KR20150114667A

KR20150114667A - 배기 가스의 배출을 촉진시키는 자동차용 배기가스 배출유도기

Info

Publication number: KR20150114667A
Application number: KR1020140039092A
Authority: KR
Inventors: 이범형
Original assignee: 이범형
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-10-13
Also published as: KR101593786B1

Abstract

본 발명은 자동차용 배기가스 배출유도기에 관한 것으로, 상기 배기 파이프의 끝단에 장착되어, 상기 배기 파이프로부터 배출되는 배기 가스가 통과하되, 외주면의 서로 다른 축선 방향의 위치에 배치된 다수의 출구에서 배기 가스가 배출되게 안내하는 안내 플레이트가 구비된 연결 파이프와; 상기 연결 파이프의 끝단으로 접근할수록 점점 직경이 작아지게 형성되어 유입되는 공기의 유속이 가속되는 제1유도영역과, 상기 제1유도영역에 비하여 보다 완만한 경사를 가지면서 배출 가스가 배출되는 상기 연결 파이프의 상기 다수의 출구를 감싸는 형태로 상기 연결 파이프를 따라 제1구간에 걸쳐 연장 형성된 제2유도영역을 구비한 공기 유도관을; 포함하여 구성되어, 상기 제1유도영역에서 가속된 공기가 상기 제1구간에 걸쳐 연장된 상기 제2유도영역을 통과하는 동안에 상기 출구를 통해 배출되는 배기 가스를 흡입하여 배출을 촉진하여 엔진의 출력이 향상되어 주행 성능이 보다 우수해지고 연비를 향상시키는 자동차용 배기가스 배출유도기를 제공한다.

Description

배기 가스의 배출을 촉진시키는 자동차용 배기가스 배출유도기 {EXHAUSTER FOR IMPROVING EFFICIENCY OF EXHAUSTING GAS}

본 발명은 자동차의 배기 파이프의 끝단에 장착되는 배기가스 배출유도기에 관한 것으로, 상세하게는, 배기 파이프의 끝단부에서의 압력을 낮추어 자동차 엔진의 연소실에서 발생되는 배기 가스의 배출을 촉진시킴으로써 주행 출력과 연비를 동시에 향상시킬 수 있는 자동차용 배기가스 배출유도기에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 엔진에서는 발생되는 배기 가스는 외기로 그대로 배출되면 소음과 진동을 야기할 뿐만 아니라 환경 오염을 유발하므로, 자동차의 배기 통로에는 촉매 컨버터 및 머플러가 설치되어 환경 오염의 배출을 차단하면서 소음과 진동 발생을 최소화한다. 이와 동시에, 배기 가스는 유연하게 머플러 끝단의 배기 파이프에서 외기로 배출되는 것이 필요하다.

그러나, 도2에 도시된 바와 같이 자동차(5)의 엔진(2)의 연소실로부터 배기 파이프(9)의 끝단까지 이르는 통로(9) 상에는 배기 매니폴드, 배기 가스를 정화하는 촉매 장치(3) 및 소음을 줄여주는 머플러(4) 등이 설치되고, 길이가 긴 통로(9)에 의하여 배기 가스가 배출되는 데 유동 저항이 크게 작용한다. 이에 따라, 배기 가스가 배기 파이프(9)를 통과하면서 많은 간섭과 유동 저항에 의하여 배출(9a)이 지연되면서 자동차 엔진의 출력이 저하되고 연비가 높게 소요되는 문제가 야기되었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-83136호에 개시된 배기가스 배출유도기는 자동차 엔진의 연소실로부터 연장된 배기 파이프의 중간부에 나선형 꼬임판을 장착하고, 그 양측에 배기 유도구(40, 50)를 배치하여, 제1내관 및 제2내관으로 유입되는 배기가스량이 급격히 증가할 때에, 제1내관 또는 제2내관으로 유입되는 배기가스 일부가 배기유도구를 통해 후방으로 유동할 수 있어 제1내관 및 제2내관에서의 유동 정체를 방지할 수 있는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 배기가스 배출유도기는 배기 가스량이 증가할 때 우회로를 마련한 것에 그치고 있을 뿐, 별도의 구동력을 인위적으로 인가하지 않고서도 배기 가스를 보다 효율적으로 배출시키는 것에 대해서는 어떠한 것도 시사하고 있지 않다. 더욱이, 상기 배기가스 배출유도기는 자동차 엔진의 연소실(2)로부터 연장되는 배기 파이프(9)의 중간 지점에 설치됨에 따라, 이미 제조된 자동차에 적용하는 것이 매우 곤란한 적용상의 한계가 있었다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제1993-16641호에 개시된 내연기관의 배기촉진장치는, 자동차의 배기 파이프 끝단에 단면이 점점 커지는 나팔관 형태의 확산관(1)이 구비되고, 배기 파이프 끝단의 개구부에는 배기 파이프를 감싸는 형태로 점점 단면이 작아져 공기 유속을 높이는 유체 안내구(3)를 구비하며, 배기 파이프의 끝단에 전후방으로 협소해진 테이퍼형 유도체(2)가 지지편(11)에 의해 고정되어, 유체 안내구(3)로부터 유속이 높아진 공기에 의해여 배기 파이프의 배기 가스의 유출을 촉진하는 기술이다.

그러나, 대한민국 공개특허공보 제1993-16641호에 개시된 배기촉진장치는 공기의 유체 안내구(3)를 통해 가속된 공기에 의하여 배기 가스의 배출을 촉진하지만, 배기 파이프 끝단의 확관부에 의하여 유체 안내구(3)와 사잇 통로가 매우 협소하므로 가속된 공기가 원활히 배출되지 않아 배기 파이프의 끝단에서의 공기 유속이 급격히 낮아져 배기 가스의 배출이 원활히 이루어지지 않는 문제가 있었다.

