, 상기 케이스의 내측으로 연장된 전방접속구의 연장부 도중에 배기가스의 유속 및 유량에 의해 회전가능하도록 형성되며, 그 내주연에 다수의 브레이드가 형성된 임펠러와;

상기 케이스의 후방 측으로 상기 배기가스 입력파이프의 절단부 후단에 접속되기 위한 후방접속구가 형성되어지되, 상기 후방접속구가 케이스의 내측으로 연장된 가이드 파이프의 도중에 상기 임펠러의 회전정도에 따라 상기 가이드 파이프의 소정구간 내에서 전후진동작되는 원통형상의 밸브체와;

임펠러의 외주연 도중과 상기 밸브체의 도중을 연결하여 임펠러 회전시 발생되는 원심력에 의해 상기 임펠러와 밸브체 간의 거리가 좁혀지도록 형성된 원심링크기구와;

상기 임펠러의 저속회전시에는 상기 밸브체가 임펠러 위치로부터 이격되도록 상기 원심링크기구의 일측단과 밸브체 도중에 개재되는 리턴 스프링; 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

머플러, 배압저감장치, 원심링크기구, 볼

Description

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

도 1은 본 발명에 의해 구성된 머플러의 단면도.

도 2는 본 발명에 의해 형성된 배압조절기구의 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 임펠러의 정면도.

도 4는 도 1의 A-A선 단면도.

도 5는 본 발명에 의해 형성된 아이들 회전체의 정면도.

도 6는 본 발명에 의한 윈심링크기구를 설명하기 위한 단면도.

도 7은 본 발명에 의한 배압조절기수의 작동상태도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 머플러 14 : 중간챔버

16 : 배기가스 입력파이프 16a : 절단부 전단

16b : 절단부 후단 20 : 배압조절기구

22 : 전방접속구 23 : 전방 가이드 돌기

24 : 후방접속구 25 : 가이드 파이프

26 : 가이드 레일 28 : 관통공

30 : 임펠러 32 : 브레이드

34 : 전방 가이드 홈 40 : 밸브체

42 : 레일 홈 44 : 후방 가이드 돌기

45 : 아이드 회전체 46 : 후방 가이드 홈

50 : 원심링크기구 51 : 전방링크

53 : 후방링크 55 : 볼

60 : 리턴 스프링

본 발명은 머플러의 배압저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 운전영역 변화에 따라서 머플러의 배압이 능동적으로 조절되어 머플러의 소음감쇄성능 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 정도 되는 강판을 이용하여 원통형상으로 제작되는 것이 일반적이며, 그 내부 공간은 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 일부의 머플러의 경우에는 가변 밸브와 같은 배압조절기구가 장착되었다. 그러나 가변 밸브가 장착된 가변 머플러 시스템의 경우에 엔진의 고RPM 영역과 저RPM 영역의 두 조건하에서만 가변 밸브가 동작되도록 형성되므로서, 엔진의 운전영역변화에 민감하게 대응하여 머플러의 배압을 조절할 수 없는 문제점이 있었다.

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

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

다수의 격벽에 의해서 내부가 다수의 챔버로 분리형성되는 머플러의 전방과 후방에 각각 배기가스 입력파이프와 배기가스 출력파이프가 접속되고, 상기한 챔버 간에는 배기가스 흐름을 제어하기 위한 복수의 인너 파이프가 접속되어지되, 상기한 배기가스 입력파이프의 도중에는 엔진의 운전상황에 따라 배기가스의 배압이 조 절되도록 하는 배압조절기구가 장착되는 구조에 있어서,

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

도 1은 본 발명에 의해 구성된 머플러의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 의해 형성된 배압조절기구의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 임펠러의 정면도이고, 도 4는 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의해 형성된 아이들 회전체의 정면도이고, 도 6는 본 발명에 의한 윈심링크기구를 설명하기 위한 단면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 배압조절기수의 작동상태도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 10은 본 발명이 적용되는 머플러를 지시하는 것이고, 도면부호 20은 본 발명에 의해 형성된 배압조절기구를 지시하는 것이다.

상기한 머플러(10)의 케이스(11)는 격벽(12)을 경계로 전방챔버(13), 중간챔버(14), 후방챔버(15)로 구분 형성된다. 상기한 케이스(11)의 전방측에서 인입된 배기가스 입력파이프(16)의 후방 끝단은 후방챔버(15)의 내부까지 연장되는데, 상기한 중간챔버(14)를 지나는 배기가스 입력파이프(16)의 도중은 양측으로 절단 형성되며, 그 절단부 전단(16a)과 절단부 후단(16b) 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 상기한 케이스(11)의 후방으로 나가는 배기가스 출력파이프(17)의 전방단은 전방챔버(13)의 내측에 접속된다. 인너 파이프(18)는 전방챔버(13)과 후방챔버(15) 사이를 연결한다.

