KR20230075827A - 차량용 배기 시스템 - Google Patents

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KR20230075827A
KR20230075827A KR1020210162423A KR20210162423A KR20230075827A KR 20230075827 A KR20230075827 A KR 20230075827A KR 1020210162423 A KR1020210162423 A KR 1020210162423A KR 20210162423 A KR20210162423 A KR 20210162423A KR 20230075827 A KR20230075827 A KR 20230075827A
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exhaust pipe
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condensate
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KR1020210162423A
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김동현
김근수
박정훈
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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    • F01N3/005—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for draining or otherwise eliminating condensates or moisture accumulating in the apparatus
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Abstract

엔진으로부터 배출되는 배기가스가 흐르는 배기 파이프와, 상기 배기 파이프의 후단에 설치되는 메인 머플러 및 상기 메인 머플러에 설치되는 응축수 배출 유닛을 포함하며, 상기 응축수 배출 유닛은 상기 메인 머플러에 수용되는 응축수의 수위에 따라 응축수의 배출을 조절할 수 있는 차량용 배기 시스템이 개시된다.

Description

차량용 배기 시스템{Exhaust system of vehicle}
본 발명은 차량용 배기 시스템에 관한 것이다.
차량에서 엔진은 공기와 혼합된 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는데, 엔진 작동 과정에서 발생한 다량의 연소가스는 배기 시스템(exhaust system)을 통해 정화되어 대기 중으로 방출된다.
차량의 배기 시스템은 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 차량 내 정해진 위치로 흐르게 하는 배기 파이프와, 배기 파이프에 설치되어 배기가스 중 함유된 유해물질을 제거하는 촉매변환장치(catalytic converter)와, 배기 파이프에 설치되어 배기가스의 압력과 온도를 저하시켜 배기가스의 급격한 팽창과 배기소음을 감소시키는 머플러(소음기) 등을 포함하여 구성된다.
엔진에서 배출된 유해한 배기는 촉매변환장치를 통해 처리되는 과정에서 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2) 등으로 변환되어 배출되는데, 수증기는 응결되어 응축수를 형성하게 된다. 최근에는 자동차의 배기 환경 문제로 인하여 촉매 기능이 강화됨에 따라 응축수의 생성이 더 많아지는 상황이다.
통상적인 경우에 머플러 내부의 응축수는 배기가스의 배출압력(배압)에 의해 머플러의 외부로 배출될 수 있다. 그러나, 엔진의 저 알피엠(RPM) 영역인 아이들(IDLE) 상태인 경우 배출압력이 낮아져 응축수의 외부 배출이 원활하지 않게 된다.
겨울철 혹은 혹한 지역 등 외기 온도가 낮은 경우 응축수의 생성량이 증가하게 되는데, 차량을 장시간 아이들 상태로 유지하는 경우 배기 시스템의 최하단부로 응축수가 고이게 된다. 예를 들어, 머플러에 상당량의 응축수가 고이거나 머플러에 생성된 응축수가 넘쳐 흘러 배기 시스템 최하단에 위치하는 배기 파이프에 많은 양의 응축수가 고일 수 있다.
이 상태에서 시동 오프 등으로 인하여 배기 파이프에 잔류하는 다량의 응축수가 빙결되는 경우에는 배기 파이프에 막힘 현상이 발생하여 재 시동 시 시동 불가, 시동 불량 또는 높은 배압으로 인한 배기 시스템(머플러 등) 변형을 유발하게 된다.
특허등록공보: KR 10-2016055 B1
본 발명은 일측면으로서 응축수의 고임 현상을 방지할 수 있는 차량용 배기 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 배기 시스템은 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 흐르는 배기 파이프와, 상기 배기 파이프의 후단에 설치되는 메인 머플러 및 상기 메인 머플러에 설치되는 응축수 배출 유닛을 포함하며, 상기 응축수 배출 유닛은 상기 메인 머플러에 수용되는 응축수의 수위에 따라 응축수의 배출을 조절할 수 있다.
