KR19980076062A

KR19980076062A - Exhaust Noise Control

Info

Publication number: KR19980076062A
Application number: KR1019970012575A
Authority: KR
Inventors: 송진호
Original assignee: 김영귀; 기아자동차 주식회사
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1998-11-16

Abstract

엔진의 구동 상태에 따라 배기가스에 의한 소음을 줄여주고, 특히 종래 소음기에서 소음을 줄여주지 못하는 500Hz 미만의 저주파 영역에서도 그 효과가 뛰어나며, 엔진의 크랭크샤프트에 결합되어 상기 크랭크샤프트의 회전수에 비례하여 소정의 펄스신호를 발생하는 펄스 제네레이터, 펄스신호를 감지하기 위한 펄스 감지센서, 배기가스의 배출경로 상에 설치되고 소정의 음파를 발생하여 배기가스에 의한 음파를 감쇠시키는 스피커 및 펄스 감지센서와 스피커 사이에 설치되고 펄스 감지 센서에서 감지된 펄스신호의 수에 따라 스피커의 동작을 제어하는 스피커 컨트롤 유닛을 포함하는 구성으로 이루어진 배기소음 제어장치에 관한 발명.It reduces the noise caused by the exhaust gas according to the driving state of the engine, and is particularly effective in the low frequency region below 500 Hz, which does not reduce the noise in the conventional silencer. A pulse generator for generating a predetermined pulse signal, a pulse detecting sensor for detecting a pulse signal, a speaker and a pulse detecting sensor installed on an exhaust path of the exhaust gas and generating a predetermined sound wave to attenuate the sound wave by the exhaust gas; An exhaust noise control device comprising a speaker control unit installed between the speakers and controlling the operation of the speaker according to the number of pulse signals detected by the pulse detection sensor.

Description

Exhaust Noise Control

본 발명은 배기소음 제어장치에 관한 것으로, 특히 자동차의 엔진에서 연소되어 배기 파이프를 통해 배출되는 배기가스로 인해 발생되는 소음을 능동적으로 제어하므로써 승차감을 향상시킬 수 있도록 해주는 배기소음 제어장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust noise control device, and more particularly, to an exhaust noise control device that improves ride comfort by actively controlling noise generated by exhaust gas emitted from an engine of an automobile and discharged through an exhaust pipe. .

일반적으로 엔진의 내부 연소실에서 연소되어 배기 파이프를 통해 배출되는 배기가스는 고온, 고압의 상태이므로 갑자기 외부로 배출되면 큰 소음을 발생한다. 이 배기가스에 의한 소음을 줄이기 위해 배기 파이프에 머플러(muffler) 즉, 소음기를 설치한다.In general, the exhaust gas, which is combusted in the internal combustion chamber of the engine and discharged through the exhaust pipe, is in a high temperature and high pressure state, and when it is suddenly discharged to the outside, a large noise occurs. In order to reduce noise caused by the exhaust gas, a muffler, that is, a silencer, is installed in the exhaust pipe.

제1도는 종래의 소음기 구조를 보여주는 파단 사시도이다. 제1도에는 배기 파이프(10)가 도시되어 있다. 이 배기 파이프(10)의 앞쪽 끝단은 엔진에 부착된 배기 매니폴드에 연결되어 있으며, 배기가스가 외부로 방출되는 뒤쪽 끝단 사이에 소음기(20)가 설치되어 있다. 제1도에서 알 수 있듯이 종래의 소음기(20)는 소정 두께의 철판을 원통형으로 용접하여 만들었으며, 그 내부에 몇 개의 칸막이(22)를 설치하여 배기가스가 칸막이(22)를 통과할 때마다 음파의 간섭, 압력변동의 감소 및 온도저하가 되도록 하므로써 소음이 줄어들도록 하였다. 이러한 종래의 소음기(20)에서는 소음효과를 높이기 위해 소음기(20)의 저항을 너무 크게 하면 엔진의 폭음은 적어지나, 배기 행정에 가해지는 저항, 즉 배압이 높아져서 엔진의 출력이 저하된다는 단점이 있다. 뿐만 아니라 엔진의 출력은 시간에 따라 변하고, 그에 따라 배기가스의 압력, 온도 등도 변하는 데 종래의 소음기는 이에 적응적으로 대처하지 못한다는 단점도 있다.1 is a broken perspective view showing a conventional silencer structure. Exhaust pipe 10 is shown in FIG. The front end of the exhaust pipe 10 is connected to an exhaust manifold attached to the engine, and a silencer 20 is provided between the rear ends at which exhaust gas is discharged to the outside. As can be seen in FIG. 1, the conventional silencer 20 is made by welding a steel plate having a predetermined thickness in a cylindrical shape, and a plurality of partitions 22 are installed therein so that exhaust gas passes through the partition 22 every time. The noise is reduced by the interference of sound waves, the reduction of pressure fluctuations and the decrease of temperature. In the conventional silencer 20, if the resistance of the silencer 20 is made too large to increase the noise effect, the engine's sound level decreases, but the resistance applied to the exhaust stroke, that is, the back pressure increases, resulting in a decrease in the engine output. . In addition, the output of the engine changes over time, and accordingly, the pressure, temperature, etc. of the exhaust gas also change, which has a disadvantage in that a conventional silencer does not cope with this adaptively.

