KR101158029B1

KR101158029B1 - 자동차 머플러

Info

Publication number: KR101158029B1
Application number: KR1020100030002A
Authority: KR
Inventors: 김영태
Original assignee: 김영태
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2012-06-21
Also published as: KR20110110599A

Abstract

본 발명은 자동차 머플러에 관한 것으로 더 상세하게는 메인 머플러로 배기가스를 내보내기 전에 배기가스의 유속을 증가시켜 압력과 소음을 저감 시키는 서브 머플러의 쉘 구조를 변경하여 배기가스의 유동 흐름을 안정적으로 유지함으로써 엔진 출력 저하를 방지하고 배압저감과 소음저감 성능을 향상시키는 서브 머플러에 관한 것이다.
본 발명에 따른 머플러는, 밀폐된 외부 쉘(51), 그 외부 쉘(51)의 내부에 장착되고 통공(52)이 뚫려 있는 내부 쉘(53)로 이루어지며, 내부 쉘(53)에는 배기가스 배출 방향으로 가속된 유속을 형성하는 나선 스크류부재(54)를 구비하는 서브 머플러 본체(55); 상기 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이는 공간부(56)로 비워져 있으며, 그 공간부(56)를 수직 방향으로 적어도 한 개 이상의 공간으로 분할하여 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이에 독립된 배기가스 유동공간을 형성하는 수직벽체(57); 상기 수직벽체(57)를 포함하여 공간부(56)를 수평 방향으로 분할하여 배기가스를 유동시키는 수평벽체(58)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 머플러{A MUFFLER FOR AUTOMOBILE}

본 발명은 자동차 머플러에 관한 것으로 더 상세하게는 메인 머플러로 배기가스를 내보내기 전에 배기가스의 유속을 증가시켜 압력과 소음을 저감 시키는 서브 머플러의 쉘 구조를 변경하여 배기가스의 유동 흐름을 안정적으로 유지함으로써 엔진 출력 저하를 방지하고 배압저감과 소음저감 성능을 향상시키는 서브 머플러에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 배기시스템은 엔진에서 연소된 배기가스를 외부로 배출하기 위한 장치로써, 엔진의 각 실린더에서 배출되는 배기가스를 총합하여 보내는 배기 매니폴드와, 배기가스를 대기중으로 배출하는 배기파이프들과, 배기소음을 감쇄시키는 머플러로 구성되어 있다.

배기가스의 배출경로를 요약하면, 엔진 각 실린더에서 배출되는 배기가스가 배기 매니폴드를 통해 한곳으로 모여지게 되고, 모인 배기가스는 배기파이프 라인을 통해 머플러를 통과한다. 이 과정에서 배기가스는 온도와 압력이 낮추어져서 배기소음이 감쇄 되며, 머플러를 통과한 배기가스는 외부로 연결된 배기파이프를 통해 공기 중으로 배출된다.

머플러에 의한 엔진 출력 소음 감쇄 방식은 대략 원리에 따라 팽창, 공명, 흡수, 격벽식 등으로 구분할 수 있으며 격벽식이 많이 쓰이고 있다.

격벽식 머플러는 머플러 내부에 다수의 격벽을 설치하여 배기가스가 격벽 사이를 통과하는 동안 격벽이 배기음을 흡수함으로써 소음(noise elimination)시키는 원리를 이용하는 것으로 다른 방식에 비해 소음 효과가 높게 나타나지만 격벽에 의한 배기가스의 흐름에 대한 저항이 커져 엔진 출력을 낮게 하는 단점이 있다.

예를 들면 격벽식 머플러는 복수 개의 저항판을 결합하여 각각의 방을 형성하고, 그 각각의 방을 연통시키는 다공관을 엇갈리게 결합하여, 배기가스가 입구 파이프로 들어와서 각각의 방을 통과하면서 저항판과 다공관을 차례로 부딪히게 하여 출구파이프로 통과시켜 온도와 압력을 낮추는 것이다.

고온의 배기기스 속도는 음속에 가까우며 흐름의 감소 없이 대기중으로 방출되면 팽창에 의한 폭음이 발생하므로 머플러는 이러한 음압과 음파를 억제하는 복합 구조로 되어 있다.

