KR101867573B1 - 능동형 소음 제어가 가능한 slip형 머플러 및 그의 제어 방법. - Google Patents

능동형 소음 제어가 가능한 slip형 머플러 및 그의 제어 방법. Download PDF

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Abstract

본 발명은 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러 및 그의 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 배기가스의 주파수를 분석하여 소음을 저감하는 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 배기소음을 저감하는 머플러에 있어서, 머플러 내 배기가스를 수용하는 하우징의 내벽에 적어도 두 개 이상 연결되고 머플러의 길이 방향으로 파이프 형태를 갖는 가이드; 및 하우징의 내부를 구획하는 평면 형태로 위치하며 평면 상에 전자석을 구비하여 배기가스로부터 계산된 주파수에 따라 전자석으로 인가되는 전류에 의한 이동 신호에 의해 간격이 조절되는 베플;을 포함하고, 주파수에 따른 파장의 수를 조절하여 베플의 간격을 조절하고 배기소음을 저감시키는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러 및 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 배기가스의 주파수 대역을 분석하여 기존의 베플의 이동만으로 noise를 저감시켜 소음을 저감하는 별도의 장비로 인한 비용을 절감하고 실시간으로 배기가스의 주파수를 측정하고 전자석을 이용한 베플 간격의 조절로 인해 능동적으로 배기소음을 저감하는 이점이 있다.