본 발명에 의해 형성된 배압조절기구(20)은 상기한 절단부 전단(16a)와 절단부 후단(16b) 사이에 개재되는 것으로, 엔진의 배기계에서 전달되는 배기가스의 압력에 의해서 밸브체가 능동적으로 작동되어 머플러(10)의 배압이 자동으로 조절되 도록 하는 것이다.

상기한 배압조절기구(20)의 케이스(21)는 상기한 배기가스 입력파이프(16)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원통형상으로 형성되며, 그 전방에는 상기 절단부 전단(16a)에 접속되기 위한 전방접속구(22)가 형성되고, 그 후방에는 상기 절단부 후단(16b)에 접속되기 위한 후방접속구(24)가 형성된다.

전방접속구(22)는 케이스(21)의 내측으로 소정구간 연장되며, 그 연장부의 외주연에는 환형상의 전방 가이드 돌기(23)가 돌출형성된다. 후방접속구(24)의 내측으로는 전방접속구(22)의 연장된 길이보다 케이스(21)의 내측을 향하여 더 길게 연장되는 가이드 파이프(25)가 형성된다.

상기 가이드 파이프(25)의 길이방향으로는 후설할 밸브체(40)의 길이방향이동을 안내하기 위한 가이드 레일(26)이 길게 돌출형성된다. 이 가이드 레일(26)은 180° 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 케이스(21)의 원주방향 도중에는 소정의 각도 간격으로 케이스의 내측과 외측을 연통시키기 위한 다수의 관통공(28)이 형성된다.

그리고 상기한 전방 가이드 돌기(23)가 형성된 전방접속구(22)의 케이스 내측 연장부의 외주에는 환형상으로 형성된 임펠러(30)가 장착되는데, 상기 임펠러(30)의 내주연에 형성된 환형상의 전방 가이드 홈(34)이 상기한 전방 가이드 돌기(23)에 끼워져 회전될 수 있도록 장착된다. 상기 임펠러(30)의 몸체(31) 내주연에는 상기한 전방접속구(22)를 통과하는 배기가스의 유속 및 유량을 회전운동으로 변환시키기 위한 다수의 브레이드(32)가 소정의 각도 간격으로 형성되고, 몸체(31)의 외주연측에는 소정의 각도간격으로 힌지장착공(33)이 형성된다.

그리고 상기한 가이드 파이프(25)의 외주연 도중에는 상기 배기가스 입력파이프(16)의 절단부 전단(16a)과 절단부 후단(16b)을 연결하기 위한 파이프 형상의 밸브체(40) 장착된다. 상기 밸브체(40)의 내주연에는 상기한 가이드 레일(26)과 계합되기 위한 레일 홈(42)이 길이방향으로 길게 형성된다.

한편, 상기한 전방접속구(22)로 입력되는 배가가스의 압력에 따라서 얻어지는 임펠러(30)의 회전력을 상기 밸브체(40)를 직선운동시키는 힘으로 변환시키기 위한 원심링크기구(50)가 상기한 임펠러(30)와 밸브체(40)이 사이에 형성된다. 이를 위하여 상기한 밸브체(40)의 전방단의 외주에는 아이들 회전체(45)가 장착된다. 상기 아이들 회전체(45)는 상기한 임펠러(30)에서와 같이 그 내주연에 환형의 가이드 홈(46)이 형성되고, 이 가이드 홈(46)이 장착되기 위한 후방 가이드 돌기(44)가 상기한 밸브체(40)의 외주연에 환형상으로 형성된다. 상기 아이들 회전체(45)의 외주연 측에는 소정의 각도 간격으로 상기 임펠러(30)의 힌지장착공(33)에 대응되는 힌지장착공(47)이 형성된다.

상기한 원심링크기구(50)는 임펠러(30)의 힌지장착공(33)에 연결되는 전방링크(51)와, 상기 아이들 회전체(45)의 힌지장착공(47) 측에 연결되는 후방링크(53)와, 상기 임펠러 회전시 원심력이 집중되도록 상기 전방링크(51)와 후방링크(53)의 연결부에 마련되는 볼(55)로 구성된다. 이 볼(55)의 일측으로는 후방링크(53)의 끝단이 연결된 상태로 두 부재가 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 볼(55)의 도중에는 상기한 전방링크(51)의 후단이 소정의 각도범위 내에서 회동가능하도록 회동공간(56)이 형성되고, 상기 전방링크(51)의 후단이 상기 회동공간(56) 내에서 회전축(57)에 의해서 힌지결합된다. 전방링크(51)의 전단과 후방링크(53)의 후단은 각각 임펠러(30)의 외주연 도중에 마련된 힌지축(52)과, 아이들 회전체(45)의 외주연 도중에 마련된 힌지축(54)에 힌지결합된다.

