KR20200006743A

KR20200006743A - 차량용 헬름홀츠 소음기

Info

Publication number: KR20200006743A
Application number: KR1020180080480A
Authority: KR
Inventors: 윤현우; 조재연
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-01-21
Also published as: DE102018218796A1; US20200018203A1

Abstract

본 발명은 차체를 지지하는 차체 멤버를 공명실로 이용한 새로운 구조의 차량용 헬름홀츠 소음기에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 소음기의 케이스 내부공간은 여러 개로 구획된 확장실로 이용하고, 속이 빈 차체 멤버를 소음기의 케이스와 연통 가능하게 연결하여 공명실로 이용할 수 있도록 함으로써, 공명실의 용량(볼륨)과 확장실의 용량을 모두 증대 가능하여 확장실에 의한 전 RPM 영역대의 소음 저감 효과는 물론 공명실에 의한 저주파 영역의 소음 저감 효과를 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 차량용 헬름홀츠 소음기를 제공하고자 한 것이다.

Description

차량용 헬름홀츠 소음기{Helmholtz muffler for vehicle}

본 발명은 차량용 헬름홀츠 소음기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차체를 지지하는 차체 멤버를 공명실로 이용한 새로운 구조의 차량용 헬름홀츠 소음기에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 배기장치는 엔진의 배기 매니폴드와, 배기 매니폴드에 연결되어 차체 후방쪽으로 연장되는 배기파이프와, 배기파이프의 소정 위치에 장착되는 배기가스 정화용 촉매컨버터와, 배기파이프의 말단부에 장착되어 배기소음을 감쇄시키는 소음기(muffler) 등을 포함하여 구성된다.

첨부한 도 1은 종래의 차량용 헬름홀츠 소음기를 나타낸 단면도이다.

상기 소음기는 소정 체적을 갖는 케이스(10)와, 케이스(10)의 내부공간에 길이방향을 따라 이격 배치되어 케이스(10)의 내부공간을 복수개의 확장실(11,12,13)과 하나의 공명실(14)로 구분하는 적어도 3개 이상의 배플(15,16,17)과, 각 배플(15,16,17)에 관통 체결되면서 케이스(10)의 내부에 길이방향으로 배치되는 인너튜브(18)와, 배플(15,16) 간에 연결되는 연결튜브(19)와, 각 배플(15,16,17)에 관통 체결되면서 케이스(10)의 내부에 길이방향으로 배치되는 적어도 2개 이상의 아우터튜브(20)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 인너튜브(18)의 입구단에는 배기파이프(22)가 연결되고, 인너튜브(18)의 출구단은 밀폐된 공명실(14)내에 배열된다.

또한, 상기 아우터튜브(20)의 입구단은 제1확장실(11) 내에 배열되고, 배기가스의 최종 토출부인 아우터튜브(20)의 출구단은 공명실(14)을 지나서 외기로 노출된 상태로 배열된다.

첨부한 도 2a에서 보듯이 상기 배플(15,16,17) 중 제1배플(15) 및 제2배플(16)은 다수의 타공(21)이 형성된 구조로 구비되고, 도 2b에서 보듯이 제3배플(17)은 타공이 없는 막힌 구조로 구비된다.

이에, 상기 제1확장실(11)과 제2확장실(12)은 제1배플(15)의 타공(21)에 의하여 서로 연통되는 상태가 되고, 제2확장실(12)과 제3확장실(13)은 제2배플(16)의 타공(21)에 의하여 서로 연통되는 상태가 되며, 제3확장실(13)과 제1확장실(11)은 제1 및 제2배플(15,16)의 타공(21)에 의하여 연통되는 동시에 연결튜브(19)에 의하여 서로 연통되는 상태가 된다.

반면, 상기 제3배플(17)은 타공이 없는 막힌 구조이므로 상기 공명실(14)은 밀폐된 공간을 이루게 되고, 인너튜브(18)의 출구단으로부터 배출되는 배기가스를 수용하여 저주파 영역의 소음을 저감시키는 헬름홀츠 공명기의 기능을 수행하게 된다.

한편, 상기 인너튜브(18)의 전체 길이 구간 중 제2배플(16)과 제3배플(17) 사이를 지나는 구간에는 다수의 타공(18-1)이 형성된다.

