KR200262396Y1 - 배기 감응형 벤츄리 머풀러 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차 및 오토바이용 머풀러(Muffler)에 관한 것으로, 특히 자동차의 주행속도(Running Speed) 또는 엔진의 회전속도(Rpm)에 따른 배기압력의 고·저와 흡기부압의 고·저에 따라 배기저항이 적절히 가감되어짐으로써 최적의 배기효율을 얻을 수 있도록 한 배기감응형 벤츄리 머풀러에 관한 것이다.

이러한 본 고안은 머풀러본체 내벽과 소정간격을 유지한 채 본체내부에 흡기부압에 의해 이동가능케 지지되며 양단이 개방된 슬리이브와, 상기 슬리이브와 머풀러본체 내부사이에 부압이 형성되게 엔진의 흡기다기관에 연결되는 에어호스라인과, 상기 슬리이브를 소정의 설정압력으로 탄성바이어스 하는 압력설정스프링과, 상기 슬리이브가 이동함에 따라 배기유속과 배기구의 단면적을 조절가능케 하는 벤츄리관과, 상기 벤츄리관의 벤츄리부 타측에 형성되어 배기압력을 확장공간으로 유도하는 다수개의 통공을 구비시키므로써 이루어지는 것으로 엔진의 회전수와 주행속도 등에 따른 배기가스 배기압력의 고저와 흡기부압의 고저에 반응하여 머풀러의 배기저항치가 자동적으로 조절될 수 있으므로 항상 최적의 배기효율과 증진된 엔진출력을 얻을 수 있는 것이다.

Description

배기 감응형 벤츄리 머풀러{Exhaust sensibility venturi type muffler}

본 고안은 자동차 및 오토바이용 머풀러(Muffler)에 관한 것으로, 특히 자동차의 주행속도(Running Speed) 또는 엔진의 회전속도(Rpm)에 따른 배기압력의 고·저와 흡기부압의 고·저에 따라 배기저항이 적절히 가감되어짐으로써 최적의 배기효율을 얻을 수 있도록 한 배기감응형 벤츄리 머풀러에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 배기계통에 있어서 연소가스는 연소실에서 배기다기관으로 배출되고 이어서 배기파이프 및 소음기를 순차적으로 통과하여 대기중으로 배출된다.

자동차의 출력과 효율을 위해서는 배기가스를 얼마나 신속하게 대기중으로 배출되고, 새로운 혼합기를 얼마나 많이 연소실 내에 재차 흡입시키는가 하는 것이 관건이므로 이러한 점만을 위해서라면 배기가스를 배기다기관에서 직접 대기중으로 방출시키는 것이 유리하다.

하지만 배기포트에서 배출되는 배기가스 온도는 900℃의 고온이며 압력이 매우 높은 상태이다.

그리고 배기음 또한 특히 높으므로 이와 같은 방식의 경우로는 자동차가 도로에서 주행하는 것이 거의 불가능하다는 문제점이 생긴다.

따라서 배기파이프를 지난 배기가스가 대기중으로 배출되기 전에 머풀러 곧 소음기를 통과하도록 하여서 배기가스가 가지고 있는 높은 압력과 이로 인한 소음을 줄인 후에 대기중으로 방출하게 된다.

일반적인 머풀러의 구조는 상당히 두꺼운 강철재의 상자이며 그 내부는 몇 개의 공간으로 구획되어 있고 배기가스가 이 공간을 지나감으로써 압력이 줄게되고 동시에 배기 팽창음도 줄어들게 된다.

그런데, 위와 같이 머풀러에서 배기가스가 감압 및 소음되는 과정에서 배기저항이 증대되고 이것이 엔진에서 발생하는 동력을 상당히 감소시킨다.

즉, 이러한 동력손실은 엔진출력의 약 5∼10%를 차지하게 된다고 알려져 있다.

따라서, 머풀러의 소음효과를 높이기 위해서는 출력감소를 감수해야 하는 반면에 엔진출력을 높이기 위해서는 필연적으로 머풀러의 소음효과를 기대할 수 없게 되는 것이다.

이러한 상반된 문제점으로 인해 대부분의 자동차는 엔진출력과 소음방지의 면을 자동차의 용도에 맞게 절충한 머풀러가 사용되어지고 있다.