음파의 감소, 압력 변화의 감소 등을 통해 소음을 감소시킬 수 있으나 복잡한 구조적인 한계로 배압이 증가하여 엔진 내부에서 공급된 연료는 불완전 연소 된다.

불완전 연소는 엔진의 연소 효율을 떨어뜨려 출력을 감소시키고, 매연을 증가시키며, 구조적인 소음뿐만 아니라 불완전 연소에 따르는 소음도 발생시킨다.

이와 같이 일반적인 격벽식 머플러는 우수한 소음 효과가 있지만 저항판과 다공판에 의해 저항을 받는 구조로 되어 있기 때문에 배기가스가 쉽게 빠져나가지 못하고 통속에 머물면서 엔진에 부하를 주게 되어 엔진 출력에도 좋지 않은 영향을 미쳐 출력을 떨어뜨린다. 그리고 배기소음을 효과적으로 줄일 수 없게 하며, 매연과 고온의 유해가스를 배출시키는 문제점이 있다.

머플러 성능은 크게 소음저감과 배압(back pressure) 저감으로 결정되는데 한두 가지 성능을 만족할 수 있도록 머플러나 파이프의 형상을 최적화하는 설계가 연구되어 오고 있다.

통상 가솔린 엔진에서 배압이 100mmHg 증가하면 엔진 출력을 2~3PS 정도 저하 시키는 것으로 알려져 있으며, 배기계에서 배기가스 유로 저항은 배기가스 규제에 의한 촉매의 수, 소음 효과를 위한 머플러, 그 밖에 파이프 사이즈 등에 의해 결정된다.

머플러에서 나타나는 소음 및 배압 저감과 관련하여 두 가지 요소를 모두 만족시키기 위한 가변 머플러(Dual mode muffler)가 개발되기도 하였다. 이는 일반적인 머플러 설계가 특정 운전영역, 예를 들면 저속 또는 고속 등에서 발생하는 특정 소음발생주파수에 맞추어 소음이 감쇄 되도록 함으로써, 다른 운전영역에서의 소음 효과를 충분히 얻을 수 없는데 따라 제시된 것이다.

대한민국 등록특허 등록번호 제0521516호 및 제0401851호에는 가변식 머플러의 예가 개시되어 있다. 이 기술은 엔진 RPM 변동에 추종 되는 배기압에 응답하여 순간 배기 면적을 늘리거나 줄일 수 있는 작동 가능한 별도의 기구들에 의존하는 것이다.

예를 들면, 머플러 내부에 밸브를 설치하여, 배기가스압과 배출량 및 유속이 낮은 엔진의 저속운전시에는 밸브를 닫게 되며, 배기가스압과 배출량 및 유속이 높은 엔진의 고속운전시에는 배압을 낮추고 신속하게 배기 될 수 있도록 밸브를 열게 함으로써 고정된 배기계의 구조 및 머플러 구조로는 다양한 엔진 RPM 영역에서 효과적인 성능을 발휘하기가 쉽지 않았던 문제를 보완하여 밸브 개폐를 통해 2가지의 서로 다른 운전조건을 충족시킬 수 있게 한 것이다.

그러나, 밸브 방식은 단순히 엔진에 대해서 저 RPM과 고 RPM 두 가지 조건으로만 가정하여 조정되도록 되어 있어 엔진의 회전수 및 배기량에 따라 선형적으로 대응하기 어려웠고, 또한 배기면적을 가변적으로 변화시킬 수 있는 기구는 고온의 배기가스 배출조건에서 지속적인 작동을 기대하기 어렵다.

한편, 배기계통에서 머플러를 서브 머플러(센터머플러)와 메인 머플러로 구분하여 구성한 구조가 알려져 있다.

이 기술은 도 1과 같이. 엔진(14)의 배기 매니폴드(15)에서 배출되는 연소가스를 MCC/UCC 촉매 컨버터(10)로 통과시키는 과정에서 일산화탄소와 탄화수소 및 질소산화물 등을 촉매로 환원시키고, 환원된 상태의 연소가스를 파이프(11)를 통해 먼저 서브 머플러(13)로 보내 팽창과정을 거쳐 압력을 낮추어 줌으로써 메인 머플러(12)에 걸리는 과도한 배기압력과 저항을 줄이도록 한 것이다.

