KR20180112310A - 내연기관용 저배압 소음기 - Google Patents

Abstract

내연기관용 저배압 소음기로서, 내부가 회전 소음(消音) 챔버 및 공명 챔버로 구획되는 본체부; 상기 본체부의 일측 상부에 구비되며 배기가스가 유입되도록 내연기관의 배기관에 연통되게 결합되는 가스유입관; 및 상기 회전 소음 챔버에 연통되고 상기 공명 챔버를 거쳐 상기 본체부의 타측에 외측으로 연장되게 형성되어 배기가스를 배출시키는 가스배기관;을 포함하고, 상기 회전 소음 챔버 내에는, 상기 가스유입관을 통하여 유입되는 배기가스의 진행 방향에 수직한 방향으로 회전 가능하게 설치되는 회전샤프트; 배기가스의 소음을 감소시키도록 상기 회전샤프트의 외주연에 방사상으로 연장 형성되는 복수 개의 블레이드; 및 상기 복수 개의 블레이드의 양 측단을 밀폐하는 한 쌍의 원판부재;를 포함하는 임펠러가 설치되며, 상기 가스배기관은, 상기 공명 챔버 내부 구간의 외주연에 복수 개의 관통공이 형성되는 구성을 마련함으로써, 배기 저항을 감소시켜 엔진의 출력을 증대시키고 연비를 향상시키며 회전 소음 챔버 및 공명 챔버를 통해 소음을 감쇄시켜 충분한 소음 성능을 얻을 수 있게 된다.

Description

내연기관용 저배압 소음기{Muffler having Low Exhaust Back Pressure for Internal Combustion Engine}

본 발명은 내연기관용 저배압 소음기에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 내연기관의 배기 시스템 내에 설치되어 압력 변화에 따른 기체의 팽창으로 발생 되는 압력파(소음)를 효과적으로 감쇠시키면서 배기가스는 원활히 통과시켜서 배기 저항을 감소시키고, 임펠러의 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링에 배기가스 의 열과 수분이 전달되는 것을 차단하여 내열성과 내구성을 향상시킨, 내연기관용 저배압 소음기에 관한 것이다.

내연기관이 작동되면 연소실 내에서 혼합기가 연소되어 압력이 급격히 상승하면서 압력파(폭발음)가 발생하게 되고 연소가스는 배기 매니폴드를 통하여 고온(600~700℃), 고압(3~5 kg/cm²)으로 나가게 되며 음속은 600 m/s에 달하게 된다. 이러한 고온 고압의 연소가스를 그대로 외부에 방출하면 낮은 대기압과의 높은 압력차에 의한 급격한 팽창에 의해 압력파가 발생하게 되므로 대부분의 차량에서는 연소가스를 배기 매니폴드, 배기 파이프, 서브 머플러 및 메인 머플러를 통해 대기로 방출시키면서 배기가스의 온도와 압력을 저하시켜 배출하고 있다.

소음기(머플러)는 내연기관으로부터 배출되는 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 배출함으로써 배기소음을 저감시키는 장치로서, 유체의 자유로운 흐름에 방해가 되지 않으면서 내부를 통해 전파되는 소음을 감쇠시킬 목적으로 형상 및 재질 처리를 한 관 또는 덕트의 한 부분으로 정의되며, 음파의 흡수, 반사, 간섭 등과 같은 파동의 성질을 이용하여 소음을 저감시키는 기구이다.

일반적인 소음기는 강판을 원통형으로 만들고 그 내부를 몇 개의 공간으로 구분하여 배기가스가 그들의 장벽을 통과한 음파의 흡수, 반사, 간섭, 압력변동의 감소 및 배기 온도의 저하 등을 일으켜 소음이 점진적으로 감소되도록 구성되어 있다

이러한 일반적인 소음기의 경우, 공회전이나 엔진의 저회전 가동시에는 배기가스의 압력이 낮아서 소음기에 설정된 소정의 배기 저항치에도 불구하고 원활히 대기중으로 배출될 수 있지만, 고속 및 고회전 영역으로 갈수록 배기가스의 압력이 증가되고 소음기를 통과하는 동안 정체 현상을 일으킴에 따라 엔진출력이 급속하게 저하되는 문제점이 있으며, 엔진의 저속/고속 가동에 의한 변환속도에 능동적으로 대처하여 엔진출력을 효과적으로 유지할 수 없는 문제점이 있다

일반적인 자동차용 가솔린 엔진을 예로 들면, 아이들링시의 750 rpm으로부터 2500~3000 rpm의 상용사용회전영역에서는 소음이 없는 정숙함이 요구되고, 3000 rpm 이상의 고회전 영역에서는 소음기의 배압을 낮추어 출력이 증가되도록 하는 것이 요구된다.

이러한 요구를 만족하기 위하여 종래에는 소음기의 배압을 조절하는 가변 밸브를 구비하는 소음기가 제안된 바 있다.