상기 응축수 배출 유닛은 상기 배기 파이프의 끝단이 내부에 배치되는 제트 펌프를 구비할 수 있다.
상기 응축수 배출 유닛은 상기 배기 파이프의 후단에 배치되는 보조 배기구에 설치되는 개폐부를 더 구비할 수 있다.
상기 개폐부는 상기 배기 파이프에 연결되는 탄성부재 및 상기 탄성부재에 연결되며 응축수의 수위에 따라 승강되는 플로터를 구비할 수 있다.
상기 보조 배기구는 상기 메인 머플러에 수용되는 응축수의 수위에 따라 상기 플로터에 의해 개폐될 수 있다.
상기 보조 배기구에는 배기 가스의 상기 메인 머플러로의 유동을 위한 연통홀이 구비될 수 있다.
상기 보조 배기구에는 상기 탄성부재의 일단을 지지하는 돌출턱이 구비될 수 있다.
상기 배기 파이프에는 상기 플로터의 이동을 안내하는 안내부재가 구비될 수 있다.
상기 제트 펌프의 내부 공간에 배치되는 상기 배기 파이프의 끝단에는 후단으로 갈수록 폭이 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 테이퍼부가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 응축수의 고임 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다. 다시 말해, 응축수가 일정 수위 이상 고이는 경우 응축수가 추가적으로 배출되도록 함으로써 응축수가 일정 수위 이상으로 고이는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이를 통해 본 발명의 실시예에 의하면 시동꺼짐을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이와 더불어, 본 발명의 실시예에 의하면 출력저하 및 엔진부하에 의한 이상현상을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 배기 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 A부를 나타내는 확대도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 배기 시스템의 응축수 배출 유닛의 작용을 설명하기 위한 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 배기 시스템을 나타내는 구성도이고, 도 2는 도 1의 A부를 나타내는 확대도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 배기 시스템(100)은 일예로서, 배기 파이프(120), 머플러(140), 촉매변환장치(catalytic converter, 160) 및 응축수 배출 유닛(180)을 포함하여 구성될 수 있다.
배기 파이프(120)는 엔진(미도시)으로부터 배출되는 배기가스를 차량 내 정해진 위치로 흐르게 하는 역할을 수행한다. 한편, 배기 파이프(120)는 차량(미도시)의 하부에 배치되어 차량(미도시)의 하단부의 레이아웃에 따른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 배기 파이프(120)는 굴곡진 형상을 가질 수 있다. 그리고, 배기 파이프(120)의 끝단은 응축수 배출 유닛(180)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 그리고, 배기 파이프(120)에는 보조 배기구(122)가 구비될 수 있으며, 보조 배기구(122)는 후술할 메인 머플러(144)의 내부 공간에 배치되도록 배기 파이프(120)에 구비될 수 있다. 한편, 보조 배기구(122)에는 후술할 메인 머플러(144)와 연결되는 부분에 배기가스가 보조 배기구(122)를 통해 배출될 수 있도록 연통홀(122a)이 구비될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 그리고, 메인 머플러(144)의 내부 공간에 배치되는 배기 파이프(120)의 끝단에는 후단으로 갈수록 폭이 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 테이퍼부(124)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 배기 파이프(120)로부터 배출되는 배기가스의 속도가 증가될 수 있다.
