선회 환상형 자동차 머플러 개발에 관한 기술개발선회 환상형 자동차 머플러 개발에 관한 기술개발선회 환상형 자동차 머플러 개발에 관한 기술개발선회 환상형 자동차 머플러 개발에 관한 기술개발ㆍㆍㆍㆍ

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2005 12 312005 12 312005 12 312005 12 31

주관기업 성음엔지니어링주식회사주관기업 성음엔지니어링주식회사주관기업 성음엔지니어링주식회사주관기업 성음엔지니어링주식회사

위탁기관 전 북 대 학 교위탁기관 전 북 대 학 교위탁기관 전 북 대 학 교위탁기관 전 북 대 학 교

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 선회 환상형 자동차 머플러 개발에 관한 기술개발 개발기간( Prime ㆍ Prime

과제의 최종보고서를 제출합니다2003 11 1 ~ 2005 10 31)

2005 12 312005 12 312005 12 312005 12 31

주관기관주관기관주관기관주관기관 기관명기관명기관명기관명( )( )( )( ) 성음엔지니어링 주성음엔지니어링 주성음엔지니어링 주성음엔지니어링 주( )( )( )( ) 대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 김 병 삼김 병 삼김 병 삼김 병 삼

참여기업참여기업참여기업참여기업 기관명기관명기관명기관명( )( )( )( ) 대표자대표자대표자대표자( )( )( )( )

참여기업참여기업참여기업참여기업 기관명기관명기관명기관명( )( )( )( ) 대표자대표자대표자대표자( )( )( )( )

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 기관명기관명기관명기관명( )( )( )( ) 전북대학교전북대학교전북대학교전북대학교 대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 두 재 균두 재 균두 재 균두 재 균

총괄책임자 김 병 삼총괄책임자 김 병 삼총괄책임자 김 병 삼총괄책임자 김 병 삼

연 구 원 김 영 완연 구 원 김 영 완연 구 원 김 영 완연 구 원 김 영 완

연 구 원 김 대 진연 구 원 김 대 진연 구 원 김 대 진연 구 원 김 대 진

연 구 원 최 홍 철연 구 원 최 홍 철연 구 원 최 홍 철연 구 원 최 홍 철

연 구 원 지 혜연 구 원 지 혜연 구 원 지 혜연 구 원 지 혜

지역산업진흥사업 관리지침에 따라 보고서 내용을 관련기관에 널리 배포함에 동

의합니다

- 3 -

지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록

지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발( )( )( )( )

관리번호관리번호관리번호관리번호 10012538

과 제 명과 제 명과 제 명과 제 명 선회환상형 자동차 머플러 개발∙

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 머플러 선회 환상 소음 출력저하 칸막이 (buffle)

개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재와 날개를 부착하

여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하고 머플러 외부

에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러 내부 온도 저

하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형 공기 흐름

으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의 배출

이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

개발내용 및 결과개발내용 및 결과개발내용 및 결과개발내용 및 결과2222

환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가-

수냉 환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가- ㆍ

선회형 머플러 설계 제작 및 성능 평가-

선회 환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가- ㆍ

머플러 소음저감 인자에 대한 성능 실험 데이터 확보-

머플러 내부 온도 압력 저하로 인한 엔진 출력 향상-

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과3 ( )3 ( )3 ( )3 ( )

배기장치 출력 및 소음 성능이 향상된 소음기 개발로 인한 자동차의 부가가치-

상승

종래 공명형 및 흡음형 소음기에 비해 구조가 간단하고 제작 단가가 저렴하-

여 경제성 측면에서 유리

적용분야적용분야적용분야적용분야4444

자동차 상용차 특수 차량 및 기타 엔진을 이용한 운송장비-

- 4 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법3333

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과2222

제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과3 Torque 3 Torque 3 Torque 3 Torque

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

- 5 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

우리나라 자동차는 년 시발차가 출현한 이후 현재 세계 위의 자동차 산업국1955 5

가가 되었다 그 동안의 우리나라 자동차 기술은 외국으로부터의 기술 이전 등이

많았으나 이제는 무한 경쟁의 기술 주권 시대를 맞이하여 경제 경쟁을 극복하기

위해서는 자신만이 갖는 자체 개발 기술을 보유하여야만 한다 이러한 자체 개발

기술은 산업체와 대학교와의 상호 협력에 의한 기술개발 상호 사업의 효율화와 능

률의 극대화를 이루어야 하며 이를 바탕으로 산업경쟁력을 제고 시켜야 한다

자동차의 엔진 연소실에서 배출되는 연소 가스는 약 정도의 고온 고500 1MPa ㆍ

압이므로 그대로 대기 중에 방출하면 급격한 팽창으로 인하여 큰 폭발음이 발생한

다 머플러는 이런 고온 고압의 배기가스를 파이프로 통과시키면서 저온 저압상 ㆍ ㆍ

태를 냉각 유도하면서 배기 정화와 배기소음을 정화시키는 것이다 그 동안의 머플

러는 머플러 내부에서 압력을 저하시켜 소음을 줄이고자 하는 형식이고 공진 내 ㆍ

공형 등이 사업화되고 있으나 복잡성 때문에 적당한 배출을 내부에 설치하는 팽창

형이 대부분을 차지하였다

- 6 -

머플러는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시키고 소음을 줄인 후

대기에 방출하지만 머플러에서 소음을 작게 하고자 복잡한 구조를 하면 저항이 생

겨 출력이 저하한다 기존 제품의 머플러는 복잡한 구조로 이루어져 있어 저항이

커 출력이 정도 저하한다 그렇기 때문에 소음을 작게 하고 저항을 작게 하여10

출력을 키우기 위해서 많은 사업이 필요하다

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

종래의 머플러는 단순한 박스형으로 다단의 칸막이 를 형성하여 가스 배출을(buffle)

저지하게 되므로 엔진 출력이 저하되는 원인이 되고 있다 이와 같은 종래의 결점

을 해결하기 위해서 머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재

와 날개를 부착하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하

고 머플러 외부에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러

내부 온도 저하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형

공기흐름으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의

배출이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

- 7 -

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

국내외 관련 논문 및 특허 조사1 ∙

국내외에서 본 사업과 관련되어 있는 정보를 확보 조사하여 사업 진행 방향 및 ∙

실험 방향 설정

환상형 머플러 설계 및 제작2

환상형 머플러 제작 및 실험 장치 제작

환상형 머플러 성능 실험3

머플러 성능 실험을 위해 소음 및 출력에 영향을 미칠 수 있는 실험인자를 조사

하고 결정하여 성능 실험을 실시한다

수냉환상형 머플러 설계 및 제작4 ∙

머플러 냉각성능 극대화

수냉환상형 머플러 성능 실험5 ∙

선회형 머플러 설계 및 제작6

머플러 내부에 선회형 날개 부착하여 배출가스가 와류제트 배출방식에 의해 배출

되도록 설계 제작 한다

선회형 머플러 성능 실험7

선회환상형 머플러 설계 및 제작8 ∙

선회환상형 머플러 성능 실험9 ∙

저감 인자에 대한 성능실험 데이터를 확보한다10

- 8 -

개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과

추진일정 개발목표 개발내용 결과( )

2003 11 1~ 문헌 및 자료조사 국내 외 자료수집 및 검색ㆍ

2004 1 1~ 배기계 해석 배기계 해석 고유진동수( )

2004 2 1~ 환상형 머플러 설계도 완성 환상형 머플러 설계도 완성

2004 3 1~ 환상형 머플러 시험제작∙ 환상형 머플러 시험제작∙

2004 6 1~ 머플러의 음향학적 특성조사 머플러의 음향학적 특성조사

2004 8 1~ 환상형 머플러 성능평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2004 9 1~ 차년도 보고서 작성1 차년도 보고서 작성1

2004 10 1~ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ

2004 12 1~ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 1 1~

수냉 환상형의 음항햑적 특ㆍ

성조사

수냉 환상형의 음항햑적 특성ㆍ

조사

2005 2 1~ 선회형 머플러 설계도 완성 선회형 머플러 설계도 완성

2005 4 1~ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ

2005 5 1~ 선회형 머플러 성능 평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 6 1~ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ

2005 7 1~ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 9 1~ 선회 환상형 성능 평가ㆍ 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 10 1~ 최종 보고서 작성 최종 보고서 작성

- 9 -

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 선회 환상형 자동차 머플러 개발에 관한 기술개발 개발기간( Prime ㆍ Prime

과제의 최종보고서를 제출합니다2003 11 1 ~ 2005 10 31)

2005 12 312005 12 312005 12 312005 12 31

주관기관주관기관주관기관주관기관 기관명기관명기관명기관명( )( )( )( ) 성음엔지니어링 주성음엔지니어링 주성음엔지니어링 주성음엔지니어링 주( )( )( )( ) 대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 김 병 삼김 병 삼김 병 삼김 병 삼

참여기업참여기업참여기업참여기업 기관명기관명기관명기관명( )( )( )( ) 대표자대표자대표자대표자( )( )( )( )

참여기업참여기업참여기업참여기업 기관명기관명기관명기관명( )( )( )( ) 대표자대표자대표자대표자( )( )( )( )

위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 기관명기관명기관명기관명( )( )( )( ) 전북대학교전북대학교전북대학교전북대학교 대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 두 재 균두 재 균두 재 균두 재 균

총괄책임자 김 병 삼총괄책임자 김 병 삼총괄책임자 김 병 삼총괄책임자 김 병 삼

연 구 원 김 영 완연 구 원 김 영 완연 구 원 김 영 완연 구 원 김 영 완

연 구 원 김 대 진연 구 원 김 대 진연 구 원 김 대 진연 구 원 김 대 진

연 구 원 최 홍 철연 구 원 최 홍 철연 구 원 최 홍 철연 구 원 최 홍 철

연 구 원 지 혜연 구 원 지 혜연 구 원 지 혜연 구 원 지 혜

지역산업진흥사업 관리지침에 따라 보고서 내용을 관련기관에 널리 배포함에 동

의합니다

- 3 -

지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록

지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발( )( )( )( )

관리번호관리번호관리번호관리번호 10012538

과 제 명과 제 명과 제 명과 제 명 선회환상형 자동차 머플러 개발∙

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 머플러 선회 환상 소음 출력저하 칸막이 (buffle)

개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재와 날개를 부착하

여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하고 머플러 외부

에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러 내부 온도 저

하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형 공기 흐름

으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의 배출

이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

개발내용 및 결과개발내용 및 결과개발내용 및 결과개발내용 및 결과2222

환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가-

수냉 환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가- ㆍ

선회형 머플러 설계 제작 및 성능 평가-

선회 환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가- ㆍ

머플러 소음저감 인자에 대한 성능 실험 데이터 확보-

머플러 내부 온도 압력 저하로 인한 엔진 출력 향상-

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과3 ( )3 ( )3 ( )3 ( )

