KR20110021454A - 배기가스의 재순환을 위한 배기구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 냉각수 온도의 상승을 위해 배기가스의 일부가 냉각장치를 경유하도록 구성된 배기구조에 있어서, 엔진에서 발생된 배기가스를 이송하는 배기관; 투입구가 상기 배기관에 연결되고 배출구는 냉각장치로 연결되어 배기관 내에서 유동하는 배기가스의 일부가 냉각장치로 이송되는 인렛파이프; 투입구는 상기 냉각장치에 연결되고 배출구는 배기관에 연결되어 상기 냉각장치를 경유한 배기가스가 배기관 내로 유입되는 아웃렛파이프; 및 상기 아웃렛파이프의 배출구에서 이격되도록 배기관 내부에 설치된 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

냉각수, 배기가스, 배기관

Description

배기가스의 재순환을 위한 배기구조{EXHAUST STRUCTURE FOR RECIRCULATION OF EXHAUST GAS}

본 발명은 배기가스의 재순환을 위한 배기구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스의 재순환 효율을 개량하여 성능을 더욱 향상시킨 '배기가스의 재순환을 위한 배기구조'에 관한 것이다.

차량은 디젤 또는 가솔린 등과 같이 연료에 따라 그리고 기통수, 배기량 등에 따라 다양하게 개발되어 왔다.

이와 같은 차량의 엔진은 4행정인지 2행정인지에 따라 약간의 순서상의 차이가 있으나 흡입, 압축, 폭발, 배기 작동을 반복적으로 수행하며 동력을 발생시킨다.

이러한 엔진의 동작 중, 공기와 함께 엔진의 실린더 내부로 분사된 연료는 배기행정에서 각 실린더 밖으로 배기 다기관(exhaust manifold)들를 통해 배출되며, 배기 다기관들은 하나의 배기관으로 연결되어 차량 후방의 머플러 쪽으로 이송돼 배출되도록 구성된다.

하지만, 이와 같은 배기가스는 바로 외부로 배출되는 것이 아니라 오염물질의 배출을 억제하기 위하여, EGR(Exhaust gas recirculation) 장치, 연료 증발가스제어장치 등을 통하여 엔진 내부로 재순환되며, 필터 및 촉매 장치 등을 거쳐 머플러 쪽으로 이송된다.

또한, 배기가스의 압력을 이용한 터보차져 장치 등이 있으며, 배기열을 이용하여 냉각수의 온도를 신속하게 상승시킴으로서 엔진의 예열시간을 단축시키고 냉각수를 이용한 히터의 효율을 증가시키는 'FAST WARM UP SYSTEM'(패스트 웜 업 시스템) 등이 있다.

이 중, 엔진을 신속하게 최적온도로 상승시켜 연비를 향상시키며 예열을 최대한으로 단축시키는 상기 '패스트 웜 업 시스템'에서는, 배기관에서 인렛파이프를 통해 분기된 일부의 배기가스가 냉각장치로 투입되어 냉각수를 가열시키고 다시 아웃렛파이프를 통하여 배기관으로 배출되는 구조를 갖게 된다.

그러나, 냉각장치를 경유하고 아웃렛파이프를 통하여 배기관에 합류하게 되는 배기가스는 이동하는 동안 배압이 증가하여, 배기관을 따라 이동하는 배기가스와 합류할 때, 상대적으로 압력 낮으므로 도 1 에 도시된 바와 같이 배기관으로의 유입이 어려워지는 문제점이 발생된다.

따라서, 냉각장치를 경유한 배기가스를 배기관으로 강제로 유동시키기 위하여 별도의 펌핑장치가 필요하였다. 그러나, 이와 같은 펌핑장치는 필연적으로 차체의 중량을 증가시키고 향상된 연비의 일정 부분을 감쇄시키는 문제점이 있었다.

