KR102412458B1

KR102412458B1 - 내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치

Info

Publication number: KR102412458B1
Application number: KR1020210176749A
Authority: KR
Inventors: 이재욱
Original assignee: 이재욱
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-06-23

Abstract

본 발명은 내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세히게는 자동차와 농기계 및 선박과 같은 내연기관의 배기부에 공기 와류발생기를 설치하여 배기되는 공기를 회전하는 와류로 만들어 공기의 흐름을 개선하며 배기효율에 따른 출력향상을 통해 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하고 내경관의 중공에 와류용 판스프링을 꼬아 설치함으로써 스크류형태에 따른 소음과 매연을 감소시키고 엔진의 수명을 연장시키는 내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 내연기관의 엔진과 외부 사이에 설치되는 외경관의 내경에 와류날개가 일정한 간격으로 나선형태가 되도록 설치한 내경관과, 상기 내경관의 중공에 와류용 판스프링을 설치하는 배기장치에 있어서,
상기 와류용 판스프링은, 원판 형태를 달팽이 형상을 갖도록 절단해 와류 성형부를 형성하여 기준 절곡부와 마감부를 스크류형상으로 꼬아 잡아당겨 형상 유지관으로 기준 절곡부와 마감부에 용접해 내경관의 중공에서 와류 성형부의 일부와 용접되어 공기 압력을 낮추고 더 멀리 공급하되;
상기 와류용 판스프링은 원판 형태를 달팽이 형상을 갖도록 절단해 와류 성형부를 형성하며, 상기 와류 성형부의 양쪽으로 요철 성형부가 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치{An exhaust device with a vortex plate spring installed in the internal diameter to increase the output of an internal combustion engine}

본 발명은 내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세히게는 자동차와 농기계 및 선박과 같은 내연기관의 배기부에 공기 와류발생기를 설치하여 배기되는 공기를 회전하는 와류로 만들어 공기의 흐름을 개선하며 배기효율에 따른 출력향상을 통해 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하고 내경관의 중공에 와류용 판스프링을 꼬아 설치함으로써 스크류형태에 따른 소음과 매연을 감소시키고 엔진의 수명을 연장시키는 내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치에 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, 터보챠져 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.

특히, 본 출원인이 선출원한 특허등록번호 제2065340호(2020. 01. 07. 등록)의 텐션형 와류용 판스프링은 외경을 따라 반원형과 타원형 및 요철형 중 어느 하나의 형태가 되도록 꼬임 선단부를 형성하며, 양쪽으로 분할되어 돌출되고 출구쪽에 배기구멍을 형성하며 입구쪽은 타원형 출구쪽은 일자형이 되는 와류 돌출형 날개를 형성하고, 양쪽 선단은 반원형과 타원형 중 어느 하나의 형태를 갖는 절단선이 형성되도록 절단하는 것을 통하여 와류를 형성하도록 하였지만, 공기의 더욱 원활한 배출 흐름이 필요하였고, 악셀을 밟았다가 때었을 때 발생하는 터보랙 현상으로 운전에 방해요소가 발생되는 결점이 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) (문헌 5). 특허등록번호 제2065340호(2020. 01. 07. 등록)

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

본 발명의 다른 해결과제는, 내경관 중공에 와류 돌출형 날개를 형성한 와류용 판스프링을 통하여 스크류형태를 통한 와류를 발생시켜 공기의 압력을 낮추고 흐름을 원활하게 하며 발을 때었을 때 발생하는 터보랙 현상을 줄이는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 내연기관의 엔진과 외부 사이에 설치되는 외경관의 내경에 와류날개가 일정한 간격으로 나선형태가 되도록 설치한 내경관과, 상기 내경관의 중공에 와류용 판스프링을 설치하는 배기장치에 있어서,
상기 와류용 판스프링은, 원판 형태를 달팽이 형상을 갖도록 절단해 와류 성형부를 형성하여 기준 절곡부와 마감부를 스크류형상으로 꼬아 잡아당겨 형상 유지관으로 기준 절곡부와 마감부에 용접해 내경관의 중공에서 와류 성형부의 일부와 용접되어 공기 압력을 낮추고 더 멀리 공급하되;
상기 와류용 판스프링은 원판 형태를 달팽이 형상을 갖도록 절단해 와류 성형부를 형성하며, 상기 와류 성형부의 양쪽으로 요철 성형부가 형성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