배기장치 출력 및 소음 성능이 향상된 소음기 개발로 인한 자동차의 부가가치-

상승

종래 공명형 및 흡음형 소음기에 비해 구조가 간단하고 제작 단가가 저렴하-

여 경제성 측면에서 유리

적용분야적용분야적용분야적용분야4444

자동차 상용차 특수 차량 및 기타 엔진을 이용한 운송장비-

- 4 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법3333

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과2222

제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과3 Torque 3 Torque 3 Torque 3 Torque

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

- 5 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

우리나라 자동차는 년 시발차가 출현한 이후 현재 세계 위의 자동차 산업국1955 5

가가 되었다 그 동안의 우리나라 자동차 기술은 외국으로부터의 기술 이전 등이

많았으나 이제는 무한 경쟁의 기술 주권 시대를 맞이하여 경제 경쟁을 극복하기

위해서는 자신만이 갖는 자체 개발 기술을 보유하여야만 한다 이러한 자체 개발

기술은 산업체와 대학교와의 상호 협력에 의한 기술개발 상호 사업의 효율화와 능

률의 극대화를 이루어야 하며 이를 바탕으로 산업경쟁력을 제고 시켜야 한다

자동차의 엔진 연소실에서 배출되는 연소 가스는 약 정도의 고온 고500 1MPa ㆍ

압이므로 그대로 대기 중에 방출하면 급격한 팽창으로 인하여 큰 폭발음이 발생한

다 머플러는 이런 고온 고압의 배기가스를 파이프로 통과시키면서 저온 저압상 ㆍ ㆍ

태를 냉각 유도하면서 배기 정화와 배기소음을 정화시키는 것이다 그 동안의 머플

러는 머플러 내부에서 압력을 저하시켜 소음을 줄이고자 하는 형식이고 공진 내 ㆍ

공형 등이 사업화되고 있으나 복잡성 때문에 적당한 배출을 내부에 설치하는 팽창

형이 대부분을 차지하였다

- 6 -

머플러는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시키고 소음을 줄인 후

대기에 방출하지만 머플러에서 소음을 작게 하고자 복잡한 구조를 하면 저항이 생

겨 출력이 저하한다 기존 제품의 머플러는 복잡한 구조로 이루어져 있어 저항이

커 출력이 정도 저하한다 그렇기 때문에 소음을 작게 하고 저항을 작게 하여10

출력을 키우기 위해서 많은 사업이 필요하다

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

종래의 머플러는 단순한 박스형으로 다단의 칸막이 를 형성하여 가스 배출을(buffle)

저지하게 되므로 엔진 출력이 저하되는 원인이 되고 있다 이와 같은 종래의 결점

을 해결하기 위해서 머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재

와 날개를 부착하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하

고 머플러 외부에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러

내부 온도 저하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형

공기흐름으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의

배출이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

- 7 -

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

국내외 관련 논문 및 특허 조사1 ∙

국내외에서 본 사업과 관련되어 있는 정보를 확보 조사하여 사업 진행 방향 및 ∙

실험 방향 설정

환상형 머플러 설계 및 제작2

환상형 머플러 제작 및 실험 장치 제작

환상형 머플러 성능 실험3

머플러 성능 실험을 위해 소음 및 출력에 영향을 미칠 수 있는 실험인자를 조사

하고 결정하여 성능 실험을 실시한다

수냉환상형 머플러 설계 및 제작4 ∙

머플러 냉각성능 극대화

수냉환상형 머플러 성능 실험5 ∙

선회형 머플러 설계 및 제작6

머플러 내부에 선회형 날개 부착하여 배출가스가 와류제트 배출방식에 의해 배출

되도록 설계 제작 한다

선회형 머플러 성능 실험7

선회환상형 머플러 설계 및 제작8 ∙

선회환상형 머플러 성능 실험9 ∙

저감 인자에 대한 성능실험 데이터를 확보한다10

- 8 -

개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과

추진일정 개발목표 개발내용 결과( )

2003 11 1~ 문헌 및 자료조사 국내 외 자료수집 및 검색ㆍ

2004 1 1~ 배기계 해석 배기계 해석 고유진동수( )

2004 2 1~ 환상형 머플러 설계도 완성 환상형 머플러 설계도 완성

2004 3 1~ 환상형 머플러 시험제작∙ 환상형 머플러 시험제작∙

2004 6 1~ 머플러의 음향학적 특성조사 머플러의 음향학적 특성조사

2004 8 1~ 환상형 머플러 성능평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2004 9 1~ 차년도 보고서 작성1 차년도 보고서 작성1

2004 10 1~ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ

2004 12 1~ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 1 1~

수냉 환상형의 음항햑적 특ㆍ

성조사

수냉 환상형의 음항햑적 특성ㆍ

조사

2005 2 1~ 선회형 머플러 설계도 완성 선회형 머플러 설계도 완성

2005 4 1~ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ

2005 5 1~ 선회형 머플러 성능 평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 6 1~ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ

2005 7 1~ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 9 1~ 선회 환상형 성능 평가ㆍ 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 10 1~ 최종 보고서 작성 최종 보고서 작성

- 9 -

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 3 -

지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록지역산업기술개발사업 보고서 초록

지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발지역산업공통기술개발( )( )( )( )

관리번호관리번호관리번호관리번호 10012538

과 제 명과 제 명과 제 명과 제 명 선회환상형 자동차 머플러 개발∙

키 워 드키 워 드키 워 드키 워 드 머플러 선회 환상 소음 출력저하 칸막이 (buffle)

개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용개발목표 및 내용

최종목표최종목표최종목표최종목표1111

머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재와 날개를 부착하

여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하고 머플러 외부

에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러 내부 온도 저

하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형 공기 흐름

으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의 배출

이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

개발내용 및 결과개발내용 및 결과개발내용 및 결과개발내용 및 결과2222

환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가-

수냉 환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가- ㆍ

선회형 머플러 설계 제작 및 성능 평가-

선회 환상형 머플러 설계 제작 및 성능 평가- ㆍ

머플러 소음저감 인자에 대한 성능 실험 데이터 확보-

머플러 내부 온도 압력 저하로 인한 엔진 출력 향상-

기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과기대효과 기술적 및 경제적 효과3 ( )3 ( )3 ( )3 ( )

배기장치 출력 및 소음 성능이 향상된 소음기 개발로 인한 자동차의 부가가치-

상승

종래 공명형 및 흡음형 소음기에 비해 구조가 간단하고 제작 단가가 저렴하-

여 경제성 측면에서 유리

적용분야적용분야적용분야적용분야4444

자동차 상용차 특수 차량 및 기타 엔진을 이용한 운송장비-

- 4 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법3333

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과2222

제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과3 Torque 3 Torque 3 Torque 3 Torque

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

- 5 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

우리나라 자동차는 년 시발차가 출현한 이후 현재 세계 위의 자동차 산업국1955 5

가가 되었다 그 동안의 우리나라 자동차 기술은 외국으로부터의 기술 이전 등이

많았으나 이제는 무한 경쟁의 기술 주권 시대를 맞이하여 경제 경쟁을 극복하기

위해서는 자신만이 갖는 자체 개발 기술을 보유하여야만 한다 이러한 자체 개발

기술은 산업체와 대학교와의 상호 협력에 의한 기술개발 상호 사업의 효율화와 능

률의 극대화를 이루어야 하며 이를 바탕으로 산업경쟁력을 제고 시켜야 한다

자동차의 엔진 연소실에서 배출되는 연소 가스는 약 정도의 고온 고500 1MPa ㆍ

압이므로 그대로 대기 중에 방출하면 급격한 팽창으로 인하여 큰 폭발음이 발생한

다 머플러는 이런 고온 고압의 배기가스를 파이프로 통과시키면서 저온 저압상 ㆍ ㆍ

태를 냉각 유도하면서 배기 정화와 배기소음을 정화시키는 것이다 그 동안의 머플

러는 머플러 내부에서 압력을 저하시켜 소음을 줄이고자 하는 형식이고 공진 내 ㆍ

공형 등이 사업화되고 있으나 복잡성 때문에 적당한 배출을 내부에 설치하는 팽창

형이 대부분을 차지하였다

- 6 -

머플러는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시키고 소음을 줄인 후

대기에 방출하지만 머플러에서 소음을 작게 하고자 복잡한 구조를 하면 저항이 생

겨 출력이 저하한다 기존 제품의 머플러는 복잡한 구조로 이루어져 있어 저항이

커 출력이 정도 저하한다 그렇기 때문에 소음을 작게 하고 저항을 작게 하여10

출력을 키우기 위해서 많은 사업이 필요하다

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

종래의 머플러는 단순한 박스형으로 다단의 칸막이 를 형성하여 가스 배출을(buffle)

저지하게 되므로 엔진 출력이 저하되는 원인이 되고 있다 이와 같은 종래의 결점

을 해결하기 위해서 머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재

와 날개를 부착하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하

고 머플러 외부에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러

내부 온도 저하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형

공기흐름으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의

배출이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

- 7 -

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

국내외 관련 논문 및 특허 조사1 ∙

국내외에서 본 사업과 관련되어 있는 정보를 확보 조사하여 사업 진행 방향 및 ∙

실험 방향 설정

환상형 머플러 설계 및 제작2

환상형 머플러 제작 및 실험 장치 제작

환상형 머플러 성능 실험3

머플러 성능 실험을 위해 소음 및 출력에 영향을 미칠 수 있는 실험인자를 조사

하고 결정하여 성능 실험을 실시한다

수냉환상형 머플러 설계 및 제작4 ∙

머플러 냉각성능 극대화

수냉환상형 머플러 성능 실험5 ∙

선회형 머플러 설계 및 제작6

머플러 내부에 선회형 날개 부착하여 배출가스가 와류제트 배출방식에 의해 배출

되도록 설계 제작 한다

선회형 머플러 성능 실험7

선회환상형 머플러 설계 및 제작8 ∙

선회환상형 머플러 성능 실험9 ∙

저감 인자에 대한 성능실험 데이터를 확보한다10

- 8 -

개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과

추진일정 개발목표 개발내용 결과( )

2003 11 1~ 문헌 및 자료조사 국내 외 자료수집 및 검색ㆍ

2004 1 1~ 배기계 해석 배기계 해석 고유진동수( )

2004 2 1~ 환상형 머플러 설계도 완성 환상형 머플러 설계도 완성

2004 3 1~ 환상형 머플러 시험제작∙ 환상형 머플러 시험제작∙

2004 6 1~ 머플러의 음향학적 특성조사 머플러의 음향학적 특성조사

2004 8 1~ 환상형 머플러 성능평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2004 9 1~ 차년도 보고서 작성1 차년도 보고서 작성1

