KR102605043B1 - 배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관 - Google Patents

Abstract

배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관이 제공된다.
엔진 배기관은, 엔진에서 생성된 배기가스를 공급받아 대기 중으로 토출시키는 엔진배기관에 있어서, 일단부로는 배기가스를 공급받고 타단부에는 대기 중으로 개구된 배기가스의 토출구가 형성된 배기관본체와, 토출구의 단면을 복수 개의 분할면으로 분할하고, 적어도 일부가 배기관본체의 길이방향을 따라 삽입되어 배기관본체 내측의 공간을 복수 개의 독립공간으로 구획하는 적어도 하나의 토출구 분할구조체와, 입구면과 출구면이 서로 평행하지 않은 관형상으로 형성되며, 입구면이 토출구에 연결된 가이드관을 포함하며, 토출구로부터 배기관본체 내측으로 반사되는 엔진의 배기음의 반사파를 증가시키고 출구면 외측으로 방사되는 배기음의 방향을 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관{Engine exhaust pipe having exhaust noise reducing function}

본 발명은 배기가스를 배출하는 데 사용되는 배기관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배기가스 배출 시 외부로 전달되는 배기소음을 효과적으로 줄일 수 있는 배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관에 관한 것이다.

내연기관은 연료를 연소하여 동력을 발생시키며 내연기관으로부터 얻은 동력으로 다양한 기계들이 작동한다. 산업 전반에서 내연기관은 다양한 기계장치들을 동작시키는 동력원으로써 매우 광범위하게 사용된다.

연료가 연소되면 배기가스와 같은 부산물이 함께 생성되므로 내연기관이 구동될 때 이를 적절히 처리해 줄 필요가 있다. 배기가스는 다양한 오염물질을 포함하고 있으며 이를 제거한 후에는 대기 중으로 배출하게 된다.

이때 배기가스는 배기관을 통해 배출되는데 배기관 내 배기가스의 규칙적 또는 불규칙적 유동으로 배기소음이 함께 전달되는 문제가 발생할 수 있다. 특히 엔진과 연결된 배기관은 엔진 구동에 따라 발생하는 배기음의 주된 전달경로가 되며 선박처럼 용량이 큰 대형 엔진을 하나 또는 그 이상 사용하는 경우에는 배기관을 통한 배기소음의 전파와 방사는 매우 큰 문제가 된다.

이로 인해 종래에는, 배기관 중간에 사일렌서(silencer)와 같은 소음 제거용 장비를 부가하여 사용하는 경우가 많았다(예, 대한민국실용신안 20-0443513등). 사일렌서는 배기관 중간에 결합하여 사용하는 구조물로 확장된 관로와 같은 형태로 형성될 수 있으며 내부에는 흡음재 등이 설치될 수 있다.

그러나 최근 보다 엄격한 소음기준이 적용됨에 따라서 종래의 사일렌서와 같은 장비만으로는 이를 만족시키기 어렵게 되었다. 예를 들어 사일렌서를 사용하더라도 배기소음 중 일부 대역만이 제거되어 문제가 될 수 있으며, 배기소음의 제거음역을 확대하고 제거효율을 증가시키려 하는 경우에는, 사일렌서의 체적이 커져 장치가 비대해지고 구조적으로 부적절한 문제 등이 발생할 수 있다. 그러나 이러한 문제에 대한 적절한 해결책은 아직 제시되지 못하고 있다.

대한민국 등록실용신안 제20-0443513호, (2009. 02. 19)

본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간결한 구조로 효과적으로 배기소음을 제거할 수 있는 배기소음 저감기능을 갖는 배기관을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관은, 엔진에서 생성된 배기가스를 공급받아 대기 중으로 토출시키는 엔진배기관에 있어서, 일단부로는 배기가스를 공급받고 타단부에는 대기 중으로 개구된 배기가스의 토출구가 형성된 배기관본체와, 상기 토출구의 단면을 복수 개의 분할면으로 분할하고, 적어도 일부가 상기 배기관본체의 길이방향을 따라 삽입되어 상기 배기관본체 내측의 공간을 복수 개의 독립공간으로 구획하는 적어도 하나의 토출구 분할구조체와, 입구면과 출구면이 서로 평행하지 않은 관형상으로 형성되며, 상기 입구면이 상기 토출구에 연결된 가이드관을 포함하며, 상기 토출구로부터 상기 배기관본체 내측으로 반사되는 상기 엔진의 배기음의 반사파를 증가시키고 상기 출구면 외측으로 방사되는 상기 배기음의 방향을 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 토출구 분할구조체가 상기 배기관본체의 내측으로 삽입된 길이는 상기 엔진의 배기음 파장의 1/4 파장 이상으로 형성될 수 있다.

상기 가이드관은 상기 입구면과 상기 출구면 사이의 거리 중 가장 긴 거리가 상기 엔진의 배기음 파장의 1/4 파장 이하로 형성될 수 있다.