삭제

상기 와류용 판스프링은 얇은 판을 원형으로 형성해 공급하고, 달팽이 형태를 갖도록 절단하는 부분에서 와류 성형부를 반원형 또는 타원형 형태가 되도록 절단하며, 시작 부분의 기준 절곡부와 선단의 마감부를 갖도록 하고 상기 기준 절곡부와 마감부를 잡아당겨 전체 길이에서 한 방향으로 스크류형태가 되도록 500∼600°가 되도록 꼬아 형상 유지관의 양쪽 선단에서 기준 절곡부와 마감부가 만나는 부분에서 용접 고정되는 것을 특징으로 하는 것이다.

삭제

본 발명은 자동차의 배기구쪽에 설치되어 와류를 발생시키는 와류날개를 통하여 와류가 발생되며 공급이 이루어지도록 하고, 와류날개의 시작과 외경 및 마감부분의 요철부로 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 내경관 중공에 양쪽으로 와류 성형부를 형성한 텐션형 와류용 판스프링을 통하여 원형의 판으로 길이를 조절하면서 스크류형태로 꼬아 설치함으로써 와류를 발생시켜 베르누이 원리에 따른 과급기의 역할을 통해 공기의 압력을 낮추며 더 멀리 세게 나가도록 함으로써 열과 노킹으로부터 엔진을 보호하므로 연비를 향상시키고, 매연을 감소시키며 엔진의 수명을 연장하고 소음을 감소시키는 동시에 악셀에서 발을 때었을 때 발생하는 터보랙 현상을 줄이는 효과를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도
도 2 는 본 발명의 전체면을 나타낸 평면도
도 3 은 본 발명의 배기장치에 대한 와류날개의 분리상태 정면도
도 4 는 본 발명의 배기장치에 대한 와류날개의 분리상태 다른방향 정면도
도 5 는 본 발명의 와류용 판스프링에 대한 판상의 정면도
도 6 은 본 발명의 도심주행 모드의 주행 시험 계획 그대프
도 7 은 본 발명의 고속주행모드 주행 시험 계획 그래프
도 8a 내지 8e는 적용 전과 후의 출력 및 토크 그래프
도 9a 는 입자상 물질 배출량 측정 결과로 Phase 1, 2에 대한 사진(FTP-75)
도 9b 는 입자상 물질 배출량 측정 결과로 Phase 3에 대한 사진(FTP-75)과 Phase 1에 대한 사진(HWFET)
도 9c 는 입자상 물질 배출량 측정 결과로 Phase 1, 2에 대한 사진(FTP-75)
도 9d 는 입자상 물질 배출량 측정 결과로 Phase 3에 대한 사진(FTP-75)과 Phase 1에 대한 사진(HWFET)

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서 "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 발명에서 사용되는 제 1, 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만 구성 요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

본 발명의 실시예는 내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치를 기준으로 설명하고 있으나, 동일한 과제해결 원리가 적용되는 다양한 배기장치의의 기능을 포함하는 구조 등 여러 구성들과 이들을 이용하는 다양한 방법으로 적용될 수 있으며, 이러한 단순 변형 적용의 경우 균등론에 따라 해석될 수 있다.

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

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 전체면을 나타낸 평면도, 도 3는 본 발명의 배기장치에 대한 와류날개의 분리상태 정면도, 도 4는 본 발명의 배기장치에 대한 와류날개의 분리상태 다른방향 정면도, 도 5는 본 발명의 와류용 판스프링에 대한 판상의 정면도를 나타낸 것이다.

자동차와 농기계 및 선박 등의 내연기관에 설치되어 외부에서 흡입되는 공기를 공급한 후 엔진룸을 거쳐 배기관으로 배출되도록 하는 배기관의 한 부분 또는 필요한 위치에 설치되어 내연기관이 흡입하여 배기되는 공기가 와류를 형성하도록 내경으로 배기장치(10)를 설치하는 것이다.

