KR101570971B1 - 배기 시스템을 위한 스냅 작동 밸브 - Google Patents

Abstract

내연기관 배기 시스템용 머플러는 외벽과, 외벽의 양 끝단을 덮는 입력 헤더와 출력 헤더를 구비하는 하우징과, 입력 헤더를 통해 연장하는 입력 파이프와, 출력 헤더를 통해 연장하는 제1 출력 파이프와, 입력 헤더 및 상기 출력 헤더 중 하나를 통해 연장하는 제2 출력 파이프를 포함한다. 제1 출력 파이프에 피벗 결합된 주축에 의해 회전하도록 제1 출력 파이프 내에 위치하는 실질적으로 편평한 밸브 플랩을 구비하고, 밸브 플랩은 밸브 플랩의 평면이 제1 출력 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전할 수 있는 제1 밸브 어셈블리가 구비된다. 또, 제2 출력 파이프에 피벗 결합된 주축에 의해 회전하도록 제2 출력 파이프 내에 위치하는 실질적으로 편평한 밸브 플랩을 구비하고, 밸브 플랩은 밸브 플랩의 평면이 제2 출력 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전할 수 있는 제2 밸브 어셈블리가 구비된다. 제1 밸브와 상기 제2 밸브는 머플러를 통해 흐르는 모든 배기 가스가 밸브들을 통과하도록 위치된다.

Description

배기 시스템을 위한 스냅 작동 밸브{SNAP-ACTION VALVE FOR EXHAUST SYSTEM}

본 발명은 전체적으로 차량 배기 시스템용 밸브 구조에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 배기 도관용 수동형 플래퍼(flapper) 밸브에 관한 것이다.

많은 배기 시스템에서 엔진 속도의 증가로 인해 배기 압력이 증가할 경우 도관을 통과하는 배기 흐름의 특성을 변경하기 위해 능동형 및 수동형 밸브 어셈블리의 사용이 시도되었다. 능동형 밸브의 사용은 솔레노이드와 같은 특정한 구동 요소를 필요로 해서 비용을 증가시킨다. 수동형 밸브는 밸브가 결합되는 도관 내 배기의 압력을 이용한다.

통상적으로, 저렴한 비용의 수동형 밸브도 밸브가 열릴 때 원하지 않는 배압(back pressure)의 문제를 발생시킨다. 당해 분야에서는, 도관 내에서 전적으로 사용될 수 있으며, 비교적 저렴하고, 원하지 않는 배압을 최소화하는 완전 개방 위치를 제공할 수 있는 수동형 밸브 구조가 요구되고 있다.

따라서, 튜브형 배기 도관 내 배치를 위한 배기 압력으로 작동되는 밸브 어셈블리는, 상기 배기 도관의 구부려진 부분들에 실질적으로 부합하는 제1 및 제2 호형상 선단 및 상기 제1 및 제2 호형상 선단 사이로 연장하며 밸브 플랩과 상기 도관의 내면 사이에 틈새를 제공하는 제1 및 제2 선형 선단을 갖는 밸브 플랩을 포함한다. 상기 밸브 플랩을 주축(axle)의 길이방향 축선 주위로 상기 배기 도관에 피벗 결합시키도록 된 주축은 상기 제1 및 제2 호형상 선단 사이에서 상기 밸브 플랩에 결합되어 상기 밸브 플랩의 동등하지 않은 표면적들이 상기 주축의 양쪽에 놓이게 된다. 상기 주축은 상기 배기 도관의 외부에 배치되도록 된 한쪽 끝단에 돌출부를 더 포함한다. 바이어스(bias) 요소는 상기 배기 도관과 상기 주축의 돌출부 사이에 결합되게 되며, 상기 밸브 플랩의 제1 및 제2 호형상 선단이 상기 배기 도관의 구부려진 부분과 접촉하는 폐쇄 위치 쪽으로 상기 밸브 플랩을 편향시키도록 작동한다. 배기 압력은, 상기 밸브 플랩의 상기 제1 및 제2선형 선단이 상기 밸브 도관의 내면과 접촉하며 상기 도관의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 상기 도관 내의 완전 개방 위치로 상기 밸브 플랩을 밀어붙이도록 상기 바이어스 요소의 바이어스 힘을 극복할 만한 크기로 될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 내연기관 배기 시스템용 머플러는, 외벽과, 상기 외벽의 양 끝단을 막는 입력 및 출력 헤더를 갖춘 하우징 및 상기 하우징 내에서 하우징을 제1 및 제2 체임버로 분할하는 칸막이를 포함한다. 상기 칸막이는 상기 제1 및 제2 체임버 사이에서 유체가 연통되게 하는 적어도 하나의 구멍을 구비한다. 관통 파이프가 상기 입력 및 출력 헤더와 상기 칸막이를 관통하여 연장되며, 상기 관통 파이프와 상기 제1 체임버 사이에서 유체가 연통될 수 있는 다수의 제1 구멍과, 상기 관통 파이프와 상기 제2 체임버 사이에서 유체가 연통될 수 있는 다수의 제2 구멍을 구비한다. 밸브 플랩을 갖춘 밸브 어셈블리는 상기 관통 파이프 내에서 관통 파이프의 상기 다수의 제1 및 제2 구멍 사이에 위치된다. 상기 밸브 플랩은 밸브 플랩의 제1 외주부가 상기 관통 파이프의 내면과 접촉하는 완전 폐쇄 위치와, 상기 밸브 플랩의 평면이 상기 관통 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하고 상기 밸브 플랩의 제2 외주부가 상기 관통 파이프의 내면과 접촉하는 완전 개방 위치 사이에서, 상기 관통 파이프에 피벗 결합된 주축 주위로 회전한다.

