KR890001409B1 - 내연기관용 배기소음장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기용 배기관소음장치

제1(a)도, 제2(a)도는 종래의 흡수형배기소음장치를 나타낸 단면도.

제1(b)도, 제2(b)도는 제1(a)도, 제2도(a)의 A-A 단면도.

제3도는 박막부착흡음재와 흡음재 단체와의 흡음율을 나타낸 특성도.

제4(a)도는 종래에 있어서의 박막협지방식의 배기소음장치를 나타낸 단면도.

제4(a)도는 제4(b)도의 A-A 단면도.

제5(a)도는 본원 발명의 일실시예를 나타낸 단면도.

제5(b)도는 제5도(a)의 A-A 단면도.

제6도는 제4(a)도, 제4(b)도에 나타낸 종래의 흡수형배기소음장치와 제5(a)도, 제5(b)도에 나타낸 일실시예에 있어서의 각 흡음성능을 비교하여 나타낸 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 입구관 2 : 상자체

3 : 유공관 4 : 미관

6 : 배기가스유로 10 : 밸런스공

15 : 원통형흡음체 16,17 : 팽창실

18 : 제어공

본원 발명은 내연기관용 배기소음장치(이하, 배기소음장치라고 함)에 관한 것이며, 특히 소음성능의 광대역화(廣帶域化)를 도모한 것이다.

제1(a)도,제1(b)도는 흡음재를 사용한 종래의 배기소음장치의 개략구조를 나타낸다. 도면중 (1)은 입구관, (2)는 배기소음장치의 상자체, (3)은 편칭메탈로 구성한 유공관(有孔管), (4)는 미관(尾管), (5)는 상기 유공관(3)과 상자체(2)에 의해 형성되는 공간에 충전된 금속다공체를 나타낸다. 흡음재로는 통상 글랙스울(glass wool)이나 로크울(rock wool)등의 섬유질 흡음재를 사용하고 있다. 상기 입구관(1), 유공관(3), 미관(4)은 연속해서 배기가스유로(6)를 구성한다. 이처럼 구성된 배기소음장치에 있어서, 입구관(1)에서 유입된 배기가스는 유공관(3), 미관(4)를 거쳐 대기에 방출된다. 배기가스와 함께 전파해 온 배기음은 금속다공체(5)내의 미세한 간극안으로 전파해 감으로써 배기음의 음향에너지는 점성(粘性)효과에 의해 열에너지로 변환되어 소음된다.

이상과 같은 배기 소음장치에 있어서는 다음에 기술하는 원인에 의해 그 소음성능의 시간경과 열화가 현저하다고 하는 결점이 있었다. 즉, 첫째로 배기가스중의 연소잔사물(매연, 타르)이 배기가스와 함께 흡음재내에 도입되어 흡음재의 골격에 부착, 비대화함으로써 흡음재의 빈구멍 부분이 막히게 된다. 둘째로 흡음재는 섬유질이기 때문에 배기가스에 의해 섬유가 비산한다. 세째로 흡음재가 상자체 안에 완전히 충전되어 있으므로 그 단열효과가 크며, 상자체의 내부가 저온으로 되어 배기가스중의 스증기가 응축되기 쉬워진다. 응축수는 아황산가스등과 화합하여 강산성으로 되므로 상자체가 현저하게 부식되어서 상자체에 구멍이 뚫리고 그곳에서 소리가 대기에 방사된다.

따라서, 발명자들은 상술한 종래의 배기소음장치의 시간경과열화를 개선하고자 검토했다. 그 결과, 상술한 제2, 제3의 문제는 다음의 방법으로 해결할 수 있는 것을 발견했다. 즉, 제2(a)도,제2(b)도에 나타낸 것처럼 흡음재로서 금속다공체(5)를 사용하여 배기가스에 의한 비산을 방지하는 동시에 금속다공체(5)와 상자체(2)와의 사이에 배면공기층(7)을 형성함으로써, 상자체(2)내의 온도저하를 극히 작게하고, 응축수의 생성을 완화함으로써, 상자체의 부식문제가 시정된다. 그리고, 흡음재(금속다공체)그 자체는 강성이 있고 구조재로 될 수 있으므로, 상기 배면공기층은 용이하게 형성할 수 있게 된다.