상기 배기장치(10)는 중앙에 원형으로 형성된 중공(21)을 갖도록 내경관(20)이 설치되고, 상기 내경관(20)의 외경으로 공간을 갖는 통상의 관 사이에 와류 날개(30)를 일정한 간격에서 3∼6개로 연결하는 것이다.

상기 와류 날개(30)는 한쪽방향으로 나선형 형태를 갖도록 경사지게 형성되어 일정한 높이를 갖도록 연결되어 유동 박리현상을 줄여 공기의 흐름을 원활하게 하고 소음을 감소시키는 것이다.

상기 와류날개(30)는 하측으로 일정한 간격에 내경관(20)의 두께에 해당하는 돌출부(34)가 일정한 간격에 형성되어 내경관(20)에 형성한 절단구멍(22)에 맞게 결합된 후 돌출부(34)의 길이 또는 내경관(20)과 와류날개(30)가 만나는 부분에서 용접부(23)를 용접해 일체형이 되도록 고정하는 것이다.

상기 와류날개(30)는 전방에 시작 요철부(31)가 형성되어 돌출되고 한쪽 방향으로 경사지거나 스크류형태 중 어느 하나를 적용하는 외경에 외곽 요철부(32)가 형성되며 후방 선단에 마감 요철부(33)가 형성되어 전체적으로 와류가 형성되며 빠르게 공기가 통과되고 이동박리현상을 줄여 소음이 저감되도록 하는 것이다.

상기 시작 요철부(31)와 외곽 요철부(32) 및 마감 요철부(33)는 반원형과 타원형 및 요철형 중 어느 하나의 형태가 연속해서 형성되도록 하는 것이다.

상기 내경관(20)의 내경에는 원형의 중공(21)이 형성되어 있으며, 중공(21)의 전체 길이보다 더 짧게 와류용 판스프링(40)이 삽입되어 일체형으로 고정되는 것이다.

상기 와류용 판스프링(40)은 얇은 금속판으로 이루어져 와류날개(30)와 같은 방향으로 나선형태가 되도록 꼬아지게 형성되어 내경관(20)과 만나는 부분에서 용접으로 고정되며, 원판 형태의 것을 달팽이 형상을 갖도록 와류 성형부(42)를 성형한 후 원하는 길이로 잡아당겨 형상 유지관(45)으로 길이와 크기를 갖도록 형성해 공급하는 것이다.

상기 와류용 판스프링(40)은 얇은 판을 원형으로 형성해 공급하고, 달팽이 형태를 갖도록 절단하는 부분에서 와류 성형부(42)를 반원형 또는 타원형 형태가 되도록 절단하며, 시작 부분의 기준 절곡부(41)와 선단의 마감부(43)를 갖도록 한 상태에서 상기 기준 절곡부(41)와 마감부(43)를 잡아당기며 스크류형태가 되도록 꼬아서 사용하는 것이다.

상기 와류용 판스프링(40)의 길이가 내경관(20) 전체 길이의 70∼95% 정도가 되도록 하고, 바람직하게는 기준 절곡부(41)에서 마감부(43)가 250∼600°가 되도록 꼬아지게 설치하는 것이다.

상기 와류용 판스프링(40)은 스크류형태가 되도록 꼬아진 형태가 유지될 수 있도록 기준 절곡부(41)와 마감부(43)에 형상 유지관(45)을 설치해 만나는 부분에서 용접으로 고정시켜 소정의 형상이 유지되도록 하는 것이다.

상기 텐션형 와류용 판스프링(40)을 꼬았을 때 와류 성형부(42)의 선단은 중공(21)의 내경에 동일한 지름을 갖고 결합하게 성형하여 와류 성형부(42)와 만나는 중공(21) 부분을 용접하여 고정되도록 설치되는 것이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 내연기관의 출력 증강을 위한 와류용 판스프링을 설치한 배기장치는, 외부의 공기가 흡입되어 내연기관을 거쳐 외부로 배기되는 배기장치(10)를 통하여 배기되는 과정에서 공기가 한쪽방향으로 회전되며 와류를 발생시켜 공기의 흐름이 향상되도록 함으로서 배기 효율이 향상되도록 하는 것이다.

