KR101699751B1 - 내연기관용 저배압 소음기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스의 저항을 최대한 줄임은 물론 소음을 효율적으로 필터링함을 제공하도록, 내부가 회전유도영역 및 공명영역으로 구획되는 챔버본체와, 상기 챔버본체의 일측 상단에 구비되고 내연기관용 엔진의 배기파이프에 연결결합하여 엔진소음을 포함한 배기가스가 유입되는 가스유입관과, 상기 챔버본체의 일측 하단에 외측으로 연장 형성되되 상기 챔버본체의 공명영역을 향해 내측으로 연장 형성되고 상기 회전유도영역에 연통하여 엔진소음을 포함한 배기가스를 배출시키되 상기 챔버본체 내 공명영역의 구간에서 외주연 상에 복수 개의 관통공을 구비하는 가스배기관으로 이루어지는 소음본체부와; 상기 소음본체부 중 상기 챔버본체의 회전유도영역 내에 장착되되 상기 챔버본체의 내면에 접촉고정되는 지지체와, 상기 지지체 상에 좌우로 연장 형성되되 양단이 상기 챔버본체의 외측으로 돌출되고 회전가능하게 설치되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트의 외주연 상에 방사상으로 연장 형성되고 엔진소음을 포함한 배기가스의 소음을 감쇄시키도록 접하는 복수 개의 접촉블레이드를 구비한 임펠러로 이루어지는 로터리회전체;를 포함하고, 상기 로터리회전체에는 상기 회전샤프트의 양단에 대응하여 상기 챔버본체의 외부에 고정 설치되고 상기 회전샤프트의 회전운동을 지지하는 외장베어링을 포함하는 내연기관용 저배압 소음기를 제공한다.

Description

내연기관용 저배압 소음기 {Low Backpressure Muffler for Internal Combustion Engine}

본 발명은 내연기관용 저배압 소음기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 중 내연기관의 엔진에서 엔진음을 포함한 배기가스의 소음을 차단하면서 배기가스는 원활히 통과시켜 배기가스의 저항을 최대한 줄임은 물론 소음을 효율적으로 필터링하는 것이 가능한 내연기관용 저배압 소음기에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 내연기관의 엔진에서 공기와 적당한 비율을 갖는 혼합기를 실린더로 흡입하여 압축시킨 다음 착화와 팽창과정을 통해 직선운동하게 되며 커넥팅로드와 크랭크를 이용하여 일정한 토크를 갖는 회전운동으로 변환시킨 구동력을 통해 주행가능하게 이루어진다.

이와 같이 내연기관의 엔진에서 점화 연소된 실린더는 배기행정을 통해 고온(600~800℃) 고압(3~5㎏/㎠)의 배기가스를 외부로 배출시키는데, 차량에는 실린더에서 발생한 엔진소음을 포함한 배기가스를 대기 중으로 배출할 수 있도록 배기 파이프 및 소음기(muffler) 등으로 구성된 배기장치를 구비토록 적용하게 된다.

여기서 소음기는 엔진구동으로부터 발생하는 배기가스를 배출시키면서 엔진음 즉 엔진의 배기소음을 감소시키기 위한 것으로서, 유체(엔진음을 포함한 배기가스)의 흐름에 방해가 되지 않으면서 내부를 통해 전파되는 소음의 감쇄를 목적으로 형상 및 재질 처리한 관이나 덕트의 일부분으로 정의되고, 음파의 흡수, 반사, 간섭 등과 같은 파동의 성질을 이용하여 소음을 저감시키는 장비이다.

그런데 기존 소음기는 하우징 내부에 다수의 격판을 설치하여 하우징의 내부공간을 구획함에 따라 엔진음을 포함한 배기가스의 흐림에 팽창 및 저항의 원리를 적용하도록 구성하였으나, 이는 소음기 자체적인 구조가 복잡하여 제작이 어렵고 제조비용이 많이 소요되며 배기가스 흐름의 속도가 증가하면 배압이 상승하여 엔진의 배기행정에서 피스톤의 부하를 증가시킨다는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 개시되어 있었던 종래기술로써, 대한민국 공개실용신안공보 제18829호(1999.06.05.)에는 하우징에 배기공을 형성한 배기관을 직선상으로 관통시켜서 그 주위에 팽창실을 형성하고 상기 팽창실에 흡음재를 충진한 것에 있어서, 상기 배기관에 형성되는 배기공의 측벽에 배기공의 원주방향을 차단하는 유도판을 형성함에 따라 흡음재로부터 소음을 저감시키면서 흡음재의 외부비산을 억제할 수 있는 내연기관용 소음기가 공지되어 있다.

또한 공개특허공보 제99321호(2005.10.13.)에는 내연기관의 배기소음기로서, 상기 내연기관의 배기구로부터의 배기소음이 외부로 배출되도록 소음유입공과 소음유출공이 양측에 설치되어 있는 몸체 및 상기 몸체의 소음유입공측에 설치되고 상기 배기구를 통해 배출되는 배기소음이 회전하여 감쇠되도록 소음회전부를 가지는 소음 가이드를 포함하여 구성됨에 따라 비용을 낮추면서 제조공정이 간단하게 이루어지는 내연기관의 배기 소음기가 공지되어 있다.

