KR101933494B1 - 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치에 관한 것으로, 더욱 상세히게는 자동차와 같은 내연기관의 배기부에 공기 와류발생기를 설치하여 흡배기되는 공기를 회전하는 와류로 만들어 공기의 흐름을 향상시켜 흡배기효율에 따른 출력향상을 통해 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하고 유동 박리현상에 따른 소음을 저감시키며 매연을 감소시키고 엔진의 수명을 연장시키는 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 내연기관의 엔진과 외부 사이에 설치되는 배기관의 내경에 중공을 갖는 내경관을 형성하고, 상기 내경관에 일정한 간격을 두고 연결구멍을 형성하여 배기관과의 사이에 설치하며 외측으로 굴곡부가 톱니형과 삼각형 및 사각형 중 어느 하나의 형태가 요철형태로 형성되는 와류 날개를 설치하여 공기가 한쪽 방향으로 공급되어 와류를 형성하도록 설치하는 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치에 있어서,
상기 와류 날개는 연결구멍에 결합하는 대돌출부와 소돌출부를 형성하여 결합하되;
와류 날개 수직면의 하측에 소돌출부가 형성되고 상기 소돌출부와 대돌출부 사이 중앙에 소돌출부가 형성된 후 상기 소돌출부가 내경관의 연결구멍 길이와 높이를 갖도록 형성되며 경사면의 하측으로 형성되는 대돌출부는 내경관의 연결구멍 길이와 같고 높이가 2∼7배 더 길게 돌출되어 중공에서 와류가 형성되도록 설치하는 것을 포함하고,
상기 내경관의 선단에서 간격을 갖는 안쪽에서 수직방향으로 돌출되는 수직면이 형성되고 반대편에는 내경에서 외경 방향으로 경사면이 형성되어 외경의 선단이 내경관의 선단보다 더 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치{Noise reduction type exhaust device for enhancing output of internal combustion engine}

본 발명은 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치에 관한 것으로, 더욱 상세히게는 자동차와 같은 내연기관의 배기부에 공기 와류발생기를 설치하여 흡배기되는 공기를 회전하는 와류로 만들어 공기의 흐름을 향상시켜 흡배기효율에 따른 출력향상을 통해 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하고 유동 박리현상에 따른 소음을 저감시키며 매연을 감소시키고 엔진의 수명을 연장시키는 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 디젤 엔진에는 고속 주행시 배기의 과급으로 고속주행의 용이성을 제공하고, 또한 배기가스 규제 및 CO2규제등에 대응하기 위하여 기본적으로 터보 차져(Turbo Charger)와 인터쿨러(Intercooler)가 설치되고 있다.

상기 터보차져는 일종의 송풍기와 같으며, 엔진의 배기 매니폴드로 빠져나가는 배기가스의 유동에너지를 이용한 것이다.

따라서, 상기 배기가스의 유동에너지로 인하여, 터보차져의 터빈이 회전을 하게 되고, 동시에 맞은편에 동축을 이루며 설치된 컴프레서가 회전됨으로써, 이 컴프레서에 의하여 배기가 흡입 및 가압되어 엔진 실린더의 연소실로 과급으로 공급되어진다.

이때, 상기 터보챠져만 장착한 디젤 엔진의 경우에 흡입 공기의 압력은 증대시킬 수 있으나, 공기를 압축하는 과정에서 공기의 온도가 상승하는 문제로 연소온도 및 배기 온도의 증가와 더불어 실질적인 충진 효율 개선폭의 저하현상이 문제가 된다.

이에, 배기라인에 인터쿨러를 설치하여, 과급되는 배기를 인터쿨러 에서 냉각시켜, 과급으로 인한 배기의 열발생을 차단함과 함께 냉각된 배기를 연소실로 공급함으로써, 연소실의 충진 효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 터보차져와 인터쿨러를 이용한 디젤엔진의 배기 시스템은 배기공기량을 증대시켜 배기가스 저감 및 연비향상, 엔진소음 저감, 연비 개선등의 효과를 얻고 있다.

이러한 잇점에도 불구하고, 터보차쳐와 인터쿨러를 이용하는 디젤엔진의 경우 다음과 같은 문제점이 있다.

