KR102592626B1 - 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차와 같은 내연기관의 엔진과 흡기부와 배기부에 공기의 흐름을 향상시켜 흡·배기되는 공기를 회전하는 공기로 만들어 엔진에서 공기의 압축이 원활해 압축공기로 인한 발열을 발지하며, 공기의 공급 및 배기량과 흐름을 향상시켜 흡·배기효율에 따른 출력향상을 통해 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하고 와류의 방향성과 공기유도부 및 우동박리현상 방지부의 형상을 통해 공기의 압력을 낮추어 더 많은 공기를 풍부하게 더 멀리 공급하며 흐름을 원활하게 함으로써 연소를 향상시키는 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 원통관의 내경에 형성되는 중공으로 공기가 유입되어 와류를 형성한 후 배출되도록 하고, 양쪽으로 대칭되는 위치에서 날개 연결부와 연결되는 것을 포함하며, 상기 날개 연결부에서 돌출되는 유입날개와 상기 날개 연결부의 선단에서 돌출되는 유출날개가 형성되는 흡·배기장치에 있어서,
상기 날개 연결부에서 굴곡 홈부와 굴곡 돌출부로 돌출되고 상기 날개 연결부에서 중심부분을 향하여 호상으로 유출날개가 돌출된 후 중심부분을 지나 더 돌출되도록 형성하며 중심부분에서 상측방향을 향하여 절곡되어 유입날개의 선단과 선단 유로부를 통하여 연결되는 것을 포함하고,
상기 선단 유로부는 유입날개와 유출날개를 호상으로 연결하며, 상기 유입날개와 연결되는 부분에서 날개 굴곡부가 한번 더 굴곡되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치{Absorption and exhaust devices for preventing engine heat generation of internal combustion engines}

본 발명은 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차와 같은 내연기관의 엔진과 흡기부와 배기부에 공기의 흐름을 향상시켜 흡·배기되는 공기를 회전하는 공기로 만들어 엔진에서 공기의 압축이 원활해 압축공기로 인한 발열을 발지하며, 공기의 공급 및 배기량과 흐름을 향상시켜 흡·배기효율에 따른 출력향상을 통해 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하고 와류의 방향성과 공기유도부 및 우동박리현상 방지부의 형상을 통해 공기의 압력을 낮추어 더 많은 공기를 풍부하게 더 멀리 공급하며 흐름을 원활하게 함으로써 연소를 향상시키는 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·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 장점에도 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 연소과정 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 와류를 발생시켜 공기의 흐름을 고속으로 유도하는 장치를 통하여 공기의 흡입력과 배출력을 증대시켜 수명을 연장하는 것이었다.

그러나 상기 종래기술들은 구조가 복잡하거나 와류가 원활하게 발생되지 않는 좌측방향으로 공기의 흐름을 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.

또한, 외경관의 내경방향으로 공기의 흐름을 좋게하기 위해 전체면에서 라운드지도록 형성하였으나 유동 박리현상이 발생되어 공기의 흐름에 의한 소음이 발생되며, 원통형으로 전체면이 평활한 외경관의 끝부분에서 공기가 곧바로 공급되지 않고 공급된 공기가 역류되는 현상이 발생해 공기의 흐름을 방해하고 압력 조절이 정상적으로 이루어질 수 없도록 하는 결점이 발생하였다.

특히, 본 출원인이 선출원한 특허등록번호 제2180334호(2020. 11. 12. 등록)는 입구쪽에 호상 안내면이 형성되는 외경관에서 공간을 형성하고 공간을 갖는 내경관으로 이루어지며, 상기 외경관과 내경관 사이를 연결하고 입구쪽에 날개 경사면과 날개 선단 평면이 형성된 후 상기 낡 선단 평면에 와류유도홈을 갖는 와류유도 날개로 이루어지되;

상기 내경관이 출구쪽에서 공기 유도 돌출부를 더 돌출시키며, 상기 내경관과 공기 유도 돌출부의 내경에 내경공기 유도홈이 형성되고, 상기 내경관과 공기 유도 돌출부의 외경에 외경 공기 유도홈을 형성해 공기의 흐름을 도와 압력을 조절하는 것을 특징으로 한다.