서브 머플러(13) 자체는 연소가스의 배기에 대한 저항을 일으켜 압력과 유속이 낮아져 엔진 출력을 저하 시키는 문제가 있다. 전술한 바와 같이 머플러는 소음 및 배압 저감과 관련하여 특정 운전영역을 고려하여 설계되며, 서브 머플러(13)는 이러한 점을 고려하여 사이즈나 구조 등을 설계하게 된다.

서브 머플러(13)에 관하여 본 출원인의 대한민국 등록특허 등록번호 제0903669호 및 대한민국 등록실용신안 등록번호 제0312121호, 제0287758호, 제0246318호 등에 자세히 개시되어 있다.

서브 머플러는 도 2와 같이, 배기가스가 유동하는 파이프(11)에 연결된 통 형상으로 밀폐된 외부 쉘(16)과, 상기 외부 쉘(16)의 내부에 끼워져 배기가스를 내보내고 통공(17)이 뚫려 있는 통 형상의 내부 쉘(18)과, 상기 내부 쉘(18)의 내부에 삽입되어 배기가스 유동을 가속시키는 나선스크류(19)와, 상기 외부 쉘(16)의 내벽과 나선스크류(19) 사이에 공간부(20)를 갖는 구조이다.

여기서, 내부 쉘(18)은 공기 유동이 자유롭게 될 수 있게 하는 통공(17)이 전체 길이에 걸쳐 고르게 형성되어 있어 내부를 통과하는 배기가스의 압력이 높을 경우에는 그 일부가 공간부(20)로 빠져나감으로써 압력을 낮추게 되고, 배기가스의 압력이 낮을 경우에는 공간부(20)에 잔류된 배기가스의 여유분이 다시 통공(17)을 통해 내부로 유입되게 하는 과정을 반복하게 하고 공명 현상에 의해 일부 소음도 줄이는 기능을 한다.

내부 쉘(18)에 들어 있는 나선스크류(19)는, 내부 쉘(18)을 따라 유동하는 배기가스의 흐름을 소용돌이치는 와류로 변화시키고, 유속을 증가시켜 배기관 내의 전체 압력을 낮추어 메인 머플러(12)측으로 보내게 된다.

여기서, 나선스크류(19)는 배기가스에 와류를 형성시켜 배기 속도를 흡입 공기 량을 증가시키며 이를 통해 엔진의 출력을 향상시켜 연료를 절약하면서 불완전 연소를 줄일 수 있고, 매연의 배출량을 줄이는 역할을 한다.

이와 같이 서브 머플러(13)로 유입되는 연소가스는 팽창과정을 통해 압력이 낮아지고, 서브 머플러(13)의 토출 측에 연결된 파이프(11)를 경유하여 격막을 갖는 메인 머플러(12)를 통과하면서 대기압과 거의 같은 압력으로 낮아진 상태로 배출된다.

또한, 산화와 부식으로 서브 머플러(13)가 파손되어 연소가스가 메인 머플러(12)를 통해 직접 대기 중으로 배출됨으로써, 소음과 매연을 증가시켜 환경을 오염시키는 또 다른 문제점이 있었다.

또한, 배기가스는 약 600 ~ 800℃의 고온과 약 3 ~ 5kgf/㎠의 고압으로 배출되므로 배기가스가 기존의 메인 머플러(12)에 의해 미처 냉각 및 감압 되지 못한 채 분사되기 때문에 급격한 배기가스 팽창에 의한 폭발음이 발생 될 수 있고, 화재가 발생 될 수 있는 문제점도 있었다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 메인 머플러로 배기가스를 내보내기 전에 배기가스의 유속을 증가시켜 압력과 소음을 저감시키는 서브 머플러의 쉘 구조를 변경하여 이를 통해 배기가스의 유동 흐름을 배기가스 압력에 따라 변동 되도록 제어함으로써 서브 머플러의 이상적인 적정 배압과 소음 저감에 관한 서브 머플러 구조 설계가 가능하도록 함으로써 서브 머플러에 의한 적정 배압 유지를 통하여 엔진 출력 저하를 방지하고 배압 저감과 소음저감 성능을 향상시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 서브 머플러에 의한 소음 및 배압 저감이 운전영역에 따라 가변 되도록 하기 위하여 별도의 가변 기구 없이 배기가스 처리를 특정 운전영역에 맞추어 변동 되도록 함으로써 다양한 운전영역에서 배압 저감과 소음 효과를 충분히 얻을 수 있도록 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차 머플러는,

