KR100357596B1 - 차량용 배기 시스템 - Google Patents

Abstract

차량용 배기 시스템(exhaust system)이 개시된다. 개시된 차량용 배기 시스템은, 엔진의 일측에 설치된 배기 매니폴드로부터 배기가스가 배출되도록 상기 배기 매니폴드에 설치된 배기 파이프와; 상기 배기 파이프의 일측에 연결 설치되어 상기 배기가스의 온도와 압력을 저하시켜 급격한 팽창과 폭음을 억제토록 하는 머플러와; 상기 배기 파이프의 일측에 설치되어 이온풍이 발생토록 하는 이온풍 발생수단;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 배압 및 소음을 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

차량용 배기 시스템{EXHAUST SYSTEM FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 배기 시스템(exhaust system)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이온풍을 이용한 배압을 효과적으로 최적화되도록 그 구조가 개선된 차량용 배기 시스템에 관한 것이다.

차량의 배기 시스템의 가장 중요한 목적은 엔진에서 배출되는 배기가스를 효과적으로 외부로 유도하고, 엔진에서의 폭발소음을 감소시키는 것이다. 특히 최근에는 NVH(Noise Vibration Harshness)에 대한 관심이 증대하고 소음 규제가 강화됨에 따라 머플러의 소음 저감 특성이 중요하게 되었다.

이에 따라 머플러(muffler)를 비롯한 배기 시스템이 점차 복잡해지게 되어 배기가스의 흐름에 저항하는 압력, 즉 배압(back-pressure)이 큰 문제점으로 대두되었다.

상기한 배압은 최고 출력을 저하시켜서 상품성을 악화시키는데 그 이유는, 배기 파이프의 마찰 손실과 방향전환 손실, 머플러의 급격한 확대 및 축소시의 압력 손실로 대별할 수 있다.

이러한 배기 시스템의 배압은 소음 저감의 목표와 상반되는 특성을 가지고 있기 때문에 감소시키기가 상당히 힘들며, 배기 시스템의 형상만으로는 그 한계가 있다.

종래의 차량용 배기 시스템에 채용된 배기 파이프의 곡관부가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 배기 파이프(101)가 꺾이는 안쪽에서는 유동 박리영역(separation region)(11)이 발생하여 배압이 크게 상승하며, 이 유동 박리영역(11)의 와류는 기류음의 소음 성분으로 영향을 준다.

상술한 바와 같이, 종래에는 배기 시스템의 소음과 배압 저감을 위하여 머플러와 배기 파이프(101)의 형상 및 위치를 변화시켜 왔으며, 배기 매니폴드나 배기 파이프(101)의 방향이 바뀌는 곡관부, 그리고 복잡한 머플러 구조에서 발생하는 배압 상승은 제거할 수 없었다. 이러한 곡관부의 배압 상승은 인위적인 유동생성을 통해서 제거할 수 있는데, 현재까지는 이러한 유동자체를 제어하는 방식은 배기 시스템에서 진행되지 않고 있다.

현재까지는 배기 시스템의 소음 및 배압 저감 특성은 배기 시스템의 형상 및 위치에 따라 결정되었고, 이에 따라 소음 감소시 배압이 증가하는 등의 제약이 존재한다. 배기 시스템의 곡관부와 같이 와류 및 재순환 유동이 발생하는 경우에는 종래의 배기 시스템의 형상 변화만으로는 소음 및 배압 저감효과에 제약이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 배기 시스템에서 발생하는 높은 배압을 최적화되도록 하여 배압 및 소음 저감이 이루어지도록 한 차량용 배기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 차량용 배기 시스템에 채용된 배기 파이프 내에서의 배기 유동을 나타내 보인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 배기 시스템의 개략적인 외관 사시도.

도 3은 도 2의 A부를 상세하게 나타내 보인 상세도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20. 배기 파이프 21. 곡관부

30. 머플러 51. 선형전극

52. 판형전극 53. 파워 서플라이

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 배기 시스템은, 엔진의 일측에 설치된 배기 매니폴드로부터 배기가스가 배출되도록 상기 배기 매니폴드에 설치된 배기 파이프와; 상기 배기 파이프의 일측에 연결 설치되어 상기 배기가스의 온도와 압력을 저하시켜 급격한 팽창과 폭음을 억제토록 하는 머플러와; 상기 배기 파이프의 일측에 설치되어 이온풍이 발생토록 하는 이온풍 발생수단;을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

