KR20060115078A - 흡기 매니폴드에 의해 연동되는 자동차용 배기가스밸런스밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 배기장치에 장착되는 배기가스 밸런스밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서브머플러와 메인머플러의 사이에 위치한 센터파이프에 별도의 밸런스밸브를 장착하되, 상기 밸런스밸브는 흡기 매니폴더로부터 공기압을 제공받아 이에 의해 그 내측의 개폐판이 자동으로 회전 개폐되게 함으로서,

초기 엔진시동 및 공회전시 그 배기가스의 배출을 억제하여 이에 의해 흡기 매니폴더 및 엔진을 가열토록 하고, 차량의 주행시에는 밸런스밸브를 개방하여 원활하게 배기가스가 배출될 수 있도록 하여, 배기열에 의한 간접가열방식과 워터재킷에 의한 직접가열방식의 단점을 극복하고, 이들의 장점만을 취득하여 카운터 플로를 방지하면서도 연소실 설계의 용이성을 제공하는 것이며, 제어 밸브 등의 조절기구를 요구하지도 않으면서, 구조가 간단하고 제작이 용이하므로 매우 효과적이고 경제적인 특징을 갖는 흡기 매니폴드에 의해 연동되는 자동차용 배기가스 밸런스밸브에 대한 것이다.

엔진, 머플러, 흡기 매니폴드, 밸런스밸브, 기압실, 배기가스

Description

흡기 매니폴드에 의해 연동되는 자동차용 배기가스 밸런스밸브 {Exhaust balance valve for vehicles operated by intake manifold}

도 1은 본 발명에 따른 밸런스밸브가 장착된 자동차의 흡,배기장치 전체 구성도

도 2는 본 발명에 따른 밸런스밸브의 전체사시도

도 3은 본 발명에 따른 밸런스밸브의 단면작동도

도 4는 본 발명에 따른 밸런스밸브의 개폐판 확대도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 흡기 매니폴드 20 : 배기 매니폴드

30 : 촉매컨버터 31 : 프런트파이프

32 : 서브머플러 33 : 센터파이프

34 : 메인머플러 35 : 버플

40 : 밸런스밸브 41 : 기압실

42 : 에어호스 43 : 결합관

44 : 개폐판 45 : 회전축

46 : 회전캠판 47 : 스프링

48 : 작동로드 49,49' : 배기홈

100 : 엔진

본 발명은 자동차의 배기장치에 장착되는 배기가스 밸런스밸브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 흡기 매니폴드의 공기압에 의해 연동되는 밸런스밸브를 서브머플러와 메인머플러 사이의 센터파이프에 장착함으로서, 이에 의해 배기가스를 효과적으로 제어함에 따라 흡기 매니폴드 및 엔진을 예열 및 가열하여 엔진의 출력 및 연비 향상을 도모하면서도 소음감소 및 연소율이 향상되게 한 흡기 매니폴드에 의해 연동되는 자동차용 배기가스 밸런스밸브에 대한 것이다.

흡기 매니폴드(Intake manifold)는 기화기에서 만들어진 혼합기를 될 수 있는 한 저항을 적게 받으면서 실린더로 유도하는 관이며, 2실린더 이상의 다실린더 엔진에서는 각 실린더에 균일한 질과 량의 혼합기를 분배하는 역할을 하고 있다.

따라서, 흡기 매니폴드 설계의 적합 여부는 엔진의 체적효율과 출력에 직접적으로 큰 영향을 주게 된다.

이러한 흡기 매니폴드는 주철, 알루미늄 합금, 또는 강관으로 만들어져 있으 며, 그 중앙부에 기화기를 장치하는 플랜지가 있으며, 실린더 헤드의 흡입 포트에 개스킷을 끼워 장치한다.

매니폴드내에서는 아직 기화하지 않은 가솔린이 벽에 따라 아래면으로 흐르므로 균일한 혼합비로 분배하기 위하여 관의 크기와 단면형상, 구부리는 방법 등에 대해서 여러가지 연구가 진행되고 있으며, 클로스 플로방식은 흡배기효율을 높이는 방식으로 알려져 있다.

또한, 매니폴드내를 흐르는 혼합기는 정상적으로 흐르는 것이 아니라 사이클마다 간헐적으로 흐르므로 체적효율을 높히기 위해서는 맥동이나 간섭, 그외의 관성효율 등을 충분히 고려하여 설계되어야 한다.

