KR20150065894A

KR20150065894A - 과급기용 사이렌서 및 이 사이렌서를 사용한 과급기

Info

Publication number: KR20150065894A
Application number: KR1020157012434A
Authority: KR
Inventors: 테루오 코사카; 다이키 타이라; 나오키 이시다; 코이치 사카모토; 후미토 히라타니
Original assignee: 알파테크 컴퍼니 리미티드; 미쯔비시 헤비 인더스트리즈 리미티드
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-06-15
Also published as: CN104870800A; JP6152612B2; WO2014092174A1; JP2014118832A; EP2933470A1; EP2933470A4; CN104870800B

Abstract

[과제] 비용의 저렴화에 최적이고 음소거량의 증가에 적합한 과급기용 사이렌서 및 이 사이렌서를 사용한 과급기를 제공한다. [해결수단] 임의의 흡음 스플리터(20)와, 이에 인접한 다른 흡음 스플리터(20)는, 중심축(CA)과 동심이고 동일 반경의 정해진 원을 기준으로 한 시점이 다른 복수의 인볼류트 곡선의 각각에서의 시점으로부터의 거리 구간이 동일한 부위에 따른 형상으로 형성되고, 임의의 흡음 스플리터(20)와 다른 흡음 스플리터(20) 사이의 유로(19)에서의 인볼류트 곡선의 법선 방향의 치수인 유로 폭(w)은, 음소거해야 할 소음의 파장에 적합한 소정의 일정값으로 설정되어 있다.

Description

과급기용 사이렌서 및 이 사이렌서를 사용한 과급기{SILENCER FOR SUPERCHARGER AND SUPERCHARGER USING THIS SILENCER}

본 발명은 과급기(過給機)용 사이렌서(소음기) 및 이 사이렌서를 사용한 과급기에 관한 것으로, 특히 과급기의 공기 흡입구에서 발생하는 소음(騷音)의 음소거(消音)에 적합한 과급기용 사이렌서 및 이 사이렌서를 사용한 과급기에 관한 것이다.

종래부터, 대형 디젤 엔진에는, 그 성능을 높이기 위해, 해당 엔진의 실린더 내에 공기를 강제로 보내는 수단으로서 과급기가 사용되고 있었다.

최근, 이러한 종류의 과급기에는, 디젤 엔진의 연비 향상 및 질소 산화물(NOx) 삭감을 목적으로, 고압력비이면서 고효율인 것이 요구되어 왔다.

그리고, 이러한 요구에 부응하기 위해, 과급기는 종래보다도 높은 회전수로 구동되도록 되어오고 있다.

그러나, 이와 같이 과급기를 높은 회전수로 구동하면, 요구되는 성능(고압력비 및 고효율)은 실현되지만, 소음 수준이 증대하는 등 폐해도 초래했다.

이러한 과급기의 소음원은, 엔진의 배기 가스를 동력원으로 하여 회전하는 터빈과, 이 터빈에 동축상으로 직결되어, 터빈과 일체적으로 회전함으로써 공기를 흡입·압축하여 실린더에 보내는 압축기이다.

여기서, 터빈의 출입구에는, 배기 가스를 유통시키는 덕트(도관)가 연결되어 있지만, 이 덕트에서 투과해오는 터빈의 소음은, 해당 덕트의 외면에 방음재를 감아줌으로써 차단할 수 있다. 또한, 터빈을 수용하는 터빈 케이스에서 투과해오는 소음에 대하여는, 이 터빈 케이스의 주물 외면를 방음재로 덮어줌으로써 차단할 수 있다. 게다가, 압축기의 공기 토출구(출구)에는, 압축된 공기를 실린더측으로 유통시키기 위한 덕트가 접속되어 있지만, 이 덕트에서 투과해오는 압축기의 소음은, 덕트의 외면에 방음재를 감아줌으로써 차단할 수 있다. 더욱이, 압축기를 수용하는 주조품인 압축기 케이스에서 투과해오는 소음에 대하여는, 이 압축기 케이스의 외면을 방음재로 덮어줌으로써 차단할 수 있다.

한편, 압축기의 공기 흡입구(입구)에 대해서는, 압축기가 공기를 흡입할 수 있도록 개방해야 하기 때문에, 전술한 압축기의 공기 토출구나 터빈의 출입구에서의 음의 차단을 그대로 적용할 수 없다. 따라서, 무언가의 수단을 강구하지 않으면, 압축기에서 발생한 매우 높은 수준의 소음이, 공기 흡입구를 경유하여 외부로 방사되어 버리게 된다.

그래서, 종래부터, 과급기에는 압축기의 공기 흡입구에서 발생한 소음을 음소거하기 위한 과급기용 사이렌서가 설치되어 있었다.

이 과급기용 사이렌서에는, 엔진에의 적용에 있어서, 이하에 기술하는 바와 같은 그에 합당한 성능이 요구되고 있었다.

즉, 압축기의 소음은 압축기의 임펠러가 회전함으로써 발생하는 바람을 가르는 소리이며, 날개 매수의 차수(次數) 성분의 주파수를 주성분으로 하고 있다. 이 소음은 예를 들어, 도 22에 도시하는 바와 같이, 날개 매수×회전수÷60(초)에 의해 산출되는 기본 주파수인 1650(3300)Hz와, 이 기본 주파수의 배음(倍音) 성분 근방의 주파수 성분이, 다른 주파수 성분에 비해 매우 높은 수준으로 되는 것이 특징이다. 다만, 도 22에서는 날개 매수 11(22)매, 회전수 9000rpm을 전제로 하여, 기본 주파수 1650(3300)Hz를 얻을 수 있다. 이러한 소음이 압축기(과급기)의 공기 흡입구에서 방사될 때의 수준은, 흡입 풍량 및 토출 압력에 따라 다르지만, 대략 130~155dB(A)이다. 그리고, 과급기를 사용하고 있는 엔진의 기기측 소음이 100dB(A) 전후이기 때문에, 엔진의 환경 면에서, 과급기의 공기 흡입에 의한 소음도 100dB(A) 전후로 저감되어야 한다.

따라서, 과급기용 사이렌서에는, 이러한 과급기의 소음의 저감에 대응할 수 있도록, 높은 음소거량인 것이 요구되고 있었다.

또한, 엔진의 연비 향상 및 NOx의 삭감, 나아가서는 연료 절약 및 배기 가스 규제에의 공헌 등과 같은 과급기 본래의 목적을 달성하기 위하여는, 과급기는 고효율(환언하면, 높은 토출 압력)인 것이 바람직하다. 이러한 과급기의 효율을 높이기 위해, 세계의 과급기 제조업체들은 치열한 경쟁을 하고 있다. 그리고, 일반적으로, 흡입 측의 압력 손실을 10mmAq 작게 하면, 과급기의 효율이 1% 향상하는 것으로 알려져 있으며, 흡입 측에 배치되는 과급기용 사이렌서의 압력 손실이 작은 것은 과급 기의 효율을 높이기 위한 중요한 요소가 된다.

따라서, 과급기용 사이렌서에는, 높은 음소거량일 뿐만 아니라, 압력 손실이 작은 것도 요구되고 있었다.

이러한 과급기용 사이렌서로서는, 지금까지도 본 출원인에 의해 다양한 구조의 사이렌서가 제안되어 왔지만, 대형 과급기용 사이렌서의 대표적인 구조는 흡입 공기의 흐름에 따라 원통외주(円筒外周) 흡입형, 원통정면(円筒正面) 흡입형 및 각형정면(角形正面) 흡입형의 세가지 유형의 구조로 분류된다.

이들 세가지 유형의 대형 과급기용 사이렌서의 구체적인 예를 설명한다.

(원통외주 흡입형)

원통외주 흡입형 사이렌서는, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 과급기에 직결된 상태로 엔진 상에 장착되어 있다.

이러한 원통외주 흡입형 사이렌서에서는, 사이렌서의 외주에서 중심을 향해 공기의 흡입이 이루어진다. 이때, 과급기(압축기)의 소음은, 이와 같은 공기의 흐름에 역행하여, 사이렌서의 중심에서 외주를 향해 방사된다.

그리고, 이러한 소음을 음소거하기 위한 음소거 요소는, 사이렌서의 내경과 외경 사이에, 복수의 Z자형의 판형상 흡음 스플리터를, 둘레 방향에 등 피치로 방사상으로 배열함으로써 구성되어 있다.

이러한 원통외주 흡입형 사이렌서에 의하면, 기본 주파수보다도 높은 주파수의 음파를 흡음 스플리터의 굴곡부에 충돌시켜 음을 음소거할 수 있는 동시에, 각 흡음 스플리터 사이에, 외주에서 중심을 향하는 공기의 유로를 확보하여, 압력 손실을 억제할 수 있다.

(원통정면 흡입형)

원통정면 흡입형 사이렌서는, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 사이렌서의 정면(전면)에서 축방향 후방을 향해 공기의 흡입이 이루어지도록 구성되어 있다.

