KR102042910B1 - 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하기 위한 음향 감쇠기, 그 감쇠기를 사용하는 음향 감쇠 시스템, 및 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하는 방법 - Google Patents

엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하기 위한 음향 감쇠기, 그 감쇠기를 사용하는 음향 감쇠 시스템, 및 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하는 방법 Download PDF

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Abstract

엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하기 위한 음향 감쇠기 (10) 로서, 상기 음향 감쇠기는 자신의 양단부에 가스 입구 (18) 와 가스 출구 (20) 를 구비하는 보디 (16), 및 상기 보디 내부에서 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치된 가스 통과 덕트 (24) 를 포함하고, 상기 보디는 제 1 공진기 챔버 및 제 2 공진기 챔버를 둘러싼다. 상기 보디에는 제 1 및 제 2 공진기 챔버들 (36, 38) 과 연통하는 공통 입구 (34) 가 제공되고, 상기 제 1 및 제 2 공진기 챔버들 (36, 38) 은 상기 공통 입구 (34) 로부터 상기 보디 (16) 의 양단부 (25) 를 향해 연장되도록 배치된다.

Description

엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하기 위한 음향 감쇠기, 그 감쇠기를 사용하는 음향 감쇠 시스템, 및 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하는 방법{AN ACOUSTIC ATTENUATOR FOR DAMPING PRESSURE VIBRATIONS IN AN EXHAUST SYSTEM OF AN ENGINE, AN ACOUSTIC ATTENUATION SYSTEM USING THE ATTENUATORS, AND METHOD OF DAMPING PRESSURE VIBRATIONS IN AN EXHAUST SYSTEM OF AN ENGINE}
본 발명은, 청구항 1 의 전제부에 따른 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하기 위한 음향 감쇠기로서, 상기 음향 감쇠기는 자신의 양단부에 가스 입구와 가스 출구를 구비하는 보디, 및 상기 보디 내부에서 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치된 가스 통과 덕트를 포함하고, 상기 보디는 제 1 공진기 챔버 및 제 2 공진기 챔버를 둘러싸는, 음향 감쇠기에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 감쇠기를 사용하는 음향 감쇠 시스템, 및 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하는 방법에 관한 것이다.
내연 엔진은 그의 배기 가스와 관련하여 상당히 큰 소음을 발생시킨다. 압력 진동 및 소음은 배기 채널에서 발생하고, 배기 가스가 엔진의 실린더로부터 배출되는 때에 생성된다. 엔진의 배기 시스템을 통해 방출되는 소음은 적어도 불쾌한 것이고 대부분의 경우 환경에 유해하다. 그러므로, 배기 시스템에 배치된 상이한 종류들의 감쇠 디바이스가 개발되었다.
배기 시스템에서 발생하는 소음은 상이한 타입들의 댐핑 기술을 사용함으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 하나의 감쇠기 타입은 반응성 감쇠기이고 다른 하나는 저항성 감쇠기이다.
반응성 감쇠기는 일반적으로 다수의 큰 챔버와 상호 연결되는 덕트 섹션 등으로 구성된다. 반응성 감쇠기의 소음 감소 메커니즘은 면적 불연속성이 덕트를 따라 이동하는 소음 파 (noise wave) 에 대한 임피던스 부정합을 제공한다는 것이다. 이 임피던스 부정합은 소음 파의 일부가 소스를 향해 역으로 반사되거나 챔버들 사이에서 앞뒤로 반사되는 결과를 초래한다. 소음기 챔버 및 덕트 (일반적으로 공진기라고 함) 의 반사 효과는 본질적으로 일부 소음 파 요소가 소음기를 통해 전달되는 것을 방지한다. 반응성 소음기는 높은 주파수에서보다 낮은 주파수에서 더 효과적이며, 내연 엔진의 배기 소음을 감쇠시키는 데 가장 폭넓게 사용된다.
WO 2014/076355 A1 은 적어도 2 개의 반응성 감쇠 챔버들을 포함하는 배기 가스 소음 감쇠기 유닛을 개시한다. 상기 적어도 2 개의 감쇠 챔버들 중의 제 1 감쇠 챔버는 길이 방향의 제 1 위치에 덕트 섹션과 유동 연결되게 배치되고, 상기 적어도 2 개의 감쇠 챔버들 중의 제 2 감쇠 챔버는 길이 방향의 제 2 위치에 덕트 섹션과 유동 연결되게 배치된다.
