KR20210075624A

KR20210075624A - 헬름홀츠 공명구조를 갖는 hci 보스

Info

Publication number: KR20210075624A
Application number: KR1020190166933A
Authority: KR
Inventors: 이상호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-06-23
Also published as: KR20210138550A; KR102431491B1

Abstract

본 발명은 배기정화장치와 배기파이프 구비하고, 상기 배기파이프에 HCI 노즐 커넥터 및 HCI 노즐이 설치된 HCI 도징 보스(Boss)를 설치하되. 상기 보스(Boss)에 형성되는 공명실의 면적과 넥(Neck) 직경 그리고 음량(Volume)을 토대로 타겟노이즈를 상쇄시킬 수 있는 공명기를 구현함으로써, HC 분사에 따른 고주파 소음을 저감할 수 있도록 한 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스로, 배기정화장치(1)와 연결되는 배기파이프(2); 및 상기 배기파이프(2)에 설치되어 고압의 비압축성 유체연료를 DOC 전단부에서 배기관으로 분사하기 위한 HCI 노즐(3)을 구비한 HCI 노즐 커넥터(4)가 안착되는 노즐안착부(101)를 상면에 가지는 HCI 도징 보스(Boss)(100);를 포함하고, 상기 HCI 도징 보스(Boss)(100)에 기하학적 면적을 가지며 일부 한쪽에 곡선(Curve)이 형성된 공명실(110); 및 상기 공명실(110) 쪽에 결합하는 배기파이프(2)에 홀(2a)을 형성하여 공명기 넥(Neck) 역할을 하도록 구성된다.

Description

헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스 {HCI BOSS HAVING HELMHOLTZ RESONANCE STRUCTURE}

본 발명은 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 배기정화장치와 배기파이프 구비하고, 상기 배기파이프에 HCI 노즐 커넥터 및 HCI 노즐이 설치된 HCI 도징 보스(Boss)를 설치하되. 상기 보스(Boss)에 형성되는 공명실의 면적과 넥(Neck) 직경 그리고 음량(Volume)을 토대로 타겟노이즈를 상쇄시킬 수 있는 공명기를 구현함으로써, HC 분사에 따른 고주파 소음을 저감할 수 있도록 한 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스에 관한 것이다.

차량용 배기시스템은 엔진의 연소실에서 발생하는 고온 고압의 배기가스 배출통로인 배기파이프와, 배기파이프에 장착되는 배기가스 정화장치와, 배기파이프의 말단부에 장착되어 배기소음을 저감시키는 머플러 등을 포함하여 구성된다.

상기 머플러는 그 내부에는 다수개의 다공성 배플이 소정의 간격으로 장착된 구조로 구비되어 있는데, 배기소음 등이 다공성 배플을 통과할 때 음파의 간섭 등으로 인하여 소음이 감쇄될 수 있다.

그 밖에 차량용 머플러는 소음원에 대한 주요 주파수를 찾아내고, 특정 주파수의 소음에 대하여 능동적으로 대응하는 능동형 소음기로 개발되고 있지만, 더욱 강화되는 자동차 소음 규제에 적절히 대응할 수 있는 머플러의 설계가 요구되고 있다.

또한, 차량의 소음저감을 위한 기술 중 ANC(Analog Noise Control)가 제공되고 있는데, 이는 전기적 파장이 음파보다 빠른 것을 착안하여, 노이즈의 주파수 성분 파악한 후, 소음 저감을 위한 목표 타겟 위치에서 인위적인 반대위상의 반사파를 스피커를 통해서 발생시킴으로써, 노이즈를 상쇄시키는 유용한 기술이지만, 차량의 원가상승 및 전기적 에너지 소모 등 저가형 차량의 경쟁력 관점에서는 뚜렷한 장점을 드러내지 못하고 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로 국내 공개특허 제10-2018-0134016호 '가변형 헬름홀츠 공명기가 적용된 머플러 장치에'가 개시되어 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 배기시스템 머플러의 소음저감 성능 개선을 위하여 머플러(10) 내에 가변형 헬름홀츠 공명기(20)를 장착하고, 전기적 신호가 음파보다 빠르다는 원리를 이용하여 노이즈의 주파수 특성을 먼저 분석한 후, 소음 감쇄를 위한 타켓 주파수를 선정한 다음, 헬름홀츠 공명기(20)를 타켓 주파수의 소음 감쇄를 위한 위치로 이동시킬 수 있도록 함으로써, 특정 주파수 대역의 소음 감쇄가 이루어질 수 있도록 한 것이다.

그러나 상기와 같은 배기시스템은 제어기(40)에 의해 구동되는 스텝모터(30) 및 기어(32)와 랙(34) 등이 유기적으로 결합되어, 상기 공명기(20)를 전후로 움직이도록 함으로써, 타켓 주파수의 소음 감쇄하는 방법이나 이는 사실상 상용화가 어렵다라는 문제점이 있다.

