KR100401851B1 - 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템에 관한 것으로, 엔진 작동에 따른 저속에서 고속영역까지의 전 영역에서 배출되는 배기가스 량에 의해 자동적으로 그 흐름 통로을 확장하거나 축소하여 소음과 배압저감을 동시에 달성함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배기시스템이 엔진(E)의 배기매니폴드(Ex)에 연결되어 그 사이에 배기가스의 압력과 소음을 줄여주는 공명기(1)와 소음기(2)가 구비된 배기가스가 흐르는 파이프(10)로 이루어지되, 이 파이프(10)에 상대적으로 큰 직경으로 형성된 확장챔버(10a)에 배기가스량에 따라 이동되면서 흐름통로를 확장·수축하는 가변흐름수단(20)이 구비되어진 것을 특징으로 한다.

Description

가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템{An automotive exhaust system having variable flux}

본 발명은 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스의 양에 따라 흐름 통로 면적를 가변시킬 수 있도록 된 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 연소된 가스를 외부로 배출하는 차량의 배기시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(E)의 배기매니폴드(Ex)에 연결되어 배기가스가 흐르도록 일정한 통로 면적을 갖는 배기 파이프(10)와, 이 파이프(10)상에 구비되어 배기가스의 압력과 소음을 줄여주는 공명기(1)와 소음기(2)로 이루어진다.

또한, 배기가스의 질소 산화물등과 같은 오염물질을 정화시키기 위해 촉매컨버터가 구비되어질 수 도 있음은 물론이다.

그러나, 이와 같이 배기매니폴드(Ex)에 연결된 베기시스템의 배기 파이프(10)의 직경이 고정되어지면 엔진의 RPM에 따라 그 발생 량이 가감되어 즉, 엔진이 고속으로 회전 할 때와 저속으로 회전할 때 배출되는 배기가스의 량이 다르게 되므로 이와 같이 상기 파이프(10)의 직경이 고정된 경우에는 배기가스의 소음과 배압이 엔진의 회전 영역에 따라 서로 상반되는 특성을 지녀 소음과 배압을 함께 저감하기 위한 즉, 이 두 가지 주요 요인에 대한 성능을 모두 만족시키기가 어려운 문제가 있게 된다.

이러한, 엔진의 고속영역과 저속영역에 따른 소음과 배압저감이라는 두 가지 주요 요인을 만족시키기 위해 최근에는, 머플러내에 밸브를 장착해 이 밸브를 엔진의 고속영역과 저속영역에 상응하여 선택적으로 개·폐시킴으로써 소음과 배압 저감을 모두 만족시키기 위한 듀얼모드머플러(Dual-Mode Muffler)가 개발되는 추세이다.

그러나, 이와 같은 듀얼모드머플러는 가장 큰 단점이 그 작동조건을 엔진의 저속과 고속영역 단 두 가지로만 분류하므로 엔진의 전 영역에서 소음과 배압 저감을 달성할 수 없고 또한, 엔진의 저속과 고속영역에 따른 신호를 분석하고 이를 판단하여 밸브를 개·폐시키는 제어수단이 사용되므로 복잡하면서도 비용 상승의 원인을 초래하는 문제가 있게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 엔진 작동에 따른 저속에서 고속영역까지의 전 영역에서 배출되는 배기가스 량에 의해 자동적으로 그 흐름 통로을 확장하거나 축소하여 소음과 배압저감을 동시에 달성함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배기시스템이 엔진의 배기매니폴드에 연결되어 그 사이에 배기가스의 압력과 소음을 줄여주는 공명기와 소음기가 구비된 배기가스가 흐르는 파이프로 이루어지되, 이 파이프에 상대적으로 큰 직경으로 형성된 확장챔버에 배기가스량에 따라 이동되면서 흐름통로를 확장·수축하는 가변흐름수단이 구비되어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 차량의 배기시스템의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 가변 유동 흐름기능을 갖는 배기시스템의 구성도

도 3은 본 발명에 따라 흐름 통로를 최대로 확장시킨 배기시스템의 작동도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 공명기 2 : 소음기

10 : 배기파이프 10a : 확장챔버

10b : 이동홀 20 : 가변흐름수단

21 : 이동플레이트 21a : 고정단

21b : 유동홀 22 : 탄성부재

23 : 통로부재 24 : 고정플레이트

E : 엔진 Ex : 배기매니폴드

F : 배기가스

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 가변 유동 흐름기능을 갖는 배기시스템의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 배기시스템이 엔진(E)의 배기매니폴드(Ex)에 연결되어 그 사이에 배기가스의 압력과 소음을 줄여주는 공명기(1)와 소음기(2)가 구비된 배기가스가 흐르는 배기 파이프(10)로 이루어지되, 이 파이프(10)에 상대적으로 큰 직경으로 일정구간에 형성된 확장챔버(10a)를 통해 배기가스량에 따라 이동되면서 상기 파이프(10)의 흐름통로 면적를 확장·수축하는 가변흐름수단(20)이 구비되어진다.