반응성 요소와 저항성 요소 쌍방을 동일한 감쇠기 유닛에 배치하는 것도 또한 알려져 있다. 그러한 요소의 일례가, 고출력 연소 엔진으로부터의 소음을 감소시키기 위한 소리 감소 시스템을 개시하는 WO 2005/064127 A1 에 기재되어 있다. 소리 감소 시스템은 제 1 반응성 부분, 저항성 부분 및 제 2 반응성 부분을 포함하는 요소를 포함한다. 저주파수에서 요소의 감쇠 효과는 주로 반응성 부분들에 의해 달성된다. 각 요소의 고주파수 영역에서의 감쇠 효과는 주로 저항성 부분에 의해 달성된다. 저항성 부분은 반사 감쇠기로서 저주파 영역에서의 감쇠 효과에도 또한 기여한다.
본 발명의 목적은 효율적인 소음 감쇠를 제공하면서도 내연 엔진 배기 가스 시스템과 관련하여 공간 절약형 설치를 가능하게 하는 음향 감쇠기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하기 위한 음향 감쇠기로서, 상기 음향 감쇠기는 자신의 양단부에 가스 입구와 가스 출구를 구비하는 보디, 및 상기 보디 내부에서 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치된 가스 통과 덕트를 포함하고, 상기 보디는 제 1 공진기 챔버 및 제 2 공진기 챔버를 둘러싸는, 음향 감쇠기에 의해 실질적으로 달성된다.
본 발명의 특징은, 보디에 제 1 및 제 2 공진기 챔버들과 연통하는 공통 입구가 제공되고, 제 1 및 제 2 공진기 챔버들은 공통 입구로부터 보디의 양단부를 향해 연장되도록 배치된다는 것이다.
이는 소음의 효과적인 감쇠를 제공하면서도, 내연 엔진 배기 가스 시스템과 관련하여 공간 절약형 설치를 가능하게 한다. 본 발명에 따른 음향 감쇠기는 동일한 보디에 통합된 2 개의 공진기에 의해 내연 피스톤 엔진으로부터 배기 시스템으로의 소음 전파를 감소시킨다. 2 개의 공진기는 단일 요소로는 획득할 수 없는 더 폭넓은 주파수대에서의 감쇠를 획득하도록 치수결정된다. 개선은 2 개의 공진기의 공진기 공간 분리 및 두 챔버를 위한 단일의 공통 연결 입구의 활용에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가스 통과 덕트는 직선형 가스 덕트이고, 공진기 챔버들은 덕트 주위에 환형으로 배치되고, 감쇠기는 가스 통과 덕트로부터 보디의 슬리브 부분까지 방사상으로 연장되는 2 개의 길이방향으로 이격된 중간 벽들을 포함하고, 공통 입구는 길이방향으로 중간 벽들 사이에 배치된다.
이러한 방식으로 구조는 슬리브 부분의 직경 및/또는 길이의 변경, 및/또는 중간 벽(들)의 위치(들) 변경과 같이 구성의 단순한 변경만으로 그 성질을 조정하는 데 매우 유용하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 공진기 챔버들은, 중간 벽들에 배치되고 그에 의해 지지되는 포트들을 통해 공통 입구와 연결된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가스 통과 덕트는 직선형 가스 덕트로 형성되고, 공진기 챔버들은 덕트 주위에 환형으로 배치되며, 감쇠기는 가스 통과 덕트로부터 보디의 슬리브 부분까지 방사상으로 연장되는 2 개의 길이방향으로 이격된 중간 벽들을 포함하고, 공통 입구는 길이방향으로 중간 벽들 사이에 배치되고, 감쇠기 내에서 공진기 챔버들은, 중간 벽들에 배치되고 그에 의해 지지되는 포트들을 통해 공통 입구와 연결된다.
이는 이전의 단일형 유닛에 비해 직선형 관류 디자인으로 인해 배기 시스템의 감소된 배압을 제공하고, 그 결과 엔진 또는 발전소의 효율이 높아지고 배출이 낮아진다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가스 통과 덕트는 보디의 길이방향 축선과 평행하게 지향되고, 포트들은 보디의 길이방향 축선과 평행하게 배치된다.
유리하게는 포트는 중간 벽에 의해 지지되는 튜브형 부재이다.