수동형 가변 소음기에서는 소음기 내부의 연통관의 배기가스의 출구에 가변 밸브를 탄성부재에 의해 지지되도록 조립한다. 이에 따라, 엔진의 통상적인 회전영역에서는 배기압이 약하므로 탄성 부재의 지지력에 의해 가변 밸브를 연통관 측으로 가압하여서 통로를 폐쇄하게 되어, 소음기로부터 외부로 배출되는 배기가스가 배기저항이 높은 통로를 경유하여 배출되므로 배기음이 정숙하게 된다. 한편, 엔진이 3000 rpm 이상의 고회전 영역이되면 배기압이 증대되므로 탄성 부재의 지지력보다 강한 배기압에 의하여 가변 밸브가 개방되게 된다. 그리고, 가변 밸브가 닫힐 때의 접촉소음 저감을 위하여 와이어 메쉬로 된 완충재가 사용되나, 완충재가 오랜 기간을 사용되면 경화되어 완충 성능이 떨어져서 접촉 소음이 증대되는 단점이 있다

능동형 가변 소음기에서는 솔레노이드와 같은 구동요소를 이용하여 배기압에 따라 가변 밸브를 개폐하게 된다. 그러나, 솔레노이드와 같은 구동요소를 필요로 하는바 제조비용이 증가되는 단점이 있다.

한편, 배기가스를 회전시켜 와류 간섭에 의해 배기소음을 감소시키는 소음기에 관한 기술의 일 예로서, 하기의 특허문헌 1에서는 '내연기관용 소음기'가 제안된 바 있고, 하기의 특허문헌 2에서는 '내연기관의 배기 소음기'가 제안된 바 있다.

또한, 배기가스에 의해 회전되는 회전체를 사용하여 소음을 감소 및 상쇄시키는 소음기에 관한 기술의 일 예로서, 하기의 특허문헌 3에서는 '회전핀식 소음기'가 제안된 바 있고, 본 출원인도 하기의 특허문헌 4에서 '내연기관용 소음기 및 이를 구비한 내연기관용 엔진'을 제안한 바 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0306339호(공고일자 2001년 09월 13일) 대한민국 공개특허공보 제10-2005-0099321호(공개일자 2005년 10월 13일) 일본 공개특허공보 특개2001-140628호(공개일자 2001년 05월 22일) 대한민국 등록특허공보 제10-0985150호(공고일자 2010년 10월 08일)

특허문헌 1은, 케이싱과, 상기 케이싱내에 설치되고 배기가스 유입 파이프에 연결되는 확산 와류수단과, 상기 케이싱의 내부에 일측이 위치되고 타측이 외부로 돌출됨과 동시에 후단에 테일 파이프가 형성된 와류원통과, 상기 와류원통내에 축방향으로 설치한 와류부재로 구성됨으로써, 와류 간섭에 의한 마찰열의 발생에 의하여 배기소음을 감쇠시키고 배기가스의 흐름 방향의 전환이 원활한 내연기관용 소음기를 제안한다.

그러나, 음파는 횡파로서 경계면에서 반사되는 성질이 있고 배기가스의 물리적 이동과는 별개로 매질인 배기가스의 진동에 의해 전파되는 파동인바 배기가스에 와류를 발생시킨다 하여도 음파는 거의 감소되지 않으므로 소음의 저감 효과가 낮고 다수의 원추형 와류부재에 의해 소음기의 배압이 증가되는 단점이 있었다.

특허문헌 2는 내연기관의 배기소음기로서, 상기 내연기관의 배기구로부터의 배기소음이 외부로 배출되도록 소음유입공과 소음유출공이 양측에 설치되어 있는 몸체; 및 상기 몸체의 소음유입공측에 설치되고 상기 배기구를 통해 배출되는 배기소음이 회전하여 감쇠되도록 소음회전부를 가지는 소음 가이드;를 포함하여 구성됨으로써 비용을 낮추면서 제조공정이 단순화되는 내연기관의 배기소음기를 제안한다.

그러나, 음파는 횡파로서 경계면에서 반사되는 성질이 있고 배기가스의 물리적 이동과는 별개로 매질인 배기가스의 진동에 의해 전파되는 파동인바 쇄기형 소음가이드에 의해 배기가스를 회전시켜도 음파는 거의 감소되지 않으므로 소음의 저감 효과가 낮고 배기가스가 소음가이드 표면의 소음가이드에 부딪힘에 따라 소음기의 배압이 증가되는 단점이 있었다.

특허문헌 3은, 내연기관에 접속된 배기관에 장착하는 소음기로서, 배기관의 주위에 소음커버를 설치하고, 이 소음커버의 내부에 소음재를 충전한 소음 스페이스를 설치함과 함께, 배기관의 배기압력으로 회전하는 소음핀을 소음커버 내의 배기관에 장착하고, 소음핀의 회전하는 날개를 통하여 배기음을 배기관 주위로 반사시켜 반사음의 일부를 소음 스페이스 내에서 소음함과 함께, 반사음의 일부를 배기음에 간섭시켜 소음하는 것을 특징으로 하는 회전핀식 소음기를 제안한다.

그러나, 소음재는 시간이 지나면 배기가스의 열과 분진에 의해 경화 및 노화되어 소음 성능이 저하되는바 수명이 짧고, 경화된 소음재의 파편이 배기가스와 함께 배출되어 인체에 해를 끼칠 수 있으며, 소음핀을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 배기가스의 열과 수분으로부터 보호하는 장치가 없어 베어링의 내열성과 내구성이 떨어지는 단점이 있었다.