본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 튜브형 도관 내 배치를 위한 유동 압력으로 작동되는 밸브 어셈블리는 플랩이 완전 폐쇄 위치일 때 상기 도관의 내면과 접촉하도록 된 제1 외주부와 완전 개방 위치에서 상기 도관의 내면과 접촉하는 제2 외주부를 갖는 밸브 플랩을 포함한다. 주축은 주축의 길이방향 축선 주위로 상기 밸브 플랩을 상기 도관에 피벗 결합하도록 되어 있으며, 상기 주축은 상기 밸브 플랩의 표면적에 대해 비대칭적으로 상기 밸브 플랩에 결합되고, 상기 주축은 상기 도관의 외부에 위치하도록 된 돌출부를 포함한다. 바이어스 요소는 상기 도관과 상기 돌출부 사이에 결합되도록 되어 있으며, 상기 밸브 플랩을 완전 폐쇄 위치 쪽으로 밀어붙이도록 작동한다.

내연기관 배기 시스템용 머플러는 외벽의 양 끝단을 막는 입력 및 출력 헤더를 갖춘 하우징을 포함한다. 칸막이는 상기 하우징 내부를 제1 및 제2 체임버로 분할하고, 상기 제1 체임버는 그 안에 위치된 흡음재를 갖춘다. 상기 칸막이는 상기 제1 및 제2 체임버 사이에서 유체가 연통되게 하는 구멍을 구비한다. 관통 파이프는 상기 입력 및 출력 헤더와 상기 칸막이를 관통하여 연장되며, 상기 관통 파이프와 상기 제1 체임버 사이에서 유체가 연통될 수 있는 다수의 구멍을 구비한다. 밸브 어셈블리는, 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 상기 파이프에 피벗 결합된 주축에 의해 회전하도록 상기 관통 파이프 내에 위치된 밸브 플랩을 갖춘다. 상기 밸브는 상기 파이프 구멍들의 하류에 위치되어 상기 머플러를 통해 흐르는 모든 배기 가스가 상기 밸브 플랩의 위치와 상관없이 상기 밸브를 통과한다.

내연기관 배기 시스템용 머플러는, 외벽과, 상기 외벽의 양 끝단을 막는 입력 및 출력 헤더를 갖춘 하우징을 포함한다. 칸막이는 상기 하우징 내부를 상기 입력 헤더에서 칸막이까지 연장한 제1 체임버와, 상기 칸막이에서 상기 출력 헤더까지 연장한 제2 체임버로 분할한다. 관통 파이프는 상기 입력 및 출력 헤더와 상기 칸막이를 관통하여 연장되며, 상기 관통 파이프와 상기 제1 체임버 사이에서 유체가 연통될 수 있는 다수의 구멍을 구비한다. 상기 제2 체임버를 통해 뻗어 있는 파이프의 부분은 구멍들이 없다. 밸브 어셈블리는 상기 파이프에 피벗 결합된 주축에 의해 상기 관통 파이프 내에 위치된 실질적으로 편평한 밸브 플랩을 갖춘다. 상기 밸브 플랩은, 밸브 플랩의 평면이 상기 관통 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전할 수 있다. 상기 밸브는 상기 파이프 구멍들의 하류에서 상기 제2 체임버 내에 위치되어, 상기 밸브가 폐쇄될 때 상기 밸브의 파이프 하류로부터 상기 제1 및 제2 체임버를 분리하게 된다.

내연기관 배기 시스템용 머플러는, 외벽과, 상기 외벽의 양 끝단을 막는 입력 및 출력 헤더를 갖춘 하우징을 포함한다. 입력 파이프가 상기 입력 헤더를 통해 연장한다. 제1 출력 파이프는 상기 출력 헤더를 통해 연장한다. 제2 출력 파이프는 상기 입력 및 출력 헤더 중 하나를 통해 연장한다. 제1 및 제2 밸브 어셈블리는 각각의 출력 파이프에 피벗 결합된 주축에 의해 회전하도록 각각 상기 제1 및 제2 출력 파이프 내에 위치된 편평한 밸브 플랩을 포함한다. 상기 밸브 플랩은, 밸브 플랩의 평면이 상기 밸브가 위치되어 있는 상기 출력 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전할 수 있게 되어 있다. 상기 제1 및 제2 밸브는 상기 머플러를 통해 흐르는 모든 배기 가스가 상기 밸브들을 통과하도록 위치된다.

내연기관 배기 시스템용 머플러는, 외벽과, 상기 외벽의 양 끝단을 막는 입력 및 출력 헤더를 갖춘 하우징을 포함한다. 입력 파이프는 상기 입력 헤더를 통해 연장하고, 상기 입력 파이프와 상기 하우징의 내부 사이에서 유체가 연통될 수 있는 다수의 구멍을 구비한다. 상기 하우징 내부의 칸막이는 하우징 내부를 제1 및 제2 체임버로 분할한다. 상기 제1 체임버는 그 안에 위치된 흡음재를 포함한다. 상기 칸막이는 상기 제1 및 제2 체임버 사이에서 유체가 연통되게 하는 적어도 하나의 구멍을 구비한다. 제1 및 제2 출력 파이프는, 상기 각각의 출력 파이프가 상기 입력 파이프의 하류 단부와 유체가 연통할 수 있게 결합된 상류 단부를 포함하는 상기 출력 헤더를 통해 연장한다. 밸브 어셈블리는 상기 입력 파이프에 피벗 결합된 주축에 의해 회전하도록 상기 입력 파이프 내에 위치된 실질적으로 편평한 밸브 플랩을 갖춘다. 상기 밸브 플랩은, 밸브 플랩이 상기 입력 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전할 수 있다.