본 발명의 목적은 엔진 구동 상태에 따라 배기가스에 의한 소음을 줄여주며, 특히 종래 소음기에서 소음을 줄여주지 못하는 500Hz 미만의 저주파 영역에서도 그 효과가 뛰어난 배기소음 제어장치를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to reduce the noise caused by the exhaust gas in accordance with the engine driving state, in particular to provide an exhaust noise control device excellent in the effect even in the low frequency region of less than 500Hz that does not reduce the noise in the conventional silencer.

제1도는 종래의 소음기 구조를 보여주는 파단 사시도,1 is a broken perspective view showing a conventional silencer structure,

제2도는 본 발명에 따른 능동 배기소음 제어장치를 나타낸 도면이다.2 is a view showing an active exhaust noise control apparatus according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

30 : 엔진32 : 크랭크샤프트30 engine 32 crankshaft

40 : 펄스 제네레이터50 : 배기 파이프40 pulse generator 50 exhaust pipe

60 : 소음기70 : 펄스 센서60: silencer 70: pulse sensor

80 : 스피커90 : 스피커 컨트롤 유닛80: speaker 90: speaker control unit

100 : 마이크로 폰100: microphone

본 발명의 목적은 엔진에서 연소되어 배기 파이프를 통해 배출되는 배기가스의 배기소음을 저감시켜주기 위한 배기소음 제어장치에 있어서, 엔진의 크랭크샤프트에 결합되어 크랭크샤프트의 회전수에 비례하여 소정의 펄스신호를 발생하는 펄스 제네레이터, 펄스신호를 감지하기 위한 펄스 감지센서, 배기가스의 배출경로 상에 설치되고 소정의 음파를 발생하여 배기가스에 의한 음파를 감쇠시키는 스피커 및 펄스 감지센서와 스피커 사이에 설치되고 펄스 감지센서에서 감지된 펄스신호의 수에 따라 스피커의 동작을 제어하는 스피커 컨트롤 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기소음 제어장치에 의해 달성 가능하다.An object of the present invention is an exhaust noise control device for reducing exhaust noise of exhaust gas discharged through an exhaust pipe by combustion in an engine, wherein a predetermined pulse is coupled to a crank shaft of an engine in proportion to a rotation speed of the crank shaft. Pulse generator to generate signal, pulse sensor to detect pulse signal, speaker installed on exhaust path of exhaust gas and installed between speaker and pulse sensor and speaker to generate sound wave and attenuate sound wave by exhaust gas And a speaker control unit for controlling the operation of the speaker according to the number of pulse signals detected by the pulse detection sensor.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제2도는 본 발명에 따른 능동 배기소음 제어장치를 나타낸 도면이다. 제2도에는 엔진(30)이 도시되어 있다. 이 엔진(30)은 크랭크샤프트(32)를 구비하고 있다. 이 크랭크샤프트(32)에는 펄스 제네레이터(pulse generator, 40)가 결합되어 있다. 이 펄스 제네레이터(40)는 크랭크샤프트(32)가 회전되면 같은 방향, 같은 속도로 회전되면서 회전속도에 따라 소정의 펄스신호를 발생한다.2 is a view showing an active exhaust noise control apparatus according to the present invention. 2 shows the engine 30. This engine 30 has a crankshaft 32. The crankshaft 32 is coupled to a pulse generator 40. When the crankshaft 32 is rotated, the pulse generator 40 rotates in the same direction and at the same speed, and generates a predetermined pulse signal according to the rotation speed.