특허문헌 4는 내연기관의 엔진룸 자체에 배기가스의 흐름 방향에 직각되는 평면 또는 곡면을 갖는 다수의 방사상(放射狀)의 날개가 형성되는 송풍 팬을 설치하고 엔진 소음은 상기 팬 날개에서 반사토록 하여 상기 송풍 팬의 다수의 방사상의 날개면과 상기 송풍 팬을 커버하는 사면체 커버의 내면 사이에서 엔진소음을 차단 및 반사시켜 소음 진행을 상쇄 내지 감소시키고 엔진의 배기가스는 팬의 동작에 따라 순방향으로 배출 파이프로 향하게 함으로써, 종래와 같은 별도의 고정 소음 반사판을 배제하여 배압 가능성을 제거하여 엔진의 구동출력을 증가할 수 있는 내연기관용 소음기 및 이를 구비한 내연기관용 엔진을 제안한다.

그러나, 소음기가 배기밸브에 인접한 곳이나 배기 매니폴드 근접부에 설치될 경우, 상대적으로 더욱 고온 고압인 배기가스의 열과 수분으로부터 중앙 구동축을 회전 가능하게 지지하는 베어링을 보호하는 장치가 없어 베어링의 내열성과 내구성이 떨어지는 단점이 있었다.

상기한 바와 같은 단점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 내연기관의 배기 시스템 내에 설치되어 압력 변화에 따른 기체의 팽창으로 발생 되는 압력파(소음)를 효과적으로 감쇠시키면서 배기가스는 원활히 통과시켜서 배기 저항을 감소시키는 내연기관용 저배압 소음기를 제공함으로써, 엔진의 출력을 증대시키고 연비를 향상시키면서도 공명 챔버를 통해 소음을 감쇄시켜 충분한 소음 성능을 얻을 수 있도록 하는 데 있다.

그리고, 회전체의 회전 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링에 배기가스 내의 물과 열이 전달되는 것을 차단하여 내열성과 내구성을 향상시킨 내연기관용 저배압 소음기를 제공함으로써, 정비 없이 오랫동안 사용할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 내연기관용 저배압 소음기로서, 내부가 회전 소음(消音) 챔버 및 공명 챔버로 구획되는 본체부; 상기 본체부의 일측 상부에 구비되며 배기가스가 유입되도록 내연기관의 배기관에 연통되게 결합되는 가스유입관; 및 상기 회전 소음 챔버에 연통되고 상기 공명 챔버를 거쳐 상기 본체부의 타측에 외측으로 연장되게 형성되어 배기가스를 배출시키는 가스배기관;을 포함하고, 상기 회전 소음 챔버 내에는, 상기 가스유입관을 통하여 유입되는 배기가스의 진행 방향에 수직한 방향으로 회전 가능하게 설치되는 회전샤프트; 배기가스의 소음을 감소시키도록 상기 회전샤프트의 외주연에 방사상으로 연장 형성되는 복수 개의 블레이드; 및 상기 복수 개의 블레이드의 양 측단을 밀폐하는 한 쌍의 원판부재;를 포함하는 임펠러가 설치되며, 상기 가스배기관은, 상기 공명 챔버 내부 구간의 외주연에 복수 개의 배기관 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가스유입관은, 상기 회전 소음 챔버로 유입되는 배기가스가 상기 복수 개의 블레이드의 외측 단부에 부딪히도록 배기가스가 상기 회전 소음 챔버 내로 유입되는 방향을 상측으로 안내하는 경사 유입관부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 가스배기관은, 배기가스가 원활히 배출되도록 상기 회전 소음 챔버 내로부터 상기 가스배기관 내로 배기가스를 안내하는 점진 축소관부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 회전 소음 챔버 내에서 배기가스의 진행 방향에 수직한 방향의 양 측면에 각각 인접하게 장착되는 한 쌍의 베어링 고정판; 및 상기 원판부재의 외측으로 돌출되어 연장되는 상기 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 베어링;을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 베어링은 상기 한 쌍의 베어링 고정판의 중앙부에 제각기 설치 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 한 쌍의 베어링 고정판 각각에는 복수 개의 기압 조절공이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 한 쌍의 베어링은 세라믹 베어링인 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 한 쌍의 베어링 고정판의 내측면에 각각 인접하게 설치되는 한 쌍의 단열판; 상기 한 쌍의 단열판의 상단부 사이에 수평하게 설치되는 상부 차단판; 상기 한 쌍의 단열판의 하단부 사이에 수평하게 설치되는 하부 차단판; 및 상기 한 쌍의 단열판 사이를 연결하면서 상기 한 쌍의 단열판, 상기 상부 차단판 및 상기 하부 차단판을 서로 결합시키는 복수 개의 지지봉;을 더 포함하며, 상기 한 쌍의 단열판 각각에는 상기 회전샤프트가 통과될 수 있도록 중앙부로부터 하측으로 개방된 단열판 관통슬릿이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 상부 차단판은, 상기 가스유입관과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 상부 전방 코너부; 및 상기 가스배기관과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 상부 후방 코너부;를 포함하고, 상기 하부 차단판은, 상기 가스유입관과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 하부 전방 코너부; 및 상기 가스배기관과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 하부 후방 코너부;를 포함하며, 상기 복수 개의 지지봉은 상기 상부 전방 코너부, 상기 상부 후방 코너부, 상기 하부 전방 코너부 및 상기 하부 후방 코너부 각각에 수평하게 형성된 차단판 관통공에 개별적으로 삽입되어 상기 한 쌍의 단열판 사이를 연결하면서 상기 한 쌍의 단열판, 상기 상부 차단판 및 상기 하부 차단판을 서로 결합시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 한 쌍의 원판부재의 외측면과 상기 한 쌍의 단열판의 내측면 사이에 각각 설치되는 한 쌍의 샤프트원판;을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 샤프트원판 각각의 중앙부에는 상기 회전샤프트가 통과되는 원판 관통공이 형성되며, 상기 임펠러, 상기 한 쌍의 베어링 고정판, 상기 한 쌍의 베어링, 상기 한 쌍의 단열판, 상기 상부 차단판, 상기 하부 차단판, 상기 복수 개의 지지봉 및 상기 한 쌍의 샤프트원판은 일체로 결합된 임펠러 모듈로 형성되고, 상기 임펠러 모듈은 상기 회전 소음 챔버 내부 공간과 거의 같은 크기로 형성되어 상기 회전 소음 챔버 내부에 거의 유격 없이 삽입 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서, 상기 임펠러는, 상기 한 쌍의 원판부재 사이에 상기 한 쌍의 원판부재와 평행하게 형성되는 적어도 하나 이상의 중간판;을 더 포함하고, 상기 원판부재와 상기 중간판 사이 또는 상기 중간판 사이에 형성되는 상기 복수 개의 블레이드는, 인접한 다른 복수 개의 블레이드와 서로 다른 위치에 엇갈리게 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기에 의하면, 배기 저항을 감소시켜 엔진의 출력을 증대시키고 연비를 향상시키며 공명 챔버를 통해 소음을 감쇄시켜 충분한 소음 성능을 얻을 수 있게 되는 효과가 얻어진다.