본 발명은 도관 내에서 전적으로 사용될 수 있으며, 비교적 저렴하고, 원하지 않는 배압을 최소화하는 완전 개방 위치를 제공할 수 있는 밸브 구조를 제공한다.

본 발명의 목적과 특징은 하기 설명된 도면과 관련된 상세한 설명을 통해 더욱 명확해질 것이다.
도 1a, 1b는 각각 도관을 통과하는 유체 흐름을 제어하는 밸브의 측면도 및 배면도로서, 밸브는 본 발명에 따라 구성되며 폐쇄 위치에 있다.
도 2a, 2b는 각각 도 1a, 1b에 도시된 밸브의 15도 개방 위치에 대한 측면도 및 배면도이다.
도 3a, 3b는 각각 도 1a, 1b에 도시된 밸브의 30도 개방 위치에 대한 측면도 및 배면도이다.
도 4a, 4b는 각각 도 1a, 1b에 도시된 밸브의 완전 개방 위치에 대한 측면도 및 배면도이다.
도 5a, 5b는 각각 본 발명에 따른 제1 밸브 주축의 측면도 및 배면도이다.
도 6a, 6b는 각각 본 발명에 따른 제2 밸브 주축의 측면도 및 배면도이다.
도 7은 밸브 플랩과 접촉하는 파이프를 구비하는 도 1a, 1b에 도시된 밸브의 배면도로서, 밸브 플랩은 밸브가 완전 폐쇄 위치에 있을 때 실질적으로 파이프를 완전히 막도록 변경된다.
도 8은 본 발명에 따라 도 1a, 1b에 도시된 밸브와 함께 배치된 배기 머플러의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따라 도 1a, 1b에 도시된 밸브와 함께 배치된 다른 배기 머플러의 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 머플러 내에 있는 칸막이의 정면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 머플러의 배면도이다.
도 12는 본 발명에 따라 구성된 단일 입구, 이중 출구 및 밸브를 갖춘 배기 머플러의 단면도이다.
도 13은 단일 입구 및 이중 출구를 가진 다른 배기 머플러의 단면도이다.
도 14는 단일 입구 및 이중 출구를 가진 다른 배기 머플러의 단면도이다.
도 15는 단일 입구 및 이중 출구를 가진 다른 배기 머플러의 단면도이다.
도 16은 단일 입구 및 이중 출구를 가진 또 다른 배기 머플러의 단면도이다.

도 1a 내지 도 4b를 참조하면, 여러 작동 위치에서의 밸브 플랩을 갖는 밸브 어셈블리의 측면도 및 배면도가, 밸브 조립체가 위치되는 도관의 측면과 배면에서 도시되어 있다. 이들 도면에서 동일한 요소는 동일한 마지막 두 자리의 숫자를 갖는다.

배기 도관(102)은, 스프링 앵커(104), 밸브 스프링(106), 외부 레버 아암(108), 밸브 플랩(110), 밸브 지지 샤프트 또는 주축(112), 및 주축(112)으로부터 돌출된 스프링 부착 아암(114)을 구비하는 스냅 작동 밸브(100)를 포함한다.

밸브 플랩(110)은 실질적으로 도관(102)의 호형상 내면과 맞는 제1 및 제2 호형상 선단을 구비한다. 플래퍼(110)는, 플랩이 도 1a와 도 1b에 도시된 폐쇄 위치에 있을 때 플래퍼(110)와 도관(102)의 내면 사이에 틈새(120, 122)를 제공하는 선형 측선단(116, 118)을 추가로 구비한다. 바이어스 요소 또는 스프링(106)이 도관(102)의 앵커 포인트(104)와 외부 레버 아암(108)의 부착 포인트(114) 사이로 연장한다. 스프링(106)은 플래퍼(110)를 도 1a에 도시된 폐쇄 위치 쪽으로 편향시킨다. 완전 폐쇄 위치일 때, 플랩(110)은 도관(102)의 길이방향 축선에 직각으로 연장한 평면에 대해 90도가 아닌 각도로 있게 된다. 도관(102)의 수직 단면에 대한 플랩의 각도는 A로 표시되어 있다.

