내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러
Acoustic metamaterial-based muffler for broadband exhaust noise reduction of internal combustion engines
특허 요약
본 발명은 일측에는 내연기관의 배기가 유입되는 유입구를 형성하고, 대향진 타측에는 배기가 유출되는 유출구를 형성하며, 내부에는 배기가 일측에서 타측으로 유동하는 유동통로를 형성한 배기유동관; 및 상기 배기유동관의 길이방향으로 따라 내부에 구비되어, 상기 배기유동관을 따라 유동하는 배기소음 중 해당 주파수 대역의 소음을 감쇠하는 복수 개의 소음저감 단위체를 포함하여, 해당 주파수 대역의 배기소음을 감쇠시키는 복수 개의 소음저감 단위체를 배기가 유입되는 유입구와 배기가 유출되는 유출구의 중심이 일치하는 직관 구조를 이루어, 복수 개의 헬름홀쯔 공명기가 직렬로 연결되어 있는 구조와, 1/4 파장관 구조로 배열됨에 따라, 상기 소음저감 단위체를 이루는 복수 개의 벽체들이 배기유동관을 유동하는 배기의 흐름을 방해하지 않으면서 해당 주파수 대역의 배기소음을 감쇠시키도록 해, 종래보다 넓은 배기소음저감 대역을 가지는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러를 제공한다.
청구항
번호청구항
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내연기관의 배기관에 장착되는 것으로,일측에는 내연기관의 배기가 유입되는 유입구를 형성하고, 대향진 타측에는 배기가 유출되는 유출구를 형성하며, 내부에는 배기가 일측에서 타측으로 유동하는 유동통로를 형성한 배기유동관; 및상기 배기유동관의 길이방향으로 따라 내부에 구비되어, 상기 배기유동관을 따라 유동하는 배기소음 중 해당 주파수 대역의 소음을 감쇠하는 복수 개의 소음저감 단위체를 포함하고,상기 복수 개의 소음저감 단위체는,12000Hz의 주파수 범위 중 296367Hz, 374804Hz, 9621349Hz, 14011784Hz, 18242000Hz 주파수 대역에 대한 배기 소음을 감쇠하는 제1소음저감 단위체를 포함하며,상기 제1소음저감 단위체는, 상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제1전방외벽체와, 상기 제1전방외벽체와 일정 거리를 두고 이격되어, 상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제1후방외벽체와,상기 제1전방외벽체 및 제1후방외벽체의 끝단에서 상기 제1전방외벽체와 제1후방외벽체 사이인 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되고, 그 길이가 상기 배기유동관의 길이방향과 평행을 이루는 제1-1내벽체와,상기 제1전방외벽체와 제1후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제1-1내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제1전방외벽체와 제1후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제1-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제1-2내벽체와,상기 제1전방외벽체와 제1후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제1-2내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제1전방외벽체와 제1후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제1-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제1-3내벽체와,상기 제1전방외벽체와 제1후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제1-3내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제1전방외벽체와 제1후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제1-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제1-4내벽체를 포함하고, 상기 제1전방외벽체와 제1후방외벽체 간의 이격 거리는 104mm이고, 상기 제1-1내벽체의 길이는 8mm이며, 상기 제1-2내벽체의 길이는 14mm이고, 상기 제1-1내벽체를 기준으로 제1-1내벽체와의 이격 거리는 26mm이며,상기 제1-3내벽체의 길이는 42mm이고, 상기 제1-1내벽체를 기준으로 제1-1내벽체와의 이격 거리는 62mm이며,상기 제1-4내벽체의 길이는 46mm이고, 상기 제1-1내벽체를 기준으로 제1-1내벽체와의 이격 거리는 76mm인 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 9에 있어서,상기 제4전방외벽체와 제4후방외벽체 간의 이격 거리는 188mm이고, 상기 제4-1내벽체의 길이는 42mm이며, 상기 제4-2내벽체의 길이는 18mm이고, 상기 제4-1내벽체를 기준으로 제4-1내벽체와의 이격 거리는 68mm이며,상기 제4-3내벽체의 길이는 66mm이고, 상기 제4-1내벽체를 기준으로 제4-1내벽체와의 이격 거리는 120mm이며,상기 제4-4내벽체의 길이는 78mm이고, 상기 제4-1내벽체를 기준으로 제4-1내벽체와의 이격 거리는 128mm인 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 1에 있어서,상기 복수 개의 소음저감 단위체는 상기 제1소음저감 단위체의 소음저감 대역이 형성되어 있지 않은 주파수 대역 중, 368373Hz, 805882Hz, 13501400Hz, 17851823Hz 주파수 대역에 대한 배기 소음을 감쇠하는 제2소음저감 단위체와,상기 제1 및 제2소음저감 단위체의 소음저감 대역이 형성되어 있지 않은 주파수 대역 중, 883961Hz 주파수 대역에 대한 배기 소음을 감쇠하는 제3소음저감 단위체와,상기 제1, 제2, 제3소음저감 단위체의 소음저감 대역이 형성되어 있지 않은 주파수 대역 중, 277Hz ~ 295Hz 주파수 대역에 대한 배기 소음을 감쇠하는 제4소음저감 단위체와,상기 제1, 제2, 제3, 제4소음저감 단위체의 소음저감 대역이 형성되어 있지 않은 주파수 대역 중, 102276Hz 주파수 대역에 대한 배기 소음을 감쇠하는 제5소음저감 단위체를 포함하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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5