상기 가이드관은 상기 배기관본체로부터 굴절된 배기소음 저감 기능을 갖을 수 있다.

상기 가이드관은 상기 입구면과 상기 출구면이 서로 완전히 중첩되지 않는 곡관으로 형성될 수 있다.

상기 가이드관은 상기 입구면과 상기 출구면이 서로 평행하지 않게 절단된 직선관 형상일 수 있다.

상기 토출구 분할구조체는 상기 배기관본체의 길이방향으로 연장되어 상기 배기관본체 내측으로 삽입되는 적어도 하나의 평면판을 포함하여 형성될 수 있다.

상기 평면판은 복수 개로 형성되며 적어도 어느 하나가 다른 하나와 서로 다른 각도로 교차되어 배치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 배기관으로부터 외부로 방사되는 배기소음을 매우 효과적으로 제거할 수 있다. 특히 간결한 구조로 향상된 배기소음 저감효과를 얻을 수 있으며, 종래 제거하기 어려웠던 음역대의 소음도 효과적으로 제거할 수 있어 강화된 소음기준도 훌륭히 충족시킬 수 있다. 또한 설치구조도 보다 간결하게 하여 적용이 쉬운 이점도 얻을 수 있고, 본 발명을 적용함에 따라 배기관에 설치되는 종래의 사일렌서의 크기도 축소시킬 수 있어 강화된 소음기준을 충족시키면서도 배기관의 설치구조 전체를 매우 간결하게 형성할 수 있다. 이상과 같은 여러 가지 효과를 본 발명을 통해 복합적으로 얻을 수 있다.

또한, 배기관의 최종 출구에 가이드관을 설치함으로써, 배기소음이 나가는 방향을 조절하여 지향성에 의한 소음 저감효과를 높여 전체적인 배기소음을 현저히 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 배기관의 사시도이다.
도 2는 도 1의 엔진 배기관과 엔진의 연결구조를 예시한 도면이다.
도 3은 도 1의 엔진 배기관의 소음저감 원리를 도시한 도면이다.
도 4는 지향성 소음저감 특성을 도시한 그래프이다.
도 5는 도 1의 엔진 배기관의 제1변형례를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 엔진 배기관의 제2변형레를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는 도 1의 엔진 배기관의 토출구 분할구조체의 여러 가지 배치구조를 예시한 도면들이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 소음저감 기능을 갖는 엔진 배기관에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진 배기관의 사시도이고, 도 2는 도 1의 엔진 배기관과 엔진의 연결구조를 예시한 도면이며, 도 3은 도 1의 엔진 배기관의 소음저감 원리를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 배기소음 저감기능을 갖는 엔진배기관(1)(이하, 엔진배기관으로 지칭하여도 동일한 의미임)은 대기 중으로 배기가스를 토출하는 토출구(11) 측에 토출구(11)의 단면을 분할하는 토출구 분할구조체(20)가 형성된다. 토출구 분할구조체(20)는 토출구(11)의 단면을 면적이 작은 복수 개의 분할면(11a)으로 축소하여 분할하며, 배기관본체(10)의 길이방향을 따라 배기관본체(10)의 내측으로 특정 길이로 삽입된다. 이러한 간결한 구조로 배기소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

이때, 토출구 분할구조체(20)는 배기관본체(10)의 내측으로 삽입된 길이가 특히 엔진(2)의 배기음 파장의 1/4 파장 이상의 길이를 갖도록 형성된다. 이러한 구성은 토출구(11) 말단에서 배기관본체(10)의 내측으로 향하는 배기음의 반사파를 증가시켜 배기소음을 감소시키기 위한 것으로, 본 발명의 발명자들은 음향반사의 원리, 토출구(11)에서의 압력변화, 소음원인 엔진이 만들어내는 배기음의 파장 등을 복합적으로 고려한 다양한 실험을 통해서 이러한 토출구 분할구조체(20)를 이용하여 토출구(11)를 분할하는 경우에 배기음의 반사파를 증가시켜 배기소음을 크게 저감시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 이와 같은 본 발명으로 종래 소음기 등으로 제거하기 곤란하였던 저주파 대역의 엔진 배기음 감소에 상당한 효과가 있는 것도 확인하였다. 토출구 분할구조체(20)의 길이는 엔진 배기음이 달라지는 경우 상기한 조건을 충족시키는 한도 내에서 변동될 수 있으며 또한 소음원이 동일한 경우라도 1/4파장 이상의 길이로 증가시키며 배기소음의 저감효과를 조정할 수 있다.

