KR20190114828A - 차량의 내연 기관용 배기 가스 시스템 - Google Patents

차량의 내연 기관용 배기 가스 시스템 Download PDF

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벤자민 바인더
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포레시아 이미션스 콘트롤 테크놀로지스, 저머니 게엠베하
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Abstract

차량의 내연 기관용 배기 가스 시스템은, 적어도 하나의 배기 가스 라인(12), 및 배기 가스 라인(12) 내로 개방되고 전기 음원(18)에 연결되는 사운드 라인(16)을 포함하는 능동형 음파 발생 장치(14)를 갖고, 배기 가스 라인(12)은 배기 가스의 유동 방향에서 보았을 때에 사운드 라인(16)의 배기 가스 라인(12)으로의 마우스(19)의 하류측에 배치된 적어도 일 부분에서 하우징(20)에 의해 둘러싸이며, 상기 하우징은 에러 센서(24)에 연결되고, 한편으로 배기 가스 라인(12)의 외측과 다른 한편으로 하우징의 내측 사이에 공동(22)이 형성되며, 하우징(20)으로 연장되는 배기 가스 라인(12)의 부분은 공동(22)으로 개방되는 적어도 하나의 개구(30)를 갖는다.

Description

차량의 내연 기관용 배기 가스 시스템{EXHAUST GAS SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 적어도 하나의 배기 가스 라인 및 능동형 사운드 발생 장치를 갖는 차량의 내연 기관용 배기 가스 시스템에 관한 것이다.
현대의 차량에서, 차량의 내연 기관의 엔진 소음에 영향을 줄 수 있도록 차량의 배기 가스 시스템에 능동형 사운드 발생 장치, 예를 들어 라우드 스피커(loudspeaker)를 제공하는 것이 공지되어 있다.
이러한 유형의 사운드 발생 장치는, 특히 저주파 소음을 발생시켜, 예를 들어 엔진 소음을 약하게 하는 데에 사용될 수 있다. 차량을 둘러싸는 영역에서 엔진의 사운드를 최적화하는 것이 또한 가능하다. 그렇게 하기 위해, 사운드 발생 장치로부터의 음파는 엔진에서 발산되는 음파에 중첩된다.
사운드 발생 장치는 폐루프 제어로 작동한다. 이는, 원하는 엔진 소음의 편차를 검출하고 그에 따라 사운드 발생 장치에 의해 발생된 소음을 최적화하는 데에 사용되는 피드백이 제공된다는 것을 의미한다. 이를 위해, 배기 가스 시스템에 연결되는 오류 센서가 제공된다.
엔진 소음의 양호한 사운드 품질을 획득하기 위해, 기록된 오류 신호는 가능한 최상의 품질이 되어야 한다. 이를 달성하기 위해, 에러 센서는 음원으로부터 충분한 거리에, 특히 여러 음파가 이미 충분히 중첩된 지점에 배치되어야 한다. 그러나, 배기 가스 라인을 따른 압력 분포는 균일하지 않다. 특히, 배기 가스 라인을 따른 음파의 노드(node) 및 파복(antinode)의 위치가 변동되어 정확한 측정을 얻는 것이 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 고품질의 엔진 소음이 발생될 수 있는 적어도 하나의 배기 가스 라인 및 능동형 사운드 발생 장치를 갖는, 차량의 내연 기관용 배기 가스 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적은, 차량의 내연 기관용 배기 가스 시스템에 의해 본 발명에 따라 달성되는데, 배기 가스 시스템은, 적어도 하나의 배기 가스 라인, 및 배기 가스 라인 내로 개방되고 전기 음원에 연결되는 사운드 라인을 포함하는 능동형 음파 발생 장치를 갖고, 배기 가스 라인은 배기 가스의 유동 방향에서 보았을 때에 사운드 라인의 배기 가스 라인으로의 마우스의 하류측에 배치된 적어도 일 부분에서 하우징에 의해 둘러싸이며, 상기 하우징은 에러 센서에 연결되고, 한편으로 배기 가스 라인의 외측과 다른 한편으로 하우징의 내측 사이에 공동이 형성되며, 하우징으로 연장되는 배기 가스 라인의 부분은 공동으로 개방되는 적어도 하나의 개구를 갖는다.
