KR102228233B1 - 배기가스의 기류소음 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 파이프 모양으로 형성되며, 가이드레일을 구비하는 하우징;과 상기 하우징의 일측 끝단에서 회동가능하게 장착되며 다수 개의 천공이 타공된 게이트; 및 일단은 가이드레일을 따라 활주가능하게 연결되고 타단은 게이트에 회동가능하여 연결된 링키지;를 포함하고, 상기 게이트는 서로 대향하는 측에서 두 개가 장착되어 끝단이 서로 모아지도록 회전하면 닫혀지고 서로 벌어지면 개방되도록 구성되며, 상기 링키지는 게이트가 닫혀지는 방향으로 탄성력이 작용하도록 스프링과 결합된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 배기가스의 배출량에 따라 배출면적을 조절하여 속도 구배를 낮춤으로써 기류소음 발생을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

배기가스의 기류소음 저감장치{Suppression apparatus of flow noise for exhaust gas}

본 발명은 배기가스의 기류소음 저감장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 배기가스 배출 시 압축과 희박이 발생하는 구간을 억제시키며 배기가스의 배출량에 따라 배출 면적을 조절하여 기류소음을 최소화시킬 수 있는 배기가스의 기류소음 저감장치에 관한 것이다.

차량에 장착되는 배기장치는 엔진에서 생성된 배기가스를 외부로 배출시키되 배기 소음을 줄여주는 장치이다.

통상적인 배기장치의 구조는, 엔진의 각 실린더에 연결되는 배기다기관, 배기가스의 유해성분을 촉매 변환시키는 촉매컨버터(catalytic converter), 내부가 다수 개의 배플(baffle)로 구획되어 배기가스의 팽창을 유도함으로써 음파의 반사 또는 공명현상을 이용하여 배기음을 감쇄시키는 머플러 등을 포함하여 구성된다.

상기 배기다기관과 촉매컨버터 및 머플러는 배기파이프로 연결된다. 그리고, 상기 머플러는 센터머플러 및/또는 메인머플러로 구분되어 두 개 이상이 장착되기도 하며, 상기 배기파이프의 진동감쇄 및 열팽창에 따른 파손을 방지하기 위하여 벨로우즈(bellows) 등이 추가적으로 장착되기도 한다.

즉, 엔진에서 배출된 배기가스는 상기와 같은 구성을 갖는 배기장치를 통하여 차량의 후방에 위치하는 테일파이프를 통하여 배출되되, 유해성분이 정화되고 소음이 감소된 상태로 배출된다.

한편, 가속주행소음테스트(Pass-by-Noise test) 등과 같은 차량의 외부 소음에 관한 법적 기준은 해마다 강화되고 있다. 차량에는 여러 소음원이 존재하나, 그 중 배기가스의 토출 소음은 차량 주행시 발생하는 소음 크기에서 상당한 비중을 차지하고 있다. 상기 배기가스 토출 소음의 경우 배기 가스가 테일파이프 끝단에서 배출될 때 흩어지며 발생하는 기류 소음 형태로 발생한다.

특히, 고성능 세단의 경우에는 엔진 출력 증가와 함께 스포티한 음색 구현을 위해 일반적인 세단보다 배기 토출음의 음량이 크게 셋팅됨에 따라서 상대적으로 기류 소음도 증가하게 된다.

도 1a 와 도 1b 를 참조하여 배기 가스에 의한 소음 발생 원인을 살펴보면, 배기파이프(테일파이프)의 끝단에서 배기가스가 토출 될 때 상기 배기가스와 주변공기의 속도 차에 기인하여 배기가스는 압축되는 구간과 희박 구간(밀도가 희박해지는 구간)이 발생하게 된다.

이러한 구간들은 배기가스 내에서 음파 형태로 전파되어 기류소음을 발생시키므로, 상기 배기가스가 얼만큼 압축되고 희박해지는 정도에 따라서 소음강도가 결정된다. 그리고, 배기가스의 속도 구배(velocity gradient)에 비례하여 압축 및 희박 정도는 증가하게 된다.

즉, 배기가스의 토출속도가 가장 빠른 배기파이프의 끝단 근방의 일정 구간에서는 기류소음이 증가하며, 배기가스와 외부공기가 믹싱(mixing)이 이뤄지는 구간에서는 상대적으로 소음이 적게 발생하게 된다(도 1a 참조).

