KR20030008064A - 저소음 튜닝머플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저소음 튜닝머플러에 관한 것이다. 이는 자동차 배기관의 단부에 고정되며 내부공간을 제공하는 것으로 일측부에는 배기가스가 빠져나가는 배기구가 형성되어 있는 케이싱과; 상기 케이싱의 내부에 설치되어 상기 배기관과 배기구를 연결하며 원주면에는 다수의 구멍이 관통 형성되어 있는 타공파이프와; 상기 케이싱 내부에 충진되어 타공파이프를 감싸는 흡음재와; 배기가스가 내부 유동하는 파이프로서 상기 배기구에 그 외주면이 밀착 고정되고 일단부가 타공파이프의 내측으로 삽입되되, 타공파이프의 내주면으로부터 그 외주면이 이격되어 틈새를 이룸으로써 틈새내부로도 배기가스 및 소음이 유동하도록 하는 배기가스유도관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 저소음 튜닝머플러는, 내부에 배기가스유도관을 설치하여 상기 배기가스유도관으로 하여금 엔진으로부터 발생하는 배기가스 및 소음의 흐름을 소정경로로 유도하도록 함으로써 일반 격벽식 머플러에서와 같은 정도의 소음만을 발생하고 또한 일반적인 고소음 고출력 튜닝머플러 수준의 출력을 낼 수 있다.

Description

저소음 튜닝머플러{Low noise tuning muffler}

본 발명은 튜닝머플러에 관한 것으로서 보다 상세하게는 엔진으로부터 발생하는 소음의 흐름을 머플러내에서 소정경로로 유도함으로써 일반 격벽식 머플러수준의 소음만을 발생하도록 구성된 저소음 튜닝머플러에 관한 것이다.

머플러(muffler)는 내연기관으로부터 나오는 소음을 줄이기 위한 장치로 보통 금속제의 원통모양을 하고 있다. 이러한 머플러의 소음 상쇠 방식은 원리에 따라 여러 가지가 있으며, 대략 팽창식, 공명식, 흡수식, 격벽식으로 분류할 수 있다. 상기 네 가지 방식중 격벽식이 주로 많이 사용되고 있다.

아울러 공지의 사실과 같이, 상기 머플러의 소음효과(消音效果)를 높이면 배기가스의 흐름에 대한 저항 즉 배압(背壓)이 증가되어 엔진의 출력이 낮아진다. 또한 이와 반대로 소음효과를 낮추면 배기가스의 흐름에 대한 저항이 낮아져 엔진의 출력은 높아지지만 그 대신 소음이 커진다. 예컨대 경주용 자동차는 배압이 매우 낮은 머플러를 장치하여 엔진의 출력을 높였지만 소음이 매우 크다.

한편 근래 들어 자동차 매니아들 사이에서는 각종 튜닝제품이 인기를 끌고 있다. 그 중 튜닝머플러(tuning muffler)는 엔진의 출력을 증강시키고 외부적으로는 일반 격벽식 머플러보다 큰 배기음을 낸다는 점에 젊은 층에 인기를 끌고 있다.

도 1은 종래의 튜닝머플러를 도시한 단면도이다.

도시한 바와같이, 종래의 튜닝머플러(10)는 엔진과 연결된 배기관(24)의 단부에 고정되며 끝단에는 디퓨져(20)가 마련되어 있는 케이싱(12)과, 상기 케이싱(12)의 내부에 구비되어 배기관(24)과 디퓨져(20)를 연결하며 배기통로(22)를 제공하는 타공파이프(14)와, 상기 케이싱(12) 내에 충진되어 타공파이프(14)를 감싸는 흡음재(18)를 포함하여 구성된다.

상기 타공파이프(14)는 원주면에 다수의 구멍(16)이 형성되어 있는 파이프로서 엔진에서 발생하는 소음 중 특히 고주파가 상기 구멍(16)을 통해 흡음재(18)측으로 이동하여 흡음재에 흡수되거나 감쇠되도록 한다. 한편 상기 타공파이프(14)는 엔진으로부터 방출되는 배기가스의 배출시 배압(背壓)이 생기는 것을 방지하기 위하여 내부 배기통로(22)는 완전히 개방되어 있음을 알 수 있다.