그러나 이러한 압력 조절용 흡,배기장치는 유입되는 공기가 와류를 형성하는 곡면의 형상을 따라 이동할 때 와류유도날개의 초입부분에 일정한 간격으로 다른 크기의 와류유도홈을 형성함으로써 공기의 와류현상을 제공하면서 정상적으로 이동할 수 있도록 하였지만, 유입되는 공기를 외부로 밀어내는 힘이 약해 완전연소를 도와주는 것에 한계가 있고, 엔진의 내벽에 분사되는 연료가 연소되지 않는 소염 경계층에서의 연소를 돕지 못해 연소효율을 향상시키는 것에 한계가 있었다.

(문헌 1). 특허등록번호 제2503626호(2023. 06. 28. 등록) [문헌 2]. 특허등록번호 제2398231호(2022. 05. 11. 등록) [문헌 3]. 특허등록번호 제2412458호(2022. 06. 20. 등록) [문헌 4]. 특허공개번호 제2016-0004713호(2016. 01. 13. 공개) [문헌 5] 특허등록번호 제2180334호(2020. 11. 12. 등록)

따라서 이러한 종래의 결점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 해결과제는, 자동차의 엔진 이전에 설치되어 외부의 공기를 흡입해 공급한 후 압축하는 과정에서 공기의 이송시 압축을 원활하게 빨리 진행되도록 함으로써 발열이 방지되도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 해결과제는, 원통관의 내경으로 2개의 유입날개와 유출날개를 유선형으로 설치해 원통관에 날개가 연결되므로 흡입되어 배기되는 공기를 더 빨리 공급되도록 함으로써 공기의 흐름이 원활해 연소효율을 향상시켜 연비를 향상시키고, 매연을 감소하며 엔진의 수명연장과 소음을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 해결과제는, 고온의 연소시 대기 중 질소가 산소와 반응하여 발생하는 오염물질인 질소산화물(NOX)의 발생을 방지하는 동시에 온도가 상승하는 발열현상을 방지하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 해결과제는, 유입날개와 유출날개를 굴곡 돌출부와 홈부로 절곡하고, 선단 유로부를 통하여 공기가 빠르게 유도 배출되도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 해결과제는, 유입되는 공기에 회전을 주어 터보의 온도를 낮추므로 매연과 질소산화물(NOX)을 동시에 낮출 수 있는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 원통관의 내경에 형성되는 중공으로 공기가 유입되어 와류를 형성한 후 배출되도록 하고, 양쪽으로 대칭되는 위치에서 날개 연결부와 연결되는 것을 포함하며, 상기 날개 연결부에서 돌출되는 유입날개와 상기 날개 연결부의 선단에서 돌출되는 유출날개가 형성되는 흡·배기장치에 있어서,
상기 날개 연결부에서 굴곡 홈부와 굴곡 돌출부로 돌출되고 상기 날개 연결부에서 중심부분을 향하여 호상으로 유출날개가 돌출된 후 중심부분을 지나 더 돌출되도록 형성하며 중심부분에서 상측방향을 향하여 절곡되어 유입날개의 선단과 선단 유로부를 통하여 연결되는 것을 포함하고,
상기 선단 유로부는 유입날개와 유출날개를 호상으로 연결하며, 상기 유입날개와 연결되는 부분에서 날개 굴곡부가 한번 더 굴곡되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

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본 발명의 원통관의 중공에 형성되는 2개의 날개는 선단에 비하여 더 돌출되는 위치에 유입날개가 호상으로 형성되며, 상기 유입날개의 선단과 선단 유로부를 통하여 연결되는 유출날개를 포함하고, 상기 유입날개는 원통관과 만나는 날개 연결부에 같은 높이에서 출발하여 상측으로 더 돌출되어 호상으로 형성된 후 상기 날개 연결부는 원통관과 호상이 되도록 굴곡 홈부와 굴곡 돌출부가 연결되는 것과;
본 발명의 유출날개는 날개 연결부에서 호상으로 중공을 향하여 돌출되며 유입날개의 돌출길이 보다 더 길게 양쪽에서 대칭이 되게 호상으로 돌출되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.