관벽을 따라 흐르는 가솔린의 기화를 적극적으로 좋게 하기 위해서는 흡기 매니폴드를 배기 매니폴드와 조합시켜 배기열의 일부로 흡기 매니폴드를 따듯하게 하거나, 흡기 매니폴드의 주위에 워터 재킷을 설치하여 온수를 순환시키거나 하여 기화열을 부여하는 방법이 채용되고 있다.

또한, 기온이 낮은 엔진 시동직후에는 혼합기가 기화되기 어려우므로 배기가스를 직접 흡기 매니폴드의 일부로 유도하는 방법도 채용된다. 그러나 흡기를 가열함으로써 기화가 촉진되어 혼합기의 균일한 분배를 도모할 수는 있지만 반대로 체적효율은 저하되는 불리한 점이 있는 것이다.

따라서, 엔진의 온도가 올라가거나 자동적으로 그 작용을 멈추도록 열 제어 밸브(Heat control valve)가 설치된 것도 있다.

열 제어 밸브는 배기 매니폴드 중심부에 장치되어 있으며, 코일식의 바이메 탈에 의해 작동되고 엔진이 냉각되었을 때는 흡기 매니폴드 중심부로 배기를 유도하여 따뜻하게 하고, 엔진이 따뜻함에 따라 밸브를 열어 배기가스는 흡기 매니폴드를 따뜻하게 가열하지 않고 직접 배출된다.

흡기를 가열하는 방식에는 이상의 배기가스를 이용하는 방식 외에 온수를 이용하는 방법도 있으며 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드를 별도로 구분하여 장치하는 엔진도 있다.

그러나, 이들 두가지 가열방식을 비교하면 배기가스 사용방식은 구조가 간단하기 때문에 제작이 용이하고 작업성도 좋지만, 흡입과 배기 매니폴드를 같은 쪽에 설치하기 때문에 연소실내에서 흡기의 흐름과 배기 방향이 서로 반전하는 이른바 카운터 플로(Counter flow)가 되며 서로 간섭을 피할 수 없게 된다.

또한, 밸브의 배치에도 제약을 받기 때문에 연소실의 설계가 어려워지며, 흡기를 가열할 염려가 있으므로 제어 밸브 등의 조절기구가 필요한 것이다

이것에 비하여 온수가열방식은 흡기 매니폴드에 워터 재킷을 설치하기 때문에 구조가 복합하고 제작이 번거로운 점도 있지만, 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드를 연소실의 양쪽에 배치할 수 있으며, 가스의 흐름과 밸브의 배치에 무리없이 이상적인 연소실 형상을 설계할 수 있으므로 엔진 성능의 향상을 구할 수 있다.

또한, 가열온도도 냉각액온도이므로 가열되는 일이 없기 때문에 별도의 온도조절기구를 요구하지 않는 장점을 갖고 있는 것이다.

이와 같이 흡기 매니폴드를 가열시킴에 따라 혼합기의 연소율이 적극적으로 뛰어나게 되므로, 엔진의 출력 및 연비의 향상을 기대할 수 있게 되고 소음이 저감되는 효과를 얻을 수 있는 바, 상기한 바와 같은 배기열에 의한 간접가열방식 및 워터재킷에 의한 직접가열방식을 채택하고 있으나 이들 모두 단점을 갖고 있어 이를 극복하고자 하는 노력이 계속되고 있는 실정이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 서브머플러와 메인머플러의 사이에 위치한 센터파이프에 별도의 밸런스밸브를 장착하되, 상기 밸런스밸브는 흡기 매니폴더로부터 공기압을 제공받아 이에 의해 그 내측의 개폐판이 자동으로 회전 개폐되게 함으로서,

초기 엔진시동 및 공회전시 그 배기가스의 배출을 억제하여 이에 의해 흡기 매니폴더 및 엔진을 가열토록 하고, 차량의 주행시에는 밸런스밸브를 개방하여 원활하게 배기가스가 배출될 수 있도록 하여, 배기열에 의한 간접가열방식과 워터재킷에 의한 직접가열방식의 단점을 극복하고, 이들의 장점만을 취득하여 카운터 플로를 방지하면서도 연소실 설계의 용이성을 제공하는 것이며 제어 밸브 등의 조절기구를 요구하지도 않으면서, 구조가 간단하고 제작이 용이하므로 매우 효과적이고 경제적인 특징을 갖는 흡기 매니폴드에 의해 연동되는 자동차용 배기가스 밸런스밸브를 제공하고자 함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 밸런스밸브가 장착된 자동차의 흡,배기장치 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 밸런스밸브의 전체사시도이다.