아울러, 도 1 에 도시된 바와 같이, 배기가스가 합류하는 부분에서 난류가 발생하여 소음 및 진동을 유발시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 창안된 것으로, 냉각수 온도의 상승을 위해 배기가스의 일부가 냉각장치를 경유하도록 구성된 배기구조에 있어서, 엔진에서 발생된 배기가스를 머플러 측으로 이송하는 배기관; 투입구가 상기 배기 관에 연결되고 배출구는 냉각장치로 연결되어 배기관 내에서 유동하는 배기가스의 일부가 냉각장치로 이송되는 인렛파이프; 투입구는 상기 냉각장치에 연결되고 배출구는 배기관에 연결되어 상기 냉각장치를 경유한 배기가스가 배기관 내로 배출되는 아웃렛파이프; 및 상기 아웃렛파이프의 배출구에서 이격되도록 배기관 내부에 설치된 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 아웃렛파이프의 배출구가 배기관에 수직을 이루도록 연결되고 상기 블레이드는 판 형상으로서 일면이 아웃렛파이프이 배출구에 마주하도록 배치되며, 배기관 내를 유동하는 배기가스와 아웃렛파이프 내에서 배출되는 배기가스가 합류하기 전에 배기관 내의 배기가스를 분기시키는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 블레이드는 아웃렛파이프에서 배출된 배기가스와 배기관 내를 유동하는 배기가스가 합류하는 방향을 향한 면에서 일측으로 경사면이 형성되거나, 아웃렛파이프에서 배출된 배기가스와 배기관 내를 유동하는 배기가스가 합류하는 방향을 향한 면이 상대적으로 더 볼록하게 전체가 익형으로 형성된다.

상기와 같은 구성 및 특징을 갖는 본 발명은, 배기관 내에 블레이드를 구비하여 별도의 펌핑장치 없이도 냉각장치를 경유한 배기가스가 배기관에 합류하도록 유도하는 효과가 있다.

상기 블레이드는 아웃렛파이프의 배출구의 하측으로 배기관 내에 설치되므로 종래의 구조에서도 용이하게 구성될 수 있다.

그리고 상기 블레이드는 배기가스가 합류하는 면에서 일측으로 경사면이 형성되거나 전체가 익형(air foil)으로 형성되어 합류된 배기가스의 난류를 억제하는 효과가 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기구조를 더욱 상세하게 설명한다.

엔진의 각 실린더에서 배출되어 배기 다기관(exhaust manifold)(미도시)를 통해 집하된 배기가스는 배기관(10)을 따라 머플러(50) 측으로 이송된다. 이때, 배기가스는 유해성분을 제거하기 위해 일부가 재순환하여 엔진 내부로 다시 유입되기도 하며 각종 필터 등을 거쳐서 머플러에 도달하게 된다.

도 2 는 발명을 명확히 알아볼 수 있도록 차량 내부의 각종 센서, 순환장치 및 필터 등을 배제하고 엔진 및 머플러와 함께 본 발명에 따라 냉각장치로 재유입되는 배기구조만 도시한 것이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 배기가스가 냉각장치로 재순환을 하기 위한 배기구조에서, 배기관(10)의 일측은 엔진과 연결되고 타측은 머플러(50) 측에 연결되어 내부에서 배기가스가 유동한다.

상기 배기관(10)은 내부의 배기가스가 냉각수를 가열한 후 회수될 수 있도록 냉각장치와 각각 연결된 인렛파이프(20)와 아웃렛파이프(30)의 각 끝단이 연결된다. 그리고, 도시된 바와 같이, 배기관(10)에 연결된 인렛파이프(20)의 투입구는 상대적으로 아웃렛파이프(30)의 배출구(31)(도 5 참조)보다 엔진에 가깝게 설치된다. 배기가스가 유입되어 들어가는 일측 끝단의 입구를 투입구라하고 배출되는 타측 끝단의 입구를 배출구라 하면, 배기관(10) 내의 배기가스는 일부가 인렛파이프(20)의 투입구를 통해 분기되어 냉각장치를 경유한 후 아웃렛파이프(30)의 배출구(31)를 통하여 배기관(10) 내로 다시 유입된다.

한편, 전술한 바와 같이, 냉각장치를 경유하고 아웃렛파이프(30)를 통해 배기관(10)에 합류하는 배기가스는 압력이 상대적으로 낮아진 상태이므로 원활한 합류가 이루어질 수 있도록, 본 발명에서는 아웃렛파이프(30)의 배출구(31)의 하측으로 배기관(10) 내부에는 상기 배기관(10)을 상측과 하측으로 분활하는 블레이드(40)가 설치된다.

