KR20130028836A - 벤츄리원리를 이용한 배기역류제어장치 - Google Patents

Abstract

본발명은 내연기관의 배기관의 일부에 벤츄리효과를 낼수 있는 간단한 장치의 구현을 통해 배기가스의 역류를 제어하고 실린더내의 연소조건을 최적화 시켜서 완전연소를 유도하고 배기가스도 줄이는 장치의 구현이다.
본발명에서 말하는 `배기가스역류제어`라함은,흡기라인및 실린더 내부의 연소상황에 따른 허다한 고려는 별도로하고 다만,배기부분에 있어서 효과적으로 배출가스를 신속하게 밖으로 배출시켜서 미처 배출되지 못한 배기가스가 다시 실린더 내부로 역류한든지 아니면 외부공기가 재유입되어 실린더 내부의 불완전연소를 초래하는 일이 없도록 보조하는 것이다.
일반적인 내연기관의 연소구조를 보면,실린더내 폭발행정이후 배기가스가 대기중에 급격하게 방출되게 되는데 이때 실린더내부는 순간적 진공상태가 형성되어 미처 방출되지 못한 배기가스의 실린더내 역류를 초래하게 된다.게다가 산화촉매법,각종필터법..등의 배기가스후처리장치,소음절감장치의 설치등으로 배기가스의 배출은 더욱 어려워지게 되고,이런 장치들로 부터 발생하는 배압에 의해 엔진출력감소, 연비저하, 매연증가등의 결과가 초래되게 된다.
본발명에서는 연료를 절감하거나 매연을 직접 저감하는 직접적인 어떤장치를 구현하지는 않는다.단지 배가스의 흐름을 신속하고 원활하게 배출되도록 만들어서 역류되는 배기가스의 흐름을 사전에 차단하여,원천적으로 실린더 내부의 역류를 제거 함으로서 흡기가 원활하게 이루어지게 만드는 장치이다.흡기가 원활하게 이루어지고 배기가 잘 배출됨으로 해서,자연 완전연소에 가깝게 되고 엔진효율도 개선이 되고 연비도 좋아지고 매연도 줄어드는 효과가 이루어지게 되는것이다.
본발명의 실체적 특징은 베루누이의 정리에 바탕을 둔 간단한 벤츄리효과의 구현에 있는바.단순한 구조적 특징으로 해서 제트기류와 와류를 형성할 수 있는 최적의 구조를 고안한 것이다.
1.배기구의 끝단으로 갈수록 좁아지는,전체적으로 원뿔형의 모양을 만들어 두고 원뿔형전체에서 기본적으로 벤츄리효과가 발생토록하였으며 2.배기구 내부쪽으로 유선형 굴곡을 1단 2단 3단..의 구조로 만들어 두어 벤츄리효과가 중첩됨과 동시에 유선형의 반대쪽 측면은 외부공기가 들어오는 자연스런 통로가 되게하여,배기가스의 흐름이 빨라짐으로 해서 내부표면에 발생하는 압력의 저감현상을 자연스럽게 상쇄시키는 작용이 이루어지도록 고안한 장치인것이다.

Description

벤츄리원리를 이용한 배기역류제어장치{BACKWARD STREAM REDUCING DEVICE USING VENTURI PRINCIPLE}

내연기관에 있어 역류되는 배기의 흐름을 효과적으로 해결하기위한 벤츄리원리의 이용기술

현재 지구촌 곳곳은 기후변화에 따른 이상기온의 영향으로 각종 천재지변에 시달리고 있으며,그 원인에 대하여 구구한 설들이 있겠으나 일반적으로 지구온난화의 영향을 가장 크게 보고 있는 있으며,때늦은 후회일지 모르나,지구의 환경을 보호하고자 하는 국제적 논의와 범지구적 자성이 활발히 이루어 지고 있는 실정이다.

깨끗한 지구환경이란 대명제는 우선 당장의 현실에 있어서도 시급한 과제이지만,먼후일 이땅에서 살아갈 후손들을 위해서도 꼭 달성해야할 절대적 사명이 되는 것이다.내연기관에서 발생하는 배가스의 일부만 해소가 된다하더라도 그효과는 가히 지대하다고 할것이다.

