KR19990025350U - 자동차의 배기 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 엔진의 회전수에 따라 가변될 수 있는 분기파이프를 배기 장치의 일측에 설치한 자동차의 배기 장치에 관한 것으로, 엔진의 회전수를 검출하는 회전수 검출부(21)와, 상기 회전수 검출부(21)로부터 검출된 데이터를 입력으로 하며 상기 데이터를 기초로 제어처리를 수행하는 ECM(22)과, 상기 ECM(22)과 통신을 수행하여 구동수단 제어신호를 출력하는 제어기(23)와, 상기 제어기(23)로부터 출력된 구동수단 제어신호에 따라 작동하는 구동수단(24)과, 상기 구동수단(24)에 의해 분기 파이프(20)내의 체적을 가변시키는 피스톤(25)으로 이루어지며, 상기 분기 파이프(20)는 서브 소음기(14)와 메인 소음기(15) 사이를 연결하는 파이프(17)의 일부분에 설치하여 엔진의 회전수에 따라서 분기파이프의 체적을 가변시킴으로써 소음을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차의 배기 장치(APPARATUS OF EXHAUSTION FOR USE IN AN AUTOMOBILE)

본 고안은 자동차의 배기 장치에 관한 것으로서, 특히 엔진의 회전수에 따라 가변될 수 있는 분기파이프를 배기 장치의 일측에 설치하여 소음을 감소시킬 수 있는 자동차의 배기 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 배기 장치라고 하면 배기가스가 엔진으로부터 공기중으로 배출시키는 장치를 일컷는 것으로, 배기 다기관(Exhaust mainifold), 프런트 파이프, 촉매변환기, 서브 소음기, 센터 파이프, 메인 소음기 및 버플로 이루어져 있다.

상기 배기 다기관은 엔진의 각 실린더에서 배출되는 배기가스를 모으는 것으로 그 모양이 흡기 다기관과 비슷하며 유출저장이나 배기 간섭이 작은 모양으로 되어 있고, 프런트 파이프 및 센터 파이프는 상기 배기 다기관 및 촉매변환기와 상기 촉매변환기 및 서브 소음기를 각각 연결하여 주는 원통형의 관이며 촉매변환기는 실린더로부터 배출되는 유해 배기가스를 무해하게 변환하는 장치이고, 서브 소음기 및 메인 소음기는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 배기소음을 저하시키는 것으로 실린더로부터 배출되는 배기가스는 대략 600 내지 900℃로서 상당히 고온이고, 그 속도도 거의 음속에 달하므로 이것을 그대로 대기중에 방출하면 급격히 팽창하기 때문에 격렬한 폭음을 내며 이러한 현상을 방지하기 위한 장치로서 읍압과 음파를 감쇠시키는 구조이다.

즉 소음기는 보통 1mm 정도의 강판으로 된 원통형의 모양으로 되어 있으며 그 내부는 몇 개의 공간으로 구분하여 배기가스가 그들의 장벽을 통과한 음파의 간섭, 압력변동의 감소, 배기 온도의 저하 등을 일으켜 점차로 소음되도록 되어 있다. 그러나 소음효과를 높이기 위하여 소음기의 저항이 너무 커지면 엔진의 폭음은 작아지지만 배기 행정에 미치는 저항, 즉 배압(Back pressure)이 높아져서 엔진의 출력이 저하되므로 자동차의 사용목적에 따라 법규에서 정한 범위에 들도록 소음의 정도를 정하고 있다. 그리고, 버플은 메인 소음기로부터 배출되는 배기가스를 대기중으로 방출하는 원통형의 관이다.

실린더로부터 배출되는 배기가스를 살펴보면 연료가 실린더 내에서 연소하여 고온/고압의 가스로 된 후 팽창함으로써 일을 마치고 배기 파이프로부터 대기 속에 배출되는 가스로서 복잡한 조성을 가지고 있는데 그 대부분을 차지하는 것은 수증기와 이산화탄소이며, 그밖에 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물로 이루어져 있다.

이러한 배출가스는 대기중에 미치는 영향으로서 스모그 현상을 들 수 있으며 스모그에는 아황산가스, 그을음, 분진 및 안개 등이 원인으로 되어 발생하는 런던형 스모그가 있고, 탄화수소와 질소산화물이 강한 태양광선을 받아 광화학 반응을 일으킴으로써 발생하는 광화학 스모그 등이 있다.

인체에 미치는 영향으로서 일산화탄소의 경우 배기가스 속에 포함되는 성분 중 가장 유해하다고 알려져 있으며 탄화수소가 산소의 부족 상태에서 불완전 연소했을 때 많이 발생된다. 상기 일산화 탄소는 인체에 흡수되면 혈액 속의 헤모글로빈에 의한 산소운반 기능이 저하되고 심하면 죽음에 까지 이르게 된다.

탄화수소는 탄소와 수소로 되어 있는 화합물을 총칭해서 일컷는 말로 저농도에서는 호흡기계에 자극을 줄 정도이지만 산화되면 알데히드류로 되어 점막이나 눈을 강하게 자극하게 된다.