따라서, 상기 배기파이프(22)로부터 인너튜브(18)로 배기가스가 배출되면, 연속해서 배기가스는 인너튜브(18)의 타공(18-1)을 통해 제3확장실(13)로 흐르는 배출되는 과정과, 제3확장실(13)로부터 제2배플(16)의 타공(21)을 통해 제2확장실(12)로 배출되는 과정과, 제2확장실(12)로부터 제1배플(15)의 타공(21)을 통해 제1확장실(11)로 배출되는 동시에 제3확장실(13)로부터 연결튜브(18)를 통해 제1확장실(11)로 배출되는 과정과, 제1확장실(11)로부터 아우터튜브(20)를 지나서 외기로 배출되는 과정을 거치게 된다.

위와 같이, 상기 인너튜브(18)로 유입된 배기가스가 제3확장실(13)과 제2확장실(12)과 제1확장실(11)을 차례로 경유하면서 배기소음(엔진의 전 RPM 영역에서의 저주파 성분을 제외한 배기소음)의 저감이 이루어지게 된다.

특히, 상기 인너튜브(18)로 유입된 배기가스가 인너튜브(18)의 출구단을 통해 상기 공명실(14)로도 배출되어 갇히게 되는 바, 이 공명실(14)에서는 사람의 귀에 듣기 거북한 저주파 성분의 소음을 저감시키게 된다.

그러나, 상기한 종래의 소음기는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 소음기 내에 여러 개로 구획된 확장실과 함께 형성된 헬름홀츠 공명실은 통상 특정 주파수의 소음(저주파 영역의 소음) 저감을 목표로 하나 공명주파수를 결정하는 인자(헬름홀츠 공명주파수 등)들의 변경이 어려워 목표 저감 영역대인 저주파 소음을 저감시키는데 한계가 있다.

둘째, 소음기 내에 공명실의 용량(볼륨)를 증대시키면 저주파 영역의 소음 저감 효과를 향상시킬 수 있으나, 공명실 용량이 증대되는 만큼 소음기의 케이스 크기가 커지게 되어 배기계의 레이아웃 설계 변경 등과 같은 복잡한 과정이 따르게 되고, 또는 소음기 케이스의 크기를 증대시키지 않은 채 공명실 용량을 증대시키면 확장실의 용량이 그 만큼 작아지게 되므로 확장실에 의한 전 RPM 영역대의 소음 저감 효과가 감소될 수 밖에 없는 문제점이 따르게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 소음기의 케이스 내부공간은 여러 개로 구획된 확장실로 이용하고, 속이 빈 차체 멤버를 소음기의 케이스와 연통 가능하게 연결하여 공명실로 이용할 수 있도록 함으로써, 공명실의 용량(볼륨)과 확장실의 용량을 모두 증대 가능하여 확장실에 의한 전 RPM 영역대의 소음 저감 효과는 물론 공명실에 의한 저주파 영역의 소음 저감 효과를 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 차량용 헬름홀츠 소음기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 내부공간이 여러 개의 확장실을 구획된 소음기 케이스; 차체 멤버 내에 밀폐 가능하게 형성된 공명실; 및 상기 케이스의 확장실 중 하나와 상기 공명실 간에 연결되는 연결관; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기를 제공한다.

