KR20090079647A

KR20090079647A - 자동차 배기시스템

Info

Publication number: KR20090079647A
Application number: KR1020080005776A
Authority: KR
Inventors: 박경석; 손성만
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-07-22

Abstract

본 발명은 자동차 배기시스템에 관한 것으로, 엔진의 배기 가스를 포집분배하는 배기 매니폴드와, 배기 가스가 통과되는 배기 파이프와, 상기 배기 파이프의 하단 부분에 설치되어 배기 소음을 저감시키는 머플러와, 상기 배기 파이프와 상기 배기매니폴드사이에 설치되어 배기가스의 유속을 저하시키는 벨로우즈연결장치를 포함하여 구성된 자동차 배기시스템에 있어서, 상기 벨로우즈연결장치는 배기매니폴드와 연결된 입구부(110)가 일측에 형성되며 주름부가 형성된 벨로우즈부(120)와; 상기 벨로우즈부(120)의 타단에 연결된 제1연결부(220)와, 상기 제1연결부(220)에서 수직으로 일정높이만큼 상방으로 형성된 단턱부(231)와, 상기 단턱부(231)의 상단에서부터 연장형성된 수평부와, 상기 수평부로부터 하방으로 경사지게 형성된 테이퍼부(232)를 포함하는 제2연결부(230)와, 상기 제2연결부(230)의 타단과 연결되고 배기파이프와 연결된 제3연결부(240)를 포함하여 이루어진 벨로우즈연결부(200);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

벨로우즈, 벨로우즈연결부, 배기가스, 열응력

Description

자동차 배기시스템{Automobile Discharge System}

본 발명은 자동차 배기시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기매니폴드와 배기파이프사이에 설치되어 배기가스로 인한 열응력을 감소시키고 벨로우즈를 통과한 고온의 배기가스의 유속을 팽창부에서 저하시켜 촉매기에 영향을 미치는 열응력을 최소화시키고 더불어 열역류현상을 방지할 수 있도록 하는 자동차 배기시스템에 관한 것이다.

자동차 배기시스템은 배기매니폴더, 벨로우즈, 촉매기, 소음기로 구성되어 있다. 배기가스의 흐름을 보게 되면 각 연소실의 배기밸브에서 배출된 배기가스는 배기매니폴더, 벨로우즈 순으로 해서 다시 촉매기로 들어가고 소음기를 통하여 대기중으로 배출되게 된다. 일반 주행 시 3000rpm에서 배기매니폴더의 입구부터 촉매기 입구 전까지 배기가스의 온도범위는 600~800℃이며 110~120kPa의 배압범위를 나타낸다. 이렇게 고온고압의 배기가스가 촉매기안으로 유입되는 과정에서 촉매기 내부의 허니컴에 의한 열응력발생으로 인해 열역류현상이 생겨 벨로우즈의 성능저하 및 수명단축을 일으키게 된다. 그렇기 때문에 고온고압의 배기가스의 유동을 원활 하게 하고 열응력을 최소화하여 배기시스템 내부성능 및 수명에 영향을 미치지 않는 장치의 개발이 필요한 실정이다.

일반적으로 사용되고 있는 배기시스템은 엔진의 형상으로 인한 배기시스템 레이아웃의 문제와 벨로우즈와 촉매기를 연결해주는 파이프 형상의 굴곡에도 불구하고 고온고압의 배기가스가 촉매컨버터의 허니컴에 충돌하면서 열응력이 발생하게 하고 이것이 벨로우즈로 열역류 현상으로 이어지게 되었다.

현재 대두되고 있는 배기가스에 대한 문제로 배기시스템에 대한 많은 기술들이 발전하고 있지만 아직까지 열응력을 고려한 배기시스템 설계는 미진한 실정이다. 때문에 고온으로 인한 열응력에 대응할 수 있는 혁신적인 배기시스템의 구성으로의 성능 및 수명 단축에서 오는 큰 손실을 줄이는 동시에 최적화된 배기시스템을 고안해 낼 수 있으며 배기 시스템의 설계 인자를 규명함으로서 작업성과 양산성을 우수하게 하여 개발원가 및 제품원가의 절감을 달성하면서 기술 수입 대체 효과를 높일 수 있을 것으로 본다.

종래의 배기 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 엔진의 배기 가스를 포집하는 배기 매니폴드(11)와, 배기 가스가 통과되는 배기 파이프(12)와, 상기 배기 파이프(12)의 끝단 부분에 설치되어 배기 소음을 저감시키는 머플러(14)와, 상기 배기 파이프(12)에 설치되어 배기 파이프(12)의 설치 위치를 조정할 수 있도록 하는 플렉시블 파이프(13)를 포함하여 구성되어 있다. 미설명부호 16은 배기파이프(12) 와 상기 플렉시블파이프(16)에 중간에 설치되어 배기가스를 처리하는 촉매컨버터이다.