질소산화물은 산소와 질소로 되어있는 화합물을 총칭해서 일컷는 말로 질소는 안정된 원소로서 간단히 산화하지 않지만 고온에서는 산소와 결합해서 질소산화물을 발생시킨다.

납화합물은 자동차용의 가솔린에는 옥탄가를 높이기 위하여 알킬납이 첨가되어 있으므로 배기가스 속에는 납화합물이 검출되며 납의 첨가량에 따라 좌우되므로 현재는 알킬납을 첨가하지 않은 가솔린이 사용되게 되었다. 이러한 알킬납은 급격히 인체에 흡수되어 맹독성을 나타내지만 엔진의 연소실 내에서 거의가 무기납이 되어 배출되므로 무기납에 대해 생각하면 된다.

흑연은 탄소의 미립자로서 디젤엔진에서 배출되는 흑연 또는 디젤 스모그라 불리우는데 탄소는 유해성은 작지만 흑연은 시계를 나쁘게 하며 호흡에 의해 산소립이 폐에 축적되면 호흡기 계통을 침범한다고 한다. 그리고 탄소 등의 부유분진과 아황산 가스가 공존하면 기관지나 폐에 강한 자극을 준다.

이러한 배기가스를 극소화시키기 위하여 촉매변환기를 설치하는데 배기가스중에 포함되어 있는 유해물질 즉, 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NO)을 산화 및 환원작용에 의해 해가 없는 이산화탄소(CO2), 물(H2O)로 전환시키는 장치로서 펠릿형(Pellet type)과 모놀리스형(Monolith type) 등이 있다.

상기 펠릿형과 모놀리스형 모두 촉매는 알루미나 단체에 백금(Pt)과 소량의 로듐(Rh)을 혼합한 것이 소성되어 있으며 백금은 주로 이산화탄소와 탄화수소의 산화작용에 사용되며 로듐은 주로 질소산화물의 환원작용을 위해서 작용한다.

도 1은 일반적인 배기 장치의 구조를 도시한 구성도로서, 프런트 파이프(1) 및 센터 파이프(3)는 배기 다기관(도시하지 않음) 및 촉매변환기(2)와 상기 촉매변환기(2) 및 서브 소음기(4)와 상기 서브 소음기(4) 및 메인 소음기(5)를 각각 연결하여 주는 원통형의 관이며 상기 촉매변환기(2)는 실린더로부터 배출되는 유해 배기가스를 무해하게 변환하는 장치이고, 서브 소음기(4) 및 메인 소음기(5)는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 배기소음을 저하시키는 것이고, 버플(6)은 메인 소음기(5)로부터 배출되는 배기가스를 대기중으로 방출하는 원통형의 관이다.

종래의 배기 장치는 차량의 개발과정에서 배기가스에 의한 응답 노이즈가 최소화 되도록 서브 소음기와 메인 소음기로 이루는 2개의 소음기를 적용하여 고유진동수가 결정되어 있으나 차량 주행조건 중에서 500 내지 6000 RPM에 걸친 광범위한 영역에서 완벽하게 공진을 피하는 것은 현실적으로 불가능하며 실제로는 어떤 특정영역에서의 공진을 감수해야 하는 문제가 있다.

따라서, 본 고안은 종래와 같은 문제점을 해소하기 위하여 자동차의 배기 장치중 서브 소음기와 메인 소음기 사이를 연결하는 센터 파이프의 일측에 분기 파이프를 형성하고 분기되는 파이프의 공간을 엔진의 회전수에 따라 그 체적이 가변될 수 있도록 하는 자동차의 배기 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 자동차의 배기 장치를 도시한 구성도.

도 2는 본 고안에 따라 자동차의 배기 장치를 전반적으로 도시한 구성도.

도 3은 본 고안에 따른 자동차 배기 장치를 상세하게 도시한 구성도이며 A부

분은 도 2의 A부분에 대한 상세도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 프런트 파이프 12 : 촉매 변환기

13 : 제 1센터 파이프 14 : 서브 소음기

15 : 메인 소음기 16 : 버플

17 : 제 2센터 파이프 20 : 피스톤

21 : 회전수 검출부 22 : ECM

23 : 제어기 24 : 구동수단

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 자동차의 배기 장치는 엔진의 회전수를 검출하는 회전수 검출부(21)와, 상기 회전수 검출부(21)로부터 검출된 데이터를 입력으로 하며 상기 데이터를 기초로 제어처리를 수행하는 ECM(22)과, 상기 ECM(22)과 통신을 수행하여 구동수단 제어신호를 출력하는 제어기(23)와, 상기 제어기(23)로부터 출력된 구동수단 제어신호에 따라 작동하는 구동수단(24)과, 상기 구동수단(24)에 의해 분기 파이프(20)내의 체적을 가변시키는 피스톤(25)으로 이루어지며, 상기 분기 파이프(20)는 서브 소음기(14)와 메인 소음기(15) 사이를 연결하는 파이프(17)의 일부분에 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안에 따른 자동차의 배기 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 고안에 따른 자동차 배기 장치의 구조를 도시한 구성도로서, 프런트 파이프(11) 및 제 1센터 파이프(13)는 배기 다기관(도시하지 않음) 및 촉매변환기(12)와 상기 촉매변환기(12) 및 서브 소음기(14)를 각각 연결하여 주는 원통형의 관이며 상기 촉매변환기(12)는 실린더로부터 배출되는 유해 배기가스를 무해하게 변환하는 장치이고, 서브 소음기(14) 및 메인 소음기(15) 사이에는 제 2센터 파이프(17)로 연결되어 있으며 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 온도와 압력을 낮추어 배기소음을 저하시키는 것이고, 버플(16)은 메인 소음기(15)로부터 배출되는 배기가스를 대기중으로 방출하는 원통형의 관이다. 그리고, 상기 제 2센터 파이프(17)의 일측은 분기파이프(20)가 형성된다.

