KR960009603B1 - 배기압 감응형 자동차용 머플러 - Google Patents

Abstract

요약없음

Description

배기압 감응형 자동차용 머플러

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 머플러의 내부구조를 도시하는 단면도.

제2도는 제1도 중, 에어포켓의 상세구성을 도시하는 일부절결 사시도.

제3도 (가) 및 (나)는 제1도의 머플러의 작동을 나타내는 작동도로써, 제3도(가)는 저속, 저회전시, 제3도(나)는 고속, 고회전시의 작동상태를 도시함.

제4도는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 머플러의 내부구조를 도시하는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 머플러 본체3 : 슬리이브

5a, 5b : 링7 : 스토퍼

9 : 압력설정스프링11a, 11b : 흡음재

13 : 에어포켓21a, 21b, 21c : 관통공

본 발명은 자동차용 머플러(Muffler)에 관한 것으로, 특히 자동차의 주행속도(Running Speed) 또는 엔진의 회전속도(RPM : Revolution Per Minute)에 따른 배기압(排氣壓)의 고저(高低)에 따라 배기저항(排氣抵抗)이 적절히 가감(加減)됨으로써 최적(最適)의 배기효율(排氣效率)을 얻을 수 있도록 한 배기압 감응형(感應形) 자동차용 머플러에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 배기계통은, 배기행정(排氣行程 : Exhaust Stroke)시 연소실(燃燒室 : Cumbustion Chamber)에서 배기포트(Exhaust Port)로 배출되는 배기가스가 배기매니폴드(Exhaust Manifold)와 배기파이프(Exhaust Pipe) 및 머플러등을 순차적으로 통과한 후 대기중으로 배출된다.

자동차의 출력(出力)과 효율(效率)을 위해서 배기가스를 여하히 신속하게 대기중으로 배출하고, 새로운 혼합기(混合氣)를 연소실내에서 재차 흡입(吸入 : Intake)시키는가 하는 것이 관건이므로, 이러한 점만을 위해서라면 배기가스를 배기포트에서 직접 대기중으로 방출시키는 것이 유리하다. 하지만 배기포트에서 배출되는 배기가스는 600℃~900℃의 고온이며 고압의 상태이다. 그리고 배기음 또한 극히 높으므로 이와 같은 방식으로는 시가지 주행이 거의 불가능하다는 문제점이 있다.

따라서, 배기파이프를 지난 배기가스가 대기중으로 배출되기에 앞서 머플러를 통과하도록 하며, 머플러에서는 배기가스를 감압 및 소음한 후 대기중으로 방출한다. 일반적인 머플러의 구조는 상당히 굵은 강철재의 상자이며, 그 내부는 몇개의 공간으로 구획되어 있고 배기가스는 이 공간을 지나감으로써 압력이 감소되고 동시에 소음도 흡수된다.

그런데, 위와 같이 머플러에서 배기가스가 감압 및 소음되는 과정에서 배기저항이 증대되고 이것이 엔진의 동력을 상당히 감소시킨다. 즉, 이러한 동력손실은 엔진출력의 약 5~10%를 차지하게 된다.

따라서, 머플러의 소음효과를 높이기 위해서는 필연적으로 출력손실을 감수해야 하고, 반면에 엔진출력을 높이기 위해서는 필연적으로 충분한 머플러의 소음효과를 확보할 수 없는 것이다. 이러한 상반된 문제점으로 인해, 대부분의 자동차는 엔진출력과 소음방지의 면을 자동차의 용도에 맞게 절충하여 머플러의 사양을 결정짓고 있다. 즉, 엔진출력에 여유가 있는 배기량이 큰 엔진을 탑재한 자동차인 경우, 주행시의 엔진의 배기음을 작게하기 위해 저항이 큰 머플러를 장착하는 경향이 두드러지고, 또 배기량은 커도 스포츠카와 같이 가능한 한 엔진출력 손실을 억제시키고 싶은 경우에는 머플러의 소음효과를 다소 희생하여 저항이 적은 머플러를 장착하고 있다.

한편, 자동차는 일반적으로 공회전 및 저속, 저회전시에는 배기압이 낮아서(즉, 단위시간당 배출되는 배기가스의 양이 적음), 머플러에 설정된 소정의 배기저항치에도 불구하고 원활히 대기중으로 배출될 수 있지만, 고속, 고회전영역으로 갈수록 배기압이 증가(즉, 단위시간당 배출되는 배기가스의 양이 많음)되고 배기가스는 머플러를 통과하기 전에 정체현상을 일으키며 엔진출력은 급속하게 저하되는 문제점이 있었다.

종래의 경우 소정의 배기저항치를 갖는 머플러가 일단 자동차에 장착된 후에는, 머플러를 교체하지 않고서는 배기저항치를 변화시킬 수가 없는 것이었으므로, 자동차의 주행속도 또는 운행조건에 따라 최적의 배기효율과 출력을 얻을 수가 없었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 자동차의 주행속도 또는 엔진의 회전속도에 따른 배기압의 고저에 따라 배기저항이 적절히 가감됨으로써 최적의 배기효율과 출력을 얻을 수 있도록 한 배기압 감응형 자동차용 머플러를 제공하는 것에 있다.