그리고, 임펠러의 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링에 배기가스 의 열과 수분이 전달되는 것을 차단하여 내열성과 내구성이 향상되어 정비 없이 오랫동안 사용할 수 있게 되는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 측단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 분해사시도,
도 4는 임펠러 모듈의 외형 및 그 구성요소들이 도시된 분해사시도,

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

이하에서는, 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 구성을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 측단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 분해사시도이다.

본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기(1)는 내부가 회전 소음(消音) 챔버(11) 및 공명 챔버(12)로 구획되는 본체부(10), 본체부(10)의 일측 상부에 구비되는 가스유입관(20), 그리고 배기가스를 배출시키는 가스배기관(30)을 포함하여 구성되며, 회전 소음 챔버(11) 내에는 임펠러(40)가 설치된다.

본체부(10)는 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기(1)의 전체적인 외형을 이루는 부분으로서, 도 1 내지 4에서는 내부에 빈 공간을 갖는 직육면체 형상으로 도시되어 있으나, 타원형 단면 형상 등을 갖는 일반적인 소음기 형상으로 형성될 수도 있다.

본체부(10)의 내부는, 배기가스의 물리적 이동과는 별개로 매질인 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음을 감쇄시키기 위한 회전 소음 챔버(11) 및 배기관의 많은 구멍에서 넓은 공간으로 배기가스를 확산시켜 서로 음을 상쇄시키기 위한 공명 챔버(12)로 구획되며, 회전 소음 챔버(11)와 공명 챔버(12)는 격벽부재(13)에 의하여 구획된다.

회전 소음 챔버(11) 내에는 임펠러(40)가 설치되어, 유입된 배기가스는 원활히 배출시키면서 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음은 감쇄시키게 된다.

본체부(10)의 일측 상부에는 회전 소음 챔버(11)에 연통되게 설치되는 가스유입관(20)이 구비된다. 가스유입관(20)은 내연기관의 배기관에 연통되게 결합되어 배기가스가 회전 소음 챔버(11) 내로 유입되게 한다.

가스유입관(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이 회전 소음 챔버(11)와 연통되는 부위에 형성되는 경사 유입관부(21)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

경사 유입관부(21)는 배기가스가 회전 소음 챔버(11)로 유입되는 방향을 상측으로 유도하는 기능을 하여, 회전 소음 챔버(11)로 유입되는 배기가스가 임펠러(40)의 복수 개의 블레이드(42)의 반경 방향 외측 단부에 부딪히도록 한다.

그 결과, 내연기관이 저회전 상태여서 배기가스의 유속이 낮은 경우에도 배기가스가 임펠러(40)의 복수 개의 블레이드(42)의 반경 방향 외측 단부에 부딪힘으로써 임펠러(40)에 상대적으로 더 큰 토크가 가해지게 되는바, 내연기관의 저회전 상태에서도 임펠러(40)가 원활히 회전될 수 있게 된다.

따라서, 내연기관이 저회전 상태에서도 임펠러(40)가 회전되면서 배기가스를 원활히 배출시킬 수 있고, 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음은 복수 개의 블레이드(42)의 일면 또는 양면과 회전 소음 챔버(11)의 내측 벽면 사이에서 반사를 반복하면서 감쇄 및 소멸될 수 있게 된다.

가스배기관(30)은 회전 소음 챔버(11) 내의 배기가스를 공명 챔버(12)를 거쳐 외부로 배출시키는 구성요소로서, 회전 소음 챔버(11)에 연통되어 공명 챔버(12)를 거쳐 본체부(10)의 타측에 외측으로 연장되게 형성된다.