작동시에, 배기 압력은 도 1a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이 왼쪽으로부터 플랩(110)에 가해진다. 배기 압력이 스프링(106)의 바이어스 힘을 극복할 정도로 충분히 커졌을 때, 플랩(110)은 주축(112) 주위로 회전하기 시작한다. 밸브 플랩(110)에 가해지는 토크는 주축(112)과 스프링의 축선 사이의 거리(d)와 바이어스 스프링 힘의 곱에 의해 결정된다. 스프링 힘은 밸브 플랩이 열려서 스프링(106)이 늘어남에 따라 증가한다. 하지만, 거리(d)는 짧아져서 밸브가 계속 열리고, 토크는 0에 가까워져 스프링의 길이방향 축선은 "오버-센터" 위치, 즉 주축(112)의 길이방향 축선과의 교차점에 가까워진다. 도 4a 및 도 4b에서 참조번호 410으로 표시된 밸브 플랩이 오버 센터 위치에 근접하게 됨으로써, 완전 개방 위치일 때 플랩이 실질적으로 수평 상태에 있게 한다. 이러한 위치는 차례로, 밸브가 완전 개방 위치일 때 도관 내 배압을 최소화한다. 추가로, 도관 자체가 완전 폐쇄 위치 및 완전 개방 위치 모두에서 밸브 플랩을 위한 정지 기구를 제공한다. 완전 폐쇄 위치에서, 플랩의 호형상 선단은 도관(102)의 내면과 접촉하여 그 위치를 제한한다. 반대로, 완전 개방 위치일 때, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 플랩(410)은 그 선형 측선단(도 1b의 116 및 118 참조)을 이용하며 도관(402)의 내면과 접촉하여 플랩(410)의 완전 개방 위치를 위한 정지 위치를 제공한다.

스프링이 오버 센터 조건에 근접하도록 밸브 플랩이 회전함으로써, 밸브의 완전 개방 위치의 유지가 쉬워진다.

도 5a 및 도 5b는 여기에 개시된 밸브 어셈블리에 사용하기 적합한 제1 주축 구조를 보여준다. 밸브 플랩(510)은 도관(502) 내에서, 플랩(510)의 면에 대해 비대칭적으로 위치하는 주축(512) 주위로 회전한다. 바이어스 스프링(506)은 앵커 포인트(504)와 레버 아암(508) 상의 부착 포인트(514) 사이로 연장한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 적절한 구멍을 매개로 하여 도관(502)에 저널(journal)로 결합된 주축(512)은, 주축(512)과 스프링(506) 사이에 틈새를 제공하도록 도 5b에 도시된 바와 같이 가장 왼쪽 끝까지만 연장된다. 이러한 틈새에 의해 스프링은 오버 센터 가까이 갈 수 있고, 배기 흐름 압력이 상당히 줄어들 때까지 그 위치를 유지하게 된다. 이 지점에서, 밸브 플랩은 폐쇄 위치로 스냅 작동한다. 레버 아암(508)은 별도로 부착될 수 있는 부재이거나 주축(512)과 일체형인 돌출부로서 주축(512)으로부터 돌출된다.

도 6a 및 도 6b는 개시된 밸브 어셈블리에 사용하기 위한 다른 주축 구조를 도시한다. 이 구조에서, 주축(612)은 도관의 바깥으로 충분한 거리로 연장되어서, 완전히 연장된 위치일 때 스프링(606)의 최종 위치와 교차한다. 따라서, 이러한 구조에서 스프링(606)은 주축(612)과 접촉하고 완전 개방 위치가 성취될 때 그 주위를 감싼다. 이러한 구조에 의해, 스프링(606)이 주축(612)의 주위를 감싸므로, 배기 흐름 압력이 스프링 힘을 극복할 수 없는 수준으로 줄어들자마자 스프링은 플랩(610)을 폐쇄 위치 쪽으로 잡아당기게 된다.

도 7은 밸브 플랩이 완전 폐쇄 위치에 놓일 때, 개시된 밸브 어셈블리에 의해 배기 도관이 거의 완전히 폐쇄된 상태를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도관(700)이 밸브 플랩(710)의 전체 외주 형상과 거의 일치하도록, 도 1b에 도시된 틈새(120, 122) 영역은 도관(700)의 편평한 측부에 의해 실질적으로 제거된다. 두 측부(724, 726)는 도관(700)의 평탄화된 영역으로서, 밸브 플랩(710)의 선형의 제1 및 제2 선단과 거의 평행하다. 물론 밸브 플랩(710)의 선형 선단들과 도관의 벽들(724, 726) 사이에는 회전 시 밸브 플랩의 막힘을 방지하기 위해 약간의 틈이 존재해야 한다는 점은 당업자에게 명확한 것이다.

개시된 밸브 어셈블리는 도 8에 도시된 바와 같이 차량 배기 시스템 머플러(muffler)를 위해 예시적으로 적용된다.

머플러(800)는 입력 헤더(810)와 출력 헤더(812)에 의해 입력 및 출력 단부가 폐쇄되는 실질적으로 원통형인 외벽(818)으로 형성된 하우징을 구비한다. 칸막이(814)는 양측으로 머플러 체임버(824, 826)를 형성하는 위치에서 외벽(818)에 부착된다. 칸막이(814)는 머플러(800) 내부의 두 체임버(824, 826) 사이에서 유체가 연통될 수 있게 하는 적어도 하나의 구멍(820, 822)을 추가로 구비한다. 선택적으로, 흡음재(816)가 한쪽 또는 양쪽의 머플러 체임버에 위치할 수 있다.