또한, 배기 파이프로부터 배출되는 배기 가스가 유체 안내구(3)와 배기 파이프의 끝단이 만나는 지점에서 압력이 낮아져 배기 가스의 배출이 보다 유도되지만, 이 과정에서 테이퍼형 유도체(2)의 평탄한 벽면에 의하여 배기 가스의 배출 압력이 저하되면서 배기 가스가 오히려 더뎌지는 문제점이 있었다.

무엇보다도, 유체 안내구(3)를 통해 가속된 공기와 배기 가스의 끝단부가 만나는 지점이 하나의 포인트로 국한됨에 따라, 배기 파이프의 끝단에 비하여 압력이 낮은 유체 안내구의 끝단부에서 배기 파이프로부터 배출되는 배기 가스를 빨아들이는 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.

따라서, 외부 공기의 유속을 이용하여 단위 시간 당 보다 많은 배기 가스를 배기 파이프로부터 배출시킬 수 있는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 배기 파이프의 끝단부에서의 압력을 낮추되, 배기 가스의 압력 강하량을 최소화하고 배기 파이프 주변의 압력을 최대한으로 낮춤으로써 배기 파이프로부터 배기 가스의 배출 효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은, 배기 파이프의 내부의 끝단부에 배치된 안내 플레이트에 의하여 제1구간에 걸쳐 축선 방향의 다수 출구 지점에서 배기 가스가 배출될 수 있게 형성된 연결 파이프를 배기 파이프의 끝단부에 장착하고, 연결 파이프의 둘레에 자동차의 진행에 따라 유입되어 공기 유동을 가속시키는 공기 유도관이 장착되되, 공기 유도관에 의하여 가속된 공기 유동이 제1구간에 걸쳐 길게 배열된 출구를 저항없이 통과하도록 구성됨에 따라, 다수의 출구에서 배기 파이프로부터 배기 가스가 원활히 배출되도록 함으로써 배출 촉진 효율을 극대화하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해 본 발명은 자동차 엔진의 연소실에서 발생되는 배기 가스의 배출을 촉진시킴으로써 주행 출력과 연비를 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 자동차용 배기 파이프에 장착되는 배기가스 배출유도기로서, 상기 배기 파이프의 끝단에 장착되어, 상기 배기 파이프로부터 배출되는 배기 가스가 통과하되, 외주면의 서로 다른 축선 방향의 위치에 배치된 다수의 출구에서 배기 가스가 배출되게 안내하는 안내 플레이트가 구비된 연결 파이프와; 상기 연결 파이프의 끝단으로 접근할수록 점점 직경이 작아지게 형성되어 유입되는 공기의 유속이 가속되는 제1유도영역과, 상기 제1유도영역에 비하여 보다 완만한 경사를 가지면서 배출 가스가 배출되는 상기 연결 파이프의 상기 다수의 출구를 감싸는 형태로 상기 연결 파이프를 따라 제1구간에 걸쳐 연장 형성된 제2유도영역을 구비한 공기 유도관을; 포함하여 구성되어, 상기 제1유도영역에서 가속된 공기가 상기 제1구간에 걸쳐 연장된 상기 제2유도영역을 통과하는 동안에 상기 출구를 통해 배출되는 배기 가스를 흡입하여 배출을 촉진하는 자동차용 배기가스 배출유도기를 제공한다.

이는, 자동차의 전진에 따라 공기 유도관의 제1유도영역에서 가속된 공기 유동이 연결 파이프의 제1구간을 통과하면서, 연결 파이프를 통해 유동하는 배기 가스가 축선 방향을 따라 제1구간의 긴 거리에 걸쳐 다수 배치된 출구를 통하여 연결 파이프의 반경 바깥으로 흘러 나가도록 유도됨에 따라, 종래에 가속된 공기 유동과 배기 가스가 만나는 지점이 하나의 포인트로 국한됨에 따라 배기 가스의 배출이 저하되는 문제점을 해소할 수 있으며, 축선 방향을 따라 배치된 다수의 출구를 통해 자동차 엔진의 연소실에서 발생되는 배기 가스의 배출을 보다 확실하게 촉진시키기 위함이다.

다시 말하면, 상기와 같이 구성된 배기가스 배출유도기를 자동차의 배기 파이프의 끝단에 설치되면, 자동차의 주행에 따라 연결 파이프의 끝단으로 접근할수록 점점 직경이 작아지는 제1유도영역을 통하여 공기의 유동이 가속되고, 제2유도영역(제1구간에 대응함)에서 축선 방향을 따라 분포된 다수의 출구를 가속된 공기가 통과하면서, 연결 파이프의 둘레에 보다 낮은 압력이 제1구간에 걸쳐 유도됨으로써, 제1구간에 배치된 다수의 출구로부터 배기 가스를 뽑아 내듯이 배출시켜 배기 파이프로부터 배출되는 배기 가스가 넓은 영역에 걸쳐 배출이 촉진된다.

이를 통해, 자동차의 연소실로부터 긴 통로에 의한 유동 저항에도 불구하고, 배기가스가 자동차 연소실로부터 보다 원활하게 외기로 배출되므로, 엔진의 출력이 향상되어 주행 성능이 보다 우수해지고 연비가 향상되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 상기 다수의 출구가 배치된 상기 제1구간은 상기 연결 파이프의 직경 이상의 길이로 연장 형성된다. 이를 통해, 다수의 출구가 축선 방향으로 충분히 길게 배열되어, 연결 파이프의 바깥에 형성되는 낮은 압력 장(pressure field)에 의하여 연결 파이프를 통과하는 배기 가스가 다수의 출구를 통해 확실하게 바깥으로 흡입 배출된다.