이상의 제2(a)도,제2(b)도의 방식에서 시간경과열화의 요인으로서 남는 과제는 연소잔사물에 의한 흡음재의 눈막힘만으로 된다. 상기한 바와 같이 흡음재의 눈막힘은 배기가스가 흡음재내에 유입되는 것에 기인하는 것으로, 해서, 발명자들은 배기가스와 접하는 흡음재 표면에 통기성이 없는 박막을 형성함으로써 흐름을 차단하여 흡음재의 눈막힘을 방지하는 것에 도달했다. 그러나, 박막을 형성하는 것은 음파자체도 흡음재 내부에 전파하기 어렵게 되어 그 흡음재을 저하시키게 되지만, 박막의 두께나 흡음재의 공공율(空孔率)등을 조절함으로써, 오히려 흡음재단체보다도 흡음특성을 향상시킬 수 있는 것을 발견했다. 즉, 박막과 흡음재의 빈 구멍 등으로 구성되는 기계-음향임피던스계의 고유치를 고흡음율이 요망되는 저주파영역에 설정함으로써, 흡음재단체보다 저주파영역의 흡음율을 향상시킬 수 있다. 제3도는 그 실험결과의 일예이며, 박막은 니켈, 크롬의 합금이고, 두께는 10㎛의 경우이다. 도면중 A곡선은 흡착재단체, 도면중 B곡선은 박막부착흡음재의 각각의 흡음율을 나타낸다.

박막을 흡음재표면에 처리하는 방법으로서는 도포, 접착, 접합, 일체성형, 샌드위치법 등을 응용할 수 있고, 어떠한 방법에 의해서도 기본적으로는 연소잔사물에 의한 흡음재의 눈막힘방지 및, 흡음율의 개선이 가능해진다. 그러나, 발명자들은 이 박막부착흡음재를 사용한 소음장치를 내연기관에 실장한 결과 다음의 문제점을 발견했다. 즉, 박막에 의해 흡음재를 통과하는 흐름이 차단되기 때문에, 배기가스에 의해 흡음재의 배기가스와 접촉하는 측과 배면측(공기층)과의 사이에 압력차가 생긴다. 그 압력차는 박막에 가해지기 때문에 박막에 커다란 인장력이 가해지며, 그것은 막강성(膜剛性)을 올리게 되어, 음파에 대한 막의 진동응답특성이 저하되어 소음율의 저하를 초래하게 된다. 또한, 압력차가 커지면 막파괴를 초래하게 된다. 그 개선책으로서 흡음재와 박막의 일부를 개공한 밸런스공을 형성함으로써, 상기 압력차를 저감하는 방법을 발명자들은 발견 했다. 즉, 제4(a)도, 제4(b)도에 나타낸 것처럼 유공관(3)과 금속다공체(5)와 상기 박막(9)을 설치하고, 상기 금속 다공체(5)와 상기 박막(9)의 일부를 절개함으로써 형성된 밸런스공(10)을 형성한 구조이다. 이와 같은 구조에 있어서, 배기가스는 입구관(1), 유공관(3), 미관(4)으로 구성되는 배기가스유로(6)를 지나 대기중에 방출 되지만, 배기가스의 일부는 밸런스공(10)을 거쳐, 상자체(2)내에 유출입하기 때문에, 박막(9)전후의 입력차를 저감할 수 있고, 박막의 파괴를 방지할 수 있는 동시에 박막이 흡음재의 향상에 유효하게 작용한다.

