KR101834387B1 - 디젤엔진용 능동형 소음기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 디젤엔진용 능동형 소음기는, 소음기 본체; 상기 소음기 본체에 설치되는 싸이클론 덕트; 및 상기 싸이클론 덕트의 내주면 접선방향으로 배기가스를 진입시키는 배기가스 유입구;를 포함하되, 상기 싸이클론 덕트는 그 단면적이 점차 줄어드는 원뿔형으로 형성되며, 상기 싸이클론 덕트의 내부에는 상기 소음기 본체가 가로질러서 삽입되어 상기 소음기 본체의 단부와 상기 싸이클론 덕트와는 이격된 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 사이클론 덕트에 의한 사이클론 효과를 이용하여 배기가스 내에 포함된 soot(그을음), smoke(매연) 등의 PM을 포집하는 효과를 제공한다.

Description

디젤엔진용 능동형 소음기{Active silencer for diesel engine}

본 발명은 디젤엔진용 능동형 소음기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기 가스 내의 입상 물질(Particulate Matter: 이하「PM」이라고 칭함)을 포집하며 디젤 엔진의 배기소음을 감쇠시키는 디젤엔진용 능동형 소음기에 관한 것이다.

각종 선박이나 발전기 및 대형 건설 기계, 나아가서는 각종 자동차 등의 동력원으로서 디젤 엔진이 광범위하게 채용되고 있지만, 이 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에 포함되는 PM은, 주지되어 있는 바와 같이 대기 오염을 초래할 뿐만 아니라, 인체에 매우 유해한 물질이기 때문에, 그 배기 가스의 정화는 매우 중요하다.

이러한 PM은 공기 중에서 발견되는 작은 입자들을 말하며, 예를 들어 soot(그을음), smoke(매연) 등이다.

이 때문에, 디젤 엔진의 연소 방식 개선이나 각종 배기 가스 필터의 채용, 그리고 코로나 방전을 이용하여 전기적으로 처리하는 방법 등, 이미 수많은 제안이 이루어져 있고, 그 일부는 실용에 사용되고 있다.

그러나, 종래의 디젤엔진의 소음기는 PM으로 인한 소음기 내부 흡음재가 오염되어 흡음 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 특히, 소음기를 장시간 사용시에 흡흠재가 변형·경화·파손 등으로 기능을 상실하게 된다.

또한, 종래의 디젤엔진의 소음기는 SOOT 등에 의한 불똥/발화 등이 발생하여 spark arrestor 필요하였다.

선박에 적용된 디젤 엔진의 경우 디젤 엔진에 의한 소음이 거주 공간으로 전달되면 승객 및 선원의 안락성을 저해하므로 디젤 엔진의 소음 저감을 위한 노력이 계속되고 있다.

뿐만 아니라, 현재 선박의 소음규정의 강화에 따라 선박 외부에 대한 소음 레벨이 정해지므로 외부소음에 영향을 주는 소음원에 대한 제어가 필수적이다. 특히 디젤엔진 배기관 소음은 외부 소음에 대하여 가장 주요한 소음원으로 작용한다. 이에 대응하기 위한 가장 효과적인 방법은 소음기를 통한 제어이다.

소음기는 크게 능동형 및 수동형으로 구분되며, 수동형은 다시 공명형과 흡음형으로 구분된다. 공명형은 가격이 저렴하고 공간적 제약이 없으며, 소음제어가 필요한 주파수의 설정이 가능하다. 흡음형은 광대역성의 소음제어가능하며 공기 특성변화에 의한 영향이 없어 선박에 보편적으로 적용된다.

그러나, 종래의 디젤엔진의 배기소음은 저주파수 특성에 의하여 일반 흡음형 소음기를 적용할 경우 소음기 길이 증가에 따른 공간상의 제약 및 압력손실이 문제가 되어 적절한 감음 성능을 만족시키지 못하게 된다.

