KR20060038317A - 자동차용 배기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관에 이용되는 연소 가스 배출용 배기구에 관한 것으로서 보다 상세하게는 자동차의 배기 가스 배출 경로에 마련된 소음기 테일 파이프에 공기 흐름을 이용하여 배기 가스를 빠르게 배출시켜 연비와 출력 향상에 유용한 자동차용 배기구에 관한 것이다.

본 발명은 종래의 기술이 갖는 문제점과, 본 출원인의 선출원 기술을 개량하여 효율을 증대시키고자 안출된 것으로서 소음기 테일파이프를 통해 배출되는 배기가스가 제트기류를 형성하게하고 벤츄리 현상으로 배기 속도를 높이며 외기 유입을 순환 배출케하여 배기 속도를 가속시켜 배기 가스의 배출을 빠르게 이루고, 배기 가스의 배출은 빠르게 하면서 역류하는 배기가스를 테일파이프 중간에서 대기로 배출케하므로서 배기 가스가 기관으로 재 유입되는 오버랩을 방지하여 출력의 증대를 이룰 수 있도록 된 자동차용 배기구를 제공하고자, 자동차의 기관으로부터 배출되는 배기가스의 경로에 마련된 통상의 소음기(10) 후단에 형성된 테일 파이프(20)에 일단을 절개하여 내향 절곡한 제 1, 2 고정 베인(30, 40)을 유선형으로 형성하며 상기 제 1, 2 고정 베인(30, 40)은 상호 일정거리 이격시키고 상호 대향하도록 이루어진 자동차용 배기구에 있어 상기 제 1, 2 고정베인(30, 40)을 연통하며 외부 대기와는 밀폐하는 관체(52)를 테일파이프에 용착시킨 순환 배기구(50)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

자동차, 배기 가스, 순환, 배출, 외기, 젯트.

Description

자동차용 배기구{Exhaust for automobile}

도 1은 본 발명자의 선 출원된 종래 기술로서 자동차 배기구를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 일 실시예로서의 구성 단면도.

도 3는 본 발명의 다른 실시예로서의 구성 단면도.

도 4은 본 발명의 또 다른 변형 실시예로서의 구성 단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 소음기 20 : 테일 파이프

30 : 제 1 고정 베인 40 : 제 2 고정 베인

50 : 순환 배기구

본 발명은 내연 기관에 이용되는 연소 가스 배출용 배기구에 관한 것으로서 보다 상세하게는 자동차의 배기 가스 배출 경로에 마련된 소음기 테일 파이프에 공기 흐름을 이용하여 배기 가스를 빠르게 배출시켜 연비와 출력 향상에 유용한 자동차용 배기구에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 내연 기관을 이용하는 자동차에서는 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정에 의하여 동력이 얻어지게 된다.

상기 기관의 행정 중 공기(흡, 배기)의 흐름을 살펴보면 흡입 과정에서 에어 크리너, 스로틀 밸브 등을 통과 할 때는 비교적 커다란 저항 없이 유입이 이루어진다.

그러나 배기 과정에서는 배기 매니폴드, 촉매를 이용하는 공기 정화 장치 및 소음기 등을 거쳐 테일 파이프로 배기 되므로서 배기 흐름에 상당한 저항이 발생하게 된다.

상기 기관의 실린더에서 소음기의 테일 파이프까지 배출되는 과정에서 배기 매니폴드에서는 기관의 4행정중에 흡기 밸브와 배기 밸브가 순간적으로 동시에 개방되는 이른바 밸브 오버랩이 발생되는 시기가 있고 이 과정에서 배출되던 가스가 실린더 내로 재 유입되는 현상이 발생하면서 순간적으로 배기 매니폴드 내에는 진공 상태가 형성되며 이로 인하여 배기 가스 배출을 방해하는 1차 배기압이 형성된다.

또한, 공기 정화기인 삼차원 촉매 장치에서는 하니콤 형태의 배기가스 정화기의 미세한 통기공을 경유하면서 배기 가스의 유속이 현저하게 줄어들게되어 2차적인 배기압이 형성되며, 소음기에 유입되면 다단으로 구획된 칸막이를 돌아 흠음될 때 3차 배기압이 형성된다.

이러한 배기 과정에서 배기 가스는 3~5㎏/㎠의 압력과 600℃ 정도의 온도로 배기되어 소음기가 필수적으로 필요하며 소음기는 대개 배기량의 15~20배 정도의 용적으로 설계되며 이러한 소음기는 공기 저항으로 인하여 기관의 연소 가스가 원활히 배출되지 못하므로서 출력의 5∼10%가 감소되는 폐단이 있다.