엔진(30)의 타측으로는 배기 파이프(50)가 연결되어 있다. 이 배기 파이프(50)는 엔진(30) 내부에서 연소된 연소가스가 배출되는 부분으로 소음기(60)가 결합되어 있다. 이 소음기(60)로는 기존의 것을 이용하여도 되며, 엔진에 작용하는 배압이 적도록 설계하여도 된다.The exhaust pipe 50 is connected to the other side of the engine 30. The exhaust pipe 50 is a portion in which the combustion gas burnt in the engine 30 is discharged, the silencer 60 is coupled. As this silencer 60, an existing one may be used and it may be designed so that the back pressure acting on an engine may be small.

도시된 바와 같이 펄스 제네레이터(40)의 옆쪽으로 펄스 센서(70)가 배치되어 있다. 이 펄스 센서(70)은 펄스 제네레이터(40)에서 발생하는 펄스신호를 감지하기 위한 것이다.As shown, the pulse sensor 70 is disposed to the side of the pulse generator 40. The pulse sensor 70 is for detecting a pulse signal generated by the pulse generator 40.

제2도에 나타낸 바와 같이 소음기(60)의 뒤쪽으로 스피커(80)가 설치되어 있다. 이 스피커(80)는 소음기(60) 뒤쪽에서 발생되는 음파를 감쇠시켜주는 음파를 발생하기 위한 것으로, 소음기(60) 뒤쪽 배기 파이프(50) 내부에 설치하는 것이 좋다.As shown in FIG. 2, the speaker 80 is provided behind the silencer 60. As shown in FIG. The speaker 80 is for generating sound waves that attenuate sound waves generated from the rear of the silencer 60, and is preferably installed inside the exhaust pipe 50 behind the silencer 60.

펄스 센서(70)와 스피커(80) 사이에는 스피커 컨트롤 유닛(90)이 설치되어 있다. 이 스피커 컨트롤 유닛(90)은 펄스 센서(70)에서 인가되는 펄스의 수에 따라 스피커(80)의 동작을 제어하기 위한 것이다.A speaker control unit 90 is provided between the pulse sensor 70 and the speaker 80. This speaker control unit 90 is for controlling the operation of the speaker 80 according to the number of pulses applied from the pulse sensor 70.

스피커(80) 뒤쪽으로 마이크로 폰(100)이 더 설치되어 있다. 이 마이크로 폰(100)은 오차를 보정하기 위한 것으로 감쇠과정을 거친 배기소음의 음파특성을 측정하여 스피커 컨트롤 유닛(90)으로 인가하기 위한 것이다.The microphone 100 is further installed behind the speaker 80. The microphone 100 is used to correct the error and to measure the sound wave characteristics of the exhaust noise subjected to the attenuation process to the speaker control unit 90.

즉, 엔진(30)의 구동속도에 따라 크랭크샤프트(32)의 회전속도도 달라지고 그에 따라 펄스 제네레이터(40)에서 발생되는 펄스신호의 수도 달라진다. 이 펄스 신호는 펄스 센서(70)에서 감지되어 스피커 컨트롤 유닛(90)으로 인가된다. 스피커 컨트롤 유닛(90)은 엔진(30)의 각 구동상태에서의 배기소음의 음파 특성에 대응되는 정보 즉, 참조신호를 저장하고 있다가 소정 주파수의 펄스신호가 인가되면 그에 대응되는 음파를 발생하도록 스피커(80)를 제어한다. 마이크로 폰(100)은 감쇠 과정을 거친 배기소음의 특성을 측정하여 스피커 컨트롤 유닛(90)으로 피드 백 한다. 그러면 스피커 컨트롤 유닛(90)은 펄스 센서(70)에서 인가되는 정보에서 오차를 수정하여 스피커(80)의 동작을 제어한다. 이에 따라 엔진(30)의 구동상태에 따라 달라지는 배기소음을 능동적으로 감쇠시켜주게 된다. 이러한 배기소음 제어장치에 있어 스피커(100) 등은 직접 배기가스에 노출되어 있기 때문에 내구성, 내열성을 가지도록 설계되어야 한다. 스피커(80)는 100℃∼600℃에서 견디며 100∼120W 정도의 출력을 갖게 설계하는 것이 바람직하다. 마이크로 폰(100) 역시 100℃∼600℃에서 견딜 수 있도록 하고, 그 플로우 레이트(flow rate)는 50∼120m/s가 되도록 설계하는 것이 바람직하다.That is, the rotation speed of the crankshaft 32 also varies according to the driving speed of the engine 30, and thus the number of pulse signals generated by the pulse generator 40 also varies. This pulse signal is detected by the pulse sensor 70 and applied to the speaker control unit 90. The speaker control unit 90 stores information corresponding to sound wave characteristics of exhaust noise in each driving state of the engine 30, that is, a reference signal, and generates a corresponding sound wave when a pulse signal of a predetermined frequency is applied. The speaker 80 is controlled. The microphone 100 feeds back to the speaker control unit 90 by measuring the characteristics of the exhaust noise subjected to the attenuation process. Then, the speaker control unit 90 controls the operation of the speaker 80 by correcting an error in the information applied from the pulse sensor 70. Accordingly, the exhaust noise that varies depending on the driving state of the engine 30 is actively attenuated. In such an exhaust noise control device, since the speaker 100 is directly exposed to the exhaust gas, the speaker 100 should be designed to have durability and heat resistance. The speaker 80 is preferably designed to endure at 100 ° C to 600 ° C and to have an output of about 100 to 120W. The microphone 100 is also preferably designed to be able to withstand at 100 ° C to 600 ° C and its flow rate is 50 to 120 m / s.