따라서, 내부 촉매의 수명 연장과 소음을 저감하도록 개선된 형태의 디젤엔진용 능동형 소음기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

한국등록특허 제10-1647750호(2016.08.25. 등록)

본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 사이클론 효과를 이용하여 배기가스 내에 포함된 soot(그을음), smoke(매연) 등의 PM을 포집하는 디젤엔진용 능동형 소음기를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 소음기의 소음 소스를 분석하여 반대 위상을 발생시켜 소음을 저감시키는 디젤엔진용 능동형 소음기를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤엔진용 능동형 소음기는, 소음기 본체; 상기 소음기 본체에 설치되는 싸이클론 덕트; 및 상기 싸이클론 덕트의 내주면 접선방향으로 배기가스를 진입시키는 배기가스 유입구;를 포함하되, 상기 싸이클론 덕트는 그 단면적이 점차 줄어드는 원뿔형으로 형성되며, 상기 싸이클론 덕트의 내부에는 상기 소음기 본체가 가로질러서 삽입되어 상기 소음기 본체의 단부와 상기 싸이클론 덕트와는 이격된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 싸이클론 덕트가 설치된 소음기 본체의 일단에는 상기 싸이클론 덕트를 통과한 배기가스를 배출하는 팬이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 팬은 디젤엔진의 터보차저에서 압축된 압축공기 또는 배기가스(터빈 전단)에 의해 회전이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소음기 본체에는 배기소음을 저감시키는 노이즈 저감부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노이즈 저감부는, 상기 소음기 본체에 설치되어 소음을 측정하는 마이크로폰과, 상기 마이크로폰에서 측정된 신호를 입력받아 반대 위상인 신호를 출력하는 제어부 및 상기 제어부에서 출력된 신호를 전달받아 상기 마이크로폰에서 측정된 소음의 반대 위상을 출력하는 스피커로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 마이크로폰은 배기소음을 측정하도록 스피커의 전단에 설치된 제1마이크로폰과, 상기 스피커에 의해 보정된 배기소음을 측정하도록 스피커의 후단에 설치된 제2마이크로폰으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소음기 본체의 외주면으로 노이즈 저감 챔버가 구비되며, 상기 노이즈 저감챔버의 단부에는 상기 스피커를 고정하는 스피커 챔버가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노이즈 저감 챔버와 스피커 챔버의 사이에는 단열 가스켓이 개재된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스피커 챔버에는 배기가스의 유입을 방지하는 체크밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스피커 챔버에는 압축공기 토출구가 형성되며, 상기 압축공기 토출구의 경로에는 솔레노이드 밸브가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 솔레노이드 밸브는 제어부와 연결되며, 상기 스피커가 상기 마이크로폰에서 측정된 소음의 반대 위상을 출력하면 상기 제어부는 상기 솔레노이드 밸브에 개방신호를 전달하여 압축공기는 체크밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.

또한, 상기 스피커 챔버는 내경이 점점 작아지는 원뿔형 설치섹션이 구비되며, 상기 체크밸브는 설치섹션의 내경이 제일 작은 단부에 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노이즈 저감 챔버와 스피커 챔버는 상기 소음기 본체의 외주면을 따라 나선형으로 복수개 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 디젤엔진용 능동형 소음기에 따르면, 사이클론 덕트에 의한 사이클론 효과를 이용하여 배기가스 내에 포함된 soot(그을음), smoke(매연) 등의 PM을 포집하는 효과를 제공한다.

즉, PM 저감을 통한 소음기의 내구성, 수명이 증가함과 동시에 SCR, DPF 등의 배기물처리장치 촉매의 수명을 연장하게 된다.

또한, 터보차저(Turbocharger)의 압축공기 또는 배기가스(터빈 전단)를 이용하여 팬을 구동하여 PM이 제거된 배기가스를 다음 경로로 안내하게 된다.

