KR101093978B1 - 자동차용 배기관 와류 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 배기관 와류 발생장치에 관한 것으로, 연소가스를 대기중으로 배출하는 배기관(exhaust pipe) 내부에서 와류(vortex)가 발생되게 하여 그에 따른 유속증대로 인한 연소가스의 배출력 증대로 엔진 출력향상과 연비감소, 매연감소 등의 획기적인 성능향상 효과를 얻을 수 있게 한 것인바,

자동차의 엔진(6)과 소음기(5) 및 이들을 연결하는 배기관(4)으로 구성된 것에 있어서,

동등분된 간격과 유선형을 유지하면서 완만하게 비틀린 가압 홈(2)과, 상기 가압 홈(2)과 가압 홈(2) 사이에 볼록한 상태로 비틀린 형태의 와류통로(3)가 형성되게 가공한 와류 강관(1)을 기존 자동차 배기관(4) 내에 삽입하여 와류발생에 따른 연소가스의 유속증대로 엔진 출력향상과 연비감소, 매연감소 등의 성능이 크게 향상되게 함으로써 친환경 저탄소 정책에 기여할 수 있는 것이다.

Description

자동차용 배기관 와류 발생장치{VORTEX GENERATORS FOR AUTOMOTIVE EXHAUST}

본 발명은 자동차용 배기관 와류 발생장치에 관한 것으로, 연소가스를 대기중으로 배출하는 배기관(exhaust pipe) 내부에서 왕성한 와류(vortex)가 발생되게 하여 그에 따른 유속증대로 인한 연소가스의 배출력 증대로 엔진 출력향상과 연비감소, 매연감소 등의 획기적인 성능향상 효과를 얻을 수 있게 한 것이다.

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자동차는 공기와 적당한 비율로 혼합한 연료를 실린더로 흡입하여 압축시킨 다음 점화와 팽창을 통해 발생되는 직선운동을 커넥팅 로드와 크랭크를 이용하여 토오크를 갖는 회전운동으로 변환시켜서 그 구동력에 의해 주행하게 한 것이다.

그리고, 연료의 점화로 인해 발생되는 연소가스는 엔진의 배기 매니폴드를 통해 한 곳으로 모아진 후, 촉매 컨버터를 통과하는 과정에서 일산화탄소와 탄화수소 및 질소산화물 등이 촉매로 인해 환원되고, 이렇게 환원된 상태로 파이프를 통해 서브 머플러로 유입되는 연소가스는 다수의 팽창과정을 통해 그 압력이 낮아지게 되고, 서브 머플러의 토출측에 연결된 배기관을 경유하여 다수의 격막을 갖는 소음기(머플러)를 통과하면서 배출소음이 줄어들게 되고 연소가스는 외부로 배출되는 것이다. 그러나 연소가스가 배출되는 일련의 과정에서 압력과 유속이 낮아지게 되면서 배출저항으로 작용함으로써 엔진의 출력은 감소할 수밖에 없고, 감소된 엔진출력을 높이기 위해서는 가속페달을 밟아 엔진의 사이클행정을 빠르게 하여 속력을 높일 수는 있으나 이는 RPM의 증가와 함께 연료의 불완전 연소로 인하여 연료를 낭비하게 되는 문제점을 지니고 있는 것이었다.
특히, 상기의 과정에서 연소가스가 통과하는 배기관이 단순한 원형 직관으로 구성되어 있어서 배기관 내부에 낮은 압력과 느린 유속에 의한 배출저항이 그대로 작용됨에 따라 연소가스의 배출력이 낮아 원활한 배출을 기대하기 어려웠고 이에 따른 출력저하와 연료비 증가, 엔진의 자체 출력상실 등의 문제가 있는 것이다.
이와 같이 배기장치에서 연소가스의 배출력은 자동차의 출력과 엔진의 연비 등과 같은 자동차의 성능에 중요한 영향을 미치는 것인데 종래 배기장치의 배기관은 단순 직관형으로 구성되어 연소실로부터 배출된 연소가스를 단지 외부로 안내하는 역할만을 수행하였기 때문에 엔진출력의 향상을 위해서는 연소가스의 배출력을 더욱 배가(倍加)시켜야만 하는 개선의 여지가 있는 것이었다.
또한, 배기관 내부에 코일 스프링 형태의 강선(鋼線)을 삽입하여 배기관 내부에서 와류현상이 일어나도록 구성한 것이 제안된 바 있으나, 이는 배기관 내부를 통과하는 연소가스가 배기관 내면과 밀접한 상태로 삽입되어 있는 강선에 부딪쳐 그 흐름에 장애를 받으면서 스프링을 타고 돌아가도록 구성한 것이므로 느린 유속으로 매우 미약한 와류현상이 발생될 수밖에 없는 것이며, 코일 스프링의 중심부를 통과하게 되는 연소가스는 와류현상 없이 그대로 흐르게 되면서 강선에 부딪쳐 타고 돌아가는 흐름과 중심부를 바로 통과하게 되는 두개의 흐름이 서로 방해를 주게 됨에 따라 그 유속을 상당히 느려지게 되면서 배기관 내부 전체에 왕성한 와류현상이 발생되지 못함으로써 그 효과는 매우 미미한 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 기존 배기장치에서 제기된 문제점을 감안하여 이의해결을 위해 안출된 것으로, 연소가스의 보다 신속하고 원활한 배출로 자동차의 성능향상을 도모할 수 있는 배기 촉진기능을 가진 배기장치를 경제적 부담없이 제공함에 그 목적이 있는 것이다.
본 발명은 상기 배경기술에서 언급한 제반 문제점을 해소하는 것으로, 동 등분된 간격을 유지하면서 나선형의 완만한 비틀린 형상을 가지도록 성형한 가압 홈(2)과, 상기 가압 홈(2)과 가압 홈(2) 사이에 볼록하게 나선형으로 비틀린 형상을 이루는 와류통로(3)가 형성되게 한 와류 강관(1)을 기존 자동차 배기관(4)과 배기관(4) 사이의 볼트를 풀어 그 사이의 배기관(4)내에 삽입한 다음 다시 볼트를 조여 조립하는 간단한 작업만으로 자동차 배기관의 구조를 크게 바꾸지 않고 부가적인 구성없이도 쉽게 설치할 수 있게 하는 동시에 배기관 내에서의 와류발생에 의한 유속증대로 연소가스의 대기 배출력을 증대시킴에 따라 엔진 출력향상과 연비감소, 매연감소 등의 성능이 향상되게 한 것이다.