본 발명의 목적은, 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하기 위한 2 개의 음향 감쇠기들을 포함하는 음향 감쇠 시스템에 의해 실질적으로 달성되며, 음향 감쇠기 각각은 자신의 양단부에 가스 입구와 가스 출구를 구비하는 보디, 및 상기 보디 내부에서 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치된 가스 통과 덕트를 포함하고, 보디는 제 1 공진기 챔버 및 제 2 공진기 챔버를 둘러싸며, 또한 보디에는 제 1 및 제 2 공진기 챔버들과 연통하는 공통 입구가 제공되고, 제 1 및 제 2 공진기 챔버들은 공통 입구로부터 보디의 양단부를 향해 연장되도록 배치된다.
본 발명의 특징은 가스 통과 덕트가 시스템에서 제 1 및 제 2 음향 감쇠기들을 위한 공통 입구 사이에 미리 결정된 길이를 갖는다는 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 음향 감쇠기들 사이의 음파 위상차를 제어하기 위해 제 1 및 제 2 음향 감쇠기들을 위한 공통 입구 사이의 거리가 결정되도록 음향 감쇠기들이 내연 엔진의 배기 시스템에서 차례로 커플링된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 음향 감쇠기들은 제 1 및 제 2 음향 감쇠기들을 위한 공통 입구 사이의 거리가 다음 식
Figure 112017114284181-pct00001
을 사용하여 결정되도록 내연 엔진의 배기 시스템에서 차례로 커플링되고, 여기서
C0 = 배기 가스 중의 소리 속도 [m/s],
FGA = 인접하게 연속적인 튜닝 주파수들의 기하 평균, 예컨대 도 5 의 주파수들 F4 및 F2 의 경우,
Figure 112017114284181-pct00002
.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 공진기 챔버들은, 제 1 공진기의 제 1 공진기 챔버가 제 1 주파수를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 1 공진기의 제 2 공진기 챔버가 제 2 주파수를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 2 공진기의 제 1 공진기 챔버가 제 3 주파수를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 2 공진기의 제 2 공진기 챔버가 제 4 주파수를 감쇠시키도록 튜닝되게 배치되고, 공진기 챔버들은 상이한 주파수들을 감쇠시키도록 튜닝되고, 튜닝 주파수들 중 서로 가장 가까운 2 개가 개별 음향 감쇠기들로부터 획득가능하게 배치된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 공진기 챔버들은, 제 1 공진기의 제 1 공진기 챔버가 제 1 주파수를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 1 공진기의 제 2 공진기 챔버가 제 2 주파수를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 2 공진기의 제 1 공진기 챔버가 제 3 주파수를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 2 공진기의 제 2 공진기 챔버가 제 4 주파수를 감쇠시키도록 튜닝되게 배치되고, 튜닝 주파수들은 제 3 주파수 > 제 2 주파수 > 제 4 주파수 > 제 1 주파수 이도록 선택된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 음향 감쇠 시스템에서 음향 감쇠기는 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 음향 감쇠기이다.
음향 감쇠기들은 단일 요소로 획득 가능한 것보다 더 폭넓은 주파수대에서 감쇠를 획득하도록 치수결정되고 공간적으로 분리된다. 감쇠는 공간적 그리고 주파수 분리에 의해 분포된 요소들 사이의 음파 위상차를 제어함으로써 획득된다. 획득된 감쇠 용량은 그러한 적용에서 이전에 획득 및 이용되던 것보다 더 높은 진폭 및 더 폭넓은 주파수 범위를 갖는다.
본 발명의 목적은, 내연 엔진으로부터 배기 가스를 배기 가스 시스템을 통해 음향 감쇠기로 인도하는 단계를 포함하는, 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하는 방법에 의해 실질적으로 달성된다. 본 발명은, 감쇠기의 가스 통과 덕트로부터 2 개의 개별 공진기 챔버들로 공통 입구를 통해 2 개의 개별 공진기 챔버들과 연통하도록 진동 가스를 배치함으로써 가스의 압력 진동을 감쇠시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 몇 가지 일반적인 이점이 있다. 첫째로, 감쇠기는 소음원, 즉 엔진에 가깝게 설치될 수 있어서, 엔진의 음향 또는 소음 방사를 감소시키고 따라서 일반적으로 더 낮은 진동 레벨로 인해 배기 가스 시스템의 기계적 구성에 영향을 줄 수 있다. 둘째로, 본 발명에 따른 감쇠기는 일반적으로 단지 작은 공간을 필요로 한다. 감쇠기는 이전의 단일형 유닛에 비해 직선형 관류 디자인으로 인해 배기 시스템의 감소된 배압을 또한 제공하고, 그 결과 엔진 또는 발전소 시스템의 효율이 높아지고 배출이 낮아진다.
