KR102634671B1 - 내연 자동차 엔진용 배기 시스템 - Google Patents

내연 자동차 엔진용 배기 시스템 Download PDF

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Abstract

내연 자동차 엔진, 예컨대 V 엔진 또는 박서 엔진용 배기 시스템으로서, 내연 자동차 엔진의 좌측 실린더 그룹에 커넥션 가능한 좌측 배기 트랙 및 내연 자동차 엔진의 우측 실린더 그룹에 커넥션 가능한 우측 배기 트랙을 포함하고, 배기 트랙 각각은 상기 배기 트랙이 커넥션 가능한 실린더(cylinders) 그룹으로부터 배출된 배기가스를 수용하기 위한 트랙 주입구, 대기로 개구된 적어도 하나의 배기 배출구, 및 상기 트랙 주입구와 상기 배기 배출구 사이를 연장하고, 상기 트랙 주입구로부터 배기가스를 수용하기 위한 주입구 애퍼처(aperture) 및 배기 개구부(exhaust opening)로 배기가스를 수송하기 위한 배출구 애퍼처를 포함하는 커넥션 파이프로 이루어진 트랙 구조를 포함하며; 여기서 좌측 커넥션 파이프 및 우측 커넥션 파이프는, 상기 커넥션 파이프들이 상기 트랙들 사이에 배기가스를 수송하기 위한 공통 커넥션 애퍼처를 형성하도록 파이프 접합부를 구현하기 위해 결합되고 그리고 여기서 상기 배기 시스템은 공통 커넥션 애퍼처를 개방 및/또는 폐쇄하기 위한 적어도 하나의 밸브 부재를 포함한다.

Description

내연 자동차 엔진용 배기 시스템
본 발명은 내연 자동차 엔진(internal combustion automotive engine), 예컨대 V 엔진 또는 박서(boxer) 엔진 용 배기 시스템에 관한 것이다. 전형적인 고성능 내연 자동차 엔진들은 좌측 실린더 그룹(left group of cylinders) 및 우측 실린더 그룹(right group of cylinders)을 갖고, 이들 각각은 각각 좌측 또는 우측 배기 트랙(exhaust tract)에 연결 가능하다. 이러한 배기 시스템에서 각각의 배기 트랙, 좌측 배기 트랙 및 우측 배기 트랙은 각각 좌측 또는 우측 실린더 그룹으로부터 배기가스가 주입되는 트랙 주입구 및 배기 시스템으로부터 배기가스를 방출하기 위해 대기로 개구된 하나 또는 그 이상의 배기 배출구를 포함한다.
이러한 배기 시스템의 배기 트랙 각각은 이의 실린더 그룹으로부터 이의 배기 배출구를 향해 다른 트랙에 대한 어떠한 커넥션(connection) 없이 작동할 수 있다. 이러한 셋업(setup)에서 좌측 실린더 그룹으로부터의 배기가스는 독점적으로 좌측 배기 트랙을 통해 그리고 독점적으로 좌측 배기 개구부(right tract opening)로 수송된다. 동시에, 우측 실린더 그룹으로부터의 배기가스는 독점적으로, 우측 배기 트랙을 통해 우측 배기 배출구로 수송된다. 이러한 시스템에서 하나의 트랙으로부터의 배기가스는 다른 트랙으로 전달되지 않는다. 그러나, 성능을 향상시키고 시스템의 소음 방출(emission)에 대한 제어를 향상시킬 수 있도록 하기 위해서는, 공지의 배기 시스템들은 좌측 배기 트랙을 우측 배기 트랙에 연결하는 하나 또는 그 이상의 배기 수송(transmission) 파이프들과 함께 제공되어야 한다. 배기가스 수송 파이프들은 좌측 배기 트랙을 우측 배기 트랙에 H-형 방식으로 연결하도록 배기 시스템에 배치되고 배기가스 수송 파이프를 통해 배기가스 수송을 개방(open) 및/또는 폐쇄(close)할 수 있도록 하기 위해 밸브가 제공될 수 있다.
이러한 배기 배출구의 전형적인 설계(design)는 US 7,703,574 B2에 공지되어있고 여기서 좌측 배기 트랙은 우측 배기 트랙에 두 개의 수송 파이프들과 함께 두 개의 H-형 수송을 구현하도록 연결되며, 이 중 하나는 상대적으로 엔진에 가깝게 배치되고 다른 하나는 배기 개구부들에 더 가깝게 배치된다.
공지의 배기 시스템들은 상기 배기 시스템의 음향 시설(acoustics)을 일부 제어하도록 허용하고 엔진의 특정 작동 상태에서 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나, 특히 높은 엔진 작동 파라미터들(parameters)에서, 그들은 사운드 방출(sound emission) 및 성능 모두에 대해 상당한 손해(disadvantages)를 받는다(suffer from). 높은 엔진 작동 파라미터들에서, 상기 언급한 배기 시스템들은 방해 스트리밍 소음(disturbing streaming noise)을 낸다. 뿐만 아니라, 상기 수송 파이프는 상기 좌측 및 우측 배기 트랙 모두에서 배기가스 스트림들(streams)로 난류(turbulences)를 유도하고 이것은 엔진 및 머플링(muffling) 장치들의 성능을 제한한다. 목적하는 것 보다 더 적은 하나의 라인에서 다른 라인으로 수송될 수 있는 배기가스의 양에 의해 성능 개선(gain)이 특히 제한된다.
본 발명의 목적은 이전 기술의 단점들을 극복하는 것이고, 특히 향상된 내연 자동차 엔진용 배기 시스템을 제공하는 것이며, 특히 엔진 성능을 향상시킬 수 있으면서 동시에 사운드 방출 제어에 관하여는 개선된 배기 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 청구항들의 특징들에 의해 해결된다.
본 발명의 제1 측면(a first aspect)에 따르면, 내연 자동차 엔진, 예컨대 V6-엔진, V8-엔진, 다른 V-엔진, 박서 엔진(boxer engine) 또는 이와 유사한 것들을 위한 배기 시스템은 상기 내연 자동차 엔진의 좌측 실린더 그룹에 연결 가능한 좌측 배기 트랙(left exhaust tract)을 포함하고 상기 내연 자동차 엔진의 우측 실린더 그룹에 연결 가능한 우측 배기 트랙(right exhaust tract)을 포함한다. 배기 트랙 각각은 상기 트랙이 연결 가능한 실린더의 그룹으로부터 배출된(ejected) 배기가스를 수용하기 위한 트랙 주입구(tract inlet), 대기로 개구된(opening) 적어도 하나의 배기 배출구(exhaust outlet), 및 상기 트랙 주입구와 상기 배기 배출구 사이를 연장하는 커넥션 파이프(connection pipe)로 이루어진(defining) 트랙 구조(tract structure)를 포함한다. 상기 커넥션 파이프는 상기 트랙 주입구로부터 배기가스를 수용하기 위한 주입구 애퍼처(aperture) 및 상기 배기 개구부(exhaust opening)로 배기가스를 수송하거나 상기 트랙들 사이로 배기가스를 교환하기 위한 배출구 애퍼처를 포함한다.
상기 좌측 배기 트랙은 상기 좌측 트랙이 연결 가능한 좌측 실린더 그룹으로부터 배출된 배기가스를 수용하기 위한 좌측 트랙 주입구, 대기로 개구된 적어도 하나의 좌측 배기 배출구, 및 상기 좌측 트랙 주입구 및 상기 좌측 배기 배출구 사이를 연장하는 좌측 커넥션 파이프로 이루어진(defines) 좌측 트랙 구조를 포함한다. 또한, 상기 좌측 커넥션 파이프는 상기 좌측 트랙 주입구로부터 배기가스를 수용하기 위한 좌측 주입구 애퍼처 및 상기 좌측 배기 개구부로 배기가스를 수송하기 위한 좌측 배출구 애퍼처를 포함한다. 상기 우측 배기 트랙은 상기 우측 트랙이 연결 가능한 우측 실린더 그룹으로부터 배출된 배기가스를 수용하기 위한 우측 트랙 주입구, 대기로 개구된 적어도 하나의 우측 배기 배출구, 및 상기 우측 트랙 주입구 및 상기 우측 배기 배출구 사이를 연장하는 우측 커넥션 파이프로 이루어진(defining) 우측 트랙 구조를 포함한다. 상기 우측 커넥션 파이프는 상기 우측 트랙 주입구로부터 배기가스를 수용하기 위한 우측 주입구 애퍼처 및 상기 우측 배기 개구부로 배기가스를 수송하기 위한 우측 배출구 애퍼처를 포함한다. 따라서 배기 트랙 각각은 두 개의 개별적 트랙 구조들을 포함한다. 바람직하게는, 좌측 트랙의 배기 배출구 및 우측 트랙의 배기 배출구는 동일하지 않다. 특히, 좌측 배기 트랙의 커넥션 파이프 및 우측 트랙의 커넥션 파이프는 동일하지 않다.
본 발명의 제1 측면에서, 좌측 커넥션 파이프 및 우측 커넥션 파이프는 상기 커넥션 파이프들이 상기 트랙들 사이에 배기가스를 수송하기 위한 공통 커넥션 애퍼처(common connection aperture)를 형성하도록 파이프 접합부(pipe junction)를 구현하기 위해 결합된다. 좌측 커넥션 파이프의 커넥션 애퍼처는 바람직하게는 공통 커넥션 애퍼처를 구현하도록 우측 파이프의 커넥션 애퍼처에 바로(immediately) 결합된다. 특히, 각각의 커넥션 파이프는 각각 원주(circumferential) 파이프 표면(pipe surface)으로 이루어지고(defines) 여기서 각각의 파이프 애퍼처는 상기 좌측 커넥션 파이프 및 상기 우측 커넥션 파이프가 그들의 커넥션 파이프 애퍼처들이 서로 정렬되도록 결합될 수 있도록 형성된다. 이러한 커넥션 파이프 애퍼처들은 바람직하게는 동일한 크기일 수 있다. 배기가스는 바람직하게는 상기 파이프 접합부를 통해 상기 트랙들 사이로 직접 수송될 수 있다. 특히, 좌측 실린더 그룹으로부터의 배기가스는 좌측 커넥션 파이프로부터 공통 커넥션 애퍼처를 통해 우측 배기 트랙에 속하는 상기 우측 커넥션 파이프로 수송될 수 있다. 반대로, 우측 실린더 그룹으로부터의 배기가스는 우측 커넥션 파이프로부터 공통 커넥션 애퍼처를 통해 좌측 커넥션 파이프로 수송될 수 있다. 이러한 파이프 접합부를 통한 중간 커넥션(immediate connection)으로 인해, 좌측 트랙 및 우측 트랙 사이의 수송 파이프(transfer pipe)가 피해지고(avoided) 따라서 본 발명의 따른 배기 시스템에서 수송 파이프의 무용 용적(dead volume)이 발생되지 않는다. 상기 트랙들 사이에 배기가스의 직접적인 수송은 H-형 수송(transmission)을 갖는 보통의 배기가스 시스템에 대해 엔진의 파라미터들의 전형적인 작동 중 하나의 트랙에서 다른 트랙으로 수송되는 배기가스의 양을 향상시키는 것으로 나타났다. 또한, 놀랍게도, 배기가스가 상기 트랙들 사이에 공통 커넥션 애퍼처를 통해 직접적으로 수송되는 본 발명에 따른 배기 시스템에서, 음향 시설 문제(acoustic drawbacks), 특히, 스트리밍 소음이 엔진의 높은 작동 파라미터들에서 상당히 감소될 수 있는 것으로 나타났다.
본 발명의 제1 측면에서, 상기 배기 시스템은 상기 공통 커넥션 애퍼처를 개방(opening) 및/또는 폐쇄(closing)하기 위한 적어도 하나의 밸브 부재(valve member)를 포함한다. 특히 상기 밸브 부재는 선택적으로 공통 커넥션 애퍼처를 개방하거나 폐쇄하도록 제어될 수 있다. 공통 커넥션 애퍼처는 상기 밸브 부재에 의해 개방, 부분적으로 개방, 부분적으로 페쇄 및/또는 완전 페쇄될 수 있고, 트랙들 사이의 배기가스의 수송 또는 교환은 성능을 향상시키기 위해 및/또는 제어하기 위해 그리고 바람직하게는 사운드 방출을 감소시키기 위해 유리하게(advantageously) 제어될 수 있도록 한다. 바람직하게는 상기 배기 시스템은 정확히(exactly) 하나의 밸브 부재를 포함한다.
배기 배출구는 바람직하게는 대기로 직접 개구이지만 이는 또한 대기와 상기 배기 배출구 사이에 배기가스 조작 장치(manipulating device), 예컨대 머플러(muffler) 또는 캐털라이저(catalyzer)가 배치된 경우 대기로 간접 개구일 수 있다.
바람직하게, 우측 및/또는 좌측 커넥션 파이프 각각의 단면적(cross sectional area)의 크기(size) 및/또는 기하학적 구조(geometry)는 근본적으로 일정하다(essentially constant). 특히, 공통 커넥션 애퍼처 및 공통 커넥션 애퍼처에 수직(perpendicular)에서 우측 및/또는 좌측 커넥션 파이프 각각의 단면적의 크기 및/또는 기하학적 구조는 대략 파이프의 주입구 애퍼처 및/또는 배출구 애퍼처 만큼 크다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 커넥션 파이프들은 구부러진(bent), 바람직하게는 거울-대칭 방식(mirror-symmetrical manner)으로, 특히, 각진(angled) 및/또는 커브화된(curved)다. 특히, 상기 커넥션 파이프들은 파이프 접합부가 근본적으로 X-형이도록 구부러진다. 좌측 트랙 및 우측 트랙 사이에 수송되는 배기가스에 대하여 X-형 파이프 접합부의 무용 용적은 최소한(minimum)으로 감소될 수 있다.
바람직하게는, 하나의 커넥션 파이프, 좌측 커넥션 파이프 또는 우측 커넥션 파이프의 업스트림(upstream) 파이프 팔(arm) 및 다운스트림(downstream) 파이프 다리(leg)는 V-형 또는 U-형 (좌측 또는 우측) 커넥션 파이프를 구현하도록 형성될 수 있다. 이러한 변형(deformation)은 바람직하게는 좌측 및 우측 커넥션 파이프 모두에 적용될 수 있다. 파이프 접합부를 구현하는 커넥션 파이프들은 바람직하게는 상기 커넥션 파이프들의 업스트림 파이프 팔들이 V-형을 구현하도록 및/또는 상기 커넥션 파이프들의 다운스트림 파이프 다리들이 V-형으로 형성되도록 변형될 수 있다. 바람직하게는, 업스트림 좌측 파이프 팔이 다운스트림 우측 파이프 다리에 대하여 동축정렬적으로(coaxially) 배치되고/거나 우측 커넥션 파이프의 업스트림 파이프 팔이 좌측 커넥션 파이프의 다운스트림 파이프 다리에 대하여 동축정렬적으로 배치된다. 용어들 "업스트림(upstream)" 및 "다운스트림(downstream)"은 엔진으로부터 배기 배출구로의 배기가스 유로(flow path)에 대해 사용된다.