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본 발명은 자동차의 엔진 이전에 설치되어 외부의 공기를 흡입해 공급한 후 압축하는 과정에서 공기의 이송시 압축을 원활하게 빨리 진행되도록 함으로써 엔진의 고열 발열을 방지해 고열 발생으로 인한 다양한 문제점을 해소하는 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 원통관의 내경으로 2개의 유입날개와 유출날개를 유선형으로 설치해 원통관에 날개가 연결되므로 흡입되어 배기되는 공기를 더 빨리 공급되도록 함으로써 공기의 흐름이 원활해 연소효율을 향상시켜 연비를 향상시킬 수 있도록 하고, 매연을 감소시키며 엔진의 수명을 연장하는 것과 소음을 감소시키는 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 고온의 연소시 대기 중 질소가 산소와 반응하여 발생하는 오염물질인 질소산화물(NOX)의 발생을 방지하기 위해 공기의 흐름을 좋고 빠르게 제공함으로써 온도가 상승하는 발열현상을 방지하는 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 유입날개와 유출날개를 굴곡 돌출부와 홈부로 절곡하고, 선단 유로부를 통하여 공기가 빠르게 유도 배출되도록 함으로써 다양한 효과를 제공하는 것이다.

자동차의 매연을 줄이기 위해서는 엔진의 폭발력, 즉 엔진의 온도가 높을 때 완전연소를 통해 매연을 줄일 수 있으나, 엔진의 온도가 높을 수록 질소산화물은 더 많이 발생하게 되는 문제점을 해소하여, 터보차저에 유입되는 공기에 회전을 주어 터보의 온도를 낮추므로 매연과 질소산화물(NOX)을 동시에 낮출 수 있는 효과를 제공하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도
도 2 는 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 평면도
도 3 은 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 주요 부분의 평면도
도 4 는 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 저면 사시도
도 5 는 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 저면도
도 6 은 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 주요 부분의 저면도
도 7 은 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 정면도
도 8 은 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 측면도
도 9 는 본 발명의 도 7에 대한 A-A선 단면도
도 10 은 본 발명의 도 7에 대한 B-B선 단면도
도 11 은 본 발명의 도 7에 대한 C-C선 단면도
도 12 는 본 발명의 장착 전, 후 매연 및 질소산화물 배출 경향에 관한 그래프
도 13 은 운전부하에 따른 초기 상태와 본 발명의 매연 배출 비교 그래프
도 14 는 운전부하에 따른 초기 상태와 본 발명의 질소산화물 배출 배교 그래프
도 15 는 주행시 초기 상태와 본 발명의 평균 배출가스 발생량 비교 그래프
도 16 은 주행시 초기 상태와 본 발명의 평균 배출가스 영상 지도

본문에 게시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예 들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "설치되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 설치되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

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

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 평면도, 도 3은 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 주요 부분의 평면도를 나타낸 것이다.

외부에서 흡입되는 한 부분 또는 흡입되는 공기를 공급한 후 터보 삽입라인, 인터쿨러, 슬로트밸브 중 어느 하나를 거쳐 공기가 이동되도록 하는 과정 중 어느 한 부분 또는 양쪽 모두의 흡·배기관에 설치되어 자동차 등의 내연기관에서 외부의 공기를 흡입하여 배기되는 공기 압력을 조절하는 위치에 필요에 따라 하나 또는 다수개의 원하는 위치에 설치하는 압력 조절용 흡·배기장치(10)로 이루어지는 것이다.

상기 압력 조절용 흡·배기장치(10)는 내연기관이 공기를 흡입하는 부분의 엔진 전방과 배기하는 부분의 사이에 다양한 위치를 선택하여 다수개를 설치하는 것을 포함한다.

상기 흡·배기장치(10)는 금속 또는 합성수지 재질로 이루어지는 원형의 원통관(11) 내경에 중공(12)이 형성되어 한 방향에서 공기가 흡입된 후 내부 구조를 통하여 공기의 흐름이 이루어지도록 한 후 선단에서 공기가 배출되도록 하는 것을 포함하고, 상기 원통관(11)의 내경으로 대칭되게 2개의 날개가 설치되는 것을 포함한다.