2004 10 1~ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ

2004 12 1~ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 1 1~

수냉 환상형의 음항햑적 특ㆍ

성조사

수냉 환상형의 음항햑적 특성ㆍ

조사

2005 2 1~ 선회형 머플러 설계도 완성 선회형 머플러 설계도 완성

2005 4 1~ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ

2005 5 1~ 선회형 머플러 성능 평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 6 1~ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ

2005 7 1~ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 9 1~ 선회 환상형 성능 평가ㆍ 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 10 1~ 최종 보고서 작성 최종 보고서 작성

- 9 -

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 개략도 및 소음측정법3333

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과제 절 개발한 머플러의 소음 및 출력특설 결과2222

제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과제 절 환상형 머플러의 특성 및 배기온도 배기압 측정결과3 Torque 3 Torque 3 Torque 3 Torque

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

우리나라 자동차는 년 시발차가 출현한 이후 현재 세계 위의 자동차 산업국1955 5

가가 되었다 그 동안의 우리나라 자동차 기술은 외국으로부터의 기술 이전 등이

많았으나 이제는 무한 경쟁의 기술 주권 시대를 맞이하여 경제 경쟁을 극복하기

위해서는 자신만이 갖는 자체 개발 기술을 보유하여야만 한다 이러한 자체 개발

기술은 산업체와 대학교와의 상호 협력에 의한 기술개발 상호 사업의 효율화와 능

률의 극대화를 이루어야 하며 이를 바탕으로 산업경쟁력을 제고 시켜야 한다

자동차의 엔진 연소실에서 배출되는 연소 가스는 약 정도의 고온 고500 1MPa ㆍ

압이므로 그대로 대기 중에 방출하면 급격한 팽창으로 인하여 큰 폭발음이 발생한

다 머플러는 이런 고온 고압의 배기가스를 파이프로 통과시키면서 저온 저압상 ㆍ ㆍ

태를 냉각 유도하면서 배기 정화와 배기소음을 정화시키는 것이다 그 동안의 머플

러는 머플러 내부에서 압력을 저하시켜 소음을 줄이고자 하는 형식이고 공진 내 ㆍ

공형 등이 사업화되고 있으나 복잡성 때문에 적당한 배출을 내부에 설치하는 팽창

형이 대부분을 차지하였다

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머플러는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시키고 소음을 줄인 후

대기에 방출하지만 머플러에서 소음을 작게 하고자 복잡한 구조를 하면 저항이 생

겨 출력이 저하한다 기존 제품의 머플러는 복잡한 구조로 이루어져 있어 저항이

커 출력이 정도 저하한다 그렇기 때문에 소음을 작게 하고 저항을 작게 하여10

출력을 키우기 위해서 많은 사업이 필요하다

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

종래의 머플러는 단순한 박스형으로 다단의 칸막이 를 형성하여 가스 배출을(buffle)

저지하게 되므로 엔진 출력이 저하되는 원인이 되고 있다 이와 같은 종래의 결점

을 해결하기 위해서 머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재

와 날개를 부착하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하

고 머플러 외부에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러

내부 온도 저하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형

공기흐름으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의

배출이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

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제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

국내외 관련 논문 및 특허 조사1 ∙

국내외에서 본 사업과 관련되어 있는 정보를 확보 조사하여 사업 진행 방향 및 ∙

실험 방향 설정

환상형 머플러 설계 및 제작2

환상형 머플러 제작 및 실험 장치 제작

환상형 머플러 성능 실험3

머플러 성능 실험을 위해 소음 및 출력에 영향을 미칠 수 있는 실험인자를 조사

하고 결정하여 성능 실험을 실시한다

수냉환상형 머플러 설계 및 제작4 ∙

머플러 냉각성능 극대화

수냉환상형 머플러 성능 실험5 ∙

선회형 머플러 설계 및 제작6

머플러 내부에 선회형 날개 부착하여 배출가스가 와류제트 배출방식에 의해 배출

되도록 설계 제작 한다

선회형 머플러 성능 실험7

선회환상형 머플러 설계 및 제작8 ∙

선회환상형 머플러 성능 실험9 ∙

저감 인자에 대한 성능실험 데이터를 확보한다10

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개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과

추진일정 개발목표 개발내용 결과( )

2003 11 1~ 문헌 및 자료조사 국내 외 자료수집 및 검색ㆍ

2004 1 1~ 배기계 해석 배기계 해석 고유진동수( )

2004 2 1~ 환상형 머플러 설계도 완성 환상형 머플러 설계도 완성

2004 3 1~ 환상형 머플러 시험제작∙ 환상형 머플러 시험제작∙

2004 6 1~ 머플러의 음향학적 특성조사 머플러의 음향학적 특성조사

2004 8 1~ 환상형 머플러 성능평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2004 9 1~ 차년도 보고서 작성1 차년도 보고서 작성1

2004 10 1~ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ

2004 12 1~ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 1 1~

수냉 환상형의 음항햑적 특ㆍ

성조사

수냉 환상형의 음항햑적 특성ㆍ

조사

2005 2 1~ 선회형 머플러 설계도 완성 선회형 머플러 설계도 완성

2005 4 1~ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ

2005 5 1~ 선회형 머플러 성능 평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 6 1~ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ

2005 7 1~ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 9 1~ 선회 환상형 성능 평가ㆍ 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 10 1~ 최종 보고서 작성 최종 보고서 작성

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제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

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기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

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제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

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표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

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그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

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그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

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그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

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환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

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그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

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개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

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그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

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그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

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그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

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환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

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그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

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표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

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그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

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선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

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그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

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그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 5 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성제 절 기술 개발의 필요성1111

우리나라 자동차는 년 시발차가 출현한 이후 현재 세계 위의 자동차 산업국1955 5

가가 되었다 그 동안의 우리나라 자동차 기술은 외국으로부터의 기술 이전 등이

많았으나 이제는 무한 경쟁의 기술 주권 시대를 맞이하여 경제 경쟁을 극복하기

위해서는 자신만이 갖는 자체 개발 기술을 보유하여야만 한다 이러한 자체 개발

기술은 산업체와 대학교와의 상호 협력에 의한 기술개발 상호 사업의 효율화와 능

률의 극대화를 이루어야 하며 이를 바탕으로 산업경쟁력을 제고 시켜야 한다

자동차의 엔진 연소실에서 배출되는 연소 가스는 약 정도의 고온 고500 1MPa ㆍ

압이므로 그대로 대기 중에 방출하면 급격한 팽창으로 인하여 큰 폭발음이 발생한

다 머플러는 이런 고온 고압의 배기가스를 파이프로 통과시키면서 저온 저압상 ㆍ ㆍ

태를 냉각 유도하면서 배기 정화와 배기소음을 정화시키는 것이다 그 동안의 머플

러는 머플러 내부에서 압력을 저하시켜 소음을 줄이고자 하는 형식이고 공진 내 ㆍ

공형 등이 사업화되고 있으나 복잡성 때문에 적당한 배출을 내부에 설치하는 팽창

형이 대부분을 차지하였다

- 6 -

머플러는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시키고 소음을 줄인 후

대기에 방출하지만 머플러에서 소음을 작게 하고자 복잡한 구조를 하면 저항이 생

겨 출력이 저하한다 기존 제품의 머플러는 복잡한 구조로 이루어져 있어 저항이

커 출력이 정도 저하한다 그렇기 때문에 소음을 작게 하고 저항을 작게 하여10

출력을 키우기 위해서 많은 사업이 필요하다

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

종래의 머플러는 단순한 박스형으로 다단의 칸막이 를 형성하여 가스 배출을(buffle)

저지하게 되므로 엔진 출력이 저하되는 원인이 되고 있다 이와 같은 종래의 결점

을 해결하기 위해서 머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재

와 날개를 부착하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하

고 머플러 외부에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러

내부 온도 저하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형

공기흐름으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의

배출이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

- 7 -

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

국내외 관련 논문 및 특허 조사1 ∙

국내외에서 본 사업과 관련되어 있는 정보를 확보 조사하여 사업 진행 방향 및 ∙

실험 방향 설정

환상형 머플러 설계 및 제작2

환상형 머플러 제작 및 실험 장치 제작

환상형 머플러 성능 실험3

머플러 성능 실험을 위해 소음 및 출력에 영향을 미칠 수 있는 실험인자를 조사

하고 결정하여 성능 실험을 실시한다

수냉환상형 머플러 설계 및 제작4 ∙

머플러 냉각성능 극대화

수냉환상형 머플러 성능 실험5 ∙

선회형 머플러 설계 및 제작6

머플러 내부에 선회형 날개 부착하여 배출가스가 와류제트 배출방식에 의해 배출

되도록 설계 제작 한다

선회형 머플러 성능 실험7

선회환상형 머플러 설계 및 제작8 ∙

선회환상형 머플러 성능 실험9 ∙

저감 인자에 대한 성능실험 데이터를 확보한다10

- 8 -

개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과

추진일정 개발목표 개발내용 결과( )

2003 11 1~ 문헌 및 자료조사 국내 외 자료수집 및 검색ㆍ

2004 1 1~ 배기계 해석 배기계 해석 고유진동수( )

2004 2 1~ 환상형 머플러 설계도 완성 환상형 머플러 설계도 완성

2004 3 1~ 환상형 머플러 시험제작∙ 환상형 머플러 시험제작∙

2004 6 1~ 머플러의 음향학적 특성조사 머플러의 음향학적 특성조사

2004 8 1~ 환상형 머플러 성능평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2004 9 1~ 차년도 보고서 작성1 차년도 보고서 작성1

2004 10 1~ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ

2004 12 1~ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 1 1~

수냉 환상형의 음항햑적 특ㆍ

성조사

수냉 환상형의 음항햑적 특성ㆍ

조사

2005 2 1~ 선회형 머플러 설계도 완성 선회형 머플러 설계도 완성

2005 4 1~ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ

2005 5 1~ 선회형 머플러 성능 평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 6 1~ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ

2005 7 1~ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 9 1~ 선회 환상형 성능 평가ㆍ 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 10 1~ 최종 보고서 작성 최종 보고서 작성

- 9 -

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 6 -

머플러는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시키고 소음을 줄인 후

대기에 방출하지만 머플러에서 소음을 작게 하고자 복잡한 구조를 하면 저항이 생

겨 출력이 저하한다 기존 제품의 머플러는 복잡한 구조로 이루어져 있어 저항이

커 출력이 정도 저하한다 그렇기 때문에 소음을 작게 하고 저항을 작게 하여10

출력을 키우기 위해서 많은 사업이 필요하다

제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표제 절 기술 개발의 목표2222

종래의 머플러는 단순한 박스형으로 다단의 칸막이 를 형성하여 가스 배출을(buffle)