한편, 배기 파이프(120)에는 후술할 탄성부재(184a)의 이탈을 방지하기 위한 돌출턱(126)이 구비될 수 있다. 돌출턱(126)은 탄성부재(184a)의 일단을 지지하여 탄성부재(184a) 및 플로터(184b)가 배기 파이프(120) 측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
머플러(140)는 배기 파이프(120)에 설치되어 배기가스의 압력과 온도를 저하시켜 배기가스의 급격한 팽창과 배기소음을 감소시킨다. 일예로서, 머플러(140)는 배기 시스템(100)의 상류측에 위치하는 센터 머플러(142)와, 하류 측에 위치하며 테일 파이프(146)가 연결된 메인 머플러(144)를 포함할 수 있다. 한편, 메인 머플러(144)에는 보조 배기구(122)의 하부에 배치되는 안내부재(144a)를 구비할 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
촉매변환장치(160)는 배기 파이프(120)에 설치되어 배기가스 중 함유된 유해물질을 제거하는 역할을 수행한다. 일예로서, 촉매변환장치(160)는 머플러(140)의 설치 위치와 비교하여 배기 파이프(120)의 전단부에 배치될 수 있다.
한편, 엔진에서 배출된 배기가스(HC, CO 등)는 촉매변환장치(160)를 통과한 후 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2) 등으로 변환되어 배출되는데, 수증기는 응결되어 응축수(CW)를 형성하게 된다. 메인 머플러(144) 내부의 응축수는 배기가스의 배출압력(배압)에 의해 테일파이프(146)를 통해 메인 머플러(144)의 외부로 배출될 수 있다.
그러나, 엔진의 저 알피엠(RPM) 영역인 아이들(IDLE) 상태인 경우 배출압력이 낮아져 메인 머플러(144)에서 응축수의 외부 배출이 원활하지 않게 되며, 아이들 상태가 지속되는 경우 배기 시스템(100) 내부의 응축수 양이 증가하게 된다. 특히, 낮은 외기 온도에서 차량을 장시간 아이들 상태로 유지하는 경우 머플러(142, 144)에 생성된 응축수(CW)가 고일 수 있다. 배기 파이프(120)에 고인 응축수(CW)가 빙결되는 경우 배기 파이프(120)에 막힘 현상이 발생하여 재 시동 시 시동 불가, 시동 불량 또는 높은 배압으로 인한 배기 시스템(머플러 등) 변형/손상을 유발하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 응축수(CW) 빙결로 인한 문제점을 해결하기 위하여 응축수 배출을 위한 응축수 배출 유닛(180)을 메인 머플러(144)에 설치한다.
응축수 배출 유닛(180)은 메인 머플러(144) 내부에 설치된다. 일예로서, 응축수 배출 유닛(180)은 제트 펌프(182) 및 개폐부(184)를 구비할 수 있다. 제트 펌프(182)의 내부 공간에는 배기 파이프(120)의 끝단이 배치될 수 있다. 일예로서, 제트 펌프(182)는 내부 공간을 가질 수 있다. 한편, 제트 펌프(182)는 응축수가 유입되는 유입구(182a)와, 응축수 및 배기가스가 함께 배출되는 배출구(182b)를 구비할 수 있다. 한편, 유입구(182a)와 배출구(182b)는 응축수의 유동 방향을 따라 후단으로 갈수록 폭이 좁아지는 깔때기 형상을 가지는 바디(182c)로부터 연장 형성될 수 있다.
여기서, 제트 펌프(182)에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 제트 펌프(182)는 분류에 의하여 유체를 빨아 올려 송풍하는 펌프를 말하며, 보통 물 또는 증기를 분출해 양수를 행한다. 즉, 바디(182c)의 끝단에 배치되는 노즐 역할을 수행하는 영역에서의 배기 가스의 고속 분출에 의해, 후단에서 낮은 압력을 형성하여 응축수가 제트 펌프(182)로 빨라올려진다. 이와 같이, 유동하는 응축수는 배기 가스와 함께 배출되면서 상대적으로 고압의 상태로 메인 머플러(144)로부터 배출된다.