상기 원통관(11)의 중공(12)에 형성되는 2개의 날개는 선단에 비하여 더 돌출되는 위치에 유입날개(20)가 호상으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 유입날개(20)는 원통관(11)과 만나는 날개 연결부(25)에서는 같은 높이에서 출발하여 상측으로 더 돌출되어 호상으로 형성되도록 하는 것을 포함한다.

상기 날개 연결부(25)는 원통관(11)과 호상이 되도록 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)가 연결되도록 하는 것을 포함한다.

상기 날개 연결부(25)에서 호상으로 돌출되는 유입날개(20)는 선단에서 날개 굴곡부(26)와 같이 한번 더 굴곡되도록 형성하며, 유입되는 공기가 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)를 통하여 와류가 형성되면서 빠르게 공급되도록 하는 것을 포함한다.

도 4는 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 저면 사시도이고, 도 5는 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 저면도, 도 6은 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 주요 부분의 저면도를 나타낸 것이다.

원통관(11)의 내경에 형성된 중공(12)의 내부에 날개 연결부(25)를 통하여 호상으로 연결되고, 상기 원통관(11)의 날개 연결부(25)에서 중심부분을 향하여 호상으로 유출날개(24)가 돌출된 후 중심부분을 지나 더 돌출되어 연결되도록 형성하는 것을 포함한다.

상기 유출날개(24)는 중심부분에서 상측방향을 향하여 절곡되어 유입날개(20)의 선단과 선단 유로부(21)를 통하여 연결되는 것이다.

도 7은 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 정면도이고, 도 8은 본 발명의 흡, 배기장치에 대한 측면도를 나타낸 것이다.

원통관(11)의 상측으로 공기가 유입되는 방향에 형성된 유입날개(20)는 원통관(11)으로부터 호상으로 돌출되어 중간 부분에서 원통관(11)보다 더 높게 형성되도록 하는 것을 포함한다.

도 9는 본 발명의 도 7에 대한 A-A선 단면도이고, 도 10은 본 발명의 도 7에 대한 B-B선 단면도, 도 11은 본 발명의 도 7에 대한 C-C선 단면도를 나타낸 것이다.

A-A선 단면도는, 원통관(11)의 내경 양쪽에서 대칭되게 날개 연결부(55)에서 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)가 호상으로 돌출되어 중공(12)의 중심부분을 조금 지난 위치에서 선단 유로부(21)가 형성되도록 돌출되는 것을 포함한다.

B-B선 단면도는, 원통관(11)의 내경 양쪽에서 대칭되게 날개 연결부(55)에서 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)가 호상으로 돌출되어 중공(12)의 중심부분을 조금 지난 위치에서 선단 유로부(21)가 형성되도록 돌출되며, 상기 선단 유로부(21)에 비하여 더 돌출되는 위치에서 마감되는 것을 포함한다.

C-C선 단면도는, 원통관(11)의 내경 양쪽에서 대칭되게 날개 연결부(55)에서 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)가 호상으로 돌출되어 중공(12)의 중심부분을 조금 지난 위치에서 선단 유로부(21)가 형성되도록 돌출되며, 상기 B-B선의 선단 유로부(21)에 비하여 더 돌출되는 위치에서 마감되는 것을 포함한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치는, 외부의 공기가 흡입되어 엔진을 포함한 내연기관을 거쳐 외부로 배기되는 압력 조절용 흡·배기장치(10)를 통하여 흡·배기되는 과정에서 공기가 한쪽방향으로 회전되며 공기의 흐름이 향상되도록 함으로서 공기의 흐름을 좋게해 결과적으로 흡기와 배기 효율이 향상되도록 하는 것이다.

즉, 공기의 흐름이 압력 조절용 흡·배기장치(10)의 원통관(11)에 형성된 중공(12)에 있는 유입날개(20)에서 유입이 안내되어 날개 연결부(25)와 연결된 굴곡 홈부(22) 및 굴곡 돌출부(23)를 통하여 한쪽방향으로 회전 되며 공기의 흐름이 향상되도록 하고, 공기가 엔진 및 내연기관을 통과한 후 외부에 배출되도록 함으로써 흡입에서부터 배출로 이루어지는 공기의 흐름을 통한 배관 및 엔진의 공기 압력을 조절해 공기의 흐름이 빨라져 와류를 발생시킴으로써 더 멀리까지 보내질 수 있도록 하고 이러한 공기의 흐름을 통한 공기 압력 조절로 인하여 출력을 향상시켜 연비가 향상되도록 하고 매연을 감소시키며 소음을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

특히, 디젤기관에 적합한 본 발명은, 종래 디젤기관에서 공기의 압축시 엔진의 온도가 올라나게 되고, 온도가 높아야만 완전연소에 가깝게 되는 것이나, 온도가 높아지는 문제점으로 인하여 질소산화물(NOX)의 발생량이 많아져 환경을 오염시키는 원인이 되었다.