엔진출력에 여유가 있는 배기량이 큰 엔진을 탑재한 자동차의 경우는 주행시의 배기소음을 줄이기 위해 저항이 큰 머풀러를 장착하는 경향이 두드러지나, 엔진배기량이 커도 스포츠카와 같이 엔진출력을 최대로 요구하는 경우에는 배기소음효과를 다소 작게하여 저항이 적은 머플러를 장착하고 있다.

한편, 자동차는 일반적으로 공회전 및 저속, 저회전시에는 배기가스의 배기압력이 낮아서(다시말하면 단위시간당 배출되는 배기가스의 양이 적어서)머플러에 설정된 소정의 배기저항치에도 못미치고 원활히 대기중으로 배출될 수 있지만 고속, 고회전시에는 배기가스의 압력(단위시간당 배출되는 배기가스의 양)이 증가되어 배기가스가 머풀러를 통과하기 전에 배기파이프 및 머풀러의 구획된 공간안에서 정체현상을 일으키게된다.

이것이 엔진출력을 급속하게 저하시키는 원인이 된다.

종래의 경우 일정한 배기저항치를 갖는 머풀러가 자동차 및 오토바이에 장착되었기 때문에 머풀러를 따로 교체하지 않고서는 배기저항치를 변화시킬 수 없게 되는 것이므로 자동차의 주행속도 또는 주행조건에 따라 최적의 배기효율과 높은 엔진출력을 얻을 수가 없었다.

상기 종래 문제점을 해결하기 위한 목적으로 본 고안 출원인이 기출원한 특허출원번호 1996-55328 호가 제시되고 있다.

이러한 선출원발명은 도 5 에 도시된 바와 같이 머풀러본체(1)내벽과 소정간격을 유지한채 배기압에 의해 이동 가능하도록 지지되며 양단이 개방된 슬리이브(2)와, 상기 슬리이브(2)를 소정의 설정압력으로 탄성바이어스 하는 압력설정스프링(3)과, 상기 슬리이브(2)내의 소정위치에 슬리이브(2)내부공간을 구획짓도록 설치된 에어포켓(4)과, 상기 슬리이브(2)의 내외부를 관통하며 길이방향으로 소정간격으로 형성된 복수개의 관통공(5)을 구비하여 구성되므로써 배기압이 낮을 때 배기저항치를 증가시키고 배기압이 높을 때 배기저항치를 감소시킬 수 있게 된다.

그러나 상기 선출원 발명은 배기압의 고저에 따라 슬리이브(2)가 이동하고 슬리이브(2)의 이동에 따라 슬리이브(2)의 유효한 관통공(5)이 증감되므로써 배기압이 증가되더라도 어느정도까지는 적절하게 배출이 이루어지지만 배기압이 상당히 증가되면 배기가스가 관통공(5)을 통해 외부로 배출되므로 배출공간이 협소하여 원활한 배출이 이루어지지 못하고 압력설정스프링(3)이 설치된 공간에 정체되는 문제점이 있는 것이었고 이로 인해 머풀러가 쉽게 부식되어 내구성이 뒤떨어지는 것은 물론 엔진출력이 저하되는 것이었다.

또한 흡음재(6)의 부피가 매우 작아 적절한 소음이 이루어지지 않는 것이었다.

본 고안은 자동차 및 오토바이의 주행속도 또는 엔진의 회전수에 따른 배기압력의 고·저와 흡기부압의 고·저에 따라 배기가스 저항을 적절히 가감되게 함으로써 최적의 배기효율과 높은 엔진출력을 얻을 수 있게 함을 주목적으로 한다.

이러한 본 고안은 배기압력이 낮고 흡기부압이 낮을 때 배기저항치를 증가시키며, 반대로 배기압력이 높고 흡기부압이 높을 때 배기저항치를 감소시키는 것이 특징적인 요지로써 머풀러본체 내벽과 소정간격을 유지한 채 본체내부에 흡기부압에 의해 이동가능케 지지되며 양단이 개방된 슬리이브와, 상기 슬리이브와 머풀러본체 내부사이에 부압이 형성되게 엔진의 흡기다기관에 연결되는 에어호스라인과, 상기 슬리이브를 소정의 설정압력으로 탄성바이어스 하는 압력설정스프링과, 상기 슬리이브가 이동함에 따라 배기유속과 배기구의 단면적을 조절가능케 하는 벤츄리관과, 상기 벤츄리관의 벤츄리부타측에 형성되어 배기압력을 확장공간으로 유도하는 다수개의 통공을 구비시키므로써 이루어지는 것이다.