저지하게 되므로 엔진 출력이 저하되는 원인이 되고 있다 이와 같은 종래의 결점

을 해결하기 위해서 머플러를 유도부와 본체부로 구성하고 그 내부에 와류형 부재

와 날개를 부착하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록 하

고 머플러 외부에 환상형의 유체 흐름 층을 만들어 공기와 냉각수를 통한 머플러

내부 온도 저하와 압력 저하를 유도하여 소음 저감을 꾀하고자 한다 또한 환상형

공기흐름으로 머플러 말단부에서 공기의 기체 역학적 흐름을 이용하여 배기가스의

배출이 좀 더 용이하도록 하여 배기 저항을 감소시켜 소음효과 개선과 엔진 출력을

높일 수 있는 머플러를 개발하고자 한다

- 7 -

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

국내외 관련 논문 및 특허 조사1 ∙

국내외에서 본 사업과 관련되어 있는 정보를 확보 조사하여 사업 진행 방향 및 ∙

실험 방향 설정

환상형 머플러 설계 및 제작2

환상형 머플러 제작 및 실험 장치 제작

환상형 머플러 성능 실험3

머플러 성능 실험을 위해 소음 및 출력에 영향을 미칠 수 있는 실험인자를 조사

하고 결정하여 성능 실험을 실시한다

수냉환상형 머플러 설계 및 제작4 ∙

머플러 냉각성능 극대화

수냉환상형 머플러 성능 실험5 ∙

선회형 머플러 설계 및 제작6

머플러 내부에 선회형 날개 부착하여 배출가스가 와류제트 배출방식에 의해 배출

되도록 설계 제작 한다

선회형 머플러 성능 실험7

선회환상형 머플러 설계 및 제작8 ∙

선회환상형 머플러 성능 실험9 ∙

저감 인자에 대한 성능실험 데이터를 확보한다10

- 8 -

개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과

추진일정 개발목표 개발내용 결과( )

2003 11 1~ 문헌 및 자료조사 국내 외 자료수집 및 검색ㆍ

2004 1 1~ 배기계 해석 배기계 해석 고유진동수( )

2004 2 1~ 환상형 머플러 설계도 완성 환상형 머플러 설계도 완성

2004 3 1~ 환상형 머플러 시험제작∙ 환상형 머플러 시험제작∙

2004 6 1~ 머플러의 음향학적 특성조사 머플러의 음향학적 특성조사

2004 8 1~ 환상형 머플러 성능평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2004 9 1~ 차년도 보고서 작성1 차년도 보고서 작성1

2004 10 1~ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ

2004 12 1~ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 1 1~

수냉 환상형의 음항햑적 특ㆍ

성조사

수냉 환상형의 음항햑적 특성ㆍ

조사

2005 2 1~ 선회형 머플러 설계도 완성 선회형 머플러 설계도 완성

2005 4 1~ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ

2005 5 1~ 선회형 머플러 성능 평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 6 1~ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ

2005 7 1~ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 9 1~ 선회 환상형 성능 평가ㆍ 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 10 1~ 최종 보고서 작성 최종 보고서 작성

- 9 -

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

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표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

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일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

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- 7 -

제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위제 절 기술 개발의 범위3333

국내외 관련 논문 및 특허 조사1 ∙

국내외에서 본 사업과 관련되어 있는 정보를 확보 조사하여 사업 진행 방향 및 ∙

실험 방향 설정

환상형 머플러 설계 및 제작2

환상형 머플러 제작 및 실험 장치 제작

환상형 머플러 성능 실험3

머플러 성능 실험을 위해 소음 및 출력에 영향을 미칠 수 있는 실험인자를 조사

하고 결정하여 성능 실험을 실시한다

수냉환상형 머플러 설계 및 제작4 ∙

머플러 냉각성능 극대화

수냉환상형 머플러 성능 실험5 ∙

선회형 머플러 설계 및 제작6

머플러 내부에 선회형 날개 부착하여 배출가스가 와류제트 배출방식에 의해 배출

되도록 설계 제작 한다

선회형 머플러 성능 실험7

선회환상형 머플러 설계 및 제작8 ∙

선회환상형 머플러 성능 실험9 ∙

저감 인자에 대한 성능실험 데이터를 확보한다10

- 8 -

개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과

추진일정 개발목표 개발내용 결과( )

2003 11 1~ 문헌 및 자료조사 국내 외 자료수집 및 검색ㆍ

2004 1 1~ 배기계 해석 배기계 해석 고유진동수( )

2004 2 1~ 환상형 머플러 설계도 완성 환상형 머플러 설계도 완성

2004 3 1~ 환상형 머플러 시험제작∙ 환상형 머플러 시험제작∙

2004 6 1~ 머플러의 음향학적 특성조사 머플러의 음향학적 특성조사

2004 8 1~ 환상형 머플러 성능평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2004 9 1~ 차년도 보고서 작성1 차년도 보고서 작성1

2004 10 1~ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ

2004 12 1~ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 1 1~

수냉 환상형의 음항햑적 특ㆍ

성조사

수냉 환상형의 음항햑적 특성ㆍ

조사

2005 2 1~ 선회형 머플러 설계도 완성 선회형 머플러 설계도 완성

2005 4 1~ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ

2005 5 1~ 선회형 머플러 성능 평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 6 1~ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ

2005 7 1~ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 9 1~ 선회 환상형 성능 평가ㆍ 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 10 1~ 최종 보고서 작성 최종 보고서 작성

- 9 -

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 8 -

개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과개발 목표 대비 결과

추진일정 개발목표 개발내용 결과( )

2003 11 1~ 문헌 및 자료조사 국내 외 자료수집 및 검색ㆍ

2004 1 1~ 배기계 해석 배기계 해석 고유진동수( )

2004 2 1~ 환상형 머플러 설계도 완성 환상형 머플러 설계도 완성

2004 3 1~ 환상형 머플러 시험제작∙ 환상형 머플러 시험제작∙

2004 6 1~ 머플러의 음향학적 특성조사 머플러의 음향학적 특성조사

2004 8 1~ 환상형 머플러 성능평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2004 9 1~ 차년도 보고서 작성1 차년도 보고서 작성1

2004 10 1~ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ 수냉 환상형 설계도 완성ㆍ

2004 12 1~ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 수냉 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 1 1~

수냉 환상형의 음항햑적 특ㆍ

성조사

수냉 환상형의 음항햑적 특성ㆍ

조사

2005 2 1~ 선회형 머플러 설계도 완성 선회형 머플러 설계도 완성

2005 4 1~ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ 선회형 머플러 시험 제작ㆍ

2005 5 1~ 선회형 머플러 성능 평가 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 6 1~ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ 선회 환상형 설계도 완성ㆍ

2005 7 1~ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ 선회 환상형 시험 제작ㆍ ㆍ

2005 9 1~ 선회 환상형 성능 평가ㆍ 출력 소음 배기압 온도 특성

2005 10 1~ 최종 보고서 작성 최종 보고서 작성

- 9 -

제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법제 장 기술개발 내용 및 방법2222

제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음제 절 배기계의 역할 및 소음1111

엔진 구동으로 생성되는 배기가스가 배출될 때 그 배기저항에 의해 발생되는 엔진

출력의 손실을 최소화하고 배기소음을 저감하는 것이 배기계의 주된 목적으로 배

기계 에서는 고온고압의 배기가스 유동으로 인한 소음이 발생한(exhaust system) ∙

다 배기소음은 토출구 소음과 배기계 표면에서의 소음 등이 주요 원인이며 자동차

의 외부 소음 에너지 중에서 를 차지하고 있다 특히 배기밸브를 통해서30~40

배출되는 실린더 내의 고압 연소가스가 대기 중으로 방출되면서 발생하는 소음은

종래적으로 이상이다 그러므로 자동차의 상품성 및 승차감 향상을 위해120dB(A)

서는 배기계와 소음의 관계를 규명하고 이를 바탕으로 한 자동차용 머플러의 설계

가 필요하다

또한 엔진의 출력손실을 최소화하기 위하여 배기가스의 흐름을 원활히 유도 할 수

있는 배기 시스템의 설계와 엔진으로부터 방출되는 배기에너지의 활용 방안을 모색

하면 다음과 같이 정리 할 수 있다

음향학적성능 최대 소음 감소량 확보-

공기역학적 성능 최소 배압의 만족-

- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

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표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

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그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

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그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

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환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

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개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

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그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

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그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

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그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

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환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

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그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

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표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

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그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

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선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

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그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

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그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

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그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

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제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

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그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

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엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

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엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

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제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 10 -

기하학적 성능 최소 크기 및 중량의 만족-

기계적 성능 견고성 및 수명 보장-

본 사업에서는 온도변화에 따른 소음저감에 대하여 새로운 배기계 시스템을 적용하

여 이상의 배기소음 저감과 고압의 배기가스 흐름에 의해서 발생하는 고주100Hz

파 대역 배기소음을 최소화하는 것이다

내부 요소가 없는 라도 입구와 출구사이에서는 온도Simple Expansion Chamber

차이가 존재한다 또한 로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기온도 Chamber

사이에도 온도차이가 있다 온도차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과

벽을 통한 외부와의 열전달 등의 효과 내부의 대류현상 등 다양하며 이 Chamber

들의 효과를 종래적으로 해석하는 것은 상당한 노력이 필요하다 음향학적으로 주

된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가 하는 것이

다 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우에는 입출구에 연결된 배 Chamber ∙

기관과 온도 차이에 의해 음향 임피던스 의 변화로 인한 효과가 있다(impedance)

그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 배기가 Chamber

스는 출구로 향하면서 냉각되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따른 위상

속도 및 밀도의 변화를 초래한다 한편 본 사업에서는 머플러 입구와 출구 사이

의 온도 저감에 따른 소음저감 효과를 조사하였다Chamber

- 11 -

제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용제 절 기술개발 및 분석내용2222

머플러의 특성을 규명하기 위한 실험은 그 현상에 관계하고 있는 물리량이 많아 어

려움이 있다 즉 기하학적 형상에 따른 영향 평균 유동의 속도 변화에 따른 영향

온도에 따른 영향 머플러의 입구와 출구의 직경 및 길이에 따른 영향 유동가스의

특성에 따른 영향 등 실제로 사용되고 있는 머플러의 성능에 관계된 인자들을 모두

고려하여 체계적으로 실험하기에 장시간이 필요하다 따라서 본 사업에서는 현재

시판되고 있는 소형 자동차용 엔진에 적합한 머플러의 성능을 향상시키기 위하여

환상형 머플러 및 선회환상형 머플러를 설계 제작 평가하였다 ∙

환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석환상형 머플러 기술개발 및 분석1111

환상형 머플러를 개발하기 위한 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 자동차 엔진 가진

주파수에 의한 배기계의 거동에 관하여 해석하였다 자동차 머플러는 머플러 자체

의 동적거동에 의해 소음이 방사되기도 하지만 배기계의 일부로 작용하기 때문에

배기계에 대한 전체적인 거동을 살펴볼 필요가 있다 특히 배기계의 고유진동수와

머플러의 고유진동수가 일치하게 되면 공명 현상이 발생하여 머플러 자체의 소음보

다 아주 큰 소음이 발생할 가능성이 있으므로 자동차 엔진의 가진에 의한 배기계의

고유진동수를 먼저 해석해 볼 필요가 있다 그림 그림 은 자동차 엔진의 [ 1]~[ 3]

