KR20160053568A - 터보차저 배기소음 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대형 트럭 악셀 페달 팁 오프(TIP OFF) 시 터보 차저에서 발생하는 배기 이음을 저감하는 장치에 관한 것이다.
본 발명은 터보차저 후단의 배기관 통로에 배기가스의 양에 따른 추력으로 이동가능한 캡 및 캡 이동에 따라 개폐되는 배기가스 홀 구조를 적용하여, 터보차저 후단부 압력변화를 줄일 수 있는 새로운 형태의 배기 휘슬 노이즈 저감 구조를 구현함으로써, 엔진 배기가스량의 급격한 변화에도 타보차저 후단부 압력을 일정하게 유지하여 배기 이음을 방지할 수 있는 터보차저 배기소음 저감장치를 제공한다.

Description

터보차저 배기소음 저감장치{Turbo charger exhaust noise decreasing device}

본 발명은 터보차저 배기소음 저감장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대형 트럭 악셀 페달 팁 오프(TIP OFF) 시 터보 차저에서 발생하는 배기 이음을 저감하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 배기장치는 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 배기소음을 감소시키고 오염물질을 저하시킨 후에 외부로 배출시켜주는 장치이다.

이러한 배기장치는 배기가스를 단순히 대기로 배출시키는 기능 뿐만 아니라, 엔진 출력 상승을 도와 출력 증대된 엔진의 성능 구현을 원활하게 할 수 있도록 하는 작용도 한다.

보통 대형 트럭의 디젤 엔진은 배기가스가 터빈을 구동시키고, 그에 따른 컴프레셔를 연동시켜 흡입 공기량을 증대시켜주는 터보차저를 이용한다.

이러한 터보차저는 엔진의 고출력화를 위해 보다 많은 공기량을 엔진으로 공급하는 역할을 하지만, 엔진 출력 강화를 위해 터보차저 성능을 강화하게 되면, 터보차저는 부스트 압력을 상승시키도록 터빈과 컴프레서의 회전수가 상승될 수 밖에 없고, 이러한 현상은 배기측 이음을 발생시키는 단점이 있다.

예를 들면, 대형 트럭의 경우 악셀 페달 팁 오프(TIP OFF) 시 터보차저에서 배기이음이 발생하게 된다.

즉, 악셀 페달 팁 오프 시 급격한 배기가스 변화량에 의하여 급격한 압력강하가 발생하게 되고, 이로 인해 배기가스가 터보 블레이드를 통과하면서 "휭"하는 배기이음이 발생하게 된다.

이렇게 터보차저 "휭" 소음은 악셀 페달 팁 오프 시에 주로 발생하게 되며, 이는 배기가스 유량이 급격하게 줄어들 때 터보 내의 블레이드 표면에 공기 보텍스가 발생하기 때문에 일어난다.

이를 적절히 줄이기 위해서는 별도의 소음기를 적용해야 하나, 차량 공간이 부족하고 중량 및 원가 측면에서 부적절하다.

이를 개선하기 위한 또 하나의 방안은 배기가스 유량이 줄어들 때 유로를 막아 음에너지가 배기관을 통해 외부로 전달되는 것을 막는 방법이 있으나, 이를 위해서는 배기가스량에 따라 배기관 통로 단면적을 변화시켜야 하는 기술적인 어려움이 있다.

또한, 터보차저 후단부의 급격한 압력변화를 방지하기 위하여 엔진 배기 커플러에 오리피스 구조를 적용하는 방안이 있으나, 이렇게 오리피스를 추가할 경우 엔진 저 RPM 대역에서 배기 배압이 증대되어 차량 연비 및 엔진 EM에 악영향을 미치는 문제가 있다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 10-2009-0063495호에 개시되어 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 터보차저 후단의 배기관 통로에 배기가스의 양에 따른 추력으로 이동가능한 캡 및 캡 이동에 따라 개폐되는 배기가스 홀 구조를 적용하여, 터보차저 후단부 압력변화를 줄일 수 있는 새로운 형태의 배기 휘슬 노이즈 저감 구조를 구현함으로써, 엔진 배기가스량의 급격한 변화에도 타보차저 후단부 압력을 일정하게 유지하여 배기 이음을 방지할 수 있는 터보차저 배기소음 저감장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 터보차저 배기소음 저감장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 터보차저 배기소음 저감장치는 둘레면을 따라 형성되는 다수의 배기가스 홀을 가지면서 배기관의 내부에 설치되는 퍼퍼레이트 튜브와, 배기가스 진행방향을 가로막는 날개부를 가지면서 퍼퍼레이트 튜브의 둘레면에 씌워짐과 더불어 축방향으로 이동가능한 캡과, 상기 퍼퍼레이트 튜브에 고정되면서 캡의 이동을 안내하는 가이드와, 상기 가이드의 후단측과 캡의 후면측 사이에 개재되어 캡(13)을 탄력 지지하는 스프링을 포함하는 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 캡의 날개부는 캡 후단부에서 직경방향 내측을 향해 꺽이면서 일정한 폭으로 연장되는 형태로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 날개부는 배기가스 진행 방향을 마주보는 방향으로 오목한 호(弧) 형상의 단면을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가이드는 튜브 직경방향으로 배치되면서 튜브 내주면에 고정되는 지지부와 상기 지지부의 길이중간에서 뒷쪽을 향해 축방향을 따라 연장되는 가이드부로 구성될 수 있다.