이 유형의 배기 가스 시스템은 배기 가스 라인의 구역에 존재하는 음파 및/또는 압력파가 하우징의 공동 내에서 중첩된다는 이점을 갖는다. 결과적으로, 에러 센서는 에러 센서가 배기 가스 라인을 따라 단하나의 측정점에 연결된 경우보다 효과적으로 혼합된 신호를 기록할 수 있다. 따라서, 엔진 소음은 더욱 목표된 방식으로 영향을 받고, 특히 최적화될 수 있다. 또한, 에러 센서는 설치 장소의 상황에 따라 배기 가스 라인을 따라 유연하게 위치 결정될 수 있는데, 그 이유는 음파들이 음원에 가깝더라도 하우징에서 충분히 중첩되기 때문이다.
하우징에 의해 둘러싸인 배기 가스 라인의 부분은, 예를 들어 직선형 또는 곡선형이다. 따라서, 배기 가스 시스템은 차량에서의 설치 공간 상황에 맞게 조정될 수 있다. 에러 센서는 압력 변동 및 정압 상태를 측정하도록 설계된다. 예를 들어, 에러 센서는 제어 유닛에 연결된 마이크로폰이다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 개구는 천공 구역을 형성한다. 천공 구역은 배기 가스 라인에 음향적으로 투명한 구역을 형성하여, 음파들은 특정 라인으로부터 음파들이 중첩될 수 있는 공동으로 전파될 수 있다. 하우징 내의 압력은 전체 천공을 따라 배기 가스 라인 밖으로 발생하는 압력 신호를 포함한다. 이는 천공 구역을 따라 물리적으로 평균화되는 신호, 및 에러 센서에 의해 측정된 에러 신호에서 높은 정밀도를 초래한다.
천공 구역은 슬롯, 구멍 및/또는 미소 관통공을 포함할 수 있다. 이들 변형예 각각은 충분히 음향적으로 투명한 개구를 형성하기에 적합하다.
본 발명의 맥락에서, 미소 관통공은 2.0 mm2의 최대 기공 크기를 갖는 관통공으로 간주된다. 바람직한 기공 크기는 0.05 mm2 내지 1.5 mm2이다. 이와 관련하여, 적절한 기공 형상은 원, 원 세그먼트, 달걀형, 사다리꼴, 슬롯 등을 포함한다. 기공 크기의 측면에서, 0.05 mm 내지 0.15 mm의 폭 및 0.5 mm 내지 1.5 mm의 길이가 비원형 기공에 특히 유리한 것으로 입증되었다.
대안으로 또는 추가적으로, 개구는 2개의 이격된 라인 부분을 형성하도록 원주 방향으로 폐쇄된 방식으로 연장될 수 있다. 바꿔 말해서, 배기 가스 라인의 일부가 절단될 수 있다. 이는 완벽히 음향적으로 투명한 구역을 형성한다.
모든 전술한 실시예에서, 배기 가스 라인은 양측면이 하우징을 지나서 연장될 수 있어, 배기 가스 라인은 일 측면에서 하우징 내로 연장되고 반대 측면에서 하우징 밖으로 연장된다. 대안으로, 배기 가스 라인이 만곡되면, 배기 가스 라인은 일 단부면에서 하우징 내로 연장되고 그 측벽에서 하우징 밖으로 연장될 수 있다. 다른 변형예에서, 하우징은 배기 가스 시스템의 기하학적 형태에 맞게 조정될 수 있고, 예를 들어 또한 만곡될 수 있다.
대안으로, 배기 가스 라인의 출구 단부는 하우징에서 종결될 수 있다. 결과적으로, 배기 가스 시스템은 특히 콤팩트한 디자인을 가질 수 있다. 게다가, 이 실시예에서, 하우징은 동시에 파이프 단부 커버를 형성할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 개구는 배기 가스 라인의 단부와 하우징의 전방 단부 사이에 공간을 형성할 수 있다. 이 실시예는 하우징과 배기 가스 라인 사이의 연결점이 더 적기 때문에 생산 비용의 측면에서 유리하다. 특히, 배기 가스 라인의 출구 단부는 하우징에서 자립 방식으로 배치된다. 이 실시예에서, 또한, 하우징은 추가 파이프 단부 커버를 대체할 수 있다.