한편, 배기관본체(10)에는 토출구(11)로부터 현장된 가이드관(30)이 설치되어 배기음의 방향을 조절하여 소음을 더욱 줄일 수 있다. 가이드관(30)은 배기관본체(10)를 통과하여 외부로 배출되는 배기가스의 토출방향을 조절하여 배기소음을 줄일 수 있도록 한다. 앞서 설명한 바와 가이, 토출구 분할구조체(20)는 '대기의 겨예에서 발생하는 반사'에 의하여 소음을 저감하는 효과를 나타내고 있으나, 배기가스가 토출구(11)를 통해 외부로 배출될 때 아직도 배기소음이 남아 있게 된다.

이때, 토출구(11)를 통하여 외부로 배출되는 배기가스의 방향을 특정 방향으로 굴절시켜 배출하면, 배기소음은 '지향성에 의한 저감(directivity loss)'효과에 의해 감소하게 된다. 이러한 지향성에 의한 배기소음 저감 효과는 출구 사이즈가 클수록 저감효과가 높아지게 된다. 그러나, 토출구 분할구조체(20)의 영향으로 출구 사이즈를 크게 할 수 없어, 별도의 가이드관(30)을 설치하여 반사에 의한 소음 저감효과와 지향성에 의한 소음저감효과를 통시에 나타낼 수 있다.

가이드관(30)은 입구면(31)과 출구면(32)이 서로 평행하지 않은 관형상으로 형성되며, 통상 굽읍 관형상으로 형성되거나 또는 배기관본체(10)에 비스듬하게 굴절되어 설치된 형태가 될 수 잇다.

가이드관(30)은 입구면(31)과 출구면(32) 사이의 거리중 가장 긴 거리(h)가 엔진의 배기음 파장의 1/4파장 이하로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 토출구 분할구조체(20)의 효과를 그대로 유지하면서 지향에 의한 배기소음 효과를 함께 나타낼 수 있도록 한다.

본 발명에 의한 배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관(1)은 구체적으로 다음과 같이 구성된다. 엔진 배기관(1)은, 엔진에서 생성된 배기가스를 공급받아 대기 중으로 토출시키는 엔진배기관에 있어서, 일단부로는 배기가스를 공급받고 타단부에는 대기 중으로 개구된 배기가스의 토출구(11)가 형성된 배기관본체(10), 및 배기관본체(10)의 토출구(11)와 중첩되어 토출구(11)의 단면을 면적이 축소된 복수 개의 분할면(11a)으로 분할하고, 적어도 일부가 배기관본체(10)의 내측으로 배기관본체(10)의 길이방향을 따라 삽입되어 배기관본체(10) 내측의 공간을 복수 개의 분할면(11a)과 각각 연통되는 복수 개의 독립공간으로 구획하는 적어도 하나의 토출구 분할구조체(20)와, 입구면(31)과 출구면(32)이 서로 평행하지 않은 관형상으로 형성되며, 입구면(31)이 토출구(11)에 연결된 가이드관(30)을 포함하되, 토출구 분할구조체(20)의 배기관본체(10)의 내측으로 삽입된 길이는 엔진의 배기음 파장의 1/4 파장 이상으로 형성되고, 가이드관(30)의 입구면(31)과 출구면(32) 사이의 거리 중 가장 긴 거리가 엔진의 배기음 파장의 1/4 파장 이하로 형성되어, 토출구(11)로부터 배기관본체(10) 내측으로 반사되는 배기음의 반사파를 증가시키고 출구면(32) 외측으로 방사되는 배기음의 반향을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예와 같이 배기관본체(10)는 토출구 분할구조체(20)가 위치하는 말단부의 직경이 토출구(11)를 향해 확대되지 않는 것이 바람직하며 그와 같은 경우 토출구(11)의 분할에 의한 배기음의 반사효과가 증대된다. 배기관본체(10)는 예를 들어, 토출구 분할구조체(20)가 위치하는 말단부의 직경이 도시된 바와 같이 변화하지 않고 일정하게 유지되는 원통형상으로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 구조를 기준으로 설명을 진행한다.