그리고, 상기 캡은 캡 후단부에서 직경방향을 가로질러 형성되는 캡 지지대를 포함하며, 상기 캡 지지대를 통해 가이드에 관통 지지되면서 안내를 받을 수 있도록 되어 있다.

본 발명에서 제공하는 터보차저 배기소음 저감장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 터보차저 후단부에서 배기가스량에 따라 이동하여 배기가스 배출량을 조절해줄 수 있는 구조를 적용함으로써, 엔진 배기가스량 급격한 변화에 대하여 터보차저 후단부 압력을 일정하게 유지할 수 있으며, 따라서 "휭" 하는 배기 이음을 없앨 수 있는 효과가 있다.

둘째, 설치 공간도 많이 차지하지 않으며, 기존 소음기 설치 대비 차량 중량을 감소시킬 수 있고, 원가도 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 배기소음 저감장치를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 배기소음 저감장치를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 터보차저 배기소음 저감장치의 작동상태를 나타내는 단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터보차저 배기소음 저감장치를 나타내는 사시도와 단면도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 터보차저 배기소음 저감장치는 엔진 배기가스량의 급격한 변화에 대해 터보차저 후단부 압력을 일정하게 유지하여 "휭" 하는 배기소음을 저감시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 터보차저 후단부에 인접한 배기관(18)에는 원통형 관 형태의 퍼퍼레이트 튜브(11)가 동축 구조로 설치되고, 이렇게 설치되는 퍼퍼레이트 튜브(11)의 둘레면에는 다수 개의 배기가스 홀(10)이 형성된다.

이러한 퍼퍼레이트 튜브(11)는 배기관(18)의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 가지면서 선단부에는 배기관(18)의 내주면에 밀착 지지되는 플랜지부(17)가 형성되는 튜브로 이루어지게 된다.

이에 따라, 상기 퍼퍼레이트 튜브(11)가 배기관(18)의 내부에 설치되면 튜브 외주면과 배기관 내주면 사이에는 공간이 조성될 수 있게 되고, 결국 퍼퍼레이트 튜브(11)의 둘레면에 형성되어 있는 배기가스 홀(10)을 빠져나온 배기가스가 공간이 있는 쪽으로 흘러서 배기관을 따라 배출될 수 있게 된다.

또한, 상기 퍼퍼레이트 튜브(11)의 둘레면에 씌워지면서 슬라이드 가능하게 밀착되는 구조로 설치되는 원통형의 캡(13)이 마련되고, 이때의 캡(13)은 배기가스의 추력을 받아 축방향으로 이동될 수 있게 된다.

이러한 캡(13)의 후단부에는 배기가스 진행방향을 가로막는 구조의 날개부(12)가 형성되어, 이때의 날개부(12)를 통해 배기가스 추력을 받아낼 수 있게 된다.

이를 위하여, 상기 캡(13)에 형성되는 날개부(12)는 캡 후단부 전체 둘레에서 직경방향 내측을 향해 꺽이면서 일정한 폭으로 연장된 형태, 마치 원형의 띠 형태로 이루어질 수 있게 된다.

특히, 상기 날개부(12)의 경우 배기가스 진행 방향을 마주보는 방향이 오목하게 되는 호(弧) 형상의 단면을 갖도록 하여, 배기가스 추력을 좀더 효과적으로 받을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 캡(13)의 후단부에는 직경방향을 가로질러 형성되는, 다시 말해 캡 지름궤적을 따라 형성되는 바 형태의 캡 지지대(16)가 구비되며, 이때의 캡 지지대(16)가 후술하는 가이드(14)의 가이드부(14b)에 관통 지지될 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 캡(13)은 이동 시 가이드부(14b)를 따라 이동하는 캡 지지대(16)를 통해 안내를 받을 수 있게 된다.

그리고, 상기 퍼퍼레이트 튜브(11)의 내측에 고정되면서 캡(13)의 이동을 안내하는 수단으로 가이드(14)가 마련된다.

이러한 가이드(14)는 바 형태의 지지부(14a) 및 가이드부(14b)로 구성되며, 상기 지지부(14a)는 퍼퍼레이트 튜브(11)의 내부에서 튜브 직경방향으로 배치되면서, 즉 튜브 지름궤적을 따라 배치되면서 튜브 내면에 양단 고정되고, 상기 가이드부(14b)는 지지부(14a)의 길이중간에서 뒷쪽을 향해 축방향을 따라 나란하게 일정길이 연장되는 형태로 이루어지게 된다.

