KR20200144278A - 배기 와류장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 와류장치는, 머플러의 후단 배기관에 탈착 가능하게 고정되는 배기 원통, 및 배기 원통의 내벽부에서 중심부를 향해 한 쌍으로 위치 고정되며 배기 원통에 상호 이격되어 삽입되고 외부에서 너트로 고정되는 복수의 볼트부를 구비한 배기 날개를 포함한다. 상기와 같은 본 발명은, 머플러 후단부에 장착되어 와류 형상에 의해 배기가스의 배기효율을 높이면서, 엔진의 정지 시에도 배기가스의 모멘텀을 와류에 의해 유지하여 배기관에 배기가스가 잔류하는 현상을 방지하며, 배기가스의 입자들이 배기관에 검댕으로 부착되어 유동저항이 커짐에 따른 배기효율의 저하를 방지할 수 있다.

Description

배기 와류장치{EXHAUST VORTEX APPARATUS}

본 발명은 배기 와류장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기관의 배기가스에 와류를 만들어 배출시키는 배기 와류장치에 관한 것이다.

엔진의 연소실은 연료장치에서 공급되는 연료와 흡기장치를 통해서 유입되는 공기가 혼합 연소되도록 구성 되어있다. 연소에서 발생되는 배기가스는 배기가스 배출장치를 통해서 외부로 배출된다. 배기가스 배출장치는, 배기 매니폴드(Manifold), 촉매 컨버터(Catalystic Converter), 머플러(Muffler) 등을 포함한다.

가속페달의 조작에 따라 대응하는 연료 및 공기가 연소실에 유입된다. 혼합기는 점화 제어로 연소되며, 엔진의 출력을 얻을 수 있다. 연소실에서는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 등을 포함하는 배기가스가 발생되어 배기 매기폴드로 배출된다.

배기 매기폴드에 의해 모아진 배기가스는 촉매 컨버터를 통해 머플러로 배출된다. 촉매 컨버터는 내부에 설치된 입상 혹은 격자상의 알루미나에 부착된 펠리트라 하는 촉매 및 요소수에 의해 배기가스 중의 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 이산화탄소, 수증기, 산소, 질소로 환원시키며, 환원된 기체는 머플러로 배출된다.

1단 혹은 2단으로 구성된 머플러는 전단에 설치된 팽창실에 의한 내벽간의 음파반사나 공명형상을 이용으로 음을 감쇠하거나 흡음재가 내입되어서 음파와의 마찰을 유도하여 음향 에너지를 줄여 배기가스의 배출시 발생할 수 있는 소음을 줄이게 된다.

엔진이 가동되는 경우에는 배기관을 통해 머플러의 끝까지 배기가스를 밀어 낼 수 있는 충분히 발생되지만, 엔진이 정지되는 경우에는 배기관에 배기가스가 정체된다. 이에 따라 배기가스에 의한 검댕이나 이물질이 배기관에 부착되어 배기관의 배기효율을 떨어뜨리는 문제점이 발생된다.

특히, 화물차와 같이 디젤엔진을 사용하는 차량은 가솔린 차량에 비해 많은 배기먼지에 따른 검댕이 발생되므로, 엔진의 가동 및 정지에 따라 반복적으로 검댕이 배기관에 부착되어 배기효율이 점차 악화되는 경향이 있었다. 이는 차량의 출력을 떨어뜨리는 요인으로 작용하였다.

본 발명은, 머플러 후단부에 장착되어 배기가스의 배기효율을 높이면서, 엔진의 정지 시에도 배기가스의 모멘텀을 유지하여 배기관에 배기가스가 잔류하는 현상을 방지하며, 배기가스의 검댕에 의한 배기효율의 저하를 방지하는 배기 와류장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 배기 와류장치는, 머플러의 후단 배기관에 탈착 가능하게 고정되는 배기 원통; 및 상기 배기 원통의 내벽부에서 중심부를 향해 한 쌍으로 위치 고정되며, 상기 배기 원통에 상호 이격되어 삽입되고, 외부에서 너트로 고정되는 복수의 볼트부를 구비한 배기 날개를 포함하며, 상기 배기 원통에는 상기 복수의 볼트부 중 어느 하나의 이동과 고정을 허용하여 상기 배기 날개의 각도가 조절되도록 장공이 마련되며, 상기 한 쌍의 배기 날개는 상기 머플러를 통과한 배기가스에 와류를 형성하도록 일면부에 대해 타면부가 볼록한 형상을 갖되, 상호 반대 방향으로 볼록한 형상이 되도록 위치함으로써 상기 배기 원통을 통과하는 배기가스에 와류를 형성한다.