자동차용 엔진(100)의 양측에 흡기 매니폴드(10)와 배기 매니폴드(20)가 각각 구비되고, 상기 배기 매니폴드(20)에는 촉매컨버터(30)를 갖는 프런트파이프(31)와 서브머플러(32) 및 센터파이프(33), 메인머플러(34), 버플(35)이 순차적으로 결합되어진 배기장치가 형성된 자동차용 흡,배기장치에 있어,

상기 센터파이프(33)에는 별도의 밸런스밸브(40)를 장착하고, 밸런스밸브(40)의 기압실(41)은 별도의 에어호스(42)에 의해 흡기 매니폴드(10)의 내부와 연결되게 하되,

밸런스밸브(40)는, 결합관(43)의 내부에 개폐판(44)이 내장되고 그 개폐판(44)은 양측주면에 일정깊이의 배기홈(49)(49')이 형성되어 그 중앙부가 회전축(45)에 의해 축설되며, 상기 회전축(45)은 결합관(43)의 선단으로 노출되어 별도의 회전캠판(46)과 고정되고,

상기 결합관(43)의 일측에는 밀폐상의 기압실(41)이 장착되고, 그 기압실(41)의 내부에는 스프링(47) 탄지된 작동로드(48)가 위치하며, 상기 작동로드(48)는 상기 회전캠판(46)의 일측에 힌지 결합되어, 흡기 매니폴드(10)의 내부압력에 의해 상기 개폐판(44)이 회전되게 구성한 것이다.

이상과 같은 본 발명 흡기 매니폴드에 의해 연동되는 자동차용 배기가스 밸런스밸브의 작용을 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 자동차의 초기 시동시 엔진이 구동하면, 구동과 동시에 흡기 매니폴드(10)로부터 혼합기를 공급받아 그 엔진(100)의 내부에서 폭발하게 되는 것이며, 폭발에 의한 배기가스는 배기 매니폴드(20)를 통해 배출되는 것이다.

이러한 배기 매니폴드(20)에는, 배기가스의 유해성분을 제거하기 위한 촉매컨버터(30)를 갖는 프론트파이프(31)가 결합되어 있고, 촉매컨버터(30)로부터 1차 매연이 제거된 배기가스는 서브머플러(32)에 의해 2차 유해물질이 제거되며, 다시 센터파이프(33)를 따라 메인머플러(34)로 이동하여 3차로 유해물질이 제거되어 단부의 버플(35)을 통해 비교적 정화된 배기가스가 외부로 배출되는 것이다.

이때, 상기한 센터파이프(33)에는 별도의 밸런스밸브(40)를 장착하여 상기와 같은 초기시동상태에서의 배기가스 배출을 억제함에 따라 고열의 배기가스를 통해 상기한 엔진(100)을 가열시켜 엔진의 보다 원활한 작동 및 정숙한 작동을 가능케 하여 출력 및 연비를 향상시키게 되는 것인데,

상기한 배기가스에 의해 엔진(100)을 가열시키는 구조 및 방법은 일반적으로 널리 공개되어 있으므로 이에 대한 구체적인 실시예는 생략하기로 한다.

이러한 결합구조를 갖는 밸런스밸브(40)는 상기한 흡기 매니폴드(10)의 공기압에 따라 함께 연동되는 것인데.

흡기 매니폴드(10)는 엔진의 흡입공정에 의해 그 내부가 진공상태가 되는 것인데, 이러한 진공상태는 밸런스밸브(40)를 연결하고 있는 에어호스(42)를 통해 그 밸런스밸브(40)의 기압실(41)이 진공상태가 되게 하므로, 진공압력에 의해 상기한 기압실(41) 내의 작동로드(48)를 후퇴시켜 작동로드(48)의 후퇴에 의해 그 결합관(42) 내의 개폐판(44)을 회전시켜 그 센터파이프(33)로 배츨되는 배기가스를 차단하게 되는 것이다.

즉, 초기 공회전 상태에서는 그 엔진(100)이 냉각된 상태이며, 그 흡기 매니폴드(10)는 진공상태이므로 진공압력을 이용하여 밸런스밸브(40)의 개폐판(44)을 회전시켜 이에 의해 배기가스의 배출을 억제하되, 상기한 배기가스가 완전히 차단될 경우에는 어려가지로 위험하므로 최소한의 배기가스만이 배출될 수 있도록 그 개폐판(44)의 양측부에 도 4의 도시와 같은 배기홈(49)(49')을 형성하여, 그 배기홈(49)(49')과 결합관(43)의 내주면 사이의 통로를 통해 배기가스가 배출될 수 있게 한 것이다.