즉, 가스배기관(30)은 회전 소음 챔버(11)과 공명 챔버(12)를 구획하는 격벽부재(13)로부터 공명 챔버(12)를 거쳐 본체부(10)의 타측에 외측으로 연장되게 형성되며, 가스배기관(30)의 공명 챔버(12) 내부 구간의 외주연에는 복수 개의 배기관 관통공(30a)이 형성된다.

가스배기관(30)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 회전 소음 챔버(11)와 연통되는 부위에 형성되는 점진 축소관부(31)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

점진 축소관부(31)는, 회전 소음 챔버(11) 내의 배기가스가 가스배기관(30)으로 원활히 유입되어 배출되도록 회전 소음 챔버(11) 내로부터 가스배기관(30) 내로 배기가스를 안내하는 기능을 하는바, 회전 소음 챔버(11)로 유입된 배기가스가 임펠러(40)를 회전시킨 후 가스배기관(30)을 통해 신속하게 배출될 수 있게 되므로, 본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기(1)의 배기 저항이 최소화되게 된다.

가스유입관(20)을 통해 회전 소음 챔버(11) 내로 유입되는 배기가스는 고온, 고압의 상태인데, 이러한 고온 고압의 배기가스에 의해 임펠러(40)의 회전샤프트(41)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(60)에 열과 수분이 침투되어 베어링(60)이 쉽게 파손되는 문제가 있었다.

그러나, 본 발명에서는 베어링(60)으로 전달될 수 있는 열과 수분을 차단하는 동시에 고온 고압의 배기가스가 회전 소음 챔버(11) 내에 머무는 시간을 최소화 함으로써 베어링(60)의 내열성과 내구성을 향상시키게 된다.

회전 소음 챔버(11) 내에 설치되는 임펠러(40)는, 회전샤프트(41), 복수 개의 블레이드(42) 및 한 쌍의 원판부재(43)를 포함하여 구성된다.

이러한 임펠러(40)는 회전 소음 챔버(11) 내로 유입되는 배기가스에 의해 회전되면서 배기가스를 원활히 배출시키는 동시에, 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음은 복수 개의 블레이드(42)의 일면 또는 양면과 회전 소음 챔버(11)의 내측 벽면 사이에서 반사를 반복하면서 감쇄 및 소멸되게 하는 기능을 한다.

회전샤프트(41)는 회전 소음 챔버(11)의 중앙부에 가스유입관(20)을 통하여 유입되는 배기가스의 진행 방향에 수직한 방향(본체부의 폭 방향)으로 회전 가능하게 설치된다.

즉, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 회전샤프트(41)는 후술하게 될 한 쌍의 베어링 고정판(50)의 중앙부에 제각기 설치 고정되는 한 쌍의 베어링(60)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

그리고, 회전샤프트(41)의 외주연에는 복수 개의 블레이드(42)가 방사상으로 연장 형성되어, 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음을 감소시키는 기능을 한다.

또한, 복수 개의 블레이드(42)의 양 측단에는 복수 개의 블레이드(42)의 양 측단을 밀폐하는 한 쌍의 원판부재(43)가 구비된다.

배기가스와 부딪히는 복수 개의 블레이드(42)의 일면 또는 양면은 반복적인 요철 형태의 단면 형상을 갖는 요철면으로 형성될 수 있다. 이 경우, 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음이 난반사 되면서 회전 소음 챔버(11)의 내측 벽면 사이에서 효과적으로 감쇄 및 소멸될 수 있게 된다.

회전 소음 챔버(11)는 배기가스의 물리적 이동과는 별개로 매질인 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음이 복수 개의 블레이드(42)의 일면 또는 양면과 회전 소음 챔버(11)의 내측 벽면 사이에서 반사를 반복하면서 감쇄 및 소멸되는 곳인바, 회전 소음 챔버(11)의 내측 벽면도 반복적인 요철 형태의 단면 형상을 갖는 요철면으로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음이 난반사 되면서 회전 소음 챔버(11)의 내측 벽면 사이에서 효과적으로 감쇄 및 소멸될 수 있게 된다.

한편, 공명 챔버(12)는 배기가스를 가스배기관(30)의 복수 개의 배기관 관통공(30a)을 통해 넓은 공간으로 확산시켜 서로 음을 상쇄시키는 곳인바, 공명 챔버(12)의 내측 벽면에는 내열성 소음흡수체(미도시)를 부착 설치하여, 가스배기관(30)의 복수 개의 배기관 관통공(30a)을 통해 분산된 배기가스의 소음이 유리섬유와 같은 다공성 소음흡수체에 의해 흡수되게 하는 것이 바람직하다.

이러한 내열성 소음흡수체의 사용에 의해 고주파수(500 Hz 이상) 소음의 흡수 성능이 향상되게 된다.

이하에서는, 회전 소음 챔버(11) 내부에 삽입 설치되는 임펠러 모듈(100)에 대하여 설명하도록 한다.

도 4는 임펠러 모듈의 외형 및 그 구성요소들이 도시된 분해사시도이다.

회전 소음 챔버(11) 내부에 삽입 설치되는 임펠러 모듈(100)은, 임펠러(40), 한 쌍의 베어링 고정판(50), 한 쌍의 베어링(60), 한 쌍의 단열판(70), 상부 차단판(81), 하부 차단판(82) 및 복수 개의 지지봉(90)이 일체로 결합되어 형성된다.