청구항 2에 있어서,상기 제2소음저감 단위체는상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제2전방외벽체와,상기 제2전방외벽체와 일정 거리를 두고 이격되어, 상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제2후방외벽체와,상기 제2전방외벽체 및 제2후방외벽체의 끝단에서 상기 제2전방외벽체와 제2후방외벽체 사이인 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되고, 그 길이가 상기 배기유동관의 길이방향과 평행을 이루는 제2-1내벽체와,상기 제2전방외벽체와 제2후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제2-1내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제2전방외벽체와 제2후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제2-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제2-2내벽체와,상기 제2전방외벽체와 제2후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제2-2내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제2전방외벽체와 제2후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제2-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제2-3내벽체와,상기 제2전방외벽체와 제2후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제2-3내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제2전방외벽체와 제2후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제2-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제2-4내벽체를 포함하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 5에 있어서,상기 제2전방외벽체와 제2후방외벽체 간의 이격 거리는 144mm이고, 상기 제2-1내벽체의 길이는 24mm이며, 상기 제2-2내벽체의 길이는 20mm이고, 상기 제2-1내벽체를 기준으로 제2-1내벽체와의 이격 거리는 16mm이며,상기 제2-3내벽체의 길이는 20mm이고, 상기 제2-1내벽체를 기준으로 제2-1내벽체와의 이격 거리는 112mm이며,상기 제2-4내벽체의 길이는 56mm이고, 상기 제2-1내벽체를 기준으로 제2-1내벽체와의 이격 거리는 124mm인 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 2에 있어서,상기 제3소음저감 단위체는상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제3전방외벽체와,상기 제3전방외벽체와 일정 거리를 두고 이격되어, 상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제3후방외벽체와,상기 제3전방외벽체 및 제3후방외벽체의 끝단에서 상기 제3전방외벽체와 제3후방외벽체 사이인 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되고, 그 길이가 상기 배기유동관의 길이방향과 평행을 이루는 제3-1내벽체와,상기 제3전방외벽체와 제3후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제3-1내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제3전방외벽체와 제3후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제3-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제3-2내벽체를 포함하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 7에 있어서,상기 제3전방외벽체와 제3후방외벽체 간의 이격 거리는 184mm이고, 상기 제3-1내벽체의 길이는 34mm이며, 상기 제3-2내벽체의 길이는 52mm이고, 상기 제3-1내벽체를 기준으로 제3-1내벽체와의 이격 거리는 154mm인 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

9

청구항 2에 있어서,상기 제4소음저감 단위체는상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제4전방외벽체와,상기 제4전방외벽체와 일정 거리를 두고 이격되어, 상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제4후방외벽체와,상기 제4전방외벽체 및 제4후방외벽체의 끝단에서 상기 제4전방외벽체와 제4후방외벽체 사이인 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되고, 그 길이가 상기 배기유동관의 길이방향과 평행을 이루는 제4-1내벽체와,상기 제4전방외벽체와 제4후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제4-1내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제4전방외벽체와 제4후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제4-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제4-2내벽체와,상기 제4전방외벽체와 제4후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제4-2내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제4전방외벽체와 제4후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제4-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제4-3내벽체와,상기 제4전방외벽체와 제4후방외벽체의 사이인 내부에서 외주방향으로 상기 제4-3내벽체와 해당 거리로 이격되고, 상기 제4전방외벽체와 제4후방외벽체 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제4-1내벽체의 길이와 평행을 이루는 제4-4내벽체를 포함하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 2에 있어서,상기 제5소음저감 단위체는상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제5전방외벽체와,상기 제5전방외벽체와 일정 거리를 두고 이격되어, 상기 배기유동관의 길이방향과 직교하게 형성되는 제5후방외벽체와,상기 제5전방외벽체 및 제5후방외벽체의 끝단에서 상기 제5전방외벽체와 제5후방외벽체 사이인 내부 중심을 향해 길이를 갖도록 형성되고, 그 길이가 상기 배기유동관의 길이방향과 평행을 이루는 제5-1내벽체와,상기 제5-1내벽체의 끝단에서 상기 제5전방외벽체와 제5후방외벽체의 사이인 내부를 향해 길이를 갖도록 형성되며, 그 길이가 상기 제5전방외벽체와 제5후방외벽체의 길이와 평행을 이루는 제5-2내벽체를 포함하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 11에 있어서,상기 제5전방외벽체와 제5후방외벽체 간의 이격 거리는 392mm이고, 상기 제5-1내벽체의 길이는 182mm이며, 상기 제5-2내벽체의 길이는 54mm인 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 2에 있어서,상기 제1소음저감 단위체 내지 제5소음저감 단위체 각각은 한 쌍으로 구비되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 13에 있어서,상기 소음저감 단위체는 상기 제1소음저감 단위체, 상기 제2소음저감 단위체, 상기 제3소음저감 단위체, 상기 제4소음저감 단위체, 및 제5소음저감 단위체 순으로 구비되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 13에 있어서,상기 소음저감 단위체는 상기 제1소음저감 단위체 내지 제5소음저감 단위체 중 선택된 어느 한 소음저감 단위체로만 구비되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.

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청구항 13에 있어서,상기 소음저감 단위체는 상기 제1소음저감 단위체 내지 제5소음저감 단위체 중 선택된 2 이상의 소음저감 단위체로만 구비되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 광대역 배기 소음저감을 위한 음향 메타물질 기반 머플러.