가진에 의한 거동과 처짐 변위랑 등을 유한요소법 으로 해 (finite element method)

석한 결과이다 해석결과에 의하면 배기계의 고유진동수는 표 과 같다 [ 1]

- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 12 -

표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준표 자동차 배기계의 고유진동수 소형차 기준[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )[ 1] ( )

그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동그림 엔진 가진 주파수에 의한 배기계 거동[ 1][ 1][ 1][ 1]

- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 13 -

그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐그림 자중에 의한 처짐[ 2][ 2][ 2][ 2]

그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량그림 엔진 롤 에 의한 변위량[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)[ 3] (roll)

- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 14 -

그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도그림 환상형 머플러의 결합도[ 4][ 4][ 4][ 4]

- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 15 -

그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도그림 환상형 머플러의 외부도[ 5][ 5][ 5][ 5]

- 16 -

그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도그림 환상형 머플러의 내부도[ 6][ 6][ 6][ 6]

- 17 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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환상형 머플러를 개발하기 위한 두 번째두 번째두 번째두 번째 단계로 본 사업에서는 환상형 머플러를 설

계하였다 한편 머플러의 냉각 효과를 극대화하기 위하여 수냉환상형 머플러도 개 ∙

발하였다 그림 그림 은 환상형 머플러와 수냉환상형 머플러의 결합도 외 [ 4]~[ 6] ∙

부도 내부도 등이다 그림 그림 에서 보는 바와 같이 환상형 머플러는 종 [ 4]~[ 6]

래 개발된 머플러의 외부에 공기를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 냉각시키는

방식이고 수냉환상형 머플러는 공기와 아울러 물을 흐르게 하여 머플러 내부 온도 ∙

냉각을 극대화 시킨 방법이다 개발 단계에서는 외부에서 강제로 유입된 유체로 머

플러가 냉각되게 설계하였다 환상형 머플러를 개발하기 위한 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본

사업에서 설계한 환상형 머플러를 시험제작 하였다 그림 은 종래 시판되고 [ 7 8]∙

있는 머플러이고 그림 는 개발한 환상형 머플러이다 [ 9]

그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부그림 종래 머플러의 내부[ 7][ 7][ 7][ 7]

- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 18 -

그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부그림 종래 머플러의 외부[ 8][ 8][ 8][ 8]

그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러그림 개발한 환상형 머플러[ 9][ 9][ 9][ 9]

- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 19 -

개발한 환상형 머플러의 재질은 다음과 같다

외부구조물 강판 외경 두께 스틸 2mm ( 73mm 15mm )

내부구조물 시판되고 있는 소형 자동차용

외경 두께 스틸( 34mm 15mm )

엔진과 머플러 연결부는 외경 플렉시블 튜브50mm

플랜지는 강판 볼트5mm M6

환상형 머플러를 개발하기 위한 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플러

에 대한 음향학적 평가이다 종래 시판되고 있는 머플러와 개발한 환상형 머플러의

음향학적인 특성을 조사하기 위하여 실제 자동차 엔진 룸에서 방사되고 있는 소음

원을 디지털 기록기 에 저장한 후 기록된 소음원 중에서 순수 엔진(digital recorder)

소음 외 기타 소음원을 필터링하여 소음원을 제작하였다 제작한 소음원이 머플러

의 입구로 통과한 후 머플러의 출구로 나올 때의 소음저감 효과를 파악하기 위하여

머플러 입구와 출구에 소음계를 설치하여 음압레벨의 차이를 비교하였다

또한 소음원이 머플러의 입구로만 통과하고 소음원의 출구에 영향을 미치지 않도

록 간이 차음실을 제작하였다 그림 그림 는 환상형 머플러의 음향학적 [ 10]~[ 14]

특성을 측정 평가하기 위한 장치이다middot

- 20 -

그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치그림 환상형 머플러의 음향특성 측정장치[ 10][ 10][ 10][ 10]

- 21 -

그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경그림 종래 머플러 음향특성 측정 광경[ 11][ 11][ 11][ 11]

그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경그림 환상형 머플러 음향특성 측정 광경[ 12][ 12][ 12][ 12]

- 22 -

그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치그림 주파수 분석장치[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)[ 13] (FFT)

그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실그림 간이 차음실[ 14][ 14][ 14][ 14]

- 23 -

환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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환상형 머플러를 개발하기 위한 다섯 번째 단계로 본 사업에서 제작한 환상형 머플

러를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 환상형 머플러의

성능을 평가하기 위해서는 자동차 머플러의 실질적인 입력이 되는 자동차 엔진의

배기소음 배기가스의 유동현상 배기가스의 온도 특성 등을 고려하여야 한다 따라

서 엔진 다이나모메타 주파수 분석기 마이크로폰 어레이 (engine dynamometer)

등을 이용하여 머플러의 특성 및 개발품 출구에서의 소음을 측(microphone array)

정하였다 또한 계획된 실험을 통하여 지금까지 밝혀지지 않았던 설계에 유용한 인

자를 도출하고자 하였다 표 는 본 사업에 이용된 엔진의 제원이고 그림 [ 2] [ 15]

는 실험에 사용된 엔진이다 그림 은 환상형 머플러의 설치 및 환상형 머 [ 16 17]

플러 출구 소음 측정 광경이다

그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진그림 본 사업에 이용된 엔진[ 15][ 15][ 15][ 15]

- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 24 -

그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경그림 환상형 머플러를 부착한 광경[ 16][ 16][ 16][ 16]

그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경그림 환상형 머플러 출구 소음 측정 광경[ 17][ 17][ 17][ 17]

- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 25 -

표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원표 본 사업에 이용된 엔진의 제원[ 2][ 2][ 2][ 2]

형식 직립수냉식 사이클기관4

실린더수 3

실린더내경 행정( ) (mm)φ ㆍ 75times70

배기량(cc) 927cc

최대출력(psrpm) 182800

연소실형식 와류실식

연료소비율(gps h)∙ 이하230

시동방식 전기시동식

냉각수용량( )ℓ 57 ℓ

엔진오일량( )ℓ 31 ℓ

회전방향 플라이휠측에서볼때( ) 반시계방향CCW( )

엔진크기 길이 폭 높이( times times ) 493times450times697

건조중량(kg) 98kg

- 26 -

그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 은 토출구의 길이에 대한 효과를 조사한 것으로 종래 머플러의 길이에서[ 18]

씩 길거나 짧게 형으로 구분하여 토출되50mm (Type-1) (Type-2) (Type-3)

는 공기가 머플러의 소음에 미치는 영향에 대하여 조사하였다

그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이그림 공기 토출구의 길이[ 18][ 18][ 18][ 18]

선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석선회 환상형 머플러 기술개발 및 분석2 middot2 middot2 middot2 middot

선회 환상형 머플러를 개발하기 위한middot 첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계첫 번째 단계로 본 사업에서는 선회형 머플러

와 선회 환상형 머플러를 설계하였다 그림 그림 은 선회 및 선회 환상middot [ 19]~[ 22] middot

형 머플러의 결합도 외부도 내부도 등이다 선회형 머플러는 머플러의 내부구조를

와류형 부재를 사용하여 배출가스가 저소음 와류제트 배출방식에 의해 배출되도록

설계하였고 머플러의 외부에 유체를 흐르게 하여 머플러 내부의 온도를 저하시킬

수 있는 선회 환상형 머플러를 설계하였다middot

- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 27 -

선회형 머플러를 개발하기 위한 두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계두 번째 단계로 본 사업에서 설계한 선회형 머플러

와 선회환상형 머플러를 시험 제작 하였다 그림 그림 는 개발한 선회 [ 23] [ 24]∙ ㆍ

형 머플러와 선회환상형 머플러를 나타낸 것이다∙

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계세 번째 단계로 본 사업에서 제작한 선회환상∙

형 머플러에 대한 음향학적 평가이다 선회환상형 머플러의 음향학적인 특성을 조 ∙

사하기 위하여 환상형 머플러의 음향학적 평가 방법과 동일하게 디지털 기록기에

저장한 순수 엔진의 소음원을 사용하여 머플러 입구와 출구의 음압레벨 차이를 비

교하였다

선회환상형 머플러를 개발하기 위한∙ 네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계네 번째 단계로 선회형 및 선회환상형 머플러∙

를 엔진 다이나모메타가 설치된 엔진에 장착하여 평가하였다 선회환상형 머플러의 ∙

소음특성 엔진 성능 특성 배기가스 온도 및 압력을 측정 하였다

- 28 -

그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도그림 선회형 머플러의 결합도[ 19][ 19][ 19][ 19]

- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 29 -

그림 선회형 머플러의 내부도[ 20]

- 30 -

그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

- 31 -

그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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2003-01-1645

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그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재그림 선회형 머플러의 내부부재[ 21][ 21][ 21][ 21]

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그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

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그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

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제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

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그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

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그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

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제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

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그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

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그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

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엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

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엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

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엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

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제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

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c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

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e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

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c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

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수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

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c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

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e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

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그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

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선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

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그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

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그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

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그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

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그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

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환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

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그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

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배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도그림 선회환상형 머플러의 결합도[ 22][ 22][ 22][ 22] ∙∙∙∙

- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 32 -

그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러그림 선회형 머플러[ 23][ 23][ 23][ 23]

그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러그림 선회 환상형 머플러[ 24][ 24][ 24][ 24] ㆍㆍㆍㆍ

- 33 -

제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법제 절 측정 시스템 거래도 및 소음측정법3333

엔진은 실내에 설치하였고 엔진 출력부에 개발하고 자 하는 머플러를 설치하였다

설치된 머플러는 차음재를 설치한 벽면을 통과하였다 소음 측정을 위한 마이크로

폰은 벽면을 통과하여 나온 머플러의 출구로부터 일정한 거리를 유지한 후 자동차

용 머플러 소음측정법 에 준하여 설치하였다(KS R 1045-1990)

자동차용 머플러 소음 측정법 그림 참조(KS R 1045-1990) [ 25]

보통소음계를 사용( KS C 1502)①

시험 장소 되도록 반사음 및 배기음 이외의 소음의 영향을 받지 않는②

장소

기 관 자동차용 기관출력 시험 방법 에 의한 운전 상태 KS R 0071( )③

머플러 형태 될 수 있는 한 실제 자동차에 사용하는 상태에 가깝게 설계④

마이크로폰 위치 배기 출구에서 의 거리에 두고 측정 45deg 50⑤

온도에 따른 소음 저감 효과를 조사하고자 머플러 앞 위치에서 송풍기로Chamber

약 의 공기를 공급하여 머플러를 저온 저압 상태를 냉각 유도하면서 배기25 min middot

정화와 배기소음을 정화시켰다

- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 34 -

그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치그림 자동차용 머플러의 소음 측정시 마이크로폰의 위치[ 25][ 25][ 25][ 25]