파이프 접합부는 특히 각각의 좌측 또는 우측 배기 트랙 중 하나의 주입구 애퍼처로부터 오는 배기가스의 박동 플로우(pulsatile flow)가 상기 파이프 접합부 내 다른 주입구 애퍼처로부터 오는 배기가스의 박동 플로우에 영향을 주도록, 바람직하게는 이의 혼합 영역(mixing area)에서, 설계되고, 먼저 언급된 박동 플로우가 다른 하나를 상기 두 번째 언급한 주입구 애퍼처의 밖으로 그리고 동일한 트랙 측면(tract side)의 배출구 애퍼처를 향해 그리고 또한 두 번째 주입구 애퍼처의 트랙 측면에서 배출구 애퍼처를 향해 재촉하도록 한다. 따라서, 파이프 접합부의 우측 주입구 애퍼처에 도착하는 박동 배기가스 플로우는 좌측 트랙 주입구로부터 좌측 제거 파이프(removal pipe)를 통해, 그리고 그 반대로 배기가스를 배출하는데 도움이 될 수 있다. 파이프 접합부는 바람직하게 하나의 (좌측 또는 우측) 배기 트랙으로부터의 펄스(pulses) 에너지를 반대쪽 (우측 또는 좌측) 배기 트랙으로부터 오는 배기가스를 가속하는데 사용하도록 설계된다. 이 기능은 푸시-풀 효과(push-pull effect)로 불릴 수 있다. 푸시-풀 효과는 실질적으로 엔진 성능을 증가시키는 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 배기 시스템의 실시예에서, 파이프 접합부는 상기 트랙들 사이에 배기가스를 수송하기 위한 유일한 커넥션을 구현한다. 좌측 배기 트랙으로부터 우측 배기 트랙으로, 그리고 그 반대로 배기가스를 수송하기 위한 파이프 애퍼처를 갖는 하나의 독점적 파이프 접합부의 제공은 트랙을 통해 매우 단순하면서 효율적인 방식으로 배기가스 스트림을 제어하도록 한다. 동시에, 트랙들 사이에 다중 커넥션을 사용할 때 발생할 수 있는 부정적 간섭들(negative interferences)이 방지될 수 있다. 배기가스가 오직 실린더 내의 연소에서 발생되기 때문에, 실린더로부터 가스를 업스트림 수송하는 임의의 커넥션들이 배기가스 트랙들을 연결하지 않는다는 것이 명확할 것이다. 또한, 배기가스 트랙들은 대기(atmosphere)로 개구된 배기 배출구들로 끝나기(terminate in) 때문에, 대기는 배기가스 트랙의 일부분으로서 고려되지 않을 것이다.
상기 언급한 바람직한 실시예들 중 임의의 하나와 결합될 수 있는, 본 발명에 따른 배기 시스템의 다른 바람직한 실시예는, 공통 커넥션 애퍼처가 좌측 및/또는 우측 배기 트랙의 섹션(section) 또는 섹션들(sections)의 단면적으로 정의된 기준 영역(reference area), 바람직하게는 그들의 좌측 및/또는 우측 커넥션 부분으로 정의된 기준 영역의 0.25 배 내지 4.0 배인, 바람직하게는 0.5 배 내지 2 배 큰, 바람직하게는 0.75 배 내지 1.5 배 큰, 특히 동일한 사이즈인 혼합 면적(mixing area)을 정의한다(defines). 기준 영역은 특히 좌측 또는 우측 커넥션 파이프의 주입구 애퍼처 또는 배출구 애퍼처 각각에서 정의되거나, 또는 좌측 또는 우측 커넥션 파이프의 단면적의 평균값, 주입구 애퍼처에서 배출구 애퍼처까지의 경로나(either), 각각 주입구 애퍼처 단면적들 및/또는 그들의 배출구 애퍼처의 단면적들 모두의 평균값으로 정의된다. 기준 영역은 또한 공통 커넥션 애퍼처의 중심에 수직인 커넥션 파이프들 단면적(cross-sections) 모두의 합계 면적으로 정의될 수 있다. 좋은 사운드 수송 특성들은 예를 들어 공통 커넥션 애퍼처의 중심에 수직인 커넥션 파이프들의 단면적들 모두의 면적의 합계 보다 크거나 동일한 혼합 영역들을 갖는 파이프 접합부로 달성되었다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 적어도 하나의 밸브 부재는 폐쇄 부재(closure member), 예컨대 플랩(flap), 슬라이드(slide), 또는 이와 유사한 것들을, 공통 커넥션 애퍼처로 정의된 혼합 영역의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 75%, 특히 적어도 890%, 가장 바람직하게는 전부를 커버하기 위해 포함한다. 특히 폐쇄 부재는 바이패스 애퍼처(bypass aperture)를 포함한다. 폐쇄 부재는 바람직하게는, 완전 개방 내지 바람직하게는 완전 폐쇄 상태 사이를 전환하도록(switch), 바람직하게는 90%로, 회전될 수 있다.
본 발명에 따른 배기 시스템의 다른 바람직한 실시예는 주입구 애퍼처 및 적어도 하나, 특히 정확히 하나의 배출구 애퍼처 사이의 각각의 배기 트랙 애퍼처에서, 좌측 배기 트랙 내 및/또는 우측 배기 트랙 내, 배기가스의 유로를 억제(inhibiting), 특히, 배기가스의 유로를 부분적으로 억제 및/또는 완전히 억제하기 위해 적어도 하나의 밸브 장치(valve device)를 포함한다. 바람직하게는 좌측 배기 시스템은 좌측 밸브 장치를 포함하고 우측 배기 시스템은 우측 밸브 장치를 포함하며, 여기서 상기 좌측 밸브 장치 및 상기 우측 밸브 장치는 구조적으로 서로 분리되고/거나 서로 독립적으로 조절 가능, 바람직하게는 조절된다. 이 실시예의 또 다른 전개(development)에 따르면, 배기 시스템은 좌측 배기 트랙 및 우측 배기 트랙 모두를 통한 배기가스의 유로를 억제하기 위해 정확히 하나의 밸브 장치를 포함하고, 여기서 특히 상기 밸브 장치는 파이프 접합부의 일부분으로서 구현된다.
본 발명의 다른 전개에서, 각각의 배기 트랙은 적어도 하나의 바이패스 파이프, 바람직하게는 정확히 하나의 바이패스 파이프를 더 포함하고, 이는 대기로 개구된 제2 배기 배출구(second exhaust outlet)로 이어진다(leading). 제2 배기 배출구는 바이패스 배출구로 불릴 수 있고 다른 하나, 제1 배기 배출구는 메인 배기 배출구로 불릴 수 있다. 바람직하게는 메인 배기 배출구는 바이패스 배기 배출구 보다 크고, 특히 이들의 배출구 면적에 대하여 바이패스 배기 배출구 보다 적어도 1.1 배, 1.2 배, 1.5 배, 1.75 배, 2 배, 3 배, 4 배, 5 배 크다.
바이패스 라인은 특히 상기 밸브 장치의 업스트림 그리고 특히 상기 파이프 접합부의 업스트림으로 분기된다(branched off). 밸브 장치 및/또는 파이프 접합부로부터 업스트림으로 분기하는 바이패스 파이프를 제공하기 위해, 배기가스가 배기 시스템의 사운드 방출을 감소시키기 위해 상기 밸브 장치 및/또는 상기 파이프 접합부의 폐쇄함으로써 바이패스 파이프로 가압될 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 전개에서, 밸브 장치는 파이프 접합부에 포함되고, 여기서 상기 접합부는 제1 밸브 부재 및 제2 밸브 부재를 포함한다. 제1 및 제2 밸브 부재들은 특히 서로 독립적으로 가동 가능(movable)하다. 바람직하게는 제1 및 제2 밸브 부재들은 서로 독립적인 밸브 부재들을 제어하도록 적용된 제어 유닛(control unit)으로 인해 및/또는 기계적 연결로 인해 서로 독립적으로 가동 가능하다. 밸브 부재들이 오직 서로 독립적인 수단으로 가동 가능하다면, 제어는 단순화되고 제어 오류의 리스크(risk of control errors)는 감소될 수 있다. 밸브 부재들의 독립적인 제어는 다른 한편으로 상기 배기 시스템을 통한 배기가스 스트림을 제어하기 위한 큰 자유도(degree of freedom)를 허용한다.
본 발명의 바람직한 다른(further) 전개에서 제1 밸브 부재는 선택적으로 공통 커넥션 애퍼처 및/또는 좌측 배기 트랙 애퍼처를 개방하기 위해 가동 가능한 좌측 밸부 부재이다. 다른 전개로, 제2 밸브 부재는 선택적으로 공통 커넥션 애퍼처 및/또는 우측 배기 트랙 애퍼처를 개방하기 위해 가동 가능한 우측 밸브 부재이다.
또 다른 전개에서, 제1 밸브 부재는 선택적으로 공통 커넥션 애퍼처를 개방 또는 폐쇄하기 위한 중심 밸브 부재(central valve member)로 구현된다. 다른 전개에서 제2 밸브 부재는 트랙 애퍼처들을 모두 개방 또는 폐쇄하기 위한 공통 밸브 부재(common valve member)로 구현된다.
파이프 접합부가 제1 밸브 부재 및 제2 밸브 부재를 포함하는, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 상기 제1 밸브 부재 및 상기 제2 밸브 부재는 회전(rotationally) 가동 가능하고, 여기서 바람직하게는 밸브 부재들 모두 동일한 회전축 주위로 회전 가동 가능하거나 또는 여기서 제1 밸브 부재는 제1 회전축 주위로 회전 가동 가능하고 여기서 제2 밸브 부재는 제2 회전축 주위로 회전 가동 가능하며, 여기서 상기 제1 회전축은 상기 제2 회전축에 근본적으로 평행하다. 바람직하게는, 상기 제1 밸브 부재 및/또는 상기 제2 밸브 부재는 엑센트릭(excentric) 폐쇄 부재, 예컨대 벽을 포함하고, 엑센트릭 폐쇄 부재는 각각의 밸브 부재의 회전축에 대하여 편심(excentric)이다. 두 개의 평행한 회전축, 제1 회전축 및 제2 회전축 사이의 거리(distance)는 폐쇄 부재의 반지름 오프셋(radial offset) 거리의 약 두 배일 수 있다.
본 발명의 제2 측면(a second aspect)에 따르면, 내연 자동차 엔진, 예컨대 V-엔진 또는 박서 엔진을 위한 배기 시스템은 상기 내연 자동차 엔진의 좌측 실린더 그룹에 연결 가능한 좌측 배기 트랙 및 상기 내연 자동차 엔진의 우측 실린더 그룹에 연결 가능한 우측 배기 트랙을 포함한다. 본 발명에 따른 이 제2 측면에서, 배기 트랙 각각은 상기 트랙이 연결 가능한 실린더의 그룹으로부터 배출된 배기가스를 수용하기 위한 트랙 주입구 및 대기로 개구된 적어도 두 개의 배기 배출구, 특히 메인 배기 배출구 및 바이패스 배기 배출구로 이루어진(defining) 트랙 구조를 포함한다.
본 발명의 이 제2 측면에 따르면, 각각의 배기 트랙은 트랙 주입구 및 적어도 두 개의 배기 배출구 중 하나 사이에 배치된 트랙 애퍼처를 개방 및/또는 폐쇄하기 위한 밸브 장치를 더 포함하고, 상기 밸브 장치의 개방 상태에서, 배기가스가 트랙 주입구로부터 적어도 두 개의 배기 배출구 전부로 수송 가능하도록 하고, 그리고 상기 밸브 장치의 폐쇄 상태에서, 배기가스가 트랙 주입구로부터 바람직하게는 적어도 두 개의 배기 배출구 중 정확히 하나, 바람직하게는 정확히 둘, 특히 메인 배기 배출구로 흐르는 것이 방지되도록 한다. 배기 트랙 각각은 적어도 하나의 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처를 상기 트랙들 사이로 배기가스를 수송하기 위해 더 포함한다. 본 발명의 이 제2 측면에 따른 배기 시스템은 적어도 하나의 밸브 부재, 바람직하게는 정확히 하나 또는 두 개의 밸브 부재를, 적어도 하나의 커넥션에서 선택적으로 개방 또는 폐쇄하기 위해 포함한다.
본 발명의 이 제2 측면에서 배기 시스템은 따라서 좌측 트랙 주입구, 적어도 두 개의 좌측 배기 배출구, 특히 좌측 메인 배기 배출구 및 좌측 바이패스 배기 배출구, 좌측 주입구 및 적어도 두 개의 좌측 배기 배출구 중 하나 사이에 배치된 좌측 트랙 애퍼처를 개방 또는 폐쇄하기 위한 좌측 밸브 장치로 이루어진 트랙 구조를 포함하는 좌측 배기 트랙을 갖고, 좌측 밸브 장치가 좌측 주입구로부터 적어도 두 개의 좌측 배기 배출구 중 적어도 하나로 배기가스가 수송되는 것을 허용 또는 방지할 수 있도록 한다. 이 좌측 배기 트랙은 적어도 하나의 커넥션을 더 포함하고, 이것은 좌측 및 우측 배기 트랙의 공통 커넥션 애퍼처로서 좌측 트랙에서 우측 트랙으로 배기가스를 수송하기 위해 구현될 수 있다. 밸브 부재는 선택적으로 상기 적어도 하나의 커넥션을 개방 또는 폐쇄하기 위해 제공될 수 있다. 우측 배기 트랙은 우측 트랙 주입구, 적어도 두 개의 우측 배기 배출구, 및 우측 밸브 장치로 이루어진 우측 트랙 구조를 포함하고, 이것은 좌측 트랙의 좌측 구성요소들에 대응하여 제공된 것과 같은 동일한 기능을 우측 트랙에 제공한다. 좌측 배기 트랙은 두 개의 좌측 배기 개구부를 갖고 이것은 바람직하게는 우측 배기 트랙의 두 개의 우측 배기 개구부와 상이하다. 따라서 상기 배기 시스템은 바람직하게는 총 적어도 4개의 배기 배출구를 갖는다. 우측 배기 트랙은 적어도 하나의 커넥션을 우측 트랙으로부터 좌측 트랙으로 배기가스를 수송하기 위해 더 포함하고 이것은 바람직하게는 커넥션이 공통 커넥션 애퍼처로 구현된다. 상기 배기 시스템은 적어도 하나의 밸브 부재를 상기 커넥션을 개방 및/또는 폐쇄하기 위해 포함한다. 상기 배기 시스템은 특히 제1 밸브 및 제2 밸브를 포함하고 이것은 상기 본 발명의 제1 측면에 대하여 설명된 제1 및 제2 밸브 방식으로 기능할 수 있다. 본 발명의 제2 측면에서 상기 배기 시스템을 통한 배기가스 플로우(flow)는 상기 밸브 장치(들) 및 상기 밸브 부재를 통해 성능 및/또는 사운드 방출을 최적으로 개선할 수 있기 위해서 매우 정확한(precise) 방법으로 제어될 수 있는 것이 유리하다(advantageous).
본 발명의 이 제2 측면에 대하여 좌측 및 우측 트랙 중 어느 하나는 밸브 장치를 포함할 것이다(shall comprise). 이 방식에서(in this way), 좌측 메인 배기 배출구를 통한 배기가스 플로우는 좌측 밸브 장치에 의해 우세하게 조절되는 반면 우측 메인 배기 배출구를 통한 배기가스 플로우는 우측 밸브 장치에 의해 우세적으로 영향을 받는다. 하나의 기능 유닛(functional unit)으로 좌측 밸브 장치 및 우측 밸브 장치를 포함하는 것이, 예를 들어 상기 언급한 또 다른 전개들 중 하나에 대하여 설명한 바와 같은 공통 밸브 부재를 포함함으로써, 가능함에도 불구하고, 하나의 각각의 개별적인 좌측 또는 우측 밸브 장치가 각각의 좌측 또는 우측 배기 트랙에 배치되는 것이 바람직하다.
바람직하게, 적어도 4개의 배기 배출구 각각은 대기로 개구되고 여기서 각각의 배기 배출구는 다른 배기 배출구들 전부로부터 분리된다. 배기 배출구는 예를 들어, 서로 옆에, 환상(annular) 배출구 면적과 서로 공축(coaxial), 허니콤-같은 식으로(in a honeycomb-like-fashion), 또는 이와 유사하게 배치될 수 있다.
본 발명의 제2 측면의 바람직한 실시예에서, 메인 배기 배출구의 단면적 또는 배출구 면적은, 바이패스 배기 배출구의 단면적 또는 배출구 면적 보다 크고, 바람직하게는 적어도 약 1.1 배, 1.25 배, 1.3 배, 1.5 배, 2.0 배, 2.5 배, 3.0 배, 4.0 배 또는 그 이상 크다.
본 발명의 제2 측면에 따른 배기 시스템의 또 다른 바람직한 실시예는 커넥션에 대하여 각각 좌측 또는 우측 배기 트랙 다운스트림에 배치된 밸브 장치를 포함한다. 상기 커넥션은 바람직하게는 공통 커넥션 애퍼처로 구현된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 각각의 배기 트랙은 트랙 주입구로부터 적어도 두 개의 개구부 중 하나로, 바람직하게는 바이패스 배기 개구부로 배기가스를 수송하기 위한 바이패스 라인을 더 포함한다.