특히, 상기 공명실의 양측에는 공명실의 용량을 결정하는 격벽이 배치되어 차체 멤버에 일체로 용접되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 연결관은 여러 개의 확장실 중 배기가스가 마지막으로 배출되는 확장실과 연통 가능하게 연결되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 연결관은 소음기 케이스의 거동 변위를 흡수하기 위하여 상하 및 좌우방향으로 유동 가능한 벨로우즈관으로 채택되고, 상기 벨로우즈관의 상단부과 하단부는 각각 차체 멤버와 소음기 케이스에 용접되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스의 내부에는 길이방향을 따라 제1배플과 제2배플이 이격 장착되어, 케이스의 일측 벽면과 제1배플 사이공간이 제1확장실로 형성되고, 제1배플과 제2배플 사이공간이 제2확장실로 형성되며, 케이스의 타측 벽면과 제2배플 사이공간이 제3확장실로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스의 내부에 제1배플과 제2배플을 관통하는 인너튜브가 배열되되, 인너튜브의 입구단에는 배기파이프가 연결되고, 출구단은 제3확장실 내에 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스의 내부에 제1배플과 제2배플을 관통하는 아우터튜브가 배열되되, 아우터튜브의 입구단은 제1확장실 내에 배열되고, 출구단은 케이스이 타측 벽면을 관통하여 외부로 노출되게 배열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1배플과 제2배플 간에는 제1확장실과 제3확장실을 연통시키는 연결튜브가 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인너튜브의 전체 길이 구간 중 제3확장실 내에 배열되는 구간에는 다수의 타공이 관통 형성된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 소음기의 케이스 내부공간을 여러 개로 구획된 확장실만으로 이용하고, 속이 빈 차체 멤버를 확장실 중 하나와 연결되는 공명실로 이용함으로써, 공명실의 용량(볼륨)과 확장실의 용량을 모두 증대 가능하여 확장실에 의한 전 RPM 영역대의 소음 저감 효과는 물론 차체 멤버에 형성된 공명실에 의한 저주파 영역의 소음 저감 효과를 향상시킬 수 있다.

둘째, 소음기 케이스를 크기가 축소된 것으로 적용 가능하여, 배기계 부품의 레이아웃 공간을 확보할 수 있는 동시에 소음기 케이스 제조 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 종래의 차량용 헬름홀츠 소음기를 나타낸 단면도,
도 2a 및 도 2b는 소음기 내에서 확장실을 구획하는 배플 구조를 도시한 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 헬름홀츠 소음기를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 헬름홀츠 소음기를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 헬름홀츠 소음기에서 배기가스 흐름을 도시한 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 헬름홀츠 소음기의 케이스 용량 축소 전 및 축소 후 상태를 비교한 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 차량용 헬름홀츠 소음기를 도시한 도면으로서, 도면부호 300은 차체를 받쳐주는 차체 멤버를 지시한다.

상기 차체 멤버(300)는 차체 길이방향으로 배열되는 사이드 멤버 또는 차체 폭방향으로 배열되는 크로스 멤버로서, 대개 속이 빈 사각 단면의 빔 형태로 구비된다.

본 발명은 상기 차체 멤버(300)를 소음기의 공명실로 사용할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

즉, 기존의 소음기는 케이스의 내부공간이 3개의 배플에 의하여 3개의 확장실 및 1개의 공명실로 구획된 구조로 제작되었지만, 본 발명의 소음기는 케이스(100)의 내부공간이 2개의 배플에 의하여 3개의 확장실로만 구획된 구조로 이루짐과 함께 상기 차체 멤버(300)의 내부공간이 공명실로 사용할 수 있도록 한 점에 특징이 있다.

이를 위해, 본 발명의 소음기는 내부공간이 2개의 배플에 의하여 3개의 확장실을 구획된 소음기 케이스(100)와, 차체 멤버(300) 내에 밀폐 가능하게 형성된 공명실(310)과, 상기 케이스(100) 내에 구획된 3개의 확장실 중 하나와 상기 공명실(310) 간에 연결되는 연결관(200) 등을 포함하여 구성된다.

상기 차체 멤버(300)의 전체 내부공간을 공명실로 이용하기에는 너무 크므로, 차체 멤버(300)의 내부공간에 공명실(310)을 위해 필요한 용량(볼륨)을 마련해주어야 한다.

이에, 상기 차체 멤버(300)의 내부공간에 공명실(310)만을 위해 필요한 용량(볼륨)을 결정하기 위하여 상기 공명실(310)의 양측 소정 위치에 각각 격벽(312,314)이 배치되며, 각 격벽(312,314)은 차체 멤버(300)의 내면에 일체로 용접된다.

따라서, 상기 차체 멤버(300)의 상하좌우면과 상기 격벽(312,314) 간의 공간이 공명실(310)로 형성된다.

본 발명의 소음기 케이스(100) 내부에는 길이방향을 따라 제1배플(111)과 제2배플(112)이 소정 거리로 이격 장착된다.

이에, 상기 케이스(100)의 일측 벽면과 제1배플(111) 사이공간이 제1확장실(101)로 형성되고, 제1배플(111)과 제2배플(112) 사이공간이 제2확장실(102)로 형성되며, 케이스(100)의 타측 벽면과 제2배플(112) 사이공간이 제3확장실(103)로 형성된다.

