KR101718286B1 - 자동차 매연절감과 연비효과가 개선된 흡기 및 배기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연비절감 및 매연절감 효과가 우수한 자동차의 흡기 및 배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량속도에 따라 흡기기관과 배기기관에 가압된 공기가 흡입되도록 제어하여 흡입 효율이 좋아져 엔진 출력을 향상시켜줄 수 있도록 함과 동시에, 배기시 배기가스의 간섭으로 인한 배기 저항을 감소시켜 고출력 저진동 그리고 DPF와 배기/흡기에 매연이 쌓이는 것을 방지하여 디젤기관에서 발생하는 매연을 저감할 수 있으며 연비절감 효과가 우수한 흡/배기장치에 관한 것이다.

Description

자동차 매연절감과 연비효과가 개선된 흡기 및 배기장치{Apparatus for reduction of fuel consumption and of exhaust gas generation}

본 발명은 연비절감 및 매연절감 효과가 우수한 자동차의 흡기 및 배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량속도에 따라 흡기기관과 배기기관에 가압된 공기가 배출되도록 제어하여 흡입 효율이 좋아져 엔진 출력을 향상시켜줄 수 있도록 함과 동시에, 배기시 배기가스의 간섭으로 인한 배기 저항을 감소시켜 고출력 저진동 그리고 DPF와 배기/흡기에 매연이 쌓이는 것을 방지하여 디젤기관에서 발생하는 매연을 저감할 수 있으며 연비절감 효과가 우수한 흡/배기장치에 관한 것이다.

자동차의 엔진에 연결되도록 제공되는 배기라인은, 배기가스 출구를 구비하는 적어도 하나의 배기가스 순환 채널을 안쪽으로 포함하고, 배기가스 출구가 연장하는 출구 플랜지를 포함하는 매니폴드와, 매니폴드의 배기가스 출구에 연결된 배기가스 입구를 구비하고, 매니폴드의 출구 플랜지에 견고하게 연결된 하류장치를 포함한다.

상기 하류 장치는 일반적으로 촉매 정화 부재에 연결되어 구성된다.

일반적인 자동차 배기라인을 참조하면, 머플러의 각 구성은 적어도 하나 이상의 파이프를 통해 연결이 되어 있는 경우가 대다수이고 이러한 파이프는 볼트/너트 조합으로 조립이 되도록 플랜지 형식의 고정수단의 체결로 인하여 단일체로 구성이 될 수가 있으며 파이프의 연결단부는 볼트/너트와 같은 고정수단의 체결을 위해 다른 부위보다 직경이 크게 구성이 되어 체결공을 향해 길이방향으로 고정수단이 체결된다.

이러한 구성으로, 머플러는 배기기관의 소음을 흡수하여 소음을 줄이는 역할을 하는데, 상기한 배기 라인은 배기시 발생하는 압박감과, 엔진의 부밍음이 발생하는 단점이 있는 것이다.

또한 배기장치는 배기파이프를 통과한 배기가스가 다중으로 이루어진 소음기를 지나면서 음파간섭, 압력변동, 배기온도의 저하 등을 일으켜 점차 소음되도록 하고 있다.

특히, 배기행정에서 실린더 내의 압력은 배기장치의 압력보다 커야 순조로운 배기가 이루어지게 되나, 배기 소음의 감소를 위하여 용량이 큰 소음기를 적용하다보면 배기저항에 의하여 배압이 실린더 내의 압력보다 크게 되므로 이 역시 엔진의 출력을 저하시키는 문제점이 발생하였다.

흡기장치는 흡입하는 바람 속에 들어있는 먼지 등을 제거하는 에어크리너와, 흡입된 흡기류의 양을 제어하는 스로틀밸브와, 각 실린더에 혼합기를 분배하는 흡기매니폴드로 구성되어 있다.

특히 흡기장치는 각 실린더로 유입되는 혼합기의 양이 불균일하게 공급되면 엔진부조 및 출력에 영향을 주게 되므로, 일부에는 흡기매니폴드의 내부에 가변흡기장치를 설치하여 엔진 부하에 따른 흡입효율을 높임으로써 엔진출력을 향상시키기도 한다.