삭제

본 발명의 다른 특징은, 차의 엔진측 배기 매니폴드로부터 연장된 배기 파이프에 설치된 촉매 컨버터와, 상기 파이프에 설치되어 배기가스에 와류가 형성 되도록 하여 배기가스 유동을 가속시키는 서브머플러와, 상기 서브 머플러와 구분되는 위치에서 서브 머플러를 통과한 배기가스를 내보내는 메인 머플러를 포함하는 자동차 머플러에 있어서,

밀폐된 외부 쉘과, 그 외부 쉘의 내부에 장착되고 통공이 뚫려 있는 내부 쉘로 이루어지며, 내부 쉘에는 배기가스 배출 방향으로 가속된 유속을 형성하는 나선 스크류부재를 구비하는 서브 머플러 본체;

상기 외부 쉘과 내부 쉘 사이는 공간부로 비워져 있으며, 그 공간부를 수직 방향으로 적어도 한 개 이상의 공간으로 분할하여 외부 쉘과 내부 쉘 사이에 독립된 배기가스 유동공간을 형성하는 수직벽체;

상기 수직벽체를 포함하여 공간부를 수평 방향으로 분할하여 배기가스를 유동시키는 수평벽체;

상기 내부 쉘의 단부가 외부 쉘 내부에서 단절되어 내부 쉘을 통과한 배기가스를 외부 쉘 내부에서 확산시키는 확산공간;

상기 확산공간 내부를 유동하는 배기가스를 메인 머플러 측으로 내보내는 배기유로를 포함하여 이루어지며,

기 외부 쉘과 내부 쉘 사이에 형성되는 공간부는 적어도 한 개 이상의 공간으로 분할되어 구성되고,
상기 수직벽체는,

삭제

상기 공간부를 분할하기 위하여 내부 쉘을 통과하여 끼워지는 통과 홀을 갖는 수직벽체 본체와,

상기 통과 홀을 중심으로 원주 방향 둘레를 따라 형성되어 배기가스를 각 공간부에 유동시키는 유동홀로 구성되고,
상기 수평벽체는,

삭제

상기 수직벽체에 대하여 수평방향으로 놓여져 수직벽체 사이 공간부를 분할하여 상기 공간부를 다중 공간으로 형성하고, 상기 수직벽체의 유동홀과 동시에 상통되는 위치에 위치결정되어 구성되며,
상기 수직벽체에 대하여 수평방향으로 놓여져 수직벽체 사이 공간부를 분할하여 상기 공간부를 다중 공간으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 배기유로에는 통공이 뚫려 있으며, 확산공간의 배기가스 유동을 차단하는 수직벽체가 결합 되어 외부 쉘과 배기유로 사이에 공간부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 메인 머플러로 배기가스를 내보내기 전에 배기가스의 유속을 증가시켜 압력과 소음을 저감시키는 서브 머플러의 쉘 구조를 변경하여 이를 통해 배기가스의 유동 흐름을 배기가스 압력에 따라 변동 되도록 제어함으로써 서브 머플러의 이상적인 적정 배압과 소음 저감에 관한 서브 머플러 구조 설계가 가능하도록 하는 효과가 있으며, 서브 머플러에 의한 적정 배압 유지를 통하여 엔진 출력 저하를 방지하고 배압 저감과 소음저감 성능을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 서브 머플러에 의한 소음 및 배압 저감이 운전영역에 따라 별도의 가변 기구 없이 배기가스 처리를 특정 운전영역에 맞추어 변동 가능하도록 함으로써 다양한 운전영역에서 배압 저감과 소음 효과를 충분히 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 자동차 배기 계통 설명도.
도 2는 종래의 서브 머플러에 의한 배기가스 유동 설명도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 서브 머플러의 구조 설명도.
도 4는 도 3의 A-A'선 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 서브 머플러의 배기가스 유동 도식도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 서브 머플러 구조 및 배기가스 유동 도식도.