따라서, 배기가스의 토출 시 속도구배를 낮춰서 도 1b 에 도시된 바와 같이 배기가스와 외부공기의 믹싱이 이뤄지는 구간을 전방측으로 확장시키면 기류 소음을 낮출 수 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 배기가스와 외부공기의 믹싱이 이뤄지는 구간을 전방측으로 확장시킬 수 있고, 배기가스의 배출량에 따라 더욱 효율적으로 기류소음을 억제할 수 있는 배기가스의 기류소음 저감장치를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양단이 개통된 파이프 모양으로 형성되며, (내부에) 가이드레일이 결합된 하우징;과 상기 하우징의 일측 끝단에서 회동가능하게 장착되며 다수 개의 천공이 타공된 게이트; 및 일단은 가이드레일을 따라 활주가능하게 연결되고 타단은 게이트에 회동가능하여 연결된 링키지;를 포함하고, 상기 게이트는 서로 대향하는 측에서 두 개가 장착되어 끝단이 서로 모아지도록 회전하면 닫혀지고 서로 벌어지면 개방되도록 구성되며, 상기 가이드레일에는 게이트가 닫혀지도록 링키지를 가압하는 스프링이 장착된 것을 특징으로 한다.

상기 게이트는 두 개가 닫혔을 때 끝단으로 갈수록 뾰족해지는 쐐기 모양을 이루도록 형성되고, 상기 가이드레일은 호형(弧形)으로 형성되며 하우징 내에 장착된다.

그리고, 상기 하우징은 배기파이프(더 상세하게는 배기장치의 최후방에 연결된 테일파이프)의 배출구에 끼워져 장착되며, 끼워지는 양이 정해질 수 있도록 직경이 확장된 고정부가 형성된다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 배기가스의 배출량에 따라 배출면적을 조절하여 속도 구배를 낮춤으로써, 기류소음 발생을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 게이트는 쐐기모양으로 형성되어 개방됐을 때 외부면이 하우징과 평탄하게 배치됨에 따라 배기가스의 제트유동을 억제할 수 있으며, 상기 하우징은 배출구에 끼워져 장착되므로 탈착이 용이하여 종래의 테일파이프에도 간단하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1a 는 배기가스가 토출 시 배기가스와 외부공기의 믹싱 구역이 상대적으로 후방에 형성되어 그 전방측에서 기류소음이 발생되는 경우를 도시한 도면,
도 1b 는 배기가스가 토출 시 배기가스와 외부공기의 믹싱 구역이 확대되어 기류소음이 저감되는 경우를 도시한 도면,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기가스의 기류소음 저감장치의 측면 모습을 투시하여 도시한 도면,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기가스의 기류소음 저감장치의 정면 모습을 도시한 도면,
도 4 는 도 2 에 도시된 기류소음 저감장치의 게이트가 개방된 모습을 도시한 도면,
도 5a 는 엔진이 저 RPM 으로 회전하여 상대적으로 적은 양의 배기가스가 생성될 때 게이트가 닫힌 상태에서 천공을 통해 배기가스가 배출되는 모습을 도시한 도면,
도 5b 는 엔진이 고 RPM 으로 회전하여 상대적으로 많은 양의 배기가스가 생성될 때 게이트가 개방된 상태로 배기가스가 배출되는 모습을 도시한 도면,
도 6 은 게이트가 개방된 상태에서 배출된 배기가스의 유동형태를 도시한 도면.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기가스의 기류소음 저감장치를 더욱 상세히 설명한다.

도 2 내지 4 를 참조하면, 본 발명은 배기가스가 유동가능하도록 파이프 모양을 갖는 하우징(10)의 끝단에 게이트(20)가 닫힌상태 또는 열린상태로 회동가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징(10)은 배기파이프(40)에 끼워질 수 있는 원형 또는 사각형 모양의 파이프 모양으로 형성되어 일측 끝단(도 2 에서 좌측)은 배기파이프(40)에 끼워지며(도 5a, 5b, 6 참조) 타측 끝단(도 2 에서 우측)에는 게이트(20)가 결합된다. 그리고, 내부에는 호형(弧形)의 가이드레일(11) 두 개가 상하방향에서 서로 마주하도록 부설된다.