그러나 원통관(11)에 날개 연결부(25)를 통하여 대칭되게 형성되는 유입날개(20)와 유출날개(24) 사이의 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)를 통하여 공기의 흐름이 빨라지게 되고 선단 유로부(21)를 통하여 공기의 흐름이 부드럽게 이루어질 수 있도록 함으로써 공기의 빠른 흐름과 압축을 원활하고 빠르게 이루어질 수 있게 되어 엔진의 열 발생을 방지하여 열을 내리게 하면서 연소시 공기의 충분한 공급과 발열현상을 방지하는 것이다.

그리고 엔진이 고온의 연소시 대기 중 질소가 산소와 반응하여 발생하는 오염물질인 질소산화물(NOX)의 발생을 방지하기 위해 대칭되는 유입날개(20)와 유출날개(24)의 연결 및 선단 유도부(21)를 통하여 공기의 흐름을 좋고 빠르게 제공함으로써 온도가 상승하는 발열현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

상기 원통관(11)의 중공(12)으로 유입되는 공기는 유입날개(20)의 선단에서 유출날개(24)를 통하여 이동할 때 날개 연결부(25)와 연결되는 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)의 연결과 유입날개(20)와 유출날개(24)를 연결하는 선단 유로부(21)의 형상을 통하여 공기의 흐름이 빨라지며 공급되도록 하는 과정에서 공기의 흐름이 원활하므로 배관과 엔진의 필요한 공기량과 압력을 자연적으로 조절함으로써 연소효율을 향상시켜 연비가 향상되도록 하며, 매연을 감소시키고 엔진의 수명을 연장하는 동시에 소음을 감소시키며 진동이 감소되고 완전연소를 유도하게 되는 것이다.

상기 유입날개(20)는 원통관(11)과 날개 연결부(25)가 만나는 부분에서 시작되어 중심부분으로 호상이 되도록 돌출되어 있고, 선단에서 하측방향으로 점점 넓어 지면서 연결되는 동시에 전체적으로 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)가 라운드지게 연결되어 날개 연결부(25)와 같이 원통관(11)과 연결되며, 하측 선단에서 돌출된 유출날개(24)가 더 넓어지게 호상으로 돌출되어 선단에서 유입날개(20)와 선단 유로부(21)가 만나도록 형성되어 있어서 유입날개(20)로 유입되는 공기의 흐름을 빠르게 안내하는 동시에 와류의 발생을 통한 유동박리현상의 감소에 효과적인 것이다.

상기 유입날개(20)의 하측에서 공기의 흐름방향으로 형성되며 원통관(11)과 만나는 시작 부분에서 선단에 이르도록 호상으로 연결되어 전체적으로 유선형이 되도록 연결되어 와류의 발생을 통한 유동박리현상을 더욱 감소시킬 수 있도록 하는 동시에, 유입날개(20)의 선단에서 선단 유로부(21)가 시작되는 부분으로 날개 굴곡부(26)가 형성되어 공기의 흐름을 빠르게 유도해 공기의 흐름을 원활하게 하는 동시에 유동박리현상의 감소에 효과적인 것이다.

