JP2008518157A

JP2008518157A - 車両用排気装置

Info

Publication number: JP2008518157A
Application number: JP2007538830A
Authority: JP
Inventors: キム、ソ・ウォン
Original assignee: キム、ソ・ウォン
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2008-05-29
Also published as: MX2007004902A; CA2585692A1; CN101048581A; EP1807613A1; RU2351775C2; CA2585692C; KR100684568B1; WO2006046841A1; RU2007119768A; AU2005300164A1; CN100554659C; EP1807613A4; HK1109439A1; US20070289809A1; BRPI0517633A; KR20060038317A; ZA200703425B

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関に用いられる燃焼ガス排出用排気装置に関し、より詳細には、車両の排ガス排出経路に設けられているマフラーのテールパイプに空気の流れを用いて排ガスを速やかに排出させて燃費と車両のトルクを向上させる車両用排気装置に関する。
【解決手段】前記車両用排気装置は、自動車のエンジンから排ガスが排出されるマフラーの排ガス経路に設けられているテールパイプ２０の一部が切り欠かれて内向き折り曲げられた流線型に形成され、それぞれ一定距離だけ離間して対向している第１及び第２固定ベーン３０及び４０と、前記第１及び第２固定ベーン３０及び４０と連通し、前記第１及び第２固定ベーン３０及び４０を外部の大気から密閉するように前記テールパイプ２０に溶着されている管体５２を有する循環排気口５０を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に用いられる燃焼ガス排出用排気装置に関し、より詳細には、車両の排ガス排出経路に設けられているマフラーのテールパイプに空気の流れを用いて排ガスを速やかに排出させて燃費と車両のトルクを向上させる車両用排気装置に関する。

周知のように、内燃機関を用いる自動車は吸入、圧縮、爆発、排気の４行程によって動力を得る。

前記エンジンの行程のうち、空気（吸入、排気）の流れを説明すると、吸入過程でエアークリーナ、スロットル弁などを通過する際には比較的に大きな抵抗なく内燃機関に空気が流入する。

しかしながら、排気行程中には、触媒を用いるエアークリーナ及びマフラーなどを通じてテールパイプに燃焼ガスが排気されるため、排気の流れに比較的に大きな抵抗が生じる。

前記内燃機関のシリンダからテールパイプ（ｔａｉｌｐｉｐｅ）へ排出される過程で排気マニホールドでは内燃機関の４行程中に吸気弁と排気弁とが瞬間的に同時に開放される、いわゆる弁オーバーラップが発生する時期がある。この過程で排出されるガスがシリンダ内に再び流入する現象が発生し、排気マニホールド内には瞬間的に真空状態が形成され、それによって排ガスの排出を妨害する１次排気圧が生成される。

また、エアークリーナとして用いられる３次元触媒装置ではハニカム状の排ガスクリーナの微細な通気孔を通過する際に排ガスの流速が顕著に減少して、２次的な排気圧が生成され、排ガスが多段に区画されている仕切りを通過するとき、マフラーによって吸音されるため、排ガスがマフラーに流入すれば、３次排気圧が形成される。

このような排気過程において排ガスは３〜５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力と６００℃程度の温度で排気されるため、マフラーが必ず必要である。前記マフラーは排気量の約１５〜２０倍の容積に設計される。排ガスが空気抵抗によってマフラーを通じて排出できないので、エンジンのトルクは５〜１０％減少する。

従って、排ガスがより効率よく排出させるだけでもエンジンのトルクと燃費が改善することが分かる。

前記排ガスをより効率的に排出するために、多様なアプローチが提案されている。

特許文献１は、自動車の走行中に生成される空気の流れを用いた自動車の排気筒を提案している。前記排気筒において、前記排気筒の流線型の本体がテールパイプに結合して流線型の本体を急速に通過する空気の流速によって低圧地域が形成され、この低圧によって排ガスが排気筒に急速に吸入されて排気を助ける。

しかしながら、このような流線型の排気装置の本体を自動車に取り付けるには構造的に肥大し、且つ、複雑であるという短所がある。さらに、停止または低速走行中には速い空気の流れを生成できないため、狭い排気通路が排気を妨害してしまう。従って、従来の排気筒は実用化が困難である。

特許文献２に記載された渦流発生装置を有するメインサイレンサーのテールパイプによれば、排ガスによって回転するように渦流用ブレードがテールパイプの中間部に設けられ、排ガスによって回転する渦流用ブレードは渦流を生成して排ガスを排気する。しかし、これはむしろ排ガスの流れを妨害する抵抗を提供するので、実用化するのは困難であるという問題がある。

特許文献３に記載された自動車排ガス排出装置は、テールパイプの終端にボルトで取り付けられるパイプを設けてパイプの内周縁に渦流形成用ブレードを放射状に多数形成し、排ガスを渦流させて排出効率を改善することを提案している。しかし、このように単純に排ガスを渦流させるだけでは排ガスを迅速、且つ、スムーズに排気させるには不十分であり、結果的には排気圧力によって自然に排気することに加え、流体の渦流が排気を部分的に助ける程度の僅かな効果を得ることに過ぎず、それによって効率が極めて低い。