이하, 도면을 참고로 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 서브 머플러의 구조 설명도 이다. 도 4는 도 3의 A-A'선 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 서브 머플러의 배기가스 유동 도식도 이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 서브 머플러 구조 및 배기가스 유동 도식도 이다.

본 발명에 따른 머플러는, 차의 엔진측 배기 매니폴드로부터 연장된 배기 파이프(30)에 설치된 촉매 컨버터 및 파이프(30)에 설치되어 배기가스에 와류가 형성되도록 하여 배기가스 유동을 가속시키는 서브 머플러(50), 서브 머플러(50)와 구분되는 위치에서 서브 머플러(50)를 통과한 배기가스를 내보내는 메인 머플러(40)를 포함하는 자동차 머플러에서 부품으로 적용된다.

주요 부분은, 도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 밀폐된 외부 쉘(51), 그 외부 쉘(51)의 내부에 장착되고 통공(52)이 뚫려 있는 내부 쉘(53)로 이루어질 수 있다.

내부 쉘(53)에는 배기가스 배출 방향으로 가속된 유속을 형성하는 나선 스크류부재(54)를 구비하는 서브 머플러 본체(55)로 제작된다.

각각의 내,외부 쉘(51)(53) 들은 통상적으로 머플러 제작 소재로 쓰이는 내식성과 내구성이 있는 금속 소재를 사용하여 원통 형상으로 가공하여 형성하는 것이 바람직하다.

외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이는 공간부(56)로 비워져 있으며, 그 공간부(56)를 수직 방향으로 적어도 한 개 이상의 공간으로 분할하여 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이에 독립된 배기가스 유동공간을 수직벽체(57)를 통해 형성한다.

수직벽체(57)는 플랜지 형상으로 형성된 판재로써, 나선 스크류부재(54)가 삽입된 내부 쉘(53)의 외벽을 따라 끼워지며, 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이 공간부(56)를 독립된 공간으로 분할한다.

수직벽체(57)를 포함하여 공간부(56)를 수평 방향으로 분할하여 배기가스를 유동시키는 수평벽체(58)를 구비한다.

여기서, 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이에 형성되는 공간부(56)는 적어도 한 개 이상의 공간으로 분할되어 구성될 수 있다.

수직벽체(57)는, 공간부(56)를 분할하기 위하여 내부 쉘(53)이 통과하여 끼워지는 통과 홀(59)을 갖는 수직벽체 본체(60)와, 통과 홀(59)을 중심으로 원주 방향 둘레를 따라 형성되어 배기가스를 각 공간부(56a)(56b)에 유동시키는 유동홀(61)이 형성되어 있다.

수평벽체(58)는, 수직벽체(57)에 대하여 수평방향으로 놓여져 수직벽체(57) 사이 공간부(56a)(56b)를 분할하여 공간부(56a)(56b)를 다중 공간으로 형성하고, 수직벽체(57)의 유동홀(61)과 동시에 상통되는 위치에 위치결정되어 있다. 이에 따라 내부 쉘(53)의 통공(52)을 통과한 배기가스의 일부는 수직벽체(57)의 유동홀(61)을 통과하여 각 공간부(56a)(56b)로 분할되어 유동될 수 있다.

또한, 본 발명은 도 6과 같이, 밀폐된 외부 쉘(51), 그 외부 쉘(51)의 내부에 장착되고 통공(52)이 뚫려 있는 내부 쉘(53)로 이루어질 수 있다.

내부 쉘(53)의 단부가 외부 쉘(51) 내부에서 단절되어 내부 쉘(53)을 통과한 배기가스를 외부 쉘(51) 내부에서 확산시키는 확산공간(62)을 구비하고, 확산공간(62) 내부를 유동하는 배기가스를 메인 머플러(40)측으로 내보내는 배기유로(63)를 포함하여 구성될 수 있다.

수직벽체(57)는, 공간부(56)를 분할하기 위하여 내부 쉘(53)을 통과하여 끼워지는 통과 홀(59)을 갖는 수직벽체 본체(60)와, 상기 통과 홀(59)을 중심으로 원주 방향 둘레를 따라 형성되어 배기가스를 각 공간부(56a)(56b)에 유동시키는 유동홀(61)을 포함하는 구성으로 될 수 있다.