따라서, 상기 배기 가스를 원활하게 배출 시키는 것만으로도 기관의 출력 향상과 연비를 개선할 수 있음을 알 수 있다.

상기와 같이 배기 가스의 배출을 원활하게 하고자 종래에도 다양한 제안이 공지되 있다.

대한민국 특허 공개 제 2000-56951호는 공기의 흐름을 이용한 자동차의 배기통을 제안하고 있으며 이는 자동차의 주행에 따른 공기 흐름을 이용하여 유선형의 배기구 몸통을 테일 파이프에 결합하여 유선형의 몸통을 스쳐 지나가는 공기의 유속에 따라 저압 지역이 형성되도록 하고 이 저압에 의하여 배기 가스가 급속하게 빨려나오면서 배기를 돕도록 이루어진 것이다.

그러나 이러한 유선형의 배기구 몸통을 자동차에 부착하기에는 구조적으로 비대하고 복잡한 단점이 있으며 정지 또는 저속 주행시에는 빠른 공기 흐름을 유도할 수 없어서 좁은 배기 통로만으로는 오히려 배기를 방해하는 문제가 있어 실용화가 어렵다.

공개 특허 제 1998-75223호의 와류 발생 장치를 갖는 메인 사일런서의 테일 파이프에 의하면 테일 파이프의 중간에 와류용 날개를 배기 가스에 의하여 회동되도록 마련한 것으로서 배기 가스에 의하여 날개가 돌면서 와류가 발생하여 배기하도록 제안하고 있으나 이는 오히려 배기 가스의 흐름을 방해하는 저항을 제공하므로 실질적으로 사용하기 어려운 문제가 있다.

실용신안 등록 제 99434호의 자동차 배기가스 배출 장치에 따르면 테일 파이프의 종단에 볼트로 취부되는 파이프를 마련하고 파이프의 내주연에 와류 형성용 날개를 방사상으로 다수 형성하여 이루어지는 것으로서 배기 가스를 와류시켜 배출효율을 개선하고자 제안되었으나 이와같이 단순히 배기 가스를 와류시키는 것만으로는 배기를 급속하고 원활하게 이루기에는 부족하며 결과적으로는 배기 압력으로 자연 배기되는 것에 더하여 유체의 와류가 배기를 부분적으로 돕는 정도의 미미한 효과를 얻는 것에 불과하여 효율이 극히 낮다.

또한, 특허 등록 제 257874호의 와류를 이용한 배기가스 배출 장치에 의하면 배기 가스 경로에 형성되어 있는 소음기의 앞쪽 파이프에 외부 공기를 유입하며 와류를 형성하는 베인을 갖는 와류 발생 덕트를 형성하고 스로틀 밸브 열림량에 비례하여 개도가 조절되는 밸브가 내설되어 있는 서브 덕트를 포함하여 이루어지는 것이다.

그러나 이는 배기 소음을 제거하기 위한 소음기의 전단 파이프에 외기가 유입되는 덕트를 형성하므로 배기 소음이 이 덕트로 새나가게 되어 소음이 심하게 발생되며 가속시에는 밸브가 많이 열리게되어 배기 소음이 더욱더 심하게 발생되는 폐단이 있으며 배기 가스가 소음기 내부에 비해 공기 저항이 약한 서브 덕트로 배출되므로 유입 공기가 저항을 받아 실용화하기 어려운 문제가 있다.

동시에 상기 종래 기술은 외기를 소음기의 유입구 측에 유입되게 하므로서 소음기 내부에서의 공기 저항은 그대로 존재하게 되므로 배기를 빠르게 하는데는 유용하지 못함과 함께 기관의 스로틀 밸브와 연동하는 외기 조절용 댐퍼를 구성하 므로 설비 구조 및 시설이 복잡해지는 폐해가 발생되며, 외기가 유입되어 소음기를 경유하게 되므로 소음기 내부에 외기에 포함된 이물질(분진, 모래 등)이 침적되어 소음기의 기능을 저하시키는 단점이 있다.

본 출원인은 상기 문제점을 해결하고자 대한민국 특허 출원 제 2002-13963호 및 실용신안등록 제 287763호로 자동차용 배기구를 선 출원 제안한 바 있다.

전자의 특허와 후자의 실용신안은 모두 자동차 주행에 따른 외기를 확개된 나팔관으로 모아 배기용 테일 파이프에 배기압을 높여 주도록하여 유속을 빠르게 하는 구조를 이루고 있다.

