KR100311132B1 - 내연기관의 레조네이터 - Google Patents

Abstract

프론트 레조네이터의 구조를 개선하여 울림 소음 및 엔진의 문제 주파수등을 저감하기 위하여 복수개의 제1,2,3배플 플레이트에 의해 제1,2,3,4쳄버를 형성한 레조네이터 하우징의 배기소음 저감수단과,

상기 배기소음 저감수단내의 제1쳄버를 관통하여 제2쳄버에 배기가스의 유입이 이루어지게 제1배플 플레이트에 걸쳐 설치되는 유입 파이프의 유입 관로수단과,

상기 유입 관로수단에 의해 유입된 배기가스의 일부를 제3쳄버와 제4쳄버에 배출하게 제2,3배플 플레이트에 걸쳐 일정 길이로 배치되는 유도 관로수단과,

상기 유입 관로수단에 의해 유입된 제2쳄버의 배기가스 일부를 제1쳄버에 배출하게 제1배플 플레이트에 배치되는 단관 연통수단과,

상기 단관 연통수단을 통해 유입된 제1쳄버내의 배기가스와 제2쳄버내의 배기가스가 배출되게 구멍을 형성하면서 제1,2,3배플 플레이트와 제4쳄버를 관통하여 배치되는 배출 관로수단을 포함한 구성으로 이루어지는 내연기관의 레조네이터를 제공하는데 있다.

Description

내연기관의 레조네이터{RESONATOR FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 레조네이터(RESONATOR)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프론트 레조네이터의 구조를 개선하여 울림 소음 및 엔진의 문제 주파수등을 저감하기 위한 내연기관의 레조네이터에 관한 것이다.

일반적으로 레조네이터는 흡,배기 계통에 특정 주파수의 공명을 이용하여 저감시키는 장치로, 흡,배기관에서 저감하려는 주파수 수직에서 계산된 치수와 형상으로 할 때, 그와 같은 공명기를 흡기관 혹은 배기관에 연결하여 헬름홀츠의 공명 원리에 의하여 음량을 작게 하는 것이다.

또, 배기가스를 대기중에 방출하기 전에 압력과 온도를 저하시켜 급격한 팽창과 폭음을 억제하고, 1mm 두께의 강판을 원통으로 하여 내부에 다량의 구멍이 뚫린 여러개의 파이프와 칸막이를 설치하여 배기가스가 레조네이터로 들어가 칸막이와 작은 구멍을 통과할 때 서서히 팽창되고 압력과 온도가 저하되어 폭음을 방지한다.

배기가스의 온도는 600~700℃이며 음속이 600m/sec가 되므로 레조네이터의 체적은 행정 체적의 12~20배 정도가 좋다.

엔진의 연소가스를 직접 밖으로 내보내면 폭음이 되므로 이장치를 통하여 음을 작게 한다.

소음을 감소시키는 수단으로는 배기관 도중에 팽창실을 설치하여 내벽간의 음파 반사나 공명 현상을 이용하여 음을 감쇠하거나 배기가스의 통로에 음파와의 마찰에 의하여 음향에너지를 작게 하는 흡음재(일반적 글라스울)를 넣는 방법을 취한다.

배기음의 주성분인 주파수는 엔진 회전속도에 동조하기 때문에 저속시(저주파)에는 긴 파이프, 고속시(고주파)에는 짧은 파이프가 좋은 것이 된다.

한편, 배기 소음에는 토출구에서 나올때의 분류 소음도 있고, 그것은 배기 유속의 n차의 지수함수로 되고, 배기량 흐름이 증가하여 유속이 증대되는 고속회전, 고부하일수록 소음이 증대한다.

분류 소음을 낮게 하는 데에는 레조네이터 후의 파이프의 단면적을 확대하는 것이 유효한데, 앞에 기술한 저주파 소음의 저감 요구와는 상반되는 것이 되기 쉽다.

또, 엔진은 배기계의 배압 상승에 동반하여 실린더 내의 연소 잔류가스가 증가, 체적 효율이 저하되어 출력 성능이 악화하므로 레조네이터도 압력 손실이 낮을 것이 요구된다.

압력손실은 압력손실 계수와 배기 유속의 2승의 곱에 비례하므로, 유속이 증대하는 고속 고부하에서 압력손실을 낮게 억제하는 데는 손실 계수를 작게 한다.

즉, 파이프 지름 확대의 필요가 있고 이것은 저주파 소음 저감도 충족하려고 하면, 레조네이터의 확대를 동반하므로 공간의 제약을 받는다.

도1은 본 발명이 적용되는 배기관을 도시한 도면으로, 배기 다기관(도시생략)에 연결되면서 촉매 컨버터(2)를 구비한 프론트 배기 파이프(4)와, 여기에 연결되면서 프론트 레조네이터(6)를 구비한 센터 배기 파이프(8)와, 이후 연결되면서 메인 레조네이터(10)를 구비한 메인 배기 파이프(12)로 이루어지고 있다.