본 발명의 다른 전개에서, 상기 바이패스 라인은 각각의 배기 트랙에서 메인 파이프(piping)로부터 분리되고, 메인 파이프는 각각의 트랙 주입구 및 적어도 두 개의 배기 개구부와 다른 적어도 하나, 바람직하게는, 커넥션의 업스트림이나 다운스트림 중 어느 하나, 바람직하게는 커넥션 파이프가 커넥션 애퍼처를 포함하는 각각의 배기 트랙의 커넥션 파이프의, 메인 배기 개구부를 포함한다(main piping includes the respective tract inlet and a least one other of the at least two exhaust openings, preferably the main exhaust opening, either upstream or downstream of the connection, preferably of a connection pipe of the respective exhaust tract which connection pipe includes a connection aperture).
본 발명의 제1 및/또는 제2 측면에 따른 배기 시스템의 바람직한 실시예는 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처를 엔진 작동 상태, 예컨대 선결정된 rpm-범위, 예를 들어 2,000 rpm 이하(less than), 3,000 rpm 이하, 3,000 rpm 이상(more than), 4,000 rpm 이상, 2,000 내지 4,000 rpm, 및/또는 드라이버(driver)에 의해 선택된 세팅(setting), 예컨대 스포츠 세팅 또는 컴포트 세팅(comfort setting)에 따라, 바람직하게는 적어도 부분적으로, 보다 바람직하게는 부분적 및/또는 완전히, 개방 또는 폐쇄하도록 밸브 부재를 제어하기 위한 제어 유닛을 포함한다.
밸브 부재 및 밸브 장치를 포함하는 본 발명의 제1 및 제2 측면에 따른 배기 시스템의 다른 전개는 밸브 부재 및 밸브 장치를 하기 세팅 중 적어도 하나에 따라 제어하도록 적용된 제어 유닛을 포함할 수 있다: 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처는 폐쇄되고 그리고 우측 배기 트랙 애퍼처 및 좌측 배기 트랙 애퍼처는 개방된 제1 세팅(세팅 I). 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처는 개방되고 그리고 우측 배기 트랙 애퍼처 뿐만 아니라 좌측 배기 트랙 애퍼처가 개방된 제2 세팅(세팅 II). 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처는 개방되고 그리고 우측 배기 트랙 애퍼처 및 좌측 배기 트랙 애퍼처는 완전히 폐쇄된 제3 세팅(세팅 III). 세팅 I에서 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처는 바람직하게는 완전히 폐쇄되고 밀폐된다(sealed). 바람직하게는, 제어 유닛이 제1, 제2 또는 제3 세팅 중 어느 하나에 따라 밸브 부재를 제어하도록 적용된다. 보다 바람직하게는, 제어 유닛이 독점적으로 상기 언급한 3개의 세팅 I, II 및 III에 따라 밸브 부재 및 밸브 장치를 제어하도록 적용된다.
더 바람직한 실시예에서 제어 유닛은 하기 세팅 중 적어도 하나를 추가적으로 따라 밸브 부재를 제어하도록 적용된다: 제4 세팅에 따르면, 여기서 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처가 바람직하게는 완전히 폐쇄되고 그리고 우측 배기 트랙 애퍼처 및 좌측 배기 트랙 애퍼처가 완전히 폐쇄된다(세팅 IV). 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처가 개방되고 그리고 우측 배기 트랙 애퍼처 및/또는 좌측 배기 트랙 애퍼처가 부분적으로 폐쇄된 제5 세팅(세팅 V). 세팅 V에서, 부분적으로 폐쇄되지 않은 배기 트랙 애퍼처는 완전히 개방된다. 커넥션, 특히 공통 커넥션 애퍼처가 개방되고 그리고 하나의 배기 트랙 애퍼처(좌측 배기 트랙 애퍼처 또는 우측 배기 트랙 애퍼처)가 바람직하게는 완전히 개방되고, 여기서 다른 배기 트랙 애퍼처, 좌측 배기 트랙 애퍼처 또는 우측 배기 트랙 애퍼처는 완전히 폐쇄된 제6 세팅(세팅 VI). 다른(further) 세팅들이 또한 가능하다.
본 발명의 제2 측면에 따른 보다 바람직한 실시예에서, 커넥션, 바람직하게는 공통 커넥션 애퍼처는 좌측 배기 트랙 및 우측 배기 트랙의 근본적으로 X-형 파이프 접합부로 제공된다. X-형 파이프 접합부는 본 발명의 제1 측면에 대하여 상기에서 설명한 것과 같이 구현될 수 있다. 바람직하게는, 하나의 유일 커넥션이 상기 배기 트랙들 사이에 배기가스를 수송하기 위해 제공된다.
본 발명의 제1 측면 및 본 발명의 제2 측면은 결합될 수 있다. 바람직하게는, 제1 측면의 임의의 개별적 특징들이 본 발명의 제2 측면에 따른 본 발명에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 제2 측면에 대하여 상기에서 설명한 개별적 특징들이 본 발명의 제1 측면에 사용될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 배기 조작(manipulating) 장치(들), 예컨대 배기가스 정제 장치(purification device), 배기가스 클리닝 장치(cleaning device) 및/또는 배기가스 사일런싱 장치(silencing device) (특히 머플러(muffler) 및/또는 캐털라이저(catalyzer))가 배기가스 트랙 중 하나 또는 바람직하게는 모두에, 예를 들면 엔진 및 파이프 접합부 사이에, 파이프 접합부 및 배기 배출구 사이에, 파이프 접합부 및 업스트림 또는 다운스트림 밸브 장치 사이에, 바이패스 라인에, 바이패스 밸브 분리 위치의 메인 라인 업스트림 및/또는 다운스트림에서 또는 어디든지(in a main linε upstream and/or downstream of a split-off position of a bypass valve or elsewhere) 배치될 수 있다.
상기 배기 시스템은 대기로 개구된 배기 배출구들을 제외하고 대기에 대하여 배기가스 타이트 밀폐(tight confinement)를 구현한다. 이러한 배기가스 타이트 밀폐를 제공함으로써, 배기가스는 대기로 나가기 전에 원하지 않는 가스 방출 및/또는 소음 방출이 생략되도록 적어도 하나의 배기가스 정제 장치, 배기가스 클리닝 장치 및/또는 배기가스 사일런싱 장치를 통해 엔진으로부터 흐르도록 가압된다. 이를 위해(To this end), 배기 시스템의 개별적인 구성요소들, 특히 배기가스 정제 장치, 배기가스 클리닝 장치 및/또는 배기가스 사일런싱 장치, 파이프 접합부 및/또는 밸브 장치가 적어도 하나의 상호연결(interconnection) 주입구 및 적어도 하나의 상호연결 배출구로 구성된 각각의 가스 타이트 하우징(tight housing)이 제공되고, 상기 가스 타이트 하우징이 상기 배기 시스템을 통한 배기가스 수송을 방해하지 않도록 한다.
다른 실시예들, 특징들 및 기술적 특면들이 종속항들(sub-claims)에서 설명된다. 본 발명의 바람직한 실시예들의 다른 세부 사항들(details)은 첨부된 도면들에서 나타내고 여기서:
도 1은 일반적인 구조에 따른 배기 시스템의 제1 실시예의 개략도(schematic illustration)이다;
도 1a는 제1 실시예에 다른 개방 밸브 부재를 포함하는 파이프 접합부의 개략적 단면도(schematic sectional view)이다;
도 2는 제1 실시예에 따른 개방 밸브 부재를 포함하는 파이프 접합부의 개략적 단면도이다;
도 3은 폐쇄 밸브 부재를 포함하는 도 2에 따른 파이프 접합부의 개략적 단면도이다;
도 4는 바이패스 애퍼처들을 포함하는 도 2의 밸브 부재와 유사한 파이프 접합부의 특정 실시예를 나타낸다;
도 5a는 두 개의 밸브 부재를 포함하는 제2 실시예에 따른 파이프 접합부의 상면도(top view)를 나타낸다;
도 5b는 다른 세팅에서 도 5a 따른 파이프 접합부의 상면도를 나타낸다;
도 6a는 도 5a에 따른 파이프 접합부의 개략적인 단면도를 나타낸다;
도 6b는 도 5a에 따른 파이프 접합부의 밸브 부재의 측면도(side view)를 나타낸다;
도 6c는 라인 I-I를 통한 도 6a에 따른 밸브 부재의 상부 단면도(top sectional view)를 나타낸다;
도 7 내지 9는 도 5에 따른 파이프 접합부에서 밸브 부재들의 추가적인(further) 세팅들을 나타낸다;
도 10은 두 개의 배기 트랙들 사이의 공통 애퍼처를 개방 및 폐쇄하기 위한 중심 밸브 부재 그리고 트랙들 모두의 트랙 애패처들을 개방 또는 폐쇄하기 위한 공통 밸브 부재를 갖는 파이프 접합부의 추가적인 실시예를 나타낸다;
도 11은 도 10에 따른 파이프 접합부의 측면 단면도(side sectional view)를 나타낸다;
도 12는 도 10의 파이프 접합부의 투시도(perspective view)를 나타낸다;
도 13은 도 10에 따른 파이프 접합부의 공통 밸브 부재의 상세한 도면이다;
도 14는 일 특정 세팅에서 배기 시스템의 사운드 방출을 나타내는 사운드 맵(sound map); 및
도 15는 다른 특정 세팅에서 배기 시스템의 사운드 방출을 아타내는 제2 사운드 맵.
내연 자동차 엔진용 배기 시스템은 일반적으로 참조 번호(reference number) 1로 제공된다. 배기 시스템은 두 개의 배기 트랙, 즉 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7을 포함한다. 표현 "좌측(left)" 및 "우측(right)"은 배기 시스템 및/또는 내연 엔진의 마운트 위치(mounting position)를 나타내지만, 또한 수직면(vertical plane) 또는 다른 방향으로 배향된 두 개의 분리된 실린더 그룹들이 실린더의 두 개의 분리 그룹 및 배기 트랙들 5, 7을 구분하기 위해 좌측 또는 우측으로 설명될 수 있음이 주목될 것이다(shall be noted). 또한 표현 "좌측" 및 "우측"은 각 실린더가 이의 배기가스를 독점적으로 좌측 배기 트랙 5 또는 우측 배기 트랙 7에 전달하도록 단일 라인(sinle line)에 배치된 실린더들을 갖는 엔진에 연결된 배기 트랙들 그러나 바람직하게는 상기 선형 엔진의 개별적 실린더들의 배기가스를 위해 제공된 두 개의 분리 배기 트랙을 나타내는데 사용될 수 있음이 주목될 것이다.
도 1에 도시된 내연 자동차 엔진 3은 4개의 실린더 좌측 그룹 35 및 4개의 실린더 우측 그룹 37을 포함하는 V-8 엔진을 나타낸다. 본 발명에 따른 원리(principle)가 또한 다른 실린더 수의 V-엔진, 예컨대 V-6 또는 V-12 엔진, 또는 이와 유사한 것들, 또는 예를 들어 박서 엔진에 사용될 수 있음이 명확할 것이다.
엔진 3의 실린더들의 각각의 그룹 35, 37은 배기 트랙 5, 7에 실린더들 37, 35로부터 대기로 배기가스를 수송하기 위해 연결된다. 실린더들의 우측 그룹 37은 배기가스를 다운스트림으로 전달하기 위해 트랙 주입구 71에 연결되고 실린더들의 좌측 열(left row) 35은 실린더들의 좌측 열 35로부터 배기가스를 수송하기 위해 좌측 트랙 주입구에 연결된다.
좌측 배기 트랙 5는 실린더의 좌측 열 35 및 대기 사이에 하기 순서로 배치된, 커넥션 파이프 55로 이어지는 트랙 주입구 51, 커넥션 파이프 55, 및 커넥션 파이프 55로부터의 다운스트림, 궁극적으로 배기 배출구 53으로 이어지는 제거 파이프(removal pipe) 55를 포함한다. 동일한 방식으로(In the same fashion), 우측 배기 트랙 7은 실린더들의 우측 열 37로부터 대기를 향하도록, 실린더의 우측 열 37로부터 배기가스를 수용 그리고 상기 실린더로부터 이를 수송하기 위한 트랙 주입구 71, 트랙 주입구 71로부터 배기가스를 수용하는 우측 커넥션 파이프 75, 그리고 우측 배기 개구부 73를 향해 커넥션 파이프 75 밖으로 배기가스를 수송하기 위한 제거 파이프를 포함한다.
각각의 배기 트랙 5, 7은 추가적인 부재들 예컨대 각각 우측 또는 좌측 배기 배출구 53, 73에 근접하게 배치된 각각의 좌측 또는 우측 후방 머플러(rear muffler) 14 또는 좌측 또는 우측 밸브 장치 52, 72를 포함할 수 있다. 각각의 트랙 5, 7은 우측 및 좌측 밸브 장치들 13의 업스트림으로 제거 파이프 59, 79로부터 분리된 적어도 우측 또는 좌측 바이패스 라인 57, 77을 더 포함하고, 이것은 도 1에 있다. 도 1에 따른 배기 시스템 1은 두 개의 우측 배기 배출구 73 및 두 개의 좌측 배기 배출구 53, 각각의 메인 배기 배출구 53a, 73a 그리고 제2 배기 배출구 53b, 74b 또는 바이패스 배기 배출구를 갖는다. 바이패스 배기 배출구 53b, 73b 및/또는 바이패스 라인 57, 77은 대기로 배기가스를 전달하기 위한 직경(diameter)을 갖고 이것은 바람직하게는 메인 배기 배출구 53a, 53b 또는 각각의 트랙 5 또는 7의 직경 보다 작다.
밸브 장치 13 또는 바이패스 활성 밸브(bypass activation valve)는 좌측 트랙 5 및 우측 트랙 7의 각각의 제거 파이프 59, 79에 배치된다. 각각의 바이패스 라인 57, 77은 바이패스 활성 밸브 13의 업스트림으로 제거 파이프 59, 79로부터 분리된다. 바이패스 활성 밸브 13이 이의 개방 또는 패시브(passive) 상태에 있기만 하면, 배기가스는 커넥션 파이프 55, 75로부터 메인 배기 배출구 53a, 73a로 자유롭게 각각의 트랙 애퍼처를 통과할 수 있다. 더 큰 직경의 메인 배기 배출구 53a, 73a를 통한 배기가스 방출은 각각의 배기 트랙 5, 7을 통해 더 많은 양의 공기 또는 배기가스가 더 적은 스트리밍 저항 (그리고 더 적은 소음 감소)으로 감소되도록 한다.
밸브 장치 13의 활성 또는 폐쇄 조건에서, 트랙 애퍼처는 배기가스가 좌측 또는 우측 배기 트랙 5, 7의 각각의 바이패스 라인 57, 77을 통해 흐르도록 그리고 바이패스 개구부 53b, 73b를 통해 그리고 따라서 상대적으로 작은 배기 개구부를 통해 나가도록 가압하기 위해 폐쇄된다. 따라서 밸브 장치 13의 활성 상태(condition)은 엔진 3으로부터 상대적으로 작은 바이패스 파이프 57, 77로의 배기가스의 플로우를 제한하고 이것은 배기 시스템의 소음 방출을 감소시킨다. 바이패스 라인 57, 77 및 바이패스 배기 배출구 53b, 73b에 대한 메인 제거 파이프 59, 79 및 메인 배기 배출구 53a, 73a의 본질적인 차이는 바이패스 라인 57 및/또는 배출구 53b, 73b에서 배기가스에 대한 증가된 플로우 저항(flow resistance) 그리고 더 큰 사일런싱(silencing) 효과이다.
밸브 장치 13은 완전 폐쇄에서 완전 개방으로, 0% 개방에서 100% 개방으로 트랙 애퍼처의 유효 사이즈(effective size)를 연속적으로 조정하도록 제어될 수 있고, 이것은 매우 미세 조정된 조절을 허용한다.
도 1 (및 또한 도 1a)에 따른 바람직한 실시예에서, 이 저항은 바이패스 라이 57, 77 및 바이패스 배출구 53b, 73b 모두의 메인 라인 59 및 메인 배출구 53a의 대응 구성요소들에 대해 상당히 더 작은 파이프 직경에 의해 구현된다. 그러나, 이러한 저항은 또한 바이패스 배출구 53b, 73b 단독 또는 바이패스 라인 57, 77의 오직 일부분 또는 섹션들의 사이즈를 감소시킴으로써 구현될 수 있다.
