KR102158393B1 - 차량 배기 시스템용 머플러 - Google Patents

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조셉 캘러핸
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포레시아 이미션스 컨트롤 테크놀로지스, 유에스에이, 엘엘씨
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Abstract

차량 배기 시스템용 머플러는 제1 외부 쉘, 제1 외부 쉘과 협동하여 머플러 내부 캐비티를 규정하는 제2 외부 쉘 및 머플러 내부 캐비티를 적어도 제1 및 제2 서브 캐비티로 분리하는 적어도 하나의 다공성 격벽을 포함한다. 일 예에서, 다공성 격벽은 제1 및 제2 외부 쉘 중 적어도 하나와 일체로 성형된다. 일 예에서, 배기 튜브는 제1 서브 캐비티를 통해 연장하고, 음향 섬유 재료가 제1 서브 캐비티 내에 위치된다.

Description

차량 배기 시스템용 머플러 {MUFFLER FOR VEHICLE EXHAUST SYSTEM}
본 발명은 차량 배기 시스템의 머플러(muffler) 및 이러한 머플러를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 음향 섬유(acoustic fiber) 보유를 위한 성형된 특징부를 갖는 머플러에 관한 것이다.
예를 들어 머플러와 같은 차량 배기 시스템 부품은 입구로부터 출구로 배기 부품 본체를 통해 배기 가스를 전달한다. 통상적으로, 파이버글래스, 현무암(basalt) 등과 같은 섬유 재료가 배기 부품 본체 내에 합체되어 배기 가스가 입구로부터 출구로 유동함에 따라 생성되는 노이즈 전달을 감소시킨다. 재료는 완전히 패킹된 구성을 제공하기 위해 배기 부품 본체 내에 규정된 내부 캐비티 내의 모든 개방된 공간을 충전하는 데 사용된다.
이 재료로 캐비티를 완전히 충전하는 데 있어서의 몇몇 단점은 비용 및 증가된 중량이다. 또한, 배기 부품 본체 내에 이 재료를 설치하는 것은 시간 소모적이고 제조 프로세스 내에서 취급하기가 곤란하다.
머플러에 사용되는 섬유 재료의 양을 최소화하기 위한 시도가 행해져 왔다. 예를 들어, 팩 최적화된 위치, 천공된 재료, 성형된 팩 및 고주파수 튜너가 모두 음향 섬유를 최소화하거나 더 양호하게 위치시키는 데 사용되어 왔다. 현재의 제조 프로세스는 가장 필요로 하는 위치에 섬유가 비효율적인 영역으로부터 이격하여 섬유를 효율적으로 위치시키는 능력을 제한한다. 통상적으로 원하는 위치에 섬유를 특정하게 위치시키기 위해 요구되는 상당한 비용 또는 부가의 제조 프로세스가 존재한다.
일 예시적인 실시예에서, 차량 배기 시스템용 머플러는 제1 외부 쉘과, 제1 외부 쉘과 협동하여 머플러 내부 캐비티를 규정하는 제2 외부 쉘을 포함하고, 제1 및 제2 쉘은 성형된 재료로 구성된다. 적어도 하나의 다공성 격벽이 제1 및 제2 외부 쉘 중 하나와 일체로 성형되어 머플러 내부 캐비티를 적어도 제1 및 제2 서브 캐비티로 분리한다.
일 예시적인 실시예에서, 천공된 배기 튜브가 제1 서브 캐비티를 통해 연장하고, 음향 섬유 재료가 제1 서브 캐비티 내에 위치된다.
일 예에서, 음향 섬유 재료는 천공된 배기 튜브의 외주면을 둘러싸고 제1 서브 캐비티를 충전한다.
일 예에서, 제2 서브 캐비티는 음향 섬유 재료가 없다.
다른 예시적인 실시예에서, 차량 배기 시스템용 머플러는 제1 외부 쉘과, 제1 외부 쉘과 협동하여 머플러 내부 캐비티를 규정하는 제2 외부 쉘을 포함한다. 적어도 하나의 다공성 격벽이 머플러 내부 캐비티를 적어도 제1 및 제2 서브 캐비티로 분리한다. 배기 튜브는 제1 서브 캐비티를 통해 연장하고, 음향 섬유 재료가 단지 제1 서브 캐비티 내에만 있다.
일 예에서, 제1 및 제2 쉘은 예를 들어 폴리머 재료와 같은 성형된 재료로 구성된다.