상기와 같이 구성된 종래의 배기 시스템은 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스를 배기 매니폴드(11)를 통해 포집한 후 배기 파이프(13)를 통해 외부에 배출하도록 되어 있다. 엔진(10)이 작동되면 각 실린더에서는 배기 가스가 발생되고, 실린더에서 발생된 배기 가스가 상기 배기 매니폴드(11)에 의해 포집된다. 상기 배기 매니폴드(11)에 의해 포집된 배기 가스는 플렉시블 파이프(13), 촉매컨버터(16) 및 배기 파이프(12)를 통해 소음기(14)로 전달된다. 소음기(14)는 배기 가스의 온도와 압력을 낮춤으로서 배기 소음을 저감시키게 되고, 소음기(14) 후방의 테일 파이프(15)를 통해 배기 가스가 외부로 배출된다. 이때, 상기 플렉시블 파이프(13)는 자동차의 레이 아웃(Lay-Out)에 따라 배기 시스템의 각 부품을 용이하게 설치할 수 있게 한다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 배기 시스템은 상기 배기 파이프(13)의 내부를 흐르는 배기 가스가 난류이고 맥동을 갖고 있으므로 배기 가스의 흐름에 따라 배기 가스가 배기 파이프(13)의 벽면에 충돌되어 소음이 발생되는 문제점이 있다.

한편, 도 2는 종래기술에 따른 벨로우즈(1)의 일부 측 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이 벨로우즈(1)는 공지의 배기 시스템에 있어서, 배기매니폴드와 촉매컨버터에 각각 고정되는 고정단부(10)와, 이 고정단부 사이로 연설되고 주름부(22)가 형성된 주름관(20)으로 구성된다.

그리고 주름관(20)의 주름부(22)는 중앙부의 주름은 동일한 직경(D)과 피치(L1)로 형성되어 있으나, 고정단부(10) 쪽으로 위치되게 형성되어진 적어도 두 개정도의 주름은 각각 직경(d1, d2)이 점차적으로 커지게 형성함과 동시에 이들 사이의 피치(L2) 또한 중앙부의 피치(L1)보다 더 넓은 간격으로 형성하여 배기시 양 고정단부(20)부위로 집중 발생되는 진동의 흡수가 다른 부분으로도 골고루 신속하게 분산되도록 구성한 것이다. 도 2에 따른 종래기술에서는 가스의 배기시 진동이 집중적으로 발생되는 고정단부(10) 쪽의 주름을 주름관(20)의 중앙부로 형성되는 주름부의 피치(L1)에 비하여 해당부위의 피치(L2)를 넓게하고 동시에 직경(d1)(d2)을 차등적으로 커지게 형성하여 줌으로써 가스의 배기시 배기매니폴드와 촉매컨버터에 각각 고정됨에 따라 다른 부위보다 더욱 집중적으로 진동의 흡수가 이루어지는 고정단부(10)의 진동학적 특성에 따른 분산 흡수가 용이하게 된다.

그러나, 상기한 종래기술에 따르면, 자동차 배기관중 일부에 벨로우즈(1)가 장착되어 벨로우즈(1)의 주름관(20)에 의해 진동흡수가 가능한 구조이지만, 배기가스에 의한 열응력을 해소하지 못하는 구조적 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로, 벨로우즈를 통과한 고온의 배기가스는 팽창부에서 가스의 유속이 저하됨으로써 촉매기에 영향을 미치는 열응력이 최소화되며 열역류현상이 방지되는 자동차 배기시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 자동차 배기시스템은 엔진의 배기 가스를 포집하는 배기 매니폴드와, 배기 가스가 통과되는 배기 파이프와, 상기 배기 파이프의 선단 부분에 설치되어 배기 소음을 저감시키는 머플러와, 상기 배기 파이프와 상기 배기매니폴드사이에 설치되어 배기가스의 유속을 저하시키는 벨로우즈연결장치를 포함하여 구성되며, 상기 벨로우즈연결장치는 배기매니폴드와 연결된 입구부가 일측에 형성되며 주름부가 형성된 벨로우즈부와; 상기 벨로우즈부의 타단에 연결된 제1연결부와, 상기 제1연결부에서 수직으로 일정높이만큼 상방으로 형성된 단턱부와, 상기 단턱부의 상단에서부터 연장형성된 수평부와, 상기 수평부로부터 하방으로 경사지게 형성된 테이퍼부를 포함하는 제2연결부와, 상기 제2연결부의 타단과 연결되고 배기파이프와 연결된 제3연결부를 포함하여 이루어진 벨로우즈연결부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 자동차 배기시스템에 의하면, 배기 매니폴드에 의해 포집된 배기 가스에 의한 열응력을 벨로우즈 후단에 연결된 벨로우즈연결부를 통해 완화시킴으로써 열역류현상을 방지하고 벨로우즈의 성능을 향상시키고 고온고압의 배기가스의 유동을 원활하게 하고 열응력을 최소화함으로써 배기시스템 내부성능 및 수명을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명에 따른 자동차 배기시스템은 자동차 뿐만 아니라 선박 및 내연기관이 적용되는 모든 산업에 걸쳐 사용될 수 있다.