수평벽체(58)는, 수직벽체(57)에 대하여 수평방향으로 놓여져 수직벽체 사이 공간부(56a)(56b)를 분할하여 공간부(56a)(56b)를 다중 공간으로 형성하고, 수직벽체(57)의 유동홀(61)과 동시에 상통되는 위치에 위치결정될 수 있다.

배기유로(63)에는 통공(64)이 뚫려 있으며, 확산공간(62)의 배기가스 유동을 차단하는 수직벽체(65)가 결합 되어 외부 쉘(51)과 배기유로(63) 사이에 공간부(66)를 형성하여 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 자동차 머플러는, 도 5와 같이, 엔진 구동에 의한 연소가스로부터 발생 된 배기가스는 화살표 방향으로 내부 쉘(53)을 따라 배출이 진행된다.

파이프(30)를 통해 서브 머플러 본체(55)의 내부 쉘(53)을 따라 고속으로 유입되는 배기가스는 내부 쉘(53)에 형성된 다공부 통공(52)을 통과하게 되고 이에 따라 원래 배기가스가 가지고 있는 배압이 저감 되며 동시에 소음기 원리에 의하여 소음이 흡수된다.

내부 쉘(53)의 다공부 통공(52)을 통과한 배기가스는 도 5에 나타낸 화살표 방향과 같은 흐름으로 배출되는데 공간부(56)에 비하여 좁은 공간부(56a)(56b)로 동시에 배출이 이루어지고, 수평벽체(58)에 의해 분할 되어진 좁은 공간부(56a)(56b)는 다른 공간부(56)에 비하여 높은 공기밀도를 갖는다.

넓은 공간부(56) 및 좁은 공간부(56a)(56b)는 두 공간의 공기 밀도 차이로 서브 머플러 본체(55) 내부에서 좁은 공간부(56a)(56)측으로의 빠른 배기 흐름이 생기고 배기 되는 가스는 배압 없이 배출되어 엔진의 연소를 돕는다.

이렇게 내부 쉘(53)의 다공부 통공(52)을 빠져나가는 배기가스와는 별도로 내부 쉘(53)의 내부로 유입되는 배기가스는 나선 스크류부재(54)를 지나면서 나선 스크류 형상을 따라 와류 현상, 즉 회전되면서 배출되며 이때 회전에 의한 원심력이 생겨 배출되는 배기가스는 가속 유동을 형성하며 이로 인해 배기가스의 전반적인 배출 흐름이 좋아져 엔진 내부에 산소 공급이 촉진되고 배압이 발생하지 않아 엔진 연소를 완전 연소에 가까운 쪽으로 유도한다.

나선 스크류부재(54)에 의해 회전되어 배출되는 배기가스는 공간부(56)에서 팽창되는데 이때 배기가스가 가속되어 배출소음이 발생 되는 것을 방지한다. 이에 따라 엔진 연소가 완전 연소에 가깝도록 유도되어 출력이 증가하고 연비가 좋아지며 소음이 감소하며 매연이 감소하는 결과를 얻을 수 있다.

한편, 서브 머플러 본체(55)의 내부 쉘(53)을 통과하는 배기가스의 유동 흐름은 배기가스 압력에 따라 변동되는데, 내부 쉘(53)의 다공부 통공(52)을 통과한 배기가스는 내부 쉘(53)과 외부 쉘(51) 사이에 마련되는 공간부(56)에 비하여 좁은 공간부(56a)(56b)로 동시에 배출이 이루어지므로 엔진 출력에 따라 배기가스 유동 흐름이 변동된다.

수평벽체(58)에 의해 분할 되어진 좁은 공간부(56a)(56b)는 다른 공간부(56)에 비하여 높은 공기밀도를 갖게 되므로 운전 영역에 따라 배기 유동 흐름이 가변 되어 출력에 따라 적정 배압 유지에 도움을 준다. 즉 좁은 공간부(56a)(56b)를 통해 일부 배기가스가 유도되도록 함으로서 지나치게 배기가스가 빠르게 배출되는 것을 방지하면서도 가속된 배기 유동 흐름을 유지하는 것으로 나타났다.