도 1 은 본 고안 일실시예를 나타낸 일부절결 사시도

도 2 는 본 고안 머풀러의 저부하, 저회전시의 작동상태를 나타낸 단면도

도 3 은 본 고안 에어라인을 통해 엔진의 흡기행정시 흡기부압이 전달되는 상태를 나타낸 작동상태도

도 4 는 본 고안 고안 머풀러의 고부하, 고회전시의 작동상태를 나타낸 단면도

도 5 는 종래 머풀러의 내부구조를 나타낸 종단면도

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1,10 : 머풀러본체 2,20 : 슬리이브 3,40 : 압력설정스프링

12,22 : 흡음재 13,23 : 타공망 15 : 팽창공간

30 : 에어호스라인 50 : 벤츄리관 51 : 벤츄리부

60 : 통공

본 고안을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 전체적인 구성은 도 1 내지 도 2 에 도시된 바와 같이 원통형의 머풀러본체(10)안에 머풀러본체(10)의 내벽과 일정한 간격(t)을 유지한 채 머풀러본체(10)내에서 도면상 수평으로 이동 가능하도록 슬리이브(20)가 설치된다.

도면상 'A' 방향은 대기쪽을, 'B' 방향은 엔진쪽을 각각 나타낸다.

상기한 슬리이브(20)는 양단이 개방되고 내부는 흡음재(22)와 타공망(23)으로 구성된 제 2 소음수단이 장착되어있다.

머풀러본체(10)와 연결되어 있는 스토퍼(11) 및 슬리이브(20)의 일측 외주에 형성된 피스톤링가이드(12)의 홈에 일정한 간격으로 복수개의 테프론링(13)이 설치되며, 이 테프론링(13)은 상기한 슬리이브(20)의 외벽과 머풀러본체(10)에 밀착되며 머풀러본체(20)에 대하여 슬리이브(20)를 지지하고 있다.

이러한 테프론링(13)이 슬리이브(20)의 수평방향 이동에 따른 마찰마모를 저감시키기 위한 목적과 머풀러본체(10)내부와 슬리이브(20)의 외부 사이에 부압을 형성시킬 수 있도록 기밀도를 유지하는 목적이 있다.

머플러본체(10)의 대기방향쪽('A')에는 스토퍼(11)가 설치되어 슬리이브(20)의 일측에 형성된 테일스토퍼(24)와 함께 슬리이브(20)의 이동에 따른 원위치 복원을 통제하며 상기한 피스톤링가이드(12)와 스토퍼(11)사이에는 압력설정스프링(40)이 설치된다.

이 압력설정스프링(40)은 슬리이브(20)에 힘을 가하도록 슬리이브(20)를 탄성바이어스 한다.

또한 슬리이브(20)의 타측 머풀러본체(10)의 내벽에는 통상 유리솜 등의 싸이렌서 흡음재(12)와 타공망(13)으로 제 1 소음수단이 소정길이만큼 구획판(14)으로 구획되게 설치된다.

상기 머풀러본체(1)내부 제 1 소음수단의 선단에는 벤츄리부(51)가 형성된 벤츄리관(50)이 설치되고 벤츄리부(51)의 타측 외주에는 복수개의 통공(60)이 형성된다.

이 벤츄리부(51)와 통공(60)은 배기감응형 벤츄리 머플러의 핵심기술로써 배기가스 최대 배기량에 의하여 벤츄리부(51)출구의 단면적과 통공(60)의 총단면적을 설정하고 이것들로 인하여 머풀러의 특성과 성능을 결정 짓는다.

도 3 내지 도 4 는 머풀러와 엔진(8)의 바람직한 작동관계를 설명해주고 있다.