연소효율 및 펌핑 로스(Pumping Loss)의 개선을 위해 다량의 공기를 흡입하여, 이 중 일부를 순수 연소 반응에 이용하게 되고, 이 경우 대기중의 80% 정도 함유되어 있는 질소가 필수 불가결하게 흡입되며, 고온/고압의 연소 과정 중에서 산소와 반응하여 디젤 엔진에서 가장 문제가 되는 질소 산화물(Nox)을 생성하게 된다.

연소 조건을 개선하기 위해서는 고온 고압의 연소실 분위기가 필요하나 상대적으로 이 조건에서 질소산화물의 생성이 용이하여 연소개선을 통한 연비 개선 및 스모크(SMOKE)와 같은 배출가스 성분을 줄이는데 한계가 있다.

또한, 터보챠져와 인터쿨러가 적용된 디젤 엔진의 경우, 터버 챠져 시스템을통한 성능 향상은 가능하나, 터보챠져의 특성상 전 사용 영역에 대한 배기 특성 개선이 불가능하여, 부득이 저속 저부하와 같은 특정 구간에서의 성능저하 현상을 피할 수 없게 된다.

이와 같은 특성을 개선하기 위하여, 최근에는 터보챠져에 웨이스트 게이트 밸브(Waste Gate Valve)를 장착하여 부분적인 배기 성능 개선을 하고 있으나 근본적인 개선은 어려운 상태에 있다.

그리고 특허등록번호 제1754042호와 같이 차량의 흡배기관내 공기 와류발생기를 설치하여 공기의 흐름을 고속으로 유도하는 와류 발생장치를 통하여 공기의 흡입력과 배출력을 증대시켜 수명을 연장하는 것이었다.

그러나 상기 종래기술들은 구조가 복잡하거나 와류가 원활하게 발생되지 않는 좌측방향으로 와류를 발생시켜 공급하게 되므로 흡배기되는 공기의 흐름이 빠르지 않은 단점과, 날개와 바람이 분리되는 유동 박리현상이 발생되고, 이러한 유동 박리현상은 공기 흐름을 불규칙적으로 만들어 소음을 발생시키며 흡입력에 손실을 가져다 주며 이로 인한 진동이 형성되는 단점이 있었다.

(문헌 1). 특허등록번호 제1754042호(2017. 06. 28. 등록) (문헌 2). 실용신안등록번호 제0461001호(2012. 06. 11. 등록) (문헌 3). 특허등록번호 제1647885호(2016. 08. 05. 등록) (문헌 4). 특허공개번호 제2016-0004713호(2016. 01. 13. 공개)

따라서 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 해결과제는, 자동차의 배기구쪽에 설치되어 와류를 발생시키는 날개의 굴곡부로 인해 유동 박리현상을 줄여 공기의 흐름을 원활하게 하여 연소효율을 향상시켜 연비를 향상시키고, 매연을 감소하며 엔진의 수명연장과 소음을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 해결과제는, 와류 날개에 일정한 간격으로 돌출부를 형성하여 돌출길이의 조절에 따라 내경관과 같은 높이 또는 돌출에 의한 와류를 형성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 내연기관의 엔진과 외부 사이에 설치되는 배기관의 내경에 중공을 갖는 내경관을 형성하고, 상기 내경관에 일정한 간격을 두고 연결구멍을 형성하여 배기관과의 사이에 설치하며 외측으로 굴곡부가 톱니형과 삼각형 및 사각형 중 어느 하나의 형태가 요철형태로 형성되는 와류 날개를 설치하여 공기가 한쪽 방향으로 공급되어 와류를 형성하도록 설치하는 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치에 있어서,
상기 와류 날개는 연결구멍에 결합하는 대돌출부와 소돌출부를 형성하여 결합하되;
와류 날개 수직면의 하측에 소돌출부가 형성되고 상기 소돌출부와 대돌출부 사이 중앙에 소돌출부가 형성된 후 상기 소돌출부가 내경관의 연결구멍 길이와 높이를 갖도록 형성되며 경사면의 하측으로 형성되는 대돌출부는 내경관의 연결구멍 길이와 같고 높이가 2∼7배 더 길게 돌출되어 중공에서 와류가 형성되도록 설치하는 것을 포함하고,
상기 내경관의 선단에서 간격을 갖는 안쪽에서 수직방향으로 돌출되는 수직면이 형성되고 반대편에는 내경에서 외경 방향으로 경사면이 형성되어 외경의 선단이 내경관의 선단보다 더 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