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

도 2에는 본 발명에 따른 차량용 배기 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다. 여기에서는 일반적인 차량용 배기 시스템의 구성 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 구성만을 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 배기 시스템은, 엔진의 일측에 설치된 배기 매니폴드(미도시)로부터 배기가스가 배출되도록 상기 배기 매니폴드와 연결 설치된 배기 파이프(20)와, 상기 배기 파이프(20)의 일측에 연결 설치되어 배기 파이프(20)로부터 배출되는 배기가스의 온도와 압력을 저하시켜 급격한 팽창과 폭음을 억제토록 하여 대기로 배출되도록 하는 머플러(30)와, 상기 배기 파이프(20)의 일측에 설치되어 이온풍(ion-wind)이 발생토록 하는 이온풍 발생수단을 포함하여 구성된다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 배기 매니폴드와 머플러(30) 사이에는 배기가스에 포함되어 있는 유해한 CO, HC, NOx를 촉매 예컨대 백금, 파라듐, 로듐 등을 이용하여 감소시키는 촉매 컨버터(41)가 설치된다. 상기 촉매 컨버터(41)와 컨버터 사이에는 서브 머플러(42)가 설치된다.

그리고 본 발명의 특징부인 상기 이온풍 발생수단은, 도 3에 도시된 바와 같이, 배기 파이프(20)의 배기가스 유동에 수직으로 설치된 선형전극(51)과, 판형전극(52)과, 상기 선형전극(51) 및 판형전극(52)에 전압을 인가하기 위한 파워 서플라이(power supply)(53)를 포함하여 구성된다.

상기 선형전극(51)은 니켈-크롬 와이어(Ni-Cr wire)로, 상기 판형전극(52)은 알루미늄 테이프(Al tape)로 이루어진다.

이와 같은 구성으로 이루어진 상기 이온풍 발생수단은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배기 파이프(20)의 방향이 바뀌는 곡관부(21)의 일측에 설치된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 차량용 배기 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 차량용 배기 시스템의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.

도면을 다시 참조하면, 우선, 전술한 바와 같이 배기 시스템에서의 배압 및 소음 저감을 실현하기 위해서는 배기 시스템의 형상만으로는 그 한계가 있어서, 본 발명에 따른 배기 시스템에서는 인위적인 유동을 형성시키는 물리적인 현상을 적용하여 배압 및 소음 저감의 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

상기한 인위적인 유동형성은, 즉 이온풍으로 바늘형태 또는 원통형으로 이루어진 선형전극(51) 판 형태로 이루어진 판형전극(52)에 고전압을 인가하면 정전기장의 분포현상에 의해 상대적으로 곡률 반경이 작은 전극에서 코로나 방전(corona discharge)이 일어나고, 상기 선형 및 판형전극(51,52) 사이에 형성된 전기장의 영향으로 생성되는 유동을 일컫는다.

이러한 이온풍을 적절히 이용하면 유동 박리(separation)에 의해 생성되는 와류(wake)의 축소 및 재순환 영역(recirculation region)의 억제에 응용할 수 있으며, 특히 배기 파이프(20) 및 배기 매니폴드의 방향전환 손실, 머플러(30)의 급격한 확대 및 축소시의 압력손실 등의 문제가 되고 있는 배압 저감 특성에 영향을 준다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 이온풍이 접지 전극에 해당되는 판형전극(52)쪽으로 발생되도록 되어 있어, 배기 파이프(20) 내의유동은 상기한 이온풍의 운동량으로 인해 유동 흐름의 형태 및 방향이 굵은 화살표 방향으로 바뀌게 되어 일반적인 배기가스 유동에서 발생하는 유동 박리가 전혀 발생하지 않으며, 이로 인해 배압도 현저하게 감소한다. 그리고 와류에 의한 기류음 발생도 저감된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 배기 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

곡관 형태의 배기 파이프, 배기 매니폴드, 및 머플러의 형상에서 발생하는 높은 배압을 효과적으로 최적화시키고, 와류에 의해 발생할 수 있는 기류음 성분을 줄일 수 있다.

그리고 배기 시스템의 형상만으로는 실현하기 어려운 배압 및 소음 저감을 실현하여, 소음 저감을 통한 상품성 향상과 배압 저감을 통한 엔진 성능의 향상으로 우수한 동력 성능을 얻을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 엔진의 일측에 설치된 배기 매니폴드로부터 배기가스가 배출되도록 상기 배기 매니폴드에 설치된 배기 파이프와;

   상기 배기 파이프의 일측에 연결 설치되어 상기 배기가스의 온도와 압력을 저하시켜 급격한 팽창과 폭음을 억제토록 하는 머플러와;

   상기 배기 파이프의 일측에 설치되어 이온풍이 발생토록 하는 이온풍 발생수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배기 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 이온풍 발생수단은,

   상기 배기 파이프의 배기가스 유동에 수직으로 설치된 선형전극과, 판형전극과;

   상기 선형 및 판형전극에 전압을 인가하기 위한 파워 서플라이;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 차량용 배기 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 선형전극은 니켈-크롬 와이어로, 상기 판형전극은 알루미늄 테이프로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배기 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   상기 이온풍 발생수단은 상기 배기 파이프의 방향이 바뀌는 곡관부의 일측에 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 배기 시스템.