엔진 배기관(1)은 엔진에서 생성되는 배기가스를 공급받아 대기 중으로 배출하는 역할을 하는 것으로 도 2를 참조하여 엔진(2)이 포함된 전체 배기구조를 간단히 설명하면 다음과 같다. 엔진 배기관(1)은 엔진(2)으로부터 생성된 배기가스를 배출하는 배출경로의 최후단에 배치되며 대기 중으로 적어도 일부가 노출되어 있을 수 있다. 엔진(2)은 구동 시 배기가스와 함께 주기적 진동에 의한 배기음을 발생시키는 소음원에 해당하며 예를 들어, 복수 실린더를 갖는 디젤 엔진으로 형성될 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 배기가스와 함께 배기음을 생성하는 여러 형태의 엔진(2)에 본 발명이 적용될 수 있다. 엔진 배기관(1)의 전단에는 확장된 관로 형태 등으로 형성된 소음기(4)가 설치되어 배기가스 배출 경로 상에서 배기소음을 일부 저감시키는 역할을 할 수 있다. 엔진 배기관(1)과 엔진(2)의 사이에는 하나 또는 그 이상의 연결관(3)들이 연결되어 배기가스의 배출경로를 형성할 수 있으며 엔진(2)이 복수 사용되는 설비인 경우에는 서로 다른 엔진(2)의 배출경로가 연결관(3)을 통해 합류되어 하나의 엔진 배기관(1)을 통해 배기가스가 배출되는 구조로 형성될 수도 있다. 특히 그와 같은 경우 종래에는 단순히 직경이 증대된 대형 배관을 적용할 수 밖에 없어 배기소음이 더 쉽게 외부로 전파되는 문제가 있었으나, 본 발명의 엔진 배기관(1)은 직경이 증가하더라도 토출구 분할구조체(20)의 구조를 이용하여 배기음의 음파가 토출구(11)로부터 반사되어 배관 내측으로 되돌아오는 양을 비약적으로 증가시킬 수 있으며, 배기음의 음파가 전달되는 방향을 바꾸어 배기소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 3을 참조하여 본 발명의 소음 저감 원리를 좀더 상세히 설명한다. 도 3의 (a)는 본 발명의 엔진 배기관(1)의 길이방향 단면도이고, (b)는 종래 배관의 길이방향 단면도이다. 배기가스의 방출과정에서 전달되는 배기소음의 음파는 크게 배기가스의 토출방향으로 진행하는 진행파(A)와, 배관말단에서 배관내부와 외부와의 음향 임피던스의 차이에 의해 그 역방향으로 발생되는 반사파(B), 및 배기관본체(10) 외부로 투과하여 방사되는 투과파(C), 가이드관(30)을 통과하여 배기소음의 방향이 바뀐 방사파(D)로 구분하여 생각할 수 있으며 이를 각 도면에 비교하여 도시하였다. 도 3의 (b)와 같은 종래 배관의 경우에는 반사판(B)가 충분히 생성되지 않고 진행파(A)는 큰 손실 없이 외부로 그대로 방출되는 것으로 나타난다. 특히 전술한 것처럼 배기가스를 하나의 배관으로 합류시켜 배출하는 경우에는 배관의 직경이 보다 확대되므로 별다른 손실 없이 투과파(C)의 형태로 배관을 그대로 통과하여 외부로 방사되는 배기소음을 억제하기가 상당히 곤란하였다.

반면, 본 발명은 도 3의 (a)와 같이 토출구 분할구조체(20)로 배기가스가 토출되는 토출구(11)의 단면을 분할하여 축소시킴으로써 음향 임피던스의 부정합을 유도하고 이를 통해 반사판(B)의 양을 증대시킬 수 있다. 특히, 단순한 토출구(11)의 분할이 아닌, 전술한 바와 같이 토출구 분할구조체(20)의 배기관본체(10)의 내측으로 삽입된 길이(L)가 소음원인 엔진 배기음 파장의 1/4 이상이 되도록 형성하는 구조에 의해 엔진 배기음의 반사판(B)를 효과적으로 증가시킬 수 있으며 따라서 음향손실에 의해 대기 중으로 방출되는 투과파(C)를 감소시켜 해당대역의 배기소음을 크게 저감할 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같은 디젤엔진의 경우 엔진 배기음의 지배적인 음역대가 수십Hz 내외(예를 들면, 디젤엔진의 종류에 따라서 36Hz, 54Hz 등일 수 있고 이는 엔진의 기본주파수와 동등할 수 있다. 엔진 배기음의 주파수는 엔진의 구조와 작동방식 등으로부터 결정될 수 있다)의 상대적인 저주파 대역에서 형성될 수 있고 음속과, 파장과, 주파수의 관계로부터 엔진 배기음의 주파수로부터 엔진 배기음의 파장을 구하여 이의 1/4이상이 되는 길이로 토출구 분할구조체(20)를 형성할 수 있다. 그러한 토출구 분할구조체(20)를 도시된 바와 같이 배기관본체(10)에 결합한 구조로 특히 소음원인 엔진에서 생성되는 저주파 대역의 엔진 배기음의 상당부분을 엔진 배기관(1)에서 직접 처리하여 저감시키는 효과를 얻을 수 있다. 배기관을 통해 방출되는 배기소음 대부분이 엔진 배기음에 의한 것임을 감안하면 이러한 효과는 매우 현저한 것임을 알 수 있다.

또한, 배기관본체(10)의 끝단부에 가이드관(30)을 추가로 설치하여 배기소음의 방향을 조절하여 지향성에 의한 소음저감 효과를 높일 수 있다. 도 4를 참조하면, 배기관의 출구 사이즈가 클수록 지향성에 의한 소음 저감효과가 커지게 됨을 알 수 있다. 이에 따라 토출구 분할구조체(20)에 의한 소음저감 효과와 지향성에 의한 소음저감 효과를 동시에 나타내기 위하여 가이드관(30)을 설치할 수 있다.