Description

능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러 및 그의 제어 방법.{SLIP-TYPE ACTIVE NOISE CONTROL MUFFLER AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러 및 그의 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 배기가스의 주파수를 분석하여 소음을 저감하는 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 머플러는 배기의 급격한 팽창으로부터 발생되는 배기소음을 줄이기 위한 장치로, 차량이나 산업기계 등의 배기계통에 장착되어 사용된다. 이러한 머플러는 통상적으로 중공부를 갖는 몸체와, 몸체의 내부 공간을 복수로 구획시키며 복수의 통기공을 갖는 격벽부와, 몸체로 배기계통의 배기가스를 안내하는 유입관과, 그리고 몸체 내부의 배기가스를 배출시키는 배출관을 포함한다. 따라서, 배기계통의 배기가스는 입구관을 통해 유입되고 격벽부의 복수의 통기공을 경유하여 배출관을 통해 외부로 배출된다. 그러나, 복수의 통기공의 크기 및 배치가 고정되어 있으므로 엔진 회전수에 따른 배기가스의 흐름을 조절할 수 없는 문제가 있다.
이와 관련, 종래의 한국공개실용신안 제1998-044270호(배기장치의 머플러)는 배기가스의 흡기관과 엔드 파이프의 사이에 연결된 바디케이스를 포함하고, 그 바디 케이스의 내부 공간을 다수의 칸으로 구획하는 배플 들 중에서 하나가 배기 압력의 변화에 따라, 바디 케이스를 따라 전, 후 방향으로 이동될 수 있도록 한다. 또한 적어도 하나의 가변 배플은 바디 케이스의 내부에서 슬라이드 가능하게 설치되고, 타 배플과의 사이에 스프링을 개재하여 탄지된다. 이와 같은 본 고안의 구성에 따라, 가변 배플은 배기 압력이 높을 경우, 머플러 내부의 공간을 가변시켜 그에 능동적으로 대처하는 기술을 개시하고 있다.
그러나 종래 기술은 noise를 상쇄시키기 위해서 고정형 베플을 움직이는데, 그 움직임은 배기 압력에 따라 이동하는 것으로, 실질적으로 배기가스가 내는 소음의 원리와는 무관하다. 따라서 압력만으로 베플이 움직이는 경우 배기소음은 여전히 존재하게 되는 문제점이 있다.
한국공개실용신안 제1998-044270호
본 발명은 기존의 머플러에서 해결될 수 없었던 배기소음을 근본적으로 저감하는 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배기소음이 일어나는 원인을 구체적으로 분석하여 배기가스의 소음을 저감하는 제어 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량의 배기소음을 저감하는 머플러에 있어서, 머플러 내 배기가스를 수용하는 하우징의 내벽에 적어도 두 개 이상 연결되고 머플러의 길이 방향으로 파이프 형태를 갖는 가이드; 및 하우징의 내부를 구획하는 평면 형태로 위치하며 평면 상에 전자석을 구비하여 배기가스로부터 계산된 주파수에 따라 전자석으로 인가되는 전류에 의한 이동 신호에 의해 간격이 조절되는 베플;을 포함하고, 주파수에 따른 파장의 수를 조절하여 베플의 간격을 조절하고 배기소음을 저감시키는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러를 제공하는 것을 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게, 가이드는 파이프 형태의 내부에 소정의 용적을 갖고 용적에 채워지는 윤활액;을 더 포함하고, 윤활액은 이동 신호가 전자석으로 입력되는 경우 가이드의 외부로 방출되어 베플의 좌우 이동의 마찰력을 감소시킬 수 있다.
바람직하게, 주파수는, 하우징의 단면적으로부터 전달 손실(TL : Transmission Loss)을 고려하여 계산될 수 있다.
바람직하게, 하우징은 내부에 유입구 배관 및 유출구 배관을 포함하고, 파장은, 유입구 배관으로 유입되는 배기가스의 속도와 절대온도로부터 산출될 수 있다.
바람직하게, 베플은 평면의 테두리가 가이드에 연결되어 가이드의 길이방향으로 좌우로 이동하여 구획된 간격을 조절할 수 있다.
바람직하게, 전자석은, 베플의 상면 또는 하면에 적어도 하나 이상이 구비될 수 있고 이동 신호에 따라 극성이 변할 수 있다.
바람직하게, 극성은, 배기가스의 주파수가 기 설정된 기준값보다 높은 경우 베플의 간격이 감소되게 설정되고, 배기가스의 주파수가 기 설정된 기준값보다 낮은 경우 베플의 간격이 증가하게 설정될 수 있다.
바람직하게, 이동 신호는, 배기가스의 주파수가 변경됨에 따라 실시간으로 전자석으로 인가될 수 있다.
또한 본 발명은, 차량의 배기소음을 저감하는 머플러의 제어 방법에 있어서, 머플러의 단면적과 머플러 내로 유입되는 배기가스의 유량과 속도 및 절대온도를 분석하여 배기가스의 주파수를 산출하는 단계; 주파수를 기 설정된 기준값과 비교하여 이동 신호에 따라 베플에 설치된 전자석의 극성을 변경하는 단계; 및 베플의 간격이 조절되어 배기소음 저감하는 단계;를 포함하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러의 제어 방법을 제공하는 것을 다른 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 배기가스의 주파수 대역을 분석하여 기존의 베플의 이동만으로 noise를 저감시켜 소음을 저감하는 별도의 장비로 인한 비용을 절감하는 이점이 있다.
또한 본 발명은, 실시간으로 배기가스의 주파수를 측정하고 전자석을 이용한 베플 간격의 조절로 인해 능동적으로 배기소음을 저감하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러 를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 머플러의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전달 손실(TL:Transmission Loss)을 산출하는 모습을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 베플의 간격이 조절되는 모습을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러의 제어 방법에 대한 순서도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러 를 나타낸다. 도 1을 참조하면, 머플러는 주요 구성요소로 가이드 및 베플을 포함할 수 있다.
가이드는 머플러 내 배기가스를 수용하는 하우징의 내벽에 적어도 두 개 이상 연결되고 머플러의 길이 방향으로 파이프 형태이다. 가이드는 베플이 좌우로 이동되는 경우 그 경로를 제공하기 위해 베플의 둘레를 관통하는 형태로 설치될 수 있다. 가이드는 베플이 이동하는 경우 가이드의 길이방향으로 움직이기 때문에 베플의 평면과 수직한 형태로 설치될 수 있다.
일반적인 배기 시스템에서 사용되는 머플러는 에너지 감소를 주목적으로 하며, 이러한 목적의 대부분의 머플러는 소리 에너지를 흡수하거나, 또는 들어오는 파장의 힘을 감소시키는 역할을 하는데 본 발명의 실시예에서는 베플의 간격의 조절로 이러한 머플러의 효과를 구현할 수 있다.