- 35 -

그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도그림 엔진 다이나모미터를 이용한 배기 소음 측정 시스템의 개략도[ 26][ 26][ 26][ 26]

- 36 -

제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과제 장 기술개발 결과3333

제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과제 절 머플러의 음향학적 특성 조사 결과1111

배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악하기 위해서는 실차상태에서의 배기소음 측

정결과를 바탕으로 하지 않으면 안 된다 그래서 본 사업에서는 실제 차량의 엔진

소음을 기록하여 간이 차음실에서 스피커를 통하여 머플러의 입구에 통과 시킨 후

머플러의 출구에서 소음을 측정하여 개발하고 자 하는 머플러의 음향학적인 특징을

조사하였다

자동차 소음기를 설계하기 위하여 배기소음의 주파수 특성을 명확히 파악해야 하며

실차상태에서의 배기소음을 측정하기 전에 이 주파수 특성을 바탕으로 각 주파수의

소음을 제거해야 한다 그래서 본 연구에서는 실제 차량의 엔진소음을 기록 디지털

레코더에 기록하여 차음실에서 스피커를 통하여 소음기의 입구에 통과 시킨 후 소

음기의 출구에서 소음을 측정하여 소음기의 음향학적인 특성을 분석하였다

그림 은 종래 소음기의 입구에서 소음원 엔진소음 주행소음 을 발생시켜[ 27] (a b )

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정분석한 것이다 실험에 사용한KS R 1045 ∙

엔진소음은 정지 상태에 있는 엔진에서 발생하는 소음을 녹음하여 사용하였고 주

행소음은 실제 차량의 주행상태에서 엔진의 소음을 녹음하여 사용하였다

- 37 -

그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 에서 보는 바와 같이 소음원이 외부로 방출될 때 소음기 내의 격벽을 통[ 27]

과하여 점차적으로 소음이 감소된다 그리고 대역의 주파수에서 순수 100~2000Hz

엔진 소음이 나타나고 다른 주파수에서의 소음은 엔진 소음이 아닌 기관의 회전으

로 인한 마찰로 발생한 것이다

그림 은 환상형 소음기의 입구에서 녹음한 엔진소음 주행소음을 발생시켜[ 28] KS

규격으로 소음기 출구에서 소음을 측정한 것으로 입구와 출구의 소음효과R 1045

가 약 의 차가 남을 볼 수 있다 또한 엔진소음 및 주행소음의 소음의 저20~30dB

감 효과는 엔진소음과 비교하여 소음의 차단 효과가 적으나 엔진소음은 차단효과가

큼을 그림 에서 볼 수 있다 또한 종래 소음기보다 환상형 소음기의 소음 저감효a

과가 소음원의 종류에 관계없이 크게 나타고 있음 알 수 있었다 본 실험에서 소음

기는 대역에서 소음 저감 효과가 가장 작은 것으로 나타났다 즉 고100~2000Hz

주파 영역의 소음이 전체 소음에 영향을 미치므로 영역에서의 소음 저100~2000Hz

감이 필요하다 또한 환상형 소음기의 음향학적인 특성은 종래 소음기보다 200Hz

대역에서 약 의 저감효과가 있음을 알 수 있었다 그러나 이 결과가 반드시10dB

실차 실험결과에 반영되는 것은 아니므로 엔진을 이용한 소음저감 효과를 비교해

볼 필요가 있다 그리고 그림 에서 보는 바와 같이 소음기와 주위환경을 차단 [ 28]

시켜 주는 것만으로도 소음저감의 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다

- 38 -

그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

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그림 는 종래의 머플러와 개발된 환상형 머플러의 입구에서 각 소음원 엔진[ 29] (a

소음 엔진소음과 진동음 을 발생시켜 규격으로 머플러 출구에서 소 b ) KS R 1045

음을 측정한 것이다 개발된 환상형 머플러의 입구와 출구에서의 소음 특성을 분석

한 결과 종래의 머플러보다 개발된 머플러의 소음 차단효과가 소음원의 종류에 관

계없이 크게 나타고 있음 알 수 있다 본 사업에서 개발 대상으로 삼은 머플러는

대역에서 소음저감 효과가 가장 높은 것으로 나타났다200Hz

그림 은 종래의 머플러 기존 와 환상형 수냉환상형 선회형 선회 환상형 머플[ 30] ( ) middot∙

러 출구에서 소음측정 분석 결과이다 그림 에서 보는 바와 같이 종래의 머플 [ 30]

러 기존 에 비해 전반적으로 소음이 저감됨을 알 수 있었다 환상형과 수냉 환상형( ) middot

의 경우 수냉 환상형의 측정결과가 환상형에 비해 전반적으로 낮은 음압레벨을 보 middot

이고 있으며 특히 저주파수 대역에서 큰 차이를 보이고 있는데 이는 유체의 특성

과 관련이 있는 것으로 판단된다 선회형과 환상 선회형의 경우 환상 선회형이 선 middot middot

회형에 비해 약간 낮은 음압레벨을 보이고 있다 개발된 환상형과 선회형 머플러의

최대소음레벨 주파수는 머플러의 고유진동수 환상형인 경우 유체의 속도 선회형인

경우 내부 부재의 형상에 따라 차이가 있음을 알 수 있었다

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엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

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제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

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수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

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e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

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그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

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선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

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그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

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그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

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그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

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그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

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환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

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그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

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배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

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엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

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그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

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이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

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그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

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그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

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그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

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그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

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그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

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a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 39 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 종래 머플러 입 출구의 소음분석[ 27][ 27][ 27][ 27] ㆍㆍㆍㆍ

- 40 -

엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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엔진소음엔진소음엔진소음엔진소음aaaa

주행소음주행소음주행소음주행소음bbbb

그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석그림 각 소음원에 대한 환상형 머플러 입출구의 소음분석[ 28][ 28][ 28][ 28] ∙∙∙∙

- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 41 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 환상형 머플러 소음 비교[ 29][ 29][ 29][ 29]

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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2001-01-0944

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- 83 -

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송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

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System SAE Papers 2003-01-1648

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35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 42 -

엔진 소음엔진 소음엔진 소음엔진 소음aaaa

엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음엔진소음 진동음b +b +b +b +

그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교그림 각 소음원에서의 종래 머플러와 개발 머플러 소음 비교[ 30][ 30][ 30][ 30]

- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 43 -

제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과제 절 개발 머플러의 소음 및 출력특성 결과2222

환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성환상형 머플러의 소음 특성1111

본 연구에서는 소음기의 주위에 공기 를 공급하여 소음기에서의 온도 압력(2 min) ℓ

및 소음 특성에 미치는 영향을 명확히 하고자 하였다 또한 원래 배기관과 환상형

차 공기와의 유동에 대한 영향을 밝히고자 소음기의 토출 부분의 길이를 달리하2

여 각 소음기 타입 에서의 소음특성을 분석하였다 소음기 은(Type 1 2 3) Type 1

환상류의 공기를 흐를 수 있도록 하는 차 파이프의 길이를 테일 파이프와 같도록2

하였고 는 테일 파이프 보다 길게 하였으며 은 테일 파이프 Type 2 50mm Type 3

보다 짧게 하여 실험 하였다 그림 그림 은 환상형 소음기의 소50mm [ 31]~[ 33]

음특성을 나타낸 것이다 그림은 저 중 고 영역으로 구분하여 실험 측정한 rpm

결과이다 그림에서 보는 바와 같이 저 영역에는 종래 소음기와 환상형 소음 rpm

기의 소음저감이 많은 차이가 나지 않음을 알 수 있다 이는 저 영역에서는 rpm

배기압의 차가 크지 않아 소음저감도가 작음을 알 수 있다 또한 중 고 일 rpm

때 영역에서의 소음저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다 그리고 환상100~2000Hz

형 소음기에서 공기 유도관의 길이가 짧을 때 소음 저감이 미소하게 나타(Type 3)

나는데 공기 유도관으로 배출된 환상류가 배기가스에 유동을 일으켜 음향 전달에

영향을 미침을 알 수 있다

- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 44 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 45 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 46 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)[ 31] (Type 1)

- 47 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 48 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 49 -

e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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e 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpme 2200 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)[ 32] (Type 2)

- 50 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 51 -

c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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c 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpmc 1800 rpm

d 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpmd 2000 rpm

- 52 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpmf 2600 rpm

그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 환상형 머플러 와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)[ 33] (Type 3)

- 53 -

수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성수냉환상형 머플러의 소음 특성2222 ∙∙∙∙

그림 는 수냉환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한[ 34] ∙

각 의 환상형 소음기의 저 중 고 에서의 각 별 소음도를 나타냈다Type rpm Hz

수냉환상형 소음기는 종래 소음기에 환상형의 공기 불어 넣어 주고 또한(2 min)∙ ℓ

종래 소음기에 물 재킷을 설치하여 소음기의 냉각 성능을 향상시킨 것이다 그림에

서 보는 것과 같이 종래 소음기에 비하여 저 의 영역에서부터 소음저감 효과rpm

가 나타남을 볼 수 있으며 또한 중 고 의 영역에서도 소음저감이 두드러짐을 rpm

볼 수 있다

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 환상형 소 middot

음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음기보다

수냉 환상형 소음기의 냉각 성능 향상으로 전 영역에서의 소음 저감효과가middot rpm

나타난 것으로 판단된다

- 54 -

a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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a 800 rpma 800 rpma 800 rpma 800 rpm

b 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpmb 1200 rpm

- 55 -

c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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c 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpmc 1600 rpm

d 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpmd 1800 rpm

- 56 -

e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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e 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpme 2000 rpm

f 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpmf 2500 rpm

그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교그림 수냉환상형 머플러와 종래 머플러의 소음 특성 비교[ 34][ 34][ 34][ 34] ∙∙∙∙

- 57 -

그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

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그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

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그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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그림 는 종래 소음기에 대한 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기[ 35] (Model 1) ∙

의 에 따른 전체 소음 특성을 비교 분석 한 것이다 환상형 소음기(Model 2) rpm

는 중간 영역에서는 소음저감 효과가 나타남을 볼 수 있으나 다른 영역에서rpm

는 소음저감 효과가 미비하거나 오히려 역효과가 일어난다 그러나 수냉 공기 환상 middot

형 소음기에서는 전체적으로 소음저감 효과가 크게 나타나는데 이는 환상형 소음

기 보다 수냉 공기 환상형 소음기의 냉각 성능의 향상으로 전 영역에서의 소middot rpm

음 저감효과가 나타난 것으로 판단된다

그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성그림 종래 머플러와 개발 머플러 환상형 수냉환상형 소음특성[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )[ 35] ( )∙∙∙∙