개폐부(184)는 배기 파이프(120)의 보조 배기구(122)에 설치된다. 일예로서, 개폐부(184)는 배기 파이프(120)에 일단이 연결되는 탄성부재(184a)와, 탄성부재(184a)의 타단이 연결되며 응축수의 수위에 따라 승강되는 플로터(184b)를 구비할 수 있다. 한편, 플로터(184b)는 응축수의 수위에 따라 승강되면서 배기 파이프(120)의 보조 배기구(122)를 개폐하는 역할을 수행한다. 그리고, 탄성부재(184a)는 플로터(184b)가 보조 배기구(122)와 안내부재(144a) 사이를 이동할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 일예로서, 탄성부재(184a)는 일단이 배기 파이프(120)의 돌출턱(126)에 지지되어 플로터(184b)에 탄성력을 제공한다. 이와 같이, 탄성부재(184a)는 플로터(184b)의 승강 시 플로터(184b)가 보조 배기구(122)와 안내부재(144a)로부터 이탈되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 탄성부재(184a)의 탄성력은 플로터(184b)의 부력에 의한 플로터(184b)의 승강을 방해하지 않는 크기를 가질 수 있다. 일예로서, 탄성부재(184a)는 코일 스프링일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 탄성부재(184a)는 플로터(184b)를 승강시킬 수 있는 어떠한 구성으로도 변경 가능할 것이다.
이와 같이, 개폐부(184)의 플로터(184b)가 보조 배기구(122)를 폐쇄하는 경우 제트 펌프(182)에 의해서 응축수가 외부로 배출될 수 있으며, 개폐부(184)의 플로터(184b)가 보조 배기구(122)를 개방하는 경우 제트 펌프(182)를 통과하는 배기가스의 배기량이 감소되면서 응축수가 제트 펌프(182)로 빨려 올라가지 않을 수 있다. 그리고, 개폐부(184)의 플로터(184b)가 하강하여 보조 배기구(122)를 개방하는 경우 배기 가스 중 일부는 보조 배기구(122)의 연통홀(122a)를 통해 메인 머플러(144) 내부 공간으로 유입될 수 있다.
상기한 바와 같이, 응축수 배출 유닛(180)을 통해 메인 머플러(144) 내의 응축수 고임 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 출력이 저하되는 문제점 및 엔진부하에 의한 이상현상을 보다 빠르게 개선시킬 수 있다.
나아가, 응축수 배출 유닛(180)이 메인 머플러(144) 내에 수용되는 응축수의 수위가 일정 수위 이상인 경우에만 응축수를 외부로 배출하고, 메인 머플러(144) 내에 수용되는 응축수의 수위가 일정 수위 이하인 경우에는 배기가스가 분기되어 유동되도록 함으로써 응축수 배출 유닛(180)에 의한 엔진 출력 저하 및 소음 발생을 방지할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 차량용 배기 시스템의 작용에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 머플러(144)의 내부에 응축수가 일정 수위 이상 고이는 경우 응축수에 의해 개폐부(184)의 플로터(184b)가 상승하여 배기 파이프(120)의 보조 배기구(122)를 폐쇄한다. 이에 따라, 배기 가스는 배기 파이프(120)의 끝단으로만 유동하게 된다. 이러한 경우 배기 파이프(120)로부터 배출되는 배기 가스는 제트 펌프(182)의 배출구(182b)로 유동된다. 이때, 배기 가스는 바디(182c)의 끝단에 배치되는 노즐을 통과하면서 고속으로 분출된다. 이에 따라, 후단에서 낮은 압력을 형성하면서 응축수가 유입구(182a)를 통해 유입된다. 이후, 응축수는 배기 가스와 함께 배출구(182b)로 배출되면서 상대적으로 고압의 상태로 메인 머플러(144)로부터 배출된다. 따라서, 머플러(144) 내의 응축수 고임 현상을 방지할 수 있는 것이다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 머플러(144)의 내부에 응축수가 일정 수위 이하로 고이는 경우 개폐부(184)의 플로터(184b)는 배기 파이프(120)의 보조 배기구(122)를 개방한다. 다시 말해, 플로터(184b)가 보조 배기구(122)의 연통홀(122a)의 하부로 하강하여 연통홀(122a)로 배기 가스가 유동되도록 한다. 이에 따라, 배기 가스는 분기되어 유동되면서 보조 배기구(122)의 연통홀(122a)을 통과하여 일부가 유동되고 배기 파이프(120)를 따라 일부가 유동된다. 이러한 경우 제트 펌프(182)를 통과하는 배기 가스의 압력이 충분하지 않아 제트 펌프(182)로 응축수가 유입되지 못한다.