상기 유입날개(20)와 날개 연결부(25)가 대칭되게 연결되고, 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)가 호상으로 형성되며, 상기 유입날개(20)의 선단에서 유출날개(24)의 선단에 이르도록 선단 유로부(21)가 유선형으로 형성되어 원통관(11)의 중공(12)으로 유입되는 공기의 와류를 형성시켜 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)를 통하여 빠르게 배출되도록 함으로써 각 부분에서 공기의 압력을 낮추고 유속을 빠르게 향상시켜 더 많은 공기를 배출시킬 수 있게 되므로 더 많은 공기를 더 멀리 배출할 수 있는 효과와 유동박리현상을 방지해 공기의 손실을 방지하며 엔진에서 공기의 압축을 원활하고 빠르게 진행해 발열을 방지해 연소효과를 높이면서 질소산화물(NOX)의 발생을 방지해 오염물질에 의한 매연을 감소시킬 수 있는 효과를 제공하는 것이다.

이상과 같은 흡, 배기장치(10)는 가솔린 엔진에서 엑셀을 강하게 밟으면 슬로트밸브가 급격히 닫히며 진동 등의 현상이 발생하게 되었지만, 공기의 풍부한 공급으로 밸브가 서서히 닫히도록 함으로써 관성주행을 도와 연비를 향상시키게 되는 것이며, 터보를 설치한 엔진에서 공기의 풍부한 공급으로 엔진의 온도를 저하시켜 엔진의 출력을 유지 내지 향상시키는 동시에 질소산화물을 줄여 매연을 감소시킬 수 있게 되어 완전연소를 유도할 수 있게 되는 동시에, 엔진의 내벽에 분사되는 원료가 달라붙는 소염경계층이 발생하기 이전에 와류를 제공해 엔진의 내벽에 원료가 달라붙지 않아 소염경계층의 발생을 방지하여 완전연소를 제공할 수 있도록 하는 것이다.

아래의 시험결과는 인하공업전문대학 수송기계학부 자동차공학과의 시험성적서로 [표 1]과 같습니다.

	매연도(%)	NOX(ppm)*
초기상태	15.5	337
본 발명 장착	8.5	295
변화율	-45%	-13%

* 모드 평균 값,

- 시험 방법 : KD 147 주행모드(매연농도 및 질소산화물 측정)

- 시험 차량 : 카니발 디젤 2005년 (74노 5597), 주행거리 : 227K km

실험결과 매연이 45% 감소하고, 질소산화물이 13% 낮춰지는 것을 확인할 수 있습니다.

또한, 본 발명의 엔진 연소 개선을 위한 흡입 공기의 유동을 강화시키는 배출가스 저감 성능 평가하기 위하여, KD 147 시험 절차에 의하여, 배출가스 시험을 장착전, 후 각 2회씩 수행하였으며 매연과 질소산화물 농도를 측정한 결과로, 시험 결과를 아래의 [표 2] 및 [표 3]과 같습니다.

KD 147 시험시 최대 농도값 비교

		매연도(%)	질소산화물(ppm)
초기상태	#1	14	642
	#2	17	633
	평균(a)	15.5	638
본 발명	#1	9	650
	#2	8	594
	평균(b)	8.5	622
% of effect	=(b-a)/a	-45%	-2%

KD 147 시험시 최대 농도값 발생시점 평균값 비교

		매연도(%)	질소산화물(ppm)
초기상태	#1	8.2	600
	#2	5.9	583
	평균(a)	7.0	591
본 발명	#1	4.4	587
	#2	4.6	551
	평균(b)	4.5	569
% of effect	=(b-a)/a	-36%	-4%

* KD 147 배출 시험시 최대 농도값이 발생한 시점 3초 전후의 평균값임

KD 147 결과 산출 방법을 기준으로, 매연도의 개선 영향도는 전체적으로 약 40% 정도 개전되었으며 이는 매연발생이 매우 높은 운전 패턴인 고속에서 고부하 조건으로 전이되는 급 가속 구간에서 매연저감 개선효과가 크게 낮은 것을 확인하였다.

질소산화물(NOX)은 전체적으로 약 2∼4% 개전되는 것으로 나타났으며, 평균 발생량 측면에서 볼 때, 약 13% 정도 개선효과가 나타난 것을 확인하였다.

아래의 [표 4]는 주행시 평균 배출가스 발생량을 비교한 것이며, 이에 대한 그래프와 영상 지도는 도 15와 도 16에 나타내었다.