이때, 가이드관(30)은 입구면(31)과 출구면(32)이 서로 평행하지 않은 관형상으로 형성되며, 입구면(31)과 출구면(32) 사이의 거리 중 가장 긴 거리(h)의 길이가 엔진 배기음 파장의 1/4 이하가 되도록 한다. 다시 말해, 가이드관(30)은 입구면(31)과 출구면(32)이 서로 다른 방향을 바라보고 있어, 토출구(11)를 통하여 들어온 배기가스가 다른 방향으로 배출되면서 지향성에 의한 소음저감 효과를 나타낼 수 있으며, 입구면(31)과 출구면(32) 사이의 거리 중 가장 긴 거리(h)의 길이가 엔진 배기음 파장의 1/4 이하가 되도록 하여, 토출구 분할구조체(10)에 의한 소음저감효과를 반감시키지 않도록 한다. 이와 같이, 엔진 배기관(1)에 토출구 분할구조체(20)와 가이드관(30)을 동시에 사용함으로써, 배기소음을 현저하게 줄일 수 있게 된다.

이하, 이러한 엔진 배기관(1)의 구조적인 측면과 여러 구현형태들을 해당 도면을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.도 1에 도시된 바와 같이 엔진 배기관(1)은 배기관본체(10)와 토출구 분할구조체(20)가 결합된 구조로 형성된다. 배기관본체(10)는 도시된 바와 같이 원통형상으로 형성될 수 있으며 직경은 다양하게 변경될 수 있다. 배기관본체(10)의 길이는 토출구 분할구조체(20)의 토출구(11)로부터 배기관본체(10) 내측으로 삽입된 길이보다는 길게 형성된다. 배기관본체(10)는 일단부로는 배기가스를 공급받으며 타단부에는 대기 중으로 개구된 배기가스의 토출구(11)가 형성된다. 토출구(11)의 단면(본 형태에서는 배기관본체의 횡단면과 동일할 수 있다)은 배기관본체(10)의 형상에 대응하여 원형으로 형성될 수 있으나, 배기관본체(10)의 형상이 바뀌는 경우 그에 따라 다른 형상으로 변경되는 것도 가능하다. 토출구 분할구조체(20)에 의해 분할 형성된 토출구(11) 단면 상의 분할면(11a-각 도에서 필요에 따라 강조를 위해 빗금을 사용하여 표시한 경우가 있으나 이는 빈 공간이다)들은 토출구 분할구조체(20)의 형상이나 구조에 따라서 여러 가지 다양한 형태를 가질 수 있다. 즉, 배기관본체(10)의 토출구(11)는 단면이 토출구 분할구조체(20)에 의해 매우 다양한 형태로 분할될 수 있다.

토출구 분할구조체(20)는 배기관본체(10)의 토출구(11)에 중첩되어 토출구(11)의 단면을 면적이 축소된 복수 개의 분할면으로 분할한다. 도 1에 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)는 토출구(11) 내부로 삽입되는 형태로 배치될 수 있으며 필요에 따라서 말단은 토출구(11)의 밖으로 일부 돌출되거나 토출구(11)의 안쪽으로 일부 인입되어 있을 수도 있다. 토출구 분할구조체(20)가 토출구(11)에 중첩된다는 의미는 배기관본체(10)의 길이방향으로 바라보았을 때 토출구(11)가 형성하는 공간과 토출구 분할구조체(20)의 위치가 서로 겹쳐 있는 것을 말하며 이러한 한도 내에서 토출구 분할구조체(20)는 토출구(11)의 단면을 복수의 축소된 분할면(11a)으로 분할시킬 수 있다. 또한, 토출구 분할구조체(20)의 적어도 일부는 배기관본체(10)의 내측으로 배기관본체(10)의 길이방향으로 따라 삽입되어 배기관본체(10) 내측의 공간을 복수 개의 분할면(11a)과 각각 연통되는 복수 개의 독립공간으로 구획할 수 있다. 토출구 분할구조체(20)는 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 평면판(201)이 수직으로 교차된 형태 등으로 형성될 수 있으며 그에 따라 토출구(11)의 단면을 서로 동일한 형상과 면적을 갖는 4개의 분할면(11a)으로 분할할 수 있다. 토출구 분할구조체(20)의 배기관본체(10)의 내측으로 삽입된 길이(L)는 전술한 바와 같이 소음원인 엔진의 배기음 파장의 1/4이상으로 형성된다. 토출구 분할구조체(20)의 길이는 그러한 한도 내에서 적절히 변경될 수 있다. 토출구 분할구조체(20)는 배기관본체(10)와 용접, 볼팅, 끼움 결합 등의 여러 가지 다양한 방식으로 결합될 수 있으며 필요한 경우 위치를 유지하기 위해 배기관본체(10)와 토출구 분할구조체(20) 사이에 지지대 등이 형성될 수도 있다. 지지대와 같은 부가적인 구조는 본 발명에서는 구체적인 도시를 생략하였고 필요한 경우에는 해당 부분에서 언급하기로 한다.