이 때, 상기 출구는 상기 제1구간에 걸쳐 3개 이상의 축선 방향의 서로 다른 위치에서 링 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 링 형태로 출구가 형성됨에 따라 연결 파이프 내에서 유동하는 배기 가스가 연결 파이프 바깥에서 빠른 속도로 유동하는 공기에 의해 형성되는 낮은 압력 장에 충분히 노출되 보다 원활하게 배기 가스가 배출된다.

무엇보다도 상기 연결 파이프의 외면과 상기 공기 유도관의 제2유동영역의 내벽 사이가 평행하게 유지되거나 0도 내지 25도 이하의 완만한 경사차이로 상기 배기 파이프의 끝단까지 연장 형성된다. 여기서, 연결 파이프의 외면과 공기 유도관의 제2유동영역 사이의 경사도 차이가 25도를 초과할 경우에는 자동차의 주행 속도가 매우 높을 경우에는 공기 유도관 내에서 유동하는 공기가 압축되려는 성질을 갖기 때문에 25도 이하로 유지되는 것이 좋다.

예를 들어, 연결 파이프의 단면이 일정하게 연장되고, 상기 공기 유도관의 제2유도영역도 일정한 단면으로 연장 형성되어 서로 평행하게 배열될 수 있다. 또는, 연결 파이프의 단면이 3도 이하의 완만한 경사도로 끝단으로 접근할수록 점점 더 커지게 연장되고, 상기 공기 유도관의 제2유도영역도 동일한 경사도인 3도 이하의 완만한 경사도록 끝단으로 접근할수록 점점더 커지는 단면으로 연장되어 이들 사이의 간격이 일정하게 유지될 수 있다. 또는, 연결 파이프가 5도 이하의 완만한 경사도로 끝단으로 접근할수록 점점 작아지는 단면으로 연장 형성되고, 상기 공기유도관의 제2유도영역은 10도 정도의 덜 완만한 경사도로 끝단으로 접근할수록 점점 작아지는 단면으로 연장 형성되어, 이들 사이의 간격이 5도 정도의 완만한 경사 차이로 배기 파이프의 끝단까지 연장 형성될 수도 있다.

이를 통해, 연결 파이프를 둘러싸는 영역에는 빠른 유속의 공기 유동장(air flow field)이 연결 파이프 또는 공기 유도관에 의하여 방해받지 않고 지속적으로 바깥으로 배출될 수 있게 되므로, 연결 파이프의 내부에서 유동하는 배기 가스가 그 둘레에 형성되는 낮은 압력장에 빨려 바깥으로 지속적으로 다량으로 배출되어 배출 효율이 향상되는 잇점을 얻을 수 있다.

이 뿐만 아니라, 상기 연결 파이프의 중심에 근접한 위치에서 배출되는 배출 가스는 상기 연결 파이프의 끝단에 근접한 위치의 출구를 통해 배출되고, 상기 연결 파이프의 중심으로부터 반경 방향으로 멀리 떨어진 위치에서 배출되는 배출 가스는 상기 연결 파이프의 끝단으로부터 멀리 떨어진 위치의 출구를 통해 배출되게 안내하는 안내 플레이트를 더 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 안내 플레이트에는 상기 연결 파이프의 축선 방향에 대하여 경사진 경사부를 포함하여, 상기 다수의 출구를 통하여 배출되는 배기 가스의 일부 이상은 상기 안내 플레이트에 의하여 안내됨으로써, 연결 파이프 내부를 유동하고 있던 배기가스가 연결 파이프 내부에서 와류의 발생을 최대한으로 억제하면서 안내 플레이트에 의하여 안내되어 배출되어, 배기 가스의 유동 저항을 낮춰 배출 효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 연결 파이프의 중심과 정렬되는 안내 플레이트의 중심부는 상기 배기 가스의 유동 방향에 대하여 꼭지점을 형성하되, 상기 꼭지점을 기준으로 원뿔 형태의 면이 이루는 각도는 30도 이하의 뾰족한 꼭지점을 형성하고, 이로부터 경사부가 연장 형성됨으로써, 연결 파이프 내부에서 유동하고 있는 배기 가스가 안내 플레이트에 접촉하는 순간에 발생되는 유동 저항을 최소화하고, 안내 플레이트의 경사부에 의하여 안내되어 출구를 통해 연결 파이프의 바깥으로 배출되는 것을 촉진시킨다.

한편, 상기 제2유도영역이 상기 연결 파이프와 3도 이상의 경사를 갖고, 상기 제2유도 영역의 끝단부에는 상기 연결 파이프와 평행하게 연장 형성된 제3영역을포함할 수 있다. 여기서, 제3영역은 제2유도영역의 일부에 해당하는 것으로서, 제2유도영역내에는 경사도를 갖는 변곡부가 구비될 수 있다는 것을 의미한다.

그리고, 상기 출구에는 상기 연결 파이프와 평행한 유도 플레이트가 상기 연결 파이프의 끝단을 향하여 연장 형성되어, 상기 출구를 통해 상기 연결 파이프의 바깥으로 유동하는 배기가스가 상기 연결 파이프에 평행한 방향 성분을 갖도록 유도되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 공기 유도관과 연결 파이프의 사이에 환상형 통로 형태로 형성되는 배출 통로에서, 연결 파이프로부터 유입되는 배기 가스의 유동과 공기 유도관 내에 흐르고 있던 공기 유동과의 만나는 지점에서 와류의 생성을 줄일 수 있으므로, 공기 유도관과 연결 파이프의 사이에 형성되는 환상 형태로 배출 통로를 통해 배출되는 배기 가스의 배출 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

이 때, 상기 유도 플레이트는 상기 출구의 폭(L1)의 0.5배 내지 1.5배의 폭(L2)으로 연장 형성되는 것이 바람직하다. 유도 플레이트의 폭(L2)이 출구의 폭(L1)에 비하여 0.5배 미만인 될 경우에는 연결 파이프의 외면과 평행한 성분을 갖도록 배기 가스의 유동을 유도하는 효과가 저하되고, 유도 플레이트의 폭(L2)이 출구의 폭(L1)에 비하여 1.5배를 초과하면 출구의 폭(L1)이 작아져 배기 가스가 배출되는 데 저항으로 작용할 수 있다.