바람직하게는, 배기 가스 라인 및 사운드 라인은 함께 일 부분에서 이중 D 파이프를 형성한다. 특히, 배기 가스 라인 및 사운드 라인은 일 부분에서 공유 벽을 갖는다. 결과적으로, 사운드 라인의 음파 및 배기 가스 라인의 음파는 서로 특히 효과적으로 중첩될 수 있다. 이는 배기 가스 시스템의 사운드 품질에, 특히 배기 가스 시스템에 가까이 서있는 사람에게 들리는 엔진 소음에 긍정적인 효과를 갖는다. 이 부분, 특히 이중 D 파이프는 바람직하게는 배기 가스 라인을 둘러싸는 하우징의 상류측에서 종결된다. 예를 들어, 사운드 라인의 배기 가스 라인으로의 마우스는 이 부분의 단부에 배치된다.
하우징은 배기 가스 라인을 동축으로 둘러쌀 수 있다. 따라서, 한편으로 배기 가스 라인의 외측과 다른 한편으로 하우징의 내측 사이에 형성된 공동은 배기 가스 라인 둘레에서 대칭적이다. 결과적으로, 음파는 하우징에서 특히 효과적으로 중첩될 수 있다. 그러나, 대안으로, 하우징은 또한 비대칭적일 수 있다. 따라서, 하우징의 기하학적 형태는 주변 설치 공간에 맞게 조정될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 흡수 재료가 공동 내에 배치되고, 가능하게는 공동을 충진할 수 있다. 일례로서, 흡수 재료는 유리 솜(glass wool), 암면(rock wool) 또는 와이어 메시이다. 흡수 재료에 의해, 에러 센서는 고주파 음파에 대해 차폐될 수 있다. 이 유형의 고주파 음파는 관통공을 따른 유동에 의해 생성될 수 있다. 특히, 흡수 재료는 물리적인 필터로서, 특히 고주파 필터로서, 그리고 구체적으로 에러 센서의 방향으로 및 배기 가스 라인의 출구 단부의 방향으로 작용한다. 이는 일괄 생산에서 보다 단순한 제어기를 사용 가능하게 한다.
에러 센서는 바람직하게는 라인에 의해 공동과 유체 연통한다. 따라서, 에러 센서는 공동 내에서 양호하게 혼합된 신호를 측정할 수 있다.
본 발명의 다른 이점 및 특징은 이하의 설명 및 참조가 이루어지는 이하의 도면들로부터 명백할 것이다. 도면에서:
도 1은 차량의 내연 기관용의 본 발명에 따른 배기 가스 시스템의 개략도이다.
도 2는 사운드 라인의 배기 가스 라인으로의 마우스의 상류측 구역에서 배기 가스 시스템의 배기 가스 라인 및 사운드 라인의 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 각각의 경우에 본 발명에 따른 배기 가스 시스템의 다양한 실시예로부터 일부의 개략적인 단면도이다.
도 1은 차량의 내연 기관용의 본 발명에 따른 배기 가스 시스템(10)을 개략적으로 도시한다.
배기 가스 시스템(10)은 배기 가스 라인(12), 및 배기 가스 라인(12)으로 개방되고 전기 음원(18)에 연결되는 사운드 라인(16)을 포함하는 능동형 사운드 발생 장치(14)를 포함한다. 음원(18)은 예를 들어 라우드 스피커이다. 사운드 발생 장치(14)에 의해, 바람직하지 않은 엔진 소음이 약하게 될 수 있고 및/또는 원하는 엔진 소음이 구성될 수 있다. 예를 들어, 고객은 특정 소음을 높은 엔진 성능 또는 고품질 엔진과 연관시킨다. 배기 가스의 유동 방향에서 보았을 때에 사운드 라인(16)의 배기 가스 라인(12)으로의 마우스(19)의 하류측에 배치된 부분에서, 배기 가스 라인(12)은 하우징(20)에 의해 둘러싸이고, 한편으로는 배기 가스 라인(12)의 외측과 다른 한편으로는 하우징의 내측 사이에 공동(22)이 형성된다. 일례로서, 하우징(20)은 배기 가스 라인(12)을 둘러싸는, 특히 동축으로 에워싸는 세장형 슬리브이다.