관통 파이프(802)가 입력 헤더(810), 칸막이(814) 및 출력 헤더(812)를 관통하여 머플러(800)를 통해 연장한다. 파이프(802)는 파이프(802)의 입력부와 이를 둘러싸는 머플러 체임버(824)를 유체가 연통되게 할 수 있는 다수의 제1 구멍(806)을 구비한다. 파이프(802)는 출력 단부에서 다수의 제2 구멍(808)을 구비하며, 다수의 제2 구멍(808)은 이를 둘러싸는 체임버(826)로부터 파이프(802)로 유체를 연통시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 4b를 통해 설명된 바와 같이 구성된 밸브 어셈블리(100)가 파이프(802)의 다수의 제1 및 제2 구멍들 사이에 위치된다. 따라서, 밸브 어셈블리(100)의 폐쇄 위치에서, 배기는 도 8에 도시된 것처럼 파이프(802)의 입력 단부(828)에서 머플러(800)로 유입되며, 다수의 제1 구멍(806)을 통해 체임버(824) 내의 파이프를 둘러싸는 흡음재(816) 안으로 흐른다. 그 후에, 배기는 제1 체임버(824)로부터 칸막이(814)의 구멍들(820, 822)을 통해 제2 체임버(826)로 흐른다. 최종적으로, 배기는 파이프(802) 내에서 제2 체임버(826)로부터 다수의 제2 구멍(808)을 통해 흐르며, 도 8에 도시된 바와 같이 파이프(802)의 출구 단부(830)에서 나가게 된다.

배기 압력이 충분히 높아서 바이어스 스프링(106)의 힘을 극복할 수 있을 때에는, 밸브 플랩(110)이 파이프(802) 내에서 거의 수평 상태로 개방되어 대부분의 배기 가스가 기본적으로 제1 체임버와 제2 체임버 및 관련 흡음재를 우회하게 한다. 플랩(110)은 완전 개방 위치에서 도 8과 같이 실질적으로 수평이 될 것이므로, 머플러(800) 내 배압은 최소화된다.

개시된 밸브 어셈블리의 다른 예시적인 적용예에는 도 9에 도시된 바와 같이 다른 차량 배기 시스템 머플러(900)가 포함된다.

머플러(900)는 입력 헤더(910)와 출력 헤더(912)에 의해 입력부와 출력부의 단부에서 폐쇄되는 실질적으로 타원형 단면형상을 가진 외벽(904)으로 형성된 하우징(902)을 구비한다. 칸막이(910)는 입력 헤더(906)와 칸막이(910) 사이에 제1 머플러 체임버(912)를 형성하는 위치에서 외벽(904)에 부착된다. 제2 머플러 체임버(914)는 칸막이(910)와 출력 헤더(908) 사이의 공간으로 정의된다. 칸막이(910)는 머플러(900) 내부의 두 체임버(912, 914) 사이에서 유체가 연통될 수 있도록 관통하여 연장하는 다수의 구멍(916)을 포함한다. 유리섬유 로빙(roving)과 같은 흡음재(918)가 제1 머플러 체임버(912) 내에 위치할 수 있다. 제2 머플러 체임버(914) 내에는 흡음재가 놓이지 않는다.

파이프(902)는 입구(922)와 출구(924)를 포함한다. 도 9에 도시된 예에서, 파이프(920)는 출력부(928)에 결합된 입력부(926)를 포함한다. 입력 헤더(906)는 입력부(926)를 받아들이는 구멍(930)을 포함한다. 유사하게, 출력 헤더(908)는 출력부(928)를 받아들이는 구멍(932)을 포함한다. 입력부(926)는 구부려져서 입구(922)가 하우징(902)의 길이방향 중심 축선과 정렬될 수 있으면서 출구(924)가 하우징의 길이방향 중심 축선으로부터 비스듬히 벗어나게 된다. 입력부(926)는 출력부(928) 내에 위치된 축경부(936)를 포함한다. 칸막이(910)는 파이프(920)를 받아들이는 구멍(938)을 포함한다. 입력부(926)와 출력부(928) 사이의 겹치는 조인트(joint)는 칸막이(910)와 정렬되고 칸막이(910)에 의해 지지된다.

파이프의 입력부(926)는 입력부(926)의 입구(922)와 제1 머플러 체임버(912) 사이에서 유체를 연통시키도록 위치된 다수의 구멍(942)을 포함한다.

밸브 어셈블리(100)는 도 1a 내지 도 4b를 참조로 하여 전술된 바와 같이 출력 헤더(908)에 근접한 위치에서 파이프(920)의 출력부(928) 내에 배치된다. 보다 구체적으로, 밸브 플랩(110)이 폐쇄 위치에 있을 때, 배기는 입구(922)를 들어가고 구멍들(942)을 통과하여 제1 머플러 체임버(912)로 들어가며 구멍들(916)을 통과하여 제2 머플러 체임버(914)에 들어간다. 밸브(100)가 폐쇄될 때 비교적 작은 체적의 유량이 밸브 플랩(110)과 출력부(928)의 내면 사이의 틈새 또는 통로를 통과한다. 밸브 플랩(110) 주위의 작은 통로는 배기 흐름 내에서 저주파를 흡수하는 기능을 한다. 출력부(928)가 폐쇄된 원통형 부재이기 때문에, 배기는 제1 체임버(912)와 제2 체임버(914)를 통해 흐르지 않는다. 음향파가 존재하지만 제1 체임버(912)와 제2 체임버(914)를 통해 흐르는 배기의 체적 유량은 최소이다. 흡음재(918)는 밸브 플랩(110)의 위치에 관계없이 노이즈를 감쇄시키는 기능을 하게 된다.

배기 압력이 바이어스 스프링(106)의 힘을 극복하기에 충분히 높게 되면, 밸브 플랩(110)은 개방 위치 쪽으로 회전한다. 완전 개방 위치에서 밸브 플랩(110)은 머플러(900)의 배압을 최소화하도록 파이프(920) 내에서 실질적으로 수평하게 연장한다. 또한, 제2 체임버(914) 내에는 흡음재가 놓이지 않기 때문에, 흡음재(918)와 밸브 어셈블리(100) 사이에 간섭이 일어나지 않는다.