트랙들 5, 7 모두의 바이패스 활성 밸브들 13은 더 스포티(sporty)하고 더 고성능의 드라이빙(performant driving)을 위해 개방되도록 (또는 패시브로) 설정될 수 있다. 트랙들 5, 7 모두의 바이패스 활성 밸브들 13은 소음 감소를 위해 및/또는 만약 차가 스포티 또는 고도로 고성능 방식으로 운전되지 않는 경우 폐쇄(또는 활성화)될 수 있다.
또한 우측 트랙 7 또는 좌측 트랙 5 중 어느 하나의 밸브 장치 13는 개방되고 다른 트랙(5 또는 7)의 밸브 장치 13는 폐쇄 (또는 활성화)되는 것이 가능하다. 예를 들어 우측 밸브 장치 13는 폐쇄되고 그리고 여기서 좌측 밸브 장치 13은 개방되거나 반대로의 밸브 장치 세팅은 성능의 중간 증가(medium increase)로 그리고 사운드 방출의 중간 증가를 허용하는 중간 세팅(intermediate)을 구현할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 배기 시스템 1의 바람직한 실시예에 대해, 상기 배기 시스템 1은 파이프 접합부를 포함하고 여기서 커넥션 파이프들 55, 57이 트랙들 5, 7 사이에 배기가스를 수송하기 위해 공통 커넥션 애퍼처 91을 형성하도록 좌측 커넥션 파이프 55 및 우측 커넥션 파이프 75가 결합된다.
파이프 접합부 9는 근본적으로 X-형이다. 파이프 접합부 9의 X-형태는 근본적으로 우측 및 좌측 파이프들 55, 75의 형태에 의해 구현되고, 이의 각각은 U-형 또는 V-형을 구현하도록 구부러진다. 좌측 커넥션 파이프 55 및 우측 커넥션 파이프 57은 각각 U- 또는 V-형의 팁(tips)에서 결합된다. 각각의 커넥션 파이프 57, 75는 하기 섹션들로 나뉠 수 있다: 접합 섹션 56, 76, 여기서 좌측 커넥션 파이프 55 및 우측 커넥션 파이프 75는, 그들이 배기가스를 좌측 배기 트랙 5로부터 우측 배기 트랙 7으로 또는 그 반대로 통과시킬 수 있는 공통 커넥션 애퍼처 91을 구현하도록 서로 연결된다. 접합 센션들 56, 76으로부터 업스트림으로, 각각의 커넥션 파이프 55, 75는 배기가스가 트랙 주입구 51 또는 71로부터 접합 섹션들 56, 76을 향해 통과할 수 있는 파이프 팔 또는 주입구 섹션 55a, 75a을 갖는다.
접합 섹션 56, 76으로부터 다운스트림으로 각각의 커넥션 파이프 55, 75는 배기가스를 접합 섹션들 56, 76으로부터 그리고 특히 공통 커넥션 애퍼처 91에서 각각 좌측 제거 파이프 59 또는 우측 제거 파이프 70로 수송하기 위한 파이프 다리 55b, 75b 또는 배출구 섹션을 포함한다.
좌측 파이프 팔 55은 업스트림 주입구 애퍼처 55i를 갖고 이것은 좌측 트랙 주입구 51에 그들로부터 배기가스를 수용하기 위해 연결된다. 유사한 방식으로 우측 주입구 섹션 또는 파이프 팔 57a는 우측 트랙 주입구 71에 상기 우측 트랙 주입구 71로부터 배기가스를 수용하기 위해 연결된 우측 주입구 애퍼처 75i를 갖는다. 실린더의 우측 열 37로부터의 배기가스는 우측 트랙 주입구 71을 통해 독점적으로 우측 커넥션 파이프 75 그리고 그들의 주입구 애퍼처 75i로 빠져나간다. 유사하게, 실린더의 좌측 열 35로부터의 배기가스는 실린더들 35을 떠나 트랙 주입구 51를 통해 독점적으로 좌측 커넥션 파이프 55로 수송되고 좌측 커넥션 파이프 55는 좌측 트랙 주입구 51로부터 배기가스를 수용하기 위해 주입구 애퍼처 55i를 갖는다.
파이프 접합부 9는 밸브 부재 93을 포함하고 이것은 실린더의 좌측 열 53로부터 좌측 주입구 트랙 51로 (화살표 50으로 표시됨) 제거된 배기가스가 완전히 좌측 커넥션 파이프 55를 통해 좌측 제거 파이프 59로 수송되고 그것을 통해 흐르도록 (화살표 60으로 표시된 것과 같음), 좌측 배기 트랙 5의 배기가스를 우측 배기 트랙 7의 배기가스와 분리하도록 폐쇄될 수 있다. 근본적으로 동일한 방식으로, 실린더의 우측 열 33으로부터 우측 트랙 주입구 71로 나간 배기가스(화살표 70으로 표시됨)는 우측 커넥션 파이프 75를 통해 우측 제거 파이프 79로 완전히 수송되고 그것을 통해 우측 배기 개구부 73로 수송된다 (화살표 80으로 표시된 것과 같음). 상기 설명된 파이프 접합부 9의 폐쇄 상태(closed state)는 패시브 상태 또는 분리 상태(separation state)로 설명될 수 있다.
파이프 접합부 9는 또한 개방된 상태(opened state)에서 사용될 수 있고 이것은 활성 상태(active state) 또는 혼합 상태(mixing state)로 설명될 수 있다. 파이프 접합부 9의 활성 또는 혼합 상태에서, 밸브 부재 93는 개방되어 있고 따라서 공통 커넥션 애퍼처 91을 통해 좌측 커넥션 파이프 55 및 우측 커넥션 파이프 75 사이에 유체 커뮤니케이션(fluid communication)을 허용한다. 이 상태의 파이프 접합부 9에서, 실린더의 우측 열 37로부터 배출된 배기가스 70은 우측 커넥션 파이프 75의 주입구 섹션 75a를 지나가고 그 다음 직접적으로 우측 커넥션 파이프 75의 배출구 섹션 75b 또는 파이프 다리 중 어느 하나를 통해 우측 제거 파이프 79로 빠져나갈 수 있다. 또한, 파이프 접합부 9의 개방 상태에서, 실린더의 우측 열 37로부터의 배기가스 70는 또한 우측 주입구 섹션들 75a로부터 공통 커넥션 애퍼처 91을 통해 좌측 커넥션 파이프 55로, 바람직하게 대기를 향해 더 수송하기 위해 좌측 제거 파이프 59로 배출되도록 하기 위해, 빠져나갈 수 있다.
유사하게, 밸브 부재 93가 개방되어 있고 근본적으로 좌측 커넥션 파이프 55 및 우측 커넥션 파이프 75 개구(open) 사이의 공통 커넥션 애퍼처 91를 벗어날 때, 실린더의 좌측 열 35로부터 배출된 배기가스는 좌측 배기 트랙의 트랩 주입구 51를 통해 좌측 커넥션 파이프 55의 주입구 섹션 55a로 그리고 좌측 배출구 섹션 55b나 제거 파이프 59로 중 어느 하나로 또는 공통 커넥션 애퍼처 91을 통해 우측 커넥션 파이프 75로, 바람직하게는 우측 파이프 다리 75b를 통해 우측 제거 파이프 79로 배출되도록, 빠져나갈 수 있다.
공통 커넥션 애퍼처 91은 바람직하게는 밸브 부재 94의 연속적인 조정(continuous adjustment)에 의한 혼합 면적 또는 유효 처리 면적(effective throughput area)의 크기에 영향을 받을 수 있다. 밸브 부재 93은 공통 커넥션 애퍼처 91를 통한 플로우를 공통 커넥션 애퍼처 91로 정의된 혼합 면적의 0% 내지 100%로 제한할 수 있다. 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7 사이의 배기가스 교환은 이러한 방식으로 미세-조정될(fine-tuned) 수 있다.
X-형 접합부 9는 예를 들어 두 개의 파이프들을 국지적으로 아치형(sectionally arcuate shape) (예컨대 U-형)으로 구부림(bending)에 의해, 그리고 바람직하게는 각각의 파이프가 실질적으로 그들의 팁에서 같은 원형 애퍼처(identical circular aperture)를 갖도록 상기 파이프의 팁에서 U-형 파이프의 대칭축과 동축인 원형 면적(circular area)를 제거함으로써 구현될 수 있다. 그 다음 두 개의 파이프들은 좌측 커넥션 파이프 55 및 우측 커넥션 파이프 75 사이에 공통 커넥션 애퍼처 91이 구현되도록 그들의 원형 애퍼처들에서 결합될 수 있다. 바람직하게는 원통형 관-유사 섹션(cylindrical tube-like section)이 좌측 커넥션 55 및 우측 커넥션 파이프 75 사이에 없고(즉: H-관 없음), 이것은 관-유사 섹션이 좌측 및 우측 커넥션 파이프 55, 75 사이를 대각선으로(diagonally) 연장함이 명확할 것이다.
커넥션 파이프들 55, 75sms 또한 원형 단면적 외의 다른 형태, 예를 들어 2차원 단면적(quadratic cross-section), 타원형 단면적(elliptical cross-section), 다면체 단면적(polygonal cross-section), 또는 이와 유사한 형태를 가질 수 있다. 공통 커넥션 애퍼처를 구현하기 위한 파이프 섹션의 애퍼처는 원형일 필요는 없지만, 예를 들어 또한 2차원, 사각형(rectangular), 다면체, 타원형 또는 이와 유사한 것일 수 있다.
좌측 배기 트랙 5의 메인 파이프들의 단면적, 즉, 마지막 실린더의 좌측 열 35의 다운스트림으로 트랙 주입구 51, 주입구 섹션 55a, 배출구 섹션 55b 및 바람직하게는 또한 접합부 섹션 56 및 제거 파이프 59를 구현하는 파이프는 바람직하게는 근본적으로 일정하다. 우측 배기 트랙 7의 메인 파이프들에 동일한 것이 적용되고, 즉, 우측 실린더로부터 다운스트림으로 트랙 주입구 71, 우측 주입구 섹션 75a, 우측 배출구 섹션 75b 및 우측 제거 파이프 79 뿐만 아니라 바람직하게는 우측 커넥션 파이프 75의 접합 섹션 76이 바람직하게는 일정하다. 특히, 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7의 단면적은 근본적으로 서로 동일할 수 있거나 또는 트랙들이 근본적으로 서로 거울-대칭(mirror-symmetrical)일 수 있다.
공통 커넥션 애퍼처 91의 단면적(배기가스가 하나의 배기 트랙으로부터 다른 것으로 지나갈 수 있는 영역이기 때문에, 혼합 영역이라고도 불릴 수 있음)은 좌측 또는 우측 배기 트랙 5 또는 7의 단면적으로 정의된, 또는 특히 좌측 또는 우측 커넥션 파이프 55 또는 75의 단면적으로 정의된, 특히 그들의 주입구 애퍼처 55i, 75i 또는 배출구 애퍼처 55o, 75o 각각에서, 기준 영역(reference area) 사이즈의 적어도 0.25 배 그리고 최대 4 배이다(measure). 특히, 혼합 영역은 기준 영역 사이즈의 적어도 0.5 배 그리고 최대 1.5 배이다. 바람직하게는, 혼합 영역의 사이즈가 기준 영역 사이즈의 최소 3/4 배 그리고 최대 1.5 배이다. 더 바람직하게는, 혼합 영역의 사이즈가 기준 영역의 사이즈의 90% 내지 110%이다. 가장 바람직하게는, 혼합 영역 및 기준 영역의 사이즈가 동일하다.
기준 영역은 또한 혼합 영역의 중심에서 또는 접합부 섹션들 56, 76의 중심에서 혼합 영역에 수직인 좌측 커넥션 파이프 55 또는 우측 커넥션 파이프 75의 단면적으로 또는 커넥션 파이프들 55, 75 둘 다의 단면적의 합계로 정의될 수 있다.
파이프 접합부 및 특히 공통 커넥션 애퍼처는 좌측 배기 트랙 및 우측 배기 트랙 8 사이에 배기가스를 수송하기 위해 하나 또는 유일 커넥션을 구현한다. 상기 배기 시스템은 배기가스가 파이프 접합부 9의 업스트림 트랙 주입구 51, 71로부터 파이프 접합부 9의 다운스트림 제거 파이프 59, 79로 직접적으로 흐를 수 있는 임의의 바이패스 라인이 없고, 파이프 접합부 9의 커넥션 파이프들 55, 75 중 적어도 하나를 통해 흐르지 않는다.
각각의 개별적인 배기 개구부 53a, 53b, 73a, 73b는 대기로 즉시 나간다(exit). 특히, 배기 시스템의 바이패스 라인들 57, 77은 서로 별도로 구현되고 배기가스의 상호교환을 위한 유체 커넥션(fluidal connection)을 갖지 않는다. 메인 배기 라인들, 특히 제거 파이프들 59, 79, 다운스트림 밸브 장치(들) 13은 배기가스의 상호교환을 위한 유체 커넥션이 파이프 접합부 9의 다운스트림으로 구현되지 않도록 서로 별도로 구현된다.
도 1에 도시된 바람직한 실시예에 따른 배기 시스템 1에서, 근본적으로 엔진 3을 통해 배출된 모든 배기가스 52, 72는, 엔진에 의해 배출된 가스가 배기 시스템 1로부터 대기로 배출되기 전에, 파이프 접합부 9, 즉, 파이프 접합부 9의 커넥션 파이프들 55 및/또는 75의 적어도 하나를 통해 흘러야 한다. 밸브 장치 13 또는 바이패스 활성 밸브를 통해 통과된 배기가스 54, 74는 직접적으로 대기로 유도된다. 바이패스 활성 밸브 13을 통과한 후, 좌측 배기 트랙 5의 배기가스 54 뿐만 아니라 우측 배기 트랙 8의 배기가스 74는 설계된 우측 또는 좌측 가스 배기 조작 장치, 예컨대 클리닝 및/또는 사일런싱 장치, 특히 캐털라이저 또는 머플러, 예컨대 후방 머플러 14를 통과할 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 본 발명의 제1 실시예에서, 좌측 배기 트랙 5의 배기가스 54는, 좌측 바이패스 활성 밸브 13을 통과한 후, 대기로 나가기 전 더 이상 우측 배기 트랙 7로 수송되지 않을 수 있다. 반대로, 우측 배기 트랙 7의 모든 배기 공기 74는, 우측 밸브 장치 13을 통과한 후, 대기로 직접적으로 또는 간접적으로 나가기 전, 더 이상 좌측 배기 트랙 5로 수송되도록 허용되지 않는다.
X-형 접합부 9는 배출구 섹션들 55b를 포함하고, 각각은 좌측 커넥션 튜브 55 또는 우측 커넥션 튜브 75 중 어느 하나에 속한다. 좌측 배출구 섹션 55b는 접합부 섹션 56으로부터 좌측 배출구 애퍼처 55 또는 좌측 제거 파이프 59로 이어진다. 우측 배출구 섹션 75b는 우측 접합부 섹션 76으로부터 우측 배출구 애퍼처 75o로 우측 제거 파이프 79를 향해 이어진다.
도 1a에 도시된 배기 시스템 1의 바람직한 실시예는 대부분에 대해 도 1에 도시된 배기 시스템 1과 동일하다. 동일한 참조 번호들이 그러므로 동일한 또는 유사한 구성요소들을 설명하는데 사용된다. 도 1a에 도시된 실시예의 파이프 접합부 9는 도 1에 도시된 실시예에 따른 파이프 접합부 9와 차이가 있고 여기서 이것은 하기에서 도 5 내지 도 9에 대해 설명하는 파이프 접합부를 사용한다. 그러나, 도 2, 3 또는 4에서 도시한 바와 같은 또는 도 10 내지 도 12에서 도시한 바와 같은 파이프 접합부가 도 1a에 도시한 것과 같은 배기 시스템 1의 실시예에 또한 사용될 수 있다.