그러나 상기와 같이 구성된 종래의 튜닝머플러(10)는, 배기통로(22) 내부에 배기가스의 배출을 방해하는 아무런 장애도 없으므로 배기가스는 화살표 a방향을 따라 그대로 방출되어 엔진의 출력은 좋지만, 상기 배기가스와 더불어 엔진의 소음도 아무런 장애 없이 방출되므로 소음이 지나치게 커 소음에 의한 여러 가지 피해가 발생한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로, 내부에 배기가스유도관을 설치하여 상기 배기가스유도관으로 하여금 엔진으로부터 발생하는 배기가스 및 소음의 흐름을 소정경로로 유도하여, 액티브노이즈콘트롤(active noise control) 원리에 의해 소음이 상쇄되도록 함으로써 일반 격벽식 머플러에서와 같은 정도의소음만을 발생하고 또한 일반적인 고소음 고출력 튜닝머플러 수준의 출력을 낼 수 있도록 구성한 저소음 튜닝머플러를 제공함에 목적이 있다.

도 1은 종래의 튜닝머플러를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러에 적용되는 다공파이프를 도시한 사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러에 적용되는 배기가스유도관을 도시한 절제 사시도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러에서의 배기가스 및 소음의 흐름을 설명하기 위하여 일부 도시한 도면.

도 6은 액티브노이즈콘트롤(active noise control)에 의한 소음감소 효과를 나타내 보인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10:튜닝머플러 12,32:케이싱

14,34:타공파이프 16,40:구멍

18:흡음재 20,38:디퓨져(diffuser)

22:배기통로 24:배기관

30:저소음 튜닝머플러 36:배기가스유도관

42:확관부 44:배기구

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자동차 배기관의 단부에 고정되며 내부공간을 제공하는 것으로 일측부에는 배기가스가 빠져나가는 배기구가 형성되어 있는 케이싱과; 상기 케이싱의 내부에 설치되어 상기 배기관과 배기구를 연결하며 원주면에는 다수의 구멍이 관통 형성되어 있는 타공파이프와; 상기 케이싱 내부에 충진되어 타공파이프를 감싸는 흡음재와; 배기가스가 내부 유동하는 파이프로서 상기 배기구에 그 외주면이 밀착 고정되고 일단부가 타공파이프의 내측으로 소정길이 연장되되, 타공파이프의 내주면으로부터 그 외주면이 이격되어 틈새를 이룸으로써 틈새내부로도 배기가스 및 소음이 유동하도록 하는 배기가스유도관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배기가스유도관의 일단부의 선단은 반지름방향으로 확관되어 확관부를 이루고, 타단부는 배기구를 통해 케이싱 외부로 연장되며 확장된 디퓨져를 이루는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 배기가스유도관의 내경은 타공파이프 내경의 70% 내지 80%이며, 타공파이프에 대한 배기가스유도관의 삽입깊이는 타공파이프 길이의 1/4 내지 1/2인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 타공파이프의 구멍 중 배기가스유도관의 외주면과 마주하는 구멍의 직경은 다른 부위에 형성한 구멍 직경의 1.5 내지 2.5배 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 확관부는 나팔형으로 만곡형성되어 그 내측면으로는 타공파이프를 통해 유동하는 배기가스를 배기가스유도관 내부로 유도하고 외측면으로는 배기가스유도관과 타공파이프의 틈새 사이로 유동한 배기가스를 흡음재 및 배기통로측으로 유도하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

기본적으로 본 발명의 저소음 튜닝머플러는, 배가기스의 배출을 방해하지 않는 한도 내에서 머플러 내부를 통과하는 폭발음의 음파(이하, 소음)를 소정경로로 유도함으로써 음파끼리 서로 부딪히도록 하여 도 6과 같은 공지의 액티브 노이즈 콘트롤링(active noise cotrolling) 원리에 의해 소음을 감쇠시키는 원리에 기초하고 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러를 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러(30)는, 자동차의 배기관(24)에 고정 연결되며 내부공간을 제공하고 상기 배기관(24)의 반대측부에 배기구(44)를 갖는 케이싱(32)과, 상기 케이싱(32)의 내부에 고정되어 상기 배기관(24)과 배기구(44)를 연결하며 배기통로(22)를 제공하는 타공파이프(34)와, 상기 배기구(44)의 내주면에 고정지지되며 일단부가 타공파이프(34)내부로 삽입 고정되는 배기가스유도관(36)을 포함하여 구성된다.