이에 따라 서브 머플러의 이상적인 적정 배압과 소음 저감에 관한 구조 설계가 가능하다. 즉 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이를 적어도 한 개 이상의 수직벽체(57)로 분할하여 공간부(56)를 만들고 그 공간부를 수평벽체(58)로 수평적으로 분할하여 중첩된 다층상의 좁은 공간부(56a)(56b)를 형성함으로써 소음 저감과 적정 배압 유지에 관한 서브 머플러의 다양한 공간 설계가 가능해지며, 공간부(56) 및 좁은 공간부(56a)(56b)들에 의해 소음 및 배압 저감이 운전영역에 따라 가변적으로 변화된다.

예를 들면 엔진의 저출력 상태에서 좁은 공간부(56a)(56b)를 통하는 공기 유동은 줄어들고, 고출력 상태에서 좁은 공간부(56a)(56b)를 유동하는 배기가스의 양이 증가 되는데, 고출력 상태에서는 공간부에서의 배기가스 팽창이 활발해지고, 저출력 상태에서는 배기가스 팽창이 어느 정도 완만해져 엔진 출력에 따라 배기가스의 유동 흐름에 변화를 가져와 엔진 출력이 급격히 변화되는 것을 방지하는데 긍정적인 영향을 준다.

또한, 본 발명은 도 6과 같이, 내부 쉘(53)의 단부가 외부 쉘(51) 내부에서 단절되어 내부 쉘(53)을 통과한 배기가스를 외부 쉘(51) 내부에서 확산시키는 확산공간(62)을 둘 수 있다. 확산공간(62)은 내부 쉘(53)을 통과하는 배기가스의 팽창을 촉진하여 소음저감에 보다 유리한 구조로 선택될 수 있다.

즉, 내부 쉘(53)의 나선 스크류부재(54)에 의한 가속된 배기가스는 공간부(56) 및 좁은 공간부(56a)(56b)를 통과한 배기가스와 합쳐져서 확산공간(62)에서 다시 팽창된다.

확산공간(62)에서 배기가스는 배기유로(63)를 따라 배출되며 별도의 공간부(66)를 형성하고, 내부 쉘(53)을 통과하여 팽창된 배기가스는 유동 흐름이 끊기지 않고 배기유로(63)를 통해 배출된다. 배기유로(63)에는 통공(64)이 뚫려 있어 배기 소음을 저감 시킨다.

본 발명은 배기가스 유동 흐름을 촉진 증가시키면서도 급격하게 배기가스 압력이 낮아지는 현상을 줄여 줄 수 있으므로 열 전달률이 상승되어 엔진 열이 조기에 촉매 컨버터에 전달되도록 할 수 있고 이를 통해 촉매 컨버터에 의한 배기가스의 촉매 환원 성능이 조기에 나타나도록 유도한다.

즉, 엔진 초기 점화 후 엔진 열이 고온 조건으로 상승하여 촉매 컨버터에 전달되기까지 시간적인 차이로 대부분의 질소 산화물과 황 산화물 등이 여과 없이 대기중으로 배출되지만, 배기 흐름을 좋게 하면서도 적정 배압을 유지시켜주면 완전연소로 유도되어 엔진 연소율이 좋아지고 배기가스도 빠른 흐름으로 배출되므로 엔진 열이 조기에 촉매 컨버터에 전달되어 촉매 컨버터에 의한 배기가스 여과 효과를 극대화시킬 수 있다.

본 발명에 따른 서브 머플러의 성능시험 결과는 아래와 같다.

<시험조건>

1. 실험차량:소나타(주행거리/150,000km, 연식 2001년)

2. 측정항목:매연검사-매연측정-연비측정

3. 출력검사

4. 연비측정-연료 주유 후 주행거리 측정

<측정방법>

일반 머플러와 본 발명에 따른 서브 머플러를 교체 장착한 후 위의 시험조건에 따라 4회 측정하여 평균값을 측정하였고, 매연 측정의 경우 매연 발생량은 배출되는 가스 중 퍼센트(%) 단위로 하고 출력은 4000rpm에서 ps단위로 연비는 리터당 주행거리로 표시한다.