또한, 과급기의 소음은, 이러한 공기의 흐름과는 반대로, 사이렌서의 후방에서 축방향 전방, 즉 정면(전면) 측을 향해 방사되도록 되어 있다.

그리고, 이러한 소음을 음소거하기 위한 음소거 요소는, 축방향에서의 중앙부가 지름 방향으로 만곡한 복수의 원통 형상의 흡음통을 동심원상으로 배열함으로써 구성되어 있다.

이러한 원통정면 흡입형 사이렌서에 따르면, 음파를 흡음통의 만곡부에 충돌시켜 큰 음소거량을 얻을 수 있는 동시에, 각 흡음통 사이에, 축방향으로의 공기의 유로를 확보하여 압력 손실을 억제할 수 있다.

(각형정면 흡입형)

각형정면 흡입형 사이렌서는, 비특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 원통정면 흡입형 사이렌서와 마찬가지로, 사이렌서의 정면에서 축방향 후방을 향해 공기의 흡입이 이루어지도록 구성되어 있다.

또한, 원통정면 흡입형 사이렌서와 마찬가지로, 과급기의 소음은, 흡입되는 공기의 흐름에 저항하도록, 사이렌서의 후방에서 축방향 전방을 향해 방사되도록 되어 있다.

그리고, 이러한 소음을 음소거하기 위한 음소거 요소는, 복수의 판형상의 흡음판을 축방향에 대해 직교하는 방향으로 등 피치로 배열함으로써 구성되어 있다.

이러한 각형정면 흡입형 사이렌서에 따르면, 필요 음소거량에 따라 음소거 요소의 길이를 축방향으로 연신하여 소정의 음소거량을 얻을 수 있는 동시에, 각 흡음판 사이에, 축방향으로의 공기의 유로를 확보하여 압력 손실을 억제할 수 있다.

특허문헌 1 : 특개2004-360547호 공보 특허문헌 2 : 특개2002-004964호 공보

비특허문헌 1 : http://www.alpt.co.jp/products/s_charger.html

전술한 세가지 유형의 사이렌서는, 각각 요구되는 성능을 만족하는 것은 있었지만, 이하에 기술하는 바와 같이 유형마다 고유의 특성(일장일단)이 있었다.

(원통외주 흡입형)

원통외주 흡입형 사이렌서는, 복수의 흡음 스플리터의 치수를 모두 동일하게 할 수 있기 때문에, 양산성이 우수하고, 세가지 유형의 사이렌서 중 비용이 가장 저렴하다.

그 한편으로, 원통외주 흡입형 사이렌서는, 그 구성 상, 외경(do)을 과급기의 외경과 거의 같은 치수로 하여야 하며, 또한 내경(di)도, 과급기의 취합부(取合部) 직경에 의해 일의적으로 결정되어 버린다. 따라서, 음소거 요소는, 이러한 제한된 공간 내에 배치되는 것을 피할 수 없게 되고, 음소거 요소의 통로 길이는, {(do-di)÷2}로 제한되기 때문에, 음소거량을 늘리는 데에는 한계가 있었다.

(원통정면 흡입형)

원통정면 흡입형 사이렌서는, 원래, 원통외주 흡입형 사이렌서의 결점을 해소할 목적으로 개발된 경위가 있어, 원통외주 흡입형 사이렌서보다도 음소거량의 확보가 우수하다. 구체적으로는, 원통정면 흡입형 사이렌서는, 흡음통의 축방향 길이를 조정함으로써 필요 음소거량을 용이하게 확보할 수 있다.

그 반면, 원통정면 흡입형 사이렌서는, 원통외주 흡입형 사이렌서에 비해 케이스의 표면적이 크기 때문에, 이 케이스에서 투과해오는 소음을 방음하기 위해, 케이스 외표면에 방음재를 감아 차단해야 한다. 또한, 원통정면 흡입형 사이렌서는, 흡음통의 직경을 각각 다르게 해야 하기 때문에, 양산화가 어렵고, 비용이 높아져 버린다.

(각형정면 흡입형)

각형정면 흡입형 사이렌서는, 전술한 두가지 유형의 사이렌서의 결점을 해소할 목적으로 개발된 경위가 있어, 원통외주 흡입형 사이렌서보다도 음소거량이 우수함과 동시에, 원통전면 흡입형 사이렌서보다도 비용면에서 뛰어나다.

그러나, 각형정면 흡입형 사이렌서는, 원통정면 흡입형 사이렌서와 마찬가지로, 케이스에서 투과해오는 소음을 방음하기 위해, 케이스 외표면에 방음재를 감아 차단해야 한다.

본 발명자는, 전술한 세가지 유형의 사이렌서의 특성을 고려하여, 원통외주 흡입형 사이렌서의 비용이 가장 저렴하다는 점에 착안하여, 원통외주 흡입형 사이렌서의 비용이 저렴하다는 것을 살리면서 원통외주 흡입형 특유의 약점인 음소거량 증가의 어려움을 극복하기 위해, 비용의 저렴화에 최적이며, 또한 음소거량의 증가에 적합한 과급기용 사이렌서 및 이 사이렌서를 사용한 과급기를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 과급기용 사이렌서의 특징은 과급기에 설치된 압축기에 의한 공기의 흡입이 이루어지는 공기 흡입구에 장착되고 상기 공기의 흡입시 상기 압축기에 의해 발생하는 소음의 음소거를 행하기 위한 과급기용 사이렌서에 있어서, 판형상의 복수의 흡음 스플리터가 상기 공기 흡입구의 내주를 따르도록 하여 소정의 중심축을 중심으로 한 둘레 방향에 각각 간극부를 설치하여 방사상으로 배열되어 있는 것에 의해, 상기 각 간극부를 유로로 한 지름 방향의 외측으로부터 내측을 향한 상기 공기의 흡입이 이루어짐과 동시에, 해당 공기의 흐름 에 역행하여 상기 내측에서 상기 외측을 향해 방사되는 상기 소음이 상기 복수의 흡음 스플리터에 흡수되어 음이 음소거되도록 구성되고, 임의의 상기 흡음 스플리터와 이 흡음 스플리터에 상기 둘레 방향에서 인접한 다른 상기 흡음 스플리터는 상기 중심축과 동심이고 서로 동일 반경의 정해진 원(定円)을 기준으로 한 시점(始点)이 다른 복수의 인볼류트 곡선의 각각에서의 상기 시점으로부터의 거리 구간이 동일한 부위에 따른 형상으로 형성되고, 상기 임의의 흡음 스플리터와 이 흡음 스플리터에 상기 둘레 방향에서 인접한 다른 흡음 스플리터 사이의 상기 유로에서의 상기 인볼류트 곡선의 법선 방향의 치수인 유로 폭은, 음소거해야 할 상기 소음의 파장에 적합한 소정의 일정값으로 설정되어 있는 점에 있다.

그리고, 이러한 구성을 채용함으로써, 저렴한 원통외주 흡입형 사이렌서에 있어서, 인볼류트 곡선을 따른 형상의 흡음 스플리터를 사용함으로써, 인접한 흡음 스플리터끼리의 사이의 유로 폭을, 흡음 스플리터의 두께를 변경하지 않고 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 이 유로 폭을, 음소거해야 할 소음의 파장에 적합시키는 것으로써, 흡음 스플리터의 설치 공간이 지름 방향에서 제약이 주어지고 있는 중에 음소거량을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 소음의 기본 주파수가 1650Hz의 경우, 그 파장은, 음속 340(m/s)÷주파수 1650(Hz) = 20.6cm가 된다. 또한, 기본 주파수의 배음인 3300Hz의 경우, 그 파장은 음속 340(m/s)÷주파수 3300(Hz) = 10.3cm가 된다. 이 파장에 적합하도록 유로 폭을 조정하면, 기본 주파수 1650Hz와 기본 주파수의 배음 3300Hz의 소음을 효율적으로 음소거할 수 있다.

본 발명의 다른 과급기용 사이렌서의 특징은, 상기 임의의 흡음 스플리터와 이 흡음 스플리터에 상기 둘레 방향에서 인접한 다른 흡음 스플리터가, 상기 복수의 인볼류트 곡선으로서, 상기 동일한 반경 및/또는 상기 다른 시점끼리의 간격이 상이한 복수의 패턴의 상기 인볼류트 곡선의 세트 중, 어느 하나의 패턴에 해당하는 상기 인볼류트 곡선의 세트에 기초한 형상으로 형성되고, 상기 복수의 패턴 모두가, 상기 복수의 흡음 스플리터 중 어느 하나의 서로 인접하는 1쌍의 흡음 스플리터끼리의 형상에 할당되어 있음으로써, 상기 복수의 패턴에 각각 대응하는 상기 일정값의 유로 폭을 갖는 유로가, 상기 둘레 방향의 위치에 따라 선택적으로 배치되어 있는 점에 있다.