한편, 상기 공기 유도관은 자동차의 배기 파이프에만 장착될 수도 있지만, 자동차의 전방부(예를 들어, 앞범퍼)로부터 연장 형성되어 상기 연결 파이프의 둘레를 감싸는 위치로 연결 설치될 수도 있다. 이를 통해, 자동차가 주행중에 전방부에서의 맞바람이 그대로 공기 유도관에 유입되어, 연결 파이프의 둘레에 형성되는 공기 유동장의 유속을 보다 크게 유도할 수 있게 되어, 배기 가스의 배출 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 연결 파이프는 상기 배기 파이프이거나 상기 배기 파이프에 결합되는 형태로 설치되어, 자동차의 연소실로부터 배출되는 배기 가스가 배출되는 통로로 활용될 수 있는 모든 형태를 포함한다. 이 때, 상기 연결 파이프가 배기 파이프에 결합되는 형태로 형성되는 경우에는, 자동차의 제조 당시의 배기 파이프에 구멍을 뚫거나 변형시키지 않고서도, 자동차의 주행 속도에 따른 배기 파이프 끝단 주변의 유동을 이용하여 배기 가스를 원활히 배출시키도록 구성됨에 따라, 적용 범위가 넓고 설치가 용이한 장점이 있다.

본 발명에 따르면, 자동차의 전진에 따라 공기 유도관의 제1유도영역에서 가속된 공기 유동이 연결 파이프의 제1구간을 통과하면서, 연결 파이프를 통해 유동하는 배기 가스가 축선 방향을 따라 제1구간의 긴 거리에 걸쳐 다수 배치된 출구를 통하여 연결 파이프의 반경 바깥으로 흘러 나가도록 유도됨에 따라, 축선 방향을 따라 배치된 다수의 출구를 통해 자동차 엔진의 연소실에서 발생되는 배기 가스의 배출 효율을 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 연결 파이프의 외면과 상기 공기 유도관의 제2유동영역의 내벽 사이가 평행하게 유지되거나 0도 내지 25도 이하의 완만한 경사차이로 상기 배기 파이프의 끝단까지 연장 형성되어, 연결 파이프를 둘러싸는 영역에는 빠른 유속의 공기 유동장(air flow field)이 연결 파이프 또는 공기 유도관에 의하여 방해받지 않고 지속적으로 바깥으로 배출될 수 있게 되므로, 연결 파이프의 내부에서 유동하는 배기 가스가 그 둘레에 형성되는 낮은 압력장에 빨려 바깥으로 지속적으로 다량으로 배출되어 배출 효율이 향상되는 잇점을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 연결 파이프 내부에서 유동하는 배출 가스를 외주면에 형성된 출구를 통해 배출하는 것을 안내하는 안내 플레이트가 경사부를 갖고 형성되고, 연결 파이프의 중심과 정렬되는 안내 플레이트의 중심부는 상기 배기 가스의 유동 방향에 대하여 뾰족한 꼭지점을 형성함으로써, 연결 파이프 내부에서 유동하고 있는 배기 가스가 안내 플레이트에 접촉하는 순간에 발생되는 유동 저항을 최소화하고, 안내 플레이트의 경사부에 의하여 안내되어 출구를 통해 연결 파이프의 바깥으로 배출되는 것을 촉진시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 연결 파이프의 출구에는 연결 파이프의 외주면과 평행한 유도 플레이트가 상기 연결 파이프의 끝단을 향하여 연장 형성됨으로써, 출구를 통해 배출되는 배기가스의 유동 방향이 공기 유도관과 연결 파이프 사이의 통로에서의 공기 유동 방향과 동일한 평행한 방향 성분을 갖도록 유도함으로써, 연결 파이프로부터 유입되는 배기 가스의 유동과 공기 유도관 내에 흐르고 있던 공기 유동과의 만나는 지점에서 와류의 생성을 줄여, 공기 유도관과 연결 파이프의 사이에 형성되는 배출 통로를 통해 배출되는 배기 가스의 배출 효율을 보다 향상시킬 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 공기 유속을 가속시키는 공기 유도관이 자동차의 전방부로부터 연장 형성됨으로써, 자동차 주행중의 맞바람이 그대로 공기 유도관에 유입되어, 공기 유도관과 연결 파이프의 사이에 형성되는 배출 통로에서의 공기 유속을 보다 크게 유도하여 배기 가스의 배출 효율을 보다 향상시키고, 엔진 내의 잔류 가스 발생을 방지하여 엔진의 출력을 보강하여 그 만큼 연료의 절감을 가능하게 하는유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1은 일반적인 자동차의 배기 파이프를 도시한 사시도,
도2는 엔진 연소실로부터 배기 가스가 배출되는 통로를 도시한 개략도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 배기가스 배출유도기가 장착된 자동차의 외관을 도시한 도면,
도4는 도3의 'A'부분의 확대도,
도5는 도3의 자동차용 배기가스 배출유도기의 작용을 설명하기 위한 종단면도,
도6은 도5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ에 따른 횡단면도,
도7은 도5의 'B'부분의 확대도,
도8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차용 배기가스 배출유도기가 장착된 자동차의 전방부를 도시한 도면,
도9는 도8의 자동차의 측면을 도시한 도면,
도10은 도9의 'C' 부분의 확대도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 배기가스 배출유도기(100)를 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 배기가스 배출유도기(100)는, 배기 파이프(9)에 결합되어 배기 가스(Ae)가 통과하는 연결 파이프(110)와, 연결 파이프(110)의 끝단부를 감싸는 형태로 형성되어 자동차(5)의 주행에 따라 연결 파이프(110)의 둘레에 가속된 공기 유동장을 형성하는 공기 유도관(120)으로 구성된다.