하우징(20) 내에서 연장되는 배기 가스 라인(12)의 부분은 공동(22) 내로 개방되는 적어도 하나의 개구(30)를 갖는다. 도 3 내지 도 8은 개구(30)의 다양한 가능한 형태를 개략적으로 도시한다. 개구(30)는 음향적으로 투명하고, 음파들이 배기 가스 라인(12)으로부터 공동(22)으로 전파되게 하는데, 공동에서 음파들이 중첩된다.
하우징(20)은, 예를 들어 가요성 중공 라인(32)에 의해 에러 센서(24)와 유체 연통한다. 에러 센서(24)는, 예를 들어 마이크로폰이다.
배기 가스 시스템(10) 및 사운드 발생 장치(14)의 작동 모드가 아래에서 설명될 것이다:
엔진 작동 중에, 배기 가스는 배기 가스 라인(12) 내에서 배기 가스 시스템(10)의 출구 단부(26)를 향해 유동한다. 이 과정에서, 엔진 자체에 의해 발생된 소음 중 적어도 일부는 음파의 형태로 배기 가스 라인(12)에서 전파한다. 동시에, 음원(18)에 의해 발생된 소음들의 음파들은 사운드 라인(16)에서, 그리고 마우스(19)의 하류에서, 또한 배기 가스 라인(12)에서 전파한다. 배기 가스 라인(12)과 사운드 라인(16)이 평행하게 연장되는 구역에서, 엔진 및 음원(18)으로부터 발산되는 음파들이 중첩된다. 이는 엔진 소음에 능동적으로 영향을 미친다.
도시된 실시예에서, 배기 가스 라인(12)과 사운드 라인(16)은 Y형 부분에서 병합되고, Y-결합부의 하류 구역에서, 일 부분이 이중 D 파이프(28) 내에서 서로 평행하게 그리고 서로 별개로 연장된다. 이 부분은 하우징(20)의 상류에서 종결된다. 도 2는 이중 D 파이프(28)의 단면을 도시한다.
최적의 엔진 소음을 획득하기 위해, 피드백이 제공된다. 이 목적을 위해, 에러 센서(24)는 음원(18)에 의해 발생된 음파들이 필요에 따라 조정되는, 공동(22) 내의 압력 상태, 특히 압력 변동 및 정압을 측정한다.
에러 센서(24)가 하우징(20)과 유체 연통하고 있기 때문에, 에러 센서(24)는 에러 신호를 특히 높은 정확도로 식별할 수 있다.
도 3 내지 도 8은 특히 개구(30)의 형상에 따라 상이한 본 발명의 다양한 실시예를 도시한다.
각각의 경우에, 하우징(20)을 포함하는 배기 가스 시스템(10)의 일부가 개략적으로 도시되어 있다.
도 3은 개구(30)가 배기 가스 라인(12)에 천공 구역(34)을 형성하는 배기 가스 시스템(10)의 본 발명에 따른 실시예를 도시한다. 여기서, 천공 구역(34)은 구멍(36)을 포함한다. 그러나, 대안으로 또는 추가적으로, 천공 구역(34)은 슬롯 또는 미세 관통공에 의해 형성될 수 있다. 음파는 배기 가스 라인(12)으로부터 천공 구역(34)을 따라 하우징(20)의 공동(22) 내로 전파할 수 있다.
도 4는 흡수 재료(38)가 공동(22) 내에 추가로 제공된다는 점에서 도 3에 도시된 실시예와 상이한 배기 가스 시스템(10)의 다른 실시예를 도시한다. 이는 에러 센서(24)를 고주파 음파에 대해 차폐하기 위해 물리적인 필터, 특히 고주파 필터의 역할을 한다. 또한, 흡수 재료(38)는 배기 가스 라인(12)의 출구 단부(26)에서 고주파 외부 소음을 약하게 한다.