전술한 흡기류의 양은 스로틀밸브에 의해 제어되므로, 고속에서 공급되는 흡기류는 압력손실에 의한 흡기저항 내지 흡기밸브와 충돌저항으로 인해 압력의 불균형상태인 맥동의 상태를 이루게 되고, 연료의 양과 비례하는 새로운 바람의 흡입이 불충분하여 결국, 엔진의 출력저하와 소음발생의 원인이 되었으며, 또한 엔진의 아이들링 또는 부분 부하 운전때에는 스로틀밸브가 거의 닫혀진 상태이고, 이때 스로틀밸브의 하류는 진공도가 높은 상태로 존재하게 되며, 이로 인해 새로운 바람의 흡입이 불충분하여 엔진출력이 저하되고, 불완전 연소로 인한 배기가스는 환경오염의 문제점을 유발하였다.

등록특허 제196467호

본 발명은 상기 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 GPS데이터를 수신하여 설정된 속도에 따라 팬 액츄에이터(Fan Actuator)를 제어하여 팬을 통하여 흡기기관과 배기기관에 가압된 바람이 흡입되도록 하여 흡입 효율을 높혀 엔진의 출력이 35% 이상 향상시켜줄 수 있도록 구성하고, 배기라인를 통하여 강제로 바람을 배출하여 배기저항을 감소시켜 출력향상과 더불어 매연저감에 탁월한 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 머플러에 별도의 송풍장치를 장착하거나 일체화하여 배기시에 발생하는 압박감을 감소하고, 배기 부밍음을 감소시키는 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 팬 액츄에이터의 제어를 통하여 배출되는 바람을 터빈, 인터쿨러, 머플러에 송풍하여 온도가 높은 과급 공기에 냉각된 공기를 공급하여 체적효율을 증감하여 노킹이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 한 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차의 속도를 검지하고 이를 기반으로 데이터를 전송하는 GPS수신기와, 상기 GPS수신기의 데이터를 수신하여 판독하고 이를 처리하는 중앙처리장치와, GPS데이터와 작동환경체크부를 비교하여 작동범위 설정부의 설정에 따라 팬 액츄에이터를 제어하여 제어된 신호에 따라 송풍장치를 작동시켜 흡기기관과 배기기관에 가압된 바람이 흡입되도록 하여 흡입 효율을 높혀 엔진의 출력을 향상시킬 수 있도록 한 구성인 것이다.

본 발명의 송풍장치는 전기적인 신호에 의하여 작동하는 팬을 관 타입의 송풍장치 안쪽 공간에 내재하여 유입되는 바람을 팬을 이용하여 속도를 증가시켜 가압된 바람을 강한 와류를 형성하면서 인터쿨러, 터빈, 흡기 및 배기다기관에 송풍하여 혼합기의 흐름 속도를 높혀 흡입 및 배기 효율을 더욱 우수하게 하도록 한 구성인 것이다.

본 발명은 에어박스를 별도로 구성하여 송풍장치에서 송풍되는 바람을 저장하여 흡기 및 배기다기관, 에어클리너박스, 에어덕트등 과급공기가 필요한 요소에 간편하게 송풍할 수 있도록 한 구성인 것이다.

본 발명에 따른 자동차 흡/배기장치에 따르면 차량 속도를 이용하여 흡/배기 장치를 제어하므로 설치비용 내지 제작비용의 최소화를 이루어 복잡한 방식에 의하지 않고서도 흡입 효율을 높혀 엔진 부조시 출력을 높혀줄 수 있으며, 배기시에 발생하는 압박감을 감소하고, 분산하여 결과적으로 배기음의 감소, 부밍음 등 소음을 줄일 수가 있는 장점을 가진다.

또한 DPF와 흡기/배기라인에 매연이 쌓이지 않으므로 매연감소는 물론 연비절감에 탁월한 효과가 있는 장점이 있다.

또한, 흡입포트와 배기포트는 다양한 연결 상태를 지원하여 어느 흡/배기장치에도 호환이 될 수 있는 이점을 가진다.

도 1은 본 발명의 전체적인 개략도.
도 2는 본 발명의 장착되는 상태의 개략도.
도 3은 본 발명의 제어부의 구성도.
도 4는 본 발명의 제어부의 순서도.
도 5는 본 발명의 송풍장치가 배출되는 송풍위치를 나타낸 개략도.
도 6은 복수개의 송풍장치를 도시한 개략도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 도시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또한 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 전체적인 개략도, 도 2는 본 발명의 장착되는 상태의 개략도, 도 3은 본 발명의 제어부의 구성도, 도 4는 본 발명의 제어부의 순서도, 도 5는 본 발명의 송풍장치가 바람을 배출하는 송풍위치를 나타낸 개략도이다.