이때, 상기 제1배플(111) 및 제2배플(112)은 모두 다수의 타공(113)이 관통 형성된 구조로 구비된다.

또한, 상기 케이스(100)의 내부에 제1배플(111)과 제2배플(112)을 관통하며 인너튜브(120)가 케이스의 길이방향을 따라 배열되는 바, 이 인너튜브(120)의 입구단에는 배기파이프(130)가 연결되고, 인너튜브(120)의 출구단은 제3확장실(103) 내에 배기가스 배출 가능하게 배열된다.

이때, 상기 인너튜브(120)의 전체 길이 구간 중 제3확장실(103) 내에 배열되는 구간에는 배기가스 배출을 위한 다수의 타공(122)이 관통 형성된다.

또한, 상기 케이스(100)의 내부에는 제1배플(111)과 제2배플(112)을 관통하며 2개의 아우터튜브(140)가 케이스의 길이방향을 따라 배열되는 바, 이 아우터튜브(140)의 입구단은 제1확장실(101) 내에 배기가스 수용 가능하에 배열되고, 아우터튜브(140)의 출구단은 케이스(100)의 타측 벽면을 관통하여 외부로 노출되게 배열된다.

참고로, 상기 아우터튜브(140)의 출구단에는 도 1에 도시된 바와 같이 외관미를 위하여 별도의 머플러 캡(142)이 장착된다.

또한, 상기 제1배플(111)과 제2배플(112) 간에는 제1확장실(101)과 제3확장실(103)을 직접 연통시키기 위한 연결튜브(150)가 연결된다.

본 발명에 따르면, 상기 케이스(100) 내에 구획된 3개의 확장실(101,102,103) 중 배기가스가 마지막으로 배출되는 확장실인 제3확장실(103)이 상기 공명실(310)과 연결관(200)으로 연결되어 서로 연통되는 상태가 된다.

바람직하게는, 상기 연결관(200)은 차량 주행 진동에 따른 소음기 케이스(100)의 거동 변위를 흡수하기 위하여 상하 및 좌우방향으로 유동 가능한 벨로우즈관(202)으로 채택된다.

이때, 상기 벨로우즈관(202)의 상단부과 하단부를 각각 차체 멤버(200)와 소음기 케이스(100)에 용접하여, 벨로우즈관(202)의 내부가 배기가스가 새지 않도록 밀폐되는 상태가 되도록 한다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 헬름홀츠 소음기에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

상기 배기파이프(130)로부터 인너튜브(120)로 배기가스가 배출되면, 연속해서 배기가스는 인너튜브(120)의 출구단에 형성된 타공(122)을 통해 제3확장실(103)로 배출되는 과정과, 제3확장실(103)로부터 제2배플(112)의 타공을 통해 제2확장실(102)로 배출되는 과정과, 제2확장실(102)로부터 제1배플(111)의 타공을 통해 제1확장실(101)로 배출되는 동시에 제3확장실(103)로부터 연결튜브(150)을 통해 제1확장실(111)로 배출되는 과정과, 제1확장실(111)로부터 아우터튜브(20)를 지나서 외기로 배출되는 과정을 거치게 된다.

위와 같이, 상기 인너튜브(120)로 유입된 배기가스가 제3확장실(103)과 제2확장실(102)과 제1확장실(101)을 차례로 경유하면서 배기 토출음(엔진의 전 RPM 영역에서의 저주파 성분을 제외한 배기소음)의 저감이 이루어지게 된다.

특히, 상기 인너튜브(120)로 유입된 배기가스가 인너튜브(120)의 출구단에 형성된 타공(122)을 통해 제3확장실(103)로 배출될 때, 제3확장실(103)이 연결관(200)인 벨로우즈관(202)을 통해 차체 멤버(300)에 형성된 공명실(310)과 연통된 상태이므로, 벨로우즈관(202)을 통해 공명실(310)로도 배출되어 갇히게 되는 바, 이때 공명실(310)에서는 유입되는 배기가스 소음 중 사람의 귀에 듣기 거북한 저주파 성분의 소음을 저감시키게 된다.