업그레이드 적용에서, 본 발명에 따른 감쇠기는 간단히 기존 배기 덕트를 절단하여 포트들, 슬리브 부분 및 그의 단부 플레이트들이 제공된 중간 벽들을 설치함으로써 기존 플랜트에 용이하게 설치될 수도 있다.
감쇠기는 더 폭넓은 주파수 스케일에서 왕복 내연 엔진의 특징인 낮은 주파수 소음의 효과적인 감쇠를 또한 제공한다.
감쇠기는 증가된 제조가능성을 갖는 유사 부품들의 구성 및 활용의 모듈화 (modularization) 의 효과적인 수단을 또한 제공한다.
공통 입구의 활용은, 고진폭 및 저주파수 음파의 감쇠를 여전히 유지하면서, 또한 제조 관점에서도 콤팩트한 크기 및 간단한 구조를 가능하게 한다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 예시적인 개략적 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 내연 피스톤 엔진과 관련된 음향 감쇠기를 도시한다.
도 2 는 도 1 의 감쇠기의 단면도 (Ⅱ-Ⅱ) 를 도시한다.
도 3 은 도 1 의 감쇠기의 단면도 (Ⅲ-Ⅲ) 를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 내연 피스톤 엔진과 관련한 음향 감쇠 시스템을 도시한다.
도 5 는 도 4 의 음향 감쇠 시스템의 예시적인 효과를 도시한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 음향 감쇠기 (10) 를 개략적으로 도시한다. 감쇠기는 내연 피스톤 엔진의 배기 가스 소음을 감쇠시키기에 적합하며, 도 1 에서 감쇠기는 내연 피스톤 엔진 (14) 의 배기 가스 시스템 (12) 에 배치된다.
음향 감쇠기는 배기 가스가 음향 감쇠기에 들어가고 나가기 위한 입구 (18) 및 출구 (20) 가 제공된 보디 (16) 를 포함한다. 보디 (16) 는 일반적으로 중심 축선 (22) 에 대해 회전 대칭인 세장형 구조이다. 입구 (18) 및 출구 (20) 는 중심 축선 (22) 상에, 보디 (16) 의 양단부에 배치된다. 입구 (18) 및 출구는 동일한 단면적 (튜브형인 경우 직경) 을 갖고, 입구 및 출구는 중심 축선 (22) 을 따라 보디 (16) 를 통해 연장되는 가스 통과 덕트 (24) 에 의해 서로 연결된다. 가스 통로는 중심선이 보디 (16) 의 중심 축선 (22) 과 일치하도록 배치된 가스 통과 덕트이다.
보디 (16) 에는 중심 축선 (22) 의 방향으로 길이에 걸쳐 가스 통과 덕트 (24) 를 둘러싸는 슬리브 부분 (26) 이 제공된다. 단부 부분들 (28) 에 의해 슬리브 부분 (26) 의 단부들에서 단부 플레이트들 (25) 에 의해 폐쇄되는, 가스 통과 덕트와 슬리브 부분 (26) 사이에 배치된 환형 갭이 존재한다. 이런 식으로 폐쇄된 공진기 공간이 환형 갭 내에 배치된다.
슬리브 부분 (26) 의 단면적이 가스 통과 덕트의 단면적보다 더 크다. 구체적으로 공진기가 원형 단면을 갖는 경우, 슬리브 부분 (26) 의 직경이 가스 통과 덕트 (24) 의 직경보다 더 크고, 슬리브 부분과 가스 통과 덕트는 동심으로 배치된다.