도 1에 도시한 배기 시스템에 대해 도 1a에 따른 배기 시스템 1의 주요한 차이는 바이패스 라인들 57, 77에 의해 구현되고 이것은 파이프 접합부 9의 접합부 섹션들 56, 76의 업스트림으로 메인 배기 트랙으로부터 분리된다. 도 1a에서, 파이프 접합부 9를 통해 흐르지 않는 배기가스는 대기로 나가는 바이패스 라인들 57, 77 중 하나를 통과하여야 한다. 유사한 실시예들 (미도시)이 실린더 35, 37 및 공통 커넥션 애퍼처 91 사이에서 바이패스 라인 57, 77의 분리에 의해 구현될 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 이에 도시된 배기 시스템 1은 특히 도 5 내지 13에서 도시된 실시예들 중 하나에 따른 파이프 접합부 9를 실시하는 배기 시스템에 적합하고, 여기서 파이프 접합부 9는 공통 밸브 장치 90을 포함하며, 이는 하기 상세히 설명될 것이다. 이러한 배치에서(arrangement), 파이프 접합부의 다운스트림으로 추가적인 밸브 장치들이 생략될 수 있다.
도 1a에 도시된 것과 같은 배기 시스템 1은 특히 후방 엔진 레이아웃(rear engine layout)을 갖는 차에 적합하고, 여기서 배기 시스템은 더 컴팩트(compact)하다. 도 1a에 도시된 것과 같은 바이패스 라인들 57, 77의 길이는 따라서 이러한 후방 엔진 레이아웃을 위해 과장될 것으로 이해된다.
본 발명에 따른 배기 시스템 1의 파이프 접합부의 제1 바람직한 실시예가 도 2 및 3에 도시되고, 여기서 도 2는 개방 또는 활성 혼합 상태의 파이프 접합부 9를 도시하고 그리고 여기서 도 3은 폐쇄 또는 패스브 분리 상태의 파이프 접합부 9를 나타낸다. 도 2 및 3에서 도시된 파이프 접합부 9가 바람직하게는 도 1에 따른 배기 시스템 1에 사용될 수 있고, 여기서 파이프 접합부 9는 우측 밸브 장치 72의 업스트림으로 그리고 우측 밸브 장치 52의 업스트림으로 배치되고, 상기 언급한 참조 번호와 동일한 도 2 및 2에서 참조 번호는 동일 또는 유사한 구성요소들 또는 특징들을 나타낸다.
도 2 및 3의 파이프 접합부 9에서, 커넥션 파이프들 55, 75는 아치형 파이프들로 구현되고 공통 커넥션 애퍼처 91이 형성되도록 그들의 팁에서 결합되며, 이를 통해, 파이프 접합부 9의 개방 상태에서, 도 2에 도시한 바와 같이, 실린더 우측 열 37로부터의 배기가스 78b는 자유롭게 우측 배기 트랙 7에서 좌측 배기 트랙 7로 흐를 수 있고 그리고 그리하여 배기가스 58b는 실린더의 좌측 열 35로부터 우측 배기 트랙 8로 자유롭게 흐를 수 있다. 동시에, 실린더의 좌측 열 35로부터의 배기가스 58a는 좌측 커넥션 파이프 55의 주입구 애퍼처 55i로부터 좌측 커넥션 파이프의 배출구 애퍼처 55o로 통과함에 의해 여전히 좌측 배기 트랙 5에 남아있을 수 있다. 동일한 방식으로, 실린더의 우측 열 37로부터의 배기가스는 우측 커넥션 파이프 75의 우측 주입구 개구부 75i로부터 이의 우측 배출구 개구부 75o로, 화살표 78a로 나타낸 것과 같이, 통과함에 의해 우측 배기 트랙 내에 남아있을 수 있다.
도 2에서 개방된 것과 같이 도시된 밸브 부재 93은 회전 가능한 샤프트(shaft) 101에 연결된, 예를 들어 나사 (screws)를 사용하여, 간단한 플랩이다. 샤프트 101은 회전 가능하게 파이프 접합부 9에 2개의 직경 방향으로 마주한 베어링들(bearings) 103을 사용하여, 공통 커넥션 91에 대해 하나는 업스트림으로 그리고 다른 하나는 다운스트림으로, 고정된다. 업스트림 및/또는 다운스트림 베어링 103은 롤러 베어링(roller bearing)으로 구현될 수 있고, 보수의 용이함을 위해, 이것은 바람직하게는 슬라이딩 베이링(sliding bearing)으로 구현된다. 샤프트 101은 전자 모터(electronic motor) 99, 예컨대 서보 모터(servomotor)에 의해 작동되고, 이것은 배기 시스템 1의 전자 제어 유닛 11에 의해 조절된다 (도 1a에는 미도시).
동일한 전자 제어 유닛이 공통 커넥션 애퍼처 91 뿐만 아니라 밸브 장치 13을 개방 또는 폐쇄하도록, 또는 부분적으로 개방 또는 부분적으로 폐쇄하도록, 우측 7 및/또는 좌측 트랙 5에서 트랙 애퍼처를 폐쇄하기 위해, 밸브 부재 93을 제어할 수 있다. 제어 전자 제품(control electronics) 11은 밸브 장치 13을, 오직 트랙 애퍼처를 완전히 개방하거나 트랙 애퍼처를 완전히 폐쇄하도록, 그러나 바람직하게는 또한 부분적으로 개방된 또는 폐쇄된 상태의 트랙 애퍼처가 밸브 장치 13을 통해 달성될 수 있도록, 제어할 수 있다.
도 2 및 3에 따른 파이프 접합부 9의 바람직한 실시예의 밸브 부재를 구현하는 플랩 93은 공통 커넥션 애퍼처 91의 영역 또는 혼합 영역과 근본적으로 동일한 영역이고, 플랩 93이 공통 커넥션 애퍼처를 좌측 트랙 5 및 우측 트랙 7 사이에 수송함으로부터 배기가스 및/또는 사운드를 방해하기 위해여 완전히 폐쇄할 수 있도록 한다. 도 2에서, 플랩 93의 형태는 근본적으로 타원형이고 공통 커넥션 애퍼처 91의 형태이며 (미도시), 플랩 93에 대응한는 것 또한 타원형이다. 상기에서 설명한 바와 같이, 애퍼처 91의 기하학적 구조는 몇몇 가능한 기하학적 구성들(geometrical configurations) 중 하나에 따른 형태일 수 있고, 그리고 플랩 93이 그에 맞춘 형태일 것임이 명확할 것이다. 타원형의 애퍼처 91 및 플랩 93이 파이프 접합부 9의 공기 역학적(aerodynamic) 특성들에 대해 유리하지만, 2차원 또는 사각형이 제조 단순화를 위해 선택될 수 있다. 사각형 또는 2차원으로 설명된 형태는 둥근 코너들(corners)를 가질 수 있음이 명확할 것이다.
밸브 부재 93의 움직임(movement)이, 특히 폐쇄 및 개방 상태 사이에서 약 90°의 회전으로, 밸브 부재 93, 샤프트 101, 또는 전자 모터 99에 따른 기계적 제한 행동(mechanical restriction acting)에 따라, 또는 전자 모터 99에 의한 전기 또는 전자 제한에 의해, 예를 들어 컨트롤러 11의 프로그래밍을 이용하여 또는 엔진이 특정 선결정된 범위, 특히 90° 미만 이동하는 것을 방해하는, 전자 엔진 11의 전자 공급 장치(electronic supply)에서 전자 구성요소들을 사용하여, 제한될 수 있다.
도 3은 파이프 접합부 9의 폐쇄 또는 분리 상태를 나타내고 여기서 밸브 부재 93은 파이프 접합부 9의 공통 커넥션 애퍼처 91을 폐쇄한다. 파이프 접합부 9의 폐쇄 상태에서, 실린더의 좌측 열 35로부터의 배기가스는 좌측 커넥션 파이프 55를, 이의 주입구 개구부 55i에서 이의 배출구 개구부 55o로, 독점적으로, 화살표 58a로 나타낸 것과 같이, 빠져나간다. 동일한 방식으로, 실린더의 우측 열 37로부터의 배기가스 72는 독점적으로 우측 커넥션 파이프 75를 통해, 이의 주입구 개구부 75i로부터 이의 배출구 개구부 75o로, 화살표 78a로 나타낸 것과 같이, 빠져나간다. 다시 말하면, 도 3에 도시된 폐쇄 파이프 접합부 9는 작동 상태(operating state)의 접합 실시예를 구현하고 여기서 실린더의 우측 열로부터의 배기가스는 절대 우측 배기 트랙 7로부터 좌측 배기 트랙 6로 통과되지 않으며 여기서 실린더의 좌측 열 35로부터의 배기가스 52는 좌측 배기 트랙 5로부터 우측 배기 트랙 7로 수송되지 않는다.
도 2 및 3에서 도시할 수 있는 것과 같이, 본 발명에 따른 배기 시스템 1의 파이프 접합부 9는 근본적으로 좌측 및 우측 커넥션 튜브 55, 75 사이에 모든 수송 튜브들이, 예컨대 US 7,703,571 B2의 수송 튜브(transfer tube), 없다. 오히려, 본 발명에 따른 배기 시스템의 파이프 접합부 9에서, 좌측 커넥션 파이프 55는, 이를 통해 배기가스가 실린더의 좌측 열 35로부터 좌측 배기 개구부 53을 향해 흐르는, 직접적으로 우측 배기 트랙 7의 커넥션 파이프 75에 결합된다. 이러한 파이프 접합부 9는 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7 사이에 사운드 수송 및/또는 배기가스 수송의 모든 손상(impairments)을 최소화한다.
도 4는 도 2의 것과 유사한 선택적 파이프 접합부 9를 나타내고 여기서 플랩 93은 두 개의 바이패스 애퍼처 94를 포함한다. 밸브 부재 93에 배치된 바이패스 애퍼처 94는 밸브 부재 93이 이의 완전 폐쇄 위치에서 개방 위치로 이동될 때, 배기 공기 이동(transferal) 및/또는 사운드 이동에서 갑작스런 변화가 발생하지 않도록 좌측 및 우측 배기 트랙들 5, 7 사이에 작은 양의 누출(leakage)을 허용한다. 바람직하게는, 이러한 바이패스 애퍼처 94는 커넥션 애퍼처 91 보다 상당히 작다. 특히, 바이패스 애퍼처 94의 영역은 공통 커넥션 애퍼처 91의 사이즈의 50% 미만(less than), 바람직하게는 30% 미만, 더 바람직하게는 20% 미만, 가장 바람직하게는 10% 미만이다. 밸브 부재 93의 애퍼처 94와 유사한 바이패스 애퍼처가 또한 밸브 부재 93을 공통 커넥션 애퍼처 91 보다 더 작게 만듦(dimensioning)에 의해 구현될 수 있다.
도 4에 도시된 파이프 접합부 9의 파이프 애퍼처 94의 것과 유사한 효과가 또한 밸브 부재 93이 공통 커넥션 애퍼처 91을 완전히 폐쇄하지 않은 상태가 되면, 도 2 및 3에 따른 파이프 접합부 9에서 달성될 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 도 2 및 3에 도시된 실시예들의 밸브 부재 93의 움직임 제한은 기계적으로, 전기적으로 또는 전자적으로 구현될 수 있다. 플랩 93으로서 나타낸 밸브 부재의 움직임은 예를 들어 90° 미만, 예를 들어 약 95° 또는 80°로 제한될 수 있다. 밸브 부재 93은 임의의 기계적 억제로부터 자유로울 수 있고 180°, 360°, 또는 그 이상 회전할 수 있으며, 이는 아마 본 명세서의 전자 모터 99 또는 제어 유닛 11에 의해 제한될 수 있다. 도 4의 플랩 93은 그 안에(therein) 두 개의 바이패스 홀(holes)을 갖는다. 대안적으로, 하나의 홀, 세 개의 홀, 네 개의 홀, 또는 그 이상의 홀이 유사한 플랩 93에 배치될 수 있다. 그들의 결합 영역(combined area)은 밸브 바이패스 영역으로 정의한다.
본 발명에 다른 배기 시스템 1용 파이프 접합부 9의 다른 디자인(design)은 도 5a 및 도 5b에 나타낸다. 도 1 내지 3에서 사용된 동일한 참조 번호가 도 5a 및 도 5b 뿐만 아니라 도 5a 및 도 5b의 실시예와 다른 도면들, 세부 사항들(details) 및/또는 세팅들을 나타내는 그 다음(subsequent) 도면들에서 동일 또는 유사한 구성요소들에 사용될 수 있다.
파이프 접합부 9는 도 5a에서 이의 개방 또는 혼합 상태를 나타내고 도 5b에서 이의 폐쇄 또는 분리 상태를 나타낸다. 도 2a에 대해 설명한 것과 같이 도 5a에 도시된 파이프 접합부 9의 개방 상태는 배기가스가 실린더의 각각의 그룹 35, 37로부터 배기 배출구 53, 73 또는 배기 트랙 중 어느 하나로 수송되도록 허용한다. 좌측 실린더 그룹 53으로부터 배출된 배기가스 50은 트랙 주입구 51을 통해 좌측 커넥션 파이프 55로 유도되고 여기서 이는 좌측 배출구 개구부 55o를 통해 좌측 배기 개구부 53로 또는 공통 커넥션 애퍼처 91을 통해 우측 커넥션 파이프 76로 그리고 추가적으로 우측 배기 개구부 73로 중 어느 하나에 대해 자유롭다. 우측 실린더 그룹 37로부터 배출된 배기가스 70은 우측 커넥션 파이프 75를 통해 우측 배기 개구부 73 또는 공통 커넥션 애퍼처 91을 통해 좌측 커넥션 파이프 55로 그리고 좌측 배기 개구부 53으로 중 어느 하나로 흐르는 것에 자유롭다.
도 5b에서 도시한 파이프 접합부 9의 폐쇄 상태에서, 파이프 접합부 9의 기능은 근본적으로 도 3에서 도시한 파이프 접합부의 기능과 동일하다. 그러나, 도 5에서 도시한 실시예에서, 두 개의 밸브 부재 93, 좌측 밸브 부재 95 및 우측 밸브 부재 97는 공통 커넥션 애퍼처 91를 통한 배기가스의 통과를 단 하나의 밸브 부재 대신 제한한다. 도 5b에 따른 파이프 접합부 9는 또한 좌측 또는 우측 밸브 부재 95 또는 97 중 단 하나가 공통 커넥션 애퍼처 91(미도시)를 폐쇄시킬 수 있다면 폐쇄 상태일 것이다. 두 개의 밸브 부재들 95 및 97의 사용은 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7 사이의 누설-방지(leak-tightness)를 증가시킨다.
도 3과 관련하여 상기에서 설명한 바와 유사한 방식으로, 도 5b에서 화살표 58a로 나타내고 좌측 실린더 그룹 35으로부터 배출된 배기가스는 독점적으로 좌측 배기 애퍼처 53으로 수송되는 반면 우측 실린더 그룹 37으로부터 배출된 배기가스 70은 독점적으로 좌측 배기 개구부 73으로 수송되고, 이것은 도 5b에서 화살표 78a로 나타낸다.
도 5a 및 도 5b에서 도시한 것과 같은 파이프 접합부 9의 하나의 대표적인 밸브 부재 95, 97를 도 6a, 6b 및 6c에 더 상세히 도시하고 이는 엑센트릭 플랩 또는 이의 회전축 (A95, A97)에 대해 반지름 방향으로(radially) 오프셋된(offset) 플랩으로 설명될 수 있다.
도 5a, 5b 및 6a에서 도시한 것과 같은 바람직한 실시예에서, 좌측 밸브 부재 95 및 우측 밸브 부재 97는 도 6b 및 도 6c의 상세한 도면이 좌측 및 우측 밸브 부재들 95, 97 모두에 관련된 것으로 보여질 수 있도록 근본적으로 서로 동일하다. 자연스럽게, 좌측 밸브 부재 및 우측 밸브 부재는 대안적으로 다르게 설계되거나 서로에 대해 다른 치수로 만들어질 수 있다(be dimensioned).