즉, 외부 공기를 나팔관으로 모아 작은 단면적을 통과하는 공기압이 증가하는 것에의해 배기파이프의 배출 가스가 빠르게 배출되도록 이루고 있다.

이러한 선원 발명들은 배기 유속의 증가를 실현하여 출력과 연비 향상에 다소간의 유익한 잇점이 있었으나 이 제안들 역시 정차 중이거나 저속으로 주행하는 경우에는 그 효과가 다소 미흡함이 있다.

또한, 본 출원인은 대한민국 특허출원 2004-13721호와 같이 테일파이프에 일단을 절개하여 내향 절곡한 고정베인을 이격하여 2개소에 마련하여 빠른 배기 기류를 조성하고, 오버랩 시의 역 유입되는 외기를 상기 베인으로 배출하도록 이루어 엔진 출력을 증대할 수 있도록 제안한 바 있다.

본 발명은 상기 특허 출원 2004-13721호를 개량하여 좀 더 개선된 효과를 얻기 위해 제안된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 문제점과, 본 출원인의 선출원 기술을 개량하여 효율을 증대시키고자 안출된 것으로서 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명은 소음기 테일파이프를 통해 배출되는 배기 가스가 제트기류를 형성하게하고 벤츄리 현상으로 배기 속도를 높이며 외기 유입을 순환 배출케하여 배기 속도를 가속시켜 배기 가스의 배출을 빠르게 이룰 수 있도록 된 자동차용 배기구를 제공하는 것이다.

본 발명은 배기 가스의 배출은 빠르게 하면서 역류하는 배기가스를 테일파이프 중간에서 대기로 배출케하므로서 배기 가스가 기관으로 재 유입되는 오버랩을 방지하여 출력의 증대를 이룰 수 있도록 된 자동차용 배기구를 제공하는 것이다.

본 발명은 구조적으로 견고한 구조를 이룸으로 내구성이 현저하게 증대되며 기존 소음기의 구조 변경 없이 적용이 가능하여 호환성이 우수한 자동차용 배기구를 제공하는 것이다.

본 발명은 배기 가스의 역류를 극감시켜 카본 등의 연소 잔류물의 퇴적을 저감시켜 엔진 수명 연장과 고가의 매연정화장치 등 배기 계통의 여러 부품을 청정하게 유지하여 수명을 증대시키는 자동차용 배기구를 제공하는 것이다.

상기 목적을 구현하고자 이루어지는 본 발명은 자동차의 소음기 종단 테일 파이프에 일단을 절개하여 내향 절곡한 제 1, 2 고정 베인을 유선형으로 마련하되 상호 일정거리 이격하고 대향하도록 이루며, 상기 제 1, 2 고정 베인을 감싸고 제 1, 2 고정베인이 상호 연통하며 대기와 밀폐하는 관체로 이루어지는 순환 배기구를 결합하여 소음기의 배기 종단에 빠름 공기 흐름을 유발하도록 이루어지는 것에 의한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.

첨부된 도 2에 본 발명의 기본 실시예가 도시되어 있다.

이는 자동차의 기관으로부터 배출되는 배기가스의 경로에 마련된 통상의 소음기(10) 후단에 형성된 테일 파이프(20)에 일단을 절개하여 내향 절곡한 제 1, 2 고정 베인(30, 40)을 유선형으로 형성하며 상기 제 1, 2 고정 베인(30, 40)은 상호 일정거리 이격시키고 상호 대향하도록 이루어진 자동차용 배기구에 있어 상기 제 1, 2 고정베인(30, 40)을 연통하며 외부 대기와는 밀폐하는 관체(52)를 테일파이프에 용착하여 이루어진 순환 배기구(50)을 포함하여 이루어진다.

상기 절개하여 내향 절곡한 제 1, 2 고정 베인(30, 40)은 절곡 각도를 최대 45도, 절곡 단부는 테일 파이프(20)의 중심선 위치까지 연장되도록 이루어진다.

상술한 바와 같은 본 발명의 작용을 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

상기 본 발명의 순환 배기구(50)를 테일 파이프(20)에 구현하게되면 엔진 구동으로 통상의 과정을 통하여 배출되는 배기 가스가 소음기(10)로 유입되면 소음기 팽창실에서 소음이 이루어진 뒤 배출된다.