그러나 상기한 종래 소음기 중 공개실용신안공보 제18829호의 경우에는 단순히 흡음재만을 적용하여 소음기 자체의 간단한 구조로부터 배기가스에 대한 배압을 낮출 수 있는 반면에 소음 감쇄를 위한 구성이 부재하여 많은 소음이 발생하게 된다는 문제가 있으며, 상기한 종래 소음기 중 공개특허공보 제99321호의 경우에도 소음기의 배출경로 중 배기소음을 포함한 배기가스에 회전력이 가해질 수 있게 구성하였으나 단순히 회전만으로는 소음의 감쇄 효율에 한계가 있으며 배기가스의 진행은 소음회전부와의 접촉으로 역저항을 받아 소음기의 입력측에 배압으로 나타남은 물론 엔진출력의 효율저하에 영향을 미치고 연료소비의 효율도 저하시키게 된다는 문제가 있었다.

따라서 내연기관의 엔진에서 발생한 배기소음은 차단시켜 소음을 줄이는 동시에 배기가스로 인한 배압을 줄일 수 있는 소음기의 개발이 시급히 요구되는 실정이다.

KR 공개실용신안공보 제18829호(1999.06.05.) KR 공개특허공보 제99321호(2005.10.13.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내연기관의 엔진에서 발생한 소음을 감쇄시키는 동시에 배기가스가 저항 없이 진행할 수 있게 구성하므로 음속의 소리에너지를 반사시켜 소음을 최소화함은 물론 엔진의 배기행정에서 작용하는 배압의 영향을 제거하여 엔진출력 및 연료소비효율을 높일 수 있는 내연기관용 저배압 소음기를 제공하는데, 그 목적이 있다.

뿐만 아니라 본 발명은 소음기의 구성 중 회전체의 회전운동을 지지하는 베어링을 외장형으로 구성하여 배기가스로 인한 열 영향을 최소화하고 소음기의 내구성을 높일 수 있는 내연기관용 저배압 소음기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 내연기관용 저배압 소음기는 내부가 회전유도영역 및 공명영역으로 구획되는 챔버본체와, 상기 챔버본체의 일측 상단에 구비되고 내연기관용 엔진의 배기파이프에 연결결합하여 엔진소음을 포함한 배기가스가 유입되는 가스유입관과, 상기 챔버본체의 일측 하단에 외측으로 연장 형성되되 상기 챔버본체의 공명영역을 향해 내측으로 연장 형성되고 상기 회전유도영역에 연통하여 엔진소음을 포함한 배기가스를 배출시키되 상기 챔버본체 내 공명영역의 구간에서 외주연 상에 복수 개의 관통공을 구비하는 가스배기관으로 이루어지는 소음본체부와; 상기 소음본체부 중 상기 챔버본체의 회전유도영역 내에 장착되되 상기 챔버본체의 내면에 접촉고정되는 지지체와, 상기 지지체 상에 좌우로 연장 형성되되 양단이 상기 챔버본체의 외측으로 돌출되고 회전가능하게 설치되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트의 외주연 상에 방사상으로 연장 형성되고 엔진소음을 포함한 배기가스의 소음을 감쇄시키도록 접하는 복수 개의 접촉블레이드를 구비한 임펠러로 이루어지는 로터리회전체;를 포함하고, 상기 로터리회전체에는 상기 회전샤프트의 양단에 대응하여 상기 챔버본체의 외부에 고정 설치되고 상기 회전샤프트의 회전운동을 지지하는 외장베어링을 포함하여 이루어진다.

상기 챔버본체는 상기 회전유도영역과 공명영역을 구획하는 격벽부재를 구비한다.

상기 챔버본체에서 공명영역의 내부 벽면은 반복적인 요철 형태의 단면을 가지는 형상으로 요철면을 형성하고, 상기 요철면은 원호형상, 삼각형상, 사각형상, 사다리꼴형상 중에서 선택한 단면형상으로 성형된다.

상기 가스유입관에는 내측 하부에 배기가스의 이동방향을 기준으로 상향경사진 형태를 이루어 상기 챔버본체의 회전유도영역을 향한 배기가스의 유입방향을 유도하는 접촉경사면이 형성된다.

상기 가스배기관은 상기 챔버본체 상에 설치되되 상기 회전유도영역에 연통한 채 상기 공명영역을 거쳐 외측을 향해 연장 형성된 일체형으로 구성한다.

상기 가스배기관은 상기 챔버본체 상에 설치되되 상기 공명영역에서 서로 간격을 두고 이격된 채 이분 분할된 분할형으로 구성하는 것도 가능하고, 상기 가스배기관은 상기 챔버본체 내 상기 회전유도영역에 연통하도록 상기 로터리회전체의 일단에 고정설치되는 제1배기관과, 상기 제1배기관에 대응하여 간격을 두고 위치하되 상기 챔버본체 상에 고정설치되고 상기 공명영역에서 와류생성된 배기가스를 배출시키는 제2배기관으로 구성한다.