다른 예에서, 적어도 하나의 다공성 격벽은 단일편 부품으로서 제1 및 제2 쉘 중 하나와 일체로 성형된다.
다른 예에서, 배기 튜브는 루버가 형성된(louvered) 또는 천공된(perforated) 튜브 중 하나를 포함한다.
일 예에서, 음향 섬유 재료는 배기 튜브의 외주면을 둘러싸고 제1 서브 캐비티를 충전한다. 제2 서브 캐비티는 음향 섬유 재료가 없다.
일 예에서, 적어도 하나의 다공성 격벽은 제1 외부 쉘과 일체로 형성된 제1 다공성 격벽부와, 제2 외부 쉘과 일체로 형성된 제2 다공성 격벽부를 포함한다. 제1 및 제2 다공성 격벽부는 서로 협동하여 제1 및 제2 서브 캐비티를 형성한다.
일 예에서, 차량 배기 시스템용 머플러의 형성 방법은 서로 이후에 부착되어 머플러 내부 캐비티를 규정하는 제1 및 제2 외부 쉘을 성형하는 것과, 제1 및 제2 외부 쉘 중 적어도 하나와 적어도 하나의 다공성 격벽을 일체로 성형하는 것을 포함한다.
일 예에서, 부가의 단계들은 제1 및 제2 외부 쉘을 서로 부착하여 적어도 하나의 다공성 격벽이 머플러 내부 캐비티를 제1 및 제2 서브 캐비티로 분할하게 하는 것과, 제1 서브 캐비티를 통해 연장하도록 배기 튜브를 설치하는 것과, 음향 섬유 재료를 제1 서브 캐비티 내로 도입하는 것을 포함한다.
이들 및 다른 특징은 이하의 도면 및 상세한 설명으로부터 가장 양호하게 이해될 수도 있다.
도 1은 본 발명을 구체화하는 머플러를 갖는 차량 배기 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명을 구체화하는 머플러의 개략 단면 단부도.
도 3은 머플러를 형성하는 제1 및 제2 외부 쉘 중 하나의 단면도.
도 4는 머플러를 통해 연장하는 배기 튜브의 일 예의 사시도.
도 5는 머플러를 통해 연장하는 배기 튜브의 다른 예의 사시도.
도 1은 엔진(12)에 의해 생성된 고온 배기 가스를 다양한 상류측 배기 부품(14)을 통해 유도하여 공지된 바와 같이 배기물을 감소시키고 노이즈를 제어하는 차량 배기 시스템(10)을 도시하고 있다. 다양한 상류측 배기 부품(14)은 이하의 부품, 즉 파이프, 필터, 밸브, 촉매, 머플러 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일 예시적인 구성에서, 상류측 배기 부품(14)은 입구(18) 및 출구(20)를 갖는 머플러(16) 내로 배기 가스를 안내한다. 출구(20)는 하류측 배기 부품(22)에 배기 가스를 전달한다. 다양한 하류측 배기 부품(22)은 이하의 부품, 즉 파이프, 필터, 밸브, 촉매, 머플러 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이들 상류측 부품(14) 및 하류측 부품(22)은 차량 용례 및 이용 가능한 패키징 공간에 따라 다양한 상이한 구성 및 조합으로 장착될 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 일 예에서, 머플러(16)는 제1 외부 쉘(30)과 협동하여 머플러 내부 캐비티(34)를 규정하는 제1 외부 쉘(30) 및 제2 외부 쉘(32)을 포함한다. 일 예에서, 제1 쉘(30) 및 제2 쉘(32)은 성형된 재료로 구성된다. 적어도 하나의 다공성 격벽(36)이 제1 외부 쉘(30)과 제2 외부 쉘(32) 중 적어도 하나와 일체로 성형되어 머플러 내부 캐비티(34)를 적어도 제1 서브 캐비티(34a) 및 제2 서브 캐비티(34b)로 분리한다.
일 예에서, 성형된 재료는 폴리머 재료를 포함한다. 제1 외부 쉘(30) 및 제2 외부 쉘(32)은 비다공성 부재, 즉 중실 부재를 포함하여, 배기 가스가 외부 환경으로 누설되지 않게 된다. 제1 외부 쉘(30) 및 제2 외부 쉘(32)은 정합 플랜지부(38)를 경유하여 서로 부착되어 머플러 내부 캐비티(34)를 위한 봉입체(enclosure)를 형성한다. 쉘(30, 32)은 예를 들어, 용접 또는 브레이징(brazing)을 포함하는 임의의 다양한 방법을 사용하여 서로 부착될 수 있다.