도 1내지 도 4에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 자동차 흡입 및 배기장치는; 자동차의 속도를 검지하고 이를 기반으로 데이터를 전송하는 GPS수신기(30)와, 상기 GPS수신기(30)의 데이터를 수신하여 판독하고 이를 처리하는 중앙처리장치(32)와, GPS데이터와 작동환경체크부(34)를 비교하여 작동범위 설정부(36)의 설정에 따라 팬 액츄에이터(38)를 제어하여 제어된 신호에 따라 송풍장치(2)를 작동시켜 배기라인(8)을 통하여 배기라인에 연결된 흡기기관과 배기기관에 가압된 바람이 배출되도록 하여 흡입 효율을 높혀 엔진의 출력을 향상시킬 수 있도록 한 구성인 것이다.

상기한 GPS수신기(Global Positioning System)는 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해 사용자의 현재 위치 값과 수신기의 방향, 속도 등을 연관시켜 계산하는 위성항법시스템으로 차량의 정확한 속도 데이터를 중앙처리장치로 송신할 수 있는 것이다.

수신된 GPS데이터는 현재의 데이터를 판독하여 속도표시부(40)에 출력하고 GPS데이터와 작동환경체크부(34)를 비교하여 설정된 데이터 값에 따라 최적값으로 팬 액츄에이터를 제어하는 것이다.

중앙처리장치는 GPS데이터를 수신하여 현재의 데이터를 판독하여 처리하고, 작동범위 설정부에서 기 설정된 최적치 데이터를 초기화하고 설정버튼을 이용하여 작동 범위를 설정하여 작동을 준비한다.

작동범위는 속도에 따라 송풍장치를 제어하기 위한 것으로, 예를 들어 차량의 속도가 시속 60Km 이상일 때 팬 액츄에이터(38)가 작동되도록 설정하고 시속 120Km 이상에서는 팬 액츄에이터가 작동되지 않도록 설정할 수 있으며, 분기된 배기라인과 속도에 따라 어느 개소에는 가압된 바람을 송풍하고 어느 개소에는 가압된 바람을 송풍하지 않을 수 있으며 이는 데이터를 기반으로 흡/배기의 상황과 차량에 따라 최적치의 조건으로 설정할 수 있는 것이다.

팬 액츄에이터는 상기한 바와 같이 작동범위 설정부의 설정 값에 따라 제어되며 송풍장치를 제어하는 것이다.

팬 엑츄에이터에 의하여 제어되는 송풍장치는 좌우가 개방된 관형 구조이며 내부에 전기적인 신호에 의하여 작동되는 전기모터의 모터축에 장착되는 팬(14)을 포함하여 팬에 의하여 흡입구를 통하여 유입되는 바람을 가압하여 배기라인으로 더욱 강하게 보낼 수 있도록 한다.

본 발명은 전원공급부를 통하여 전원이 공급되면 중앙처리장치(32)는 작동상태를 초기화한다.

중앙처리장치에서 기 설정된 최적치 데이터를 초기화하여 작동을 준비하면 사용자는 팬 엑츄에이터(38)를 작동하기 위한 속도를 작동범위 설정부(36)의 설정버튼을 이용하여 작동범위를 설정하면 GPS수신기의 데이터를 수신하여 현재의 데이터를 판독한다.

판독된 데이터는 속도표시부(40)를 통하여 출력되고 GPS의 데이터와 작동환경 체크부(34)를 비교하여 처리한다.

처리된 데이터를 최적값으로 팬 엑츄에이터(38)를 제어하여 송풍장치(2)를 작동하고, 작동상태는 센서를 통한 작동제어부센싱(42)부에서 제어를 지속하는 것이다.

팬 엑츄에이터의 제어에 의하여 송풍장치로 바람을 공급받는 배기라인은 설치되는 차량에 따라 다르나 도 5에 도시한 바와 같이 흡/배기다기관과, 터빈, 인터쿨러, 에어클리너박스 및 에어덕트등 과급기가 필요한 다양한 장소에 분기하여 설치할 수 있음은 물론인 것이다.

배기라인의 설치는 각 위치에 홀을 천공하여 나사 결합 방식에 의하여 설치가 가능하며 플랜지 타입으로 별도의 고정판을 이용하여 설치가 가능한 것이다.

팬 엑츄에이터에 의하여 제어되는 송풍장치는 좌우가 개방된 관형 구조이며 내부에 전기적인 신호에 의하여 작동되는 전기모터의 모터축에 장착되는 팬(14)을 포함하여 팬에 의하여 흡입구를 통하여 유입되는 바람을 가압하여 배기라인으로 더욱 강하게 보낼 수 있도록 한다.