머풀러본체(10)의 외벽에는 엔진(8)의 흡기다기관(9)과 연결되는 에어호스라인(30)이 설치되어 머풀러본체(10)의 내벽과 슬리이브(20)의 외벽 사이의 공간에 화살표에 의해 표시된 것 같이 엔진(8)의 흡기행정시 발생하는 흡기부압을 전달함으로 그 공간에 진공상태의 부압을 형성할 수 있게 된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 고안의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 저부하 저회전시 머풀러 작동상태를 나타낸다.

엔진쪽('B')으로부터 배기가스가 화살표에 표시된 것 같이 배기다기관(7)을 통하여 머풀러본체(10)내로 유입됨과 동시에 도 3 에 도시된 바와 같이 엔진쪽('B')의 흡기다기관(9)으로부터 흡기부압이 화살표로 표시된 것 같이 에어호스라인(30)을 통하여 머풀러본체(10)내부와 슬리이브(20)외부 사이 즉, 압력설정스프링(40)이 설치되어 있는 공간에 흡기부압을 전달한다.

이 배기가스의 압력과 흡기부압은 전술한 압력설정스프링(40)의 설정압력 보다 높지 않으므로 슬리이브(20)는 이동되지 않은 채 도 2 의 상태를 유지한다.

곧 이 경우 배기가스의 배출은 화살표에 의해 표시된 것 같이 머풀러본체(20)의 제 1 소음수단을 통과하여 1차 소음이 이루어진 다음 벤츄리관(50)의 통공(60)을 거쳐 벤츄리부(51)의 원뿔모양으로 된 좁은 배출구로 배기가스가 저속 저압으로 지나간다.

이때 배기가스의 일부는 통공(60)을 통과하여 배기가스가 팽창할 수 있는 팽창공간(15)으로 전달되어 팽창하여 압력이 설정되어지고 또 나머지 대부분의 배기가스는 벤츄리부(51)의 좁은 배기구를 통과하면서 유속이 빨라진 상태로 슬리이브(20)내부의 제 2 소음수단을 통과하여 대기쪽('A')으로 방출된다.

이 상태는 저부하 저회전상태이므로 배기압력이 상대적으로 낮기 때문에 벤츄리부(51)의 배출구 단면적이 좁다 하더라도 배기가스가 정체되지 않고 원활히 배출될 수 있으며, 배기가스의 압력과 흡기부압의 압력이 압력설정스프링(40)의 설정압력 보다 높지 않음으로 슬리이브(20)는 이동되지 않는다.

한편, 서서히 주행속도와 엔진회전수가 증가되어 배기압력과 흡기부압이 변화하면 도 4 에 도시된 바와 같이 슬리이브(20)가 압력설정스프링(40)의 설정압력을 이기고 대기쪽('A')방향으로 이동된다.

슬리이브(20)가 이동함에 따라 벤츄리부(51)와 슬리이브(20)의 테일스토퍼(24)타측에 형성된 슬리이브 캡(25)과의 간격이 커진다.

이 슬리이브캡(25)의 내부 단면적이 슬리이브(20)가 대기쪽('A') 방향으로 이동하면 할수록 커지게 되는 것이다.

이러한 배기가스는 벤츄리관(50)의 통공(60)을 통과하여 배기가스 팽창공간(15)에서 팽창하여 큰 압력을 가짐과 동시에 엔진쪽('B')의 흡기다기관(9)내부의 부압 또한 커진상태에서 이 부압이 에어호스라인(30)에 전달되어 머풀러본체(10), 내벽과 슬리이브본체(20)의 외벽사이의 압력설정스프링(40)이 있는 공간에 강한 부압을 다시 형성시키므로 슬리이브(20)를 대기쪽('A')방향으로 더 잘 이동시킬 수 있게 된다.

그러므로 상기 압력설정스프링(40)이 설치된 공간에서의 강한부압과 배기가스팽창공간(15)에서 팽창된 배기가스의 높은 배기압력이 슬리이브(20)의 이동에 대항하는 압력설정스프링(40)의 설정압력을 이기고 슬리이브(20)를 대기쪽('A')방향으로 밀어내며 동시에 슬리이브(20)와 연결된 슬리이브캡(25)과 벤츄리부(51)사이의 넓어진 간극으로 배기가스 팽창공간(15)에서 팽창한 배기가스가 신속히 배출되고 또한 벤츄리부(51)의 좁은 배출구에서는 굉장한 속도의 배기가스가 더 빠른 속도로 가속되어 배출구를 통과하여 슬리이브(20) 내부의 제 2 소음수단을 거쳐서 대기쪽('A')으로 신속하게 배출된다.