상기 장공은 상기 볼트부의 직경에 해당되는 홀들이 일부 중첩되면서 상호 연결된 형상을 가질 수 있다.

상기 배기 원통의 단부에는 일정 간격을 두고 상기 머플러의 후단 배기관에 접촉되는 고정 볼트가 결합되되, 상기 고정 볼트에는 상기 고정 볼트의 풀림을 방지하기 위한 풀림방지너트가 결합될 수 있다.

상기 한 쌍의 배기 날개는, 상기 배기 원통의 내벽부에 상기 복수의 볼트부로 고정된 본판; 및 상기 본판에서 상기 배기 원통의 중심부 측으로 연장되며, 상기 본판에 경사진 형상을 갖는 삼각판을 포함할 수 있다.

상기 본판과 삼각판은 한쪽으로 볼록한 형상이며, 상기 삼각판은 상기 배기 원통의 중심부에 인접한 단부가 상기 배기 원통의 중심 라인에 대해 휘어진 에지 날개부를 포함하며, 상기 한 쌍의 배기 날개의 에지 날개부는 상호 반대로 휘어질 수 있다.

상기 배기 날개에서 상기 머플러를 통과한 배기가스를 받는 정면부는 삼각에지의 단면형상을 가질 수 있다.

상기 한 쌍의 배기 날개는, 상기 복수의 볼트부 중 하나가 상기 장공에서 회전되어 고정됨에 따라 상기 배기가스에 대해 받음각이 커지거나 작아지며, 상기 배기 날개의 배기가스에 대해 받음각이 커지면 상기 배기 원통을 통과하는 배기가스의 와류 세기가 커지며, 반대로 받음각이 작아지면 와류 세기가 작아질 수 있다.

상기 배기 날개는 상기 배기 원통의 내벽부에서 반경 방향으로 설치되되, 상기 배기 원통에서 상기 배기가스를 받는 정면부에 대해 배면부가 경사진 형상을 가질 수 있다.

상기와 같이 기술된 본 발명은, 머플러 후단부에 장착되어 배기가스의 배기효율을 높이면서, 엔진의 정지 시에도 배기가스의 모멘텀을 유지하여 배기관에 배기가스가 잔류하는 현상을 방지하며, 배기가스의 검댕에 의한 배기효율의 저하를 방지하는 배기 와류장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 와류장치의 설치 상태도,
도 2는 도 1의 배기 와류장치의 사시도,
도 3은 도 2의 배기 날개 분해도,
도 4는 도 2의 평면도,
도 5는 도 2의 저면도,
도 6은 도 2의 길이 방향 단면도,
도 7은 도 2의 배기 날개 사시도,
도 8은 도 7의 배기 날개 정투상 삼면도이다.

이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시예들을 설명한다. 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 도면 복합적으로 이해되어야 하며, 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 실시 예들에 관련하여 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 다른 실시 예들로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시 예들에 따른 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경 가능한 것으로 도면들의 조합으로 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 다양한 측면에 걸쳐 동일하거나 유사한 기능을 가리킬 수 있으며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 구체적인 형태는 설명 상의 편의를 위하여 과장되어 표현된 것일 수 있다.

하부 요소들이 설명되지 않은 각각의 유닛, 모듈, 부, 부재 또는 임의 구조는 각기 부여된 기능을 갖기 위한 통상적인 하부 요소들이 포함되거나 포함 가능한 것으로 상정하며, 도면에 도시된 하부 요소들이나 세부 구조로 제한하진 않는다. 도시되었으나 통상적인 내용으로 그 설명이 생략된 구성 요소들은, 실시 예들의 상세한 설명에 내재된 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같은 관용적인 사항들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들 중 실질적인 구현성이 높으며, 산업적 이용 가능성이 높은 일 실시예에 따른 배기 와류장치를 설명한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 와류장치의 주요 구성 요소들을 도면을 기초로 설명한다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 와류장치는, 머플러(10)의 후단 배기관(20)에 탈착 가능하게 고정되는 배기 원통(100), 및 배기 원통(100)의 내벽부에서 중심부를 향해 한 쌍으로 위치 고정되며 배기 원통(100)에 상호 이격되어 삽입되고 외부에서 너트로 고정되는 복수의 볼트부(121)를 구비한 배기 날개(120)를 포함한다.