여기에 적용되는 종래의 프론트 레조네이터(14)를 도4에 도시하고, 도4의 B-B를 도시한 측단면도를 도5에 도시하고 있다.

상기한 프론트 레조네이터(14)는 프론트 배기 파이프(4)가 연결되는 프론트 하우징(18)과, 프론트 하우징(18)내를 일정 간격으로 4등분하는 프론트 배풀 플레이트(20)와, 이 프론트 배플 플레이트(20)를 관통하여 설치되는 프론트 파이프(22)로 구성되어 있다.

상기한 프론트 하우징(18)은 프론트 배플 플레이트(20)에 의해 분할 형성되는 프론트 제1,2,3쳄버(24)(26)(28)와, 좌,우에 프론트 좌,우측판(30)(32)으로 막아 형성하고 있다.

상기한 프론트 배플 플레이트(20)는 프론트 하우징(18)내로 배기가스가 유입되는 측에 통공(34)을 형성한 프론트 제1배플 플레이트(36)와, 이 프론트 제1배플 플레이트(36)로부터 일정 간격을 둔 위치에 프론트 제2배플 플레이트(38), 이 프론트 제2배플 플레이트(38)에서 배기가스가 배출되는 측으로 일정 간격을 두고 프론트 보강 배플 플레이트(40)를 배치하여 이루어지고 있다.

상기한 프론트 파이프(22)는 프론트 하우징(18)의 프론트 좌측판(30)과 프론트 제1배플 플레이트(36)에 걸쳐 설치되어 배기가스의 유입이 이루어지는 프론트 제1파이프(42)와, 프론트 제1파이프(42)와 동일 선상에 위치하여 프론트 제2배플 플레이트(38)에 걸쳐 설치되는 프론트 제2파이프(44)와, 상기 프론트 제1,2파이프(42)(44)가 설치되는 상측에 프론트 제1, 2 배플 플레이트(36)(38)과 보강 배플 플레이트(40), 프론트 하우징(18)의 프론트 우측판(32)에 걸쳐 프론트 제3파이프(46)를 배치하고 있다.

상기한 보강 배플 플레이트(40)는 중심이 뚫려 있어 프론트 하우징(18)의 형상을 유지하고 프론트 제3쳄버(28)의 길이가 길어서 오는 울림 현상 및 뒤틀림 현상을 방지하게 하고 있다.

그리고 프론트 제3파이프(46)와 프론트 제2파이프(44)를 프론트 제3쳄버(28)내에서 지지 브라켓트(48)를 이용 연결하여 파이프 길이에 의한 진동으로 공진, 방진 및 내구성을 유지하게 설치하고 있다.

또, 프론트 제3파이프(46)는 프론트 제2,3배플 플레이트(38)(40)의 구간에 걸쳐 프론트 구멍(50)을 형성하고 있으며, 그 외주면에는 프론트 글라스 울(52)로 덮혀 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 종래의 프론트 레조네이터(14)는 고속시 배기가스는 프론트 제1파이프(42)를 통해 제2쳄버(26)에 유입된 후 일부는 프론트 제2파이프(44)를 거쳐 제3쳄버(28)에 유입되며, 다른 일부는 제1배플 플레이트(36)의 통공(34)를 거쳐 제1쳄버(24)에 유입된 후 프론트 제3파이프(46)를 통해 배출된다.

그리고 저속시 제1,2쳄버(24)(26)의 체적을 합한 경우보다 제3쳄버(28)의 체적을 크게 하여 배기가스에 의한 저주파를 감쇄하게 한다.

그러나 상기한 종래기술은 고속시 제1,2쳄버를 거치는 동안 충분히 배기가스 흐름 속도를 감쇄시키지 못하는 경우 맥동 압력파에 의해 프론트 레조네이터 하우징이 '끄르릉 끄르릉'하는 방사음을 발생하는 문제점이 있다.

그리고 제3쳄버로 저주파를 감쇄하여도 이를 크게 형성해야 하기 때문에 실차 적용이 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 프론트 레조네이터의 구조를 개선하여 울림 소음 및 엔진의 문제 주파수등을 저감하기 위한 내연기관의 레조네이터를 제공하는데 있다.

도1은 본 발명이 적용되는 배기관을 도시한 도면.

도2는 본 발명에 따른 레조네이터를 도시한 측단면도.

도3은 도1의 A-A를 도시한 도면.

도4는 종래기술의 레조네이터를 도시한 도면.

도5는 도3의 B-B를 도시한 도면.