이에 따라, 배압 상승으로 인한 엔진 출력 저하 및 소음 발생을 방지할 수 있다. 이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 응축수가 제트 펌프(182)로 배출되지 않는 경우 보조 배기구(122)로 배기 가스의 일부가 배출되지 않는다. 이러한 경우 제트 펌프(182)를 통과하는 배기 가스의 압력이 과도하게 상승함으로써 엔진 출력 저하 및 소음이 발생되는 문제가 있다. 하지만, 응축수가 배출되지 않는 경우 보조 배기구(122)를 개방하여 배기 가스가 분기되어 유동되도록 함으로써 제트 펌프(182)를 통과하는 배기 가스의 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지함으로써 엔진 출력 저하 및 소음이 발생되는 문제를 해결할 수 있다.
상기한 바와 같이, 응축수 배출 유닛(180)을 통해 메인 머플러(144) 내의 응축수 고임 현상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 출력이 저하되는 문제점 및 엔진부하에 의한 이상현상을 보다 빠르게 개선시킬 수 있다.
나아가, 응축수 배출 유닛(180)이 응축수의 수위에 따라 보조 배기구(122)의 개폐를 변경함으로써 제트 펌프(182)를 통과하는 배기 가스의 압력이 과도하게 상승함으로써 발생되는 엔진 출력 저하 및 소음 발생을 방지할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4에서는 설명의 편의를 위하여 메인 머플러(144)가 수평으로 배치된 경우를 도시하고 있으나, 메인 머플러(144)는 소정 각도로 기울어져 배치될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 차량용 배기 시스템
120 : 배기 파이프
140 : 머플러
160 : 촉매변환장치
180 : 응축수 배출 유닛
182 : 제트 펌프
184 : 개폐부

Claims (9)

  1. 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 흐르는 배기 파이프:
    상기 배기 파이프의 후단에 설치되는 메인 머플러; 및
    상기 메인 머플러에 설치되는 응축수 배출 유닛;
    을 포함하며,
    상기 응축수 배출 유닛은 상기 메인 머플러에 수용되는 응축수의 수위에 따라 응축수의 배출을 조절하는 차량용 배기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 응축수 배출 유닛은 상기 배기 파이프의 끝단이 내부에 배치되는 제트 펌프를 구비하는 차량용 배기 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 응축수 배출 유닛은 상기 배기 파이프의 후단에 배치되는 보조 배기구에 설치되는 개폐부를 더 구비하는 차량용 배기 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개폐부는 상기 배기 파이프에 연결되는 탄성부재 및 상기 탄성부재에 연결되며 응축수의 수위에 따라 승강되는 플로터를 구비하는 차량용 배기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보조 배기구는 상기 메인 머플러에 수용되는 응축수의 수위에 따라 상기 플로터에 의해 개폐되는 차량용 배기 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보조 배기구에는 배기 가스의 상기 메인 머플러로의 유동을 위한 연통홀이 구비되는 차량용 배기 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 보조 배기구에는 상기 탄성부재의 일단을 지지하는 돌출턱이 구비되는 차량용 배기 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 배기 파이프에는 상기 플로터의 이동을 안내하며 상기 보조 배기구에 연결되는 안내부재가 구비되는 차량용 배기 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제트 펌프의 내부 공간에 배치되는 상기 배기 파이프의 끝단에는 후단으로 갈수록 폭이 좁아지도록 테이퍼지게 형성되는 테이퍼부가 구비되는 차량용 배기 시스템.
KR1020210162423A 2021-11-23 2021-11-23 차량용 배기 시스템 KR20230075827A (ko)

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