배기 원통(100)의 단부에는 일정 간격을 두고 머플러(10)의 후단 배기관(20)에 접촉되는 고정 볼트(111)가 결합되며, 고정 볼트(111)에는 고정 볼트(111)의 풀림을 방지하기 위한 풀림방지너트(112)가 결합될 수 있다.

배기 원통(100)은 고정 볼트(111)가 머플러(10)의 배기관(20) 단부에 접촉되도록 조여짐으로써 배기관(20)에 결합될 수 있다. 고정 볼트(111)는 풀림방지너트(112)가 배기 원통(100) 측으로 조여짐으로써 풀림이 방지된다. 고정 볼트(111)는 배기 원통(100)에 나사 결합된 상태에서 배기 원통(100)에 삽입된 배기관(20)에 접촉된다.

배기 원통(100)에는 복수의 볼트부(121) 중 어느 하나의 이동과 고정을 허용하여 배기 날개(120)의 각도가 조절되도록 장공(115)이 마련된다. 장공(115)은 배기 원통(100)의 양측 외주부에 있으며, 복수의 볼트부(121)로 고정된 배기 날개(120)의 배기가스(21)에 대한 받음각을 조절할 수 있게 만든다. 장공(115)은 배기 원통(100)의 후단부 측에 위치하며, 배기 날개(120)의 대응하는 볼트부(121)가 결합된다.

장공(115)은 볼트부(121)의 직경에 해당되는 홀(116)들이 일부 중첩되면서 상호 연결된 형상을 가질 수 있다. 볼트부(121)는 중첩된 홀(116)들 중 하나에서 빠지고 다른 하나로 삽입되어 위치 이동될 수 있다. 볼트부(121)에는 배기 날개(120)의 고정을 위한 체결너트(122)가 체결된다.

한 쌍의 배기 날개(120)는, 복수의 볼트부(121) 중 하나인 배기 원통(100)의 후단부 측에 위치하는 볼트부(121)가 장공(115)에서 이동되어 고정됨에 따라 배기가스(21)에 대해 받음각이 커지거나 작아지며, 배기 날개(120)의 배기가스(21)에 대해 받음각이 커지면 배기 원통(100)을 통과하는 배기가스(21)의 와류(25) 세기가 커지며, 반대로 받음각이 작아지면 와류(25) 세기가 작아질 수 있다.

배기 날개(120)는 장공(115)의 홀(116)들에서 볼트부(121)의 위치에 따라 운전자의 운전 습관에 따른 배기가스(21)에 대한 받음각이 조절되는 것이다. 장공(115)이 세 개의 홀(116)로 구성되어 있으므로, 배기 날개(120)는 볼트부(121)의 위치가 3단계로 조절될 수 있다. 배기 날개(120)는 운전자의 운전습관에 따라 배기가스(21)에 대한 받음각이 3단계로 조절될 수 있다.

일예로, 화물차 운전자들은 주로 화물을 싣는 정도 및 주행 속도에 따라 사용하는 엔진 출력이 각기 상이하다.

운전자의 운전습관이 고출력을 주로 사용하는 경우에는 배기가스(21)가 강하므로, 배기 날개(120)의 받음각을 크게 만든다. 이때는 배기가스(21)의 강한 세기의 비례하여 배기 날개(120)를 지나는 배기가스(21)가 강한 와류를 형성함으로써 배기관 전체의 배기 효율을 후단부 측에서 높여줄 수 있다.