가이드관(30)은 입구면(31)과 출구면(32)이 서로 평행하지 않은 관형상으로 형성되며, 배기관본체(10)의 토출구(11)에 연결된다. 가이드관(30)은 배기관본체(10)와 동일한 직경의 관을 사용할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이 입구면(31)과 출구면(32)이 서로 완전히 중첩되지 않는 곡관으로 형성될 수 있다. 이러한 가이드관(30)이 배기관본체(10)에 연결되어 배기소음의 방향을 조절할 수 있으며, 특정 방향에서 감지되는 배기소음을 현저하게 줄일 수 있게 된다. 이 경우 입구면(31)과 출구면(32) 사이의 거리 중 가장 긴 거리(h)가 배기음 파장의 1/4 파장보다 크게 되면 토출구 분할구조체(20)에 의한 소음 감소 효과가 줄어들게 되어, 가이드관(30)의 길이 조절이 필요하다.

한편, 가이드관(30) 내부에도 토출구 분할구조체(20)를 설치하여 배기음의 방향을 조절할 수 있으나, 지향성에 의한 소음저감효과를 위하여 출구면(32) 내측에만 설치하는 것이 바람직하다.

도 5는 도 1의 엔진 배기관의 제1변형례를 도시한 도면이다.

엔진 배기관(1)은 도 4에 도시된 바와 같이 흡음부(10a, 20a)를 포함하는 형태로도 형성될 수 있다. 흡음부(10a, 20a)는 토출구 분할구조체(20), 및 토출구 분할구조체(20) 둘레의 배기관본체(10) 중 적어도 어느 하나에 형성되어 상술한 배기음의 반사파보다 높은 음역대의 음파를 흡수하여 제거할 수 있다. 흡음부(10a, 20a)는 예를 들어, 토출구 분할구조체(20)의 외면, 배기관본체(10)의 내면 등에 배치될 수 있으며 재질이나 구조적인 변경을 통해 흡음이 가능하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 흡음이 가능한 흡음재를 토출구 분할구조체(20)의 외면이나 배기관본체(10)의 내면 등에 배치하여 흡음부(10a, 20a)를 형성할 수 있으며, 토출구 분할구조체(20)의 외면이나 배기관본체(10)의 내면에 타공 등의 방식으로 흡음이 가능한 구조를 형성하여 흡음부(10a, 20a)를 형성하는 것도 가능하다. 특히 흡음부(10a, 20a)는 전술한 토출구 분할구조체(20)의 구조를 이용하여 증대시킨 배기음의 반사파보다 상대적으로 높은 주파수대역(중주파수 및 고주파수 대역을 포함할 수 있다)의 음파를 흡음방식으로 제거함으로써 배기소음의 저감효과를 더욱 강화시킬 수 있다. 도면 상에서는 토출구 분할구조체(20)와 배기관본체(10)의 양측에 흡음부(10a, 20a)가 형성된 것으로 도시되었으나, 이와 같이 한정될 필요는 없으며 이들 중 적어도 어느 하나의 적절한 위치에 흡음부(10a, 20a)를 형성하는 것도 얼마든지 가능하다.

가이드관(30a)은 앞서 설명한 바와 같이 곡관 형태의 관에 절단면을 각각 입구면(31a)과 출구면(32a)으로 사용할 수 있다. 입구면(31a)은 배기관본체(10)와 결합하기 위하여 관을 횡방향으로 절단하여 원형면을 유지할 수 있다. 반면, 출구면(32a)은 곡관을 비스듬하게 절단하여 형성될 수 있으며, 절단면이 타원형을 이룰 수 있다. 즉, 출구면(32a)은 지향성에 의한 소음저감 효과를 높이기 위하여 입구면(31a) 보다 면적이 크게 형성될 수 있다.

도 6은 도 1의 엔진 배기관의 제2변형레를 도시한 도면이다.

엔진 배기관(1)은 도 5에 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)의 길이를 변경할 수 있게 형성될 수도 있다. 토출구 분할구조체(20)는 배기관본체(10)의 길이방향으로 접철 가능하게 결합된 제1구조체(21)와 제2구조체(22)를 포함하며 제1구조체(21)와 제2구조체(22)의 접철된 정도에 따라서 전체 길이가 변경될 수 있다. 이러한 구조는 특히 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)의 배기관본체(10) 내측으로 삽입된 길이(L, L')를 유연하게 조정할 수 있는 이점을 가지므로 길이를 변경시키며 보다 향상된 배기음의 저감효과를 유도할 수 있다. 또한 엔진 배기음의 주파수가 바뀌는 등의 경우에도 원활한 대처가 가능하므로 적용도 편리하다. 예를 들어 제1구조체(21)와 제2구조체(22)는 횡단면이 서로 동일하게 형성될 수 있으며 배기관본체(10)의 길이방향으로 슬라이딩 이동이 가능하게 결합되어 있을 수 있다. 접철시켜 길이를 축소하거나 연장시킨 후에는 볼팅 결합 등의 다양한 결합방식으로 위치를 유지하고 배기관본체(10) 내측에도 역시 적절한 방식으로 고정할 수 있다. 이러한 변형례들은 도면 상의 형태로 한정될 필요는 없으며 후술하는 다양한 형태의 토출구 분할구조체(20)의 예들에도 얼마든지 적용될 수 있다. 이하 토출구 분할구조체(20)의 배치구조에 대해 좀더 상세히 설명한다.