상기 분기 파이프(20)는 엔진의 회전수에 대응하여 그 용량이 가변될 수 있도록 한 구성으로 엔진의 회전수를 검출하는 회전수 검출부(21)와, 상기 회전수 검출부(21)로부터 검출된 데이터를 입력으로 하며 상기 데이터를 기초로 제어처리를 수행하는 ECM(22)과, 상기 ECM(22)과 통신을 수행하여 구동수단 제어신호를 출력하는 제어기(23)와, 상기 제어기(23)로부터 출력된 구동수단 제어신호에 따라 작동하는 구동수단(24)과, 상기 구동수단(24)에 의해 분기 파이프(20)내의 체적을 가변시키는 피스톤(25)으로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 자동차 배기 장치의 동작원리를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안에 따른 자동차 배기 장치를 상세하게 도시한 구성도이며 A부분은 도 2의 A부분에 대한 상세도로서 회전수 검출부(21)로부터 검출된 엔진의 회전수는 ECM(22)에 입력되며 상기 ECM(22)는 회전수 검출부(21)로부터 입력된 엔진의 회전수를 기초로 하여 제어기(23)와 통신을 수행하게 되는데, 하기 표 1에 도시된 바와 같이 검출된 회전수가 500 내지 1500 RPM인 경우 제어기(23)로부터 구동수단(24)에 구동수단 제어신호를 송출하여 구동수단(24)으로 하여금 피스톤(25)이 분기 파이프(20)의 a로 표시한 부분까지 상승시켜 분기 파이프(20)의 체적이 작아지도록 한다. 그리고, 검출된 회전수가 1500 내지 3000 RPM인 경우 제어기(23)로부터 구동수단(24)에 구동수단 제어신호를 송출하여 구동수단(24)으로 하여금 피스톤(25)이 분기 파이프(20)의 b로 표시한 부분까지 상승시켜 분기 파이프(20)의 중간 정도가 되도록 한다. 그리고, 검출된 회전수가 3000 RPM 즉, 3000 내지 6000 RPM인 경우 제어기(23)로부터 구동수단(24)에 구동수단 제어신호를 송출하여 구동수단(24)으로 하여금 피스톤(25)이 분기 파이프(20)의 c로 표시한 부분까지 하강시켜 분기 파이프(20)의 체적이 커지도록 한다.

분기파이프의피스톤 위치	엔진의 회전수
a	500 내지 1500
b	1500 내지 3000
c	3000 내지 6000

상기 구동수단(24)으로서 모터를 사용하는 것이 바람직하며 분기 파이프(20)의 체적을 가변시키기 위해 상하로 운동 가능한 피스톤(25)은 본 실시예에서는 래크와 피니언을 사용한 예를 보였으나 본 고안은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 피스톤(25)을 상하로 움직일 수 있는 장치라면 그 어떤 것이라도 본 고안의 목적을 실현시킬 수 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예에서는 분기파이프(20)를 서브 소음기(14) 및 메인 소음기(15)의 사이에 설치하였으나, 본 고안은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 필요에 따라서 메인 소음기(15)의 바깥쪽에 설치하여도 좋고, 촉매 변환기(12)와 서브 소음기 사이에 설치하여도 좋다.

상술한 바와 같이 본 고안에 의하면 차량의 배기 장치중 서브 소음기와 메인 소음기를 연결하는 센터 파이프 일부분에 분기 파이프를 설치하여 엔진의 회전수에 따라서 분기파이프의 체적을 가변시킴으로써 소음을 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 하나 또는 다수개의 소음기를 갖는 자동차의 배기 장치에 있어서,

   엔진의 회전수를 검출하는 회전수 검출부(21)와,

   상기 회전수 검출부(21)로부터 검출된 데이터를 입력으로 하며 상기 데이터를 기초로 제어처리를 수행하는 ECM(22)과,

   상기 ECM(22)과 통신을 수행하여 구동수단 제어신호를 출력하는 제어기(23)와,

   상기 제어기(23)로부터 출력된 구동수단 제어신호에 따라 작동하는 구동수단(24)과,

   상기 구동수단(24)에 의해 분기 파이프(20)내의 체적을 가변시키는 피스톤(25)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 분기 파이프(20)는 서브 소음기(14)와 메인 소음기(15) 사이를 연결하는 파이프(17)의 일부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 장치.