다공성 격벽(36)은 비다공성 제1 외부 쉘(30) 및 제2 외부 쉘(32) 중 하나 또는 모두와 일체로 성형된 배플(baffle) 또는 스테이크(stake) 부재를 포함한다(도 3 참조). 다공성 격벽은 예를 들어 배기 가스와 같은 유체에 투과성이다. 이와 같이, 다공성 격벽(36)은, 일 측면으로부터 대향 측면으로 격벽(36)을 통해 진행함으로써 배기 가스가 제1 서브 캐비티(34a)와 제2 서브 캐비티(34b) 사이에 통과되게 하는 그 두께를 통한 복수의 세공(pore), 개구 등을 포함하는 강성 구조체를 포함한다. 따라서, 격벽(36)은 그 단면을 통한 개방 영역의 특정 퍼센트, 즉 다공율(porosity)을 갖는다. 다공율의 퍼센트는 차량 용례, 원하는 노이즈 구성 등과 같은 다양한 특성에 따라 변경될 수 있다.
배기 튜브(40)가 입구(18)로부터 출구(20)(도 1)로 제1 서브 캐비티(34a)를 통해 연장한다. 일 예에서, 배기 튜브(40)는 단지 머플러(16)를 통해 연장하는 튜브만을 포함한다. 음향 섬유 재료(42)는 제1 서브 캐비티(34a) 내의 배기 튜브의 외주면(44)을 둘러싼다. 일 예에서, 음향 섬유 재료(42)는 제1 서브 캐비티(34a) 내에만 있고, 제2 서브 캐비티(34b)는 음향 섬유 재료가 없다. 일 예에서, 음향 섬유 재료(42)는 제1 서브 캐비티(34a)를 완전히 충전하거나 패킹한다. 차량 배기 시스템의 고온 환경에서 사용을 위해 적합한 임의의 유형의 음향 섬유 재료가 서브 캐비티를 충전하는 데 사용될 수 있다.
배기 튜브(40)는 천공된 튜브(40a)(도 4) 또는 루버가 형성된 튜브(40b)(도 5) 중 하나를 포함한다. 천공된 튜브(40a)는 배기 가스가 배기 튜브의 내주면(54)에 의해 규정된 배기 가스 유동 경로(52)로부터 제1 서브 캐비티(34a) 내로 통과하게 하는 복수의 구멍 또는 개구(50)를 포함한다. 루버가 형성된 튜브(40b)는 배기 가스가 배기 가스 유동 경로(52)로부터 제1 서브 캐비티(34a) 내로 통과하게 하는 복수의 탭 또는 루버(56)를 포함한다.
어느 예이거나, 튜브(40a, 40b)는 제1 서브 캐비티(34a)와 제2 서브 캐비티(34b) 중 하나 내에만 위치되어, 제1 서브 캐비티(34a)와 제2 서브 캐비티(34b) 중 다른 하나를 비어 있는 상태로 방치한다. 배기 튜브(40a, 40b)는 머플러 입구(18)로부터 머플러 출구(20)로 연관 서브 캐비티를 통해 완전히 연장한다. 또한, 파이프(40a, 40b)를 포함하는 서브 캐비티는 음향 섬유 재료(42)로 충전되어, 다른 캐비티를 음향 충전 재료가 없는 상태로 방치하는 서브 캐비티이다.
일 예에서, 다공성 격벽(36)은 제1 외부 쉘(30)과 일체로 형성된 제1 다공성 격벽부(60)와, 제2 외부 쉘(32)과 일체로 형성된 제2 다공성 격벽부(62)를 포함한다. 제1 다공성 격벽부(60) 및 제2 다공성 격벽부(62)는 서로 협동하여 제1 서브 캐비티(34a) 및 제2 서브 캐비티(34b)를 형성한다.
일 예에서, 제1 다공성 격벽부(60)와 제2 다공성 격벽부(62)의 각각은 머플러 내부 캐비티(34)의 중심을 향해 내향으로 각각의 말단 단부(64, 66)로 연장한다. 말단 단부(64, 66)는 서로 중첩 관계로 위치되어 머플러 내부 캐비티(34)를 서브 캐비티로 분할한다.