また、特許文献４に記載された渦流を用いた排ガス排出装置によれば、排ガス経路に形成されているマフラーの前方パイプに外部の空気を流入して渦流を形成するベーンを有する渦流発生ダクトを形成し、スロットル弁の開放度に比例して開放度が調節される弁が内設されているサブダクトを含んでなる。

しかしながら、これは排気騒音を除去するためのマフラーの前方パイプに外気が流入するダクトを形成するので、排気騒音が前記ダクトに漏れ、騒音がさらに大きくなる。加速時には前記弁が広く開放され、排気騒音がさらに大きくなる。さらに、排ガスがマフラーの内部に比べて空気抵抗の弱いサブダクトに排出されるので、流入した空気が抵抗を受けて排ガス排出装置の実用化には困難であるという問題がある。

従来の排ガス排出装置によれば、外気がマフラーの流入口側に流入するため、空気の抵抗はマフラーの内部にそのまま存在し、その結果、排ガスを速やかに排出するには有用ではなかった。エンジンのスロットル弁と連動する外気調節用ダンパを作動するので、設備構造及び施設が複雑になる。外気が流入してマフラーを経由するので、外気に含まれている異物（粉塵、砂など）がマフラーの内部に沈積してマフラーの機能が低下するという短所がある。

本出願人は前記問題を解決すべく、韓国特許出願第２００２−１３９６３号（特許文献５）及び特許文献６の自動車用排気装置を先に出願している。

前者の特許と後者の実用新案はいずれも自動車の走行によって発生する外気をホルン状のパイプに集めて排気用テールパイプに排気圧を増大させて流速を増加させる構造となっている。

即ち、外部の空気を集めて小さな断面積を通過する空気圧が増加することで、排気パイプの排出ガスが速やかに排出される。

このような先願発明は排ガスの流速を増加し、トルクと燃費を改善するという多少の利点はあったが、停車中または低速で走行する場合には、その効果が不十分である。

また、本出願人は韓国特許出願２００４−１３７２１号（特許文献７）に示すように、テールパイプの一部を切り欠いて内向き折り曲げた固定ベーンを離間して２カ所に設け、速い排気気流を形成し、オーバーラップ時に逆流する外気を前記ベーンへ排出し、エンジンのトルクを増大させることを提案している。

本発明は、前記特許文献７を改良して、さらに改善した効果を得るために提案されている。
韓国特許出願公開第２０００−５６９５１号明細書韓国特許出願公開第１９９８−７５２２３号明細書韓国実用新案第９９４３４号明細書韓国特許第２５７８７４号明細書韓国特許出願公開第２００３−７４９５１号明細書韓国実用新案第２８７７６３号明細書韓国特許出願公開第２００５−４５７９５号明細書

本発明は、前述したような従来技術の問題点と、本出願人の先出願技術を改良して効率を増大させるために案出されたものであり、その目的は、マフラーのテールパイプを通じて排出される排ガスがジェット気流を形成し、ベンチュリ現象を用いて排ガスの排気速度を向上させ、流入した外気が循環排出され、排気速度を加速させて排ガスを速やかに排出できる車両用排気装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、排ガスを速やかに排出し、逆流する排ガスをテールパイプの中間部に排出させることで、排ガスがエンジンに再び流入するオーバーラップを防止してエンジンのトルクを増大させる車両用排気装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、堅固な構造を有することで、耐久性が顕著に増大し、従来のマフラーの構造を変更することなく、適用が可能であり、互換性に優れた車両用排気装置を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、排ガスの逆流を著しく減少させてカーボンなどの燃焼残留物の堆積を防止することで、エンジンの寿命を長くし、高価な媒煙浄化装置などの排気システムの多様な部品をクリーンに維持できる車両用排気装置を提供することにある。

前記目的を実現するための本発明の一側面によれば、車両用排気装置は、車両のエンジンから排ガスが排出されるマフラーの排ガス経路に設けられているテールパイプの一部が切り欠かれて内向き折り曲げられた流線型に形成され、それぞれ一定距離だけ離間して対向している第１及び第２固定ベーンと、前記第１及び第２固定ベーンと連通し、前記第１及び第２固定ベーンを外部の大気から密閉するように前記テールパイプに溶着されている管体を有する循環排気口を含む。

本発明の前記並びにその他の目的、特徴と長所については、本発明の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

以上で詳細に説明したような本発明によれば、排ガスが排出されるマフラーのテールパイプを通じて排出される排ガスが急速に流入する外気と共に、その排気速度が増加して排ガスの排出を速やかに行うことができ、車両の加速と登坂能力を向上させる効果がある。前記排ガスは速やかに排出され、流入した外気がテールパイプの中間で循環して排出されるため、排ガスがエンジンに逆流する弁オーバーラップが防止されてエンジンのトルクが増大する。簡単で、且つ、堅固な構造を有するため、耐久性が顕著に増大し、従来のマフラーの構造を変更することなく、適用が可能であるため、互換性に優れる。さらに、排ガス及びカーボンなどの燃焼残留物の逆流を防止してエンジンの寿命を長くし、排気システムの媒煙浄化装置のような多様な部品をクリーンに維持して寿命を延長させる効果を奏する。