상기 임펠러의 접촉블레이드는 일면 또는 양면에 한쪽으로 오목 또는 볼록하게 형성되는 단면을 가지는 형상으로 성형하되, 상기 접촉블레이드는 원호형상, 삼각형상, 사각형상, 사다리꼴형상 중에서 선택한 단면형상이 상기 접촉블레이드의 연장된 길이방향으로 반복 형성되게 성형한다.

또한 상기 임펠러의 접촉블레이드는 일면 또는 양면에 한쪽으로 오목 또는 볼록하게 형성되는 단면을 가지는 형상으로 성형하되, 상기 접촉블레이드는 원호형상, 삼각형상, 사각형상, 사다리꼴형상 중에서 선택한 단면형상이 상기 접촉블레이드의 좌우 폭 방향으로 반복 형성되게 성형하는 것도 가능하다.

상기 외장베어링은 상기 챔버본체의 외부에 노출 형태로 고정 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 내측에 구비되고 상기 회전샤프트의 원활한 회전운동을 안내하는 베어링부재로 이루어진다.

본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기에 의하면 배기소음의 흐름을 방해 및 반사시키도록 접촉하되 배기가스의 흐름과 동일하게 회동하는 회전유도영역의 로터리회전체를 구성하면서 배기소음 및 배기가스의 흐름에 와류를 생성시키기 위한 공명영역을 구비토록 구성하므로, 배기가스는 로터리회전체와 동일한 속도로 함께 이동되면서 반사적인 반응영향 및 배압 영향을 방지한 채 외부로 배출하여 엔진의 출력을 증진시킴은 물론 연비를 향상시키고, 회전유도영역 및 공명영역을 거쳐 점진적으로 소음진행을 감쇄시켜 배기소음의 제거효율을 보다 향상시키는 것이 가능하다. 나아가 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기를 장갑차나 탱크, 중장비, 대형트럭 등과 같이 소음이 큰 모든 내연기관장치 및 차량에 적용하여 해당 장치의 모든 출력은 그대로 유지하면서 소음을 대폭 감소시킬 수 있는 효과를 얻는다.

뿐만 아니라 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기는 임펠러의 회동운동을 지지하는 외장베어링을 챔버본체의 외부에 구성하므로, 소음기의 본체 내에 열의 가중현상을 막아 임펠러의 변형을 방지하고 외장베어링에 열 영향을 줄여 베어링의 가열에 따른 폐해를 차단하며 로터리회전체의 내구성을 향상시켜 소음기의 수명을 보다 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기는 공명영역의 벽면에 요철 형태의 단면형상을 갖는 요철면을 형성하므로, 공명영역에서의 와류생성시 배기소음의 방음효율을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기는 공명영역 내 가스배기관이 일직선상에 서로 소폭 이격되어 이분 분할된 구조로 구성하므로, 배기가스의 원활한 배출상태를 그대로 유지함은 물론 공명영역 내 와류생성을 위한 유체의 유량을 높여 소음을 보다 효율적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기는 임펠러의 접촉블레이드를 오목 또는 볼록한 단면형상으로 성형하여 구성하므로, 접촉블레이드에 접촉하는 배기소음의 반사반응영향을 높여 소음을 효율적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 일실시예를 나타내는 정단면도.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예를 나타내는 평단면도.
도 4의 (a)~(d)는 각각 본 발명에 따른 일실시예에서 챔버본체 요철면의 제1~4실시예를 나타내는 부분확대도.
도 5는 본 발명에 따른 일실시예에서 가스배기관의 다른 실시예를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 일실시예에서 임펠러의 제1실시예를 나타낸 단면도.
도 7의 (a)~(d)는 각각 본 발명에 따른 일실시예에서 임펠러의 제2실시예를 나타내는 예시도.
도 8의 (a)~(d)는 각각 본 발명에 따른 일실시예에서 임펠러의 제3실시예를 나타내는 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 일실시예의 사용상태를 나타내는 단면도.

본 발명은 내부가 회전유도영역 및 공명영역으로 구획되는 챔버본체와, 상기 챔버본체의 일측 상단에 구비되고 내연기관용 엔진의 배기파이프에 연결결합하여 엔진소음을 포함한 배기가스가 유입되는 가스유입관과, 상기 챔버본체의 일측 하단에 외측으로 연장 형성되되 상기 챔버본체의 공명영역을 향해 내측으로 연장 형성되고 상기 회전유도영역에 연통하여 엔진소음을 포함한 배기가스를 배출시키되 상기 챔버본체 내 공명영역의 구간에서 외주연 상에 복수 개의 관통공을 구비하는 가스배기관으로 이루어지는 소음본체부와; 상기 소음본체부 중 상기 챔버본체의 회전유도영역 내에 장착되되 상기 챔버본체의 내면에 접촉고정되는 지지체와, 상기 지지체 상에 좌우로 연장 형성되되 양단이 상기 챔버본체의 외측으로 돌출되고 회전가능하게 설치되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트의 외주연 상에 방사상으로 연장 형성되고 엔진소음을 포함한 배기가스의 소음을 감쇄시키도록 접하는 복수 개의 접촉블레이드를 구비한 임펠러로 이루어지는 로터리회전체;를 포함하고, 상기 로터리회전체에는 상기 회전샤프트의 양단에 대응하여 상기 챔버본체의 외부에 고정 설치되고 상기 회전샤프트의 회전운동을 지지하는 외장베어링을 포함하는 내연기관용 저배압 소음기를 기술구성의 특징으로 한다.