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본 발명은 자동차의 흡입구쪽에 설치되어 와류를 발생시키는 와류 날개를 통하여 와류가 발생되며 공급이 이루어지도록 하고, 와류 날개의 굴곡부로 인해 공기를 붙잡아 유동 박리현상을 줄여 공기의 흐름을 원활하게 하여 연소효율을 향상시켜 연비를 향상시키고, 매연을 감소하며 엔진의 수명연장과 소음을 감소시키는 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 와류 날개에 일정한 간격으로 돌출부를 형성하여 돌출길이를 다양하게 조절함 따라서 내경관과 같은 높이 또는 돌출되도록 형성하여 에어의 흡입에 의한 배기시에 와류를 형성하여 공기의 흐름을 원활하게 하는 효과를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도
도 2 는 본 발명의 전체면을 나타낸 정면도
도 3 은 본 발명의 전체면을 나타낸 측면도
도 4 는 본 발명의 조립상태를 나타낸 정면 단면도
도 5 는 본 발명의 설치상태를 나타낸 측면도
도 6 은 본 발명의 설치상태를 나타낸 정면 단면도
도 7 은 본 발명의 와류 날개를 분리한 상태의 단면도
도 8 은 본 발명의 와류 날개를 분리한 상태의 다른 실시예 단면도
도 9 는 본 발명의 와류 날개를 분리한 상태의 또 다른 실시예 단면도
도 10 은 본 발명의 와류 날개에 대한 굴곡부의 요부확대도
도 11 은 본 발명의 와류 날개에 대한 굴곡부의 다른 실시예를 나타낸 요부확대도
도 12 는 본 발명의 와류 날개에 대한 굴곡부의 또 다른 실시예를 나타낸 요부확대도

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부시킨 도면에 따라 보다 상세하게 설명하기로 힌다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 전체면을 나타낸 정면도, 도 3은 본 발명의 전체면을 나타낸 측면도, 도 4는 본 발명의 조립상태를 나타낸 정면 단면도, 도 5는 본 발명의 설치상태를 나타낸 측면도, 도 6은 본 발명의 설치상태를 나타낸 정면 단면도에 관한 것이다.

외부에서 흡입되는 공기를공급한 후 엔진룸을 거쳐 배기관으로 배출되도록 하는 내경관(12)의 한 부분에 설치되어 자동차 등의 내연기관이 흡입하여 배기되는 공기가 와류를 형성하도록 하는 배기장치(10)를 설치하는 것이다.

상기 배기장치(10)는 내연기관이 공기를 흡입하는 부분의 엔진과 배기하는 부분의 사이에 다양한 위치를 선택하여 설치하는 것이 바람직하다.

상기 배기장치(10)는 원형으로 형성된 중공(13)을 갖도록 내경관(12)이 설치되고, 상기 내경관(12)과 배기관(11)의 사이의 공간(14)에 와류 날개(15)를 일정한 간격에서 3∼6개로 연결하는 것이다.

상기 와류 날개(15)는 한쪽방향으로 나선형 형태를 갖도록 경사지게 형성되어 일정한 높이를 갖도록 연결되며, 상기 와류 날개(15)의 초입부분 선단에 굴곡부(16)를 물결무늬로 형성되어 유동 박리현상을 줄여 공기의 흐름을 원활하게 하고 소음을 감소시키는 것이다.

상기 물결무늬는 반원형의 굴곡을 갖거나 타원형의 굴곡을 요철 형태로 갖도록 형성하여 흡입되는 공기가 가장먼저 충돌하도록 설치하는 것이다.