즉, 공기의 흐름이 배기장치(10)의 와류 날개(30)를 통하여 한쪽방향으로 회전 되며 와류를 발생하도록 하여 공기의 흐름이 향상되도록 하고, 와류의 공기가 내연기관을 통과한 후 외부에 배출되도록 함으로써 와류를 발생시켜 배출되며 이로 인하여 출력을 향상시키고 소음을 감소시키는 것이다.

특히, 와류 날개(30)는 내경관(20)의 외경에 한 방향으로 일정한 간격에 나선형이 되도록 자동차의 내연기관에 설치함으로써 공급되는 공기가 와류를 형성하는 과정에서 공기의 흐름을 원활하게하여 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하며, 매연을 감소시키고 엔진의 수명을 연장하는 동시에 소음을 감소시키며 진동이 감소되도록 하는 것이다.

상기 와류 날개(30)는 시작점에서 시작 요철부(31)가 형성되고 외경에 외곽 요철부(32) 및 끝부분에 마감 요철부(33)를 형성하며, 한쪽 방향으로 전체적인 스크류형태가 되도록 형성되어 와류의 발생을 통한 유동 박리현상의 감소에 효과적인 것이다.

그리고 와류날개(30)는 내경관(20)에 형성한 절단구멍(22)에 결합하는 돌출부(34)를 끼워 고정한 후 돌출부(34)와 내경관(20)이 만나는 부분을 용접부(23)로 용접함으로써 일체형으로 강한 고정상태를 제공해 와류의 발생시 위치변경이 일어나지 않으며 안정된 고정위치를 유지하는 것이다.

또한, 중공(21)에 형성된 와류용 판스프링(40)은 일자형태의 얇은 철판을 원형으로 절단하되;

상기 절단부위는 달팽이 형태를 갖도록 하면서 절단 부분이 와류 성형부(42)와 같이 반원형 또는 타원형이 연결되도록 절단하고, 안쪽의 기준 절곡부(41)와 마감부(43)의 선단을 잡고서 스크류형태가 되도록 꼬면서 내경관(20)의 길이보다 짧게 잡아당긴 후 기준 절곡부(41)와 마감부(43)가 형상 유지관(45)의 선단과 용접되어 성형한 형태가 유지될 수 있도록 고정함으로써 와류용 판스프링(40)을 완성하는 것이다.

이때, 와류용 판스프링(40)은 길이가 내경관(30) 전체 길이의 70∼95% 정도가 되도록 하고, 바람직하게는 기준 절곡부(41)에서 마감부(43)가 250∼600°가 되도록 꼬아지게 설치하되; 전체적으로 540°를 갖도록 꼬아서 성형하는 것이 바람직하다.

상기 텐션형 와류용 판스프링(40)을 꼬았을 때 와류 성형부(42)의 선단은 중공(21)의 내경에 동일한 지름을 갖고 만나는 부분이 형성되므로 와류 성형부(42)와 만나눈 내경관(20)을 중공(21)에서 결합하게 성형하여 용접으로 일체형이 되도록 고정함으로써 공기의 이동시 와류를 형성하면서 분리되지 않도록 설치되는 것이다.

그러면 일직선으로 배기되는 공기가 내경관(20)의 입구에서 중공(21)에 진입한 후 와류용 판스프링(40)의 스크류형태 꼬임을 통해 스크류형으로 와류가 발생하면서 공기의 유입에 의해 배출되는 과정에서 베르누이 원리에 따라 공기의 압력을 낮구고 멀리 배기되도록 함으로써 터보 과급기의 역할을 통해 공기를 더 멀리 그리고 강하게 배기되어 열과 노킹으로부터 엔진을 보호하므로 연비를 향상시키고, 매연을 감소시키며 엔진의 수명을 연장하고 소음을 감소시키는 것이다.