그리고 엔진의 운전정지시에 상기한 원심링크기구(50)가 원래의 위치로 복원되도록 하기 위한 리턴 스프링(60)이 상기한 후방링크(53)의 후단 힌지축(54)에 장착된다.

이상과 같이 구성된 머플러 배압저감장치의 작동은 다음과 같이 이루어진다.

엔진에서 배출된 배기가스가 머플러(10)의 배기가스 유입파이프(16)를 통하여 배압조절기구(20)로 유입되면 배기가스의 유동압력이 상기한 임펠러(30)의 브레이드(32)에 전달된다. 따라서 브레이드(32)의 힘을 전달받는 임펠러(30)가 회전되어 원심링크기구(50)의 볼(55)에 원심력이 전달되어진다.

임펠러(30)는 배기가스 압력이 증가되면 증가될수록 더욱 빠르게 회전되며, 임펠러(30)의 회전속도는 상기 볼(55)에 전달되는 원심력과 비례된다. 또한, 배기가스의 유속 및 압력은 엔진의 RPM과 비례되므로서 엔진의 RPM이 증가되면 증가될수록 볼(55)에 전달되는 원심력은 커지게 된다.

따라서 엔진의 RPM이 증가되면 상기한 볼(55)은 원심력에 의해서 외측으로 점점 벌어지게 되고, 볼(55)의 벌어지므로서 전방링크(51)와 후방링크(53)는 점점 겹쳐지는 상태가 된다.

전방링크(51)와 후방링크(53)가 볼(55)의 힌지점을 중심으로 점점 접히게 되 므로서 배기가스 입력파이프의 절단부 전단(16a)과 절단부 후단(16b)를 연결하기 위한 밸브체(40)의 위치가 후방에서 전방측으로 점점 이동하게 된다. 따라서 엔진이 고RPM 영역에서 운전되는 경우에는 상기한 밸브체(40)가 상기 절단부 후단(16a)과 절단부 후단(16b)을 막게 되므로서 배기가스 입력파이프(16)를 통과하는 모든 배기가스는 바로 후방챔버(15)로 유입된다.

반대로 엔진이 저RPM 영역에서 운전되는 경우에는 상기한 후방링크(53)의 힌진축(54)에 장착된 리턴 스프링(60)에 전달되는 힘에 의해서 상기 후방링크(53)는 전방링크(51)와 평행한 상태가 된다. 즉, 윈심력에 의해서 외측으로 이동되었던 볼(55)이 내측으로 이동되므로서 상기한 전방링크(51)와 후방링크(53)는 펼쳐진 상태가 되고 밸브체(40)는 후방으로 이동된다.

따라서 상기한 배기가스 입력파이프(16)의 절단부 전단(16a)과 절단부 후단(16b) 사이의 공간을 통하여 배기가스의 일부가 흐르게 되고, 이렇게 흐른 배기가스는 관통공(28)을 통하여 중간챔버(14)로 유입된다.

이와같이 배기가스의 압력이 낮은 엔진의 저RPM 시에는 밸브체(40)가 개방된 상태가 되므로서 배압이 약해져서 소음면에서 유리해진다. 반면에, 배기가스의 유동압력이 높은 엔진의 고RPM 시에는 상기 밸브체(40)가 닫혀진 상태가 되므로서 배기가스 입력파이프(16)로 입력된 배기가스의 일부가 관통공(28)을 통해 중간챔버(14)로 유입되어 배압에 유리한 상태가 된다.