다음으로 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 발명의 실시예들은 해당 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자가 본 발명을 이해할 수 있도록 설명하기 위해서 제공되는 것이고, 도면에서 나타내는 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 예시적으로 나타내는 것이다.

또한 명세서 전체에서 "내연기관용 엔진"이란 자동차나 오토바이 등과 같은 모든 종류의 차량용 엔진은 물론 각종 선박이나 항공기 등에 사용되는 대용량의 엔진이 모두 포함하는 의미이다.

먼저 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 일실시예는 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 소음본체부(10)와, 로터리회전체(20)를 포함하여 이루어진다.

상기 소음본체부(10)는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 전반적인 외형을 이루는 챔버본체(11)와, 상기 챔버본체(11)를 향한 배기가스의 유입통로인 가스유입관(15)과, 배기가스의 배출통로인 가스배기관(18)으로 이루어진다.

상기 챔버본체(11)는 내부에 빈 공간을 갖는 상자형상으로 이루어진다. 도면에서는 직사각형의 단면형상을 갖는 상자형상으로 형성하였으나, 그외 일반적인 소음기 형상인 타원형의 단면형상으로 적용하여 형성하는 것도 가능하다.

상기 챔버본체(11)는 배기가스와는 다른 특성이 띠지만 내연기관용 엔진으로부터 배기가스와 함께 이동된 소음을 감쇄시키기 위한 방음공간을 형성한다.

상기 챔버본체(11)의 방음공간인 내부는 회전유도영역(11a) 및 공명영역(11b)으로 그 영역을 구분하여 구획 형성한다. 즉 상기 챔버본체(11)는 상기 가스유입관(15)으로부터 엔진소음을 포함한 배기가스가 유입되는 방향의 일측에 회전유도영역(11a)을 형성하고, 상기 회전유도영역(11a)의 후방에 공명영역(11b)을 형성한다.

상기 회전유도영역(11a)에서는 상기 로터리회전체(20)로부터 배기소음을 감쇄시키되 배기가스는 원활하게 이동될 수 있게 유도하게 된다.

상기 공명영역(11b)의 경우 상기 가스배기관(18)을 통해 배출되는 배기소음에 대해 와류를 생성시킬 수 있게 유도하는 공간을 이룬다. 즉 배기소음은 상기 공명영역(11b)의 내벽과 지속적인 접촉으로 감쇄되어 일부만이 상기 가스배기관(18)을 통해 배출될 수 있게 형성한다.

상기 챔버본체(11)의 내부에는 상기 회전유도영역(11a)과 공명영역(11b)을 상호 구분되게 구획하는 격벽부재(12)를 구비한다.

상기 격벽부재(12)는 상기 회전유도영역(11a)과 공명영역(11b)을 나누는 벽면을 이루되 하측에 엔진소음을 포함한 배기가스가 상기 회전유도영역(11a)에서 배출될 수 있는 연통공(14)을 형성한다.

상기에서 격벽부재(12)의 연통공(14)에는 상기 가스배기관(18)이 상기 공명영역(11b)을 향해 연장된 구조로 고정 설치된다.

또한 상기 챔버본체(11)에서 공명영역(11b)의 내부 벽면에는 반복적인 요철 형태의 단면을 가지는 형상으로 요철면(13)이 형성되게 구성하는 것도 가능하다.

상기 요철면(13)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 챔버본체(11)의 내벽면에 한쪽으로 볼록하게 형성되는 원호형상, 삼각형상, 사각형상, 사다리꼴형상 중에서 선택한 단면형상으로 성형하여 구성한다.

상기와 같이 공명영역(11b)의 벽면에 요철 형태의 다양한 단면형상을 갖는 요철면(13)을 형성하게 되면, 공명영역(11b)에서의 와류생성시 배기소음의 방음효율을 보다 향상시키는 것이 가능하다.

상기 가스유입관(15)은 원통형으로 이루어지고, 내연기관용 엔진의 배기파이프에 연통하도록 연결결합하여 상기 챔버본체(11)의 내부에 엔진소음을 포함한 배기가스가 유입될 수 있게 구비되는 것으로, 상기 챔버본체(11)의 일측 상단에 구비된다.

상기 가스유입관(15)은 상기 챔버본체(11) 상에 고정 설치되되 외측에 상기 가스유입관(15)의 고정상태를 보강토록 지지하는 복수 개의 보강판(17)을 구성하는 것이 바람직하다.