위와 같은 본 발명의 목적은, 자동차용 머플러에 있어서, 배기압이 낮을 때 배기저항치를 증가시키고 배기압이 높을 때 배기저항치를 감소시키기 위한 수단을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 배기압 감응형 자동차용 머플러를 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 전술된 수단은, 머플러 본체 내벽과 소정 간격을 유지한 채 상기 머플러 본체내에서 배기압에 의해 이동가능하도록 지지되며 양단이 개방된 슬리이브와, 상기 슬리이브를 소정의 설정압력으로 탄성바이어스하는 압력설정스프링과, 상기 슬리이브내의 소정위치에 상기 슬리이브 내부공간을 구획짓도록 설치된 에어포켓과, 상기 슬리이브의 내외부를 관통하며 상기 슬리이브의 길이방향으로 소정 간격으로 형성된 복수개의 관통공을 구비하여 구성된다.

이하, 첨부도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 의한 머플러를 도시하고 있다.

제1도에 의하면, 원통형의 머플러 본체(1)내에, 머플러 본체(1)의 내벽과 소정간격(t)을 유지한채 머플러 본체(1)내에서 도면상 수평방향으로 이동가능하도록 슬리이브(3 : Sleeve)가 설치된다. 도면상 A방향은 엔진쪽을, B방향은 대기쪽을 각각 나타낸다. 전술한 슬리이브(3)는 양단이 개방되고 속이 비어 있다.

머플러 본체(1)의 내벽에 소정간격으로 복수개의 링(5a, 5b : Ring)이 설치되며, 이 링(5a, 5b)은 전술한 슬리이브(3)의 외벽과 밀착되며 머플러 본체(1)에 대해 슬리이브(3)를 파지하고 있다. 바람직하기로는, 전술한 링(5a, 5b)이 슬리이브(3)의 수평방향 이동에 따른 마찰, 마모를 저감시키기 위해 카본-테트론합금으로 제조된다.

슬리이브(3)의 외주면 소정위치에는 스토퍼(7 : Stopper)가 설치되며, 전술한 링(5b)와 이 스토포(7) 사이에는 압력설정스프링(9)이 설치된다. 이 압력설정스프링(9)은 슬리이브(3)의 A→B 방향 이동에 대항하는 소정의 탄성력을 슬리이브(3)에 가하도록 슬리이브(3)를 탄성바이어스한다.

머플러 본체(1)의 내벽은 통상의 유리섬유(Glassfiber)등의 흡음재(吸音材 : 11a)가 설치된다.

한편, 슬리이브(3)의 내부 공간 소정위치에는 이 공간을 2개의 구획으로 나누는 에어포켓(Air Pocket : 13)이 설치된다. 이 에어포켓(13) 상세 구조는 제2도에 도시된 것과 같이, 원뿔형 본체의 입구에 철망(15)이 설치되고 내부 공간에 흡음재(17)가 충전된 알루미늄(Aluminum) 재질로 제작된다. 도면부호 19는 이 에어포켓(13)을 슬리이브(3) 내벽에 고정하기 위한 돌출부이다.

슬리이브(3)의 내외부를 관통하는 복수개를 관통공(21a, 21b, 21c)들이 슬리이브(3)의 길이방향으로 소정 간격으로 형성되는 데, 본 실시예의 경우, 에어포켓(13)을 기준으로 하여 엔진쪽(A)으로 복수개의 열이 배열형성되고 대기쪽(B)으로 한개의 열이 배열형성된다.

슬리이브(3)의 전술한 관통공(21a, 21b, 21c)이 형성되지 않은 내벽 소정위치에도 흡음재(11b)가 설치될 수 있다.

이하, 제3도(가) 및 (나)를 참조하여 본 실시예의 작동을 설명한다.

제3도(가)는 저속, 저회전시의 본 실시예에 의한 머플러의 상태를 나타낸다. 엔진쪽(A)으로 부터 배기가스가 머플러 본체(1)내로 유입되고, 이 배기가스의 압력은 전술한 압력설정스프링(9)의 설정압력보다 높지 않으므로, 슬리이브(3)는 이동되지 않은 채 제3도(가)의 상태를 유지한다. 즉, 이 경우의 배기가스의 배출은 화살표에 의해 표시된 것과 같이, 한개의 열의 관통공(21a)을 통해 슬리이브(3) 외벽과 머플러 본체(1) 내벽 사이의 공간으로 배출된 후, 다시 한개의 열의 관통공(21b)을 통해 슬리이브(3) 내부로 유입되어, 결국 대기쪽(B)으로 배출된다. 다른 관통공(21c)들을 통해 배출된 배기가스는, 링(5a)를 통과하지 못하므로 대기쪽(B)으로 배출되지 못한다. 이 상태는, 저속, 저회전의 상태이므로, 배기압이 상대적으로 낮기 때문에, 유효한 관통공(21a, 21b, 21c) 열의 갯수가 전술한 바와 같이 각각 한개의 열이라 하더라도 정체되지 않고 원활히 배출될 수 있다.