본 발명의 머플러(16)는 원하는 음향 이익을 여전히 제공하면서 음향 섬유 재료(42)의 양을 최소화하는 구성을 제공한다. 음향 섬유 재료는 천공된/루버가 형성된 배기 튜브(40a, 40b) 부근에서 가장 효과적이다. 머플러의 내부벽 부근에 위치되어 있는 음향 섬유 재료는 배기 노이즈를 감쇠하는 데 비효율적이다. 제1 다공성 격벽부(60) 및 제2 다공성 격벽부(62)를 외부 쉘(30, 32)과 일체로 성형함으로써, 머플러 내부는 부가의 프로세스를 필요로 하지 않고 서브 캐비티로 용이하게 세분될 수 있다. 또한, 단지 최소의 부가의 재료만이 다공성 격벽부를 형성하는 데 요구된다. 제1 다공성 격벽부(60) 및 제2 다공성 격벽부(62)에 의해 생성된 벽은 천공된/루버가 형성된 배기 튜브(40a, 40b) 부근에 음향 섬유 재료(42)를 보유한다. 이는 튜브(40a, 40b) 부근에 섬유 재료(42)를 유지하는 데, 여기서 가장 효율적이지만 튜브(40a, 40b) 내의 개구 및 격벽(36)의 다공율에 기인하여 배기 가스가 전체 머플러 체적[머플러 내부 캐비티(34)]을 여전히 만나게 된다.
차량 배기 시스템(10)용 머플러(16)를 형성하기 위한 방법은 이후에 서로 부착되어 머플러 내부 캐비티(34)를 규정하는 제1 외부 쉘(30) 및 제2 외부 쉘(32)을 성형하는 것과, 적어도 하나의 다공성 격벽(36)을 제1 외부 쉘(30)과 제2 외부 쉘(32) 중 적어도 하나와 일체로 성형하는 것을 포함한다. 따라서, 머플러는 쉘들을 간단히 서로 부착함으로써 서브 캐비티를 형성하는 사전 제조된 본체를 포함한다. 충전 도구(도시 생략)가 이어서 음향 섬유 재료(42)를 적절한 서브 캐비티 내에 투입하는 데 사용된다. 임의의 유형의 충전 도구가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예가 개시되었지만, 당 기술 분야의 숙련자는 특정 수정이 본 발명의 범주 내에 있을 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 이 이유로, 이하의 청구범위는 본 발명의 진정한 범주 및 내용을 결정하도록 연구될 수 있다.
10: 차량 배기 시스템 12: 엔진
14: 상류측 배기 부품 16: 머플러
18: 입구 20: 출구
22: 하류측 배기 부품 30: 제1 외부 쉘
32: 제2 외부 쉘 34: 머플러 내부 캐비티
34a: 제1 서브 캐비티 34b: 제2 서브 캐비티
36: 다공성 격벽 40: 배기 튜브

Claims (19)

  1. 차량 배기 시스템용 머플러로서,
    제1 외부 쉘;
    상기 제1 외부 쉘과 협동하여 머플러 내부 캐비티를 규정하는 제2 외부 쉘;
    상기 머플러 내부 캐비티를 적어도 제1 및 제2 서브 캐비티로 분리하는 적어도 하나의 다공성 격벽;
    상기 적어도 하나의 다공성 격벽으로부터 이격되고 상기 제1 서브 캐비티를 통해 연장하는 배기 튜브; 및
    상기 제1 서브 캐비티 내에만 있는 음향 섬유 재료
    를 포함하는 머플러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 쉘은 성형된 재료로 구성되는 것인 머플러.
  3. 제2항에 있어서, 상기 성형된 재료는 폴리머 재료를 포함하는 것인 머플러.
  4. 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다공성 격벽은 단일편 부품으로서 상기 제1 및 제2 쉘 중 하나와 일체로 성형되는 것인 머플러.
  5. 제1항에 있어서, 상기 배기 튜브는 루버가 형성된 또는 천공된 튜브 중 하나를 포함하는 것인 머플러.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 서브 캐비티는 음향 섬유 재료가 없는 것인 머플러.
  7. 제1항에 있어서, 상기 음향 섬유 재료는 상기 배기 튜브의 외주면을 둘러싸고, 상기 제1 서브 캐비티를 충전하는 것인 머플러.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다공성 격벽은 상기 제1 외부 쉘과 일체로 형성된 제1 다공성 격벽부 및 상기 제2 외부 쉘과 일체로 형성된 제2 다공성 격벽부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 다공성 격벽부는 서로 협동하여 상기 제1 및 제2 서브 캐비티를 형성하는 것인 머플러.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 다공성 격벽부 각각은 머플러 내부 캐비티의 중심을 향해 내향으로 말단 단부로 연장하고, 상기 말단 단부는 서로 중첩 관계로 위치되는 것인 머플러.