보디 (16) 에는 중간 벽들 (30, 30') 이 더 제공된다. 중간 벽들 (30, 30') 은 가스 통과 덕트 (24) 로부터 슬리브 부분 (26) 까지 방사상으로 연장되고 가스 통과 덕트 (24) 를 둘러싸도록 배치되어, 슬리브 부분 (26) 과 가스 통과 덕트 사이의 환형 갭에 대해 기밀 벽을 형성한다. 환언하면, 중간 벽은 슬리브 부분 (26) 과 가스 통과 덕트 사이의 갭을 폐쇄하는 환형 플레이트형 또는 플랜지형 구조이다. 이러한 방식에서 개별 중간 벽 (30) 과 단부 플레이트 (25) 사이의 환형 갭 내에 배치된 2 개의 폐쇄된 공진기 챔버 (36, 38) 가 존재한다. 중간 벽들 (30, 30') 은 길이 방향으로, 즉 중심 축선 (22) 의 방향으로 서로 거리를 두고서 배치된다. 가스 통과 덕트 (24) 에 배치된 개구 (32) 가 존재하며, 이 개구 (32) 는 길이 방향에서 두 단부 벽들 (30, 30') 사이에 위치된다. 중간 벽들은 또한 보디 (16) 의 지지 구조로서 작용한다.
슬리브 부분 (26), 중간 벽들 (30, 30') 및 가스 통과 덕트 (24) 의 벽에 의해 한정되는 공간은, 가스 통과 덕트 (24) 의 개구 (32) 와 함께, 가스 통과 덕트를 위한 공통 입구 (34) 를 형성하므로, 가스 통과 덕트는 보디에서 공통 입구 (34) 를 통해 제 1 공진기 챔버 (36) 및 제 2 공진기 챔버 (38) 와 유체 연통한다. 공진기 챔버들 (36, 38) 은 공통 입구로부터 보디의 양단부를 향해 길이 방향으로 연장되도록 배치된다.
감쇠기에는, 각 개별 벽 (30, 30') 에 배치되어 그에 의해 지지되는 적어도 하나의 포트 (40) 가 제공되며, 이 포트는 공진기 챔버 (36, 38) 와 공통 입구 (34) 사이의 연통을 개방하고, 즉 공통 입구 (34) 는 포트 (40) 를 통해 공진기 챔버 (36, 38) 와 유체 연통하게 배치된다. 포트 (40) 는 중심 축선 (42) 을 갖는 관형 부재이다. 포트 (40) 및 그의 중심 축선 (22) 은 보디 (16) 의 길이방향 축선과 평행하게 배치된다. 포트 튜브 (40) 의 직경 및 길이는 감쇠기의 희망 감쇠 효과에 근거하여 개별적으로 치수결정된다. 본 발명의 감쇠기에서, 튜브형 포트의 치수를 변경함으로써 정밀한 튜닝이 간단하다. 이러한 방식에서, 튜닝은 보디 부분의 치수를 변경함이 없이 또한 조절될 수 있으며, 이는 실제로 유리하다.
중간 벽들 사이의 거리는 제조 프로세스에 적합하게 치수결정된다. 최소 거리는 튜브형 포트들을 통해 메인 덕트로부터 챔버들 내로 효과적인 연결을 허용하도록 파동 물리학에 의해 규정된다.
도 2 및 도 3 은 도 1 의 단면도 (Ⅱ-Ⅱ, Ⅲ-Ⅲ) 이다. 볼 수 있는 것처럼, 각 공진기 챔버 (36, 38) 와 관련하여 하나 이상의 평행한 튜브형 포트들 (40) 이 제공될 수도 있다. 가스 통과 덕트 (24) 의 개구 (32) 는 가스 통과 덕트의 벽으로부터 세그먼트 (42) 를 제거함으로써 형성된다. 세그먼트는 원주 방향으로 가스 통과 덕트를 부분적으로 둘러싸거나 덮는 중간 벽들 (30, 30') 사이의 거리에 걸쳐 연장되는 가스 통과 덕트 (24) 의 중실 벽 부분이 존재하도록 배치된다.
중실 벽 부분 (44) 은 중간 벽들 사이의 고여 있는 가스 체적을 차단하여 가스 축적을 줄인다는 이점을 갖는 선택적인 특징이다. 그렇지만, 이는 감쇠기의 음향 성능에 필수적인 것은 아니다. 부가적으로 감쇠기 (10) 에는, 보디 (16) 의 슬리브 부분 (26) 과 중실 벽 부분 사이에 방사상으로 연장되며 또한 중간 벽들 (30, 30') 사이에 길이방향으로 연장되는 폐쇄 플레이트 (45) 가 제공될 수도 있다. 이는 도면에 점선으로 도시되어 있으며, 이는 특징이 선택적이라는 것을 나타낸다.