그리고, 이러한 구성을 채용함으로써, 유로에 따라 적합한 소음의 파장을 다르게 할 수 있기 때문에, 압축기의 회전수 변동에 의한 음소거해야 할 소음의 파장의 변화(예를 들어, 기본 주파수의 변화에 수반한 기본 주파수에 대응하는 파장의 변화)에 유연하게 대응하여, 높은 음소거량을 안정적으로 유지할 수 있다.

본 발명의 또 다른 과급기용 사이렌서의 특징은, 상기 임의의 흡음 스플리터와 이 흡음 스플리터에 상기 둘레 방향에서 인접한 다른 흡음 스플리터는, 각각이, 동심의 정해진 원을 기준으로 한 신개(伸開) 방향이 정회전 또는 역회전된 복수의 인볼류트 곡선의 일부끼리를 합쳐 연결한 복합 곡선분(曲線分)에 따른 형상으로 형성되어 있는 점에 있다.

그리고, 이러한 구성을 채용함으로써, 공기의 흐름에 역행하여 유로 내를 진행하는 소음의 음파를 흡음 스플리터에 손쉽게 충돌시킬 수 있으므로, 흡음 스플리터에 의한 소음의 흡음을 효율적으로 행할 수 있고, 음소거량을 더욱 증가시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 과급기용 사이렌서의 특징은, 상기 일정값이, 상기 음소거해야 할 소음의 파장의 1/2의 크기인 점에 있다.

그리고, 이러한 구성을 채용함으로써, 유로 폭을 음소거해야 할 소음의 파장에 최적의 값으로 정합시킬 수 있기 때문에, 가장 효과적인 음소거의 하나를 실현할 수 있다.

본 발명의 또 다른 과급기용 사이렌서의 특징은, 상기 흡음 스플리터의 배열 피치가, 상기 음소거해야 할 소음의 파장에 적합한 값으로 설정되어 있는 점에 있다.

그리고, 이러한 구성을 채용함으로써, 흡음 스플리터의 배열 피치를 음소거해야 할 소음의 파장에 적합시키는 것으로써, 음소거량을 더욱 증가시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 과급기용 사이렌서의 특징은, 상기 배열 피치가, 상기 음소거해야 할 소음의 파장과 동일한 크기인 점에 있다.

그리고, 이러한 구성을 채용함으로써, 흡음 스플리터의 배열 피치를 음소거해야 할 소음의 파장에 최적의 값으로 정합시킬 수 있기 때문에, 가장 효과적인 음소거의 하나를 실현할 수 있다.

본 발명의 또 다른 과급기용 사이렌서의 특징은, 상기 음소거해야 할 소음의 파장이, 상기 소음의 기본 주파수에 대응하는 파장인 점에 있다.

그리고, 이러한 구성을 채용함으로써, 소음 레벨이 가장 높은 기본 주파수의 소음을 효과적으로 음소거할 수 있기 때문에, 과급기용 사이렌서에 요구되는 성능을 확실하게 발휘할 수 있다.

본 발명의 과급기의 특징은, 복수의 흡음 스플리터가, 공기 흡입구의 내주를 따르도록 하여 소정의 중심축을 중심으로 한 둘레 방향으로 각각 간격을 두고 방사상으로 배열됨과 함께, 상기 중심축과, 동심의 정해진 원을 기준으로 한 시점을 갖는 동시에 인볼류트 곡선을 따른 형상으로 형성되고, 상기 둘레 방향에서 인접하는 흡음 스플리터에 의해 형성된 유로 폭은, 음소거해야 할 소음의 파장에 적합한 소정 폭으로 설정된 과급기용 사이렌서를 압축기에 구비하는 점에 있다.

그리고, 이러한 구성을 채용함으로써, 흡음 스플리터의 설치 공간이 지름 방향에서 제약이 주어지고 있는 중에 음소거량을 효과적으로 증가시킬 수 있는 과급기를 제공할 수 있다.

본 발명에 의하면, 비용의 저렴화에 최적이고 또한 음소거량의 증가에 적합한 과급기용 사이렌서 및 이 사이렌서를 사용한 과급기를 실현할 수 있다.

[도 1] 본 발명에 따른 과급기용 사이렌서의 제1 실시 형태에서, 과급기용 사이렌서의 종단면도를 과급기의 일부와 함께 도시한 구성도.
[도 2] 도 1의 제1 실시 형태의 음소거 요소를 도시하는 정면 부분 단면도.
[도 3] 도 1의 제1 실시 형태에서의 흡음 스플리터의 형상을 결정하기 위한 인볼류트 곡선을 도시하는 도면.
[도 4] 인볼류트 곡선의 원리를 설명하기 위한 제1의 설명도.
[도 5] 인볼류트 곡선의 원리를 설명하기 위한 제2의 설명도.
[도 6] 흡음 스플리터의 구체적인 구조의 일례를 도시하는 확대도.
[도 7] 흡음 스플리터의 구체적인 구조의 다른 일례를 도시하는 확대도.
[도 8] 도 1의 제1 실시 형태에서, 흡음 스플리터의 변형예에 대응하는 인볼류트 곡선을 도시하는 도면.
[도 9] 본 발명에 따른 과급기용 사이렌서의 제2 실시 형태에서, 흡음 스플리터의 형상을 결정하기 위한 인볼류트 곡선을 도시하는 도면.
[도 10] 도 9의 제2 실시 형태에서, 음소거 요소를 도시하는 개략 구성도.
[도 11] 본 발명에 따른 과급기용 사이렌서의 제3 실시 형태에서, 음소거 요소의 제1의 구체적 구성을 도시하는 개략도.
[도 12] 도 11의 제3 실시 형태에서, 음소거 요소의 제2의 구체적 구성을 도시하는 개략도.
[도 13] 도 11의 구성에서의 흡음 스플리터의 형상을 결정하기 위한 인볼류트 곡선을 도시하는 도면.
[도 14] 도 12의 구성에서의 흡음 스플리터의 형상을 결정하기 위한 복수의 인볼류트 곡선으로 이루어진 복합 곡선분을 도시하는 도면.
[도 15] 도 14의 복합 곡선분의 기초가 되는 각 인볼류트 곡선을 개별적으로 도시한 도면.
[도 16] 제3 실시 형태의 설명에 사용되는 비교예의 과급기용 사이렌서의 음소거 요소를 도시하는 개략 구성도.
[도 17] 제3 실시 형태의 설명에 사용되는 비교예의 과급기용 사이렌서의 소음 특성을 도시하는 복합 그래프.
[도 18] 제3 실시 형태의 설명에 사용되는 비교예의 음소거 요소 단일체의 음소거 특성을 도시하는 그래프.
[도 19] 제3 실시 형태에서의 실시예의 음소거 요소를 도시하는 개략 구성도.
[도 20] 제3 실시 형태에서의 실시예의 과급기용 사이렌서의 소음 특성을 도시하는 복합 그래프.
[도 21] 제3 실시 형태에서의 실시예의 음소거 요소 단일체의 음소거 특성을 도시하는 그래프.
[도 22] 과급기 내부 발생 소음을 도시하는 그래프.

(제1 실시 형태)

이하, 본 발명에 따른 과급기용 사이렌서의 제1 실시 형태에 대하여, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서의 과급기용 사이렌서(1)는, 과급기에 구비된 압축기(3)에 의한 공기의 흡입이 이루어지는 공기 흡입구(4)에 장착되고, 해당 공기의 흡입 시에 압축기(3)에 의해 발생하는 소음의 음소거를 행하도록 구성되어 있다. 다만, 과급기용 사이렌서(1)에 의해 음소거되는 소음에는, 도시하지 않은 터빈에 의한 소음이 포함되는 것을 피할 수 없다. 또한, 본 실시 형태에서의 과급기용 사이렌서(1)는 전술한 원통외주 흡입형 사이렌서로 되어 있다.

구체적으로는, 도 1에 도시한 바와 같이, 과급기용 사이렌서(1)는, 도 1에서의 횡방향으로 간격을 두고 서로 평행하게 배치된 2개의 외부 원판(2A, 2B)을 가지고 있고, 이들 외부 원판(2A, 2B)은 서로 동일한 치수의 외경으로 되어 있다. 이들 외부 원판(2A, 2B)은, 압축기(3)의 소음에서의 투과음을 차단하기 위해, 견고한 강판에 의해 형성하는 것이 바람직하다. 이들 외부 원판(2A, 2B) 중, 공기 흡입구(4) 측(도 1에서의 우측)에 배치되어 있는 외부 원판(2B)의 중심부에는, 비교적 큰 직경의 공기 유통용의 원형 구멍(5)이 동심상으로 천공되어 있다. 또한, 외부 원판(2B)의 내주 가장자리에는, 공기 흡입구(4) 측을 향해 원통체(7)가 연장되어 있으며, 이 원통체(7)의 선단에는, 지름 방향 외측으로 연장하는 플랜지(8)가 설치되어 있다. 그리고, 이 플랜지(8), 원통체(7) 및 외부 원판(2B)에 걸쳐, 복수 개의 방사상 보강재(10,10 …)가 고정되어 있으며, 이에 의해 외부 원판(2B)과 원통체(7)가 견고하게 일체화되어 있다.