이를 실현하기 위한 본 발명은

내연기관의 레조네이터에 있어서,

복수개의 제1,2,3배플 플레이트에 의해 제1,2,3,4쳄버를 형성한 레조네이터 하우징의 배기소음 저감수단과,

상기 배기소음 저감수단내의 제1쳄버를 관통하여 제2쳄버에 배기가스의 유입이 이루어지게 제1배플 플레이트에 걸쳐 설치되는 유입 파이프의 유입 관로수단과,

상기 유입 관로수단에 의해 유입된 배기가스의 일부를 제3쳄버와 제4쳄버에 배출하게 제2,3배플 플레이트에 걸쳐 일정 길이로 배치되는 유도 관로수단과,

상기 유입 관로수단에 의해 유입된 제2쳄버의 배기가스 일부를 제1쳄버에 배출하게 제1배플 플레이트에 배치되는 단관 연통수단과,

상기 단관 연통수단을 통해 유입된 제1쳄버내의 배기가스와 제2쳄버내의 배기가스가 배출되게 구멍을 형성하면서 제1,2,3배플 플레이트와 제4쳄버를 관통하여 배치되는 배출 관로수단을 포함한 구성으로 이루어지는 내연기관의 레조네이터를 제공하는데 있다.

본 발명은 저속시에는 유입 관로수단을 통과한 가스가 제2쳄버에서 배출 관로수단의 구멍을 통해 메인 레조네이터로 배출되는데, 이때 제1쳄버와 단관 연통수단은 공명실 기능을 하게 된다.

그리고 고속시에는 유입 관로수단과 단관 연통수단 및 배출 관로수단을 통해 배기가스의 배출이 이루어진다.

상기한 단관 연통수단은 배기가스의 흐름시 저항을 개선하게 되어 배기압을 저감시켜 출력을 증대하게 된다.

이때 유입 관로수단을 통해 유입된 배기가스에 의한 소음은 제2쳄버에서 제3쳄버까지 연결되는 길이와 제2쳄버에서 제4쳄버까지 연결되는 길이를 갖는 유도 관로수단에 의해 감쇄된다.

또, 엔진의 고유 문제 저주파는 제2쳄버에서 제4쳄버에 걸쳐 배치된 유도 관로수단에 의해 감쇄하고, 차체와 공진되는 주파수 100㎐ 이상은 체2쳄버에서 제2쳄버까지 연결되는 길이의 유도 관로수단에 의해 감쇄한다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명이 적용되는 배기관을 도시한 도면이고, 도2는 본 발명에 따른 레조네이터를 도시한 측단면도이다.

그리고 도3은 도1의 A-A를 도시한 도면이다.

레조네이터(6)는 레조네이터 하우징(60), 유입 파이프(62), 유도 파이프(64), 단 파이프(66), 배출파이프(68)로 구성되어 이루어지고 있다.

레조네이터 하우징(60)은 복수개의 제1,2,3배플 플레이트(70)(72)(74)에 의해 나뉘는 제1,2,3,4쳄버(76)(78)(80)(82)를 형성하고 있다.

제4쳄버(82)는 제1쳄버(76)와, 제2쳄버(78)를 합한 체적으로 형성하고, 제3쳄버(80)에는 하우징(60)의 내주면에 글라스울(84)을 개재하면서 유도 파이프(64)와 배출 파이프(68)가 배치되게 주름관(86)을 내장하고 있다.

유입 파이프(62)는 레조네이터 하우징(60)의 제1쳄버(76)를 관통하여 제2쳄버(78)에 배기가스의 유입이 이루어지게 제1배플 플레이트(70)에 걸쳐 설치되고 있다.

유도 파이프(64)는 유입 파이프(62)에 의해 유입된 배기가스의 일부를 제3쳄버(80)와 제4쳄버(82)에 배출하게 제2,3배플 플레이트(72)(74)에 걸쳐 일정 길이로배치하고 있다.

유도 파이프(64)는 제3쳄버(80)에 배기가스의 유입이 이루어지게 분지관(88)을 분지 형성하고 있다.

단 파이프(66)는 길이(ℓP3)를 짧게 형성한 파이프로 유입 파이프(62)에 의해 제2쳄버(78)에 유입된 배기가스중 일부가 제1쳄버(76)로 순환하게 제1배플 플레이트(70)에 설치하고 있다.

배출 파이프(68)는 단 파이프(66)를 통해 유입된 제1쳄버(76)내의 배기가스와 제2쳄버(78)내의 배기가스가 배출되게 구멍(90)을 형성하면서 제1,2,3배플 플레이트(70)(72)(74)와, 제4쳄버(82)를 관통하게 배치하고 있다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명의 작용은 저속시에 유입 파이프(62)를 통과한 가스가 제2쳄버(78)에서 구멍(90)으로 유입된 후 배출 파이프(68)를 통해 메인 레조네이터(10)로 배출되는데, 이때 제1쳄버(76)와 단 파이프(66)는 공명실 기능을 하게 된다.