- 58 -

선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성선회 및 선회환상형 소음기의 소음 특성3333 ∙∙∙∙

그림 은 선회 소음기의 소음특성을 나타낸 것으로 종래 소음기에 대한 선회형[ 36]

소음기의 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회형 소음기는 선회 내부 부rpm Hz

재를 개 선회 선회 선회 를 사용하여 제작하였다1~3 ( 1 2 3)

그림 에서 보는 것과 같이 고 영역 고 에서는 소음저감효과가 다소 떨[ 36] rpm Hz

어지나 저 영역에서는 소음저감 효과가 있음을 알 수 있다 또한 저 에서는Hz rpm

전 에서 선회형 머플러의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다 한편 선회Hz

내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음 저감 효과가 두드러짐을 볼 수 있다

- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

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그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

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배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

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엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

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- 59 -

그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 36][ 36][ 36][ 36]

- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

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이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

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그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

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그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

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그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

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그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

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그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

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a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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- 60 -

그림 은 종래 소음기 선회 및 선회환상형 소음기의 소음특성을 나타낸 것으[ 37] ∙

로 각 에서의 별 소음도를 나타낸다 선회환상형 소음기는 선회형 소음기rpm Hz ∙

주위에 공기 흐름층을 만든 것으로 냉각 효과를 유도한 것이다

종래 소음기에 비하여 선회 선회 및 선회환상형 소음기 선회 환상 의 경우 저( 2) ( 2)∙

영역에서 전체적으로 소음저감 효과를 볼 수 있고 고 영역에서는 저 에Hz Hz rpm

서 소음저감 효과가 두드러지게 나타남을 알 수 있다 한편 선회환상형 소음기가 ∙

선회 소음기에 비하여 저 영역에서는 소음저감효과가 다소 떨어지나 고 영역에Hz Hz

서의 소음저감 효과가 크게 나타남을 알 수 있다

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

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도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

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정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

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- 79 -

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626

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7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

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- 80 -

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Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

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12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

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13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

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21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

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- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 61 -

그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교그림 선회 선회환상형 머플러와 종래 머플러의 소음특성 비교[ 37] [ 37] [ 37] [ 37] ∙∙∙∙

- 62 -

그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

- 63 -

환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

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김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

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34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

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그림 은 종래 소음기에 대한 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 에[ 38] rpm∙

따른 전체 소음 특성을 비교한 것이다 전체적으로 저 영역에서 종래 소음기 rpm

에 비해 선회형 소음기와 선회환상형 소음기의 소음저감 효과를 볼 수 있으며 선∙

회 내부 부재의 갯수가 증가할수록 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있다

한편 내부 부재 갯수가 인 선회형 소음기 선회 와 선회환상형 소음기 환상선회2 ( 2) ( 2)∙

의 경우 선회환상형 소음기가 냉각 성능 향상으로 중 고 영역에서 소음저 rpm∙

감 효과가 더 큼을 알 수 있다

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 소음특성[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot[ 38] middot

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환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

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환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과환상형 머플러의 특성 및 배기 온도 배기압 측정결과4 Torque 4 Torque 4 Torque 4 Torque

소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성소음기에 대한 엔진 특성1) Torque1) Torque1) Torque1) Torque

소음기는 배기가스를 서서히 팽창시켜 온도와 압력을 저하시켜 대기 중에 방출한

다 그러나 소음기의 복잡한 구조로 배기계에 저항이 발생하여 출력이 저하하는 것

으로 알려지고 있다 그림 는 종래 소음기와 환상형 소음기 및 수냉환상형 소 [ 39] ∙

음기의 동일 연료량 전부하 조건시 에서 각 에 대한( ) rpm(1000 1500 2000 2500)

측정값을 나타낸다 엔진의 는 이 상승함에 따라 역시Torque Torque rpm Torque

상승하며 부터 점차 의 상승이 미비하게 된다 본 시험엔진의 2000 rpm Torque

는 일 때 가장 좋으며 이상의 에서는 엔진Torque 2000 rpm 2000 rpm rpm

가 떨어진다 각 에서의 값은 종래 머플러 환상형 머플러 수냉Torque rpm Torque

환상형 머플러의 순으로 미비하게 높은 값을 나타낸다 그림 은 종래 소음기 [ 40]∙

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 선회환상 소음기의 각 에 대( 1 2 3) ( 2) rpm∙

한 를 나타낸다 전부하시 동일 연료량에서 측정한 각 소음기에 대한Torque

값은 현저한 변화가 없으나 선회형 소음기 선회 의 경우 다른 소음기에 비Torque ( 1)

해 약간의 값 증가를 볼 수 있다 이는 배기가스의 원활한 배출로 배기압 감Torque

소에 기인한 것이다 그림 에서는 나타나지 않으나 선회형 날개부재 갯수가 증 [ 40]

가 할수록 약간의 출력 감소를 볼 수 있었으며 선회 와 선회환상 소음기의 경우 2 2∙

뚜렷한 값 변화는 볼 수 없었다Torque

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그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

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배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

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엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

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그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

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이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

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그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

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그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

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그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

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그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

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of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

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Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

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12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

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62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

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21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 64 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회 환상형의 특성[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque[ 40] middot Torque

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

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c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

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2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

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Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

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5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

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- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

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11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

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1996-1

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13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

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14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

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1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

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Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

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의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

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Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 65 -

배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성배기 온도의 특성2)2)2)2)

내부 요소가 없는 단순 확장 소음기라도 입구와 출구 사이에서는 온도차이가 존재

한다 또한 소음기로 들어오기 직전의 배기온도와 직후의 배기 온도 사이에도 온도

차이가 있다 온도 차이의 원인으로는 단열팽창 및 압축에 의한 효과 벽을 통한 외

부와의 열전달 등의 효과 소음기 내부의 대류현상 등 다양하다 본 연구에서 음향

학적으로 주된 관심이 되는 것은 온도 분포가 음파전달에 어떠한 영향을 미치는가

하는 것이다 소음기 내부가 균일한 온도로 유지되고 있는 경우는 입출구에 연결된 ∙

배기관과 온도 차이에 의해 음향 의 변화로 인한 소음저감 효과가 발생Impedance

한다 그러나 음장해석에 있어서 근본적인 차이는 없다 내부를 지나는 Chamber

배기 가스는 출구로 향하면서 냉각 되는데 입구와 출구 사이의 온도가 감소함에 따

른 배기속도 및 밀도의 변화를 초래한다 이러한 변화로 배기 소음의 저감과 배기

압의 감소를 볼 수 있다

그림 은 종래 소음기 및 환상형 소음기 와 수냉환상형 소음기의[ 41] (Model 1) ∙

에서 소음기에 유입되는 배기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스의Type 3

온도를 나타낸 것이다 그림에서 소음기의 온도만을 나타낸 것은 연소 후 Type 3

발생하여 소음기에 유입되는 배기가스 초기 온도는 모두 같고 소음기를 지나 배출

되는 배기가스 역시 각 에서 같은 온도를 나타낸다 그림 는 종래 소음기Type [ 42]

와 선회형 소음기 선회 및 선회환상형 소음기 선회환상 에 유입되는 배( 1 2 3) ( 2)∙

기가스 온도와 소음기를 지난 후의 배기가스 온도를 나타낸다

- 66 -

엔진에서 연소 후 배기되는 가스는 약 에서 이상으로 고온고압의 상태300 400 ∙

이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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이다 그러나 고온고압의 배기가스가 배기 파이프를 지나는 동안 주위 상온상태의 ∙

파이프와 소음기를 지나 이상 온도가 내려가게 되어 저온저압 상태의 배기가100 ∙

스가 된다 그림에서 보는 것과 같이 종래 소음기는 배기가스가 소음기를 거쳐도

여전히 고온고압의 상태이나 환상형 수냉공기 환상형 선회환상형 소음기는 종래 ∙ ∙

소음기에 대하여 이상의 냉각효과를 볼 수 있었다100

그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 환상형 수냉환상형의 온도 특성[ 41] [ 41] [ 41] [ 41] ∙∙∙∙

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그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

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이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

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그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

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그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

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그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

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그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

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그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

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a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

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c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

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제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 67 -

그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성그림 종래 머플러와 선회형 선회환상형의 온도 특성[ 42] [ 42] [ 42] [ 42] ∙∙∙∙

배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성배기압의 특성3)3)3)3)

자동차 소음기는 연소실에서 배출되는 고온고압의 배기가스를 냉각시켜 저온저압∙ ∙

의 상태로 만들어 배기소음을 저감 시키는 기능을 한다

그림 그림 은 각 소음기에서 의 엔진 회전수에 따른 소음기 입[ 43]~[ 48] Type 3 ∙

출구의 배기압을 측정한 결과이다 그래프에서 보이는 것과 같이 입출구 사이에서 ∙

약 의 배기압 차가 나타나며 입출구에서의 배기압이 이 가장15~20KPa 2000 rpm∙

높은 값을 보이고 있다

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

통하여 배출된다 이 때의 배기가스는 피스톤이 하사점을 향해 하강하고 있기 때문

에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

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1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

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Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

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18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

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27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

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28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

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송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

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Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 68 -

이것은 엔진 성능이 일 때가 가장 높은 성능 을 나타내는 것과2000 rpm (Torque)

연관성을 찾을 수 있다 즉 일 때가 엔진 성능이 가장 좋으며 2000 rpm 2000

이상으로 갈수록 연료의 과다로 인한 불완전 연소를 하게 되어 오히려 연소rpm

를 방해 하고 그로 인하여 배기압 역시 보다 작게 된다 또한 그림에서2000 rpm

보이는 것과 같이 배기압이 파형으로 나타남을 볼 수 있다 이것은 각각 실린더가

흡입압축팽창배기 행정의 과정 중에 배기가스는 팽창 행정 말기에 배기 밸브를∙ ∙ ∙

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에 배기가스 자체의 낮은 압력만으로 배출되며 배기 행정에서 피스톤이 하사점을

지나서 상승하기 시작하면 배기가스가 가졌던 압력과 피스톤의 상승에 의한 압력이

하나의 합력을 형성하여 배출된다 이 때의 배기가스는 실린더내의 배기가스 압력

과 피스톤의 상승 속도에 비례한 압력 파형의 크기를 갖는다 즉 배기압은 한 사이

클에서 배기 구간동안 형성되는 압력 파형은 각각의 실린더에서 발생되는

에 의해 형성되는 차 압력 파형과 후의 실린더 내 가스와Blowdown 1 Blowdown

피스톤에 의해 형성된 차 압력의 파형으로 형성 된다2

그림 는 종래 소음기 선회형 소음기 선회 선회환상형소음기 선회환상[ 49] ( 123) ( 2)∙

의 각 에서 입구 배기압을 측정한 결과이다 고 에서는 종래 소음기에rpm rpm

비하여 선회형 선회환상형 소음기의 배기압 특성이 전체적으로 양호하고 선회형

소음기의 경우 내부 부재 갯수의 감소에 따라 배압특성이 좋아짐을 알 수 있다

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

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a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