테일 파이프(tail pipe; 952)의 상류 단부(954)는 출력부(928)의 출구(924)와 유체가 연통될 수 있게 결합된다. 테일 파이프(952)는 대기와 연통하는 개구단 또는 출구(950)를 포함한다. 배기 시스템의 출력부(928) 내에 형성된 배기의 정재파(standing exhaust waves)로 인하여 밸브(100)로부터 하류에 있는 출력부(928)의 부분과 테일 파이프(952) 내에 공명이 존재할 수 있다. 밸브 플랩(110)의 각위치에 상관없이, 100%의 배기가 밸브 어셈블리(100)를 통해 흐른다. 따라서, 밸브 어셈블리(100)의 축방향 위치가, 머플러(900)와 테일 파이프(952) 내에서 발생할 수 있는 공명을 최소화하도록 결정될 수 있다. 구멍들(942)로부터 하류에 밸브 플랩(110)을 위치시킴으로써, 제1 체임버(912)와 제2 체임버(914)는 테일 파이프로부터 격리된다. 원하지 않는 공명 또는 "드론(drone)"이 방지된다.

이전 시스템에서는 테일 파이프(952)의 출구(950)는 머플러의 외벽(904) 내부의 팽창된 체적과 유체가 연통할 수 있게 개방된 상태로 놓였다. 팽창된 체적은 원하지 않는 노이즈로 이끄는 테일 파이프 내 공진 상태를 증폭 또는 더욱 일으키도록 작용하였다. 머플러(900) 내 팽창된 체적으로부터 하류에 밸브 플랩(110)을 위치시킴으로써, 외벽(904) 내 확장된 체적으로부터 테일 파이프(952) 내의 비교적 긴 정재파를 분리하게 된다. 원하지 않는 노이즈나 드론이 증폭되지 않는다.

밸브(100)는 크게 다른 단면적을 갖는 배기 시스템의 부분들을 분리하는 테일 파이프(952)의 상류 단부에 위치되어 있다. 예를 들어, 제2 체임버(914)의 단면적이 테일 파이프(952)의 단면적의 3배와 동일하거나 그 이상으로 될 수 있다. 테일 파이프(952) 내에 형성되는 정재파의 노드(node)는 출구(950) 및 밸브 플랩(110)에 위치되게 된다. 이러한 방식으로 밸브(100)를 위치시킴으로써, 테일 파이프(952) 내에 형성된 모든 주파수의 공명을 최소화하게 된다.

밸브(100)의 노이즈 감쇠 기능을 최적화하기 위해, 밸브는 출력 헤더(908)에 근접하게 위치된다. 특히, 주축(112)은 입력 헤더(906)와 출력 헤더(908) 간 거리의 1/4과 동일하거나 그 이하인 거리만큼 출력 헤더(908)로부터 축방향으로 이격되어 있다.

도 12 내지 도 16은 단일 입구, 2개의 출구 및 적어도 하나의 수동형 스냅 작동 밸브를 갖춘 머플러를 나타내고 있다. 때로는 차량 제조업자가 단일 매니폴드 또는 파이프에 엔진 실린더들의 각각으로부터 나오는 배기를 결합하도록 배기 시스템을 구성할 수 있다. 단일 파이프는 머플러 어셈블리의 입력 파이프와 유체가 연통할 수 있게 뒤쪽으로 연장한다. 머플러의 위치로부터 뒤쪽으로는, 배기가 둘 이상의 테일 파이프로 분할된다. 도 12 내지 도 16의 머플러는 이러한 용도로 사용될 수 있다.

도 12는, 하우징(1202), 입력 헤더(1204), 출력 헤더(1206), 제1 칸막이(1208) 및 제2 칸막이(1210)를 포함하는 머플러(1200)를 도시한다. 입력 파이프(1212)는 입력 헤더(1204) 및 제1 칸막이(1208)를 통해 연장하여, 내연기관으로부터의 배기를 체임버(1214)에 제공한다. 제1 출력 파이프(1216)는 입력 헤더(1204) 및 제1 칸막이(1208)를 통해 연장한다. 제1 출력 파이프(1216)의 제1 개구단(1218)은 체임버(1214)와 유체가 연통하게 된다. 제1 출력 파이프(1216)는 대기와 연통하는 출구(1220)를 포함한다. 제1 밸브 어셈블리(100a)는 제1 출력 파이프(1216) 내에 배치된다. 제2 출력 파이프(1230)는 출력 헤더(1206) 및 제2 칸막이(1210)를 통해 연장한다. 제2 출력 파이프(1230)의 제1 개구단(1232)은 체임버(1214)와 유체가 연통하게 된다. 제2 개구단(1234)은 대기와 연통한다. 제2 밸브(100b)는 제2 출력 파이프(1230) 내에 배치된다. 밸브들(100a 및 100b)은 전술한 밸브(100)와 실질적으로 유사하다. 머플러(1200)는 머플러를 장착하기 용이하게 구성되어 있어, 각각의 입력 및 출력 파이프가 차량을 가로질러 연장하게 된다. 제1 칸막이(1208)와 제2 칸막이(1210)는 각각 구멍(1240 및 1242)을 포함한다. 이와 같이, 체임버(1214)는 입력 헤더(1204)에서 출력 헤더(1206)까지 하우징(1202)의 전체 길이로 연장한다.