도 4 는 도 1 내지 도 3 에 나타낸 것과 같은 2 개의 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 을 포함하는 음향 감쇠 시스템 (100) 을 보여준다. 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 은, 음향 감쇠 시스템 (100) 에서 제 1 및 제 2 음향 감쇠기들을 위한 공통 입구 (34) 사이에 가스 통과 덕트 (24) 의 미리 결정된 거리 (L) 가 존재하도록 엔진의 배기 시스템 (12) 에 차례로 커플링된다. 감쇠기들 (10.1, 10.2) 은 단일 요소로 획득가능한 것보다 더 폭넓은 주파수에서 감쇠시키도록 치수결정되고 길이방향으로 분리된다. 가스 통과 덕트 (24) 에 직렬로 차례로 커플링된 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 에 의한 감쇠는 공간적 및 주파수 분리에 의해 분포된 요소들 사이에서 음파 위상차를 제어함으로써 획득된다. 획득된 감쇠 용량은 그러한 적용에서 이전에 획득 및 이용되던 것보다 더 높은 진폭 및 더 폭넓은 주파수 범위를 갖는다.
감쇠기들 (10.1, 10.2) 에는, 도 1 에 개시된 것과 같은 2 개의 공진기 챔버들 (36.1, 38.1; 36.2, 38.2) 이 각각 제공된다. 챔버는 다음의 방식으로 소음, 즉 진동을 감쇠시키도록 튜닝된다. 제 1 공진기 (10.1) 의 제 1 공진기 챔버 (36.1) 는 중심 주파수로서 제 1 주파수 (F1) 를 감쇠시키도록 튜닝되고, 제 1 공진기 (10.1) 의 제 2 공진기 챔버 (38.1) 는 중심 주파수로서 제 2 주파수 (F2) 를 감쇠시키도록 튜닝되고, 개별적으로 제 2 공진기 (10.2) 의 제 1 공진기 챔버 (36.2) 는 중심 주파수로서 제 3 주파수 (F3) 를 감쇠시키도록 튜닝되고, 제 2 공진기 (10.2) 의 제 2 공진기 챔버 (38.2) 는 중심 주파수로서 제 4 주파수 (F4) 를 감쇠시키도록 튜닝된다. 튜닝 주파수들은 제 3 주파수 (F3) > 제 2 주파수 (F2) > 제 4 주파수 (F4) > 제 1 주파수 (F1) 이도록 선택된다. 이러한 방식으로, 감쇠기들은 최적의 방식으로 활용된다. 실제로 주파수는 특정 한계 초과의 감쇠 성능을 갖게 하는 중심 범위를 의미한다.
화살표 A 로 나타낸 가스 유동 방향에 관하여 시스템을 고려하면, 공진기 챔버들은 다음의 순서로 배치된다: 제 1 공진기 (10.1) 의 제 1 공진기 챔버 (36.1), 제 1 공진기 (10.1) 의 제 2 공진기 챔버 (38.1), 제 2 공진기 (10.2) 의 제 1 공진기 챔버 (36.2), 및 제 2 공진기 (10.2) 의 제 2 공진기 챔버 (38.2).
도 5 에, 전송 손실의 측면에서 시스템 (100) 의 조합 효과의 일례가 도시되어 있다. 전송 손실은 음향 감쇠기에 입사하는 전력과 감쇠기로부터 무반향 종단 (anechoic termination) 으로 하류로 전송되는 전력의 차로서 규정된다. 제 1 음향 감쇠기의 제 1 공진기 챔버 (36.1) 의 중심 튜닝 (F1), 제 2 음향 감쇠기의 제 2 공진기 챔버 (36.2) 의 중심 튜닝 (F4), 제 1 음향 감쇠기의 제 2 공진기 챔버 (36.2) 의 중심 튜닝 (F2), 및 제 2 음향 감쇠기의 제 1 공진기 챔버 (38.1) 의 중심 튜닝 (F3) 을 나타내는 4 개의 전송 손실 피크가 존재한다. 대형 내연 피스톤 엔진에 적합한 전형적인 튜닝 주파수들은 예컨대 다음과 같다: F1 = 12.5 ㎐, F2 = 25 ㎐, F3 = 37.5 ㎐, F4 = 20 ㎐. 비 F2/F1 및 F3/F4 를 최대화하는 것이 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 공진기 챔버들은 상이한 주파수들을 감쇠시키도록 튜닝되고, 주파수들은 튜닝 주파수들 중 서로 가장 가까운 2 개가 개별 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 과 관련하여 배치되거나 이들로부터 획득가능하도록 선택된다.