도 5a 내지 6b에서 나타낸 바와 같이, 이 실시예에 따른 파이프 접합부 9의 각각의 밸브 부재 93는 각각 좌측 또는 우측 회전축 A95 또는 A97(도 6c 및 b에서는 대문자 A로 간단히 나타냄) 주위를 회전할 수 있다. 회전축 A(A95 뿐만 아니라 A97)는 근본적으로 엔진으로부터 배기 개구부로의 유동(flow path)에 대하여 수직으로 그리고 또한 공통 커넥션 애퍼처 91의 중심을 통한 유로에 수직으로 배치된다. 다시 말하면, 좌측 커넥션 파이프 55 및 우측 커넥션 파이프 75는 공통 커넥션 애퍼처 91을 형성하기 위해 근본적으로 그들의 원주(circumference)에서, 가상선(imaginary line)이 공통 커넥션 애퍼처 91을 통해 좌측 커넥션 파이프 55의 중심으로부터 우측 커넥션 파이프 75의 중심으로 그려질 수 있고 좌측 밸브 부재 95 또는 우측 밸브 부재 97의 회전축 A95 또는 A97가 상기 언급한 가상선 뿐만 아니라 좌측 또는 우측 커넥션 파이프 55 또는 75 각각을 통한 유로에 수직이도록, 결합된다. 도 6a에서 도시한 바와 같이, 밸브 부재 97, 95의 축들은 근본적으로 서로에 대해 평행이다.
도 6에 따른 밸브 부재 각각은 바람직하게는 원형 상부 회전판(upper rotation plate) 96 그리고 바람직하게는 원형 하부 회전판(lower rotation plate) 98을 포함한다. 상부 회전판 96 및 하부 회전판 98 둘 다 각각 그들에 결합된 샤프트 부(shaft portion) 101을 갖고 이것은 밸브 부재 93의 회전축 A로 정의한다. 도 6a에서 도시한 바와 같이, 밸브 부재 93은 파이프 접합부 9에 슬라이딩 베어링들 103을 사용하여 마운트되고 여기서 샤프트 부들 101은 좌측 또는 우측 회전축 A95 또는 A97 주위로 회전가능하게 지탱된다(borne).
도 6a에서 나타낸 바와 같이, 밸브 부재 93 각각은 좌측 또는 우측 전자 모터, 바람직하게는 서보모터 99에 의해 유도된다. 서보모터들 99는 밸부 부재 93 각각 (미도시)의 샤프트 부 101에 직접적으로 결합될 수 있거나 좌측 또는 우측 기어박스(gear box) 105 또는 107을 전자 모터 99로부터 좌측 기어 박스 105을 통해 좌측 밸브 부재 95로 또는 우측 전자 모터 99로부터 우측 기어 박스 107을 통해 우측 밸브 부재 97로 회전 움직임을 수송하기 위해 가질 수 있다. 도 6a의 실시예에 따른 파이프 접합부 9의 단순화된 버전(version)은 공통 전자 모터 및 공통 기어 박스로 좌측 밸브 부재 95 및 우측 밸브 부재 97 모두를 운전(driving)하기 위해, 바람직하게는 거울-대칭 방식으로, 구현될 수 있다. 그러나, 서로에 독립적인 좌측 밸브 부재 95 또는 우측 밸브 부재 97에 따라 개별적으로 작동하기 위해, 도 6a에 도시한 바와 같은, 각각의 전자 모터들 99이 선호된다. 샤프트 부 101에 직접적으로 결합되지 않은 전자 엔진들 99의 배치는 유리하고 여기서 파이프 접합부 9가 배치될 수 있는 자동차에서 이용 가능한 공간(available space)은 일반적으로 제한되고, 모터 99로부터 밸브 부재 93으로 회전 움직임을 수송하기 위한 기어 박스 105, 107 또는 유사한 수단의 사용은 적은 공간을 사용하고/거나 이용 가능한 공간을 사용하는데 더 많은 자유를 제공하는데 유리하다.
도 6b 및 6c로 돌아와서, 축 방향으로 확장된 벽(axially extending wall) 109는 상부 회전판 96 및 하부 회전판 98 둘 다에 연결된다. 회전축 A에 대하여, 벽 109은 회전축 A에 대해 밸브 부재 93의 반지름 방향 외주(radially outer circumference)를 따라 원주 거리(circumferential distance) α 이상의 사각형 벽과 근본적으로 유사하게 연장된다. 상기 벽 109의 내부는 바람직하게는 평평하고 외부는 바람직하게는 밸브 부재 93의 회전축 A를 둘러싸는 원통형 섹션(cylinder section)을 형성한다. 벽 109는 바람직하게는 도 6a 내지 6c에 도시한 바와 같이 할로우(hollow)지만 솔리드(solid)일 수 있다 (미도시). 밸브 부재 93의 벽 109은 공통 커넥션 애퍼처 91을, 도 5b에 도시한 바와 같이, 닫는데 사용될 수 있다. 이를 위해, 벽 109의 원주 방향 익스텐션 α(circumferential extension α)는 회전축 A에 대하여, 도 5a에서 나타낸 것과 같이, 적어도 공통 커넥션 애퍼처 91의 원주 방향 익스텐션 β만큼 크고, 바람직하게는 더 크다. 밸브 부재 93의 벽 109의 원주 방향 익스텐션 α가 공통 커넥션 애퍼처 91의 원주 방향 익스텐션 β 보다 작으면, 각각의 밸브 부재들 95, 97은 바이패스 개구부가 항상 유지되도록 공통 커넥션 애퍼처 91을 항상(ever) 완전히 폐쇄할 수 있다(미도시).
도 5 및 6에 도시한 파이프 접합부 9는 근본적으로 원통형 접합 단면 56, 76을 갖고 여기에 각각 좌측 또는 우측 밸브 부재 95, 97이 밸브 부재 95, 97이 자유롭게 이의 회전축 A95 또는 A97 주위를 회전할 수 있도록 배치된다. 기계적, 전기적 또는 전자적 제한이 도 2 내지 4에서 도시한 실시예들에 대해 상기 설명한 바와 같은 유사한 방식으로 제공될 수 있다. 접합 섹션 56, 76의 반지름 치수(radial dimension) R56, R76는 각각의 좌측 커넥션 파이프 55 또는 우측 커넥션 파이프 75의 접합 섹션 56, 76의 하나, 둘 또는 그 이사의 섹션들을 밀폐적으로 결합(sealingly engage)시킬 수 있도록 근본적으로 벽 109의 반지름 치수 R과 동일하다. 이 문맥에서 "밀폐적으로 결합(sealingly engage)"은 바람직하게는 작은 갭(gap)이 벽 109의 원주 외부(circumferential outside) 그리고 접합 섹션 76 또는 56의 원주 내부 벽 사이에 열 팽창을 허용하도록 및/또는 파이프 접합부 9의 접합 섹션 56, 76의 벽 및 밸브 부재들 95, 97 사이의 마모(wear)를 감소시키기 위해 유지될 수 있음을 의미한다.
도 5 및 6에 따른 파이프 접합부 9의 주입구 섹션 55i, 75i 및 배출구 섹션 55o, 75o이 그들이 각각의 좌측 또는 우측 접합부 섹션 56, 76의 회전축 A95 또는 A97에 대해 반지름 방향으로 연장되도록 구현된다. 접합부 섹션 56, 76은 이의 원주 내부(circumferential inside)에 레스트 표면(rest surface)을 포함하고 이것은 바람직하게는 주입구 섹션 55a, 75a 및 배출구 섹션 55b, 75b 사이를 연장한다. 밸브 부재 95, 97의 벽 109은 밸브 부재가 주입구 섹션 55a, 75a, 배출구 섹션 55b, 75b, 또는 공통 커넥션 애퍼처 91로 이어지는 접합부 섹션 56, 76의 임의의 개구부를 제한하지 않도록 상기 레스트 표면에 배치될 수 있다. 대안적 실시예들에서, 도시하지는 않았음, 레스트 영역(rest area)은 대안적으로 주입구 섹션 55a, 75a 및 공통 커넥션 애퍼처 91 사이에 및/또는 공통 커넥팅 개구부 91(common connection opening)의 배출구 섹션 55b, 75b 사이에 제공될 수 있다. 접합부 섹션 56, 76의 레스트 영역은 벽 109의 원주 치수(circumferential dimension) α 보다 큰 원주 치수를 갖는다.
주입구 섹션의 원주 방향 익스텍션(extension) χ1 및/또는 배출구 섹션의 원주 치수 χ0은 바람직하게는 밸브 부재 95, 97이 접합부 섹션들 56, 76의 애퍼처 각각을 닫을 수 있도록 α 보다 작을 수 있다.
도 5 및 6a에 대해 상기에서 설명한 바와 같은 접합부 파이프 9는 근본적으로 도 2 및 3에 나타낸 실시예들에 따른 접합부 섹션 9와 동일하게 작용한다. 그러나, 도 1a에서 도시한 배기 시스템 1의 바람직한 실시예에서, 도 5 및 6에 대해 설명한 바와 같은 디자인에 따른 파이프 접합부가 하기 도 7, 8 및 9에서 설명될 추가적인 세팅에 사용될 수 있다. 동일한 참조 번호들이 이전과 같이 파이프 접합부의 동일하거나 유사한 구성요소들에 사용된다.
도 7은 밸브 부재들 95, 97은 접합부 섹션 56, 76로부터 배출구 섹션 55b, 75b를 향해 트랙 애퍼처를 부분적으로 폐쇄함으로써, 바람직하게는 약 50%, 메인 배기 트랙을 통한 플로우가 부분적으로 제한된 상태의 파이프 접합부를 나타낸다.
바이패스 활성 밸브 13을 포함하는 공통 밸브 장치 90으로서 파이프 접합부 9의 가능한 사용(possible use)은 도 8 및 9에서 도시한 접합부 9 상태들의 도면에서 특히 명백해진다. 도 8에서, 밸브 부재들 95, 97은 각각 좌측 및 우측 접합 섹션들 56, 76 사이의 트랙 애퍼처들 및 파이프 접합부 9의 업스트림 파이프 팔들 55a, 75a 둘 다에 근접하고, 배기가스는 실린더들 35, 37 중 어느 하나로부터 배기 애퍼처로 파이프 접합부를 통해 빠져나가지 않을 수 있도록 한다. 도 8에 도시된 것과 같은 파이프 접합부 9의 셧-다운(shut-down)과 거의 동일한 효과가 밸브 부재들 95, 97이 접합부 섹션들 56, 76 및 배출구 섹션들 55b, 75b 사이의 트랙 애퍼처에 근접하게 배치된 경우 달성될 수 있다.
도 9는 실린더의 양쪽 열 35, 37로부터의 배기가 파이프 접합부 9을 통과할 수 있지만 또한 좌측 배기 애퍼처 53을 향한 상태를 나타낸다. 이를 위해, 우측 접합부 섹션 76 및 우측 파이프 팔 75b 사이의 트랙 애퍼처가 우측 밸브 부재 97에 의해 폐쇄되는 반면, 좌측 밸브 부재 96는 좌측 접합 섹션 56의 레스트 영역에 위치된다. 이 배기가스 수송은 화살표 58a 및 78b로 나타낸다.
도 5 및 6의 바람직한 실시예에 따른 파이프 접합부 9는 또한 측 접합부 섹션 55 및 좌측 파이프 다리 55b 사이의 트랙 애퍼처가 좌측 밸부 부재 95에 의해 폐쇄되는 동시에 우측 밸브 부재 97가 이의 우측 접합부 섹션 76의 우측 레스트 영역의 벽 109에 배치될 때, 배기가스를 전체 엔진 3으로부터 독점적으로 우측 배기 애퍼처 73으로 유도하기 위해, 도 9에서 나타낸 것과 같은 유사한 방식으로 사용될 수 있고, 이것은 미도시하였다.
파이프 접합부 9의 추가적인 대안 실시예는 도 10 내지 13에 도시하였다. 도 10에 도시한 것과 같은 추가적인 대안 파이프 접합부 9는 도 1에 도시한 바람직한 실시예에 다른 배기 시스템 1에 사용될 수 있지만 바람직하게는 도 1a에 도시한 바람직한 실시예에 따른 배기 시스템 1에서 시행된다. 이전 사용된 것과 같은 유사하거나 동일한 참조 번호들이 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타내는데 사용된다.
도 10 내지 13에 도시한 바와 같은 파이프 접합부 9는 두 개의 밸부 부재들 93b, 13b를 갖고 이것은 서로 독립적으로 움직인다. 중심 밸브 부재 93b는 제1 전자 모터(electronic motor) 99에 연결된 샤프트 101을 갖고 제2 밸브 부재 13b 또는 공통 밸브 부재는 제2 전기 모터(electric motor) 99에 연결된 제2 샤프트 111을 갖는다. 샤프트들 101, 111 모두는 회전축 A12에 대해 공축 방향으로 배치되고 이것은 근본적으로 좌측 커넥션 파이프 55, 좌측 커넥션 파이프 75 뿐만 아니라 공통 커넥션 애퍼처 91을 관통하여 수직으로 연장된다(이것은 도 10 및 11 모두에서 폐쇄된 것으로 나타낸다). 좌측 커넥션 파이프 55 및 우측 커넥션 파이프 75의 접합부 섹션들 56, 76은 근본적으로 사각형의 단면이고 공통 측벽(side wall)을 형성하여 여기에 공통 커넥션 애퍼처 91이 형성된다. 접합부 섹션 56, 76의 업스트림의 파이프 팔들 55a, 75a 뿐만 아니라 접합부 섹션 56, 76의 다운스트림의 파이프 다리들 55b, 75b는 접합부 섹션 56, 76 사이에 전이(transition)를 구현하도록 끝을 자르는(truncated) 방식으로 형성되고, 이는 입구 개구부 55a, 75a에서 근본적으로 원형 단면 또는 배출구 개구부 55o, 75o에서 원형 단면을 향하는, 근본적으로 사각형(rectangular) 단면을 갖는다.
도 10 내지 13에서 도시한 실시예에 다른 파이프 접합후 9의 접합 섹션들 56 및 76은 내부 구분 벽(internal dividing wall) 116을 갖고 이것은 레스트 용적 118에 대한 좌측 및 우측 커넥션 파이프들 55, 75의 수송 용적(transit volumes) 115, 117 사이의 분리를 구현한다. 엔진 3으로부터의 배기가스는 공통 밸브 부재 13b가 적어도 부분적으로 개방 (미도시) 또는 완전히 개방 (미도시)되는 한은, 좌측 및 우측 커넥션 파이프들 55, 75의 수송 용적 115, 117을 통과할 수 있다. 공통 밸브 부재 13b를 개방하기 위해, 이는 좌측 접합 섹션 56 및 좌측 배출구 섹션 55 사이의 그리고 우측 접합 섹션 76 및 우측 배출구 섹션 75b 사이의 트랙 애퍼처를 통한 플로우를 억제하지 않도록 파이프 접합부 9의 레스트 용적 118로 이동된다. 제2 밸브 부재 13b는 이의 플랩이, 도 13에 상세히 나타냄, 좌측 트랙 섹션 5 뿐만 아니라 우측 트랙 섹션 7에서 트랙 애퍼처를 근본적으로 동일하게 구성하도록 형성되기 때문에, 공통 밸브 부재로 불린다. 공통 밸브 부재 13b의 플랩 섹션들은 근본적으로 셔블(shovel) 또는 원통형 표면의 섹션 유사 형태이고 서로 그리고 축 A13 주위로 회전할 수 있는 샤프트 101에 연결된다. 축 A13 주위 회전은 공통 밸브 부재들 13b를 완전히 폐쇄된 위치, 여기서 이는 상기 언급한 트랙 애퍼처를, 예컨대 도 10 및 11에서 도시한 바와 같이 완전히 폐쇄함, 로부터 완전히 개방된 위치로 이동시킬 수 있고, 여기서 공통 밸브 부재 13b는 트랙 애퍼처를 구성하지 않도록 근본적으로 완전히 레스트 용적 내로 수용된다.