측정항목	매연검사		출력검사		연비측정
측정회수	장착전(%)	장착후(%)	장착전(ps)	장착후(ps)	장착전km/ℓ	장착후km/ℓ
1회	36	24	60	70	10	11
2회	34	20	60	70	9.9	11.5
3회	34	21	60	70	9	12
4회	33	22	60	70	11.5	12

결과	매연 약30 % 감소		출력 약5% 증가		연비 약15 %증가

<표 1>과 같이 본 발명에 따른 서브 머플러를 장착하여 매연, 출력, 연비를 일반 머플러와 비교하여 실험한 결과 매연, 출력, 연비가 개선된 것을 확인할 수 있었다.

본 발명을 도면 및 명세서를 통하여 발명의 일 실시 예를 참고로 설명하였으나 실시 예이다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시가 가능하다.

30:파이프
40:메인머플러
50:서브머플러
51:외부쉘(shell)
52:통공
53:내부쉘(shell)
54:스크류부재
55:서브머플러본체
56:공간부
56a.56b:공간부
57:수직벽체
58:수평벽체
59:홀
60:수직벽체본체
61:유동홀
62:확산공간
63:배기유로
64:통공
65:수직벽체
66:공간부

Claims

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차의 엔진측 배기 매니폴드로부터 연장된 배기 파이프(30)에 설치된 촉매 컨버터와, 상기 파이프(30)에 설치되어 배기가스에 와류가 형성되도록 하여 배기가스 유동을 가속시키는 서브 머플러(50)와, 상기 서브 머플러(50)와 구분되는 위치에서 서브 머플러(50)를 통과한 배기가스를 내보내는 메인 머플러(40)를 포함하는 자동차 머플러에 있어서,
밀폐된 외부 쉘(51), 그 외부 쉘(51)의 내부에 장착되고 통공(52)이 뚫려 있는 내부 쉘(53)로 이루어지며, 내부 쉘(53)에는 배기가스 배출 방향으로 가속된 유속을 형성하는 나선 스크류부재(54)를 구비하는 서브 머플러 본체(55);
상기 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이는 공간부(56)로 비워져 있으며, 그 공간부(56)를 수직 방향으로 적어도 한 개 이상의 공간으로 분할하여 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이에 독립된 배기가스 유동공간을 형성하는 수직벽체(57);
상기 수직벽체(57)를 포함하여 공간부(56)를 수평 방향으로 분할하여 배기가스를 유동시키는 수평벽체(58);
상기 내부 쉘(53)의 단부가 외부 쉘(51) 내부에서 단절되어 내부 쉘(53)을 통과한 배기가스를 외부 쉘(51) 내부에서 확산시키는 확산공간(62);
상기 확산공간(62) 내부를 유동하는 배기가스를 메인 머플러(40)측으로 내보내는 배기유로(63)를 포함하여 이루어지며,
상기 외부 쉘(51)과 내부 쉘(53) 사이에 형성되는 공간부(56)는 적어도 한 개 이상의 공간으로 분할되어 구성되고,
상기 수직벽체(57)는,
상기 공간부(56)를 분할하기 위하여 내부 쉘(53)을 통과하여 끼워지는 통과 홀(59)을 갖는 수직벽체 본체(60)와,
상기 통과 홀(59)을 중심으로 원주 방향 둘레를 따라 형성되어 배기가스를 각 공간부(56a)(56b)에 유동시키는 유동홀(61)로 구성되고,
상기 수평벽체(58)는,
상기 수직벽체(57)에 대하여 수평방향으로 놓여져 수직벽체 사이 공간부(56a)(56b)를 분할하여 상기 공간부(56a)(56b)를 다중 공간으로 형성하고, 상기 수직벽체(57)의 유동홀(61)과 동시에 상통되는 위치에 위치결정되어 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 머플러.
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제 5 항에 있어서,
상기 배기유로(63)에는 통공(64)이 뚫려 있으며, 확산공간(62)의 배기가스 유동을 차단하는 수직벽체(65)가 결합 되어 외부 쉘(51)과 배기유로(63) 사이에 공간부(66)를 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차 머플러.