주행시 평균 배출가스 발생량을 비교

		매연도(%)	질소산화물(ppm)
초기상태	#1	2.1	347
	#2	1.6	327
	평균(a)	1.9	337
본 발명	#1	2.3	299
	#2	2.4	290
	평균(b)	2.3	295
% of effect	=(b-a)/a	23%	-13%

도 12는 본 발명의 장착 전, 후 매연 및 질소산화물 배출 경향에 관한 그래프를 나타낸 것이며, 도 13은 운전부하에 따른 초기 상태와 본 발명의 매연 배출 비교 그래프, 도 14 는 운전부하에 따른 질소산화물 배출 배교 그래프, 도 15 는 주행시 평균 배출가스 발생량 비교 그래프, 도 16 은 주행시 평균 배출가스 영상 지도를 나타낸 것이다.

본 발명은 내연기관의 엔진과 배관 사이에 설치되어 흡입되는 공기를 배기시킴에 있어서 원통관의 내경에 있는 중공에 대칭되도록 설치하는 유입날개와 유출날개의 사이를 굴곡 홈부와 굴곡 돌출부로 형성해 공기를 한쪽방향으로 회전시켜 공기의 흐름 개선으로 인한 연료의 연소효율을 향상시켜 연비를 향상하고 매연을 감소하며, 선단 유로부를 통한 와류유도 원리에 따른 공기의 흐름 향상 역할을 통해 공기 에너지가 더욱 멀리 공급될 수 있도록 하고, 원통관의 내부에 형성하는 구조를 통하여 유입되는 공기를 더 길께 빼주어 빨리 지나가도록 함으로써 완전연소를 돕고 소음을 감소시키며 연비를 향상시킴은 물론 매연을 감소시킴으로써 엔진의 수명연장과 소음을 감소시키는 작용과 함께, 엔진에서 공기의 압출을 원활하고 빠르게 함으로써 터보 엔진의 발열현상을 방지해 질소산화물(NOX)을 줄이는 것으로써 완전연소를 유도하는 매우 유용한 발명을 제공하는 것이다.

10 : 흡·배기장치 11 : 원통관
12 : 중공 20 : 유입날개
21 : 선단 유로부 22 : 굴곡 홈부
23 : 굴곡 돌출부 24 : 유출날개
25 : 날개 연결부 26 : 날개 굴곡부

Claims (6)

1. 원통관(11)의 내경에 형성되는 중공(12)으로 공기가 유입되어 와류를 형성한 후 배출되도록 하고, 양쪽으로 대칭되는 위치에서 날개 연결부(25)와 연결되는 것을 포함하며, 상기 날개 연결부(25)에서 돌출되는 유입날개(20)와 상기 날개 연결부(25)의 선단에서 돌출되는 유출날개(24)가 형성되는 흡·배기장치에 있어서,
   상기 날개 연결부(25)에서 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)로 돌출되고 상기 날개 연결부(25)에서 중심부분을 향하여 호상으로 유출날개(24)가 돌출된 후 중심부분을 지나 더 돌출되도록 형성하며 중심부분에서 상측방향을 향하여 절곡되어 유입날개(20)의 선단과 선단 유로부(21)를 통하여 연결되는 것을 포함하고,
   상기 선단 유로부(21)는 유입날개(20)와 유출날개(24)를 호상으로 연결하며, 상기 유입날개(20)와 연결되는 부분에서 날개 굴곡부(26)가 한번 더 굴곡되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 원통관(11)의 중공(12)에 형성되는 2개의 날개는 선단에 비하여 더 돌출되는 위치에 유입날개(20)가 호상으로 형성되며, 상기 유입날개(20)의 선단과 선단 유로부(21)를 통하여 연결되는 유출날개(24)를 포함하고, 상기 유입날개(20)는 원통관(11)과 만나는 날개 연결부(25)에 같은 높이에서 출발하여 상측으로 더 돌출되어 호상으로 형성된 후 상기 날개 연결부(25)는 원통관(11)과 호상이 되도록 굴곡 홈부(22)와 굴곡 돌출부(23)가 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 유출날개(24)는 날개 연결부(25)에서 호상으로 중공(12)을 향하여 돌출되며 유입날개(20)의 돌출길이 보다 더 길게 양쪽에서 대칭이 되게 호상으로 돌출되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 엔진 발열 방지를 위한 흡·배기장치.
6. 삭제