먼저 도 1에 도시한 본 출원인의 선 출원 특허에 따른 작용을 살펴보면 상기 연소된 배기 가스는 제 1 고정 베인(30)의 절곡면에 의해 통과 기류가 하향되면서 벤츄리 현상에 의해 좁은 단면적을 급속하게 이동하고, 재차 제 2 고정 베인(40)의 절곡면에 부딪히면서 상향 이동하면서 그 유속은 제트 기류를 형성하고 이때 제 2 고정 베인(40)의 개방구를 통해 외기가 급속히 내기의 고압측으로 유입되면서 빨려들어와 가속이 이루어지면서 빠른 배기가 실현된다.

이때, 상기 제 1 고정 베인(30)의 개방구 측에는 저압이 발생하면서 엔진 오버랩시 발생되는 배기 가스의 역류 현상에 의한 역기류가 제 1 고정 베인(30)의 개방구를 통하여 외기로 배기되게되어 역류 가스가 소음기 측을 통한 배기 계통의 배기 장애를 주지 아니하도록 제거하는 작용하고 있다.

상기와 같이 테일 파이프(20)를 통과하는 배기 가스는 관경이 좁아지는 제 1, 2 고정 베인(30, 40)을 거치면서 벤츄리 현상에 의해 유속이 급속히 빨라지면서 동시에 기류가 제트 기류의 흐름을 이루면서 가속화되어 빠른 배기를 유도하고 아주 짧은시간 반복적으로 일어나는 엔진 오버랩 시기에는 역 기류가 저압지역인 제 1 고정베인(30)의 관통부로 배기되어 배기매니폴드로부터 소음기에 이르는 구간은 일시적인 부압상태를 이룸으로 엔진 흡기를 방해하지 아니한다.

여기서 본 발명은 제 1, 2 고정베인(30, 40)을 상호 연통시키며 외부 대기와 밀폐되도록 테일파이프(20)를 덮어씌운 순환 배기구(50)에 의하여 상기 공기 흐름은 역방향으로 증대되어 가속화 된다.

즉, 배기가스가 배출되는 테이파이프(20)의 내측에 위치하는 제 1 고정베인(30)에 비해 제 2 고정베인(40)이 외부 대기에 가깝게 형성되어 있고 제 1, 2 고정베인(30, 40)이 형성된 관체의 관통부 외경은 순환 배기구의 관체(52)에 의하여 외기와 차단된 밀폐 상태로 이루어져 공기 흐름은 전술한 선 출원 특허와는 반대 방향으로 이루어진다.

따라서, 배기 가스 배출 기류의 가속화는 선 출원 특허와 동일하나 외기 유입과 엔진 오버랩시 기류의 흐름이 정 반대로 이루어지는데 외기의 유입은 제 2 고정베인(40)을 통해 이루어지고, 유입되 외기는 제 1 고정베인(30)의 벤츄리 현상에 의해 발생되는 저압 지역의 형성에 의해 제 1 고정베인(30)을 통과하여 배기 가스의 배출 속도를 가속화시키도록 작용한다.

결국, 외기 유입이 제 1 고정베인(30) 측의 저압에 의해 빨려들어오면서 제 2 고정베인(40) 측을 통해 흡입된 고압의 기류가 제 1 고정베인 측으로 가속되어 배출되는 밀고 당기는 작용이 일어나 배기가 종전 선출원 발명에 비하여 더욱 더 빠른 배기를 이루는 효과가 있다.

따라서, 배기 가스가 배출되는 소음기 파이프에 배기 가스 배출은 더욱 더 급속하게 이루어지며 동시에 엔진 오버랩 시의 배기 가스 역기류는 상기 순환배기구(50)에서 흡입과 배출 순환이 이루어져 테일 파이프에서 곧바로 재 배출되므로 역류에 의한 배기 흐름의 방해가 방지되고, 배기가 원활하게 이루어지므로 출력이 증대되며 연료 절감의 효과와 함께 배기 계통에 잔존하는 연소 이물질의 배출이 원활하게 이루어져 배기 계통의 고가 장비를 보호하며 수명을 길게할 수 있도록 작용하는 것이다.

상기와 같은 구조에 따른 작용을 이루는 본 발명은 도 3 , 도 4에 도시한 바와 같이 변형 실시될 수도 있다.