상기 연결 파이프(110)는 배기 파이프(9)와 일체로 형성되어 자동차의 제조 당시에 설치될 수도 있고, 자동차의 출시 이후에 배기 파이프(9)에 결합되게 설치될 수도 있다. 연결 파이프(110)가 배기 파이프(9)에 결합 설치되는 경우에는, 연결 파이프(110)의 내경은 배기 파이프(9)의 외경과 동일하거나 약간 크게 형성되고, 필요에 따라, 연결 파이프(110)의 둘레를 감싸면서 죄는 수단이 구비되어, 연결 파이프(110)와 배기 파이프(9)를 보다 높은 결합력으로 결합시킬 수도 있고, 연결 파이프(110)와 배기 파이프(9)를 함께 관통하는 리벳, 볼트 등의 수단으로 체결 결합될 수도 있다.

따라서, 자동차(5)의 엔진 연소실로부터 배기 파이프(9)를 통해 배출되는 배기 가스(Ae)가 연결 파이프(110)의 내부를 통과한다.

도5에 도시된 바와 같이 연결 파이프(110)는 동일한 단면 크기로 끝단까지 연장 형성되며, 외주면에는 다수의 출구(116)가 축선 방향(x)을 따라 제1구간(I)에 걸쳐 서로 다른 위치에 3개 이상 배치된다. 따라서, 연결 파이프(110)의 내부를 유동하는 배기 가스(Ae)는 제1구간(I)에서의 다수의 출구(116)를 통해 연결 파이프(110)의 반경 바깥으로 배출되어, 공기 유동(Af)과 혼합된 혼합 가스 유동(Ax)을 형성한다.

제1구간(I)은 충분히 긴 길이로 형성되는데, 연결 파이프(110)의 직경 이상의 길이로 형성되는 것이 좋다. 이를 통해, 종래와 같이 1개의 지점에서 배출 가스와 공기 유동장이 만나게 될 경우에 배출 가스가 바깥으로 배출되려는 힘이 약하지만, 배기 가스(Ae)가 유출되는 출구(116)가 배열된 제1구간(I)이 길게 형성됨에 따라, 제1구간(I)의 바깥 통로(E2)를 흐르는 공기 유동에 따라 압력을 확실하게 낮추어 배기 가스(Ae)를 보다 확실하게 배출시킬 수 있다.

이 때, 연결 파이프(110) 내부를 유동하는 배기 가스(Ae)는 안내 플레이트(112)에 의하여 출구(116)를 통해 배출되도록 안내된다. 즉, 도5에 도시된 바와 같이, 연결 파이프(110)의 끝단에는 코어(115)가 설치되어 끝단으로는 배출되지 않고 끝단에 도달하기 이전에 배열된 다수의 출구(116)를 통해 배출(Ar)된다.

그리고, 연결 파이프(110)의 중심축과 정렬되는 안내 플레이트(112)의 중심부에는 배기 가스(Ae)의 유동 방향에 대하여 뾰족한 꼭지점(F)을 형성하고, 이 꼭지점(F)을 기준으로 원뿔 형태의 면(Fs)이 30도 이하의 각도(α)를 이룬다. 그리고, 원뿔 형태의 면(Fs)으로부터 곡면 형태의 경사면(112a)이 안내 플레이트(112)로서 연장 형성됨으로써, 연결 파이프(110)의 내부 중심부에서 유동하고 있는 배기 가스(Ae)가 안내 플레이트(112)의 꼭지점(F) 부근과 부딪히는 순간에도, 배기 가스(Ae)와 안내 플레이트(112)의 접촉에 의한 유동 저항이 최소화되고, 안내 플레이트(112)의 경사면(112a)을 타고 연결 파이프(110)의 끝단과 가장 근접한 출구(116)를 통해 연결 파이프(110)의 바깥으로 배출(Ar)된다. 이를 통해, 연결 파이프(110) 내부를 유동하고 있던 배기가스(Ae)가 연결 파이프(110) 내부에서의 와류의 발생을 최대한으로 억제할 수 있게 되어, 배출 가스(Ae)가 안내 플레이트(112)에 의하여 안내되어 배출되는 과정에서 유동 저항을 낮춰 배기 가스의 배출 효율을 향상시킬 수 있다.

안내 플레이트(112)는 원뿔 형태의 코어 표면과 이격되어 간격을 두고 다수로 형성된다. 이에 따라, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 연결 파이프(110)의 횡단면은 다수의 안내 통로(S1, S2, S3, S4)를 형성한다. 코어(115)를 중심으로 반경 바깥 방향(r)으로 서로 이격되게 설치되는 안내 플레이트(112)에도 경사면(112b, 112c, 112d)이 형성되어 유동 저항을 최소화하면서 배기 가스(Ae)를 출구(116)로 안내한다. 반경 바깥 방향(r)으로 이격 설치된 다수의 안내 플레이트(112)는 대략 90도 내지 120도의 원주 방향으로의 간격을 두고 연결부(98)에 의해 상호 결합(예를 들어, 용접에 의하여)되어, 안내 플레이트(112)가 전체적으로 하나의 몸체를 형성하여, 조립을 용이하게 할 수 있게 한다.