상기 와류 날개(15)는 내경관(12)의 선단에서 일정한 간격(h)을 갖는 안쪽에서 거의 수직방향으로 돌출되는 수직면(17)이 형성되고, 반대편에는 도면상 내경에서 외경 방향으로 경사면(18)이 형성되어 외경의 선단이 내경관(12)의 선단보다 더 돌출되도록 형성되며, 적어도 3곳에서 돌출되어 내경관(12)의 연결구멍(12a)에 결합된 후 일정한 간격 또는 전체면에 용접으로 연결되는 것이다.

도 7은 본 발명의 와류 날개를 분리한 상태의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 와류 날개를 분리한 상태의 다른 실시예 단면도, 도 9는 본 발명의 와류 날개를 분리한 상태의 또 다른 실시예 단면도를 나타낸 것이다.

와류 날개(15)는 외경 방향으로 굴곡부(16)가 형성되며, 하측에 양쪽 선단과 중앙 부분에서 돌출되도록 형성하되;

수직면(17)의 하측과 중앙에 소돌출부(19a, 19b)가 내경관(12)의 연결구멍(12a) 길이와 높이를 갖도록 형성되고, 경사면(18)의 하측으로 내경관(12)의 연결구멍(12a) 길이와 같고 높이가 2∼7배 더 길게 돌출되는 대돌출부(19)가 형성되어 내경관(12)의 내경으로 돌출되도록 형성하는 것이다.

상기 대돌출부(19)는 수직면(17)의 하측인 소돌출부(19a)와 경사면(18)의 하측에서 각각 형성되거나, 대돌출부(19)와 소돌출부(19a, 19b) 모두에 형성되도록 함으로써 1∼3곳의 범위에서 선택적으로 돌출되어 와류가 형성되도록 하는 것이다.

상기 연결구멍(12a)에 끼워지는 대돌출부(19)와 소돌출부(19a, 19b) 중 소돌출부(19a, 19b)는 내경관(12)가 같은 두께 및 연결구멍(12a)과 같은 크기로 결합되어 용접에 의해 고정되도록 하며, 대돌출부(19)의 개수를 조절하는 것이다.

도 10은 본 발명의 와류 날개에 대한 굴곡부의 요부확대도이고, 도 11은 본 발명의 와류 날개에 대한 굴곡부의 다른 실시예를 나타낸 요부확대도, 도 12는 본 발명의 와류 날개에 대한 굴곡부의 또 다른 실시예를 나타낸 요부확대도에 관한 것이다.

와류 날개(15)에 형성되는 굴곡부(16)는 물결무늬의 형태를 대신하여 굴곡부(16a, 16b)와 같이 톱니형 또는 삼각형의 요철이 연속해서 형성되도록 하거나, 사각형이 요철형태로 연속해서 형성되어 유동 박리현상을 줄여 공기의 흐름을 원활하게 하고 소음을 감소시키는 것이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치는, 배기관(11)을 통하여 외부의 공기가 흡입되어 내연기관을 거쳐 외부로 배기되는 배기장치(10)를 통하여 공급되는 과정에서 배기되는 공기가 한쪽방향으로 회전되며 와류를 발생시켜 공기의 흐름이 향상되도록 함으로서 배기 효율이 향상되도록 하는 것이다.

즉, 공기의 흐름이 배기장치(10)의 와류 날개(15)를 통하여 한쪽방향으로 회전 되며 와류를 발생하도록 하여 공기의 흐름이 향상되도록 하고, 와류의 공기가 내연기관을 통과한 후 외부에 배출되도록 함으로써 와류를 발생시켜 배출되며 출력을 향상시키고 소음을 감소시키는 것이다.

특히, 와류 날개(15)는 공간(14)에 한 방향으로 일정한 간격에 나선형으로 배기관(11)과 내경관(12) 사이를 연결함으로써 공간(14)으로 공급되는 공기가 와류를 형성하며 공급되도록 하고, 와류 날개(15)의 굴곡부(16, 16a, 16b)는 공기가 흡입되어 와류를 발생시키는 내경에 설치된 후 유동 박리현상을 줄여 공기의 흐름을 원활하게하여 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하며, 매연을 감소시키고 엔진의 수명을 연장하는 동시에 유동 박리현상을 줄이는 기능을 통하여 소음을 감소시키며 진동이 감소되도록 하는 것이다.