도 5는 출구 단부(26)에서 배기 가스 라인(12)이 하우징(20)의 전방 단부와 동일한 높이로 종결된다는 점에서 도 3에 도시된 실시예와 상이한 배기 가스 시스템(10)의 다른 실시예를 도시한다. 이는 배기 가스 시스템(10)의 콤팩트한 설계를 달성한다. 동시에, 하우징(20)은 배기 가스 라인(12)을 위한 파이프 단부 커버를 형성한다. 이는 요구되는 구성요소들의 개수가 감소되어 배기 가스 시스템(10)이 생산에 비용 효과적이라는 점에서 유리하다.
도 6에 도시된 배기 가스 시스템(10)의 실시예에서, 배기 가스 라인(12)은 하우징(20)에서 종결된다. 결과적으로, 천공 구역(34)에 추가하여, 배기 가스 라인(12)의 단부(26)와 하우징(20)의 전방 단부 사이에 공간을 형성하는 추가 개구(30)가 형성되고, 추가 개구에는 하우징(20)의 출구 개구가 제공된다.
따라서, 음파는 천공 구역(34)을 통해 하우징(20)의 공동(22) 내로 전파될 뿐만 아니라 하우징과 배기 가스 라인(12) 사이에 형성된 간극을 통해 전파될 수 있다. 결과적으로, 음파는 하우징(20)에서 보다 효과적으로 중첩될 수 있다.
도 7은, 천공 구역(34)이 없고, 대신에, 개구(30)가 배기 가스 라인(12)의 단부(26)와 하우징(20)의 전방 단부 사이의 공간에 의해서만 형성된다는 점에서 도 6에 도시된 실시예와 상이한 배기 가스 시스템(10)의 다른 실시예를 도시한다. 여기서, 또한, 하우징(20)의 우측 전방벽은 유출 개구를 갖는다. 이 실시예는 특히 생산에 비용 효과적이다.
도 8은 개구(30)가 2개의 이격된 라인 부분을 형성하도록 원주 방향으로 폐쇄된 방식으로 연장되는 배기 가스 시스템(10)의 다른 실시예를 도시한다.
개구(30)는 가능한 최대의 음향 투과성을 갖고, 그 결과, 음파가 방해받지 않고 공동(22) 내로 전파될 수 있다.

Claims (9)

  1. 차량의 내연 기관용 배기 가스 시스템(10)으로서,
    적어도 하나의 배기 가스 라인(12), 및 상기 배기 가스 라인(12) 내로 개방되고 전기 음원(18)에 연결되는 사운드 라인(16)을 포함하는 능동형 음파 발생 장치(14)를 갖고, 상기 배기 가스 라인(12)은 배기 가스의 유동 방향에서 보았을 때에 사운드 라인(16)의 배기 가스 라인(12)으로의 마우스(19)의 하류측에 배치된 배기 가스 라인(12)의 적어도 일 부분에서 하우징(20)에 의해 둘러싸이며, 상기 하우징은 에러 센서(24)에 연결되고, 한편으로 배기 가스 라인(12)의 외측과 다른 한편으로 하우징의 내측 사이에 공동(22)이 형성되며, 하우징(20)으로 연장되는 배기 가스 라인(12)의 부분은 공동(22)으로 개방되는 적어도 하나의 개구(30)를 갖는 것인 배기 가스 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 개구(30)는 천공 구역(34)을 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 천공 구역(34)은 슬롯, 구멍(36) 및/또는 미소 관통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 개구(30)는 2개의 이격된 라인 부분을 형성하도록 원주 방향으로 폐쇄된 방식으로 연장되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 개구(30)는 배기 가스 라인(12)의 단부와 하우징(20)의 전방 단부 사이에 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 배기 가스 라인(12)과 사운드 라인(16)은 함께 일 부분에 이중 D 파이프(28)를 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징(20)은 배기 가스 라인(12)을 동축으로 둘러싸는 것을 특징으로 하는 배기 가스 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 공동(22) 내에 흡수 재료(38)가 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 에러 센서(24)는 라인(32)에 의해 공동(22)과 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 시스템.
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