이상에서 기술한 것처럼, 제4(a)도, 제4(b)도에 나타낸 박막, 금속다공체, 밸런스공에 의해 구성되는 배기소음장치에 있어서, 제3도에 나타낸 것처럼 박막부착흡음재의 흡음율은 박막이 없는 흡음재의 그것보다도 꽤 향상 되지만, 200Hz 이하의 저주파역으로 되면 흡음율이 크게 저하되기 때문에 저주파역에 있어서의 소음성능이 불충분하므로, 이 개선이 필요해진다. 그래서, 본원 발명은 배기소음장치에 있어서의 저주파역의 소음성능을 향상시키기 위해서는 흡음재에만 의존하는 것으로는 그 해결이 곤란하다는 견지에서 배기소음장치의 일부에 배기로가 축소 및 확대되는 부분을 가진 팽창형의 소음방식을 병용하는 이른바 하이브리드(hybrid)방식으로 하는 것이 유효하다는 것을 발견했다.

본원 발명은 팽창실과 배기가스유통관에 의해 구성된 배기소음장치에 관한 것이며, 특히 유공관과 이 유공관을 동심(同心)으로 둘러싸는 원통형금속다공체와의 사이에 박막을 협지하여 원통형흡음체를 구성하고, 이 원통형흡음체에 의해 배기가스유로의 일부를 구성함으로써 배기소음잔치에 있어서의 소음성능의 광대역화를 도모한 것이다.

원통형흡음체에 의한 고주파대역의 소음작용 및 팽창실 등에 의한 저주파대역의 소음작용을 병용함으로써 배기음의 소음성능의 광대역화를 도모하고 있다.

제5(a)도, 제5(b)도는 본원 발명의 일실시예인 하이브리드방식의 배기소음장치를 나타낸 단면도이다. 도면중(11) (12)는 상자체(2)의 공간을 3분할하는 간막이판, (13)은 입구관(1)과 연결되고, 간막이판(11) (12)을 연통하여 간막이판(12)의 부분에서 종단을 갖는 삽입관, (14)는 삽입관(13)의 배기가스유입축에 뚫어서 형성된 복수개의 유입공, (15)는 유공관(3)과, 이 유공관과 동심으로 배설된 금속다공체(5)와, 이 금속다공체(5)와 유공관(3)과의 사이에 협지된 박막(9)으로 구성된 원통형흡음체이다. 이 박막은 Ni-Cr의 두께 10㎛의 금속박막으로 이루어진다. 이 원통형흡음체(15)는 간막이판(11)의 위치를 시단으로 간막이판(11) (12)을 연통해서 상자체내에서 미관(4)에 연속됨으로써 배기가스유로(6)를 형성하고 있다. 여기서, 금속다공체(5)는 Ni-Cr해면형상금속다공체로 구성되어 있다.

또, 원통형흡음체(15)에는 박막(9) 및 금속다공체(50중 배기가스유입측의 일부가 절결되어 흡음재의 배면 공기층(7)과 유공관(3)의 내부와의 압력차를 조정하는 밸런스공(10)이 구성되어 있다. (16) (17)은 간막이판 (11) (12)에 의해 상자체(2)내에 형성된 팽창실, (18)은 간막이판(12)에 개공된 복수개의 소음성능제어용의 제어공이다. 이와 같은 하이브리드방식의 배기소음장치에 있어서, 배기계에서 인도된 배기가스는 제5(a)도에 화살표로 나타낸 것처럼 배기소음장치내를 흐른다. 즉, 입구관(1)에서 유입된 배기가스는 그 일부가 유입공(14)에서 상자체(2)내의 팽창실(17내에 유입되고, 나머지 부분은 삽입관(13)을 거쳐 팽창실(17)내에 유입된다. 팽창실(16)에 유입된 배기가스는 원통형 흡음체(15), 및 미관(4)을 거쳐 대기중에 방출된다. 한편 삽입관(13)에서 팽창실(17)내에 유입된 배기가스는 제어공(18)로부터 배면공기층(7)내에 유입된 다음, 밸런스공(10)을 지나 배기가스유로(6)내에 들어가고, 미관(4)을 거쳐 대기중에 방출된다. 여기서 배기가스에 대한 박막(9), 금속다공체(5)의 기능을 상술한 바와 같다.