또한, 소음기 전단·후단 마이크로폰으로 측정된 소음 source를 분석하여, 반대 위상인 signal을 Active noise control 알고리즘으로부터 구현하고 DSP-AMP를 통해 Speaker를 출력하여 소음을 제어하게 된다.

즉, 저주파 능동형 소음기 적용을 통한 흡음형/공명형 소음기 크기 감소 및 소음저감량이 증가하게 된다.

또한, 스피커 챔버의 출구에 체크밸브와 압축공기 주입구를 구비하여 압축공기에 의해 체크밸브를 개방하여 능동소음제어 음파를 방사하게 된다.

또한, 스피커의 미사용 시 및 비상 시에는 체크밸브를 폐쇄하여 배기열 유동으로부터 스피커를 보호하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤엔진용 능동형 소음기를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 일부를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 소음기를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤엔진용 능동형 소음기를 도시한 구성도이며, 도 2는 도 1의 일부를 확대 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 소음기를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤엔진의 배기소음을 감쇠하기 위한 디젤엔진용 능동형 소음기(A)는, 디젤엔진의 배기가스가 배출되는 통로인 소음기 본체(100)와, 상기 소음기 본체(100)의 하단에 설치되는 싸이클론 덕트(200) 및 상기 싸이클론 덕트(200)의 내주면 접선방향으로 배기가스를 진입시키는 배기가스 유입구(300)로 구성된다.

또한, 상기 싸이클론 덕트(200)는 상부에서 하부로 갈수록 그 단면적이 점차 줄어드는 원뿔형으로 형성되며, 상기 싸이클론 덕트(200)의 내부에는 상기 소음기 본체(100)가 가로질러서 삽입되어 상기 소음기 본체(100)의 단부와 상기 싸이클론 덕트(200)와는 이격되도록 구성된다.

이에 따라, 상기 배기가스 유입구(300)를 통해 상기 싸이클론 덕트(200)의 상부의 내주면 접선 방향으로 진입된 배기가스는 강한 원심력을 발생시키며 soot(그을음), smoke(매연) 등의 PM은 싸이클론 덕트(200)의 내주면으로 튕겨 나가면서 싸이클론 덕트(200)의 하단에 쌓이게 된다. 싸이클론 덕트(200)에는 PM을 제거하기 위한 개방수단이 구비된다.

이때, 상기 싸이클론 덕트(200)의 내부에 가로질러 설치된 소음기 본체(100)의 하단부에는 PM이 통과하지 못하게 거름망(101) 구비되어 있어 PM은 싸이클론 덕트(200)의 하단에 쌓이게 된다. 전술한 소음기(A)는 직립형태로 사용이 바람직하며, 가로 형태로도 사용 가능하다.

즉, 배기가스 유입구(300)를 통해 유입된 배기가스는 싸이클론 덕트(200)를 통과하며 원심력에 의해 PM이 제거되고, PM이 제거된 배기가스는 소음기 본체(100)의 하단부로 이동하여 소음기 본체(100)의 내부로 진입하게 된다.

그리고, 상기 싸이클론 덕트(200)가 설치된 소음기 본체(100)의 일단에는 상기 싸이클론 덕트(200)를 통과한 배기가스를 다음 경로로 안내 배출하는 팬(400)이 더 구비된다.

이때, 상기 팬(400)은 디젤엔진의 터보차저에서 압축된 압축공기 또는 배기가스(터빈 전단)를 측면에서 전달받아 회전이 이루어지며 PM이 제거된 배기가스를 다음 경로로 안내하게 된다.

이외에도, 상기 팬(400)은 모터와 기어 체인 등과 같은 동력전달수단에 의해서도 회전이 가능하다.

한편, 상기 소음기 본체(100)에는 배기소음을 저감시키는 노이즈 저감부(500)가 더 구비된다.