한편, 밸브체(40)는 배기가스의 유동압력에 따라서 그 위치가 능동적으로 위치되므로서 배기유동에 따라서 민감하게 작동될 수 있고 최적의 배기성능을 얻을 수 있게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 엔진의 운전영역이 저RPM 영역에서 고RPM 영역으로 변할수록 밸브체의 개방정도가 능동적으로 증대되고, 엔진의 운전영역이 고RPM 영역에서 저RPM 영역으로 변할수록 밸브체의 닫힘정도가 능동적으로 증대되므로서, 엔진의 운전영역에 따라서 소음측면 및 배압측면에서 유리해질 수 있으며, 배압의 최적 조절에 따라 엔진의 출력이 증대될 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims

다수의 격벽에 의해서 내부가 다수의 챔버로 분리형성되는 머플러의 전방과 후방에 각각 배기가스 입력파이프와 배기가스 출력파이프가 접속되고, 상기한 챔버 간에는 배기가스 흐름을 제어하기 위한 복수의 인너 파이프가 접속되어지되, 상기한 배기가스 입력파이프의 도중에는 엔진의 운전상황에 따라 배기가스의 배압이 조절되도록 하는 배압조절기구가 장착되는 구조에 있어서,

중간 챔버(14)에 위치되는 상기 배기가스 입력파이프(16)의 도중이 단절되고, 그 단절된 부분의 양단 도중을 연결하기 위해 배기가스 입력파이프(16)의 직경보다 큰 직경을 갖는 통형상으로 형성되며, 그 외주연 도중에는 다수의 관통공(28)이 형성된 케이스(21)와;

상기 케이스(21)의 전방 측으로 상기 배기가스 입력파이프(16)의 절단부 전단(16a)에 접속되기 위한 전방접속구(22)가 형성되어지되, 상기 케이스(21)의 내측으로 연장된 전방접속구(22)의 연장부 도중에 배기가스의 유속 및 유량에 의해 회전가능하도록 형성되며, 그 내주연에 다수의 브레이드(32)가 형성된 임펠러(30)와;

상기 케이스(21)의 후방 측으로 상기 배기가스 입력파이프(16)의 절단부 후단(16b)에 접속되기 위한 후방접속구(24)가 형성되어지되, 상기 후방접속구(24)가 케이스(21)의 내측으로 연장된 가이드 파이프(25)의 도중에 상기 임펠러(30)의 회전정도에 따라 상기 가이드 파이프(25)의 소정구간 내에서 전후진동작되는 원통형상의 밸브체(40)와;

임펠러(30)의 외주연 도중과 상기 밸브체(40)의 도중을 연결하여 임펠러(30) 회전시 발생되는 원심력에 의해 상기 임펠러(30)와 밸브체(40) 간의 거리가 좁혀지도록 형성된 원심링크기구(50)와;

상기 임펠러(30)의 저속회전시에는 상기 밸브체(40)가 임펠러 위치로부터 이격되도록 상기 원심링크기구(50)의 일측단과 밸브체(40) 도중에 개재되는 리턴 스프링(60); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 임펠러(30)는 상기 배기가스 입력파이프(16) 절단부 전단(16a)에서 이탈되지 않고 아이들 회전되도록 상기 배기가스 입력파이프(16) 절단부 전단(16a) 외주에는 환형의 전방 가이드 돌기(23)가 형성되고, 상기 임펠러(30)의 내주연에는 전방 가이드 돌기(23)와 대응하는 환형상의 가이드 홈(34)이 형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 밸브체(40)의 내주연 도중에는 배기가스 입력파이프(16)의 절단부 후단(16b)을 따라 전후진동작이 이루어질 수 있도록 그 길이방향으로 레일 홈(42)이 형성되고, 상기 배기가스 입력파이프(16)의 절단부 후단(16b)에는 상기 레일 홈(42)과 대응되는 가이드 레일(26)이 형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기한 밸브체(40)의 전방 외주에는 상기 원심링크기구(50)의 후단이 연결되어, 상기 임펠러(30)의 회전동작 여부에 따라 상기 밸브체(40)의 전후진이동은 허용하되 밸브체(40)의 회전은 허용되지 않도록 하기 위한 환형상의 아이들 회전체(45)가 형성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 원심링크기구(50)는 상기 임펠러(30)의 외주 도중에 연결되는 전방링크(51)와, 상기 밸브체(40) 측에 연결되는 후방링크(53)와, 상기 임펠러 회전시 원심력이 집중되도록 상기 전방링크(51)와 후방링크(53)의 힌지결합부에 마련되는 볼(55)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 5 항에 있어서,

상기한 후방링크(53)의 후단은 아이들 회전체(45)에 마련된 힌지장착공(47)에 힌지축(53)으로써 힌지결합된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.
제 5 항에 있어서,

상기한 볼(55)은 상기 후방링크(53)의 전단과 연결되어 일체로 형성되어지되, 상기 볼(55)의 도중에 형성된 회동공간(56)으로 전방링크(51)의 후단이 수용되 고, 볼(55)의 중심에 마련된 힌지축(57)으로써 상기 전방링크(51)가 힌지결합된 것을 특징으로 하는 머플러의 배압저감장치.