상기 가스유입관(15)에는 상기 챔버본체(11)의 회전유도영역(11a)을 향한 배기가스의 유입방향을 유도하여 제시하는 접촉경사면(16)을 형성한다.

상기 접촉경사면(16)은 상기 가스유입관(15)의 내측 하부에 배기가스의 이동방향을 기준으로 상향경사진 형태로 이루어짐에 따라 배기가스가 상기 회전유도영역(11a)을 향해 진입할수록 점차 좁은 유입경로를 이룬다.

상기와 같이 가스유입관 내에 완만한 경사를 갖는 접촉경사면을 형성하게 되면, 로터리회전체의 중심을 기준으로 외측에 유체가 접하여 로터리회전체의 임펠러에 대한 초기 원활한 회동을 도모하는 것이 가능하다.

상기 가스배기관(18)은 상기 챔버본체(11)를 거쳐 소음이 감쇄된 상태로 배기가스를 배출시키는 통로를 이룬다.

상기 가스배기관(18)은 상기 챔버본체(11)의 일측 하단에 위치하고 상기 챔버본체(11)의 외측으로 연장 형성되는 동시에 상기 챔버본체(11)의 공명영역(11b)을 향해 내측으로 연장 형성된다. 즉 상기 가스배기관(18)은 상기 회전유도영역(11a)과 공명영역(11b)의 경계벽인 상기 격벽부재(12)에서부터 상기 챔버본체(11)의 외측을 향해 연장 형성된 구조로 구비한다.

상기 가스배기관(18)은 도 2 및 도 3에 나타낸 바처럼, 상기 챔버본체(11) 상에 설치되되 상기 회전유도영역(11a)에 연통한 채 상기 공명영역(11b)을 거쳐 외측을 향해 연장 형성된 일체형으로 이루어진다.

상기 가스배기관(18)은 기본적으로 상기 회전유도영역(11a)에 연통하도록 설치되어 엔진소음을 포함한 배기가스를 배출시키고, 부가적으로 상기 회전유도영역(11a)에서 이동된 배기가스가 상기 공명영역(11b)을 거칠 수 있게 상기 가스배기관(18) 상에 관통공(19)을 구비토록 형성한다.

상기 가스배기관(18) 상의 관통공(19)은 유체(엔진소음, 배기가스)가 상기 공명영역(11b)을 향해 유출되거나 상기 공명영역(11b)으로부터 유체가 유입될 수 있는 통로를 이루는 것으로, 상기 챔버본체(11) 내 공명영역(11b)의 구간에서 상기 가스배기관(18)의 외주연 상에 복수 개를 구비토록 구성한다.

또한 상기 가스배기관(18)은 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 챔버본체(11) 상에 설치되되 상기 공명영역(11b)에서 서로 간격을 두고 이격된 채 이분 분할된 분할형을 이루도록 구성하는 것도 가능하다.

상기에서 분할형의 가스배기관(18)은 상기 챔버본체(11) 내 상기 회전유도영역(11a)에 연통하도록 상기 로터리회전체(20)의 일단에 고정설치되는 제1배기관(18a)과, 상기 제1배기관(18a)에 대응하여 간격을 두고 위치하되 상기 챔버본체(11) 상에 고정설치되고 상기 공명영역(11b)에서 와류생성된 배기가스를 배출시키는 제2배기관(18b)으로 구성한다.

상기 제1배기관(18a)과 상기 제2배기관(18b)은 모두 상기 챔버본체(11)의 동일한 높이에 위치하여 일직선상에 놓이도록 형성한다.

상기 제1배기관(18a)과 상기 제2배기관(18b) 간에 상호 이격된 간격의 경우 상기 공명영역(11b) 내의 상기 가스배기관(18) 길이를 기준으로 1/5~1/6을 이루도록 형성한다.

상기에서 제1배기관(18a)과 상기 제2배기관(18b) 간에 이격 간격이 1/5을 초과하는 경우 배기소음과 더불어 상기 공명영역(11b) 내에 배기가스의 진입량이 많아 배압이 증가하게 되고, 상기 제1배기관(18a)과 상기 제2배기관(18b) 간에 이격 간격이 1/6의 미만인 경우에는 상기 공명영역(11b)을 향한 배기소음의 진입량에 큰 차이가 없어 방음효율에 영향을 주지못하게 된다.

상기와 같이 공명영역(11b) 내 가스배기관(18)이 일직선상에 서로 소폭 이격되어 이분 분할된 구조로 구성하게 되면, 배기가스의 원활한 배출상태를 그대로 유지함은 물론 공명영역(11b) 내 와류생성을 위한 유체의 유량을 높여 소음을 보다 효율적으로 차단하는 것이 가능하다.

상기 로터리회전체(20)는 상기 챔버본체(11)의 회전유도영역(11a)에 장착되고, 상기 가스유입관(15)을 통해 상기 챔버본체(11) 내로 유입되는 엔진소음을 포함한 배기가스에 대하여 배기가스가 원활하게 통과할 수 있게 유도하는 반면 엔진소음은 감쇄시키는 기능을 수행한다.