또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 양 외부 원판(2A, 2B)의 외주연부 사이에는, 지름 방향에서의 내측으로부터 순서대로, 철망(11) 및 공기 중의 먼지를 제거하는 필터(12)가 감겨져 있다.

더욱이, 도 1에 도시한 바와 같이, 양 외부 원판(2A, 2B)의 내측에는, 2개의 내부 원판(114A, 14B)을 갖는 음소거 요소(15)가, 각 외부 원판(2A, 2B)에 내측으로부터 면한 상태로 배치되어 있다. 각 내부 원판(14A, 14B)에는, 외부 원판(2B)의 원형 구멍(5)과 동일 내경이고 동심인 원형 구멍(16A, 16B)이 천공되어 있다. 또한, 도 1에서의 우측(공기 흡입구(4) 측)의 외부 원판(2B)과 이에 대면(臨)하는 우측의 내부 원판(14B) 사이 및 좌측의 외부 원판(2A)과 이에 대면하는 좌측의 내부 원판(14A) 사이에는, 각각, 방진과 방음을 겸한 흡음체(17A, 17B)가 개장(介裝)되어 있다.

이들 흡음체(17A, 17B)는, 알루미늄 등의 금속으로 이루어진 펀칭 플레이트에 의해 피복되어 있는 표면의 내측에 글래스 울과 같은 재질의 망상 또는 부직포 형상의 도시하지 않은 흡음재를 수납한 것이어도 좋다. 이들 흡음체(17A, 17B) 중, 도 1에서의 우측의 원판(2B, 14B) 사이에 배치된 흡음체(17B)는 두 원판(2B, 14B)의 내주 가장자리까지 연장하고, 전체적으로 원반 모양을 이루고 있다.

한편, 도 1에서의 좌측의 원판(2A, 14A) 사이에 배치된 흡음체(17A)는, 내부 원판(14A)의 내주 가장자리를 넘어 외부 원판(2A)의 중심부 측으로 연장하고 있다. 구체적으로는, 흡음체(17A)에서의 외부 원판(2A)의 중심부 측으로 연장된 부위(17Aa)는, 외부 원판(2B)의 원형 구멍(5) 측으로 돌출하는 끝이 가는 대략 원추 사다리꼴을 이루는 원추대부(円錐台部)(17Aa)를 구성하고 있다. 이 원추대부(17Aa)의 선단은, 원형 구멍(5) 내에까지 도달하고 있다. 이 원추대부(17Aa)는, 과급기용 사이렌서(1) 내에 흡입된 공기를 적은 압력 손실로 공기 흡입구(4) 측으로 인도하기 위해, 외주면이 원추형으로 형성되어 있다. 또한, 원추대부(17Aa)는, 공기 흡입구(4) 측에서 진입해오는 압축기(3)의 소음을 음소거하는 역할도 담당하고 있다.

다음에, 도 2에 도시한 바와 같이, 음소거 요소(15)는, 전술한 2개의 내부 원판(14A, 14B) 사이에 고정된 흡음 기능을 갖는 판형상의 복수의 흡음 스플리터(20,20 …)를 가지고 있다. 각 흡음 스플리터(20)는, 공기 흡입구(4)의 내주를 따르도록 하여, 소정의 중심축(CA)을 중심으로 한 둘레 방향으로 일정 크기의 간극 부를 각각 설치하여 방사상으로 배열되어 있다.

이에 따라, 각 1쌍의 흡음 스플리터(20, 20) 사이의 간극부를 유로(19)로 한 지름 방향의 외측에서 내측을 향한 공기의 흡입이 행해짐과 동시에, 해당 공기의 흐름에 역행하여 내측에서 외측을 향해 방사되는 소음이, 각 흡음 스플리터(20)에 흡수되어 음소거되도록 되어 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 임의의 흡음 스플리터(20)와, 이 흡음 스플리터(20)에 둘레 방향의 양측에서 인접한 다른 흡음 스플리터(20)가, 도 3에 도시한 바와 같이, 중심축(CA)과 동심이고 동일 반경의 정해진 원(C)을 기준으로 한 시점(환언하면, 출발점)(a)이 다른 복수의 인볼류트 곡선(I)의 각각에서의 시점(a)으로부터의 거리 구간이 동일의 부위(I')에 따른 곡판(曲板) 형상으로 형성되어 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 임의의 흡음 스플리터(20)와 이 흡음 스플리터(20)에 인접한 다른 흡음 스플리터(20)로 이루어지는 각 1쌍의 흡음 스플리터(20, 20) 사이의 유로(19)에서의 인볼류트 곡선(I)의 법선 방향의 치수인 유로 폭(w)은, 음소거해야 할 소음의 파장에 적합한 소정의 일정값으로서의 파장의 1/2의 크기로 설정되어 있다. 또한, 음소거해야 할 소음의 파장(λ)은, 소음 수준이 가장 높은 기본 주파수(F)에 대응하는 파장 c/F(c는 음속)인 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이, 유로 폭(w)이 (1/2)λ으로 설정되어 있는 경우에서의 흡음 스플리터(20)의 두께(횡폭)(t)는, 유로 폭(w)과 동일한(w = t) 것이 바람직하다.

여기서, 도 4에 도시한 바와 같이, 인볼류트 곡선(I)은, 그 법선(n)이 항상 하나의 정해진 원(C)에 접하는 바와 같은 평면 곡선이며, 원의 신개선(伸開線) 또는 반(反) 클로소이드라고도 불리고 있다. 이 인볼류트 곡선(I)은, 정해진 원(C)에 감긴 실을 정해진 원(C)을 회전시키지 않고 똑바로 당기면서 풀 때의 실의 선단이 그리는 궤적으로서 얻을 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 인볼류트 곡선(I) 상의 임의의 점(P)의 곡률 중심은, 이 점(P)에서의 법선(n)과 정해진 원(C)의 접점(b)으로 되어 있으며, 이 Pb 사이의 거리가, 점(P)에서의 인볼류트 곡선(I)의 곡률 반경이 되고 있다. 물론, 곡률 반경 및 곡률 중심은 점(P)에 따라 다르다.

그리고, 이러한 인볼류트 곡선(I)을, 정해진 원(C) 상에서 등(等) 피치로 반복해 그리면, 도 5에 도시한 바와 같은 방사상의 인볼류트 곡선(I)의 군(群)(인볼류트 곡선군)이 얻어진다. 그리고, 도 5에 도시한 바와 같이, 각 인볼류트 곡선(I)은, 법선(n) 방향에서의 간격(w')이, 어느 위치(P)에서도 일정하게 됨을 알 수 있다.

따라서, 이러한 인볼류트 곡선(I)에 따라 각 흡음 스플리터(20)를 형성하면, 각 흡음 스플리터(20)의 두께를 변화시키지 않고, 전술한 바와 같은 일정의 유로 폭(w)을 확보할 수 있는 것이다. 이 통로 폭(w)을, 음소거할 주파수의 파장에 대해 음소거의 관점에서 적합한 바와 같은 치수로 형성함으로써, 그 주파수의 음(音)의 에너지를 효과적으로 흡음 스플리터(20)에 흡음하여, 큰 음소거량을 얻을 수 있다. 예를 들어, 기본 주파수가 1650Hz의 경우, 그 파장은 음속 340(m/s)÷주파수 1650(Hz) = 20.6cm가 된다. 또한, 기본 주파수의 배음이 3300Hz의 경우, 그 파장은 음속 340(m/s)÷주파수 3300(Hz) = 10.3cm가 된다. 그리고, 이 파장에 적합하도록 유로 폭(w)을 조정하면, 기본 주파수 1650Hz와, 이 기본 주파수의 배음인 3300Hz의 소음을 효율적으로 음소거하게 된다.

또한, 본 실시 형태에서, 임의의 흡음 스플리터(20)와 이에 인접한 다른 흡음 스플리터(20)로 이루어진 1쌍의 흡음 스플리터(20, 20)는, 배열 피치(p)(도 2 참조)가, 음소거해야 할 소음의 파장(예를 들어, 기본 주파수에 대응하는 파장)에 적합한 값으로서의 파장과 동일한 치수로 설정되어 있다. 또한, 배열 피치(p)는, 유로 폭(w)에, 흡음 스플리터(20)의 두께(t)를 가산한 값과 등가(等價)이다.

이러한 흡음 스플리터(20)의 구체적인 구조의 일례로서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 인볼류트 곡선에 맞추어 활 모양(弓形)으로 가공된 글라스 울 섬유로 이루어지는 글라스 울 보드(21)의 중앙 부분에 코어판(22)을 협지하고, 보드(21)의 표면을 공기 흐름에 의한 섬유의 비산을 방지하기 위해 알루미늄제 펀칭 플레이트(23)로 보호한 것을 들 수가 있다.