상기 게이트(20)는 하우징(10)의 끝단에서 두 개가 서로 마주하는 위치(윗쪽과 아랫쪽 또는 좌측과 우측) 각각에서 힌지(22)를 통해 회동가능하게 장착된다. 상기 게이트(20)는 두 개가 닫혔을 때, 후방 끝단으로 갈수록 뾰족해지는 쐐기 모양을 이루도록 형성되되 경사진 표면에는 다수 개의 천공들(21)이 타공된 구조를 갖는다.

그리고, 일단은 가이드레일(11)을 따라 활주가능하게 연결되고 타단은 게이트(20)에 회동가능하여 연결된 링키지(30)가 하우징(10)과 게이트(20) 내부에 장착된다.

상기 링키지(30)는 스프링(미도시)과 결합되어(또는 복원력을 제공할 수 있는 유체장치와 연결되어) 배기가스가 배출되지 않을 때 게이트(20)가 닫히는 방향으로 탄성력을 작용받도록 구성된다. 본 발명의 실시예에서는 부피가 증가하지 않도록 상기 스프링은 링키지(30)가 활주하는 가이드레일(11)에 안착되도록 장착되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 하우징(10)의 외주면에는 직경이 확장된 고정부(12)가 형성된다. 상기 고정부(12)는 하우징(10)을 배기파이프(40) 내에 끼어넣은 후에 고정시키는 기능을 하는 것으로써, 하우징(10)이 사각형 모양을 갖더라도 상기 고정부(12)는 배기파이프(40)의 내주면에 밀착고정될 수 있도록 배기파이프(40)의 모양에 따라 하우징(10)과 다른 모양을 갖도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 기류소음 저감장치는 배기가스가 배출되지 않거나 도 5a 와 같이 엔진이 저 RPM 으로 회전하여 배기가스가 소량으로 배출되는 경우에는 스프링의 탄성력이 작용하는 링키지(11)에 의해 게이트(20)가 닫혀진 상태를 유지하되, 도 5b 에 도시된 바와 같이 엔진이 고 RPM 으로 회전하여 스프링의 탄성력을 극복할 수 있는 압력으로 배기가스가 대량으로 배출되면 게이트(20)가 개방되며 배기가스를 신속하게 배출되게 된다.

아울러, 게이트(20)가 개방된 상태로 배기가스가 배출되는 경우에도 상기 배기가스는 천공들(21)을 통해 분산되어 배출되므로 게이트(20) 후방의 배기가스 흐름은 도 6 에 도시된 바와 같이 압축 및/또는 희박 구간이 발생되지 않아 기류소음을 저감시킬 수 있다(즉, 기류소음의 원인이 되는 배기가스와 외부공기의 직접적인 속도구배를 회피하고 배기가스가 외부공기와 신속하게 믹싱이 이뤄짐으로써 기류소음 발생을 저감 또는 억제 시킬 수 있다).

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 하우징
11 : 가이드레일
12 : 고정부
20 : 게이트
21 : 천공
30 : 링키지

Claims (5)

1. 파이프 모양으로 형성되며, 가이드레일을 구비하는 하우징;과
   상기 하우징의 일측 끝단에서 회동가능하게 장착되며 다수 개의 천공이 타공된 게이트; 및
   일단은 가이드레일을 따라 활주가능하게 연결되고 타단은 게이트에 회동가능하여 연결된 링키지;를 포함한 배기가스의 기류소음 저감장치에 있어서,
   상기 게이트는 서로 대향하는 측에서 두 개가 장착되어 끝단이 서로 모아지도록 회전하면 닫혀지고, 서로 벌어지면 개방되도록 구성되며, 상기 링키지는 게이트가 닫혀지는 방향으로 탄성력이 작용하도록 스프링과 결합되고,
   상기 게이트는 두 개가 닫혔을 때 끝단으로 갈수록 뾰족해지는 쐐기 모양을 이루도록 형성된 것을 특징 으로 하는 배기가스의 기류소음 저감장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드레일은 호형(弧形)으로 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스의 기류소음 저감장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 가이드레일은 하우징 내에 장착된 것을 특징으로 하는 배기가스의 기류소음 저감장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은 배기파이프의 배출구에 끼워져 장착되며, 직경이 확장되도록 고정부가 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스의 기류소음 저감장치.

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