구체적으로, 상기 노이즈 저감부(500)는 상기 소음기 본체(100)에 설치되어 소음을 측정하는 마이크로폰(510)과, 상기 마이크로폰(510)에서 측정된 신호를 입력받아 반대 위상인 신호를 출력하는 제어부(520) 및 상기 제어부(520)에서 출력된 신호를 전달받아 상기 마이크로폰(510)에서 측정된 소음의 반대 위상을 출력하는 스피커(530)로 구성된다.

이에 따라, 상기 제어부(520)는 소음기 본체의 설치된 마이크로폰(510)으로 측정된 소음 소스(source)를 분석하여, 반대 위상인 신호를 Active noise control 알고리즘으로부터 구현하여 그 신호를 스피커(530)에 인가하여 소음을 감쇠하게 된다. 이때, 상기 제어부(520)에는 DSP-AMP가 포함된다.

한편, 상기 마이크로폰(510)은 배기소음을 측정하도록 스피커(530)의 전단에 설치된 제1마이크로폰(511)과, 상기 스피커(530)에 의해 보정된 배기소음을 측정하도록 스피커(530)의 후단에 설치된 제2마이크로폰(512)으로 구성된다.

이에 따라, 상기 제1마이크로폰(511)은 배기가스의 소음 소스 검출 분석용으로 사용하고, 상기 제2마이크로폰(512)은 보정된 배기소음 분석용으로 사용된다.

또한, 상기 소음기 본체(100)의 외주면으로 노이즈 저감 챔버(540)가 구비되며, 상기 노이즈 저감챔버(540)의 단부에는 상기 스피커(530)를 고정하는 스피커 챔버(550)가 더 구비된다.

그리고, 상기 노이즈 저감 챔버(540)와 스피커 챔버(550)의 사이에는 단열 가스켓(560)이 개재되어 배기가스의 열이 스피커(530)로 전달되어 파손되는 것을 방지하게 된다.

한편, 상기 스피커 챔버(540)에는 배기가스의 유입을 방지하는 체크밸브(570)가 더 구비된다.

또한, 상기 스피커 챔버(550)에는 압축공기 토출구(551)가 형성되며, 상기 압축공기 토출구(551)의 경로에는 솔레노이드 밸브(580)가 더 구비된다.

그리고, 상기 솔레노이드 밸브(580)는 제어부와 연결되며, 상기 스피커(530)가 상기 마이크로폰(510)에서 측정된 소음의 반대 위상을 출력하면 상기 제어부(520)는 상기 솔레노이드 밸브(580)에 개방신호를 전달하여 압축공기는 체크밸브(570)를 개방하게 된다.

한편, 상기 스피커 챔버(550)는 내경이 점점 작아지는 원뿔형 설치섹션(552)이 구비되며, 상기 체크밸브(570)는 설치섹션(552)의 내경이 제일 작은 단부에 설치되어 압축공기를 모아주게 된다. 즉, 설치섹션(552)에 의해 압축공기는 체크밸브(570)에 집중되어 체크밸브(570)를 개방시키게 된다.

여기서, 압축공기는 터보차저에서 압축된 공기가 적용된다.

이에 따라, 상기 체크밸브(570)에 의해 스피커(530)로 배기가스가 유입되는 것을 방지하며, 스피커(530)의 동작시에만 압축공기에 의해 체크밸브(570)를 개방하여 능동소음제어 음파를 방사하게 된다.

뿐만 아니라 스피커(530) 미사용 시 및 비상 시 체크밸브(570)가 폐쇄하여 배기열, 배기가스의 유동으로부터 스피커(530)는 보호된다.

마지막으로, 상기 노이즈 저감 챔버(540)와 스피커 챔버(550)는 상기 소음기 본체(100)의 외주면을 따라 나선형으로 복수개 배치된다.

본 발명에 따르면, 사이클론 덕트(200)에 의한 사이클론 효과를 이용하여 배기가스 내에 포함된 soot(그을음), smoke(매연) 등의 PM을 포집하게 된다.