또한, 도 6의 흡음 스플리터(20)에서, 길이 방향의 선단부는, 흐름 저항을 작게 하는 형상으로 가공된 알루미늄제 압출형재(24)에 의해 보호되고 있다.

또한, 흡음 스플리터(20)의 구체적인 구조의 다른 예로서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 도 6과 동일한 코어판(22)의 양면에, 폴리에스테르 섬유끼리를 열융착시켜 연질의 판형상으로 가공하여 이루어지는 폴리에스테르 보드(26)를 접착제에 의해 견고하게 부착한 것을 들 수가 있다. 이 도 7의 흡음 스플리터(20)도, 도 6과 마찬가지로, 길이 방향의 선단부가, 흐름 저항을 작게 하는 형상으로 가공되어 있다. 다만, 도 7의 흡음 스플리터(20)는 폴리에스테르 섬유끼리가 열융착되어 있기 때문에, 글라스 울 보드(21)와 같은 공기 흐름에 의한 비산이 발생하지 않으므로, 표면을 보호할 필요는 없다.

다만, 흡음 스플리터(20)의 구체적인 구조는 도 6 및 도 7에 도시한 것에 한정되지 않는다.

다음에, 전술한 구성으로 이루어진 본 실시 형태의 작용에 대해 설명한다.

도 1에 실선 화살표로 나타내는 바와 같이, 압축기(3)에 의해 흡입되는 공기는, 과급기용 사이렌서(1)의 지름 방향 외측(외주측)에서 유입할 때, 그 대부분이 음소거 요소(15)의 인접하는 각 1쌍의 흡음 스플리터(20, 20) 사이의 각 유로(19)에 분산되게 된다. 그리고, 각 유로(19)에 분산된 공기는, 지름 방향 내측을 향해 각 유로(19) 내를 유동한다. 이때, 각 유로(19)의 형상을 규정하는 흡음 스플리터 (20)가 인볼류트 곡선을 따라 매끄러운 형상으로 형성되어 있기 때문에, 각 유로(19)에서의 공기의 급격한 방향 전환을 억제하여 압력 손실을 억제할 수 있다. 그리고, 이와 같이 하여 각 유로(19) 내를 유동한 공기는 각 흡음 스플리터(20)의 내주 가장자리에서 각 유로(19)의 외부인 과급기용 사이렌서(1) 내의 중앙부로 방출된 후, 공기 흡입구(4) 측으로 흡입되고, 또한 압축기(3)에 의해 압축된 다음에, 도시하지 않은 엔진의 실린더에 효율적으로 공급된다.

한편, 이러한 공기의 흡입 시, 압축기(3)에 의해 발생한 소음은, 도 1에 점선 화살표로 나타내는 바와 같이, 공기의 흐름에 역행하도록, 공기 흡입구(4) 측에서 과급기용 사이렌서(1) 내의 중앙부로 유입된 후, 지름 방향 내측에서 외측을 향해 방사된다.

이때, 각 흡음 스플리터(20)가 인볼류트 곡선을 따른 형상으로 형성되는 것에 의해, 각 유로(19)의 유로 폭(w)이, 각 흡음 스플리터(20)의 두께를 변화시킬 필요없이, 음소거해야 할 소음의 파장(λ)에 적합한 일정값(λ/2)으로 설정되어 있기 때문에, 파장(λ)에 대응하는 소음을 간단한 구성에 의해 효과적으로 음소거할 수 있다(「기계소음 핸드북(산업도서)」제506페이지 본문 제10행째 참조). 또한, 이때, 각 흡음 스플리터(20)의 피치(p)가, 음소거해야 할 소음의 파장(λ)에 적합한 일정값(λ)으로 설정되어 있기 때문에, 파장(λ)에 대응하는 소음을 보다 효과적으로 음소거할 수 있다. 더욱이, 이때, 파장(λ)이 기본 주파수에 대응하는 파장이라면, 음소거량을 더욱 증가시킬 수 있다.

또한, 피치(p)를 λ에 일치시킴으로써 λ에 대응하는 소음에 대한 높은 음소거량을 얻을 수 있는 것에 대해서는, 1975년에 발표된 「흡음 덕트의 감쇠 특성에 대해」(일본음향학회지 31권 8호, 도쿄대학 생산연구소, 오바타 테루오(小幡輝夫), 히라타 켄(平田賢), 오오니시 이츠오(大西伊逸雄), 니시와키 히토카즈(西脇仁一))에 게재되어 있다.

따라서, 본 실시 형태에 의하면, 저렴한 원통외주 흡입형 사이렌서(1)에서, 인볼류트 곡선을 따른 형상의 흡음 스플리터(20)를 사용함으로써, 인접한 1쌍의 흡음 스플리터(20, 20) 사이의 유로 폭(19)을 용이하게 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 이 유로 폭(19)을 음소거해야 할 소음의 파장에 적합시킴으로써, 흡음 스플리터(20)의 설치 공간이 지름 방향에서 제약이 주어지고 있는 중에 음소거량을 효과적으로 증가시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 과급기용 사이렌서(1)를 사용한 과급기에 의하면, 과급기로서 소형화를 도모한 데다가, 고회전에도 불구하고 정숙한 운전으로 고압력비 및 고효율을 달성할 수 있다.

또한, 인볼류트 곡선(I)을 정의하는 정해진 원(C)의 반경에 대해서는, 원하는 음소거량에 따라 적절히 변경하여도 좋다. 예를 들어, 도 3에 도시한 구성에 대해, 정해진 원(C)의 반경만을 작게 변경하면, 인볼류트 곡선(I)의 곡률이 커지고, 인접한 1쌍의 인볼류트 곡선(I, I)끼리의 간격(w')이 좁아지며, 또한, 시점(a)에서 일정한 거리 구간의 부위(I')의 길이도 길어진다. 그리고, 이와 같은 형상을 흡음 스플리터(20)에 반영시키면, 유로 폭(w)이 좁고, 환언하면, 유로 단면적이 작고, 또한 유로 길이가 긴 유로(19)를 얻을 수 있으므로, 음소거량은 더욱 높아진다. 이는 전술한 「흡음 덕트의 감쇠 특성에 대해」에 게재되어 있는 음소거량의 계산식, 즉, R = K×(P÷S)×L로부터도 분명하다. 단, R: 흡음판의 통로 사이에서 얻을 수 있는 소음(dB), K: 음소거량에 관한 계수, P: 통로 단면에서의 흡음면의 주위 길이(m), S: 통로 단면적(㎥), L: 통로 길이(m)이다.

또한, 흡음 스플리터(20)의 매수에 대해서도, 원하는 음소거량에 따라 적절히 변경하여도 좋다. 예를 들어, 도 2에 도시한 구성에 대해, 흡음 스플리터(20)의 매수만을 증가시키면, 유로 폭(w)이 좁아지기 때문에 음소거량은 증가하게 된다.

도 8은 이러한 경우에 있어서의 각 흡음 스플리터(20)의 형상을 정의하는 인볼류트 곡선군을 도시한 것이다.

(제2 실시 형태)

다음에, 과급기용 사이렌서(1)의 제2 실시 형태에 대하여, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태에서의 과급기용 사이렌서(1)에서는, 인접한 1쌍의 흡음 스플리터(20, 20) 사이의 유로(19)의 유로 폭(w)이, 그 유로(19)에서 일정값이라는 것은 제1 실시 형태와 동일하다.

다만, 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 같이, 모든 인접한 1쌍의 흡음 스플리터(20, 20) 사이에서, 유로(19)의 유로 폭(w)이 모두 같은 값으로 설정되어 있는 것은 아니다.

즉, 본 실시 형태에서는, 임의의 흡음 스플리터(20)와 이에 인접한 다른 흡음 스플리터(20)가, 도 9에 도시한 바와 같이, 정해진 원(C)의 반경(동일 반경)(ri) 및 다른 시점(a)끼리의 각도 간격(di)이 서로 상이한 복수 패턴의 인볼류트 곡선의 세트(I)(ri, di)(i는 1 ~ 패턴 수) 중, 어느 하나의 패턴에 해당하는 인볼류트 곡선의 세트에 기초한 형상으로 형성되어 있다.

또한, 편의상, 도 9에는 3개의 패턴이 도시되어 있지만, 이에 한정할 필요는 없다. 또한, 각 패턴끼리는, 정해진 원(C)의 반경(ri) 및 다른 시점(a)끼리의 각도 간격(di) 중 어느 한 쪽이 일치하고 있어도 좋다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 상기 복수의 패턴 모두가, 복수의 흡음 스플리터(20) 중 어느 하나의 서로 인접한 흡음 스플리터(20)끼리의 형상에 할당되어 있음으로써, 도 10에 도시한 바와 같이, 복수의 패턴에 각각 대응하는 서로 상이한 일정값의 유로 폭(w1, w2, w3)을 갖는 유로(19)가, 둘레 방향의 위치에 따라 선택적으로 배치되어 있다.