도 13은 입력 헤더(1304)와 출력 헤더(1306)에 의해 덮어 씌워진 하우징(1302)을 포함하는 머플러(1300)를 도시한다. 제1 칸막이(1308)는 제1 공동부(1310)를 형성한다. 제2 칸막이(1312)는 제2 공동부(1314) 및 제3 공동부(1316)를 형성한다. 제1 칸막이(1308)는 이를 통해 연장하는 다수의 구멍(1318)을 포함한다. 구멍(1320)은 제2 칸막이(1312)를 통해 연장하고 있다. 따라서 각각의 제1 공동부(1310), 제2 공동부(1314) 및 제3 공동부(1316)는 서로 유체가 연통하게 된다.

입력 파이프(1330)는 입력 헤더(1304)와 제1 칸막이(1308)를 통해 연장한다. 다수의 구멍(1332)은 제1 공동부(1310)와 유체가 연통하는 입력 파이프(1330)의 내부 체적을 결정하는 파이프(1330)의 벽을 통해 연장한다. 유리섬유 흡음재와 같은 절연재(1334)가 제1 공동부(1310) 내에 배치된다. 제1 출력 파이프(1340)는 출력 헤더(1306) 및 제2 칸막이(1312)를 통해 연장하고 있다. 제1 출력 파이프(1340)의 제1 개구단(1342)은 제2 공동부(1314)와 유체가 연통되게 하고, 입력 파이프(1330)로부터 멀리 이격되어 있다. 제1 밸브(100a)는 제1 출력 파이프(1340) 내에 위치된다. 제2 출력 파이프(1350)는 제2 공동부(1314)와 유체가 연통하는 제1 개구단(1352)을 포함한다. 제2 개구단(1354)은 대기와 연통한다. 제2 밸브(100b)는 제2 출력 파이프(1350) 내에 위치된다.

도 14는 참조번호 1400으로 표시된 다른 단일 입구와 이중 출구의 머플러를 도시한다. 머플러(1400)는 머플러(1300)와 실질적으로 유사하다. 이와 같이, 유사한 요소는 이전에 도입된 참조부호를 100만큼 증가시킨 참조번호를 가지고 있다. 머플러(1400)는, 각각의 제1 출력 파이프(1440 및 1450)의 상류 단부(1470 및 1472)가 서로 유체가 연통하며 입력 파이프(1430)의 출구(1474)에 결합되어 있다는 점에서 머플러(1300)와 상이하다. 보다 구체적으로는, 입구(1476)는 제1 출력 파이프(1440)의 상류 단부에 형성되어 입력 파이프(1430)를 통해 흐르는 배기를 받아들인다. 마찬가지로, 입구(1478)는 제2 출력 파이프(1450)의 상류 단부에 형성되어 입력 파이프(1430)를 통해 흐르는 배기를 받아들인다. 입구(1476)와 입구(1478)는 서로 인접하여 배치된다. 도 14에 도시된 구조에서, 배기는 입력 파이프(1430), 구멍(1432), 흡음재(1434), 제1 칸막이의 구멍(1418) 및 제2 칸막이의 구멍(1420)을 통과하여, 하우징(1402)으로 형성된 공동부들을 완전히 채울 수 있다.

도 15는 참조번호 1500으로 표시된 다른 머플러를 도시한다. 머플러(1500)는 머플러(1400)와 실질적으로 유사하다. 따라서, 유사한 요소는 100만큼 증가시킨 참조번호로 표시된다. 머플러(1500)는, 천공된 제1 칸막이(1408)가 제거되고 추가의 구멍(1580)이 밸브(100a)로부터 상류의 위치에서 제1 출력 파이프(1540)의 부분을 통해 연장한다는 점에서 머플러(1400)와는 상이하다. 구멍(1582)은 밸브(100a)로부터 상류의 위치에서 제2 출력 파이프(1550)를 통해 연장한다. 흡음재(1534)는 제1 칸막이(1408)의 제거로 인해 흡음재(1434)보다 더 긴 거리를 축방향으로 연장한다.

도 16을 참조하면, 다른 머플러 구조가 참조번호 1600으로 나타나 있다. 머플러(1600)는 머플러(1400)와 비슷한 역할을 한다. 유사한 요소는 200만큼 증가시킨 참조번호로 표시된다. 머플러(1600)는, 제2 칸막이(1412)가 제거되고 입력 파이프(1630)가 칸막이(1608)를 넘어 안쪽으로 뻗은 증가된 길이를 갖는다는 점에서 머플러(1400)와 상이하다. 단일한 스냅 작동 밸브가 제1 출력 파이프(1640)의 입구(1676) 및 제2 출력 파이프(1650)의 입구(1678)의 상류에 있는 입력 파이프(1630)의 하류 단부에 배치되어 있다. 도 12 내지 도 16에 도시된 각각의 머플러에서, 머플러를 통해 흐르는 배기 가스의 100%는 그 안에 위치된 밸브(100a 또는 100b)를 통과해야 한다. 또한, 각 밸브는 공명 조건을 최소화하기 위해 머플러의 비교적 큰 단면적 부분에서 배기 시스템의 실질적으로 일정한 직경의 테일 파이프 부분을 분리하는 역할을 한다.