이하 본 발명에 따른 자동차 배기시스템용 연결장치에 대하여 첨부도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 배기시스템용 벨로우즈연결장치의 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3의 연결부의 측단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 자동차 배기시스템은 벨로우즈 출구부 후미에 벨로우즈연결부를 연결하여 고온고압의 배기가스의 유속과 압력을 감속시켜서 벨로우즈부에 미치는 열응력을 최소화하는 것이 특징이라고 할 수 있다.

도 3 및 4에서, 좌측이 입구이고 우측이 출구인데, 좌측은 벨로우즈부를 나타낸 것이고 우측은 벨로우즈부를 연장시킨 팽창부 혹은 벨로우즈연결부이다. 벨로우즈부를 통과한 고온의 배기가스는 벨로우즈연결부에서 가스의 유속이 저하되어 촉매기에 영향을 미치는 열응력이 최소화되고 더불어 열역류현상이 방지된다.

본 발명에 따른 자동차 배기시스템은 엔진의 배기 가스를 포집하는 배기 매니폴드와, 배기 가스가 통과되는 배기 파이프와, 상기 배기 파이프의 선단 부분에 설치되어 배기 소음을 저감시키는 머플러와, 상기 배기 파이프와 상기 배기매니폴드사이에 설치되어 배기가스의 유속을 저하시키는 벨로우즈연결장치를 포함하여 구성된다.

상기 벨로우즈연결장치는 배기매니폴드와 연결된 입구부(110)가 일측에 형성되며 주름부가 형성된 벨로우즈부(Bellows Part: 120)와; 상기 벨로우즈부(120)의 타단에 연결된 제1연결부(220)와, 상기 제1연결부(220)에서 수직으로 일정높이만큼 상방으로 형성된 단턱부(231)와, 상기 단턱부(231)의 상단에서부터 연장형성된 수평부와, 상기 수평부로부터 하방으로 경사지게 형성된 테이퍼부(232)를 포함하는 제2연결부(230)와, 상기 제2연결부(230)의 타단과 연결되고 배기파이프와 연결된 제3연결부(240)를 포함하여 이루어진 벨로우즈연결부(ECP:Exhaust Cavity Pipe, 200);를 포함하여 이루어진다. 상기 제 1 연결부(220)과 제 3연결부(240)의 지름은 동일하고 상기 제2연결부(230)는 상기 제1 및 제3연결부(240)의 지름보다 상기 단턱부(231)의 높이 h만큼 더 큰 것을 특징으로 한다. 즉 상기 벨로우즈연결부(200)는 좌측에서부터 우측으로 배기가스가 이동하면서 제1 연결부(220)의 지름보다 큰 지름을 가진 제2연결부(230)에 도달하여 유속이 느려지게 되고 이후 제3연결부(240)로 이동하면서 열응력이 최소화되게 된다. 한편 제2연결부(230)은 수직상방 으로 연장된 단턱부(231)로 인해 벨로우즈부(120)로의 배기가스의 역류가 방지되게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 종래의 배기 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 2는 종래기술에 따른 벨로우즈의 일부 측 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 배기시스템용 벨로우즈연결장치의 개략적인 사시도이다.

도 4는 도 3의 연결부의 측단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

120: 벨로우즈부

200: 벨로우즈연결부

220,230,240: 제1,제2 및 제3 연결부

Claims

엔진의 배기 가스를 포집분배하는 배기 매니폴드와, 배기 가스가 통과되는 배기 파이프와, 상기 배기 파이프의 하단 부분에 설치되어 배기 소음을 저감시키는 머플러와, 상기 배기 파이프와 상기 배기매니폴드사이에 설치되어 배기가스의 유속을 저하시키는 벨로우즈연결장치를 포함하여 구성된 자동차 배기시스템에 있어서,

상기 벨로우즈연결장치는

배기매니폴드와 연결된 입구부(110)가 일측에 형성되며 주름부가 형성된 벨로우즈부(120)와;

상기 벨로우즈부(120)의 타단에 연결된 제1연결부(220)와, 상기 제1연결부(220)에서 수직으로 일정높이만큼 상방으로 형성된 단턱부(231)와, 상기 단턱부(231)의 상단에서부터 연장형성된 수평부와, 상기 수평부로부터 하방으로 경사지게 형성된 테이퍼부(232)를 포함하는 제2연결부(230)와, 상기 제2연결부(230)의 타단과 연결되고 배기파이프와 연결된 제3연결부(240)를 포함하여 이루어진 벨로우즈연결부(200);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차 배기시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결부(220)과 제 3연결부(240)의 지름은 동일하고 상기 제2연결부(230)는 상기 제1 및 제3연결부(240)의 지름보다 상기 단턱부(231)의 높이 h만큼 더 큰 것을 특징으로 하는 자동차 배기시스템.