여기서 내연기관용 엔진에서 발생한 엔진소음을 포함한 배기가스의 경우에는 소음과 배기가스가 동시에 출발하여 이동하지만 각각 소리와 가스분자라는 서로 무관한 성질을 띤다. 즉 소음은 음속(340m/sec)의 속도로 진행하는 반면 기체는 음속에 비하여 훨씬 낮은 속도로 진행하고, 음은 횡파로서 전달되면서 경계면에서 반사하는 성질이 있는 반면 기체의 진행은 분자의 물리적 이동으로서 전달되는 것이다. 나아가 소음의 진행과 기체 흐름은 같은 공간 내에 존재할 뿐, 음의 진행과 기체의 이동에 대한 상호작용은 존재하지 않는 독립적 성질을 갖는다.

상기 로터리회전체(20)는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 소음본체부(10) 중 상기 챔버본체(11)의 회전유도영역(11a) 내에 장착되는 지지체(21)와, 상기 지지체(21) 상에 회전가능하게 설치되는 회전샤프트(23)와, 상기 회전샤프트(23) 상에 유체(배기가스)의 접촉으로 회전가능하게 설치되는 임펠러(25)로 이루어진다.

상기 지지체(21)는 상기 챔버본체(11)의 회전유도영역(11a) 내면에 접촉고정되어 상기 임펠러(25)의 회전에 따른 회전샤프트(23)를 지지한다.

상기 지지체(21)는 상기 임펠러(25)의 폭 방향으로 간격을 두고 위치하여 상기 챔버본체(11)의 내면에 고정되는 지지플레이트(21a)와, 좌우 한 쌍의 상기 지지플레이트(21a)를 연결하는 지지봉(21b)으로 구성한다.

상기 지지봉(21b)은 상기 임펠러(25)의 회전운동에 간섭을 받지 않는 위치상에 복수 개를 구비토록 구성한다.

상기 회전샤프트(23)는 상기 지지체(21) 상에 좌우로 연장 형성되되 좌우 양쪽 단부가 상기 챔버본체(11)의 외측으로 돌출 형성된 구조를 이룬다.

상기 임펠러(25)는 상기 회전샤프트(23)의 외주연 상에 고정 설치되고 외측 둘레에 방사상으로 연장 형성된 복수 개(도 2에는 6개)의 접촉블레이드(26)를 구비한다. 즉 소음과 배기가스는 상기 임펠러(25) 중 복수 개의 접촉블레이드(26) 사이마다 유입되어 소음의 경우 상기 접촉블레이드(26)의 경계면에서 반사를 반복하여 소멸 또는 감쇄되도록 형성한다.

상기 임펠러(25)는 상기 회전샤프트(23) 상에 고정 설치되어 회전가능하되 상기 가스유입관(15)을 통해 유입된 배기가스가 상기 접촉블레이드(26)에 면 접촉하는 힘에 의해 회전하도록 구성한다.

즉 상기에서 로터리회전체(20)는 상기 임펠러(25)에 적용되는 소음 및 배기가스의 서로 다른 이동속도를 이용하여 방음 및 배기 처리하도록 이루어진다. 좀 더 구체적으로는 배기가스(기체)의 흐름 방향에 수직되는 다수의 접촉블레이드(26) 사이에 배기가스가 기체이동속도로 유입되어 접촉하고, 상기 접촉블레이드(26) 사이의 배기가스가 이동하여 상기 임펠러(25)를 회전시키는 동안 기체속도보다 빠른 소음은 상기 접촉블레이드(26)의 경계면에서 반사를 반복하며 소멸 또는 감쇄하게 진행된다.

상기 임펠러(25)에는 상기 접촉블레이드(26)의 양쪽 측면이 밀폐상태를 이루도록 원판부재(28)를 구비하여 소음을 차단가능하게 구성하는 것이 바람직하다.

상기 임펠러(25)의 접촉블레이드(26)는 도 6에서처럼 배기가스가 접하는 일면 또는 양면이 기본적으로 평면을 이루도록 성형하여 구성한다.

그리고 상기 임펠러(25)의 접촉블레이드(26)는 일면 또는 양면에 한쪽으로 오목 또는 볼록하게 형성되는 단면을 가지는 형상으로 성형하여 구성하는 것도 가능하다.

상기 접촉블레이드(26)는 도 7의 (a)~(d)에 나타낸 바와 같이, 오목 또는 볼록하게 형성되되 원호형상, 삼각형상, 사각형상, 사다리꼴형상 중에서 선택한 단면형상이 상기 접촉블레이드(26)의 연장된 길이방향으로 반복 형성되게 성형하여 구성하는 것이 가능하다. 즉 상기 회전샤프트(23)를 기준으로 외측을 향해 연장형성된 상기 접촉블레이드(26)의 길이방향을 따라 오목 또는 볼록한 단면형상이 반복 형성되게 성형하여 구성한다.