또한, 도 10에서는 편의상, 3개의 유로(w1, w2, w3)끼리의 사이의 간격이 비교적 넓어지고 있지만, 음소거량 확보의 관점에서 각 유로(w1, w2, w3)끼리의 사이를 가능한 한 좁혀도 좋다.

이러한 구성에 의하면, 유로(19)에 따라 적합한 소음의 파장을 다르게 할 수 있기 때문에, 압축기(3)의 회전수 변동에 의한 음소거해야 할 소음의 파장의 변화(예를 들어, 기본 주파수의 변화에 수반한 기본 주파수에 대응하는 파장의 변화)에 유연하게 대응하여, 높은 음소거량을 안정적으로 유지할 수 있다.

(제3 실시 형태)

다음에, 과급기용 사이렌서(1)의 제3 실시 형태에 대하여, 도 11 내지 도 21을 참조하여 설명한다.

본 실시 형태에서는, 임의의 흡음 스플리터(20)와 이에 인접한 다른 흡음 스플리터(20)가, 각각, 동심의 정해진 원을 기준으로 한 신개 방향이 정회전(동일 방향) 또는 역회전(역방향)한 복수의 인볼류트 곡선의 일부끼리를 합쳐 연결한 복합 곡선분에 따른 형상으로 형성되어 있다. 다만, 서로 인접한 흡음 스플리터(20)끼리가, 동심이면서 또한 동일 반경의 시점이 다른 각 인볼류트 곡선의 시점으로부터의 거리 구간이 동일한 부위에 따른 형상으로 형성되어 있다고 하는 기본 구성 자체는 전술한 각 실시 형태와 동일하다.

본 실시 형태의 구체적인 구성으로서는 예를 들어, 도 11에 도시한 바와 같이 흡음 스플리터(20) 및 유로(19)가, 「く」자 모양으로 굴절된 구성과, 도 12 (a)의 전체도 및 도 12 (b)의 요부 확대도에 도시한 바와 같이, 흡음 스플리터(20) 및 유로(19)가 거의 「S」자 모양으로 굴절된 구성을 들 수가 있다.

여기서, 도 11의 구성은, 도 13에 도시한 바와 같이, 복합 곡선분으로의 동심의 정해진 원(C1, C2)을 기준으로 한 신개 방향(실을 푸는 방향)이 역회전된 2개의 인볼류트 곡선(I1, I2)의 일부끼리를 합쳐 연결한 곡선분(L1)에 기초하고 있다. 여기서, 도 13에 도시한 바와 같이, 정해진 원(C1, C2)이 동일물(환언하면, 중심이 같고 지름이 같음(同心同徑) 혹은 인볼류트 곡선(I1, I2)이 동일 곡률)이고, 또한, 2개의 인볼류트 곡선(I1, I2)의 시점 간격이 서로 등간격이어도 좋다. 다만, 이러한 구성에 한정할 필요는 없고, 정해진 원(C1, C2)의 반경을 서로 다르게 하도록 해도 좋다.

한편, 도 12의 구성은, 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 복합 곡선분으로서의 중심이 같고 지름이 다른(同心異徑)의 정해진 원(C1, C2, C3)(C2 < C1 < C3)을 기준으로 하는 신개 방향이 정회전 또는 역회전된 3개의 인볼류트 곡선(I1, I2, I3)의 일부끼리를 합쳐 연결한 곡선분(L2)에 기초하고 있다. 다만, 도 12 (b)에 도시한 바와 같이, 흡음 스플리터(20)는 인볼류트 곡선(I3)의 내부 가장자리에 연접(連接)된 지름 방향에 평행한 직선의 형상에도 기초하고 있다.

또한, 도 15는 도 14의 복합 곡선분의 기초가 되는 각 인볼류트 곡선(I1, I2, I3)을 개별적으로 도시한 것이다. 또한, 도 14 및 도 15 중, di는 흡음 스플리터(20)의 내경인 직경이고, 도 15 중, r1, r2, r3는 각 인볼류트 곡선(I)(I1, I2, I3)에 각각 대응하는 정해진 원(C1, C2, C3)의 반경이고, 도 14 중, do는 흡음 스플리터(20)의 외경인 직경이다.

여기서, 도 15에서도 알 수 있듯이, 인볼류트 곡선 I2와 I3는 신개 방향이 동일하고, 인볼류트 곡선 I2(또는 I3)와 I1은 신개 방향이 역전되어 있다.

이러한 제3 실시 형태의 구성에 의하면, 압축기(3)에 의해 흡입되는 공기의 흐름에 역행하여 유로(19) 내를 진행하는 소음의 음파를 흡음 스플리터(20)에 쉽게 충돌시킬 수 있으므로, 흡음 스플리터(20)에 의한 소음의 흡음을 효율적으로 행할 수 있어, 음소거량을 더욱 증가시킬 수 있다.

다음에, 본 실시 형태에서의 과급기용 사이렌서(1)의 구체예(실시예)에 의한 음소거 효과에 대해, 종래의 과급기용 사이렌서의 구체예(비교예)와의 비교에 의해 설명한다.

[비교예]

우선, 비교예의 과급기용 사이렌서(원통외주 흡입형)는, 도 16 (a)의 전체도 및 도 16 (b)의 요부 확대도에 도시한 바와 같이, 사이렌서의 외경과 내경 사이에 Z자 형상의 흡음 스플리터(20')가 동심 방사상으로 배열된 음소거 요소(15')를 구비한 것이다.

다만, 음소거 요소(15')는, 처리 풍량을 44㎥/m로 하고, 또한, 도 16 (a)에 도시한 바와 같이, 외경을 과급기의 외형에 균형이 맞도록 2100mm로 하고, 게다가, 내경을 과급기의 흡입 구경에 맞추어 1300mm로 했다.

여기서, 도 17의 최상단의 꺽은선 그래프(A 특성)에 대응하는 청감(聽感)(A 특성) 보정 후의 과급기 내부의 발생 소음 150dB(A)를, 과급기의 주위에서 105dB(A) 이하로 저감시키기 위해서는 과급기용 사이렌서 전체에서 45dB(A) 이상의 음소거량을 필요로 한다. 그리고, 이 음소거량 중, 음소거 요소(15')가 29dB(A) 이상의 음소거량을 부담할 필요가 있다. 또한, A 특성 보정 후의 소음 레벨(L)은, A 특성에서의 주파수별 음압 레벨(L1~Ln)의 합성 식 L = 10log(10^L1 ^/10 + 10^L2 ^/10 + 10^L3/10 + … + 10^Ln ^/10)로서 구할 수 있다(「기계소음 핸드북(산업도서)」제8페이지 참조).

그래서, 발생 소음의 대부분을 차지하는 기본 주파수 1650Hz 이상의 고주파수 영역, 즉 3300Hz를 중심으로 30dB(A)를 음소거하고, 외경과 내경의 간격 400mm의 공간에서 효과적인 음소거량을 얻기 위해, 비교예의 과급기용 사이렌서는, 이하에 나타내는 바와 같은 더욱 구체적인 구성을 구비하고 있다.

즉, 도 16 (a)에 도시한 바와 같이, 비교예의 과급기용 사이렌서는, 흡음 스플리터(20')의 매수가 48개이고, 둘레 방향으로 등간격으로 배열되어 있다. 또한, 흡음 스플리터(20')의 형상은 외경에서 내경을 향해 「く」자 모양으로 구부러져 있으며, 게다가 그 선단(내부 가장자리)은 중심을 향해 지름 방향에 평행이 되도록 굴곡진 대략 Z자형으로 되어 있다. 더욱이, 도 16 (b)에 도시한 바와 같이, 흡음 스플리터(20')의 두께(t)는 25mm, 유로 폭(w)은 75mm, 흡음 스플리터(20')의 배열 피치(p)는 100mm, 유로 길이(총 길이)(l)는 450mm로 했다.

이와 같이 구성된 비교예의 과급기용 사이렌서는, 유로 폭(w)과 유로 길이(l)의 비가 l/w = 450(mm)/75(mm) = 6.0이며, 가장 잘 음소거하는 주파수는 이하의 두 가지 방법으로 계산할 수 있다.

<파장(λ)과 유로 폭(w)과의 관계로부터의 계산>

제1의 계산 방법으로서, 파장(λ)과 유로 폭(w)과의 관계로부터 가장 잘 음소거하는 주파수를 계산하면, 이하와 같이 된다.

즉, 먼저, 유로 폭(w = 75mm)은 두께(t = 25mm)의 3배에 상당하므로 다음 식이 성립한다.

w = 3t (1)

이어서, 배열 피치(p)와 유로 폭(w) 사이에는, 식 (1)의 결과를 이용하면 다음 식이 성립한다.

p = w + t

　= w + (1/3)w

　= (4/3)w (2)

그리고, 파장(λ)의 소음을 효과적으로 음소거하기 위한 조건 p/λ = 1에 (2) 식의 우변을 대입하여 p를 소거하면, 파장(λ)과 유로 폭(w)과의 관계식으로서 다음 식을 도출할 수가 있다.

w = (3/4)λ (3)

이어서, 다음 식과 같이, (3) 식을 변형하여 w = 75mm를 대입함으로써 파장(λ)이 구해진다.