여기서, 곡면 형태의 경사면(112a-112d)은 도5에 도시된 바와 같이 곡면의 반경이 안내 파이프(110)의 직경보다 더 크게 정해진다. 이와 같이 곡면을 완만한 각도의 경사를 갖게 형성함에 따라, 배기 가스(Ae)가 장애나 저항을 덜 받고 유연하고 빠르게 연결 파이프(110)의 바깥으로 출구(116)를 통해 배출된다.

그리고, 상기와 같이 구성된 안내 플레이트(112)에 의하여, 연결 파이프(110)의 중심에 근접한 위치에서 배출되는 배출 가스(Ae)는 연결 파이프(110)의 끝단(110E)에 근접한 위치의 출구(116)를 통해 배출되고, 연결 파이프(110)의 중심으로부터 반경 바깥 방향(r)으로 멀리 떨어진 위치에서 유동하는 배출 가스는 연결 파이프(110)의 끝단(110E)으로부터 가장 멀리 떨어진 위치의 출구(116)를 통해 배출되도록 안내 플레이트(112)에 의해 안내된다.

한편, 도면에는 안내 플레이트(112)의 경사면(112a-112d)은 곡면 형태로 형성된 구성을 예시하였지만, 직선 형태의 경사면으로 형성될 수도 있다. 그리고, 도면에는 연결 파이프(110)의 외경이 일정하게 끝단(110E)을 향하여 연장 형성된 구성을 예로 들었지만, 축선 방향(r)을 따라 10도 이내의 완만한 경사도로 점점 단면이 커지거나 점점 단면이 작아지는 형태로 끝단(110E)을 향하여 연장 형성될 수도 있다.

도5에 도시된 바와 같이, 연결 파이프(110)의 제1구간(I)에 축선 방향(x)을 따라 간격을 두고 링 형태로 배치된 다수의 출구(116)에는 연결 파이프(110)의 외주면과 평행하게 유도 플레이트(114)가 연결 파이프 끝단(110E)을 향하여 연장 형성된다. 즉, 안내 플레이트(112)의 반경 바깥 방향(r)으로의 끝단과 연결 파이프(110)의 외주면이 만나는 지점에서, 안내 통로(S1, S2, S3, S4)의 출구(116)의 내측(본 명세서에서는 연결 파이프의 '끝단'과 반대쪽으로 정의함)이 유도 플레이트(114)에 의하여 일부 막힘으로써, 연결 파이프(110)의 내부로부터 안내 통로(S1, S2, S3, S4)를 통해 유출되면서 유도 플레이트(114)에 의해 배출되는 배기 가스의 유동(Ar)에 축선 방향 성분을 보다 많이 가지며 흐르게 된다.

여기서, 링 형태로 형성되는 출구의 폭(L1)은 대략 3mm 내지 15mm 정도로 형성될 수 있는데, 유도 플레이트(114)는 출구(116)의 폭(L1)의 0.5배 내지 1.5배의 폭(L2)으로 연장 형성되며, 바람직하게는 출구(116)의 폭(L1)과 동일하게 정해질 수 있다.

이에 따라, 공기 유도관(120)의 제2유도영역(A2)과 연결 파이프(110)의 사이에 환상형 터널 형태로 형성되는 배출 통로(E2)에서, 연결 파이프(110)로부터 배출 통로(E2)로 유입되는 배기 가스의 유동(Ar)과 공기 유도관(120) 내에 흐르고 있던 공기 유동(Af)과의 만나는 지점에서 와류의 생성을 줄일 수 있으므로, 공기 유도관(120)과 연결 파이프(110)의 사이에 형성되는 배출 통로(E1-E2)를 통해 배출되는 혼합 가스가 장애물없이 일직선 형태로 강력하게 빠져나가게 되어 배출 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

상기 공기 유도관(120)은 연결 파이프(110)의 끝단(110E)으로 접근할수록 점점 직경이 작아지게 형성되어 유입되는 공기 유동(Af)이 가속되는 제1유도영역(A1)과, 제1유도영역(A1)에 공기를 수집하여 공급하도록 제1유도영역(A1)으로부터 내측으로 연장된 공기 수집부(122)와, 제1유도영역(A1)에 비하여 보다 완만한 경사(θ)를 갖도록 형성된 제2유도영역(A2)으로 이루어진다. 예를 들어, 제1유도영역(A1)은 대략 20도 내지 45도의 경사진 형태로 연장되고, 제2유도영역(A2)은 0도 내지 25도의 경사(θ)로 형성된다.

이에 따라, 공기 수집부(122)에서 수집된 공기는 자동차의 진행에 따라 제1유도영역(A1)을 통과하고, 단면이 점점 작아지는 제1유도영역(A1)을 통과하는 공기는 통로(E1)의 단면적의 변화량만큼 공기 유속이 빨라진다. 그리고, 제1유도영역(A1)에서 가속된 공기 유동(Af)은 제2유도영역(A2)과 연결 파이프(110) 사이의 환형 배출 통로(E2)로 유입되면서, 공기 유동(Af)의 유속이 연결 파이프(110) 내부의 배기 가스(Ae)의 유속에 비하여 보다 빠르므로, 연결 파이프(110) 바깥의 낮은 압력장으로 연결 파이프(110) 내부의 배기 가스(Ae)를 통로(116)를 통해 배출되게 한다.

여기서, 제2유도영역(A2)은, 제1유도영역(A1)에 비하여 보다 완만한 경사(θ)로 형성된다. 도면에는 제2유도영역(A2)에 변곡부(55)가 형성되어, 제1유도영역(A1)으로부터 대략 5도의 경사(θ)로 연장되다가 변곡부(55)의 이후에는 연결 파이프(110)의 외주면과 동일하게 수평 연장된 제3영역(A2')이 구비된 구성이 예시되어 있지만, 제2유도영역(A2)에는 경사(θ)의 변경없이 연결 파이프(110)의 끝단까지 0도 내지 25도의 완만한 경사(θ)로 연결 파이프(110)의 끝단(110E)까지 연장 형성될 수 있다.