이렇게 배기가스의 배출이 억제됨에 따라 고열의 배기가스는 그 열기가 엔진 및 헤드 측에 영향을 끼쳐 냉각된 엔진을 보다 빠른 시간내에 가열시키게 되므로 출력 및 연비 향상은 물론 연소율을 향상시켜 소음을 감소하는 효과를 기대할 수 있게 된다.

또한, 운전자가 가속을 하여 페달을 밟게 되면 흡기 매니폴드(10)의 내부로 외부의 공기가 유입됨에 따라 진공상태가 해제되는 것인데, 이렇게 진공력이 해제되면 이는 에어호스(42)를 통해 밸런스밸브(40)의 기압실(41) 진공력을 해제하게 되는 것이며,

기압실(41) 내부의 진공력이 해제되면 자연스럽게 스프링(47)의 탄발력에 의 해 그 작동로드(48)가 전진하면서 회전캠판(46)을 일측으로 밀어내게 되는 것이며, 회전축(45)과 고정된 회전캠판(46)이 회전함에 따라 회전축(45)과 연동하는 개폐판(44)이 회전하여 그 결합관(43) 즉, 센터파이프(33)를 개방시켜 원활한 배기가스의 배출이 이루어지도록 하는 것이다.

이와 같이 흡기 매니폴드(10)의 진공력에 의해 기압실(41)의 압력이 가변되므로 이에 따른 작동로드(48)의 작동과정에 의해 그 개폐판(44)의 회전각이 결정되므로 결국 센터파이프(33) 및 머플러를 통해 배출되는 배기가스의 량을 자동으로 제어하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명 흡기 매니폴드에 의해 연동되는 자동차용 배기가스 밸런스밸브는, 초기 엔진시동 및 공회전시 그 배기가스의 배출을 억제하여 이에 의해 흡기 매니폴더 및 엔진을 가열토록 하고, 차량의 주행시에는 밸런스밸브를 개방하여 원활하게 배기가스가 배출될 수 있도록 하여, 배기열에 의한 간접가열방식과 워터재킷에 의한 직접가열방식의 단점을 극복하고, 이들의 장점만을 취득하여 카운터 플로를 방지하면서도 연소실 설계의 용이성을 제공하는 것이며 제어 밸브 등의 조절기구를 요구하지도 않으면서, 구조가 간단하고 제작이 용이하므로 매우 효과적이고 경제적인 것이다.

Claims (1)

1. 자동차용 엔진(100)의 양측에 흡기 매니폴드(10)와 배기 매니폴드(20)가 각각 구비되고, 상기 배기 매니폴드(20)에는 촉매컨버터(30)를 갖는 프런트 파이프(31)와 서브머플러(32) 및 센터파이프(33), 메인머플러(34), 버플(35)이 순차적으로 결합되어진 배기장치가 형성된 자동차용 흡,배기장치에 있어,

   상기 센터파이프(33)에는 별도의 밸런스밸브(40)를 장착하고, 밸런스밸브(40)의 기압실(41)은 별도의 에어호스(42)에 의해 흡기 매니폴드(10)의 내부와 연결되게 하되,

   밸런스밸브(40)는, 센터파이프(33)과 연결되기 위한 결합관(43)의 내부에 개폐판(44)이 내장되고 그 개폐판(44)은 양측주면에 일정깊이의 배기홈(49)(49')이 형성되어 그 중앙부가 회전축(45)에 의해 축설되며, 상기 회전축(45)은 결합관(43)의 선단으로 노출되어 별도의 회전캠판(46)과 고정되고,

   상기 결합관(43)의 일측에는 밀폐상의 기압실(41)이 장착되고, 그 기압실(41)의 내부에는 스프링(47) 탄지된 작동로드(48)가 위치하며, 상기 작동로드(48)는 상기 회전캠판(46)의 일측에 힌지 결합되어, 흡기 매니폴드(10)의 내부압력에 의해 상기 개폐판(44)이 회전되게 구성하여 됨을 특징으로 하는 흡기 매니폴드에 의해 연동되는 자동차용 배기가스 밸런스밸브.

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