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c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 69 -

그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압그림 종래 머플러 입구의 배기압[ 43][ 43][ 43][ 43]

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

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23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 70 -

그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압그림 종래 머플러 출구의 배기압[ 44][ 44][ 44][ 44]

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

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그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

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a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

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제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 71 -

그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압그림 환상형 머플러 입구의 배기압[ 45][ 45][ 45][ 45]

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

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그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

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a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 72 -

그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압그림 환상형 머플러 출구의 배기압[ 46][ 46][ 46][ 46]

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

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8 1975

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Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 73 -

그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 입구의 배기압[ 47][ 47][ 47][ 47] ∙∙∙∙

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

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a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 74 -

그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압그림 수냉환상형 머플러 출구의 배기압[ 48][ 48][ 48][ 48] ∙∙∙∙

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 75 -

a 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpma 1000 rpm

b 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpmb 1500 rpm

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 76 -

c 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpmc 2000 rpm

그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압그림 선회형 선회환상형 머플러의 입구 배기압[ 49] [ 49] [ 49] [ 49]

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

20 Bendat J S Piersol A G Random Data Analysis and Measurment

Procedures John Wiley Sons INC(1980)

21 Wonnacott E J Lower Exhaust Noise from Better Silencer Design

Technique J Sound Vib Vol 37 No 1 pp 17~26 1974

- 82 -

22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

1562-1567(1987)

25 Cheng C Y R Exhaust Muffler Design and Analysis Using a Boundary

Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

vehicles considering acceleration characteristics Technical NotesJSAE

Review 21(2000) 576-578

35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

Bemman Exhaust System Design for Sound Quality SAE Papers

2003-01-1645

- 77 -

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론4444

저소음 머플러 개발에 관한 본 사업으로부터 새로이 머플러를 개발하고 간이 차음

실을 통한 주파수 분석과 엔진 다이나모미터에 장착하여 실제 엔진에 대한 소음저

감 효과에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다

머플러의 주파수 분석 결과로부터 종래 머플러 및 개발품은 머플러 입구와 출구1)

에서 약 의 소음 차이가 있음을 파악하였고 특히 개발품의 효과가 약간20~30dB

두드러지게 나타나는데 이것은 머플러의 주위를 차단하여 머플러 출구 외로 소음

이 방출 되는 것을 차단함으로써 소음이 저감되는 효과를 나타낸 것으로 판단된다

엔진 다이나모메터에 머플러를 장착하고 머플러를 외부 공기로 온도 하강을 유2)

도 했을 때 종래 머플러에 대하여 소음저감 효과가 두드러짐을 알 수 있었으며 머

플러 출구의 길이보다 공기 흐름 유도관의 길이가 짧았을 때 소음 저감의 효과가

있음을 알 수 있었다 이것은 환상형 공기 흐름 층이 배기가스와 와류를 형성하여

배기 저항을 감소시켜 소음저감 효과를 얻는 것으로 판단된다

본 사업에서 개발한 머플러는 종래의 머플러에 약 정도의 저감효과가3) 3dB(A)

있음을 알 수 있었다 본 사업의 결과는 자동차의 주행속도와 외부 공기 유입량이

한정된 조건에서 얻은 결과이므로 실제로 자동차가 주행하는 조건에서는 더욱 더

큰 효과 있을 것으로 사료된다 또한 외부 공기 유입량을 확대하기 위한 방안이 강

구되고 종래 시판되고 있는 머플러에 냉각수 공급 등이 장치가 추가되면 지금보다

이상 더 소음을 감소시킬 수 있을 것으로 예측된다2dB(A)

- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

회 환상형 선회환상 소음기의 전부하시 동일연료량에서 측정한 각 에( 2) r p m

대한 측정 결과 각 소음기에 대한 값은 현저한 변화가 없으나 선회Torque Torque

형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

본 사업의 결과를 정리하면 다음과 같다

저소음 머플러 개발-

자동차 배기계의 소음레벨 저감-

자동차 실내 운전자의 승차감 향상-

자동차로 인한 도로 교통소음 저감-

정온한 생활 환경조성 및 주거지역 환경소음 저감-

저소음 자동차 개발로 인한 수출 경쟁력 향상-

저소음 자동차 부품 개발로 인한 사업 아이템 확보-

- 79 -

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

1 Donal E B Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

Krieger Publishing Company Malabar Florida 1989

2 Motokazu Fukuda Theoretical Study on muffler Vol 29 No自動車技術

8 1975

3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

Jr Theretical And Experimental Investigation of Mufflers with Comments on

Engine Exhaust Muffler Design National Advisory Committee For Aeronautics

Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

Exchange Simulation Model Vol 41 No 4 1987自動車技術

- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

1977

9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

of an Expansion Chamber Filter 27 10 1971日本音響學會論文集 券 号

10 Erich K Bender Anthony J Brammer Internal-Combustion Engine Intake

and Exhaust System Noise Acoustical Society of America Vol 58 No 1

July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

Active Noise Control Using Fast Kalman Filter Estimation 日本機械學會論文集

62 593 1996-1券 号

13 Toyohiko Kawaai Keizo Sasaki Hiroyuki Niwa Recent Trends of

Mufflers Vol 40 No 10 1986自動車技術

14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

Domain Adaptive Algorithm for Active Noise Control 27 596日本音響學會贄 券

1996-4号

- 81 -

15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

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18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

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Propagation Proc of 10th ISNA Kobe Japan(1984) pp 59~62

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22 Davis POAL and Alfredson R J The Radiation of Sound form an

Engine Exhaust J Sound Vib Vol13 No4 p380 1970

23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

of a Multi-Cylinder Engine Exhaust System J Sound Vib Vol 90 NO4 pp

479~490 1983

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1562-1567(1987)

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Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

26 Prasad M G Acoustical Modeling of Automotive Exhaust System Ph

D Thesis Purdue Univ Aug 1980

27 Thomas Morel and John Silvestri Modeling of Engine Exhaust Acoustics

SAE Paper 1999-01-1665

28 Min-Ho Kim Three-Dimensional Numerical Study on the Pulsating Flow

inside Automotive Muffler with Complicated Flow Path SAE Paper

2001-01-0944

김흥섭 홍진석 오재응 송진호 상용차 배기계에서 액티브 머플러를 이용한29

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- 83 -

30 Selamet A Yonak S H Novak M The Effect of Vehicle Exhaust

System Components on Flow Losses and Noise in Firing Spark-lgnition

Engines SAE Paper 951260

송규근 저 내연기관 청문각31 pp 314~361

김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

System SAE Papers 2003-01-1648

34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

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35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

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- 78 -

일반 소음기 환상형 소음기 수냉 환상형 소음기 선회형 소음기 선회 선4) ( 123)

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형 소음기의 경우 다른 소음기에 비해 약간의 출력 증가를 볼 수 있었다 이는 배

기가스의 원활한 배출로 배기압 감소에 기인된 것으로 판단되며 선회형 날개부재

갯수가 감소 할수록 약간의 출력 증가를 확인 할 수 있었다

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6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

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7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

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15 Tadashi Yamaoka Eiichi Kojima and Masaaki Masaaki Shinada

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596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

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17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

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- 83 -

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김병지 공저 자동차 관리 법규32 pp 313~320

33 Jia Li Tom Wahl Sung-Woo Yoo Alex Song Computational and

Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

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34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

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35 Ming-Ran Lee Mark McCarthy Martin Romzck Tom Frei Ya-Juan J

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2003-01-1645

- 79 -

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3 Hiroaki Iwamoto Masato Kaneko suekinchi Hangeishi Sumio Ogawa

Mikiya Hosomi Analysis of Vibration Characteristics of Exhaust Pipe Using

Finite Element Method Vol 26 No 2 April 1995自動車技術會論文集

4 Don D davis Jr Gerge M Stokes Dewey Moore and George L Stevens

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Report 1192

5 ldquo Journal of the JSME Vol 74 NO福田基一 自動車 騷音 消音裝置の と

626

6 Motohiro Inaba Fumitaka Saigo Setuo Snao Yoshinori Hanibuchi The

Development of Dual-Mode Muffler UDC 62143065日産技報

7 Satoshi Takeyama Shizuo Ishizawa Prediction of Gas Dynamics and

output Performance in Multi-cylinder Internal Combustion Engine by Gas

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- 80 -

8 Akira Kimura Masao Ishihama Akira Toda Acoustical Investigation of

Exhaust Gas Flow in Internal Combustion Engine Vol 31 No 9自動車技術

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9 Yoshimutsu Hirata Influence of Air Flow on the Attenuation Characteristics

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July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

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14 Shinya Kijimoto Hiroshi Shimojima and Akihiro Shibahara Frequency

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- 81 -

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596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

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17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

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Experimental Study on Transmission Loss of Automotive Exhaust muffler

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34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

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1977

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July 1975

11 Akira Sadamoto and Yoshinori Murakami Properties of Expansion-

Chamber Muffler with Short Axial Length 62 593 日本機械學會論文集 券 号

1996-1

12 Yasyo Konishi Ryuichiro Fufuoka Hiroyuki Ishigaki and Shigeaki Kita

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- 81 -

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Development of Wide-Band Active Noise Control System for One-dimensional

Acoustic Duct Using Progressive Wave as Control Signals 62日本音響學會贄

596 1996-4券 号

16 Shuji Matsumura Noriaki Sekine Osamu Onodera Kazuyoshi Takayama

Noise Induced by shock Waves in Automobile Exhaust Systems 自動車技術

Vol 47 No 6 1993

17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

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- 82 -

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34 Takeharu Tanaka Keqiang Li An active muffler for mdium-duty diesel

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596 1996-4券 号

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17 Yasui Tsybakishita Yoshiki Shimano and Takao Yoshikawa Soynd

Reduction by Cavities in a Duct 62 594 1996-4日本音響學會贄 券 号

18 Donal E Baxa Noise Control in Internal Combustion Engine Robert E

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19 Takagi S Nakamura T and Irie T Analysis of Large Amplitude Wave

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23 Prasad M G Crocker M J Acoustical Source Characterization Studies

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의 을 위한24 Vol 41 No 13 pp排氣壓 低騷音 低背壓 制御技術 自動車技術

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Element Method Based Computer Program SAE Paper 1999-01-1661

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배기 소음 제어 한국자동차공학회논문집 제 권 제 호 6 1 pp 36~42 1998

- 83 -

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