아울러 상기 케이싱(32)의 내부에는 상기 타공파이프(34)를 감싸는 흡음재(18)가 충진된다. 상기 흡음재(18)는 엔진으로부터 발생하는 소음의 음파 중 특히 고주파를 흡수하는 것으로 예를 들어 스틸울(steel wool) 등을 사용할 수 있다.

상기 타공파이프(34)는 도 3에 도시한 바와 같이 원주면에 다수의 구멍(도 3의 16,40)이 관통 형성되어 있는 일정직경의 파이프이다. 상기 타공파이프(34)는 종래의 타공파이프(도 1의 14)와 마찬가지로 구멍(16,40)을 통해 소음의 음파를 통과시켜 흡음재(18)측으로 이동할 수 있게 한다.

한편, 상기 타공파이프(34)에 형성된 구멍(16,40)은 그 직경이 상호 다르다. 즉, 타공파이프(34)에 있어서, 배기가스유도관(36)의 외주면과 마주하는 부위의 구멍(40)은 다른 부위의 구멍(16)의 직경보다 크게 형성한다. 이는 후술하는 바와같이 흡음재(18)측으로 유입된 소음이 상기 타공파이프(34)와 배기가스유도관(36)의 틈새 사이로 보다 용이하게 이동하도록 의도한 것이다.

상기 배기가스유도관(36)은 도 4에 도시한 바와같이 양단이 확관된 파이프이다. 이는 배기관(24)을 통해 케이싱(32)내부로 이동되어온 소음 및 배기가스를 케이싱(32)외부로 배출하는 통로이다.

또한 상기 배기가스유도관(36)의 외주면은 배기가스유도관(36)과 타공파이프(34)와의 사이로 유동한 일부 배기가스 및 소음을 예를 들어 화살표 b방향으로 유도하여 화살표 k방향으로 이동하는 배기가스 및 소음과 충돌하도록 함으로써 소멸간섭을 일으키도록 한다.

즉, 상기 배기통로(22)를 통해 화살표 k방향으로 향하는 소음과 화살표 b방향으로 향하는 소음을 상호 충돌시켜 소음이 갖는 음파가 상호 소멸간섭을 일으켜 소음이 작아지게 하는 것이다.

이는 도 6이 의미하는 바와같이 소음에 소음을 충돌시켜 소음이 갖는 음파의 크기를 줄이는 공지의 액티브노이즈콘트롤(active noise control) 원리이다.

상기 배기가스유도관(36)은 배기구(44)의 내주면에 그 외주면이 밀착 고정되어 그 사이로 배기가스나 소음이 새어 나가지 않는다. 또한 상기 타공파이프(34)내부로 삽입된 일단부 선단은 마치 나팔처럼 외측으로 확관되어 확관부(42)를 이루고, 타측단부는 직선형으로 확장되어 공지의 디퓨져(38)를 형성한다.

상기 확관부(42)는 도 2의 화살표 b방향을 따라 흡음재측으로 유입된 배기가스가 되돌아 나오는 곳으로, 내부 배기통로(22)에서 사이공간(46)으로 유입되는 배기가스를 저지시켜 되돌아나가는 배기가스 흐름이 방해 받지 않도록 형성한 부위이다.

한편, 상기 배기가스유도관(36)의 직경(d1)은 타공파이프(34) 직경(d2)의 70% 내지 80%가 되도록 하고, 타공파이프(34)에 대한 배기가스유도관(36)의 삽입깊이(p)는 타공파이프(34) 길이의 1/4 내지 1/2이 되도록 함이 좋다.

또한 상기 확관부(42)의 선단과 타공파이프(34)의 내주면이 이루는 틈새는 흡음재로 들어간 배기가스 및 소음이 배기가스유도관(36)과 타공파이프(34) 사이의 공간을 거쳐 나오는 출구로서, 그 틈새간격(도 5의 g)은 머플러의 크기 및 엔진의 배기량에 따라 달라진다.

보통 상기 틈새간격은 타공파이프(34) 직경의 5% 내지 7% 정도가 되도록 한다. 예를들어 타공파이프(34)의 직경이 100mm일 경우 상기 틈새간격은 5mm 내지 7mm가 되도록 하는 것이다.