가이드관(10)은 입구면(31b)과 출구면(32b)이 서로 평행하지 않게 절단된 직선관형상으로 이루어 질 수 있다. 즉, 가이드관(10)은 직선관을 횡방향으로 절단하고 경사지게 절단하여 각각 입구면(31b)과 출구면(32b)이 형성된 것으로, 토출구(11)와 결합되는 입구면(31b)은 원형을 유지하고 출구면(32b)은 입구면(31b) 보다 넓은 타원형으로 형성될 수 있다. 이와 같은 가이드관(10)은 출구면(32b)의 면적을 크게하여 지향성에 의한 소음저감 효과를 더 높일 수 있다.

도 6 내지 도 9는 도 1의 엔진 배기관의 토출구 분할구조체의 여러 가지 배치구조를 예시한 도면들이다.

토출구 분할구조체(20)는 평면판, 곡면판 또는 이들이 조합된 여러 가지 다양한 형태로 형성되어 여러 가지 다양한 형상으로 토출구(11)의 단면을 분할할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 토출구 분할구조체(20)는 배기관본체(10)의 길이방향으로 연장되어 배기관본체(10) 내측으로 삽입되는 적어도 하나의 평면판(201)을 포함하여 형성될 수 있다. 평면판(201)은 복수 개로 형성되며 적어도 어느 하나가 다른 하나와 서로 다른 각도로 교차되어 배치될 수 있다. 도 6의 (a)와 같이 평면판(201)은 배기관본체(10)의 중심에서 등간격으로 이격되어 교차하는 형태로 배치될 수 있으며 이를 통해 부채꼴 형상의 분할면(11a)을 포함하도록 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 또한, 도 6의 (b)와 같이 서로 수직하게 격자 형태로 평면판(201)을 교차시켜 사각형상의 분할면(11a)을 포함하도록 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 이와 같은 여러 가지 형태로 평면판(201)을 배치하여 토출구(11)의 단면을 다양한 형태로 분할하는 토출구 분할구조체(20)를 형성할 수 있다.

또한, 토출구 분할구조체(20)는 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 배기관본체(10)의 길이방향으로 연장되어 배기관본체(10) 내측에 삽입되는 적어도 하나의 곡면판(202)을 포함하여 형성될 수도 있다. 곡면판(202)은 도 7의 (a)와 같이 직경이 다른 복수 개의 원통판으로 형성되며 곡률이 작은 측이 곡률이 큰 측의 바깥쪽에 동심원 상으로 배치될 수 있다. 또한, 곡면판(202)은 도 7의 (b)와 같이 직경이 동일한 복수 개의 원통판이 외주면끼리 접하게 배치될 수도 있다. 이러한 곡면판(202)을 이용한 분할구조를 통해서 그에 대응하는 원형이나, 고리형상의 분할면(11a)을 포함하는 여러 가지 다양한 형태의 입체적인 형태로 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 도면 상에서 생략되었지만, 도 7의 (a)와 같이 원통형 곡면판(202)을 동심원 상으로 배치하는 등의 경우에는 적절한 지점에 배기관본체(10)의 내측과 곡면판(202)을 연결하는 지지대 등을 설치하여 곡면판(202)을 포함하는 토출구 분할구조체(20)의 형상과 구조를 유지시킬 수 있다.

또한, 토출구 분할구조체(20)는 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이 다 수의 평면판(201)과 곡면판(202)이 조합되어 배기관본체(10)에 내측에 삽입되는 구조로 형성될 수 있다. 앞서 설명한 복수 개로 형성되어 적어도 어느 하나가 다른 하나와 서로 다른 각도로 교차된 평면판(201)과, 서로 다른 직경을 갖는 복수 개의 곡면판(202)이 배기관본체(10) 내측으로 삽입될 수 있다. 도 8에 도시된 곡면판(202)은 평면판(201)이 삽입배치된 배기관본체(10) 내측에 삽입될 경우, 복수 개의 평면판(201)과 접하는 일부분이 배기관본체(10)의 길이방향으로 절개되어 삽입배치될 수 있다. 아울러, 곡면판(202)이 절개되지 않고 평면판(201)이 배기관본체(10)의 길이방향으로 절개되어 복수 개의 곡면판(202)과 접하도록 배치되어 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 이와 같이 평면판(201)과 곡면판(202)을 조합하여 여러가지 형태로 배치하여 토출구(11)의 단면을 다양한 형태로 분할하여 토출구 분할구조체(20)를 형성할 수 있다.