한편, 서서히 주행속도와 엔진회전수가 증가되어 배기압이 증가되면, 제3도(나)에 도시된 것과 같이 슬리이브(3)가 압력설정스프링(9)의 설정압력을 이기고 B방향으로 이동된다. 슬리이브(3)가 이동함에 따라, 링(9a)을 기준으로 대기쪽(B)으로 옮겨진 관통공(21a, 21c) 열의 갯수가 증가되고, 결국 슬리이브(3)내로 유입된 배기가스는, 화살표에 의해 표시된 것과 같이, 복수개 열의 관통공(21a, 21c)을 통해 슬리이브(3) 외벽과 머플러 본체(1) 내벽 사이의 공간으로 배출된 후, 관통공(21b)을 통해 슬리이브(3) 내부로 재차 유입되어, 결국 대기쪽(B)으로 배출된다. 이때, 유효한 관통공(21a, 21b, 21c)열의 갯수가 배기압의 고저에 비례하여 복수개 열로 증가되었으므로, 속도 및 회전수 증가에 의해 배기압이 증가되더라도, 정체되지 않고 원활히 대기중으로 배출될 수 있고, 결국 엔진출력이 증진될 수 있는 것이다.

한편, 위와 같은 작용, 즉 유효한 관통공의 갯수 증감에 의한 배기저항치의 증감은 배기압의 증감에 비례하여 일어나기 때문에 엔진은 항상 최적의 배기효율과 출력을 얻을 수가 있는 것이다.

제4도에서는 본 발명의 다른 실시예에 의한 자동차용 머플러를 도시하고 있다.

제4도에 도시된 바에 의하면, 소음의 발생을 더욱 확실히 하기 위해, 배기파이프(41)가 머플러본체(1)내로 길게 연장되어 슬리이브(3) 내부의 전술한 에어포켓(13) 부위까지 연장되며, 에어포켓(13)도 연장된 배기파이프(41)를 충분히 수용하도록 상대적으로 길게 연장된다. 결국 배기파이프(41)로 부터 배출된 배기가스는 화살표에 표시된 바와 같은 경로를 거쳐 대기중으로 배출되므로, 소음이 현저히 저감될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 엔진의 회전수와 주행속도 등에 따른 배기압의 고저에 반응하여 머플러의 배기저항치가 자동적으로 가변될 수 있으므로, 항상 최적의 배기효율과 증진된 엔진출력을 얻을 수 있는 것이다.

Claims (8)

1. 자동차용 머플러에 있어서, 배기압이 낮을 때 배기저항치를 증가시키고 배기압이 높을 때 배기저항치를 감소시키기 위한 수단을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 배기압 감응형 자동차용 머플러.
2. 제1항에 있어서, 상기 수단이, 머플러 본체 내벽과 소정 간격을 유지한 채 상기 머플러 본체내에서 배기압에 의해 이동가능하도록 지지하며, 양단이 개방된 슬리이브와, 상기 슬리이브를 소정의 설정압력으로 탄성바이어스하는 압력설정 스프링과, 상기 슬리이브내의 소정위치에 상기 슬리이브 내부공간을 구획짓도록 설치된 에어포켓과, 상기 슬리이브의 내외부를 관통하며 상기 슬리이브의 길이방향으로 소정간격으로 형성된 복수개의 관통공을 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 배기압 감응형 자동차용 머플러.
3. 제2항에 있어서, 상기 머플러 본체 내벽의 복수개소의 소정위치에 설치되어 상기 슬리이브의 외벽과 밀착되며 이를 지지하는 복수개의 링을 더 구비하는 배기압 감응형 자동차용 머플러.
4. 제3항에 있어서, 상기 슬리이브가 이동됨에 따라 상기 복수개의 링들 중 어느 한 링을 기준으로 하여 상기 슬리이브에 형성된 상기 관통공들 중 엔진쪽 및 대기쪽에 각각 해당되는 관통공들의 갯수가 가변됨을 특징으로 하는 배기압 감응형 자동차용 머플러.
5. 제3항 또는 제4항 중, 어느 한 항에 있어서, 상기 링은 카본테트론합금으로 제조됨을 특징으로 하는 배기압 감응형 자동차용 머플러.
6. 제2항 내지 제4항 중, 어느 한 항에 있어서, 상기 머플러 본체의 내벽 소정위치 및 또는 상기 슬리이브 내벽 소정위치에 흡음재가 내장됨을 특징으로 하는 배기압 감응형 자동차용 머플러.
7. 제5항에 있어서, 상기 머플러 본체의 내벽 소정위치 및 또는 상기 슬리이브 내벽 소정위치에 흡음재가 내장됨을 특징으로 하는 배기압 감응형 자동차용 머플러.
8. 제2항에 있어서, 상기 에어포켓은, 원뿔형 본체와, 상기 본체의 입구에 설치된 철망과, 상기 본체의 내부에 내장된 흡음재를 구비하여 구성됨을 특징으로 하는 배기압 감응형 자동차용 머플러.