즉, PM 저감을 통한 소음기의 내구성, 수명을 증가함과 동시에 SCR DPF 등의 배기물처리장치 촉매의 수명을 연장하게 된다.

또한, 터보차저(Turbocharger)의 압축공기 또는 배기가스(터빈 전단)를 이용하여 팬(400)을 구동하여 PM이 제거된 배기가스를 다음 경로로 안내하게 된다.

또한, 소음기 전단·후단 마이크로폰(510)으로 측정된 소음 소스를 분석하여, 반대 위상인 신호를 Active noise control 알고리즘으로부터 구현하고 제어부(520,DSP-AMP)를 통해 Speaker(530)를 출력하여 소음을 제어하게 된다.

즉, 저주파 능동형 소음기 적용을 통한 흡음형/공명형 소음기 크기 감소 및 소음저감량이 증가하게 된다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 전술한 실시 예에 한정되지 않고 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 이때, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 고려해야 할 것이다.

A - 소음기
100 - 소음기 본체 200 - 싸이클론 덕트
300 - 배기가스 유입구 400 - 팬
500 - 노이즈 저감부

Claims (13)

1. 소음기 본체;
   상기 소음기 본체에 설치되는 싸이클론 덕트; 및
   상기 싸이클론 덕트의 내주면 접선방향으로 배기가스를 진입시키는 배기가스 유입구;
   상기 소음기 본체에 설치되어 소음을 측정하는 마이크로폰과, 상기 마이크로폰에서 측정된 신호를 입력받아 반대 위상인 신호를 출력하는 제어부 및 상기 제어부에서 출력된 신호를 전달받아 상기 마이크로폰에서 측정된 소음의 반대 위상을 출력하는 스피커로 구성된 노이즈 저감부;를 포함하되,
   상기 소음기 본체의 외주면으로 노이즈 저감 챔버가 구비되며, 상기 노이즈 저감챔버의 단부에는 상기 스피커를 고정하는 스피커 챔버가 더 구비되고,
   상기 스피커 챔버에는 배기가스의 유입을 방지하는 체크밸브가 더 구비되며,상기 스피커 챔버에는 압축공기 토출구가 형성되며, 상기 압축공기 토출구의 경로에는 솔레노이드 밸브가 더 구비된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 싸이클론 덕트는 그 단면적이 점차 줄어드는 원뿔형으로 형성되며, 상기 싸이클론 덕트의 내부에는 상기 소음기 본체가 가로질러서 삽입되어 상기 소음기 본체의 단부와 상기 싸이클론 덕트와는 이격된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 싸이클론 덕트가 설치된 소음기 본체의 일단에는 상기 싸이클론 덕트를 통과한 배기가스를 배출하는 팬이 더 구비된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 팬은 디젤엔진의 터보차저에서 압축된 압축공기 또는 배기가스(터빈 전단)에 의해 회전이 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 마이크로폰은 배기소음을 측정하도록 스피커의 전단에 설치된 제1마이크로폰과, 상기 스피커에 의해 보정된 배기소음을 측정하도록 스피커의 후단에 설치된 제2마이크로폰으로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 노이즈 저감 챔버와 스피커 챔버의 사이에는 단열 가스켓이 개재된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 솔레노이드 밸브는 제어부와 연결되며, 상기 스피커가 상기 마이크로폰에서 측정된 소음의 반대 위상을 출력하면 상기 제어부는 상기 솔레노이드 밸브에 개방신호를 전달하여 압축공기는 체크밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 스피커 챔버는 내경이 점점 작아지는 원뿔형 설치섹션이 구비되며, 상기 체크밸브는 설치섹션의 내경이 제일 작은 단부에 설치된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 노이즈 저감 챔버와 스피커 챔버는 상기 소음기 본체의 외주면을 따라 나선형으로 복수개 배치된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 능동형 소음기.
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