특히, 스피커(80)는 소형이면서도 평탄한 음압 특성, 선형 위상, 작은 왜곡 등의 특성을 가져야 하는 데, 케블라(kevlar) 합금을 이용하여 기존 스피커 보다 1/2∼1/3배 정도의 소형으로서도 동일한 출력을 내는 것이 좋다.In particular, the speaker 80 should have small and flat sound pressure characteristics, linear phase, small distortion, and the like. The kevlar alloy may be used to be 1/2 to 1/3 times smaller than conventional speakers. It is good to have output.

위에서 설명한 배기소음 제어장치에서 참조신호의 결정과 마이크로 폰의 위치 설정이 설계하기 어려운 부분인데, 배기소음의 경우 엔진 호전에 따라 주파수가 급격히 변화하고 배기 파이프 내의 고차 모드의 영향으로 (가속 시에는 엔진 주파수의 2, 2차 조화 주파수가 지배적인 상황이 발생) 정확한 참조신호의 설정이 용이하지 않다. 참조신호로는 엔진 가속도 신호, 엔진 타코신호, 엔진 점화신호(ignition signal) 등을 이용할 수 있으나, 이 신호들은 엔진 주파수만을 가지고 있어 배기소음의 조화 주파수 성분을 저감하기 어렵다. 따라서 엔진 주파수를 가지고 2차 조화 주파수를 합성하는 파형합성법을 이용하여 새로운 참조신호를 만들고 이것을 이용하여 제어 효율을 높일 필요성이 있다.In the exhaust noise control device described above, the determination of the reference signal and the positioning of the microphone are difficult to design. In the case of exhaust noise, the frequency changes drastically according to the improvement of the engine and due to the high order mode in the exhaust pipe, The situation where the 2nd and 2nd harmonic frequency of the frequency dominates.) Setting the correct reference signal is not easy. The reference signal may be an engine acceleration signal, an engine taco signal, an engine ignition signal, or the like. However, since these signals have only an engine frequency, it is difficult to reduce harmonic frequency components of exhaust noise. Therefore, there is a need to generate a new reference signal using the waveform synthesis method that synthesizes the second harmonic frequency with the engine frequency and to increase the control efficiency using the reference signal.

이상 설명한 본 발명에 따른 능동 배기소음 제어장치는 엔진의 구동상태에 따라 배기소음을 저감시켜줄 뿐만 아니라 특히 저주파 영역의 배기소음을 저감시키는 데 효과적이다.The active exhaust noise control device according to the present invention described above not only reduces exhaust noise depending on the driving state of the engine, but is particularly effective in reducing exhaust noise in a low frequency region.

Claims

In the exhaust noise control device for reducing the exhaust noise of the exhaust gas which is combusted in the engine and discharged through the exhaust pipe,

A pulse generator coupled to the crankshaft of the engine to generate a predetermined pulse signal in proportion to the rotational speed of the crankshaft;

A pulse detecting sensor for detecting the pulse signal;

A speaker installed on the exhaust path of the exhaust gas and generating a predetermined sound wave to attenuate the sound wave caused by the exhaust gas; And

And a speaker control unit installed between the pulse detection sensor and the speaker and controlling the operation of the speaker according to the number of pulse signals detected by the pulse detection sensor.

The exhaust noise control device according to claim 1, wherein the speaker is provided inside the exhaust pipe near a rear end of the silencer coupled to the exhaust pipe.

The exhaust noise control device according to claim 1, further comprising a microphone which is provided behind the speaker to measure a degree of the attenuated exhaust noise and apply it to the speaker control unit.