λ = (4/3)w

　 = (4/3)×75(mm)

　 = 100(mm) (4)

그리고, 가장 잘 음소거하는 주파수(f)는, 음속(v = 340m/s) 및 파장(λ)의 관계로부터 다음 식과 같이 구해진다.

f = v/λ

　= 340(m/s)/0.100(m)

　= 3400(Hz) (5)

<파장(λ)과 배열 피치(p)와의 관계로부터의 계산>

다음에, 제2의 계산 방법으로서, 파장(λ)과 배열 피치(p)와의 관계로부터 가장 잘 음소거하는 주파수를 계산하면 이하와 같이 된다.

즉, 먼저, 파장(λ)과 배열 피치(p)와의 관계식으로부터 다음 식을 얻을 수 있다.

p = λ

≡λ = P

　 = 100(mm) (6)

그리고, 가장 잘 음소거하는 주파수(f)는 음속(v = 340m/s) 및 파장(λ)의 관계로부터 다음 식과 같이 구해진다.

f = v/λ

　= 340(m/s)/0.100(m)

　= 3400(Hz) (7)

이 식 (7)의 계산 결과는 전술한 파장(λ)과 유로 폭(w)과의 관계로부터의 계산 결과와 일치하고 있다.

그리고, 이러한 비교예의 과급기용 사이렌서는, 음소거 요소(15') 단일체의 음소거 특성의 실측치가 도 18에 도시한 바와 같이 되고, 음소거 요소(15')가 조립된 상태의 과급기용 사이렌서를 통과한 후에 있어서의 소음 특성(A 특성)의 실측치가 도 17의 최하단의 꺽은선 그래프에 나타낸 바와 같이 되었다. 또한, 도 17의 중단에 나타내는 꺽은선 그래프는 음소거 요소(15')가 조립되지 않은 상태의 과급기용 사이렌서를 통과한 후에 있어서의 소음 특성(A 특성)의 실측치를 나타내고 있다.

여기서, 도 18에 도시한 바와 같이, 음소거 요소(15') 단일체의 음소거 특성은, 설계값 3400Hz(고주파수 영역의 중심 3300Hz)에 가까운 3150Hz에서의 음소거량이 피크로 되는 동시에, 3150Hz 전후의 소정 범위의 주파수 영역에서 30dB 이상의 음소거량을 나타내는 바와 같은, 다소 날카로운 산형(山形)의 특성으로 되었다.

또한, 도 17의 최하단의 꺽은선 그래프에 대응하는 A 특성 보정 후의 소음은 104dB(A)로 되어, 목표로 하는 105dB(A) 이하가 되었다.

그러나, 이러한 비교예의 과급기용 사이렌서에 있어서는, 도 17의 최하단의 꺽은선 그래프에 나타낸 바와 같이, 기본 주파수 1650Hz에서의 소음 수준이 전후의 주파수(1250Hz, 2000Hz)에서의 수준에 대해서 15dB 이상이나 탁월하여, 기본 주파수와 배음의 음소거량이 불균등하다는 것을 알 수 있다.

이러한 소음 특성은 기본 주파수 1650Hz 및 그의 배음인 3300Hz에서의 소음 수준이 균형있게 저감되고 있는 것이라고는 할 수 없다.

[실시예]

이에 대해, 실시예의 과급기용 사이렌서(1)는, 도 19 (a)의 전체도 및 도 19 (b)의 요부 확대도에 도시한 바와 같이, 사이렌서의 외경과 내경 사이에 3개의 인볼류트 곡선으로 이루어지는 복합 곡선분에 따른 대략 S자 형상의 흡음 스플리터(20)를 동심 방사상으로 배열한 음소거 요소(15)를 구비한 것이다.

다만, 음소거 요소(15)는, 비교예와 마찬가지로, 처리 풍량을 44㎥/m로 하고, 또한, 도 19 (a)에 도시한 바와 같이, 외경을 과급기의 외형에 균형이 맞도록 2100mm로 했다. 한편, 도 19 (a)에 도시한 바와 같이, 내경에 대해서는 비교예보다 약간 작게 1100mm로 했다.

여기서, 실시예에서는 비교예보다 음소거량을 증가하기 위해, 도 20의 최상단의 그래프(도 17의 최상단의 그래프와 동일한 그래프)에 대응하는 청감(A 특성) 보정 후의 과급기 내부의 발생 소음 150dB(A)를, 과급기의 주위에서 100dB(A) 이하로까지 저감시키는 것을 목표로 했다.

따라서, 실시예에서는 과급기용 사이렌서 전체에서 50dB(A) 이상의 음소거량을 필요로 하고, 그 중, 음소거 요소(15)가 34dB(A) 이상의 음소거량을 부담할 필요가 있다.

즉, 실시예의 음소거 요소(15)(필요 음소거량 34dB(A))는, 비교예의 음소거 요소(15')(필요 음소거량 29dB(A))에 대해 5dB(A)의 음소거량의 증가가 필요하게 된다.

그래서, 실시예에서는 비교예에서 달성할 수 없었던 발생 소음의 대부분을 차지하는 기본 주파수 1650Hz와 그의 배음인 3300Hz와의 쌍방에서의 소음 수준을 효율적으로 저감하기 위해, 음소거의 피크 주파수를 비교예(3400Hz)보다 낮은 2475Hz(기본 주파수 1650Hz와 배음 3300Hz의 중간 주파수)로 하는 것을 목표로 했다.

그리고, 이러한 음소거의 피크 주파수 2475Hz를 중심으로 35dB(A)을 음소거하고, 외경과 내경의 간격 500mm의 공간에서 효과적인 음소거량을 얻기 위해, 실시예의 과급기용 사이렌서는, 이하에 나타내는 바와 같은, 더욱 구체적인 구성을 구비하고 있다.

즉, 도 19 (a)에 도시한 바와 같이, 실시예의 과급기용 사이렌서는, 인볼류트 곡선을 이용한 흡음 스플리터(20)의 매수가 24개이고, 둘레 방향으로 등간격으로 배열되어 있다. 또한, 도 19 (b)에 도시한 바와 같이, 흡음 스플리터(20)의 두께(t)는 40mm, 유로 폭(w)은 100mm, 흡음 스플리터(20)의 배열 피치(p)는 140mm, 유로 길이(l)는 650mm로 했다.

이와 같이 구성된 실시예의 과급기용 사이렌서는, 유로 폭(w)과 유로 길이(l)의 비가 l/w = 650(mm)/100(mm) = 6.5이며, 비교예와 마찬가지로, 가장 잘 음소거하는 주파수는 이하의 두 가지 방법으로 계산할 수 있다.

<파장(λ)과 유로 폭(w)과의 관계로부터의 계산>

제1의 계산 방법으로서, 파장(λ)과 유로 폭(w)과의 관계로부터 가장 잘 음소거하는 주파수를 계산하면 이하와 같이 된다.

즉, 먼저, 유로 폭(w = 100mm)은 두께(t = 40mm)의 2.5배에 상당하므로, 다음 식이 성립한다.

w = 2.5t (8)

이어서, 배열 피치(p)와 유로 폭(w) 사이에는, 식 (8)의 결과를 이용하면 다음 식이 성립한다.

p = w + t

　= w + (2/5)w

　= (7/5)w (9)

그리고, 파장(λ)의 소음을 효과적으로 음소거하기 위한 조건 p/λ = 1에, 식 (9)의 우변을 대입하여 p를 소거하면, 파장(λ)과 유로 폭(w)과의 관계식으로서 다음 식을 도출할 수 있다.

w = (5/7)λ (10)

이어서, 다음 식과 같이, 식 (10)을 변형하여 w = 100mm를 대입함으로써 파장(λ)이 구해진다.

λ = (7/5)w

　= (7/5)×100(mm)

　= 140(mm) (11)

f = v/λ

　= 340(m/s)/0.140(m)

　= 2429(Hz) (12)

<파장(λ)과 배열 피치(p)와의 관계로부터의 계산>

p = λ

≡λ = P

　 = 140(mm) (13)

f = v/λ

　= 340(m/s)/0.140(m)

= 2429(Hz) (14)

이 식 (14)의 계산 결과는, 전술한 파장(λ)과 유로 폭(w)과의 관계로부터의 계산 결과와 일치하고 있다.

그리고, 이러한 실시예의 과급기용 사이렌서는, 음소거 요소(15) 단일체의 음소거 특성의 실측치가 도 21에 나타낸 바와 같이 되고, 음소거 요소(15)가 조립된 상태의 과급기용 사이렌서를 통과한 후에 있어서의 소음 특성(A 특성)의 실측치가 도 20의 최하단의 꺽은선 그래프에 나타낸 바와 같이 되었다. 또한, 도 20의 중단에 나타내는 꺽은선 그래프는, 음소거 요소(15)가 조립되지 않은 상태의 과급기용 사이렌서(1)를 통과한 후에 있어서의 소음 특성(A 특성)의 실측치를 나타내고 있고, 이 그래프는 도 17의 중단의 그래프와 동일하다.