자동차의 엔진(6)과 소음기(5) 및 이들 사이를 연결하는 배기관(4)으로 구성된 것에 있어서,
동 등분된 간격의 나선형을 그리면서 완만하게 비틀린 가압 홈(2)과, 상기 각 가압 홈(2) 사이에 볼록하게 나선상태로 비틀린 와류통로(3)가 형성되게 가공한 와류 강관(1)을 기존 자동차 배기관(4) 내에 삽입하여 와류발생에 따른 연소가스의 유속증대로 엔진 출력향상과 연비감소, 매연감소 등의 성능이 크게 향상되게 하는 것이다.

본 발명은 동 등분된 간격을 유지하면서 나선형의 완만한 비틀림 형상을 가지도록 성형한 가압 홈(2)과, 상기 각 가압 홈(2) 사이에 볼록한 와류통로(3)가 형성되게 가공한 와류 강관(1)을 기존 자동차 배기관(4)내에 삽입하여 배기관(4)에 삽입된 와류 강관(1)의 와류통로(3)와 배기관(4) 내면과 가압 홈(2) 외면 사이에도 와류통로(3a)가 형성되게 하여 배기관(4)내부 전체를 와류통로(3)(3a)로 구성되게 한 것이어서 배기관(4)내에서의 와류발생이 왕성하여 연소가스의 유속을 급격히 증대시키게 되는 것이며, 이에 따른 엔진 출력향상과 연비감소, 매연감소 등의 성능이 획기적으로 향상되는 효과를 얻을 수 있고, 기존 자동차 배기관(4)과 배기관(4) 사이의 볼트를 풀어 그 사이의 배기관(4)내에 와류 강관(1)을 삽입한 다음 다시 볼트를 조여 조립하는 간단한 작업만으로 자동차 배기관의 구조를 크게 바꾸지 않으면서 부가적인 구성없이도 쉽게 설치할 수 있는 것이므로 경제적 부담이 거의 없이 저렴한 가격으로 소비자에게 공급할 수 있게 함으로써 구매력을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

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본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도 1 및 도 2a에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이 와류 강관(1)은 동 등분된 간격의 나선을 그리면서 완만하게 비틀린 형태의 가압 홈(2)과, 상기 각 가압 홈(2) 사이에 볼록한 나선상태로 비틀린 형태의 와류통로(3)로 구성되어 있다.

이때, 가압 홈(2)을 형성하기 위한 가압수단은 일반적인 성형롤 구동수단을 사용하여 나선형으로 가압 성형하는 것이며, 가압 홈(2)의 성형개수는 원형 강관을 3등분한 위치 및 필요에 따라 4등분한 위치, 5등분한 위치 등 여러 등분으로 자유롭게 성형 제작할 수 있는 것이며, 본 발명의 실시에서는 3등분된 상태로 도시 설명하고 있다.