또한, 기존 디젤차량의 경우 배기정화장치 정화효율을 높이기 위하여 DOC 전단부에서 HCI를 적용하는 타입을 많이 사용하고 있다. (F,G,H,L 엔진) 하이드로-카본 연료공급유닛(Hydro-Carbon Injection Supply Unit)(이하, HCI라 칭함)는 고압의 비압축성 유체(연료)의 형태로 DOC 전단부에서 배기관에 분사되는데, 이때, 고주파수대 영역에서의 소음이 발생한다.

예를 들면, 대략 4-9bar, 1mm 이하의 직경에서 다량의 디젤연료(HCI, Hydro Carbon Injection)를 분사하는 조건상 실제 노이즈 발생 대역은 1300Hz, 3600Hz이나 그 사이 협소 대역(narraw band)에서도 꾸준한 소음이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 DOC 전단부에서 배기관에 분사되는 메커니즘이 적용된 연결 브래킷 또는 흔히 보스(Boss)라고 표현하는 구조물에 소음저감장치를 반영하여 이를 개선하고자 한다.

1. 대한민국 공개특허 공개번호 10-2016-0085671(2016.07.18)

1. 대한민국 공개특허 공개번호 10-2018-0134016(2018.12.18)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안 출 된 것으로서, 배기정화장치와 배기파이프 구비하고, 상기 배기파이프에 HCI 노즐 커넥터 및 HCI 노즐이 설치된 HCI 도징 보스(Boss)를 설치하되. 상기 보스(Boss)에 형성되는 공명실의 면적과 넥(Neck) 직경 그리고 음량(Volume)을 토대로 타겟노이즈를 상쇄시킬 수 있는 공명기를 구현함으로써, HC 분사에 따른 고주파 소음을 저감할 수 있도록 한 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스는;

배기정화장치(1)와 연결되는 배기파이프(2); 및

상기 배기파이프(2)에 설치되어 고압의 비압축성 유체연료를 DOC 전단부에서 배기관으로 분사하기 위한 HCI 노즐(3)을 구비한 HCI 노즐 커넥터(4)가 안착되는 노즐안착부(101)를 상면에 가지는 HCI 도징 보스(Boss)(100);를 포함하고,

상기 HCI 도징 보스(Boss)(100)에 기하학적 면적을 가지며 일부 한쪽에 곡선(Curve)이 형성된 공명실(110); 및

상기 공명실(110) 쪽에 결합하는 배기파이프(2)에 홀(2a)을 형성하여 공명기 넥(Neck) 역할을 하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 별도의 구조가 필요없이 배기파이프의 홀만으로도 종래의 금형이 필요한 헬름홀츠 공명기 넥(neck) 구조를 구현할 수가 있다.

둘째, 중량 절감(재료비) 및 소음 개선을 해결할 수가 있다.

셋째, 배기시스템 외 분사가 필요한 모든 시스템에 적용 가능하다.

넷째, 보스(Boss) 높이 및 파이프 직경에 따른 감쇠 주파수 대역 튜닝이 용이하다.

도 1은 종래 발명에 따른 배기정화장치를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 DOC 전단부에서 HCI가 적용된 배기계 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 HCI 보스의 내부를 보여준 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 헬름홀츠 공명 구조 적용 HCI 보스 구조를 간략하게 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 공명실의 다중 면적구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 공명실의 변형에 대한 예시도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 공명실의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스(100)는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 배기정화장치(1)와 배기파이프(2)가 연결되고, 상기 배기파이프(2)에는 고압의 비압축성 유체연료를 DOC 전단부(도시하지 않음)에서 배기관으로 분사하기 위한 HCI 노즐(3)을 구비한 HCI 노즐 커넥터(4)가 안착되는 노즐안착부(101)를 상면에 가지는 HCI 도징 보스(Boss)(100)가 설치된다. 이러한 구성은 종래 구성과 동일하다.

다만, 상기 HCI 도징 보스(Boss)(100)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 기하학적 면적을 가지며 일부 한쪽에 곡선(Curve)이 형성된 공명실(110)과 상기 공명실(110) 쪽에 결합하는 배기파이프(2)에 홀(2a)을 형성하여 공명기 넥(Neck) 역할을 하도록 한 것을 본 발명의 특장점으로 한다.

특히, 상기 공명실(110)의 곡선은 도 5에 도시된 바와 같이, 완만한 곡선부(A)와 급격한 경사부(B)로 이루어진다.

이때, 상기 공명실(110)은 배기파이프(1)가 결합하는 보스(100) 내측에 형성된다.

기존 배기정화장치(DOC-DPF)는 정화율을 높이기 위해 전단부에서 후분사방식의 HCI 연료를 분사하는 과정에서 고압의 유체의 분사로 인해 아래 표 1에 나타낸 바와 같이 하기 주파수 대역(1300Hz, 3600Hz에)에서 메인 소음이 발생함을 알 수가 있다.