이때, 상기 가이드부(14b)에는 캡(13)에 있는 캡 지지대(16)가 관통될 수 있게 된다.

또한, 상기 가이드부(14b)의 후단부에는 스프링 직경보다 상대적으로 큰 직경을 가지는 스프링 걸림단(14c)이 형성되고, 이때의 스프링 걸림단(14c)에 스프링 한쪽 단부가 지지될 수 있게 된다.

그리고, 상기 캡(13)을 탄력 지지하는 수단으로 스프링(15)이 마련되고, 상기 스프링(15)은 가이드(14)의 가이드부(14b)있는 스프링 걸림단(14c)과 캡(13)에 있는 캡 지지대(16)의 후면 사이에 양단 지지되는 구조로 설치된다.

이렇게 설치되는 스프링(15)은 캡(13)을 배기가스 진행방향에 대응하는 방향으로 항상 밀어주는 역할을 하게 된다.

따라서, 이와 같이 구성되는 터보차저 배기가스 저감장치의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 터보차저 배기소음 저감장치의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 배기가스가 퍼퍼레이트 튜브(11)의 내부로 유입될 때 배기가스 양이 적으면 캡(13)에 적은 추력이 발생된다.

이때의 추력이 스프링(15)의 스프링 상수보다 작으면 캡(13)은 퍼퍼레이트 튜브(11)의 배기가스 홀(10)을 닫고 있는 상태로 있게 된다.

한편, 악셀 페달을 밟으면 배기가스 양이 점차 많아져 캡(13)에 큰 추력이 발생된다.

이때의 추력이 스프링(15)의 복원력보다 크면 캡(13)이 가이드(14)를 따라 뒷쪽(도면의 왼쪽)으로 움직이게 된다.

이렇게 캡(13)이 뒷쪽으로 움직이면 퍼퍼레이트 튜브(11)의 둘레면에 있는 배기가스 홀(10)이 개방되어 배기가스가 배기가스 홀(10)을 통하여 배출된다.

즉, 배기가스는 퍼퍼레이트 튜브(11)를 관통하면서 배출되는 동시에 이에 더하여 배기가스 홀(10)을 통해서도 함께 배출된다.

따라서, 터보차저 후단의 배기압력은 특별히 증대되지 않는다.

악셀 페달 팁 오프 시 배기가스 양이 작아지면 캡(13)에 발생되는 추력이 작아지게 된다.

캡(13)에 발생되는 추력이 스프링 복원력보다 작아지면 캡(13)은 앞쪽(도면의 오른쪽)으로 움직인다.

이렇게 캡(13)이 앞쪽으로 움직이면 퍼퍼레이트 튜브(11)의 둘레면에 있는 배기가스 홀(10)이 캡(13)에 의해 폐쇄되어 배기가스가 배기가스 홀(10)을 통과하지 못하게 된다.

이러한 결과는 배기압력 증대 효과를 가지게 된다.

이렇게 하여 급격한 배기유량 변화에 대하여 터보차저 후단부 압력변화를 줄일 수 있고, 따라서 터보차저에서 배기 이음을 없앨 수 있다.

10 : 배기가스 홀
11 : 퍼퍼레이트 튜브(Perforate tube)
12 : 날개부
13 : 캡
14 : 가이드
14a : 지지부
14b : 가이드부
14c : 스프링 걸림단
15 : 스프링
16 : 캡 지지대
17 : 플랜지부
18 : 배기관

Claims (5)

1. 둘레면을 따라 형성되는 다수의 배기가스 홀(10)을 가지면서 배기관의 내부에 설치되는 퍼퍼레이트 튜브(11);
   배기가스 진행방향을 가로막는 날개부(12)를 가지면서 퍼퍼레이트 튜브(11)의 둘레면에 씌워짐과 더불어 축방향으로 이동가능한 캡(13);
   상기 퍼퍼레이트 튜브(11)에 고정되면서 캡(13)의 이동을 안내하는 가이드(14);
   상기 가이드(14)의 후단측과 캡(13)의 후면측 사이에 개재되어 캡(13)을 탄력 지지하는 스프링(15);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차저 배기소음 저감장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 캡(13)의 날개부(12)는 캡 후단부에서 직경방향 내측을 향해 꺽이면서 일정한 폭으로 연장되는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터보차저 배기소음 저감장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 날개부(12)는 배기가스 진행 방향을 마주보는 방향으로 오목한 호(弧) 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 터보차저 배기소음 저감장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 가이드(14)는 튜브 직경방향으로 배치되면서 튜브 내주면에 고정되는 지지부(14a)와 상기 지지부(14a)의 길이중간에서 뒷쪽을 향해 축방향을 따라 연장되는 가이드부(14b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 터보차저 배기소음 저감장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 캡(13)은 캡 후단부에서 직경방향을 가로질러 형성되는 캡 지지대(16)를 포함하며, 상기 캡 지지대(16)를 통해 가이드(14)에 관통 지지되면서 안내를 받을 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 터보차저 배기소음 저감장치.

Images