상기와 같이 임펠러(25)의 접촉블레이드(26)를 오목 또는 볼록하게 다양한 단면형상이 반복적으로 형성토록 성형하여 구성하는 것에 의하면, 접촉블레이드(26)에 접촉하는 배기소음의 반사반응영향을 높여 소음을 효율적으로 줄이는 것이 가능하다.

또한 상기 접촉블레이드(26)는 도 8의 (a)~(d)에 나타낸 바와 같이, 오목 또는 볼록한 단면형상으로 형성되되 원호형상, 삼각형상, 사각형상, 사다리꼴형상 중에서 선택한 단면형상이 상기 접촉블레이드(26)의 좌우 폭 방향으로 반복 형성되게 성형하여 구성하는 것도 가능하다. 즉 상기 접촉블레이드(26)를 향해 접하는 배기가스에 대하여 상기 접촉블레이드(26)의 오목한 골을 따라 이동방향이 제시될 수 있게 상기 접촉블레이드(26)를 성형 구성한다.

상기와 같이 오목 또는 볼록한 단면형상이 반복적으로 형성하되 접촉블레이드(26)의 좌우 폭 방향을 향해 반복 형성되게 성형하면, 접촉블레이드(26)에 접하는 배기가스가 가스배기관(18)을 향해 원활하게 이동될 수 있게 이동방향을 제시하여 배기가스로 인한 배압 영향을 보다 효과적으로 제거하는 것이 가능하다.

상기에서 챔버본체(11) 및 로터리회전체(20)의 재질은 스테인리스, 스틸 또는 엔지니어링 플라스틱 등과 같은 강성과 내열성이 우수한 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 로터리회전체(20)에는 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 회전샤프트(23)의 양단에 대응하여 좌우 한 쌍의 외장베어링(27)을 구성한다.

상기 외장베어링(27)은 상기 챔버본체(11)의 외부에 고정 설치되고 상기 회전샤프트(23)의 회전운동을 지지가능하게 구성되는 것으로서, 상기 챔버본체(11)의 외부에 노출 형태로 고정 설치되는 하우징(27a)과, 상기 하우징(27a)의 내측에 구비되고 상기 회전샤프트(23)의 원활한 회전운동을 안내하는 베어링부재(27b)로 이루어진다.

상기와 같이 임펠러(25)의 회동운동을 지지하는 외장베어링(27)을 챔버본체(11)의 외부에 구성하게 되면, 소음기의 본체 내에 열의 가중현상을 막아 임펠러(25)의 변형을 방지하고 외장베어링(27)에 열 영향을 줄여 베어링의 가열에 따른 폐해를 차단하며 로터리회전체(20)의 내구성을 향상시켜 소음기의 수명을 보다 연장시키는 것이 가능하다.

다음으로 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 작동관계를 도 9를 참조하여 살펴본다.

먼저 차량에 시동을 걸어 내연기관용 엔진이 구동하면 내연기관용 엔진에서 엔진소음과 배기가스가 발생하며 엔진소음을 포함한 배기가스는 배기파이프를 따라 함께 이동하여 소음본체부(10)의 가스유입관(15)을 통해 챔버본체(11) 내에 유입된다.

이처럼 상기 가스유입관(15)을 통과한 소음 및 배기가스는 상기 챔버본체(11)의 회전유도영역(11a)으로 유입되어 로터리회전체(20)의 임펠러(25)를 향해 유입되고, 임펠러(25)의 접촉블레이드(26)에 접촉한다.

이때 상기 임펠러(25)에는 배기가스가 접촉블레이드(26)에 접촉하여 흐름 방향을 향해 이동하는 힘이 작용함에 따라 회전샤프트(23)를 중심으로 상기 임펠러(25)가 회전되어 지속적인 배기가스의 이동상태를 유도하고, 반면 배기가스와 함께 상기 임펠러(25)를 향해 유입된 소음의 경우 상기 임펠러(25) 중 복수 개의 접촉블레이드(26) 사이에 유입되되 상기 접촉블레이드(26)에 반사접촉됨을 반복하여 소음이 점차적으로 감쇄하게 된다.

이후 소음 및 배기가스는 가스배기관(18)을 통하여 상기 챔버본체(11)의 외부 공기 중으로 배출되는데, 상기 가스배기관(18)을 통해 일부의 소음 및 배기가스만 바로 배출되고 남은 일부의 소음 및 배기가스는 관통공(19)을 통해 상기 챔버본체(11)의 공명영역(11b)으로 이동되어 소음을 재차 감쇄시킨 후 다시 상기 가스배기관(18)의 관통공(19)을 통해 외부로 배출된다.