중심 밸브 부재 93b는 근본적으로 반원형(semicircular shape)을 갖고, 여기서 중심 밸브 부재 93b에 의해 커버된 영역은 이상적인 반원의 영역(area of an ideal semicircle) 보다 크고, 바람직하게는 반원 영역의 150% 이상(more than), 보다 바람직하게는 이상적인 반원 영역의 125% 이하(less than)이다. 도 10에서 도시한 바와 같이, 중심 밸브 부재 93b는 폐쇄 상태에 배치될 수 있고 여기서 이는 배기가스가 좌측 트랙 5로부터 우측 트랙 7, 또는 그 반대로 흐르지 않을 수 있도록 좌측 수송 용적 115를 우측 수송 용적 117로부터 분리하고 그러므로 좌측 커넥션 파이프 55를 효과적으로 우측 커넥션 파이프 75로부터 분리한다. 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7 사이에 유체 커넥션(fluidal connection)을 제공하기 위해, 중심 밸브 93b는 밸브 부재 93b가 레스트 용적 118 (미도시)로 이동되도록 이의 축 A13 주위로 회전될 수 있다.
도 10 내지 13의 실시예에 따른 파이프 접합부는 리드(lid) 119를 포함하고 이것은 대기로부터 레스트 용적 118을 밀폐한다. 중심 밸브 부재 93b 및 공통 밸브 부재 13b가 한편으로는 구분 벽 116과 그리고 다른 한편으로는 파이프 접합부의 케이싱(casing)과 밀폐적으로(sealingly) 결합함에도 불구하고, 작은 갭이 가동 가능한 공통 밸브 부재 13b 및/또는 중심 밸브 부재 93b 사이에 및/또는 파이프 접합부의 케이싱 뿐만 아니라 구분 벽 116 사이에 열팽창을 허용하기 위해 그리고 가동 가능한 그리고 움직이지 않는 구성 요소들 사이의 마모를 감소시키기 위해 존재할 수 있음이 명확할 것이다. 명확히, 배기가스는 상기 갭들을 통과할 수 있고 그럼에도 불구하고 소량 (파이프 접합부 9 내에서 엔진 3으로부터 배기 개구부들 53, 73으로의 플로우에 영향을 주지 않는)이 파이프 접합부 9에서 비조절된 수단으로 대기로 나가지 않아야 한다.
도 1 및 도 1a에 도시한 바람직한 실시예들에 따른 배기 시스템 1은 하기 세팅들을 따라 사용될 수 있다: 제1 세팅에 따르면, 이는 거친 스포츠 세팅(rough sport setting)으로 불릴 수 있음, 좌측 실린더 그룹 45로부터의 배기가스는 독점적으로 좌측 배기 트랙 5를 통해 좌측 배기 개구부 53a 및 53b 모두로 이동하도록 허용되며 우측 실린더 그룹 47으로부터의 배기가스는 독점적으로 우측 배기 트랙 7을 통해 우측 배기 메인 개구부 73a 및 우측 바이패스 개구부 73b로 이동하도록 허용된다. V-엔진과 함께(in conjunction with) 이 제1 세팅은 스포티(sporty) 및 거친 고조 V8-사운드(rough high-pitched V-8 sound)를 가능하게 한다. 제1 세팅은 특히 공통 커넥션 애퍼처 91을 완전히 개방함에 의해 그리고 특히 우측 밸브 장치 13, 72의 우측 배기 트랙 애퍼처를 완전히 폐쇄함 그리고 좌측 밸브 13, 52의 좌측 배기 트랙 애퍼처를 완전히 개방함에 의해 달성된다. 고조 사운드(high-pitched sound)는 실린더의 점화 순서(firing order)로 인한 좌측 및 우측 트랙의 분리에 의해 달성된다. V-8 엔진의 전형적인 점화 순서는 "L, L, R, R, L, R, L, R"이고, 여기서 L은 좌측 실린더 그룹 35의 점화에 관련되고 여기서 R은 우측 실린더 그룹 37의 점화에 관련된다. 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7이 서로 분리된 경우, 트랙들에서 가스 스트림(gas streams)은 서로 간섭하지 않고 이는 또한 고조 사운드를 유도한다. 제1 세팅은 낮은 rpm-범위, 특히 3,000 분당 회전수(rotations per minute) 미만(less than), 바람직하게는 2,000 rpm 미만의 성능에, 트랙 파이프 용적이 낮은 rpm 및 낮은 배기가스 플로우에 대해 오버치수(overdimensioned)이기 때문에, 특히 유용하다.
제1 세팅은 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같은 또는 도 5b에 도시한 바와 같은 파이프 접합부 9로 또는 폐쇄된 중심 밸브 부재 93b 및 완전 개방 공통 밸브 부재 13b(미도시)를 갖는 도 10의 실시예의 파이프 접합부로 구현될 수 있다.
균형 잡힌 스포츠 세팅(balanced sport setting)으로 설명될 수 있는 제2 세팅이 적용될 수 있고, 여기서 좌측 또는 우측 실리던 그룹들 35, 37 중 어느 하나로부터의 배기가스는 좌측 및 우측 배기 트랙 5, 7을 통해 임의의 하나의 배기 개구부 53, 73으로 수송될 수 있다. 이 방식에서, 개량된(refined) 균형 잡힌 그러나 스포티 라우드 사운드(sporty loud sound) 출력이 달성될 수 있다. 이 세팅에서, 공통 커넥션 애퍼처 91는 배기가스가 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7 사이로 수송되도록 허용하기 위해 개방이다. 뿐만 아니라, 밸브 트랙들 5, 7에서 밸브 장치들 13, 52, 72은 개방이다. 이 세팅은 특히 중간에서 높은 rpm-범위에 배기 트랙들의 파이프들에서 역압(backpressure)을 감소시킴으로써 엔진 성능을 향상시키기 위해 유리하다. 특히 3,000 rpm 보다 높은 고 rpm-범위에서, 특히, 4,000 rpm. 두 개의 좌측 또는 우측 실린더 그룹 35 또는 37의 동일한 두 개의 즉시 연속적인 압력 펄스들(pulses) "L, L" 또는 "R,R"는 동일한 트랙 주입구 51 또는 71에서 두 개의 압력 펄스들을 생성하고 이것은 압력 펄스들이 서로를 간섭하기 때문에 더 긴 압력 펄스의 내구성(duration) 및 더 높은 압력 펄스 진폭(amplitude)을 야기한다. 좌측 및 우측 배기 트랙 5, 7의 커넥션은, 이 경우 이용 가능한 파이프 용적이 두 배이고 이는 향상된 압력 팽창 및 감소된 역압을 허용한다. 제2 세팅은 도 2, 5a에 예를 들어 도시한 것과 같은 파이프 접합부 9로 또는 도 10 내지 13에 따른 파이프 접합부 9의 완전 개방 공통 밸브 부재 13b 및 완전 개방 중심 밸브 부재 93b로 달성될 수 있다.
특히 두 개의 현상(phenomena)이 파이프 접합부에서 제2 세팅으로 발생하고 이것은 가스 플로우와 압력 및 엔진 성능을 향상시키다: 첫 번째 효과는 압력 펄스 효과(pressure pluse effect) 및 이의 반사(reflection)로 불린다. 하나 단일의 배기 트랙들 5, 7로부터 좌측 및 우측 제거 파이프 59 및 79로의 플로우가 허용되는 배기가스의 팽창으로 인해, 하나의 주입구 트랙 51, 71으로부터 오는 정압 펄스(positive pressure pulse)는 각각과 다른 주입구 트랙 71 또는 51에서 엔진을 향해 부분적으로 뒤로 (또는 업스트림으로) 가는 음압 펄스(negative pressure pulse)로 변환된다. 이 반사된 음악 펄스는 마지막 언급한 "다른" 트랙 주입구 71 또는 51에서 연속적인 90° 지연된 정압 펄스에 이른다(hits). 이 방식에서, 배기 시스템에서 펌핑 손실(pumping losses)은 감소되고 이것은 엔진 성능 특히 중간 rpm-범위 (예를 들어 2,000 내지 4,000 rpm 사이)에서 긍적적으로 영향을 준다. 이 효과는 푸시-풀 효과라 불릴 수 있다. 두 번째 효과는 "가스 스트림 효과(gas stream effect)"라 불릴 수 있다. 높은 작동 파라미터들(풀 로드(full load), 고 rpm-범위)에 따라, 제1 주입구 트랙으로부터 오는 배기가스는 파이프 접합부 9에서 각각의 다른 트랙의 출구에서 상대적 압력(relatively pressure) 때문에 분리된다(인젝터 효과(injector effect)). 따라서 약 1% 내지 2%의 총 힘(total power) 증가의 성능 향상(Performance gains)이 발생할 수 있다.
부드러운(smooth) 또는 조용한(silent) 세팅이라 불릴 수 있는, 제3 배기 시스템 세팅에서, 배기가스는 배기 트랙들 5, 7 사이로 수송되도록 허용되지만 바이패스 개구부들 53b, 73b을 통해 나가도록 상대적으로 작은 직경 바이패스 라인들 57, 77을 통해 독점적으로 흐르도록 가압된다.
부드러운 세팅에서, 공통 파이프 애퍼처 91은 개방되지만, 밸브 장치들 13, 52 및 72는 가스가 오직 바이패스 라인들 57, 77을 통해 바이패스 배기 개구부들 53b, 73b로 흐르도록 하기 위해 활성화된다. 이 조용한 세팅은 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같은 배기 시스템 1에서 도 10 내지 13에서 도시한 바와 같은 파이프 접합부 9의 완전 개방 공통 밸브 부재 13b 및 완전 개방 중심 밸브 부재 93b로 또는 도 2, 5a에 도시한 바와 같은 파이프 접합부 세팅으로 달성될 수 있고 여기서 바이패스 활성화 밸브들 13은 파이프 접합부 9로부터 다운스트림에 배치된다.
제4 세팅에서, 공통 커넥션 애퍼처 91 뿐만 아니라 밸브 장치들 13, 52, 72의 트랙 애퍼처들 모두는 완전히 폐쇄된다. 이는 성능이 향상되지 않음에도 불구하고, 사운드 방출을 감소시킬 수 있다.
제5 세팅에서, 배기가스는 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7 사이로 수송되도록 허용되지만, 적어도 하나의 밸브 장치들 13에서 트랙 애퍼처는 적어도 부분적으로 폐쇄되고 각각의 배기 개구부 53a 및/또는 73a를 통한 배기가스의 자유 플로우를 악화시킨다. 이는 예를 들어 도 7에 도시한 실시예에 따라 구현될 수 있거나 도 1a에 따른 배기 시스템을 갖는 도 10의 실시예에 파이프 접합부 9의 실시예에서 완전 개방 중심 밸브 부재 93b 및 부분 개방 공통 밸브 부재 13b로 구현될 수 있다(미도시).
제6 세팅에서, 배기가스는 좌측 배기 트랙 5 및 우측 배기 트랙 7 사이로 수송될 수 있지만 좌측 배기 개구부 또는 개구부들 53을 통해 또는 우측 배기 개구부 또는 개구부들 73을 통해 독점적으로 배기 시스템 1을 떠날 수 있다. 이 세팅은 예를 들어 도 2 또는 도 10에서 도시한 것과 같은 파이프 접합부 9를 갖는 배기 시스템에서 도 9에 도시한 것과 같은 실시예로 달성될 수 있고, 제6 세팅은 오직 추가적인 밸브가 좌측 또는 우측 바이패스 라인들 57, 77 중 적어도 하나에 제공되는 경우에 달성될 수 있다(미도시).
제5 및 제6 세팅은 바람직하게는 최첨단의 고성능(modern high performance) 엔진들, 특히 V6- 및 V8-엔진들에 될 수 있고, 이것은 엔진의 실린더들, 예를 들어 실린더의 좌측 열 35 또는 실린더의 우측 열 37의 일부 분리(disengagement)를 허용한다. 배기 시스템은 일반적으로 풀 로드 작동에서 역압을 최소화하기 위해 치수화되고 이것은 불편한 굉음(uncomfortable booming sounds) 및/또는 원하지 않는 엔진 소음을 소위 부분 스로틀(throthle) 작동 또는 실린더 분리 행동(disengagement move)에서 야기할 수 있다. 제5 또는 제6 세팅은 그들의 원하지 않는 효과들을 감소시킬 수 있다.
일반적으로, 트랙들 사이에 유체 커뮤네케이션이 있다면, 좌측 트랙 5 및 우측 트랙 7, 엔진의 반(실린더의 하나의 열)의 기본(basic) 점화 순서 주파수(frequency)의 사운드가 강조된다. 트랙들 5, 7 사이의 개방 커넥션은 완전한 엔진(실린더의 열들 모두)의 기본 점화 순서 주파수를 강조한다. 짝수개의 실린더의 경우에, 후자는 전자의 것 보다 대략 두 배 정도 더 높다. 배기 시스템의 배기 사운드에서 가장 우세한 요인들(dominant factors)인, 점화 순서 및 주파수는 또한 이의 고조파 차수들(higher harmonic orders)에 영향을 미친다. 공통 커넥션 애퍼처 91을 개방 또는 폐쇄함으로써, 배기 시스템으로부터 누락된(omitted) 사운드는 상당히 변화될 수 있고 따라서 다른 사운드 특성을 갖는 두 개의 구별적인 세팅들이 달성될 수 있다.
도 14 및 도 15에 따른 사운드 맵들은 배기 시스템에 의해 소음 수준(noise level) (dBA)을 나타내고, 여기서 대략 85 dBA 이상의 소음 수준들은 블랙(black)으로 나타내고 대략 85 dBA 이하의 소음 수준들은 화이트(white)로 나타낸다. 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배기 시스템은 두 개의 구별적인 사운드 특성들의 선택을 가능하게 하고, 이것은 하기에서 더 상세히 설명될 것이다. 배기 사운드 측정(measurements)은 측정 장비를 사용하여 운송 수단(vehicle)에서 수행될 수 있고 이것은 엔진의 분당 회전수 및 배기 배출구들 가까이에 배치된 마이크로부터 신호(signal)를 감지한다. 소위 차수 트랙킹 공정(order tracking process)이 엔진의 모든 가능한 rpm-세팅들에 대한 주파수 도메인(frequency domain) (FFT)을 분석하기 위해 신호를 추출하는데 사용될 수 있다. Rpm-의존적 사운드 스펙트럼(rpm-dependent sound spectra)가 그 다음 예컨대 도 14 및 15에서 도시한 것과 같은 매트릭스(matrix)에 결합될 수 있다.
도 14 및 15에 따른 사운드 맵들은 하나의 그래프에서 엔진의 rpm-세팅에 따른 사운드의 주파수 및 용적 특성들을 대표한다. 내연 엔진이 이의 회전 속도(revolution speed)에 대한 비례 또는 선형적 출력을 제공하기 때문에, 사운드 방출의 차수(orders) 또는 고조파(harmonic)는 85 dBA 및 그 이상의 사운드 방출에 대한 사운드 컬러 맵(sound color map)에서 선형 라인들(linear lines)로서 대표된다. 도 14 및 15에서 도시한 사운드 측정들은 본 발명에 따른 배기 시스템에 연결된 V8 바이터보(biturbo) 엔진으로 수행된다.
도 14는 메인 좌측 및 우측 배기 트랙 사이의 개방된 커넥션에 대한 사운드 맵을 나타낸다. 도 15는 본 발명에 따른 배기 시스템에 대한 사운드 맵을 나타내고 여기서 좌측 트랙 및 우측 트랙 사이의 커넥션(공통 커넥션 애퍼처)는 폐쇄된다.
도 14를 참조하면, 가장 우세한 고조파 차수들(harmonic orders)은 V8 바이터보 엔지의 전체 rpm-범위에 걸쳐 3.0 및 3.5이다. V8 바이터보 엔진의 중간 rpm-범위에서, 4.0, 4.5 및 5.0의 고조파 차수들(orders)이 또한 우세하다. 더 높은 차수(orders) (6 내지 10)이 존재하지만 훨씬 덜 집중적이다. 1.5 및 2.0 차수(oder)의 낮은 주파수 사운드들은 존재하지 않는다.
트랙들 사이의 폐쇄된 커넥션에 관련된, 도 15의 사운드 맵에서, 사운드 방출은 가시적으로 다르다. 특히, 좌측 배기 트랙 및 우측 배기 트랙 사이의 개방된 커넥션은 더 낮은 고조파 차수들이 또한 더 잘 들리도록, 즉 1.5 및 2.0 차수를 허용한다. 또한, 상기 설명한 폐쇄된 배치에서의 차이에서, 이 범위의 모든 하프 차수들을 포함하는 4 내지 10 차수들로부터의 넓은 스펙트럼이 또한 존재하고(a wide spectrum from orders 4 to 10 including all half orders in this range are also present), 이것은 강한 넓은 밴드 사운드(wide band sound)로 정의한다. 명확하게 4,000 내지 6,200 rpm 사이의 rpm-범위에서, 이 넓은 밴드는 도 14의 폐쇄 커넥션 사운드 맵과 비교하여 훨씬 더 집중적이다.