이제, 제 1 감쇠기 (10.1) 및 제 2 감쇠기 (10.2) 와 시스템 (100) 의 제 1 및 제 2 음향 감쇠기용의 공통 입구 (34) 사이의 가스 통과 덕트 (24) 의 미리 결정된 거리 (L) 의 조합 효과에 의해, 인접하게 연속적인 튜닝 주파수들 F4 와 F2 사이에, 약 23 ㎐ 에서 전송 손실 곡선의 바닥 값 (39') 을 포인트 (39) 로 상당히 증가시키는 것이 가능하다. 부가적으로 주파수들 (F4 + F4) 의 조합 피크가 넓어진다. 도 5 에서, 실선 바닥 (39') 은 개별 감쇠기에 의해 획득되는 전송 손실을 보여주는 반면, 점선은 2 개의 감쇠기 (10.1, 10.2) 및 그 2 개의 감쇠기 (10.1, 10.2) 사이의 미리 결정된 길이 (L) 를 갖는 가스 통과 덕트 (24) 의 튜닝된 시스템의 효과를 나타낸다. 이는 더 높은 레벨의 전송 손실이 더 넓은 범위의 주파수에 걸쳐 어떻게 확장되는지를 명확히 보여준다.
시스템 (100) 은 감쇠기들 사이에 음향 위상 제어를 활용하는 튜닝 및 분포된 감쇠기들에 의해 감쇠가 획득되는 밴드아웃 필터를 형성한다. 일례로서, 시스템은 제 1 및 제 2 음향 감쇠기를 위한 공통 입구 사이의 거리가 다음 식
Figure 112017114284181-pct00003
을 사용하여 결정되도록 치수결정되며, 여기서
C0 = 배기 가스 중의 소리 속도 [m/s] = 500 m/s,
FGA = 인접하게 연속적인 튜닝 주파수들, 예컨대 주파수들 F4 = 20 ㎐ 및 F2 = 25 ㎐ 의 기하 평균이고,
따라서, L = 5.6 m.
이러한 방식으로, 가스 통과 덕트 (24) 에 반공진 (anti-resonance) 이 제공되고, 이는 인접한 연속적인 튜닝 주파수들 사이에 있도록 조정된다. 이는 인접한 공진기들의 작동 또는 기술적 효과를 향상시킨다.
여기서 본 발명은 예로서 현재 가장 바람직한 실시형태라고 생각되는 것과 관련되어 설명되었지만, 본 발명이 개시된 실시형태로 제한되지 않으며, 첨부된 청구항들에 기재된 것처럼, 그 특징들의 다양한 조합 또는 변형, 그리고 본 발명의 범위에 포함되는 여러 다른 적용을 포함한다고 이해되어야 한다. 위에서 임의의 실시형태와 관련하여 언급된 상세는 그러한 조합이 기술적으로 구현 가능하다면 다른 실시형태와 관련하여 사용될 수도 있다.