즉 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기에 의하면, 배기소음의 흐름을 방해 및 반사시키도록 접촉하되 배기가스의 흐름과 동일하게 회동하는 회전유도영역의 로터리회전체를 구성하면서 배기소음 및 배기가스의 흐름에 와류를 생성시키기 위한 공명영역을 구비토록 구성하므로, 배기가스는 로터리회전체와 동일한 속도로 함께 이동되면서 반사적인 반응영향 및 배압 영향을 방지한 채 외부로 배출하여 엔진의 출력을 증진시킴은 물론 연비를 향상시키고, 회전유도영역 및 공명영역을 거쳐 점진적으로 소음진행을 감쇄시켜 배기소음의 제거효율을 보다 향상시키는 것이 가능하다. 나아가 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기를 장갑차나 탱크, 중장비, 대형트럭 등과 같이 소음이 큰 모든 내연기관장치 및 차량에 적용하여 해당 장치의 모든 출력은 그대로 유지하면서 소음을 대폭 감소시킬 수 있는 효과를 얻는다.

상기에서는 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허등록청구범위와 명세서 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

10 : 소음본체부 11 : 챔버본체
11a : 회전유도영역 11b : 공명영역 12 : 격벽부재
13 : 요철면 15 : 가스유입관 16 : 접촉경사면
18 : 가스배기관 18a : 제1배기관 18b : 제2배기관
19 : 관통공 20 : 로터리회전체 21 : 지지체
23 : 회전샤프트 25 : 임펠러 26 : 접촉블레이드
27 : 외장베어링 27a : 하우징 27b : 베어링부재

Claims (9)

1. 내부를 회전유도영역 및 공명영역으로 구획하도록 격벽부재가 설치되는 챔버본체와, 상기 챔버본체의 일측 상단에 구비되고 내연기관용 엔진의 배기파이프에 연결결합하여 엔진소음을 포함한 배기가스가 유입되되 내측 하부에 배기가스의 이동방향을 기준으로 상향경사진 형태를 이루어 상기 챔버본체의 회전유도영역을 향한 배기가스의 유입방향을 유도하는 접촉경사면이 형성되는 가스유입관과, 상기 챔버본체의 일측 하단에 외측으로 연장 형성되되 상기 챔버본체의 공명영역을 향해 내측으로 연장 형성되고 상기 회전유도영역에 연통하여 엔진소음을 포함한 배기가스를 배출시키되 상기 챔버본체 내 공명영역의 구간에서 외주연 상에 복수 개의 관통공을 구비하는 가스배기관으로 이루어지는 소음본체부와;
   상기 소음본체부 중 상기 챔버본체의 회전유도영역 내에 장착되되 상기 챔버본체의 내면에 접촉고정되는 지지체와, 상기 지지체 상에 좌우로 연장 형성되되 양단이 상기 챔버본체의 외측으로 돌출되고 회전가능하게 설치되는 회전샤프트와, 상기 회전샤프트의 외주연 상에 방사상으로 연장 형성되고 엔진소음을 포함한 배기가스의 소음을 감쇄시키도록 접하는 복수 개의 접촉블레이드를 구비한 임펠러로 이루어지는 로터리회전체;를 포함하고,
   상기 로터리회전체에는 상기 회전샤프트의 양단에 대응하여 상기 챔버본체의 외부에 고정 설치되고 상기 회전샤프트의 회전운동을 지지하는 외장베어링을 포함하여 이루어지고,
   상기 챔버본체에서 공명영역의 내부 벽면은 반복적인 요철 형태의 단면을 가지는 형상으로 요철면을 형성하고, 상기 요철면은 원호형상, 삼각형상, 사각형상, 사다리꼴형상 중에서 선택한 단면형상으로 성형함을 포함하며,
   상기 임펠러의 접촉블레이드는 일면 또는 양면에 한쪽으로 오목 또는 볼록하게 형성되는 단면을 가지는 형상으로 성형하되, 상기 접촉블레이드는 원호형상, 삼각형상, 사각형상, 사다리꼴형상 중에서 선택한 단면형상이 상기 접촉블레이드의 연장된 길이방향 또는 상기 접촉블레이드의 좌우 폭 방향으로 반복 형성되게 성형되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 저배압 소음기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 가스배기관은 상기 챔버본체 상에 설치되되 상기 회전유도영역에 연통한 채 상기 공명영역을 거쳐 외측을 향해 연장 형성된 일체형으로 이루어지는 내연기관용 저배압 소음기.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 가스배기관은 상기 챔버본체 상에 설치되되 상기 공명영역에서 서로 간격을 두고 이격된 채 이분 분할된 분할형으로 이루어지고,
   상기 가스배기관은 상기 챔버본체 내 상기 회전유도영역에 연통하도록 상기 로터리회전체의 일단에 고정설치되는 제1배기관과, 상기 제1배기관에 대응하여 간격을 두고 위치하되 상기 챔버본체 상에 고정설치되고 상기 공명영역에서 와류생성된 배기가스를 배출시키는 제2배기관을 포함하여 이루어지는 내연기관용 저배압 소음기.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 외장베어링은, 상기 챔버본체의 외부에 노출 형태로 고정 설치되는 하우징과, 상기 하우징의 내측에 구비되고 상기 회전샤프트의 원활한 회전운동을 안내하는 베어링부재를 포함하여 이루어지는 내연기관용 저배압 소음기.
   

Images