머플러의 작동은, 압력파장이 주어진 주파수와 진폭을 갖고 일정한 방향으로 흐르고 똑같은 파장이 처음 파장과는 반대방향으로 흐르게 되면, 2개의 파장이 서로 충돌하게 되어 에너지가 서로 상쇄되며 진폭도 상당히 감소하게 되는 원리를 이용한 것으로, 머플러 내에 들어온 배기가스가 확장, 압축되는 과정을 거치면서 압력 파장 그 자체를 뒤로 다시 보내 충돌케 하므로써, 소음수준을 감소시키게 된다.
가이드는 파이프 형태로 설치되며 내부에 소정의 용적을 가지고 있으며, 그 용적에 채워지는 윤활액을 더 포함할 수 있다. 윤활액은 베플의 이동 신호가 감지되는 경우 가이드의 외부로 방출되어 베플의 좌우 이동의 마찰력을 감소시키는 역할을 할 수 있다.
베플은 하우징의 내부를 구획하는 평면 형태로 위치하며 평면 상에 전자석을 구비하여 배기가스로부터 계산된 주파수에 따라 전자석으로 인가되는 전류에 의한 이동 신호에 의해 간격이 조절될 수 있다. 베플은 플레이트 즉, 평면 형태로 구성될 수 있고 머플러 본체 내벽에 길이방향으로 슬라이딩될 수 있다.
베플은 평면의 외경이 머플러 내 하우징 내벽에 배치되며 미세한 간격이 존재할 수 있으며, 이 간격은 슬라이딩 가능한 구조로 되기 위한 최소한의 범위 내에서 정해질 수 있다.
베플은, 평면의 테두리가 가이드에 연결되어 가이드의 길이방향으로 좌우로 이동하여 구획된 간격을 조절할 수 있다. 베플의 평면은 둘레에 위치 조정용 볼트를 포함할 수 있고 하우징의 내벽면상에서 간섭 없이 부드럽게 슬라이딩될 수 있도록 상하방향으로 또는 좌우방향으로 대칭된 구조로 설치되는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
베플은 도 1에 도시된 바와 같이 하우징의 일 측벽 상부에 결합될 수도 있으나, 하우징 벽에 직접 가공되어 형성된 구조일 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 머플러의 단면도를 나타낸다. 도 2를 참조하면 배기가스는 유입구로 들어와서 유출구로 나가게 되는데, 결국 배기가스는 베플 사이의 공간에서 이동하게 되고, 유입구를 통과하는 배기가스의 주파수를 통해 배기 소음이 발생하게 될 수 있다.
배기가스는 유입구 배관을 통해 머플러 본체 내부로 들어올 수 있다. 이 배기가스는 유입구 배관에 인접한 베플에 의해 구획된 내부로 유입되어진 다음 유출구 배관에 인접한 배플에 확산되고 유출구 배관으로 방출될 수 있다. 머플러의 유입구로 입력되는 배기가스는 배플에 형성된 다공을 통과하여 머플러의 유출구로 배출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전달 손실(TL : Transmission Loss)을 산출하는 모습을 나타낸다.도 3을 참조하면, 하우징의 내부 모습을 나타내는데, 배기가스의 주파수는 1차원 에너지 보존 법칙에 의해 하우징의 단면적으로부터 계산될 수 있다.
[수식1]
Figure 112016048998425-pat00001
위 [수식1]에서는 A1은 유입구 음압, A2는 베플에서의 음압, A3는 유출구 음압을 나타내고, B1은 유입구에서 반파되는 음압, B2는 베플에서 반파되는 음압, m은 S1과 S2의 팽창비를 나타낸다.
위에서 식 ① 내지 ④를 연립하면, 아래 [수식2]와 같이 계산될 수 있다.
[수식2]
Figure 112016048998425-pat00002
(여기서 k는 파수로, 1m 안의 파장의 갯수를 나타낸다)
위 [수식2]에서 L은 베플의 간격 즉 배기가스 파장의 변위를 나타낸다. 전달 손실(TL : Transmission Loss)은 단면적으로부터 발생되는 음압의 비율로 아래 [수식3], [수식4]와 같이 측정될 수 있다. 전달 손실(TL : Transmission Loss)을 계산하면 하우징의 변위를 통해 주파수에서의 배기소음을 측정할 수 있으며, 이에 따라 배기소음을 감소시키는 방안을 강구할 수 있다.
[수식3]
Figure 112016048998425-pat00003
[수식4]
Figure 112016048998425-pat00004
유입구 배관의 단면적을 S1, 하우징 본체의 단면적을 S2라고 하고, 본 발명 의 실시예에서 S1 = 2873㎟, S2 = 11627 ㎟, m = 4.04, k=0.9199 로 설정하면 전달 손실(TL : Transmission Loss)은 2.1dB로 산출될 수 있고, 75Hz에서 1.8dB가 산출될 수 있다. 이를 통해 해당 주파수 대역을 잡기 위해 머플러 길이 또는 베플 간격을 설정할 수 있다.
상술한 바와 같이 하우징은 내부에 유입구 배관 및 유출구 배관을 포함하고, 파장은 유입구 배관으로 유입되는 배기가스의 속도와 절대온도로부터 산출될 수 있다. 또한 주파수에 따른 파장의 수를 조절하여 베플의 간격을 조절하고 배기소음을 저감시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 베플의 간격이 조절되는 모습을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 베플은 상면 또는 하면에 적어도 하나 이상의 전자석을 구비할 수 있고, 베플은 종래 기술과 같이 배기가스의 압력이 아닌 전자석 구동시스템에 의해 구동될 수 있다.
전자석은 상술한 주파수 분석을 통해 파수가 결정되게 되고 배기가스의 구동시스템은 베플의 간격을 조절할 수 있다. 전자석은 이동 신호에 따라 극성이 변할 수 있다. 베플에 설치된 전자석의 극성은 (+), (-) 로 설정되어 베플 사이에 인력 또는 척력을 일으키도록 설정될 수 있다.
전자석의 극성은, 배기가스의 주파수가 기 설정된 기준값보다 높은 경우 베플의 간격이 감소되게 설정되고 기준값보다 낮은 경우 베플의 간격이 증가되게 설정될 수 있다. 본 발명의 실시예는 기준값을 200Hz로 설정하여 배기가스의 주파수를 기준값과 비교할 수 있다. 배기가스의 주파수가 기준값을 초과한다면 고주파로 분류되고 이하라면 저주파로 구분될 수 있다. 다만 청구범위가 이에 한정되는 것은 아니고 다수의 베플을 통해 다수의 구획이 설정될 수 있으며, 주파수 영역을 다양화하는 것도 가능하다.
전자석에 전류를 인가하여 발생되는 이동 신호는, 배기가스의 주파수가 변경됨에 따라 실시간으로 전자석으로 인가될 수 있다. 상술한 주파수 분석은 소정의 계산부에서 진행될 수 있고, 이러한 계산부에서 계산된 내용을 바탕으로 산출된 이동 신호는 전자석 또는 가이드에 입력될 수 있고, 입력되는 구성은 제한되는 것은 아니다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러의 제어 방법에 대한 순서도를 나타낸다. 도 5를 참조하면 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러의 제어 방법은 차량의 배기소음을 저감하는 머플러의 제어 방법에 있어서, 머플러의 단면적과 머플러 내로 유입되는 배기가스의 유량과 속도 및 절대온도를 분석하여 배기가스의 주파수를 산출하는 단계, 주파수를 기 설정된 기준값과 비교하여 이동 신호에 따라 베플에 설치된 전자석의 극성을 변경하는 단계 및 베플의 간격이 조절되어 배기소음 저감하는 단계를 포함할 수 있다.
위 제어 방법과 관련된 사항은 장치 발명에 기재된 내용을 참조하면 통상의 기술을 가진자가 명확하게 유추할 수 있으므로 본 방법 발명에서는 설명을 생략한다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1 : 머플러
10 : 하우징 30 : 베플
301 : 전자석 303 : 다공
305 : 가이드 3051 : 윤활액
50 : 배관 501 : 유입구 배관
5011 : 유입구 503 : 유출구 배관
5033 : 유출구