한 쌍의 베어링 고정판(50)은, 회전샤프트(41)를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 베어링(60)이 중앙부에 제각기 설치 고정되는 부재로서, 회전 소음 챔버(11) 내에서 배기가스의 진행 방향에 수직한 방향(본체부의 폭 방향)의 양 측면에 각각 인접하게 장착된다.

그리고, 한 쌍의 베어링 고정판(50) 각각에는 복수 개의 기압 조절공(51)이 형성될 수 있다.

임펠러 모듈(100) 내에서, 한 쌍의 베어링 고정판(50) 각각의 내측면에는 한 쌍의 단열판(70)이 설치되는데, 현실적으로 제작 과정에서 베어링 고정판(50)과 단열판(70) 사이를 완전히 밀착시키기 어려운바, 회전 소음 챔버(11) 내의 배기가스가 베어링 고정판(50)과 단열판(70) 사이로 침투하여 베어링 고정판(50) 중앙부에 설치된 베어링(60)이 배기가스의 열과 수분에 노출되게 된다.

따라서, 베어링 고정판(50)에 복수 개의 기압 조절공(51)을 형성하여 베어링 고정판(50)과 단열판(70) 사이로 침투한 배기가스가 복수 개의 기압 조절공(51)을 통하여 분산되도록 함으로써, 베어링(60)이 배기가스의 열과 수분에 노출되는 것을 더욱 최소화할 수 있는 장점을 갖게 된다.

도 3 및 도 4에는 복수 개의 기압 조절공(51)이 베어링 고정판(50)에 원형의 관통공 형상으로 형상된 것으로 도시되어 있으나, 기압 조절공(51)의 형상 및 위치는 반드시 이에 한정되지 않으며, 기압 조절공(51)은 베어링 고정판(50) 상에 다양한 형상으로 복수 개가 형성될 수 있다.

한 쌍의 베어링(60)은 한 쌍의 원판부재(43)의 외측으로 돌출되어 연장되는 회전샤프트(41)의 양단부를 회전 가능하게 지지하는 기능을 하며, 한 쌍의 베어링 고정판(50)의 중앙부에 제각기 설치 고정된다.

이러한 한 쌍의 베어링(60)은 고온 고압의 배기가스가 유입되는 회전 소음 챔버(11) 내에서 회전샤프트(41)를 회전 가능하게 지지하게 되는바 높은 내열성과 내구성이 요구되므로, 세라믹 베어링을 사용하는 것이 바람직하며, 베어링(60)으로 전달될 수 있는 열과 수분을 차단하기 위하여 한 쌍의 단열판(70)이 사용되게 된다.

한 쌍의 단열판(70)은, 회전 소음 챔버(11) 내부의 배기가스를 일차적으로 차단하여 배기가스의 열과 수분으로부터 한 쌍의 베어링(60)을 보호하는 부재로서, 평판형으로 형성되어 한 쌍의 베어링 고정판(50)의 내측면에 각각 인접하게 수직 방향으로 설치되며, 한 쌍의 단열판(70) 각각에는 회전샤프트(41)가 통과될 수 있도록 중앙부로부터 하측으로 개방된 단열판 관통슬릿(70a)이 형성되게 되나, 한 쌍의 단열판(70) 각각의 중앙부에 회전샤프트(41)가 통과되는 단열판 관통공이 형성될 수도 있다.

그리고, 한 쌍의 단열판(70)의 상단부 사이를 연결시키도록, 한 쌍의 단열판(70)의 상단부 사이에는 상부 차단판(81)이 수평하게 설치되며, 한 쌍의 단열판(70)의 하단부 사이에는 하부 차단판(82)이 수평하게 설치된다.

또한, 한 쌍의 단열판(70) 사이에는 한 쌍의 단열판(70) 사이를 연결하면서 한 쌍의 단열판(70), 상부 차단판(81) 및 하부 차단판(82)을 서로 결합시키는 복수 개의 지지봉(90)이 설치되게 된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 차단판(81)은 가스유입관(20)과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 상부 전방 코너부와 가스배기관(30)과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 상부 후방 코너부를 포함하여 구성된다.

그리고, 하부 차단판(82)은 가스유입관(20)과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 하부 전방 코너부와 가스배기관(30)과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 하부 후방 코너부를 포함하여 구성된다.

따라서, 상부 차단판(81)과 하부 차단판(82)은 전체적으로 '

' 모양의 단면 형상으로 형성되게 되나, 상부 전방 코너부, 상부 후방 코너부, 하부 전방 코너부 및 하부 후방 코너부의 형상이 반드시 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같은 형상으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 상부 전방 코너부, 상부 후방 코너부, 하부 전방 코너부 및 하부 후방 코너부 각각에는 복수 개의 지지봉(90)이 개별적으로 삽입되는 차단판 관통공(85)이 수평하게 관통되어 형성된다.

따라서, 복수 개의 지지봉(90)은 상부 차단판(81)과 하부 차단판(82)의 차단판 관통공(85)에 개별적으로 삽입 설치됨으로써, 한 쌍의 단열판(70) 사이를 연결하면서 한 쌍의 단열판(70), 상부 차단판(81) 및 하부 차단판(82)을 서로 결합시키게 된다.

이와 같이, 복수 개의 지지봉(90)이 한 쌍의 단열판(70) 사이에서 상부 및 하부 코너에 직접 설치되지 않고 상부 차단판(81)과 하부 차단판(82)의 차단판 관통공(85)에 개별적으로 삽입 설치됨으로써, 복수 개의 지지봉(90)이 회전 소음 챔버(11)를 통과하는 고속의 배기가스와 부딪히면서 풍절음이 발생되는 것이 방지될 수 있는 장점을 갖게 된다.