본 발명은 단지 예를 들기 위해 개시된 실시예에 대한 상세한 설명과 관련하여 설명되었다. 본 발명의 범주 및 사상은 첨부된 청구범위의 적절한 해석에 의해 결정된다.

Claims (7)

1. 외벽과, 상기 외벽의 양 끝단을 덮는 입력 헤더와 출력 헤더를 구비하는 하우징;
   상기 입력 헤더를 통해 연장하는 입력 파이프;
   상기 출력 헤더를 통해 연장하는 제1 출력 파이프;
   상기 입력 헤더 및 상기 출력 헤더 중 하나를 통해 연장하는 제2 출력 파이프;
   상기 제1 출력 파이프에 피벗 결합된 주축에 의해 회전하도록 상기 제1 출력 파이프 내에 위치하는 실질적으로 편평한 밸브 플랩을 구비하고, 상기 밸브 플랩은 상기 밸브 플랩의 평면이 상기 제1 출력 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전할 수 있으며,
   상기 밸브 플랩은 폐쇄된 위치를 향하여 편향되어 있도록 된, 수동형의 제1 밸브 어셈블리; 및
   상기 제2 출력 파이프에 피벗 결합된 주축과 회전하도록 상기 제2 출력 파이프 내에 위치하는 실질적으로 편평한 밸브 플랩을 구비하고, 상기 밸브 플랩은 상기 밸브 플랩의 평면이 상기 제2 출력 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전할 수 있으며,
   상기 밸브 플랩은 폐쇄된 위치를 향하여 편향되어 있도록 된, 수동형의 제2 밸브 어셈블리를 포함하고,
   상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브는 머플러를 통해 흐르는 모든 배기 가스가 상기 밸브들을 통과하도록 하우징 내에 위치되며,
   상기 하우징 내부를 제1 체임버와 제2 체임버로 분할하며, 상기 제1 체임버는 내부에 위치된 흡음재를 구비하고, 상기 제1 체임버와 상기 제2 체임버의 사이에서 유체가 연통하도록 관통하는 적어도 하나의 구멍을 구비한 칸막이를 구비하며,
   입력 파이프는, 입력 파이프와 상기 하우징의 상기 제1 체임버 사이에서 유체가 연통될 수 있는 다수의 구멍을 구비하고
   제2 체임버 내부의 입력 파이프의 부분과 제1 및 제2 출력 파이프의 전체 길이는 하우징의 내부와 연통하는 다수의 구멍 없이 인접하여 연장되도록 한 내연기관 배기 시스템용 머플러.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 입력 파이프, 상기 제1 출력 파이프 및 상기 제2 출력 파이프 각각은 상기 하우징 내에 다른 자유단으로부터 이격되어 있는 자유단을 포함하는 머플러.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제1 출력 파이프와 상기 제2 출력 파이프 각각은 상기 입력 파이프의 하류 단부와 유체가 연통할 수 있게 결합된 상류 단부를 포함하는 머플러.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 밸브들의 상기 제1 출력 파이프와 상기 제2 출력 파이프의 상류에 있는 부분들은 구멍들을 포함하는 머플러.
6. 삭제
7. 외벽과, 상기 외벽의 양 끝단을 덮는 입력 헤더와 출력 헤더를 구비하는 하우징;
   입력 헤더를 통해 연장하고, 입력 파이프와 상기 하우징의 내부 사이에서 유체가 연통될 수 있는 다수의 구멍을 구비한 입력 파이프;
   상기 하우징 내부를 제1 체임버와 제2 체임버로 분할하며, 상기 제1 체임버는 내부에 위치된 흡음재를 구비하고, 상기 제1 체임버와 상기 제2 체임버 사이에서 유체가 연통하도록 관통하는 적어도 하나의 구멍을 구비하는 상기 하우징 내의 칸막이;
   상기 출력 헤더를 통해 연장하고, 상기 입력 파이프의 하류 단부와 유체가 연통할 수 있게 결합된 상류 단부를 구비하는 제1 출력 파이프;
   상기 출력 헤더를 통해 연장하고, 상기 입력 파이프의 하류 단부와 유체가 연통할 수 있게 결합된 상류 단부를 구비하는 제2 출력 파이프;
   상기 제1 출력 파이프 및 상기 제2 출력 파이프의 상류 단부는 제2 체임버 내부의 위치에서 상기 입력 파이프의 하류 단부에 고정되며;
   상기 입력 파이프에 피벗 결합된 주축에 의해 회전하도록 상기 입력 파이프 내에 위치하는 실질적으로 편평한 밸브 플랩을 구비하고, 상기 밸브 플랩은 상기 밸브 플랩의 평면이 상기 입력 파이프의 길이방향 축선에 실질적으로 평행하게 되는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전할 수 있고,
   상기 밸브 플랩은 폐쇄된 위치로 편향되어 있으며,
   밸브는 머플러를 통해 흐르는 모든 배기 가스가 상기 밸브를 통과하도록 하우징 내에서 상기 다수의 구멍의 하류에 위치되는 수동형의 밸브이며,
   상기 입력 파이프는 상기 하우징 내에서 상기 칸막이를 지나 연장되고,
   제2 체임버 내부의 입력 파이프의 부분과 제1 및 제2 출력 파이프의 전체 길이는 하우징의 내부와 연통하는 다수의 구멍 없이 인접하여 연장되도록 한,
   수동형의 밸브 어셈블리를 포함하는 내연기관 배기 시스템용 머플러.

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