Claims (12)

  1. 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하기 위해 2 개의 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 을 사용하는 음향 감쇠 시스템 (100) 으로서,
    상기 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 은 자신의 양단부에 가스 입구 (18) 와 가스 출구 (20) 를 구비하는 보디 (16), 및 상기 보디 내부에서 상기 입구와 상기 출구 사이에 배치된 가스 통과 덕트 (24) 를 포함하고, 상기 보디는 제 1 공진기 챔버 및 제 2 공진기 챔버를 둘러싸고,
    상기 보디에는 제 1 및 제 2 공진기 챔버들 (36, 38) 과 연통하는 공통 입구 (34) 가 제공되고, 상기 제 1 및 제 2 공진기 챔버들 (36, 38) 은 상기 공통 입구 (34) 로부터 상기 보디 (16) 의 양단부 (25) 를 향해 연장되도록 배치되고,
    상기 시스템에서, 상기 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 은 내연 엔진 (14) 의 배기 시스템 (12) 에서 차례로 커플링되고,
    상기 가스 통과 덕트 (24) 는 상기 시스템 (100) 에서 제 1 및 제 2 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 을 위한 공통 입구 (34) 사이에 미리 결정된 길이 (L) 를 갖고, 상기 미리 결정된 길이 (L) 는 다음 식
    Figure 112019068264987-pct00010

    을 사용하여 결정되고, 여기서
    C0 = 배기 가스 중의 소리 속도 [m/s],
    FGA = 인접하게 연속적인 튜닝 주파수들의 기하 평균
    인 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 통과 덕트 (24) 는 직선형 가스 덕트이고, 상기 공진기 챔버들 (36, 38) 은 상기 덕트 주위에 환형으로 배치되고,
    상기 감쇠기는 상기 가스 통과 덕트 (24) 로부터 상기 보디 (16) 의 슬리브 부분 (26) 까지 방사상으로 연장되는 2 개의 길이방향으로 이격된 중간 벽들 (30, 30') 을 포함하고,
    상기 공통 입구 (34) 는 길이방향으로 상기 중간 벽들 (30, 30') 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공진기 챔버들은 포트들 (40) 을 통해 상기 공통 입구 (34) 와 연결되는 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 감쇠기는 상기 가스 통과 덕트 (24) 로부터 상기 보디 (16) 의 슬리브 부분 (26) 까지 방사상으로 연장되는 2 개의 길이방향으로 이격된 중간 벽들 (30, 30') 을 포함하고,
    상기 포트들 (40) 은 상기 중간 벽들 (30, 30') 에 배치되고 그에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 통과 덕트 (24) 는 상기 보디 (16) 의 길이방향 축선과 평행하게 지향되고, 상기 포트들 (40) 은 상기 보디 (16) 의 상기 길이방향 축선과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 포트 (40) 는 상기 중간 벽에 의해 지지되는 튜브형 부재인 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 음향 감쇠기들을 위한 공통 입구 사이의 거리가 상기 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 사이의 음파 위상차를 제어하도록 결정되는 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    공진기 챔버들은, 제 1 공진기 (10.1) 의 제 1 공진기 챔버 (36.1) 가 제 1 주파수 (F1) 를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 1 공진기 (10.1) 의 제 2 공진기 챔버 (38.1) 가 제 2 주파수 (F2) 를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 2 공진기 (10.2) 의 제 1 공진기 챔버 (36.2) 가 제 3 주파수 (F3) 를 감쇠시키도록 튜닝되고 제 2 공진기 (10.2) 의 제 2 공진기 챔버 (38.2) 가 제 4 주파수 (F4) 를 감쇠시키도록 튜닝되게 배치되고,
    상기 공진기 챔버들은 상이한 주파수들을 감쇠시키도록 튜닝되고,
    튜닝 주파수들 중 서로 가장 가까운 2 개가 개별 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 로부터 획득가능하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 3 주파수 (F3) > 제 2 주파수 (F2) > 제 4 주파수 (F4) > 제 1 주파수 (F1) 인 것을 특징으로 하는, 음향 감쇠 시스템 (100).
  12. 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하는 방법으로서,
    내연 엔진 (14) 으로부터 배기 가스를 배기 가스 시스템 (12) 을 통해 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 로 인도하는 단계를 포함하고,
    진동하는 가스는 가스의 압력 진동을 댐핑하기 위해 상기 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 의 가스 통과 덕트 (24) 로부터 2 개의 개별 공진기 챔버들 (36, 38) 로 공통 입구 (34) 를 통해 상기 공진기 챔버들 (36, 38) 과 연통하고,
    상기 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 은 내연 엔진 (14) 의 배기 시스템 (12) 에서 차례로 커플링되고,
    상기 가스 통과 덕트 (24) 는 제 1 및 제 2 음향 감쇠기들 (10.1, 10.2) 을 위한 공통 입구 (34) 사이에 미리 결정된 길이 (L) 를 갖고, 상기 미리 결정된 길이 (L) 는 다음 식
    Figure 112019068264987-pct00011

    을 사용하여 결정되고, 여기서
    C0 = 배기 가스 중의 소리 속도 [m/s],
    FGA = 인접하게 연속적인 튜닝 주파수들의 기하 평균
    인 것을 특징으로 하는, 엔진의 배기 시스템에서 압력 진동을 댐핑하는 방법.
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