도 14 및 15에서 도시한 음향 방출의 차이점들은 사람의 귀로 잘 감지된다. 도 14에 존재하는 사운드는 덜 집중적이고, 더 부드러우며, 정제된다. 도 15에 따른 사운드는 더 공격적(aggressive)이고, 더 높은 피치(pitch)를 가지며 엔진의 기본 특성을 강조한다.
엔진 실린더들의 완전한 개수가 N (예를 들어, 8, 예컨대 도 1에서 도시한 바와 같은)이고 엔진 타입이 4-행정-사이클형(four-stroke-type)인 경우, 각각의 엔진 실린더 뱅크(bank) 또는 그룹은 N/2 실린더들을 갖고(도 1에서 도시한 엔진 3의 좌측 열 35 뿐만 아니라 우측 역 37열 모두에 4개의 실린더들), 좌측 트랙 5 및 우측 트랙 7이 연결된 경우에 기본 점화 사운드 순서 주파수는 하기 방정식으로 계산될 수 있고, 여기서 f는 엔진의 초당 회전 속도이다: FOcon = N·f/2;
엔진 속도가 이상(ideal)에서부터 최대 rpm까지 변화 가능하기 때문에, 각각의 점화 순서는 최소에서부터 최대 주파수까지의 범위를 갖는다. 트랙들 5, 7 사이의 커넥션이 완전히 폐쇄된 경우에, 점화 사운드 또는 오더(order) 주파수에 대한 기본 방정식은: FOdiscon = N·f/4이다.
점화 순서 주파수는 엔진의 레이아웃(layout) (실린더 헤드 및 크랭크 케이스 레이아웃(crank case layout) 사이의 각도)으로 인해 약간 이동될 수 있다. 그러나, 사운드 지배(sound domination)는 작동 상태들 사이에서 유지된다.
상기 상세한 설명에 개시된 특징들, 도면들 및 청구범위들은 개별적으로 임의의 조합과 같이 이의 다른 실시예들에서 본 발명의 실현을 위해 중요할 수 있다.
1: 배기 시스템(exhaust system)
3: 내연 자동차 엔진(internal combustion automotive engine)
5: 좌측 배기 트랙(left exhaust tract)
7: 우측 배기 트랙(right exhaust tract)
9: 파이프 접합부(pipe junction)
11: 제어 유닛(control unit)
13: 밸브 장치(valve device)
14: 후방 머플러(rear muffler)
35: 좌측 실린더 그룹(left group of cylinders)
37: 우측 실린더 그룹(right group of cylinders)
51, 71: 트랙 주입구(tract inlet)
52, 72: 밸브 장치(valve device)
53, 73: 배기 배출구(exhaust outlet)
53a, 73a: 메인 배기 배출구(main exhaust outlet)
53a, 73b: 바이패스 배기 배출구(bypass exhaust outlet)
50, 72, 58a, 58b, 54: 배기가스(exhaust gas)
74, 78a, 78b, 60, 80: 배기가스(exhaust gas)
55, 75: 커넥션 파이프(connection pipe)
55a, 75a: 주입구 섹션(inlet section)
55b, 75b: 배출구 섹션(outlet section)
55i, 75i: 주입구 개구부(inlet opening)
55o, 75o: 배출구 개구부(outlet opening)
57, 77: 바이패스 라인(bypass line)
59, 79: 제거 파이프(removal pipe)
56, 76: 접합 섹션(junction section)
90: 공통 밸브 장치(common valve device)
91: 공통 커넥션 애퍼처(common connection aperture)
93, 95, 97: 밸브 부재(valve member)
94 바이패스 애퍼처(bypass aperture)
96: 상부 회전판(upper rotation plate)
98: 하부 회전판(lower rotation plate)
99: 전자 모터(electronic motor)
101, 111: 샤프트(shaft)
103: 베어링(bearing)
105, 107: 기어 박스(gear box)
109, 116: 벽(wall)
115, 117: 수송 용적(transit volume)
118: 레스트 용적(rest volume)
119: 리드(lid)
A: 회전축(axis of rotation)
R: 반지름 익스텐션(radial extension)
α: 벽의 원주 방향 익스텐션(circumferential extension of the wall)
β: 공통 커넥션 애퍼처의 원주 방향 익스텐션(circumferential extension of the common connection aperture)
χ0: 배출구 섹션의 원주 치수(circumferential dimension of outlet section)
χ1: 주입구 섹션의 원주 치수(circumferential dimension of inlet section)

Claims (15)

  1. 내연 자동차 엔진(3) 용 배기 시스템(1)으로서, 상기 배기 시스템은:
    내연 자동차 엔진(3)의 좌측 실린더 그룹(35)에 연결 가능한 좌측 배기 트랙(5); 및
    내연 자동차 엔진(3)의 우측 실린더 그룹(37)에 연결 가능한 우측 배기 트랙(7)을 포함하고,
    배기 트랙(5, 7) 각각은,
    - 상기 배기 트랙(5, 7)이 연결 가능한 실린더의 그룹으로부터 배출된 배기가스를 수용하기 위한 트랙 주입구(51, 71),
    - 대기로 개구된 적어도 하나의 배기 배출구(53, 73), 및
    - 상기 트랙 주입구 및 상기 배기 배출구(53, 73) 사이를 연장하고(extending), 트랙 주입구(51, 71)로부터 배기가스를 수용하기 위한 주입구 애퍼처(aperture)(55i, 75i) 및 배기 배출구(openings)(53, 73)로 배기가스를 수송하기 위한 배출구 애퍼처(55o, 75o)를 포함하는, 커넥션 파이프(55, 75)로 이루어진(defining) 트랙 구조(structure)를 포함하며,
    여기서 좌측 커넥션 파이프(55) 및 우측 커넥션 파이프(75)는, 상기 커넥션 파이프들이 상기 트랙들(5, 7) 사이로 배기가스를 수송하기 위한 공통 커넥션 애퍼처(91)를 형성하도록 파이프 접합부(9)를 구현(realize)하기 위해 결합되고;
    그리고 여기서 배기 시스템(1)은 공통 커넥션 애퍼처(91)를 개방(opening) 또는 폐쇄(closing)하기 위한 적어도 하나의 밸브 부재(93, 93b, 95, 97)를 포함하며,
    상기 배기 시스템(1)은 주입구 애퍼처(55i, 75i) 및 적어도 하나의 배출구 애퍼처(55o, 75o) 사이의 배기 트랙 각각에서, 좌측 배기 트랙 (5) 또는 우측 배기 트랙(7) 내 배기가스의 유로(flow path)를 부분적 또는 완전히 억제하기 위한 밸브 장치(13, 57, 72)를 포함하고,
    상기 밸브 부재(93, 93b, 95, 97) 및 상기 밸브 장치(13, 52, 72)를 하기 세팅(settings) 중 적어도 하나에 따라 제어하도록 적용된 제어 유닛(11)을 포함하고,
    a. 공통 커넥션 애퍼처(91) 폐쇄 그리고 우측 및 좌측 배기 트랙 애퍼처 개방;
    b. 공통 커넥션 애퍼처(91) 개방 그리고 우측 및 좌측 배기 트랙 애퍼처 개방;
    상기 제어 유닛(11)이 상기 밸브 부재(93, 93b, 95, 97) 및 상기 밸브 장치(13)를 하기 세팅 중 적어도 하나에 더 따라(according to at least one further) 제어하도록 적용된 것을 특징으로 하는,
    c. 공통 커넥션 애퍼처(91) 개방 그리고 우측 및 배기 트랙 애퍼처 중 어느 하나 이상을 부분적으로 폐쇄;
    d. 공통 커넥션 애퍼처(91) 개방 그리고 하나의 배기 트랙 애퍼처 개방, 나머지 배기 트랙 애퍼처 완전히 폐쇄,
    배기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커넥션 파이프들(55, 75)이 구부러진(bent), 각진(angled) 또는 커브화(curved)되고, 파이프 접합부(9)가 X-형이 되는 것을 특징으로 하거나 상기 파이프 접합부(9)가 배기 트랙들(5, 7) 사이로 배기가스를 수송하기 위한 유일 커넥션(only connection)을 구현하는 것을 특징으로 하거나, 상기 공통 커넥션 애퍼처(91)가 좌측 또는 우측 배기 트랙(5, 7), 또는 이들의 커넥션 파이프(들) (55, 75)의 단면적으로 정의된 기준 영역(reference area)의 0.25 배 내지 4.0 배 이거나 또는 동일한 사이즈인 혼합 면적(mixing area)을 정의하는 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 밸브 부재(93)가 공통 커넥션 애퍼처(91)로 정의된 혼합 면적의 적어도 50% 또는 전체를 커버하기 위한 폐쇄 부재를 포함하고, 여기서 상기 폐쇄 부재는 바이패스 애퍼처를 포함하고, 여기서 상기 폐쇄 부재는 완전 개방 및 폐쇄 상태 사이를 전환하도록(switch) 90°로 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 장치(13)는 상기 파이프 접합부(9)에 포함되고, 여기서 상기 접합부는 제1 밸브 부재 및 제2 밸브 부재를 포함하고, 여기서 상기 제1 및 제2 밸브 부재는 서로 독립적으로 가동 가능한(movable) 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밸브 부재는 공통 커넥션 애퍼처(91) 또는 좌측 배기 트랙 애퍼처를 선택적으로 개방하기 위해 가동 가능한 좌측 밸브 부재(95)이고 상기 제2 밸브 부재는 공통 커넥션 애퍼처(91) 또는 우측 배기 트랙 애퍼처를 선택적으로 개방하기 위해 가동 가능한 우측 밸브 부재(97)인 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 밸브 부재는 공통 커넥션 애퍼처(91)를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하기 위한 중심(central) 밸브 부재(93b)로 구현되고 상기 제2 밸브 부재는 트랙 애퍼처 모두를 개방하거나 폐쇄하기 위한 공통 밸브 부재(13b)로 구현되는 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
  8. 내연 자동차 엔진(3) 용 배기 시스템(1)으로서, 상기 배기 시스템은:
    내연 자동차 엔진(3)의 좌측 실린더 그룹(35)에 연결 가능한 좌측 배기 트랙(5) 및
    내연 자동차 엔진(3)의 우측 실린더 그룹(37)에 연결 가능한 우측 배기 트랙(7)을 포함하고,
    배기 트랙(5, 7) 각각은,
    - 상기 배기 트랙(5, 7)이 연결 가능한 실린더의 그룹으로부터 배출된 배기가스를 수용하기 위한 트랙 주입구(51, 71); 및
    - 대기로 개구된, 적어도 두 개의 배기 배출구(53, 53a, 53b, 73, 73a, 73b)로서 메인 배기 배출구(53a, 73a) 및 바이패스 배기 배출구(53b, 73b)로 이루어진 트랙 구조를 포함하며,
    여기서 배기 트랙(5, 7) 각각은,
    - 상기 트랙 주입구(51, 71) 및 적어도 두 개의 배기 배출구(53, 73) 중 하나 사이에 배치된 트랙 애퍼처를 개방 또는 폐쇄하기 위한 밸브 장치(13, 52, 72)로서, 상기 밸브 장치(13)의 개방 상태에서, 배기가스가 트랙 주입구(51, 71)로부터 적어도 두 개의 배기 배출구(53a, 53b, 73a, 73b)로 수송 가능하고, 그리고, 상기 밸브 장치(13)의 폐쇄 상태에서, 배기가스가 트랙 주입구(51, 71)로부터 정확히 적어도 두 개의 배기 배출구 중 하나인 메인 배기 배출구(53a, 73a)로 흐르는 것(flowing)이 방지되는, 밸브 장치(13, 52, 72); 및
    - 상기 트랙들(5, 7) 사이로 배기가스를 수송하기 위한 적어도 하나의 커넥션을 더 포함하고; 그리고
    여기서 배기 시스템(1)은 적어도 하나의 커넥션을 개방 또는 폐쇄하기 위한 적어도 하나의 밸브 부재(93, 93b, 95, 97)를 포함하며,
    상기 배기 시스템(1)은 주입구 애퍼처(55i, 75i) 및 적어도 하나의 배출구 애퍼처(55o, 75o) 사이의 배기 트랙 각각에서, 좌측 배기 트랙 (5) 또는 우측 배기 트랙(7) 내 배기가스의 유로(flow path)를 부분적 또는 완전히 억제하기 위한 밸브 장치(13, 57, 72)를 포함하고,
    상기 밸브 부재(93, 93b, 95, 97) 및 상기 밸브 장치(13, 52, 72)를 하기 세팅(settings) 중 적어도 하나에 따라 제어하도록 적용된 제어 유닛(11)을 포함하고,
    a. 공통 커넥션 애퍼처(91) 폐쇄 그리고 우측 및 좌측 배기 트랙 애퍼처 개방;
    b. 공통 커넥션 애퍼처(91) 개방 그리고 우측 및 좌측 배기 트랙 애퍼처 개방;
    상기 제어 유닛(11)이 상기 밸브 부재(93, 93b, 95, 97) 및 상기 밸브 장치(13)를 하기 세팅 중 적어도 하나에 더 따라(according to at least one further) 제어하도록 적용된 것을 특징으로 하는,
    c. 공통 커넥션 애퍼처(91) 개방 그리고 우측 및 배기 트랙 애퍼처 중 어느 하나 이상을 부분적으로 폐쇄;
    d. 공통 커넥션 애퍼처(91) 개방 그리고 하나의 배기 트랙 애퍼처 개방, 나머지 배기 트랙 애퍼처 완전히 폐쇄,
    배기 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 메인 배기 배출구(53a, 73a)의 단면적은 바이패스 배기 배출구(53b, 73b)의 단면적 보다, 1.1 배, 1.25 배, 1.3 배, 1.5 배, 2.0 배, 2.5 배, 3.0 배, 또는 4.0 배 큰 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 밸브 장치(13, 52, 72)는 상기 커넥션에 대하여 좌측 또는 우측 배기 트랙(5 또는 7) 각각의 다운스트림(downstream)에 배치된 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    배기 트랙(5, 7) 각각은 상기 트랙 주입구(51, 71)로부터 배기가스를 적어도 두 개의 배기 개구부(53, 53a, 53b, 73, 73a, 73b) 중 하나인 바이패스 배기 개구부(53b, 73b)로 수송하기 위한 바이패스 라인(57, 77)을 더 포함하고, 상기 바이패스 라인(57, 77)은 각각의 배기 트랙(5, 7)의 메인 파이프(piping)로부터 분리되며,
    여기서 메인 파이프(piping)는 각각의 트랙 주입구(51, 71) 및 상기 적어도 두 개의 배기 개구부(53, 53a, 53b, 73, 73a, 73b) 중 적어도 하나(at least one other of the at least two exhaust openings)인 메인 개구부(53a, 73a)를 포함하고, 상기 적어도 두 개의 배기 개구부(53, 53a, 53b, 73, 73a, 73b) 중 적어도 하나는 각각의 배기 트랙(5, 7)의 커넥션 파이프(55, 75)의 상기 커넥션의 업스트림이나 다운스트림 중 하나에 배치되며, 상기 커넥션 파이프(55, 75)가 상기 커넥션 애퍼처(91)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템
  12. 제8항에 있어서,
    상기 배기 시스템(1)은 엔진 작동 조건에 따라, 선결정된 rpm 범위인 3000 rpm 이하 또는 3000 rpm 이상 또는 매뉴얼 세팅에 따라 커넥션 또는 공통 커넥션 애퍼처(91)를 개방하거나 폐쇄하도록 밸브 부재(93)를 제어하기 위한 제어 유닛(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제8항에 있어서,
    상기 커넥션은 좌측 배기 트랙(5) 및 우측 배기 트랙(7)의 X-형 파이프 접합부(9)로 제공되거나 유일한 하나의 커넥션이 상기 배기 트랙들(5,7) 사이로 배기가스를 수송하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는,
    배기 시스템.
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