예를 들어, 연결 파이프(110)와 공기 유도관(120)의 제2유도영역(A2)이 동일한 경사도(경사도가 0도인 것도 포함)로 일정하게 연장 형성되어 서로 평행하게 배열될 수도 있고, 연결 파이프(110)와 공기 유도관(120)의 제2유도영역(A2)이 서로 다른 경사도로 연장 형성되지만 이들의 경사도 차이가 10도 정도의 완만한 경사 차이를 갖도록 연장 형성될 수도 있다.

다시 말하면, 제3영역(A2')은 제2유도영역(A2)의 일부에 해당하는 것으로서, 제2유도영역(A2) 내에 변곡부(55)로부터 연장된 부분을 의미한다. 제2유도영역(A2) 내에는 2개 이상의 변곡부(55)가 구비될 수도 있다. 다만, 연결 파이프(110)의 끝단부에는, 연결 파이프(110)와 공기 유도관(120) 사이의 간격이 일정하게 유지되어 배출 통로(E2')의 단면이 일정하게 유지됨으로써, 배기 가스(Ae)와 공기(Af)가 혼합된 혼합 가스 유동(Ax)이 일정한 단면을 따라 외부로 등속 상태를 유지하면서 배출(9a)되게 한다. 이를 통해, 배출 유도기(100)의 끝단에서의 와류의 생성을 억제하여, 제3영역(A2')에서의 배출 통로(E2')의 하류측(끝단)에서 와류에 의해 배출(9a)이 저하되는 현상을 해소할 수 있음이 확인되었다.

예를 들어, 공기 수집부(122)에서의 통로(EO)와 제3영역(A2')의 면적 비율은 5.0 내지 10.0으로 설정하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 혼합 가스(Ax)의 배출 유로(E2')에서 배출되는 유속은 보다 빠르고 강력해진다.

무엇보다도, 연결 파이프(110)의 외주면과 공기 유도관(120)의 제2유동영역(A2)에서의 배출 통로(E2)가 평행하게 유지되거나 0도 내지 25도 이하의 완만한 경사차이로 상기 배출 통로(E2)가 점점 좁아지는 형태로 연결 파이프(110)의 끝단(110E)까지 연장 형성되다가, 끝단부에서는 배출 통로(E')가 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이, 연결 파이프(110)의 단면은 일정하게 유지되게 연장 형성되지만, 공기 유도관(120)은 도면부호 A2(A2'부분 제외)로 표시된 영역에서는 완만하게 단면이 작아지는 형태로 대략 1도 내지 10도의 경사(θ)로 형성된다. 이를 통해, 제1유도영역(A1)에서 가속된 공기 유동(Af)이 제2배출통로(E2)를 통과하면서도 서서히 가속되면서, 제1구간(I)에 분포된 다수의 출구(116)를 통해 강력하게 배기 가스(Ae)를 연결 파이프(110)의 바깥인 배출 통로(E2)로 흡입하여 강력하게 유출시키게 한다.

이를 통해, 제1구간(I)에서 연결 파이프(110)를 둘러싸는 공기 유도관(120)의 제2유도영역(A2)에서는, 제1유도영역(A1)에서 유도된 빠른 유속의 공기 유동장(air flow field)이 급작스럽게 배출 통로(E1-E2)의 단면이 변동하지 않으므로, 공기 유동(Af) 및 혼합 가스 유동(Ax)이 방해받지 않고 지속적으로 바깥으로 배출될 수 있게 된다. 따라서, 연결 파이프(110)의 내부에서 유동하는 배기 가스(Ae)가 그 둘레에 유동하는 고속 공기 유동(Af)에 의하여 형성되는 낮은 압력장에 빨려 바깥으로 지속적으로 다량으로 배출되므로, 배출 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도8 내지 도10에 도시된 바와 같이, 자동차가 주행 중에 전면에 맞부딪히는 공기 유동을 이용하여 공기 유도관에서 유속을 보다 빠르게 유도할 수 있다. 즉, 자동차의 전면부(예를 들어, 앞 범퍼)에 철망이 구비된 공기 유입구(90)를 설치하고, 공기 유입구(90)로부터 자동차의 길이 방향을 가로지르는 공기 통로관(95)을 공기 유도관(120)에 연결되도록 구성하는 것에 의하여, 제1구간(I)에서 연결 파이프(110)의 둘레에 흐르는 공기 유동의 유속을 보다 크게 할 수 있다. 여기서, 공기 유입구(90)의 철망은 공기와 함께 유입되는 큰 이물질을 걸러내기 위한 것이다.

이 때, 공기 통로관(95)이 배기 파이프(9)를 감싸는 형태로 설치되므로, 도10에 도시된 바와 같이, 배기 파이프(5)가 공기 통로관(95)의 내부로 삽입되게 설치된다. 이 때, 배기 파이프(5)와 공기 통로관(95)이 만나는 지점은 차체의 하측 부분을 통하여 연결될 수 있다.