배기가스와 함께 상자체(2)내에 입사되는 배기음은 상술한 배기가스와 같은 경로로 미관(4)에서 대기중에 전파하지만, 유입공(14), 제어공(18) 및 삽입관(13)이 음향리액턴스로서 또한 상자체(2)내에 형성된 팽창실 (16) (17)의 각 공간이 음향캐패시턴스로서 각기 작용하며, 이 결과 배기음중 저주파음이 효과적으로 소음된다. 한편, 고주파음은 상기 원통형흡음체를 구성하는 금속다공체(5) 등의 흡음재의 소음작용에 의해 저감된다. 이때문에, 이 구조에 의하면 넓은 주파수대역에 걸쳐서 커다란 소음효과를 실현할 수 있다. 여기서, 이와같은 소음효과를 얻기 위해, 제어공(18)의 작용에 대해 설명한다. 특히 저주파음의 소음성능은 팽창형으로 한 구조에 더해서 특히 제어공(18)을 간막이판(12)에 형성하고, 이 제어공(18)의 개공율을 제어하는 것, 또는 삽입관(13)의 내경을 바꿈으로써, 조정이 가능하다는 것을 발견했다.

그리고, 유입공(14), 제어공(18)의 직경이 작기 때문에 이 세공을 배기가스가 통과할 때, 배기가스에 의해 2차적고주파의 유체음이 발생하기 쉽지만, 이 유체음은 원통형흡음체(15)의 흡음효과에 의해 완전히 소음될 수 있다.

제6도중 A의 곡선은 제5(a)도, 제5(b)도의 실시예에 의한 소음성능을 나타내며, B의 곡선은 제4(a)도, 제4(b)도의 종래방식에 의한 소음성능을 각기 나타낸다. 이 특성도에 의하면 저주파역, 즉200Hz이하의 주파수대역에 있어서, 대폭으로 소음성능이 개선되는 것이 명백하다.

그리고, 하이브리드형으로 함으로써 배기가스에 대한 저항이 증가하지만, 유입공(14), 제어공(18)등의 개공면적, 수를 조정함으로써, 종래의 하이브리드형에 비해 2-3%이내의 증가로 억제할 수 있는 것이 실험적 으로 확인되어 있다.

이 배기소음장치는 자동차용머플러로서 유효하게 이용할 수 있다. 상기 실시예는 원통형흡음체(15)를 미관(4)에 접속한 경우에 대해 나타났지만, 이것에 한정되지 않고 삽입관(13)측에 접속한 경우도 본원 발명의 범위에 포함된다. 또, 삽입관이 하나인 예를 나타냈지만, 삽입관은 하나일 필요는 없다.

간막이판, 팽창실의 수 등도 제5(a)도, 제5(b)도의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

원통형흡음체를 구성하는 흡음재로서 금속다공체(Ni-Cr)를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않으며, 글래스울, 로크울, 스틸울, 세라믹다공체 등도 적용할 수 있다.

본원 발명에 의하면 팽창실을 구비하고, 삽입관과, 원통형흡음체를 팽창실내에 설치하여 배기가스유로를 구성한 것에 의해 배기소음장치의 소음성능의 광대역화를 도모할 수 있다.

Claims (4)

1. 상자체의 내부를 간막이판에 의해 분할하여 형성된 팽창실과, 상기 상자체내에 배설된 배기가스유통관을 구비한 내연기관용배기소음장치에 있어서, 관벽에 구멍을 갖는 유공관과 이 유공관을 동심으로 둘러싸는 원통형금속다공체와의 사이에, 박막을 협지한 원통형흡음체에 의해 상기 배기가스유통관의 일부를 구성하는 동시에, 상기 금속다공체의 배면공기층과 상기 유공관의 내부와의 압력차를 조정하는 밸런스공을 형성한 내연기관용 배기소음장치.
2. 제1항에 있어서, 밸런스공은 박막의 일부를 절결하여 이루어진 내연기관용배기소음장치.
3. 제2항에 있어서, 배기가스유통관을 구성하는 흡음체의 상류측에 밸런스공을 형성한 내연기관용 배기소음장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배기가스유통관의 입구측관벽과, 간막이벽의 쌍방에 임의의 단면적을 갖는 복수개의 세공을 형성한 내연기관용 배기소음장치.

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