여기서, 상기 가변흐름수단(20)은 파이프(10)에 구비되는 것으로 설명하였지만, 바람직하게는 머플러나 공명기의 입구부위에 구비되어짐은 물론이다.

그리고, 상기 가변흐름수단(20)은 상기 파이프(10)의 확장챔버(10a)내로 위치된 이동홀(10b)을 따라 전·후 이동되면서 배기가스가 통과되는 다수의 유동홀(21b)이 형성된 이동플레이트(21)와, 이 이동플레이트(21)의 양 끝 부위와 상기 확장챔버(10a)에 고정되어 이동플레이트(21)의 전·후 이동 시 압축과 복원력을 발생하는 탄성부재(22) 및 상기 이동플레이트(21)의 고정단(21a)과 파이프(10)의 내벽에 고정된 고정플레이트(24)를 매개로 구비되어 그 흐름면적을 가·감하도록 팽창과 수축하는 통로부재(23)로 이루어진다.

여기서, 상기 탄성부재(22)는 코일스프링으로 이루어지는 한편, 상기 통로부재(23)는 전·후 이동되는 이동플레이트(21)와 함께 이동되면서 배기가스(F)의 흐름 통로를 가·감하도록 팽창과 수축되는 유연한 재질로 이루어진다.

또한, 상기 통로부재(23)는 가해지는 인장력에 의해 펼쳐지면서 통로 영역을 확장하도록 다수의 굴곡을 형성하게 됨은 물론이다.그리고, 이와 같이 배기가스의 흐름량에 따라 배기가스 통로 면적을 변화시키는 통로부재(23)는 그 작용상 인장(배기가스의 흐름에 의해)과 수축(탄성부재인 스프링의 복원력에 의해)이 가능하도록 유연한 재질(Flexible)로 이루어진 철판(강판)으로 제조되는데, 예를 들면 열연코일을 산세해서 표면의 산화막을 제거하고 상온에서 두께 약 0.15∼3.2 mm로 냉간 압연한 후 조질(소둔, 조질압연)을 하여 만든 냉연강판과 같은 강판종류를 이용해 용도에 적합하게 제조될 수 있음은 물론이다.한편, 이와 같은 통로부재(23)가 특별한 구조를 갖는 것이 아니라 단순히 펴졌다 접혀졌다 하는 형상을 갖고 있음에서 알 수 있듯이 이와 같은 강판 종류를 이용해 유연하면서 탄성력을 갖도록 충분히 얇게 제작할 수 있는 것임은 자명하므로 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 작동을 상세히 설명한다.

먼저, 엔진이 저속영역으로 회전하여 배기가스가 상대적으로 적게 배출되어지면 도 2에 도시된 바와 같이, 배기파이프(10)의 확장챔버(10a)에 구비된 가변흐름수단(20)을 이루는 이동플레이트(21)에 작용하는 탄성부재(23)의 가압력에 비해 배기가스(F)의 가압력이 작게 되고 이에 따라, 상기 이동플레이트(21)가 이동홀(10b)을 따라 뒤로 이동되지 못하게 되면서 상기 파이프(10)내에 구비되어 통로를 좁게 막고있는 통로부재(23)도 이동되지 못하여 결국, 배기가스(F)는 상기 통로부재(23)의 좁게 형성된 흐름 영역을 통해 흐르면서 이동플레이트(21)의 유동홀(21b)을 통해 배출되어지게 된다.

한편, 엔진의 회전수가 증가하여 저속영역에서 고속영역으로 접어들게 되면 도 3에 도시된 바와 같이, 배출되는 배기가스(F)가 증가하게 되므로 이에 따라, 상기 배기가스(F)에 의해 가해지는 가압력이 이동플레이트(21)에 가해지는 탄성부재(22)의 가압력을 이기게 되고 결국, 이동플레이트(21)가 이동홀(10b)을 따라 뒤로 이동하면서 통로부재(23)도 함께 잡아 당겨주게 된다.