여기서, 도 21에 도시한 바와 같이, 음소거 요소(15) 단일체의 음소거 특성은, 피크 주파수의 설계값 2475Hz(유로 폭(w) 및 배열 피치(p)에 의한 계산값 2429Hz)에 가까운 2500Hz에서의 음소거량이 피크로 되는 동시에, 2500Hz 전후의 소정 범위의 주파수 영역에서 35dB 이상의 음소거량을 나타내는 바와 같은, 다소 완만한 산형의 특성으로 되었다. 이 도면에서 알 수 있듯이, 35dB 이상의 음소거량을 나타내는 주파수 영역에는, 과급기(소음)의 기본 주파수인 1650Hz와 배음 3300Hz의 쌍방이 포함되어 있다.

또한, 도 20의 최하단의 꺽은선 그래프에 대응하는 A 특성 보정 후의 소음은 98dB(A)로 되어, 목표로 하는 100dB(A) 이하가 되었다.

더욱이, 도 21에 도시한 바와 같이, 실시예에 의하면, 음소거 피크 주파수를 기본 주파수(1650Hz)와 배음(3300Hz)의 중간에 마련하는 것으로서, 기본 주파수 부근의 1600Hz에서의 음소거량이 39dB, 배음 부근의 3150Hz에서의 음소거량이 42dB로 되어, 거의 동일한 값의 음소거량을 얻을 수 있었다. 이는 음소거 피크 주파수가 배음에 치우쳐 있던 도 18의 비교예(1600Hz에서의 음소거량이 28dB, 3150Hz에서의 음소거량이 41dB)에 대해, 기본 주파수-배음 사이에서의 음소거량의 불균등의 문제가 개선되어 있음을 보여주고 있다.

이러한 실시예의 효과는, 음소거 요소(15)의 조립 상태에서의 과급기용 사이렌서(1) 통과 후의 소음 특성(도 20의 최하단의 꺽은선 그래프)을, 비교예(도 17의 최하단의 꺽은선 그래프 )와 비교해 보면 더욱 명백할 것이다.

즉, 도 17의 최하단의 꺽은선 그래프에 나타낸 바와 같이, 비교예에서는 기본 주파수 부근의 1600Hz의 소음이 103dB, 배음 부근의 3150Hz의 소음이 88dB로 되어, 양자에는 15dB이나 차이가 있다. 또한, 비교예에서는 기본 주파수 부근(1600Hz)의 소음 103dB이, A 특성 보정 후의 소음 104dB(A)에 대해 불과 1dB 차이였기 때문에, 기본 주파수의 소음이 전체에 미치는 영향이 컸다.

이에 대해, 도 20의 최하단의 꺽은선 그래프에 나타낸 바와 같이, 실시예에서는 기본 주파수 부근의 1600Hz의 소음이 92dB, 배음 부근의 3150Hz의 소음이 87dB로 되어, 양자의 차이는 5dB로 저감되어 있다. 또한, 실시예에서는 기본 주파수 부근(1600Hz)의 소음 92dB이, A 특성 보정 후의 소음 98dB(A)에 대해 6dB의 차이를 가지고 있기 때문에, 비교예에 대해 기본 주파수의 소음이 전체에 미치는 영향이 완화되어 있다.

따라서, 실시예의 과급기용 사이렌서(1)에 의하면, 비교예의 과급기용 사이렌서와는 달리, 기본 주파수 1650Hz 및 배음 3300Hz의 쌍방을 거의 동일한 값이 되도록 균형있게 음소거할 수 있다.

또한, 실시예의 과급기용 사이렌서에 의하면, 비교예의 과급기용 사이렌서에 대해, 음소거 요소(15)에서의 흡음 스플리터(20)의 매수를 48개(비교예)에서 24개(실시예)로 삭감(반감)시킬 수 있기 때문에, 흡음 스플리터(20)의 두께(40mm)가 비교예(25mm)보다 두껍고, 유로 길이(l)(650mm)가 비교예(450mm)보다 긴 것을 고려해도, 대폭적인 비용 절감이 가능해진다.

또한, 본 발명은 전술한 3개의 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 다양한 변경이 가능하다.

예를 들어, 제2 실시 형태 및 제3 실시 형태를 조합하도록 해도 좋다.

1 : 과급기용 사이렌서
3 : 압축기
4 : 공기 흡입구
19 : 유로
20 : 흡음 스플리터

Claims

과급기에 설치된 압축기에 의한 공기의 흡입이 행해지는 공기 흡입구에 장착되어, 상기 공기의 흡입 시에 상기 압축기에 의해 발생하는 소음의 음소거를 행하기 위한 과급기용 사이렌서에 있어서,
판형상의 복수의 흡음 스플리터가, 상기 공기 흡입구의 내주를 따르도록 하여 소정의 중심축을 중심으로 한 둘레 방향으로 각각 간극부를 마련하여 방사상으로 배열되어 있는 것에 의해, 상기 각 간극부를 유로로 한 지름 방향의 외측으로부터 내측을 향한 상기 공기의 흡입이 행해지는 동시에, 해당 공기의 흐름에 역행하여 상기 내측에서 상기 외측을 향해 방사되는 상기 소음이, 상기 복수의 흡음 스플리터에 흡수되어 음소거되도록 구성되고,
임의의 상기 흡음 스플리터와, 이 흡음 스플리터에 상기 둘레 방향에서 인접한 다른 상기 흡음 스플리터는, 상기 중심축과 동심이고 서로 동일 반경의 정해진 원(定円)을 기준으로 한 시점(始点)이 다른 복수의 인볼류트 곡선의 각각에서의 상기 시점으로부터의 거리 구간이 동일한 부위에 따른 형상으로 형성되고,
상기 임의의 흡음 스플리터와 이 흡음 스플리터에 상기 둘레 방향에서 인접한 다른 흡음 스플리터 사이의 상기 유로에서의 상기 인볼류트 곡선의 법선 방향의 치수인 유로 폭은, 음소거해야 할 상기 소음의 파장에 적합한 소정의 일정값으로 설정되어 있는 것을
특징으로 하는 과급기용 사이렌서.
제1항에 있어서,
상기 임의의 흡음 스플리터와 이 흡음 스플리터에 상기 둘레 방향에서 인접한 다른 흡음 스플리터가, 상기 복수의 인볼류트 곡선으로서, 상기 동일 반경 및/또는 상기 다른 시점끼리의 간격이 상이한 복수의 패턴의 상기 인볼류트 곡선의 세트 중 어느 하나의 패턴에 해당하는 상기 인볼류트 곡선의 세트에 기초한 형상으로 형성되고, 상기 복수의 패턴 모두가, 상기 복수의 흡음 스플리터 중 어느 하나의 서로 인접한 1쌍의 흡음 스플리터끼리의 형상에 할당되어 있음으로써, 상기 복수의 패턴에 각각 대응하는 상기 일정값의 유로 폭을 갖는 유로가, 상기 둘레 방향의 위치에 따라 선택적으로 배치되어 있는 것을
특징으로 하는 과급기용 사이렌서.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 임의의 흡음 스플리터와 이 흡음 스플리터에 상기 둘레 방향에서 인접한 다른 흡음 스플리터는, 각각이, 동심의 정해진 원을 기준으로 한 신개(伸開) 방향이 정회전 또는 역회전된 복수의 인볼류트 곡선의 일부끼리를 합쳐 연결한 복합 곡선분에 따른 형상으로 형성되어 있는 것을
특징으로 하는 과급기용 사이렌서.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일정값은, 상기 음소거해야 할 소음의 파장의 1/2 크기인 것을
특징으로 하는 과급기용 사이렌서.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡음 스플리터의 배열 피치가, 상기 음소거해야 할 소음의 파장에 적합한 값으로 설정되어 있는 것을
특징으로 하는 과급기용 사이렌서.
제5항에 있어서,
상기 배열 피치는, 상기 음소거해야 할 소음의 파장과 동일한 치수인 것을
특징으로 하는 과급기용 사이렌서.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 음소거해야 할 소음의 파장은, 상기 소음의 기본 주파수에 대응하는 파장인 것을
특징으로 하는 과급기용 사이렌서.
복수의 흡음 스플리터가, 공기 흡입구의 내주를 따르도록 하여 소정의 중심축을 중심으로 한 둘레 방향으로 각각 간격을 두고 방사상으로 배열됨과 함께, 상기 중심축과, 동심의 정해진 원을 기준으로 한 시점을 갖는 동시에 인볼류트 곡선을 따른 형상으로 형성되고,
상기 둘레 방향에서 인접한 흡음 스플리터에 의해 형성된 유로 폭은, 음소거해야 할 소음의 파장에 적합한 소정 폭으로 설정된 과급기용 사이렌서를 압축기에 구비하는 것을 특징으로 하는 과급기.