상기 틈새간격(g)을 넓게 할수록 소음의 감쇠효과는 높지만 배기가스에 가해지는 배압이 약간씩 높아지고, 반대로 좁게 할수록 엔진의 출력은 증가하지만 소음이 커진다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러에 적용되는 다공파이프를 도시한 사시도이다.

도시한 바와같이, 타공파이프(34)는 속이 빈 원통으로써 원주면에는 다수의 구멍(16,40)이 관통형성되어 있다. 또한 상기 구멍(16,40)에 있어서 한쪽 구멍(16)보다 다른 쪽 구멍(40)의 직경이 상대적으로 더 크게 형성되어 있다. 상기 구멍(16,40)중 상대적으로 큰 구멍(40)은 작은 구멍(16)의 직경보다 1.5 내지 2.5 배 정도 크게 형성한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러에 적용되는 배기가스유도관을 도시한 절제 사시도이다.

도시한 바와같이, 배기가스유도관(36)의 일측 선단에 형성된 확관부(42)는 유선형으로 만곡되어 외측으로 확장되어 있다. 따라서 상기 확관부(42)의 내측면은 소음 및 배기가스를 배기가스유도관(36)의 내부로 자연스럽게 유도함과 동시에 배기가스유도관(36)과 타공파이프(34) 사이의 사이공간(46)으로 들어가는 것을 방지하고, 외측면으로는 흡음재(18) 및 배기통로(22)측으로 유도할 수 있는 것이다.

상기 디퓨져(38)는 공지의 디퓨져(diffuser)와 마찬가지로 배기가스 및 소음을 확산시켜 소음을 작게 낮춘다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저소음 튜닝머플러에서의 배기가스 및 소음의 흐름을 보다 자세히 설명하기 위하여 일부 도시한 도면이다.

상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.

도면을 참조하면, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 및 소음은 타공파이프(34)의 배기통로(22)를 유동하며 일부는 배기가스유도관(36)을 통해 케이싱(32) 외부로 배출되고, 나머지는 타공파이프(34)의 구멍(16,40)을 통해 흡음재(18)측으로 유동한다.

상기 흡음재(18)측으로 유동한 배기가스 및 소음은 사이공간(46)으로 이동하고 사이공간(46)의 내부에서 난류유동하며 더러는 구멍(40)을 통해 흡음재(18)측으로 다시 이동하거나, 또는 상기 사이공간으로부터 역방향으로 다시 유동하여 도 2에 도시한 바와같이 계속 배출되는 배기가스 및 소음과 충돌하기도 한다.

결국 소음은 상기 흡음재(18)를 통과하며 소멸되기도 하고, 상기 충돌에 의한 소멸간섭에 의해 상쇠되기도 하는 것이다.

도 6은 액티브노이즈콘트롤(active noise control)에 의한 소음감소 효과를 개략적으로 나타내 보인 도면이다. 기본적으로 엔진으로부터 배출되는 소음의 음파는 저주파에서 고주파에 이르는 여러 가지 파형을 가지지만, 본 도면에서는 개념설명을 위하여 하나의 파형만을 도시하였다.

도시한 바와같이, 배출소음의 음파(s1)와 상기 배기가스유도관(36)에 의해 역방향으로 유도되어 되돌아 온 유도소음(s2)은 상호 소멸간섭을 일으키고 있음을 알 수 있다. 이와같은 소멸간섭에 의해 최종적으로 외부로 배출되는 소음의 음파는 감쇠소음의 음파(s3)와 같이 그 진폭이 작아져 소음이 작아진다.

한편, 상기 소멸간섭을 통한 소음의 감쇠정도는 상기 타공파이프(34)에 대한 배기가스유도관(36)의 직경이나 삽입깊이를 다르게 함에 따라 조절할 수 있다. 이는 상기 직경이나 삽입깊이 등을 실험적으로 다양하게 조절해 봄으로써 최저의 소음을 얻을 수 있음을 의미한다.