상기 와류용 판스프링(40)은 기준 절곡부(41)가 중공(21)의 입구쪽에 설치되어 배기되는 공기가 와류를 형성하면서 공기의 압력을 낮추어 더 멀리갈 수 있도록 함으로써 악셀을 밟은 상태에서 발은 때는 경우 발생하는 터보랙 발생을 줄여 엔진이 무리없이 구동되도록 하는 것이다.

이하에서는 외경관(10)을 장착한 차량 성능 평가(최대출력, 최대토크, 복합연비, 입자상 물질 배출량)에 대하여 구체적으로 설명한다.

[시료명]

그랜드 스타렉스 2.5 RWD (경유)

[시료정보] 실차시험 차량 제원

항 목	내 용	항 목	내 용
제작사	현태자동차	차 종	그랜드 스타렉스
제작년도	2012년도	차대번호	KMJWA37KBCU-
배기량(cc)	2,497	공차중량(kg)	2,225
연료명	경 유	변 속 기	자동 5단
축거(mm)	3,200	타이어 공기압	전륜 : 42 psi 후륜 : 47 psi

[시혐장비] 고속 주행 차량 성능 평가 및 배기분석 시스템

장비정보(고속 주행 차량 성능 평가 및 배기분석 시스템)
최대속도	300 km/h
롤러 직경	48inch (1,219.2 mm)
최대 출력	800 kW (200 kW *4)
환경 챔버 온도 컨트롤 범위	-40 ∼ 50 ℃ ± 2℃
환경 챔버 습도 컨트롤 범위	20 ∼ 98% ± 5 %
휠 베이스	1,800 ∼ 4,200 mm
연비 시험 사이클	FTP-75, FTP-72, NEDC, WLTC, etc.
측정 가능 배출가스	THC, CH₄, NO, NO_x, CO, CO₂, PN, PM

[시험방법]1. 최대출력 및 최대 토크 측정 시험

1) 차량을 동력계의 롤러위에 올린 후 차량의 앞뒤를 견인 고리로 고정한다.

2) 냉각팬(속도가변냉각팬)과 차체의 거리는 약 30.5 cm 조정하여 고정한다.

3) 환경 챔버 내 온도 및 습도는 25.0 ℃ ± 2 ℃, 50.0 % ± 5 %로 설정한다.

4) 속도를 올려 기어를 4단에 고정 후 설정 최소 rpm 에서 최대 rpm 까지 풀엑셀레이션 하여 최대 출력을 측정한다.

5) 위 1번에서 4번까지 시험 과정을 ECO ONE 적용 전 후 차량에 대해 각각 5회씩 수행한다.

최대출력 및 최대 토크 측정 조건
운전 조건(rpm)	2,000 rpm ~ 4,000 rpm
온도 조건	25.0 ℃ ± 2 ℃
습도 조건	50.0 % ± 5 %

2. 복합 에너지소비효율 및 연료소비율 측정 시험1) 에너지소비효율 측정 시험 전 자동차를 온도 25.0 ± 2 ℃ 조건에서 12 시간 이상 유지한다.

2) 산업통상자원부 고시 제2017-175호 “자동차의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 시험방법 등에 관한 고시”[별표 1]에 따른 기준으로 경유 자동차 시험방법을 진행한다.

3) 표 6 및 도 6과 같은 도심주행 모드(FTP-75) 및 표 7 및 도 7과 같은 고속주행 모드(HWFET)의 주행 시험 계획에 따라 진행한다.

4) 시험 종료 후 배기가스 분석계에서 배출가스 분석을 진행한다.

5) 시험 결과를 기준으로 동일 고시에 따른 자동차의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 측정 산정방법 휘발유 차량의 계산방법에 따라 아래 식 (1) 과 같이 계산한다.

에너지소비효율 및 연료소비율(km/L) =

707(g/L)/0.0858 × HC + 0.420 ×CO + 0.273 ×CO₂ ------ (1)

(가) HC, CO, CO₂ 는 각각 배출가스 농도(g/km)임

6) 5-cycle 보정식에 의한 도심주행 에너지소비효율 및 연료소비율과 고속도로 주행 에너지소비효율 및 연료소비율 식으로 각각 식 (2), (3)에 따라 계산한다.