또한, 토출구 분할구조체(20)는 예를 들어 도 9에 도시된 바와 같이, 분할면(11a)의 형상이 비대칭적인 형상을 포함하도록 의도적으로 비대칭 형태의 구조로 형성될 수 있다. 도 9의 (a)와 같이 평면판(201)의 교차하는 각도를 조정하거나, 도 9의 (b)와 같이 토출구(11)의 단면 상에서 평면판(201)이 가로지르는 지점의 위치를 조정하여 다양한 형태의 비대칭 형상으로 토출구(11)의 단면을 축소시켜 분할할 수 있다. 도 9에는 평면판(201)을 예시하여 도시하였으나, 이러한 비대칭 구조는 곡면판을 사용하는 경우에도 얼마든지 가능하며 그러한 경우 곡면판은 반드시 원통형일 필요도 없다. 또한, 예시된 평면판의 배치와 곡면판의 배치는 반드시 서로를 배제할 필요는 없으므로 가능한 한도 내에서 곡면판과 평면판을 조합한 여러 가지 다양한 형태의 배치구조를 형성할 수 있다. 이를 통해 정형화되지 않은 여러 가지 다양한 형상의 토출구 분할구조체(20)를 형성하여 토출구(11)의 단면을 다양한 형태로 축소시켜 분할할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 엔진 배기관 2: 엔진
3: 연결관 4: 소음기
10: 배기관본체 10a, 20a: 흡음부
11: 토출구 11-1: 제1출구
11-2: 제2출구 11a: 분할면
20: 토출구 분할구조체 20b: 돌출부
21: 제1구조체 22: 제2구조체
30, 30a, 30b: 가이드관 31, 31a, 31b: 입구면
32, 32a, 32b: 출구면
111: 제1단 112: 제2단
201: 평면판 202: 곡면판
L, L': 토출구 분할구조체의 길이

Claims (8)

1. 엔진에서 생성된 배기가스를 공급받아 대기 중으로 토출시키는 엔진배기관에 있어서,
   일단부로는 배기가스를 공급받고 타단부에는 대기 중으로 개구된 배기가스의 토출구가 형성된 배기관본체;
   상기 토출구의 단면을 복수 개의 분할면으로 분할하고, 적어도 일부가 상기 배기관본체의 길이방향을 따라 삽입되어 상기 배기관본체 내측의 공간을 복수 개의 독립공간으로 구획하는 적어도 하나의 토출구 분할구조체; 및
   입구면과 출구면이 서로 평행하지 않은 관형상으로 형성되며, 상기 입구면이 상기 토출구에 연결된 가이드관을 포함하며,
   상기 토출구로부터 상기 배기관본체 내측으로 반사되는 상기 엔진의 배기음의 반사파를 증가시키고 상기 출구면 외측으로 방사되는 상기 배기음 방향을 조절하되,
   상기 토출구 분할구조체가 상기 배기관본체의 내측으로 삽입된 길이는 상기 엔진의 배기음 파장의 1/4 파장 이상으로 형성되고, 상기 가이드관은 상기 입구면과 상기 출구면 사이의 거리 중 가장 긴 거리가 상기 엔진의 배기음 파장의 1/4 파장 이하로 형성되어,
   상기 가이드관의 길이 조절에 의해, 상기 토출구 분할구조체에 의한 소음저감효과를 반감시키지 않으면서 지향성에 의한 소음저감효과(directivity loss)를 나타내는 것을 특징으로 하는 배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 가이드관은 상기 배기관본체로부터 굴절된 배기소음 저감 기능을 갖는 엔진 배기관.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가이드관은 상기 입구면과 상기 출구면이 서로 완전히 중첩되지 않는 곡관으로 형성된 배기소음 저감 가능을 갖는 엔진 배기관.
6. 제4항에 있어서,
   상기 가이드관은 상기 입구면과 상기 출구면이 서로 평행하지 않게 절단된 직선관 형상인 배기소음 저감 기능을 갖는 엔진 배기관.
7. 제1항에 있어서,
   상기 토출구 분할구조체는 상기 배기관본체의 길이방향으로 연장되어 상기 배기관본체 내측으로 삽입되는 적어도 하나의 평면판을 포함하여 형성된 배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관.
8. 제7항에 있어서,
   상기 평면판은 복수 개로 형성되며 적어도 어느 하나가 다른 하나와 서로 다른 각도로 교차되어 배치되는 배기소음 저감기능을 갖는 엔진 배기관.

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