이로 인해, 상기 통로부재(23)의 절곡 부위가 펼쳐지면서 막고 있던 흐름영역을 확장시키게 되고 결국, 엔진이 고속영역으로 접어들게 되면 이동플레이트(21)에 배기가스(F)의 가압력이 최대로 가해지면서 이동홀(10b)의 끝 부위로 최대한 이동하여 통로부재(23)를 최대한 펼쳐 배기가스(F)의 흐름영역을 최대로 확장시켜주게 된다.

한편, 엔진의 회전수가 저하되어 다시 고속영역에서 저속영역으로 저하되면 상기 가변흐름수단(20)의 이동플레이트(21)에 의해 압축되었던 탄성부재(22)의 복원력이 이동플레이트(21)를 가압하는 배기가스(F)의 가압력을 이겨내고 결국, 상기 이동홀(10b)을 따라 이동플레이트(21)를 앞으로 이동시켜 통로부재(23)를 초기 형상으로 복귀시키게 되어 배기가스의 흐름 통로를 축소하게 된다.

한편, 본 발명은 단순히 기구적인 수단으로만 구성하고 이에 대해 설명하였지만, 상기 가변흐름수단(20)부위에 유속측정센서나 변위측정센서 또는 배기매니폴드(Ex)를 흐르는 배기가스의 유동측정센서와, 이들 센서의 신호를 처리하는 콘트롤러 및 이 콘트롤러의 신호에 따라 통로부재(23)를 직접 가변시키는 실린더등을 통해 전자적으로 제어할 수 있는 가변흐름시스템을 구성할 수도 있음은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 저속에서부터 고속영역으로 변화하는 엔진의 작동 전 영역에서 배기가스의 배출량에 따라 상응되어 그 흐름통로를 가변시키면서 흐름을 제어하므로 소음과 배압을 동시에 최적으로 저감하는 효과가 있게된다.

또한, 본 발명은 엔진의 저속과 고속영역에 따른 신호를 분석하고 이를 판단하여 밸브를 개·폐시키는 전자 제어수단이 아닌 배기가스의 흐름량에 따라 자동적으로 그 흐름통로를 가변시키게 되므로 단순하면서도 비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있음은 물론이다.

Claims (6)

1. 엔진(E)의 회전영역에 따라 가변적으로 발생되는 배기가스를 배출하도록 배기매니폴드(Ex)에 연결되면서 공명기(1)와 소음기(2)를 매개로 배기가스의 소음과 배압을 저감시키되, 상기 배기매니폴드(Ex)로부터 배출되는 배기가스량에 따라 이동되면서 흐름통로를 확장·수축하는 가변흐름수단(20)이 구비되어진 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가변흐름수단(20)이 배기가스가 흐르는 배기 파이프(10)나 공명기(1)또는 소음기(2)중 어느 한 곳에 구비된 것을 특징으로 하는 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템.
3. 제 1항에 있어서, 상기 가변흐름수단(20)이 배기가스가 흐르는 파이프(10)상에 상대적으로 큰 직경으로 형성된 확장챔버(10a)내로 위치된 파이프(10)의 이동홀(10b)을 따라 전·후 이동되면서 배기가스가 통과되는 다수의 유동홀(21b)이 형성된 이동플레이트(21)와, 이 이동플레이트(21)의 양 끝 부위와 상기 확장챔버(10a)에 고정되어 이동플레이트(21)의 전·후 이동 시 압축과 복원력을 발생하는 탄성부재(22) 및 상기 이동플레이트(21)의 고정단(21a)과 파이프(10)의 내벽에 고정된 고정플레이트(24)를 매개로 구비되어 그 흐름면적을 가·감하도록 팽창과 수축하는 통로부재(23)로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 유동 흐름기능을갖는 차량용 배기시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 탄성부재(22)는 스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템.
5. 제 3항에 있어서, 상기 통로부재(23)는 전·후 이동되는 이동플레이트(21)와 함께 이동되면서 배기가스(F)의 흐름 통로를 증가·감소시키는 것을 특징으로 하는 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템.
6. 제 5항에 있어서, 상기 통로부재(23)는 가해지는 다수의 굴곡을 형성한 것을 특징으로 하는 가변 유동 흐름기능을 갖는 차량용 배기시스템.