이와 같은 구성을 통하여, 자동차의 주행에 따라 전면에 부딪히는 빠른 유속의 공기가 공기 통로관(95)을 거쳐 공기 유도관(120)에 유입되므로, 제1유도영역(A1)을 통과한 공기의 유속이 매우 빠르게 되어 연결 파이프(110) 내부에 비하여 압력이 크게 낮아지므로, 연결 파이프(110) 내부에서 유동하는 배기 가스(Ae)를 보다 강력한 흡입력으로 빨아들여 외부로 배출(9a)하는 것이 가능해진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 배기가스 배출유도기(100)는, 자동차의 진행에 따라 공기 유도관(120)의 제1유도영역(A1)에서 가속된 공기 유동(Af)이 제2유도영역(A2)에 의해 둘러싸인 제1구간(I)을 통과하면서, 제1구간(I)에 축선 방향으로 배치된 다수의 출구(116)에서 배출 가스(Ae)를 연결 파이프(110)의 바깥으로 배출시킴에 따라, 종래에 하나의 지점에서 배출 가스를 배출시키는 경우에 와류 및 유동의 장애가 발생하였던 것과 달리, 여러 지점(116)에서 배기 가스(Ae)가 분산되어 보다 큰 압력 차이에 의하여 보다 강력하게 연결 파이프(110)의 바깥으로 빨려 유출되므로, 배기 가스(Ae)의 배출 효율이 크게 향상되어, 엔진 출력을 향상시키면서 연료 소모량을 절감할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 배기 파이프(9)가 원형 파이프 단면인 것을 예로 들었지만, 사각형이나 타원형 등의 파이프 단면에 대해서도 동일한 형태로 배기가스 배출유도기를 구성함으로써 적용할 수 있다. 또한, 2개의 배기 파이프가 나란이 배치된 구성에 대해서도, 2개의 배기 파이프에 각각 연결되는 연결 파이프의 둘레를 한꺼번에 또는 각각 감싸는 공기 유도관을 배치하는 것에 의해 적용될 수 있다.

100: 배기가스 배출유도기 110: 연결 파이프
114: 유도 플레이트 116: 출구
120: 공기 유도관 122: 공기 수집부
Ae: 배기 가스 Af: 공기 유동
Ax : 혼합 가스 A1: 제1유도영역
A2: 제2유도영역
S1, S2, S3, S4: 안내 통로

Claims

자동차용 배기 파이프에 장착되는 배기가스 배출유도기로서,
상기 배기 파이프로부터 배출되는 배기 가스가 통과하되, 제1구간에 걸쳐 서로 다른 축선 방향의 위치에 배치된 다수의 출구가 외주면에 구비되어, 상기 배기 가스를 상기 출구를 통하여 배출시키는 연결 파이프와;
상기 연결 파이프의 끝단으로 접근할수록 점점 직경이 작아지게 형성되어 유입되는 공기의 유속이 가속되는 제1유도영역과, 상기 제1유도영역에 비하여 보다 완만한 경사를 가지면서 배출 가스가 배출되는 상기 연결 파이프의 상기 다수의 출구를 감싸는 형태로 상기 연결 파이프를 따라 상기 제1구간에 걸쳐 연장 형성된 제2유도영역을 구비한 공기 유도관을;
포함하여 구성되어, 상기 제1유도영역에서 가속된 공기가 상기 제1구간에 걸쳐 연장된 상기 제2유도영역을 통과하는 동안에 상기 다수의 출구를 통해 배출되는 배기 가스를 흡입하여 배출을 촉진하는 것을 특징으로 하는 자동차용 배기가스 배출유도기.
제 1항에 있어서,
상기 다수의 출구가 배치된 상기 제1구간은 상기 연결 파이프의 직경 이상의 길이로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 유도기
제 1항에 있어서,
상기 출구는 상기 제1구간에 걸쳐 3개 이상의 축선 방향의 서로 다른 위치에서 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 유도기
제 1항에 있어서,
상기 연결 파이프의 외면과 상기 공기 유도관의 상기 제2유동영역의 내벽 사이가 평행하게 유지되거나 0도 내지 25도 이하의 완만한 경사차이로 상기 배기 파이프의 끝단까지 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 유도기
제 1항에 있어서,
상기 연결 파이프는 일정한 단면으로 연장 형성되고, 상기 연결 파이프의 외면과 상기 공기 유도관의 상기 제2유동영역은 상기 제1유동영역에 비하여 완만한 경사로 연장 형성되고, 상기 제2영역의 끝단부에는 상기 연결 파이프와 평행하게 일정한 단면으로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 유도기
제 1항에 있어서,
상기 연결 파이프의 중심에 근접한 위치에서 배출되는 배출 가스는 상기 연결 파이프의 끝단에 근접한 위치의 출구를 통해 배출되고, 상기 연결 파이프의 중심으로부터 반경 방향으로 멀리 떨어진 위치에서 배출되는 배출 가스는 상기 연결 파이프의 끝단으로부터 멀리 떨어진 위치의 출구를 통해 배출되게 안내하는 안내 플레이트를 더 포함하고,
상기 안내 플레이트에는 상기 연결 파이프의 축선 방향에 대하여 경사진 경사부를 포함하여, 상기 다수의 출구를 통하여 배출되는 배기 가스의 일부 이상은 상기 안내 플레이트에 의하여 안내되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 유도기
제 6항에 있어서,
상기 연결 파이프의 중심과 정렬되는 안내 플레이트의 중심부는 상기 배기 가스의 유동 방향에 대하여 꼭지점을 형성하되, 상기 꼭지점을 기준으로 원뿔 형태의 면이 이루는 각도는 30도 이하인 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 유도기
제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 유도관은 자동차의 전방부로부터 공기 통로관을 통해 연장 형성되어 상기 연결 파이프의 둘레를 감싸는 위치로 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 유도기.
제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출구에는 상기 연결 파이프와 평행한 유도 플레이트가 상기 연결 파이프의 끝단을 향하여 연장 형성되어, 상기 출구를 통해 상기 연결 파이프의 바깥으로 유동하는 배기가스가 상기 연결 파이프에 평행한 방향 성분을 갖도록 유도되는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 유도기.
제 9항에 있어서,
상기 유도 플레이트는 상기 출구의 폭(L1)의 0.5배 내지 1.5배의 폭(L2)으로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 유도기
제 8항에 있어서,
상기 연결 파이프는 상기 배기 파이프이거나 상기 배기 파이프에 결합되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 배출 유도기