즉, 도 3 발명에 의하면 이는 전술한 제 1, 2 고정베인(30, 40)을 형성한 테 일 파이프(20)와 상기 고정베인(30, 40)을 관체(52)로 깜싼 구조를 포함하는 순환 배기구(50)를 복수 이상 다수로 형성하고 소음기 배기단에 분기하도록 병렬 연결하여 다수의 테일파이프를 이루는 것이 가능하고 이는 자동차의 배기구를 면적을 확대하여 배기를 원할하게하며 미적인 개선을 이룰 수 있고,

도 4 발명의 경우에는 상기 제 1, 2 고정베인(30, 40)을 형성한 테일 파이프(20)와 상기 고정베인(30, 40)을 관체(52)로 감싼 구조를 포함하는 순환 배기구(50)를 분리 구성하여 소음기(10)의 배기단에 클램프(54)로써 체결 결합하여 이루어지는 것으로 일반 자동차의 배기구 종단에 쉽게 체결할 수 있도록 이루어지는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 순환 배기구를 적용하여 실험해본 결과에 의하면, 1500cc 급 자동차의 배기 매니폴드 출구 측에 압력계를 시설하고 배기 압력을 측정하여 본 결과 2500rpm 부근에서 최대 0.5(KPs)을 나타내 본 발명을 적용치 아니하고 동일하게 실험하였을 때 최대 1(KPs)의 배기 압력을 형성하는 것에 비해 1/2로 줄어들어 배기가 원할하게 이루어짐을 확인하였다.

상기 순환 배기구는 제 1, 2 고정 베인을 연통하도록 관체를 밴딩, 용접하여 이룰 수도 있으며 순환 배기구 내부 체적은 크게 고려될 사항이 아니고 단지 두 고정베인을 연통하여 공기 흐름을 이루도록 구성하면 가능하다.

이상에서 상세하게 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면 배기 가스가 배출되는 소음기 테일파이프를 통해 배출되는 배기 가스가 벤츄리현상 및 제트기류의 형 형성에 의하여 배기 가스가 급속하게 유입되는 외기와 함께 그 배기 속도가 증가되어 배기 가스의 배출을 빠르게 이룰 수 있어 가속과 등판 능력을 향상시키는 효과가 있고, 배기 가스의 배출은 빠르게 하면서 역류하는 외기를 테일파이프 중간에서 순환시켜 대기로 배출케하므로서 배기 가스가 기관으로 재 유입되는 오버랩을 방지하여 출력의 증대를 이룰 수 있으며, 구조적으로 간단하고 견고한 구조를 이룸으로 내구성이 현저하게 증대되며 기존 소음기의 구조 변경 없이 적용이 가능하여 호환성이 우수한 효과와 함께, 배기 가스의 역류를 극감시켜 카본 등의 연소 잔류물의 퇴적을 저감시켜 엔진 수명 연장과 고가의 매연정화장치 등 배기 계통의 여러 부품을 청정하게 유지하여 수명을 증대시키는 등의 여러 효과를 갖는 매우 우수한 발명인 것이다.

한편, 본 발명의 주된 설명은 자동차의 배기구를 대상으로 하였으나, 내연기관을 사용하는 모든 소음기의 테일 파이프에 적용이 가능하며 이러한 변형은 후술될 청구범위의 범주에 포함되는 극히 용이한 것으로 본 발명의 범위에 귀속된다.

Claims (3)

1. 자동차의 기관으로부터 배출되는 배기가스의 경로에 마련된 통상의 소음기(10)와 테일파이프(20)로 이루어지는 배기구에 있어서, 상기 테일 파이프(20)에 일단을 절개하여 내향 절곡한 제 1, 2 고정 베인(30, 40)을 유선형으로 형성하며 상기 제 1, 2 고정 베인(30, 40)은 상호 일정거리 이격시키고 상호 대향하도록 이루되, 상기 제 1, 2 고정베인(30, 40)을 연통하며 외부 대기와는 밀폐하는 관체(52)를 테일파이프에 용착하여 이루어진 순환 배기구(50)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배기구.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 배기구는 제 1, 2 고정베인(30, 40)을 형성한 테일 파이프(20)와 상기 고정베인(30, 40)을 관체(52)로 깜싼 구조를 포함하는 순환배기구(50)를 복수 이상 다수로 형성하고 소음기 배기단에 분기하도록 병렬 연결하여 다수의 테일파이프로 이루어지는 것을 특징으로하는 자동차용 배기구.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 배기구는 제 1, 2 고정베인(30, 40)을 형성한 테일 파이프(20)와 상기 고정베인(30, 40)을 관체(52)로 감싼 구조를 포함하는 순환 배기구(50)를 분리 구성하여 소음기(10)의 배기단에 클램프(54)로써 체결 결합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 배기구.

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