도 3 과 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(40)는, 배기관(10) 내부를 구획하도록 아웃렛파이프(30)의 배기구(31)를 향하여 상면이 상향도록 배치되며 배기관의 양측에서 착공(鑿空)된 설치공(11)을 통해 내부로 삽입된 다음 배기관(10) 외부에서 용접 등으로 고정된다.

상기 블레이드(40)는 배기가스의 흐름에 마주하는 측(도 5 에서 좌측)은 라운딩되어 배기가스의 흐름을 방해하지 않으며 타측(도 5 에서 우측)에는 경사면이 형성되거나, 전체가 비행기 날개의 단면과 같은 익형(air foil)을 갖도록 구성된다.

이와 같이 구성된 블레이드(40)는 배기관(10) 내에서 유동하는 배기가스의 경로를 분할하여, 블레이드(40)의 상측을 지나는 배기가스의 압력을 상대적으로 낮 추고 하측의 압력을 상대적으로 높이는 기능을 한다. 즉, 베르누이의 법칙에 따라 공기가 지나가는 경로가 더 길어진 블레이드(40)의 상측면을 지나는 배기가스는 속도가 증가되어 상대적으로 압력이 떨어지게 된다. 이때, 블레이드(40)의 의해 압력이 떨어지는 정도는 블레이드(40)의 형상에 따라 상이하나 본 발명에 따른 배기구조는 아웃렛파이프(30)를 통해 배기관(10)으로 유입되는 배기가스의 압력 아래로 떨어뜨린다.

따라서, 냉각장치를 경유하고 아웃렛파이프(30)의 배출구(31)를 통해 배기관(10) 내부로 유입된 배기가스는 낮아진 압력에 따라서 소음 및 진동을 유발하는 난류 발생 없이 배기관 내에서 합류할 수 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

도 1 은 종래의 배기구조에 따른 배기관의 단면도,

도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기구조의 측면도 및 부분확대도,

도 3 은 본 발명에 따라 배기관 및 아웃렛파이프의 연결부분에 블레이드가 설치되는 모습을 나타내는 사시도,

도 4 은 본 발명에 따라 배기관 및 아웃렛파이프의 연결부분에 블레이드가 설치된 모습을 나타내는 사시도,

도 5 는 본 발명에 다른 배기관의 단면도.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

10 : 배기관 20 : 잇렛파이프

30 : 아웃렛파이프 40 : 머플러

Claims (4)

1. 냉각수 온도의 상승을 위해 배기가스의 일부가 냉각장치를 경유하도록 구성된 배기구조에 있어서,

   엔진에서 발생된 배기가스를 이송하는 배기관;

   투입구가 상기 배기관에 연결되고 배출구는 냉각장치로 연결되어 배기관 내에서 유동하는 배기가스의 일부가 냉각장치로 이송되는 인렛파이프;

   투입구는 상기 냉각장치에 연결되고 배출구는 배기관에 연결되어 상기 냉각장치를 경유한 배기가스가 배기관 내로 유입되는 아웃렛파이프; 및

   상기 아웃렛파이프의 배출구에서 이격되도록 배기관 내부에 설치된 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 재순환을 위한 배기구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 아웃렛파이프의 배출구가 배기관에 수직을 이루도록 연결되고 상기 블레이드는 판 형상으로서 일면이 아웃렛파이프이 배출구에 마주하도록 배치되며, 배기관 내를 유동하는 배기가스와 아웃렛파이프 내에서 배출되는 배기가스가 합류하기 전에 배기관 내의 배기가스를 분기시키는 것을 특징으로 하는 배기가스의 재순환을 위한 배기구조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 블레이드는 아웃렛파이프에서 배출된 배기가스와 배기관 내를 유동하는 배기가스가 합류하는 방향을 향한 면에서 일측으로 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스의 재순환을 위한 배기구조.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 블레이드는 아웃렛파이프에서 배출된 배기가스와 배기관 내를 유동하는 배기가스가 합류하는 방향을 향한 면이 상대적으로 더 볼록한 익형(air foil)으로 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스의 재순환을 위한 배기구조.

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