  10. 제1항에 있어서, 상기 머플러는 상기 제1 서브 캐비티 내로의 머플러 입구 및 상기 제1 서브 캐비티로부터의 머플러 출구를 포함하고, 상기 배기 튜브는 상기 머플러 입구로부터 상기 머플러 출구로 상기 제1 서브 캐비티를 통해 완전히 연장하는 것인 머플러.
  11. 차량 배기 시스템용 머플러로서,
    제1 외부 쉘;
    상기 제1 외부 쉘과 협동하여 머플러 내부 캐비티를 규정하는 제2 외부 쉘;
    상기 제1 및 제2 외부 쉘 중 하나와 일체로 성형되어 머플러 내부 캐비티를 적어도 제1 및 제2 서브 캐비티로 분리하는 적어도 하나의 다공성 격벽;
    상기 제1 서브 캐비티 내로의 머플러 입구로서, 상기 제1 및 제2 외부 쉘 중 적어도 하나에 형성되는 머플러 입구; 및
    상기 제1 서브 캐비티로부터의 머플러 출구로서, 상기 제1 및 제2 외부 쉘 중 적어도 하나에 형성되는 머플러 출구
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 쉘은 성형된 재료로 구성되는 것인 머플러.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 서브 캐비티만을 통해 연장하는 복수의 개구를 갖는 배기 튜브와, 상기 제1 서브 캐비티 내에 위치된 음향 섬유 재료를 포함하는 머플러.
  13. 제12항에 있어서, 상기 음향 섬유 재료는 상기 배기 튜브의 외주면을 둘러싸고 상기 제1 서브 캐비티를 충전하고, 상기 제2 서브 캐비티는 음향 섬유 재료가 없는 것인 머플러.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다공성 격벽은 상기 제1 외부 쉘과 일체로 형성된 제1 다공성 격벽부 및 상기 제2 외부 쉘과 일체로 형성된 제2 다공성 격벽부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 다공성 격벽부는 서로 협동하여 상기 제1 및 제2 서브 캐비티를 형성하는 것인 머플러.
  15. 차량 배기 시스템용 머플러의 형성 방법으로서,
    이후에 서로 부착되어 머플러 내부 캐비티를 규정하는 제1 및 제2 외부 쉘을 성형하는 단계;
    적어도 제1 및 제2 서브 캐비티를 형성하도록, 적어도 하나의 다공성 격벽을 상기 제1 및 제2 외부 쉘 중 적어도 하나와 일체로 성형하는 단계; 및
    상기 제1 서브 캐비티 내로의 머플러 입구 및 상기 제1 서브 캐비티로부터의 머플러 출구를 형성하는 단계로서, 상기 머플러 입구와 출구는 상기 제1 및 제2 외부 쉘 중 적어도 하나에 제공되는 것인 단계
    를 포함하는 머플러의 형성 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 외부 쉘을 서로 부착하여 적어도 하나의 다공성 격벽이 머플러 내부 캐비티를 상기 제1 및 제2 서브 캐비티로 분할하게 하는 것과,
    상기 제1 서브 캐비티만을 통해 연장하도록 배기 튜브를 설치하는 것과,
    음향 섬유 재료를 제1 서브 캐비티 내로 도입하는 것을 포함하는 머플러의 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 머플러 입구로부터 상기 머플러 출구로 연장하는, 루버가 형성된 또는 천공된 배기 튜브로서 배기 튜브를 형성하는 것을 포함하는 머플러의 형성 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 서브 캐비티를 음향 섬유 재료로 완전히 충전하여 제2 서브 캐비티를 음향 섬유 재료가 없는 상태로 방치하는 것을 포함하는 머플러의 형성 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다공성 격벽은 서로 협동하여 머플러 내부 캐비티를 제1 및 제2 서브 캐비티로 분할하는 제1 다공성부 및 제2 다공성부로 구성되고, 상기 방법은 상기 제1 다공성부를 제1 외부 쉘과 일체로 성형하는 것과 상기 제2 다공성부를 제2 외부 쉘과 일체로 성형하는 것을 포함하는 머플러의 형성 방법.
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