그리고 고속시에는 유입 파이프(62)와 단 파이프(66) 및 배출 파이프(68)를 통해 배기가스의 배출이 이루어진다.

이때, 상기한 단 파이프(62)와 제1쳄버(76)는 저속시 공명실 기능을 하다가 고속시 배기가스 압이 높아지면 배기가스 흐름 통로가 되어 배기압 저항을 개선하게 되어 배기가스의 배출을 증대하게 되어 출력을 향상하게 된다.

또, 유입 파이프(62)를 통해 저속시나 고속시 유입된 배기가스에 의한 소음은 제2쳄버(78)에서 제3쳄버(80)까지 연통되는 길이(ℓp1)와 제2쳄버(78)에서 제4쳄버(82)까지 연통되는 길이(ℓp2)를 갖는 유도 파이프(64)에 의해 감쇄된다.

또, 엔진의 구동으로 갖는 고유 문제 저주파는 제2쳄버(78)에서 제4쳄버(82)에 걸쳐 일정 길이(ℓp2)로 연통되게 배치된 유도 파이프(64)에 의해 감쇄가 이루어진다.

차체와 더블어 공진되는 주파수 100㎐ 이상은 체2쳄버(78)에서 제3쳄버(82)까지 연통되게 유도 파이프(64)에서 일정 길이(ℓp1)로 분지된 분지관(88)과, 이 분지관(88)과 연통되는 제3쳄버(80)에 의해 감쇄가 이루어진다.

이러한 본 발명은 레조네이터 하우징의 울림 소음을 방지할 수 있으며, 고속시 개재된 글라스 울과 주름관을 부가하므로서 열팽창과 냉각에 따른 내구성을 증대하며, 소음 감쇄도 도모하게 된다.

Claims (7)

1. 내연기관의 레조네이터에 있어서,

   복수개의 제1,2,3배플 플레이트에 의해 제1,2,3,4쳄버를 형성한 레조네이터 하우징의 배기소음 저감수단과,

   상기 배기소음 저감수단내의 제1쳄버를 관통하여 제2쳄버에 배기가스의 유입이 이루어지게 제1배플 플레이트에 걸쳐 설치되는 유입 파이프의 유입 관로수단과,

   상기 유입 관로수단에 의해 유입된 배기가스의 일부를 제3쳄버와 제4쳄버에 배출하게 제2,3배플 플레이트에 걸쳐 일정 길이로 배치되는 유도 관로수단과,

   상기 유입 관로수단에 의해 유입된 제2쳄버의 배기가스 일부를 제1쳄버에 배출하게 제1배플 플레이트에 배치되는 단관 연통수단과,

   상기 단관 연통수단을 통해 유입된 제1쳄버내의 배기가스와 제2쳄버내의 배기가스가 배출되게 구멍을 형성하면서 제1,2,3배플 플레이트와 제4쳄버를 관통하여 배치되는 배출 관로수단을 포함한 구성으로 이루어지는 내연기관의 레조네이터.
2. 청구항 1에 있어서, 배기 소음 저감수단은 복수개의 제1,2,3배플 플레이트에 의해 균등하게 나뉘는 제1,2,3쳄버와,

   상기 제1,2쳄버를 합한 체적으로 형성되는 제4쳄버로 이루어지는 내연기관의 레조네이터.
3. 청구항2에 있어서, 제3쳄버는 하우징의 내주면에 개재한 글라스울과, 유도파이프와 배출 파이프의 배치가 이루어지게 주름관을 내장하여 이루어지는 내연기관의 레조네이터.
4. 청구항 1에 있어서, 유도 관로수단은 유입 파이프에 의해 유입된 배기가스의 일부를 제3쳄버와 제4쳄버에 배출하게 제2,3배플 플레이트에 걸쳐 일정 길이로 배치하여 이루어지는 내연기관의 레조네이터.
5. 청구항 4에 있어서, 유도 관로수단은 제3쳄버에 배기가스의 유입이 이루어지게 분지관을 분지 형성하여 이루어지는 내연기관의 레조네이터.
6. 청구항 1에 있어서, 단관 연통수단은 길이를 짧게 형성한 파이프로 유입 파이프에 의해 제2쳄버에 유입된 배기가스중 일부가 제1쳄버로 순환하게 제1배플 플레이트에 설치하여 이루어지는 내연기관의 레조네이터.
7. 청구항 1에 있어서, 배출 관로수단은 단 파이프를 통해 유입된 제1쳄버내의 배기가스와 제2쳄버내의 배기가스가 배출되게 구멍을 형성하면서 제1,2,3배플 플레이트와, 제4쳄버를 관통하게 배치하여 이루어지는 내연기관의 레조네이터.