내연기관의 연소원리를 보면,연료성상의 구분에 관계없이 일반적으로 대부분의 탄소(C),일부분의 수소(H)분자가 산소(O)와 결합하는 과정에서 열에너지를 생성해 내는 방식에 해당한다.여타의 소량 원소들을 배제한 상태에서,만약 완전연소가 전제가 된다면 그결과물은 CO2+H2O가 되고,그중에 불완전 연소부분이 있다면 CO2,H2O,CO,HC,NOx..등으로 소위 말하는 공해요소가 발생하게 될것이다.

흡기라인쪽의 기술개발및 엔진효율을 향상하기 위한 기술개발과는 비교할 수도 없게 후진적이지만,발생한 배기가스를 처리하기 위한 후처리장치들도 많이 발전에 발전을 거듭해 왔다.하지만 이러한 후처리장치들은 우선은 배기가스를 처리해줄 수 있을지는 모르지만 결국에는 배기가스의 원활한 흐름을 막게됨으로 해서 도리어 역효과가 생기게 되는 경우도 볼수있게된다.

이러한 후처리 장치의 효과를 극대화 하기 위해서는 무엇보다도 배기가스의 흐름을 원활하게 하여야 할 필요가 있는것이고,당고안은 연료절감기도 매연저감기도 아니지만,간단한 장치의 구현을 통해 역류되는 배가스의 흐름을 차단하여 원천적으로 실린더 내부로 역류되는 연소가스를 제거함으로 해서 흡기가 원활하게 이루어지게 돕는 장치인 것이다.

흡기가 원활하게 이루어지고 배기가 제때에 다 배출되기만 한다면 자연 완전연소의 조건에 가깝게 될것이고,엔진효율의 향상 ,출력증강 ,연비개선이 되고 매연저감의 효과까지도 얻게되는 것이다.

이러한 효과를 구현하고자 하는 당고안의 이론적 배경은 지극히 단순한데 있는데,베르누이의 정리에 의거한 벤츄리효과에 의하면,유체의 흐름은 좁은 곳을 지나게 되면서 급격히 빨라지게 되며 압력은 감소하게 되는 현상이 생기게 된다.이러한 간단한 원리를 이용하게 되면 배기가스의 흐름을 빠르게 해서 효과적의 배가스를 배출할 수 있게 되는 것이다.다만 이때에 발생하는 속도가 빨라짐으로 해서 생기는 압력의 저하 부분을 어떻게 효과적으로 해소할 것인가 하는 문제와 유체가 좁은통로를 지나 갑작스럽게 넓은 통로를 만나는 경우 확산 되면서 급격히 속도가 떨어지는 현상을 어떻게 해결하느냐 하는 문제가 대두되게 될 것이다.

이러한 문제점 역시 간단한 장치의 구현으로 해결이 되는데,도1의 외부공기 유입에서 볼 수 있듯이 배기구 내부로 유선형의 형상을 만들면서 자연스럽게 형성된 구멍(틈)으로 외부공기가 유입이 되면서 배기구 내부에서 발생한 압력저감 요인을 상쇄할 수 있게 되는 것이다.

배기가스의 흐름을 원활하게 하는 기존의 장치들 또한 여러 유형들이 존재하고 있는데,그 효율면에서 미흡하든지,아니면 가격이 지나치게 비싸거나,장치의 구현이 어렵다거나 등의 문제점들이 있는데,당고안은 효율을 극대화 시키면서도 저렴하고,누구나 쉽게 장착할 수 있고,심지어는 배기관의 제작 당시에도 간단하게 구현할 수 있는 구조를 만들고자 하는 것이다.

배기구의 끝단에 도1,도2와 같이 벤츄리효과를 낼 수 있게 만들어진 간단한 장치를 부착하여 상기의 효과를 얻을 수도 있을 것이고,배기관을 생산하는 회사에서 생산시점부터 벤츄리효과를 낼 수 있는 모양으로 제작을 한다면 이중의 자원낭비 없이 더 효과적인 상태가 될 것이다.또한 각 개인이라고 하더라도 쉽게 배기구의 끝단에 줄톱이나,그라인더로 흠을 만들고 가볍게 두들겨 안쪽으로 휘게만들어서 얼마든지 벤츄리 효과를 연출 할 수도 있을 것이다.