반대로, 운전자가 중하 출력을 주로 사용하는 경우에는, 배기가스(21)가 상대적으로 약하므로, 상기보다 배기 날개(120)의 받음각을 작게 만든다. 이때는 배기가스(21)의 약한 세기에 비례하여 배기가스(21)가 배기 날개(120)를 원활히 통과하면서 와류를 형성하도록 만듦으로써 배기관 전체의 배기 효율을 후단부 측에서 높여줄 수 있다.

배기 날개(120)의 배기가스(21)에 대한 받음각 조절은 장공(115)에서 볼트부(121)의 위치 조절과 고정에 따라 수동으로 가능하며, 내열 또는 단열 처리된 모터와 기어들의 조합에 의해 자동으로 가능하다.

이는 운전자가 엑셀레이터를 받는 습관이 차량의 제어부에 저장되고, 그 저장된 주요 출력 습관에 따라 배기 날개(120)가 자동으로 조절되도록 만들 수 있는 자동제어시스템을 가능하게 만든다. 현재 기술로는, 운전자의 운전습관에 따라 배기관의 후단부에서 배기 날개(120)의 각도가 자동 조절되어 출력을 향상시키기 위한 최적의 와류를 형성하는 설계까지 가능하다.

한 쌍의 배기 날개(120)는, 상호 반대로 볼록하며 단부가 반대로 휘어진 형상으로 배기 원통(100)으로 배치되는 것이다.

배기 날개(120)는 배기 원통(100)의 내벽부에 형성된 홀(116, 117)에 대응하는 복수의 볼트부(121)로 고정된 본판(125), 및 본판(125)에서 배기 원통(100)의 중심부 측으로 연장되며, 본판(125)에 경사진 형상을 갖는 삼각판(126)을 포함할 수 있다.

본판(125)과 삼각판(126)은 한쪽으로 볼록한 형상이며, 삼각판(126)은 배기 원통(100)의 중심부에 인접한 단부가 배기 원통(100)의 중심 라인에 대해 휘어진 에지 날개부(131)를 포함한다. 한 쌍의 배기 날개(120)의 에지 날개부(131)는 상호 반대로 휘어져 있다.

도 1을 참조하면, 배기가스(21)는 배기 원통(100)의 중심부 측에서 유속이 가장 크며, 한 쌍의 에지 날개부(131) 측을 지나면서 강한 와류(25)를 형성한다. 와류(25)는 삼각판(126)과 본판(125) 측으로 확장되면서 형성된다.

도 3 내지 도 8을 참조하면, 배기 날개(120)에서 머플러(10)를 통과한 배기가스(21)를 받는 정면부는 삼각에지(132)의 단면형상을 가질 수 있다. 삼각에지(132)의 단면 형상은 배기가스(21)를 받는 정면부에 형성되며, 배기가스(21)에 대한 유동저항을 줄이게 된다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 배기 날개(120)는 배기 원통(100)의 내벽부에서 반경 방향으로 설치되며, 배기 원통(100)에서 배기가스(21)를 받는 정면부에 대해 배면부가 경사진 형상의 경사부(135)를 가질 수 있다. 배기 날개(120)는 배기 원통(100)의 중심부 측에서 배기 원통(100)의 내벽부 측으로 배기가스(21)에 접촉되는 유동면적이 확장되는 형상을 갖는다.

한 쌍의 배기 날개(120)는 머플러(10)를 통과한 배기가스(21)에 와류(25)를 형성하도록 일면부에 대해 타면부가 볼록한 형상을 갖되, 상호 반대 방향으로 볼록한 형상이 되도록 위치함으로써 배기 원통(100)을 통과하는 배기가스(21)에 와류(25)를 형성한다.

배기 날개(120)는 배기가스(21)에 의해 양력을 발생시키는 한쪽으로 볼록한 형상이므로, 배기 원통(100)의 중심부 측에서 내벽부 측으로 더 커지는 양력을 받는다. 실제로 배기 날개(120)는 양력에 의해 움직이지 않고 고정된 상태이며, 배기가스(21)는 한 쌍의 배기 날개(120)에서 상호 반대의 양력을 발생시킨다.