7) 위 1번에서 6번까지 시험 과정을 본 발명 적용 전 후에 대해 수행한다.

위발유, 경유, LPG를 사용하는 자동차의 도심주행 에너지소비효율 및 연료소비율(km/L) =

1/0.007639 + 1.1886/FTP-75 모드 측정 에너지소비효율 및 연료소비율---(2)

위발유, 경유, LPG를 사용하는 자동차의 고속도로주행 에너지소비효율 및 연료소비율(km/L) =

1/0.004425 + 1.3425/HWFET 모드 측정 에너지소비효율 및 연료소비율 ----(3)

8) 5-cycle 보정식에 의한 도심주행 에너지소비효율 및 연료소비율과 고속도로 주행 에너지소비효율 및 연료소비율 결과를 가지고 복합 에너지소비효율 및 연료소비율을 식 (4)에 따라 계산한다.

복합 에너지소비효율 및 연료소비율 =

1/0.55/도심주행 에너지소비효율 및 연료소비율 + 0.45/고속도로 에너지소비효율 및 연료소비율 ---(4)

도심주행 모드(FTP-75)의 주행 시혐 계획

단 계	시 간 (초)	거 리	비 고
저온시동시험 초기단계	505	5.78 km (3.59 mile)	저온시동
저온시동시험 안정단계	865	6.29 km (3.91 mile)
Soaking	540 ∼ 660
고온시동 시험단계	505	5.78 km (3.59 mile)	고온시동
계	44분	17.85 km (11.59 mile)

고속주행 모드(HWFET)의 주행 시혐 계획

단 계	시 간 (초)	거 리	비 고
예비주행단계	765	16.4 km
안정단계	15
측정주행단계	765	16.4 km
계	1,545	32.8 km

[시 험 결 과]1. 시험결과 데이터

1.1 최대 출력 및 최대 토크 시혐 결과

측정 회수		적용 전	적용 후	평 균		성능 증감율¹⁾
측정 회수		적용 전	적용 후	적용 전	적용 후	성능 증감율¹⁾
최대 출력 (kW)	1	92.22 (2719 rpm)	98.72 (2752 rpm)	92.48	99.32	7.4%
	2	92.07 (2750 rpm)	99.13 (2723 rpm)
	3	92.56 (2714 rpm)	99.70 (2752 rpm)
	4	92.95 (2756 rpm)	99.50 (2715 rpm)
	5	92.62 (2721 rpm)	99.55 (2777 rpm)
최대 토크 (N·m)	1	358.78 (2133 rpm)	382.37 (2070 rpm)	357.78	383.68	7.2%
	2	358.43 (2130 rpm)	382.43 (2096 rpm)
	3	358.74 (2155 rpm)	384.05 (2123 rpm)
	4	357.92 (2140 rpm)	384.31 (2150 rpm)
	5	355.05 (2152 rpm)	385.24 (2144 rpm)

1.2 복합 에너지소비효율 및 연료소비율 측정 시험- 시험 결과

	적용 전	적용 후	성능 증감율¹⁾
복합 에너지소비효율 및 연료비율(km/L)	9.4	9.1	-2.5%
도심 주행 에너지소비효율 및 연료비율(km/L)	8.2	7.9	-3.7%
고속도로 주행 에너지소비효율 및 연료비율(km/L)	11.2	11.2	0%

- 산업통상자원부 고시 제2017-175호 "자동차의 에너지소비효율, 온실가스 배출량 및 연료소비율 시험방법 등에 관한 고시" [별표 10]에 에너지 소비율 및 연료소비율 소수점 유효자리수 표시에 의거하여 5-cycle 보정식을 적용한 최종 결과치는 반올림하여 소수점이하 첫째자리까지 표시한다.- 입자상물질(Particulate Matter, PM) 배출량 측정결과