상기의 고안에 의하면,배기가스의 저항을 제거하고 역류를 방지하여,완전연소를 유도함으로 해서 연비개선,배기가스 감소,출력향상등의 부가적 효과를 기대할 수 있게 된다.

도1:원뿔형배기구와 원기둥형배기구 내부에 2단의 벤츄리효과를 구현할 수 있는 내부유선형 구조물을 형성한 모습
도2:도1의 실질적 기능에 단지 외장에 변화를 준상태
도3:배기구내부에 형성할 유선형 구조물의 형태중 일부의 예시

본발명의 실시를위한 구체적인 내용을 첨부된 도면과 함께 설명하면 다음과 같다

본발명의 실시예로 자동차배기구의 끝단에 도1모양의 장치를 간단하게 설치할수있다.스텐으로 절곡하여 모양을 만들고 외부의 절단면을 망치로 두들겨서 내부를 향한 완만한 유선형의 구조가 형성되도록 만들어 두고,배기구의 끝부분에 단단하게 부착시키면 되는것이다.설치후 30분정도면 매연의 절감효과를 확인할수 있게된다.

원뿔형상이라고 하나,내연기관의 종류와 연료의 성상에 따라 그 각도가 달라지게 될 것이며,보통 자동차 배기구의 경우는 배기관 지름의 두배정도의 길이를 전제로해서 최종배출구의 크기가 약2/3정도가 되면 적절한 것을 우선 확인할 수 있었다 하지만 원기둥의 형상이라 하더라도 2단 3단의 경우 상당한 효과를 볼 수 있으니 원뿔의 기울어짐은 굳이 특정한 어떤 기준에 묶일 필요는 없다고 본다.구체적상황과 여건에 최적합점은 후차적인 문제라 할 것이다.

위의 실시예1의 경우는 배기구와 별도의 장치를 설명한 것이지만,실시예2에서는 새로운 장치를 부착시킬 필요없이 기존의 배기구 끝단에 그라인더로 좌우대칭 혹은 전체적으로 균형잡힌 구조의 흠을 내고 망치로 가볍게 두들겨서 배기구 내부쪽으로 유선형 구조를 만들어 두면 된다.실시예1과 비교할수는 없겠으나 간단한 조처로 훌륭한 벤츄리효과를 구현할수 있게 된다.경우에 따라서는 배기구 생산단계에서 이런 작은 처치가 행해져서 나온다면 매우 효과적일 것이다.

Claims (4)

1. 도1과 같은 원뿔형상의 배기구에 있어서는 원뿔형상에 전체적인 벤츄리효과가 우선 발생하고,원뿔형상의 내부로 유선형의 내부 구조물을 형성하며 유선형의 구조물 형성과 관련하여 자연스럽게 외기의 유입통로가 형성된 모든 경우로서,도3의 경우와 같이 내부구조물의 형태는 얼마든지 다양하게 연출될 수 있는바,내부구조물의 형태에 무관하게 모든경우를 다 포함하는 것으로 한다.
2. 도2에서 보는바와 같이 원뿔형 원기둥형 상호 공히 외부구조물이 없는 경우가 주이겠으나,원형,사각,삼각의 외부 구조물을 설치했다 하더라도,내부에 다단의 유선형 구조물이 존재하는 경우에는 본고안의 범주내에 있다고 볼 수 있다
3. 원기둥형상의 배기구에 있어서는 이미 뚜껑을 씌운 1단의 벤츄리 효과를 구현한 제품군이들이 시중에 나와있는 실정이다.기존기술과 당고안의 차이점은 뚜껑 유무에 관계없다는 점이고,1회의 벤츄리 구조물에 한하지 않으며,2단 3단..연속적으로 벤츄리 효과를 구현할 수 있다는 점이 다르다고 할 수 있다.
4. 본기술은 원뿔형배기구나 원기둥형 배기구에 관계없이 별도의 장치로서 배기구 끝단에 추가적으로 부착할 수도 있겠으나,특징적으로는 배기구 생산과정에서 일체형으로 처음부터 도3과 같은 다양한 모양의 흠을 만들고 내부로 유선형의 곡선을 구현하여 쉽게 벤츄리효과를 얻을 수 있다는점이 기존의 기술과 크게 다른점이라 할 수 있다.또한 여기에서 다단이라 함은 1단의 구성이라 하더라도 당연히 포함되는 개념으로 하는 것이다.
   
   

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