상기 한 쌍의 배기 날개(120)는 배기가스(21)에 대한 양력을 상호 반대로 발생시켜 배기 원통(100)을 통과하는 배기가스(21)는 회전된다. 한 쌍의 배기 날개(120)는 배기 원통(100)을 통과하는 배기가스(21)를 와류(25)로 만든다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 와류장치는, 머플러(10) 후단부에 장착되어 와류(25) 형상에 의해 배기가스(21)의 배기효율을 높이면서, 엔진의 정지 시에도 배기가스(21)의 모멘텀을 와류(25)에 의해 유지하여 배기관(20)에 배기가스(21)가 잔류하는 현상을 방지하며, 배기가스(21)의 입자들이 배기관(20)에 검댕으로 부착되어 유동저항이 커짐에 따른 배기효율의 저하를 방지할 수 있다.

한편, 상기 배기 날개(120)는 도시된 바와 달리, 배기가스(21)에 대한 유동 저항을 더 높이면서 와류를 형성하기 위해서, 배기가스(21)의 유동 방향에 대해 전후가 반대로 설치될 수도 있음을 밝혀둔다.

이상과 같이 본 발명의 실시 예들에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 본질적인 기술 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다.

10: 머플러 20: 배기관
21: 배기가스 25: 와류
100: 배기 원통 111: 고정 볼트
112: 풀림방지너트 115: 장공
116: 홀 120: 배기 날개
121: 볼트부 122: 체결너트
125: 본판 126: 삼각판
131: 에지 날개부 132: 삼각에지
135: 경사부

Claims (8)

1. 머플러의 후단 배기관에 탈착 가능하게 고정되는 배기 원통; 및
   상기 배기 원통의 내벽부에서 중심부를 향해 한 쌍으로 위치 고정되며, 상기 배기 원통에 상호 이격되어 삽입되고, 외부에서 너트로 고정되는 복수의 볼트부를 구비한 배기 날개를 포함하며,
   상기 배기 원통에는 상기 복수의 볼트부 중 어느 하나의 이동과 고정을 허용하여 상기 배기 날개의 각도가 조절되도록 장공이 마련되며,
   상기 한 쌍의 배기 날개는 상기 머플러를 통과한 배기가스에 와류를 형성하도록 일면부에 대해 타면부가 볼록한 형상을 갖되, 상호 반대 방향으로 볼록한 형상이 되도록 위치함으로써 상기 배기 원통을 통과하는 배기가스에 와류를 형성하는 배기 와류장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 장공은 상기 볼트부의 직경에 해당되는 홀들이 일부 중첩되면서 상호 연결된 형상을 갖는 배기 와류장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 배기 원통의 단부에는 일정 간격을 두고 상기 머플러의 후단 배기관에 접촉되는 고정 볼트가 결합되되, 상기 고정 볼트에는 상기 고정 볼트의 풀림을 방지하기 위한 풀림방지너트가 결합된 배기 와류장치.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 한 쌍의 배기 날개는,
   상기 배기 원통의 내벽부에 상기 복수의 볼트부로 고정된 본판; 및
   상기 본판에서 상기 배기 원통의 중심부 측으로 연장되며, 상기 본판에 경사진 형상을 갖는 삼각판을 포함하는 배기 와류장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 본판과 삼각판은 한쪽으로 볼록한 형상이며,
   상기 삼각판은 상기 배기 원통의 중심부에 인접한 단부가 상기 배기 원통의 중심 라인에 대해 휘어진 에지 날개부를 포함하며,
   상기 한 쌍의 배기 날개의 에지 날개부는 상호 반대로 휘어진 배기 와류장치.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 배기 날개에서 상기 머플러를 통과한 배기가스를 받는 정면부는 삼각에지의 단면형상을 갖는 배기 와류장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 한 쌍의 배기 날개는, 상기 복수의 볼트부 중 하나가 상기 장공에서 회전되어 고정됨에 따라 상기 배기가스에 대해 받음각이 커지거나 작아지며,
   상기 배기 날개의 배기가스에 대해 받음각이 커지면 상기 배기 원통을 통과하는 배기가스의 와류 세기가 커지며, 반대로 받음각이 작아지면 와류 세기가 작아지는 배기 와류장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 배기 날개는 상기 배기 원통의 내벽부에서 반경 방향으로 설치되되, 상기 배기 원통에서 상기 배기가스를 받는 정면부에 대해 배면부가 경사진 형상을 갖는 배기 와류장치.

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