이때 벤츄리부(51)의 좁은 배출구의 배기유속이 굉장히 빨라지므로 압력은 낮아지게 된다.

이 낮아진 압력은 옆 면의 슬리이브캡(25)간극을 지나는 높은 배기가스 압력과의 차이에 의하여 화살표로 표시된 것과 같이 슬리이브캡(25)과 벤츄리부(51)사이의 넓어진 간극으로부터 더욱 더 신속하게 머물러 있는 배기가스를 뽑아내게 딘다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 고안은 배기압력과 흡기부압을 활용하여 슬리이브의 이동을 원활히 하여 벤츄리부(51)의 형상과 기능에 따라 배기가스가 지나는 단면적이 가변되므로 엔진부하 및 회전수의 증가에 의한 배기압력이 상승하게 되더라도 배기압력의 증감에 비례하여 배기저항치가 조절되므로 배기가스가 정체되지 않고 넓어진 단면적을 통하여 원활히 대기중으로 배출될 수 있고 결국에는 엔진출력의 손실을 막아 종래의 머풀러에서 얻지 못하는 약 10%의 엔진출력을 다시금 회복시킬 수 있게 된다.

본 고안은 엔진의 회전수와 주행속도 등에 따른 배기가스 배기압력의 고저와 흡기부압의 고저에 반응하여 머풀러의 배기저항치가 자동적으로 조절될 수 있으므로 항상 최적의 배기효율과 증진된 엔진출력을 얻을 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 자동차용 머풀러에 있어서, 머풀러본체(10)내벽과 소정간격을 유지한 채 본체(10)내부에 흡기부압에 의해 이동가능케 지지되며 양단이 개방된 슬리이브(20)와,

   상기 슬리이브(20)와 머풀러본체(10) 내부사이에 부압이 형성되게 엔진(8)의 흡기다기관(9)에 연결되는 에어호스라인(30)과,

   상기 슬리이브(20)를 소정의 설정압력으로 탄성바이어스 하는 압력설정스프링(40)과,

   상기 슬리이브(20)가 이동함에 따라 배기유속과 배기구의 단면적을 조절가능케 하는 벤츄리관(50)과,

   상기 벤츄리관(50)의 벤츄리부(51)타측에 형성되어 배기압력을 확장공간으로 유도하는 다수개의 통공(60)을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 배기 감응형 벤츄리 머풀러.
2. 청구항 1 에 있어서, 벤츄리관(50)의 벤츄리부(51)선단으로부터 슬리이브(20)에 형성된 슬리이브캡(25)이 슬리이브(20)와 함께 대기방향으로 이동함에 따라 배기구의 단면적이 벤츄리부(51)의 외형태에 따라 넓어지므로써 최대 배기구면적을 확보 가능케 가변됨을 특징으로 하는 배기 감응형 벤츄리 머풀러.
3. 청구항 1 에 있어서, 에어호스라인(30)은 엔진의 고부하고회전시 흡기다기관(9)의 흡기부압을 머풀러본체(10)내부와 슬리이브(20)사이에 전달하여 진공상태를 유지시켜 슬리이브(20)의 이동을 더욱 원활하게 하는 것을 특징으로 하는 배기 감응형 벤츄리 머풀러.
4. 청구항 1 또는 청구항 2 에 있어서, 벤츄리부(51)를 통과하는 배기가스는 유속이 빨라지고 압력이 저하되는 한편 벤츄리관(50)의 통공(60)을 통과하여 팽창공간(15)으로 배출되는 배기가스는 유속이 느려지고 압력이 상승하며 상기 팽창공간(15)으로부터 압력이 낮은 벤츄리부(51)의 선단까지 압력차로 인해 더욱 원활하게 배출되는 것을 특징으로 하는 배기 감응형 벤츄리 머풀러.