본 발명은 상기의 와류 강관(1)을 도 1에서와 같이 자동차의 엔진(6)과 소음기(5) 및 이들 사이를 연결하는 배기관(4)으로 구성된 배기장치 중 배기관(4)내에 삽입 설치하는 것인데, 기존 자동차 배기관(4)과 배기관(4) 사이의 볼트를 풀어 그 사이의 배기관(4)내에 와류 강관(1)을 삽입한 다음 다시 볼트를 조여 조립하는 것이다.

이렇게 배기관(4)내에 와류 강관(1)을 조립한 상태에서 도 3에서 보는 바와 같이 와류 강관(1) 내부에 와류통로(3)(3a)가 형성되는 것인데, 이때 와류통로(3) 이외에도 와류 강관(1)의 가압 홈(2) 외면과 배기관(4)의 내면 사이에도 또 다른 와류통로(3a)가 함께 형성됨으로써 결국 배기관(4) 내부 전체가 와류통로(3)(3a)로 구성되는 것이다.

이렇게 배기관(4)내에 형성된 각 와류통로(3)(3a)를 연소가스가 통과 배기되는 과정에서, 배기관(4)내부 전체에 아무런 방해없이 왕성한 와류현상이 발생하게 되고, 이러한 장애없는 와류발생으로 인해 유속이 급속히 증가되면서 매우 빠른 속도로 연소가스가 배출된다.
즉, 상기 배기관(4) 내에 조립 설치되는 와류 강관(1)에 의해 완만한 유선형으로 비틀린 형태의 와류통로(3)(3a)들이 나란히 형성된 것이어서 배기관(4)으로 유입된 연소가스가 와류 강관(1)의 와류통로(3)(3a)를 따라 와류되면서 강력한 회호리를 일으키며 통과함에 따라 그 속도에 가속력이 붙어 더욱 빠른 유속으로 진행 배출되어지는 것이다.
이렇게 배기관(4)에 유입된 연소가스의 유속을 좀더 빠르게 진행되도록 함으로써, 연소가스의 배출작용이 원활하게 이루어져 엔진 내부에 정체되는 것을 방지하여 전체적인 엔진출력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 연료의 연소율을 높여 완전 연소화 되도록 하여 연료를 절감할 수도 있는 것이다.
이와 같이, 연소가스의 왕성한 배출로 연소가스가 엔진 내부에 정체되지 않으므로, 연소가스에 혼합된 불순물에 의해 엔진 내부에 찌든 때 등이 적층되지 않게 되어, 엔진의 원할한 구동을 도모하고, 연료의 연소력을 향상시켜 출력을 높일 뿐만 아니라 연료의 완전연소를 이룰 수 있어 불완전연소로 인해 발생되는 연소가스량까지 줄이게 되는 것이다.
아래의 표는 본 발명의 장착 전과 장착 후의 정속주행시 실험 결과를 비교 분석한 데이터로서, 동일한 차량(경기 1투 1060 경유)의 연료통이 비워진 상태에서 연료를 채우고 연료통이 비워질 때까지 동일한 코스를 주행하여 그 거리와 연비를 나타낸 성적표이며, 이는 MTN 머닝 투데이에서도 취재 방영하여 확인된 것이다.
(표)

위 표에서 나타나는 바와 같이 본 발명의 장착 전과 장착 후에 정속 주행을 했을 때 약 24,5％의 연비향상 효과가 나타나고 있음을 알 수 있는 것이다.
본 발명의 실시에 있어서, 도 2b에 도시된 바와 같이 와류 강관(1)의 중간에 조립 플랜지(1a)를 일체로 형성하여 배기관(4)과 배기관(4) 사이에 조립 장착하여 고정되게 구성할 수 있으나, 이를 본 발명에서 기술구성 요부로 하는 것은 아니다.

도 1- 본 발명의 분해 사시도.

도 2a- 본 발명의 기술구성요부인 와류 강관의 사시도.
도 2b- 본 발명의 기술구성요부인 와류 강관의 다른 실시 사시도.
도 3- 본 발명의 와류 강관 삽입상태 단면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1- 와류 강관 1a- 조립 플랜지 2- 가압 홈

3,3a- 와류 통로 4- 배기관 5- 소음기
6- 엔진

Claims (1)

1. 자동차의 엔진(6)과 소음기(5) 및 이들 사이를 연결하는 배기관(4)으로 구성된 것에 있어서,

   동 등분된 간격의 나선형을 유지하면서 완만하게 비틀린 가압 홈(2)과, 각 가압 홈(2) 사이에 볼록하게 나선상태로 비틀린 와류통로(3)가 형성되게 한 와류 강관(1)을 기존 자동차 배기관(4) 내에 삽입하여 와류발생에 따른 유속증대로 연소가스의 대기배출이 활발하게 이루어지게 한 것을 특징으로 하는 자동차용 배기관 와류 발생장치.

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