Claims (9)

  1. 차량의 배기소음을 저감하는 머플러에 있어서,
    상기 머플러 내 배기가스를 수용하는 하우징의 내벽에 적어도 두 개 이상 연결되고 상기 머플러의 길이 방향으로 파이프 형태를 갖는 가이드; 및
    상기 하우징의 내부를 구획하는 평면 형태로 위치하며 상기 평면 상에 전자석을 구비하여 상기 배기가스로부터 계산된 주파수에 따라 상기 전자석으로 인가되는 전류에 의한 이동 신호에 의해 간격이 조절되는 베플;을 포함하고,
    상기 가이드는 파이프 형태의 내부에 소정의 용적을 갖고 상기 이동 신호가 상기 전자석으로 입력되는 경우 상기 가이드의 외부로 방출되어 상기 베플의 좌우 이동의 마찰력을 감소시키기 위해 상기 용적에 채워지는 윤활액;을 구비하며,
    상기 주파수에 따른 상기 베플의 간격을 조절하고 상기 배기소음을 저감시키는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수는,
    상기 하우징의 단면적으로부터 전달 손실(TL : Transmission Loss)을 고려하여 계산되는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 내부에 유입구 배관 및 유출구 배관을 포함하고,
    상기 유입구 배관으로 유입되는 배기가스의 속도와 절대온도로부터 상기 하우징 내의 파장을 산출할 수 있는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베플은,
    상기 평면의 테두리가 상기 가이드에 연결되어 가이드의 길이방향으로 좌우로 이동하여 구획된 상기 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자석은,
    상기 베플의 상면 또는 하면에 적어도 하나 이상이 구비될 수 있고 상기 이동 신호에 따라 극성이 변할 수 있는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 극성은,
    상기 배기가스의 주파수가 기 설정된 기준값보다 높은 경우 상기 베플의 간격이 감소되게 설정되고
    상기 배기가스의 주파수가 기 설정된 기준값보다 낮은 경우 상기 베플의 간격이 증가하게 설정되는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러.
  8. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 신호는,
    상기 배기가스의 주파수가 변경됨에 따라 실시간으로 상기 전자석으로 인가될 수 있는 것을 특징으로 하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러.
  9. 차량의 배기소음을 저감하는 머플러의 제어 방법에 있어서,
    상기 머플러의 단면적과 상기 머플러 내로 유입되는 배기가스의 유량과 속도 및 절대온도를 분석하여 상기 배기가스의 주파수를 산출하는 단계;
    상기 주파수를 기 설정된 기준값과 비교하여 이동 신호에 따라 베플에 설치된 전자석의 극성을 변경하는 단계; 및
    상기 베플의 간격이 조절되어 상기 배기소음을 저감하는 단계;를 포함하는 능동형 소음 제어가 가능한 SLIP형 머플러의 제어 방법.
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