복수 개의 지지봉(90)은 한 쌍의 단열판(70)에만 결합 고정되는 것은 아니며, 한 쌍의 베어링 고정판(50)과도 함께 결합되어 고정됨으로써, 임펠러(40), 베어링 고정판(50), 단열판(70), 상부 차단판(81) 및 하부 차단판(82) 등이 일체로 결합되어 임펠러 모듈(100)을 형성하도록 한다.

한편, 임펠러 모듈(100)은 한 쌍의 원판부재(43)의 외측면과 한 쌍의 단열판(70)의 내측면 사이에 각각 설치되는 한 쌍의 샤프트원판(45)을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 한 쌍의 샤프트원판(45) 각각의 중앙부에는 회전샤프트(41)가 통과되는 원판 관통공이 형성된다.

이 경우, 복수 개의 지지봉(90)이 한 쌍의 베어링 고정판(50) 및 한 쌍의 단열판(70)에 결합되어 고정됨으로써, 임펠러(40), 샤프트원판(45), 베어링 고정판(50), 단열판(70), 상부 차단판(81) 및 하부 차단판(82) 등이 일체로 결합되어 임펠러 모듈(100)을 형성하게 된다.

이러한 한 쌍의 샤프트원판(45)을 더 포함하여 임펠러 모듈(100)을 형성함으로써, 회전 소음 챔버(11) 내부의 배기가스를 이중으로 차단하여 배기가스의 열과 수분으로부터 한 쌍의 베어링(60)을 더욱 잘 보호할 수 있게 된다.

이와 같이, 임펠러 모듈(100)은 한 쌍의 샤프트원판(45), 한 쌍의 베어링 고정판(50) 및 한 쌍의 단열판(70)을 사용하여 회전 소음 챔버(11) 내부의 배기가스를 다중으로 차단하는 구성을 갖는바, 한 쌍의 베어링 고정판(50)의 중앙부에 제각기 설치 고정되는 한 쌍의 베어링(60)으로 전달될 수 있는 열과 수분을 차단하여 베어링(60)의 높은 내구성을 확보할 수 있게 된다.

이러한 임펠러 모듈(100)은 회전 소음 챔버(11) 내부 공간과 거의 같은 크기로 형성되어 회전 소음 챔버(11) 내부에 거의 유격 없이 삽입 설치되게 된다.

임펠러(40)의 복수 개의 블레이드(42)는 평면형으로 형성될 수도 있고, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 포물선형 또는 유선형 단면을 갖는 곡면형으로 형성될 수 있다.

그리고, 배기가스와 부딪히는 복수 개의 블레이드(42)의 일면 또는 양면은 반복적인 요철 형태의 단면 형상을 갖는 요철면으로 형성될 수 있다. 이 경우, 배기가스의 진동에 의해 전파되는 소음이 난반사 되어 회전 소음 챔버(11)의 내측 벽면 사이에서 효과적으로 감쇄 및 소멸될 수 있게 된다.

임펠러(40)는 한 쌍의 원판부재(43) 사이에 한 쌍의 원판부재(43)와 평행하게 형성되는 적어도 하나 이상의 중간판(44)을 더 포함할 수 있다.

원판부재(43)와 중간판(44) 사이 또는 중간판(44) 사이에 형성되는 복수 개의 블레이드(42)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 서로 같은 위치(회전샤프트의 원주 상의 동일한 각도)에 나란히 배치되도록 형성될 수도 있고, 인접한 다른 복수 개의 블레이드(42)와 서로 다른 위치(회전샤프트의 원주 상의 다른 각도)에 엇갈리게 배치되도록 형성될 수도 있다.

임펠러 모듈(100)를 구성하는 구성요소들 중에서, 임펠러(40), 한 쌍의 샤프트원판(45) 및 한 쌍의 베어링 고정판(50)은 스테인리스 스틸 또는 엔지니어링 플라스틱과 같이 강성과 내열성이 높은 소재로 제작하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기의 성능을 시험하기 위하여 배기량 2000cc의 엔진이 사용된 영업용 승용차 등에 장착하여 운행해본 결과, 출력의 현저한 증가와 아울러 연비가 14 내지 17% 향상됨을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따른 내연기관용 저배압 소음기는, 배기 저항을 감소시켜 엔진의 출력을 증대시키고 연비를 향상시키며 회전 소음 챔버 및 공명 챔버를 통해 소음을 감쇄시켜 충분한 소음 성능을 얻을 수 있게 되는 이점이 있다.

그리고, 임펠러의 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 베어링에 배기가스 의 열과 수분이 전달되는 것을 차단하여 내열성과 내구성이 향상되어 정비 없이 오랫동안 사용할 수 있게 되는 이점이 있다.