다음 표는 상기 타공파이프(34)의 내경을 73mm로 하고 배기가스유도관(36)의 내경은 56mm로, 확관부(42)의 선단과 타공파이프(34) 내주면간의 간격은 4mm로, 구멍(16,40)의 직경은 각각 2.5mm 및 5mm가 되도록 머플러를 제작하여 실제로 실험한 결과치이며, 상기와 같이 제작한 저소음 튜닝머플러를 현대자동차의 티뷰론에 장착하여 측정하되, 티뷰론의 출고시 장착되어 있는 일반 격벽형 머플러를 장착한 상태의 소음치와, 상기 격벽형 머플러를 떼어내고 그 자리에 본 발명의 저소음튜닝머플러를 장착한 상태의 소음치를 측정한 결과이다.

RPM	출고시 장착된 격벽형 머플러(dB)	본발명의 저소음 튜닝머플러(dB)
공회전	65	67
2000	71	72
3000	75	75
4000	85	81
6000	95	98

상기 실험치에 나타나 있는 바와같이, 본 발명의 저소음 튜닝머플러를 장착한 경우 일반 격벽형 머플러를 장착한 상태에서의 소음과 거의 비슷하고, 4000RPM에서는 오히려 본 발명의 저소음 튜닝머플러측의 소음이 더 작음을 알 수 있다.

아울러 공지의 사실과 같이 종래의 일반 튜닝머플러의 경우 3000RPM 내지 4000RPM에서 보통 100dB정도의 소음이 나는 것을 고려할 때 본 발명의 저소음 튜닝머플러는 엔진의 파워는 보통 튜닝머플러와 같고 소음은 일반 격벽형 머플러와 같은 성능을 제공하고 있음을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 저소음 튜닝머플러는, 내부에 배기가스유도관을 설치하여 상기 배기가스유도관으로 하여금 엔진으로부터 발생하는 배기가스 및 소음의 흐름을 소정경로로 유도하여 계속 배출되는 배기가스 및 소음과 간섭을 통하여 소음이 상쇄되도록 함으로써 일반 격벽식 머플러에서와 같은 정도의 소음만을 발생하고 또한 일반적인 고소음 고출력 튜닝머플러 수준의 출력을 낼 수 있다.

Claims (5)

1. 자동차 배기관(24)의 단부에 고정되며 내부공간을 제공하는 것으로 일측부에는 배기가스가 빠져나가는 배기구(44)가 형성되어 있는 케이싱(32)과;

   상기 케이싱(32)의 내부에 설치되어 상기 배기관(24)과 배기구(44)를 연결하며 원주면에는 다수의 구멍(16,40)이 관통 형성되어 있는 타공파이프(34)와;

   상기 케이싱(32) 내부에 충진되어 타공파이프(34)를 감싸는 흡음재(18)와;

   배기가스가 내부 유동하는 파이프로서 상기 배기구(44)에 그 외주면이 밀착 고정되고 일단부가 타공파이프(34)의 내측으로 소정길이 연장되되, 타공파이프(34)의 내주면으로부터 그 외주면이 이격되어 틈새를 이룸으로써 틈새내부로도 배기가스 및 소음이 유동하도록 하는 배기가스유도관(36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 저소음 튜닝머플러.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 배기가스유도관(36)의 일단부의 선단은 반지름방향으로 확관되어 확관부(42)를 이루고, 타단부는 배기구(44)를 통해 케이싱(32) 외부로 연장되며 확장된 디퓨져(38)를 이루는 것을 특징으로 하는 저소음 튜닝머플러.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 배기가스유도관(36)의 내경은 타공파이프(34) 내경의 70% 내지 80%이며, 타공파이프(34)에 대한 배기가스유도관(36)의 삽입깊이는 타공파이프(34) 길이의 1/4 내지 1/2인 것을 특징으로 하는 저소음 튜닝머플러.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 타공파이프(34)의 구멍(16,40) 중 배기가스유도관(36)의 외주면과 마주하는 구멍(40)의 직경은 다른 부위에 형성한 구멍(16) 직경의 1.5 내지 2.5배 큰 것을 특징으로 하는 저소음 튜닝머플러.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 확관부(42)는 나팔형으로 만곡형성되어 그 내측면으로는 타공파이프(34)를 통해 유동하는 배기가스를 배기가스유도관(36) 내부로 유도하고 외측면으로는 배기가스유도관(36)과 타공파이프(34)의 틈새 사이로 유동한 배기가스를 흡음재(18) 및 배기통로(22)측으로 유도하는 것을 특징으로 하는 저소음 튜닝머플러.