시험 모드		시험 phase	적용 전(mg)	적용 후(mg)	측정량(mg)		PM 증감율¹⁾
					적용 전	적용 후
FTP-75	시험 전	1	101.6777	100.9775	0.3824	0.3824	18.7%
	시험 후		102.0601	101.4313
	시험 전	2	104.7839	100.2508	0.4007	0.4451	11.1%
	시험 후		105.1846	100.6959
	시험 전	3	97.5559	99.8229	0.2495	0.3080	23.4%
	시험 후		97.8054	100.1309
HWFET	시험 전	1	103.1428	100.1898	0.0392	0.0370	-5.6%
	시험 후		103.1820	100.2268

1) 증감율(5) = 적용 후 시험값 - 적용 전 시험값 / 적용 전 시험값2. 시험결과 그래프 및 사진

2.1 최대 출력 및 최대 토크 시험 결과는 도 8a 내지 도 8e에 도시한 것과 같이 토크가 10마력 이상 향상되었음을 알 수 있다.

2.2 입자상 물질 배출량 측정 결과, 도 9는 입자상 물질 배출량 측정 결과로 Phase 1, 2, 3에 대한 사진(FTP-75) 및 도 9는 입자상 물질 배출량 측정 결과로 Phase 1, 2, 3에 대한 사진(HWFET) 및 표를 통하여 확인된다.

본 발명은 내연기관의 엔진과 외부 사이에 설치되어 흡입되는 공기를 배기시킴에 있어서 공간에 설치하는 배기장치를 통하여 공기를 한쪽방향으로 회전시켜 와류를 발생시키는 것과 공기의 압력을 낮추는 흐름 개선으로 인한 연료의 연소효율을 향상시켜 연비를 향상하고 매연을 감소하며, 와류용 판스프링의 설치로 베르누이 원리에 따른 역할을 통해 공기 에너지가 더욱 멀리 공급될 수 있도록 하므로 엔진의 수명연장과 소음을 감소시키는 동시에 터보랙 발생을 줄여 엔진에 무리가 가지 않도록 구동되도록 하는 매우 유용한 발명이다.

10 : 배기장치 20 : 내경관
21 : 중공 22 : 절단구멍
23 : 요철부 30 : 와류 날개
31 : 시작 요철부 32 : 외곽 요철부
33 : 마감 요철부 34 : 돌출부
40 : 와류용 판스프링 41 : 기준 절곡부
42 : 와류 성형부 43 : 마감부
44 : 요철 성형부 45 : 형상 유지관

Claims

내연기관의 엔진과 외부 사이에 설치되는 외경관의 내경에 와류날개가 일정한 간격으로 나선형태가 되도록 설치한 내경관과, 상기 내경관의 중공에 와류용 판스프링을 설치하는 배기장치에 있어서,
상기 와류용 판스프링(40)은, 원판 형태를 달팽이 형상을 갖도록 절단해 와류 성형부(42)를 형성하여 기준 절곡부(41)와 마감부(43)를 스크류형상으로 꼬아 잡아당겨 형상 유지관(45)으로 기준 절곡부(41)와 마감부(43)에 용접해 내경관(20)의 중공(21)에서 와류 성형부(42)의 일부와 용접되어 공기 압력을 낮추고 더 멀리 공급하되;
상기 와류용 판스프링(40)은 원판 형태를 달팽이 형상을 갖도록 절단해 와류 성형부(42)를 형성하며, 상기 와류 성형부(42)의 양쪽으로 요철 성형부(44)가 형성되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 와류용 판스프링(40)은 얇은 판을 원형으로 형성해 공급하고, 달팽이 형태를 갖도록 절단하는 부분에서 와류 성형부(42)를 반원형 또는 타원형 형태가 되도록 절단하며, 시작 부분의 기준 절곡부(41)와 선단의 마감부(43)를 갖도록 하고 상기 기준 절곡부(41)와 마감부(43)를 잡아당겨 전체 길이에서 한 방향으로 스크류형태가 되도록 500∼600°가 되도록 꼬아 형상 유지관(45)의 양쪽 선단에서 기준 절곡부(41)와 마감부(43)가 만나는 부분에서 용접 고정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 출력 증강을 위해 내경에 와류용 판스프링을 설치한 배기장치.
삭제