이상 본 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 범위를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 수정 및 변형 가능한 것은 물론이다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 내연기관용 저배압 소음기
10: 본체부 11: 회전 소음 챔버
12: 공명 챔버 13: 격벽부재
20: 가스유입관 21: 경사 유입관부
30: 가스배기관 30a: 관통공
31: 점진 축소관부
40: 임펠러
41: 회전샤프트 42: 블레이드
43: 원판부재 44: 중간판
45: 샤프트원판
50: 베어링 고정판 51: 기압 조절공
60: 베어링
70: 단열판 70a: 단열판 관통슬릿
81: 상부 차단판 82: 하부 차단판
85: 차단판 관통공
90: 지지봉
100: 임펠러 모듈

Claims (10)

1. 내부가 회전 소음(消音) 챔버 및 공명 챔버로 구획되는 본체부;
   상기 본체부의 일측 상부에 구비되며 배기가스가 유입되도록 내연기관의 배기관에 연통되게 결합되는 가스유입관; 및
   상기 회전 소음 챔버에 연통되고 상기 공명 챔버를 거쳐 상기 본체부의 타측에 외측으로 연장되게 형성되어 배기가스를 배출시키는 가스배기관;을 포함하고,
   상기 회전 소음 챔버 내에는,
   상기 가스유입관을 통하여 유입되는 배기가스의 진행 방향에 수직한 방향으로 회전 가능하게 설치되는 회전샤프트;
   배기가스의 소음을 감소시키도록 상기 회전샤프트의 외주연에 방사상으로 연장 형성되는 복수 개의 블레이드; 및
   상기 복수 개의 블레이드의 양 측단을 밀폐하는 한 쌍의 원판부재;를 포함하는 임펠러가 설치되며,
   상기 가스배기관은, 상기 공명 챔버 내부 구간의 외주연에 복수 개의 배기관 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스유입관은,
   상기 회전 소음 챔버로 유입되는 배기가스가 상기 복수 개의 블레이드의 외측 단부에 부딪히도록 배기가스가 상기 회전 소음 챔버 내로 유입되는 방향을 상측으로 안내하는 경사 유입관부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가스배기관은,
   배기가스가 원활히 배출되도록 상기 회전 소음 챔버 내로부터 상기 가스배기관 내로 배기가스를 안내하는 점진 축소관부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 회전 소음 챔버 내에서 배기가스의 진행 방향에 수직한 방향의 양 측면에 각각 인접하게 장착되는 한 쌍의 베어링 고정판; 및
   상기 원판부재의 외측으로 돌출되어 연장되는 상기 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 베어링;을 더 포함하고,
   상기 한 쌍의 베어링은 상기 한 쌍의 베어링 고정판의 중앙부에 제각기 설치 고정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 한 쌍의 베어링 고정판 각각에는 복수 개의 기압 조절공이 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 한 쌍의 베어링은 세라믹 베어링인 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 한 쌍의 베어링 고정판의 내측면에 각각 인접하게 설치되는 한 쌍의 단열판;
   상기 한 쌍의 단열판의 상단부 사이에 수평하게 설치되는 상부 차단판;
   상기 한 쌍의 단열판의 하단부 사이에 수평하게 설치되는 하부 차단판; 및
   상기 한 쌍의 단열판 사이를 연결하면서 상기 한 쌍의 단열판, 상기 상부 차단판 및 상기 하부 차단판을 서로 결합시키는 복수 개의 지지봉;을 더 포함하며,
   상기 한 쌍의 단열판 각각에는 상기 회전샤프트가 통과될 수 있도록 중앙부로부터 하측으로 개방된 단열판 관통슬릿이 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 상부 차단판은,
   상기 가스유입관과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 상부 전방 코너부; 및
   상기 가스배기관과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 상부 후방 코너부;를 포함하고,
   상기 하부 차단판은,
   상기 가스유입관과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 하부 전방 코너부; 및
   상기 가스배기관과 가까운 방향 단부에 수직 방향 두께가 증가되게 형성되는 하부 후방 코너부;를 포함하며,
   상기 복수 개의 지지봉은 상기 상부 전방 코너부, 상기 상부 후방 코너부, 상기 하부 전방 코너부 및 상기 하부 후방 코너부 각각에 수평하게 형성된 차단판 관통공에 개별적으로 삽입되어 상기 한 쌍의 단열판 사이를 연결하면서 상기 한 쌍의 단열판, 상기 상부 차단판 및 상기 하부 차단판을 서로 결합시키는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 한 쌍의 원판부재의 외측면과 상기 한 쌍의 단열판의 내측면 사이에 각각 설치되는 한 쌍의 샤프트원판;을 더 포함하고,
   상기 한 쌍의 샤프트원판 각각의 중앙부에는 상기 회전샤프트가 통과되는 원판 관통공이 형성되며,
   상기 임펠러, 상기 한 쌍의 베어링 고정판, 상기 한 쌍의 베어링, 상기 한 쌍의 단열판, 상기 상부 차단판, 상기 하부 차단판, 상기 복수 개의 지지봉 및 상기 한 쌍의 샤프트원판은 일체로 결합된 임펠러 모듈로 형성되고,
   상기 임펠러 모듈은 상기 회전 소음 챔버 내부 공간과 거의 같은 크기로 형성되어 상기 회전 소음 챔버 내부에 거의 유격 없이 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
   
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임펠러는,
    상기 한 쌍의 원판부재 사이에 상기 한 쌍의 원판부재와 평행하게 형성되는 적어도 하나 이상의 중간판;을 더 포함하고,
    상기 원판부재와 상기 중간판 사이 또는 상기 중간판 사이에 형성되는 상기 복수 개의 블레이드는, 인접한 다른 복수 개의 블레이드와 서로 다른 위치에 엇갈리게 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 저배압 소음기.
    

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