상기 굴곡부(16, 16a, 16b)는 물결무늬로 형성하거나, 톱니형과 삼각형 및 사각형이 요철형태로 형성되는 것 중 어느 하나를 적용하여 공기의 흐름을 이동하는 방향과 같게 만들어 재빠르게 이동할 수 있도록 도와 유동 박리현상의 감소효과를 제공할 수 있게 되므로 내연기관의 흡입력에 손실을 가져오지 않도록 방지하는 것이다.

상기 와류 날개(15)는 내경에 대돌출부(19)와 소돌출부(19a, 19b)의 돌출길이를 다양하게 선택한 후 내경관(12)의 연결구멍(12a)에 결합한 후 용접을 통하여 일체형으로 고정되도록 하고, 대돌출부(19)와 소돌출부(19a, 19b)는 연결구멍(12a)에 미리 결합한 후 용접으로 고정되므로 외경에 맞추어 결합한 것에 비하여 더욱 안전하고 견고하게 고정된 상태를 제공할 수 있으며, 소돌출부(19a, 19b)는 연결구멍(12a)의 크기와 높이에 맞게 결합되고 대돌출부(19)는 내경관(12)의 내경으로 돌출되는 구조를 통하여 중공(13)으로 배기되는 공기가 와류를 형성하도록 함으로써 공간(14)으로 배기되는 공기와 같이 공기의 흐름을 이동하는 방향과 같게 만들어 재빠르게 이동할 수 있도록 도와 유동 박리현상의 감소효과를 제공할 수 있게 되므로 내연기관의 흡입력에 손실을 가져오지 않도록 방지하는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 내연기관의 엔진과 외부 사이에 설치되어 흡입되는 공기를 배기시킴에 있어서 한쪽방향으로 회전시켜 와류를 발생시키는 것과 와류 날개에 굴곡부를 형성하여 공기의 흐름을 향상시키고 유동 박리현상을 줄여 공기의 흐름 개선으로 인한 연료의 연소효율을 향상시켜 연비를 향상하고 매연을 감소하며 엔진의 수명연장과 소음을 감소시키도록 하는 매우 유용한 발명이다.

10 : 배기장치 11 : 배기관
12 : 내경관 12a : 연결구멍
13 : 중공 14 : 공간
15 : 와류 날개 16, 16a, 16b : 굴곡부
17 : 수직면 18 : 경사면
19 : 대돌출부 19a, 19b : 소돌출부

Claims (5)

1. 내연기관의 엔진과 외부 사이에 설치되는 배기관(11)의 내경에 중공(13)을 갖는 내경관(12)을 형성하고, 상기 내경관(12)에 일정한 간격을 두고 연결구멍을 형성하여 배기관(11)과의 사이에 설치하며 외측으로 굴곡부(16, 16a, 16b)가 톱니형과 삼각형 및 사각형 중 어느 하나의 형태가 요철형태로 형성되는 와류 날개(15)를 설치하여 공기가 한쪽 방향으로 공급되어 와류를 형성하도록 설치하는 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치에 있어서,
   상기 와류 날개(15)는 연결구멍(12a)에 결합하는 대돌출부(19)와 소돌출부(19a, 19b)를 형성하여 결합하되;
   와류 날개(15) 수직면(17)의 하측에 소돌출부(19a)가 형성되고 상기 소돌출부(19a)와 대돌출부(19) 사이 중앙에 소돌출부(19b)가 형성된 후 상기 소돌출부(19a, 19b)가 내경관(12)의 연결구멍(12a) 길이와 높이를 갖도록 형성되며 경사면(18)의 하측으로 형성되는 대돌출부(19)는 내경관(12)의 연결구멍(12a) 길이와 같고 높이가 2∼7배 더 길게 돌출되어 중공(13)에서 와류가 형성되도록 설치하는 것을 포함하고,
   상기 내경관(12)의 선단에서 간격(h)을 갖는 안쪽에서 수직방향으로 돌출되는 수직면(17)이 형성되고 반대편에는 내경에서 외경 방향으로 경사면(18)이 형성되어 외경의 선단이 내경관(12)의 선단보다 더 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 증강을 위한 소음 저감형 배기 장치.
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