송풍장치는 자동차에 장착된 에어클리너 박스(10)에 흡기라인(6)을 연결하여 바람을 받을 수 있도록 구성하거나 송풍장치의 전방 유입구에 필터를 설치하여 직접 바람을 받도록 구성하여도 가능한 것이다.

즉, 본 발명의 송풍장치는 바람이 유입되어 배출되는 구조로 송풍장치 자체적으로 바람을 받도록 하여도 가능하며 에어클리너 박스 이외에 다양한 장소에서의 바람의 유입이 가능함은 물론인 것이다.

또한 배기라인 역시 설명한 장소 이외에 과급기가 필요한 장소에 설치가 가능한 것은 물론인 것이다.

한편 배기라인 및 흡기라인은 에어카플링 구조로 에어크리너 박스에 천공된 배출구멍에 보울트 및 너트로 결합되어 기밀을 유지하여 결합할 수 있으며, 그 중심에는 유로가 형성되어있어 흡입된 바람을 쉽게 배출할 수 있도록 한다.

흡기라인 및 배기라인은 연질의 고무호스 표면에 스틸형의 와이어를 피복하여 고무호스가 직접 접촉되는 것을 차단하여 열에 의하여 고무호스가 손망실 되는 것을 방지하며 고무호스 이외에 금속 재질의 파이프형태의 관이나 주름관 등 다양한 형태로의 시공이 가능한 것이다.

본 발명의 배기라인은 매연여과장치(DPF) 후단에 장착하여 배기가스를 보다 강하게 빨아 당겨 DPF와 배기라인에 매연이 쌓이는 것을 방지할 수 있으며 불완전 연소된 매연이 쌓이지 않아 연비절감에 탁월한 효과가 있는 것이다.

배기라인은 플랜지 형식으로 결합되는 머플러의 사이에 고정판을 장착하여 고정할 수 있으며 고정판은 외측에서 내측으로 관통된 유입구멍이 천공되어 이 구멍에 배기라인을 장착하여 바람을 배출하여도 가능한 것이다.

도 6은 복수개의 송풍장치를 도시한 개략도로서, 흡기라인의 일단을 두 개 이상의 라인으로 분기하여 송풍장치에 각각 접속하여 각 송풍장치에서 배기 및 흡기로 보내는 것으로 어느 하나의 송풍장치는 시속 100Km 이상의 속도에서 송풍장치가 작동되도록 구성하여 일정속도 이상에서만 더욱 강한 바람을 흡기 또는 배기 원하는 곳으로 보낼 수 있도록 하여 흡기 및 배기효율이 우수하도록 한 것이다.

본 발명은 속도에 따라 송풍장치를 제어하여 원하는 장소로 보낼 수 있으며 흡기라인의 일단을 두 개 이상의 라인으로 분기하여 송풍장치에 각각 접속하여 각 송풍장치에서 배기로 보내는 것으로, 이때 송풍장치중 어느 하나의 송풍장치는 예를 들어 시속 100Km 이상의 속도에서 송풍장치가 꺼지도록 제어하여 흡기 바람으로만 배기에 바람을 보낼 수 있도록 하여 배기효율이 우수하도록 한 것이다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 흡기 및 배기장치를 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

2: 송풍장치 6: 흡기라인
8: 배기라인
10: 에어클리너 박스 14: 팬

Claims (6)

1. 자동차의 속도를 검지하고, 검지된 데이터를 기반으로 송풍장치(2)를 제어하여 송풍장치의 바람이 배기라인(8)을 통하여 배기라인에 연결된 흡기기관과 배기기관에 바람이 배출되도록 한 매연절감과 연비효과가 개선된 흡기 및 배기장치에 있어서,
   자동차의 속도를 검지하고 이를 기반으로 데이터를 전송하는 GPS수신기(30), 상기 GPS수신기에서 수신된 GPS데이터를 중앙처리장치(32)에서 판독하여 속도표시부(40)에 출력하고, 중앙처리장치에서 판독된 GPS데이터의 속도와 작동환경체크부(34)의 속도를 비교하여 작동범위 설정부(36)의 설정에 따라 팬 액츄에이터(38)를 작동시켜 송풍장치의 바람을 흡기기관과 배기기관에 배출하여 흡/배기 효율을 높혀 엔진의 출력을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자동차 매연절감과 연비효과가 개선된 흡기 및 배기장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기한 팬 액츄에이터는 흡/배기의 상황과 데이터를 기반으로 설정된 속도에 팬 액츄에이터(38)가 작동되도록 설정하고, 일정 속도 이상일 때에는 팬 액츄에이터가 작동되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 자동차 매연절감과 연비효과가 개선된 흡기 및 배기장치.
   
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제

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