이와 같이, 상기 소음기 케이스(100)의 내부공간을 3개로 구획되는 확장실 전용으로만 이용하고, 속이 빈 차체 멤버(300)를 제3확장실(103)과 연결되는 공명실(310)로 이용함으로써, 공명실의 용량(볼륨)과 확장실의 용량을 모두 증대 가능하여 확장실에 의한 전 RPM 영역대의 소음 저감 효과는 물론 차체 멤버에 형성된 공명실에 의한 저주파 영역의 소음 저감 효과를 향상시킬 수 있다.

더욱이, 상기 차체 멤버(300)에 형성된 공명실(310)에서 저주파 영역의 소음을 저감시킬 수 있지만, 저감 대상의 저주파 공명주파수를 더 낮출 필요가 있는 경우에는 상기 공명실(310)의 양측에 용접되는 격벽(312,314)의 위치를 외부로 이동시켜 공명실의 체적을 증가시키거나, 또는 상기 벨로우즈관(202)을 내부 단면적이 보다 축소된 것으로 채택하여, 배기소음 저감을 위한 공명주파수를 보다 낮출 수 있고, 그에 따라 저주파 영역의 소음 저감 효과를 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 첨부한 도 6을 참조하면, 상기 공명실(310)을 소음기 케이스가 아닌 차체 멤버(300) 내에 형성시킴으로써, 상기 소음기 케이스(100) 내의 제3확장실(103) 용량을 줄여서 소음기 케이스의 크기를 축소할 수 있으므로, 배기계 부품의 레이아웃 공간을 확보할 수 있는 동시에 소음기 케이스 제조 비용을 절감할 수 있다.

100 : 케이스
101 : 제1확장실
102 : 제2확장실
103 : 제3확장실
111 : 제1배플
112 : 제2배플
113 : 타공
120 : 인너튜브
122 : 타공
130 : 배기파이프
140 : 아우터튜브
142 : 머플러 캡
150 : 연결튜브
200 : 연결관
202 : 벨로우즈관
300 : 차체 멤버
310 : 공명실
312,314 : 격벽

Claims

내부공간이 여러 개의 확장실을 구획된 소음기 케이스;
차체 멤버 내에 밀폐 가능하게 형성된 공명실; 및
상기 케이스의 확장실 중 하나와 상기 공명실 간에 연결되는 연결관;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 1에 있어서,
상기 공명실의 양측에는 공명실의 용량을 결정하는 격벽이 배치되어 차체 멤버에 일체로 용접되는 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 1에 있어서,
상기 연결관은 여러 개의 확장실 중 배기가스가 마지막으로 배출되는 확장실과 연통 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 1에 있어서,
상기 연결관은 소음기 케이스의 거동 변위를 흡수하기 위하여 상하 및 좌우방향으로 유동 가능한 벨로우즈관으로 채택된 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 4에 있어서,
상기 벨로우즈관의 상단부과 하단부는 각각 차체 멤버와 소음기 케이스에 용접되는 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 1에 있어서,
상기 케이스의 내부에는 길이방향을 따라 제1배플과 제2배플이 이격 장착되어, 케이스의 일측 벽면과 제1배플 사이공간이 제1확장실로 형성되고, 제1배플과 제2배플 사이공간이 제2확장실로 형성되며, 케이스의 타측 벽면과 제2배플 사이공간이 제3확장실로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 6에 있어서,
상기 케이스의 내부에 제1배플과 제2배플을 관통하는 인너튜브가 배열되되, 인너튜브의 입구단에는 배기파이프가 연결되고, 출구단은 제3확장실 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 6에 있어서,
상기 케이스의 내부에 제1배플과 제2배플을 관통하는 아우터튜브가 배열되되, 아우터튜브의 입구단은 제1확장실 내에 배열되고, 출구단은 케이스이 타측 벽면을 관통하여 외부로 노출되게 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 6에 있어서,
상기 제1배플과 제2배플 간에는 제1확장실과 제3확장실을 연통시키는 연결튜브가 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.
청구항 7에 있어서,
상기 인너튜브의 전체 길이 구간 중 제3확장실 내에 배열되는 구간에는 다수의 타공이 관통 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 헬름홀츠 소음기.