표 1

이러한 문제점을 해소하기 위해 본 발명은 HCI 보스(100)에 헬름홀츠 공명구조를 적용한 것으로,

특히, 도 5에 도시된 바와 같이, 공명실(110)의 높이에 따라 단면적이 상이하도록 함으로서, 다양한 주파수대에서 특정 주파수를 골라서 타켓 주파수의 소음을 저감할 수가 있다.

예를 들면, 곡선부(A)을 이루는 곡선 결접점(node)에서 기울기(

) 값에 의해 결정되는 해당 단면적의 변화율(

)에 따라서 원하는 복수의 주파수의 노이즈를 저감시킬 수가 있다.

참고로 도 6은 본 발명의 공명실(110)의 변형에 대한 예시로써, 경사부(B)의 급격한 경사로 인해 내부로 들어온 일부 공기가 빠져나가지 못하여 내압을 형성하면 해당 라인(Line)을 경계로 하여 Volume A를 공명기를 가지는 넥(Neck)이 헬륨홀치 공명구조를 가지도록 형성되고, 다시 라인을 넥을 가지는 Volume B의 또 다른 주파수 대역을 저감할 수가 있는 이중 공명구조를 형성할 수가 있다.

또한, 도 7은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면으로 공명실(110)에 배기파이프(2)에 형성된 홀(2a)을 완만한 곡선부(A)와 급격한 경사부(B)에 동시에 위치하도록 할 경우 Neck1에서의 소음에 대한 공명기의 저감효과와 Neck2에서의 소음에 대한 공명기의 저감효과는 기하학적 구조로 인해 다르게 나타난다.

반대로, 내부에 잔존하는 특정 유체(배기가스)에 내압이 존재할 경우 공기를 매질로 하는 공기유동소음(air born noise)이 일부 발생할 수 있고, 이 경우 특정 넥(Neck)을 통해 흘러들어온 헬름홀츠 내부의 소음에 대해 역으로 반대 위상 넥과 배기파이프(2) 내부가 공명실이 되어 소음이 역으로 저감시켜주는 기능을 할 수가 있다.

또한, 본 발명 HCI 도징 보스(100)를 채택한 구조는 배기시스템 외 분사가 필요한 모든 시스템에 적용 가능하되, 보스의 높이 파이프의 직경에 따라 감쇠 주파수 대역 튜닝이 가능하도록 하는 것도 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

1 : 배기정화장치 2 : 배기파이프
2a : 홀 100 : HCI 보스
110 : 공명실

Claims

배기정화장치(1)와 연결되는 배기파이프(2); 및
상기 배기파이프(2)에 설치되어 고압의 비압축성 유체연료를 DOC 전단부에서 배기관으로 분사하기 위한 HCI 노즐(3)을 구비한 HCI 노즐 커넥터(4)가 안착되는 노즐안착부(101)를 상면에 가지는 HCI 도징 보스(Boss)(100);를 포함하고,
상기 HCI 도징 보스(Boss)(100)에 기하학적 면적을 가지며 일부 한쪽에 곡선(Curve)이 형성된 공명실(110); 및
상기 공명실(110) 쪽에 결합하는 배기파이프(2)에 홀(2a)을 형성하여 공명기 넥(Neck) 역할을 하도록 한 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스.
제1 항에 있어서,
상기 공명실(110)의 높이에 따라 단면적이 상이한 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스.
제1 항에 있어서,
상기 곡선은 완만한 곡선부(A)와 급격한 경사부(B)로 이루어진 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스.
제1 항 또는 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기파이프(2)에 형성된 홀(2a)을 완만한 곡선부(A) 또는 급격한 경사부(B)에 위치되도록 한 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스.
제1 항 또는 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배기파이프(1)에 형성된 홀(2a)을 완만한 곡선부(A)와 급격한 경사부(B)에 동시에 위치하도록 한 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스.
배기정화장치(1)와 연결되는 배기파이프(2); 및
상기 배기파이프(2)에 설치되어 고압의 비압축성 유체연료를 DOC 전단부에서 배기관으로 분사하기 위한 HCI 노즐 노즐(3) 및 HCI 노즐 커넥터(4) 그리고 노즐안착부(101)가 설치되는 HCI 도징 보스(Boss)(100)를 포함하는 모든 차량의 전단부에 기하학적 면적이 형성된 공명실(110)을 갖는 상기 HCI 도징 보스(100)가 설치된 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스.
제 6항에 있어서,
상기 HCI 도징 보스(100)를 채택한 구조는 배기시스템 외 분사가 필요한 모든 시스템에 적용 가능하되, 보스의 높이 파이프의 직경에 따라 감쇠 주파수 대역 튜닝이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 헬름홀츠 공명구조를 갖는 HCI 보스.