一方、本発明の主な説明は車両用排気装置を対象にしたが、内燃機関を用いる全てのマフラーのテールパイプに適用可能であり、また特許請求の範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施例による車両用排気装置について詳細に説明する。

図２は、本発明の基本的な実施例による車両用排気装置を示している。

本発明の基本的な実施例による車両用排気装置は、車両のエンジンから排ガスが排出される排ガス経路に設けられているマフラー１０の後端に形成されているテールパイプ２０の一部が切り欠かれて内向き折り曲げられた流線型に形成され、それぞれ一定距離だけ離間して対向している第１及び第２固定ベーン３０、４０と、前記第１及び第２固定ベーン３０、４０と連通し、前記第１及び第２固定ベーン３０、４０を外部の空気から密閉するように前記テールパイプ２０に溶着されている管体５２を有する循環排気口５０を含んでなる。

前記切り欠かれて内向き折り曲げられた第１、２固定ベーン３０、４０は、４５°の最大折曲角度を有し、テールパイプ２０の中央線の位置まで延びる折曲端部を有する。

本発明の実施例による車両用排気装置の作用についてより詳細に説明する。

前記循環排気口５０がテールパイプ２０で適用され、エンジンの駆動により通常の過程を通じて排出される排ガスがマフラー１０へ流入すれば、マフラーの膨張室で騒音が吸収された後、排出される。

図１に示す本出願人の先出願特許による作用を説明する。前記燃焼した排ガスは第１固定ベーン３０の折曲面によって通過気流が下向きになり、ベンチュリ現象によって狭い断面積を急速に移動する。前記第２固定ベーン４０の折曲面にぶつかる前記排ガスが上方移動し、その流速によってジェット気流が形成される。このとき、第２固定ベーン４０の開放口を通じて外気が内側気流の高圧側に流入するため、流入した外気が加速し、速やかな排気が実現される。

このとき、前記第１固定ベーン３０の開放口側には低圧が生じ、エンジンのオーバーラップ時に発生する排ガスの逆流現象による逆気流が第１固定ベーン３０の開放口を通じて大気へ排気されるため、逆流ガスがマフラー側を通じて排気システムの排気を妨害しないように除去する作用する。

前記のように、テールパイプ２０を通過する排ガスは管径が狭くなる第１、２固定ベーン３０、４０を通過し、ベンチュリ現象によって流速が急速になると同時に、排ガスの気流がジェット気流を形成し、加速化して排ガスが速やかに排出される。非常に短時間に繰り返して発生するエンジンの弁オーバーラップ時には、逆気流が第１固定ベーン３０の低圧地域としての貫通部へ排気されるため、排気マニホルドからマフラーに至る区間は一時的な負圧状態を形成し、燃料の吸気を妨害しない。

ここで、本発明は第１、２固定ベーン３０、４０を互いに連通させて外気から密閉されるようにテールパイプ２０を取り囲む循環排気口５０により前記排ガスの流れは逆方向に増大し加速化する。

即ち、排ガスが排出されるテールパイプ２０の内側に位置する第１固定ベーン３０に比べて第２固定ベーン４０が外部の大気に近く形成されており、第１、２固定ベーン３０、４０が形成されている管体の貫通部の外径は循環排気口の管体５２によって外気と密閉された密閉状態に形成され、排ガスの流れは前述した先出願特許とは逆方向となる。

このように、排ガスの流れの加速化は先出願特許と同一であるが、外気の流入と排ガスの流れとがエンジンの弁オーバーラップ時に正反対になる。前記外気の流入は第２固定ベーン４０を通じて行われ、流入した外気は第１固定ベーン３０のベンチュリ現象により発生する低圧地域によって第１固定ベーン３０を通過して排ガスの排出速度を加速化させるように作用する。

従って、外気の流入が第１固定ベーン３０側の低圧によって吸入され、第２固定ベーン４０側へ吸入された高圧の気流が第１固定ベーン側に加速して排出される、押し合いする作用が起きるため、排ガスが従来の先出願発明に比べてより速やかに排出される。

その結果、前記排ガスが排出されるマフラーを通じて排ガスがより速やかに排出される。同時に、エンジンの弁オーバーラップ時に、排ガスの逆流は前記循環排気口５０で吸入されて排出され、逆流が排ガスの流れを妨害しないため、テールパイプで直接排出される。前記排ガスがスムーズに放出されるため、エンジンのトルクが増大し、燃料も節約できる。また、排気システムに残存する燃料の燃焼時に発生する異物が効率よく排出されるため、排気システムの高価な部品を保護し、寿命を長くする。

前記のような構造の排気装置の変形例を図３及び図４に示す。

即ち、図３に示すように、排気装置は、前記第１及び第２固定ベーン３０、４０が形成されているテールパイプ２０と、前記第１及び第２固定ベーン３０、４０を取り囲む管体５２を含む循環排気口を多数形成し、前記マフラーの排気端に分岐するように互いに並列連結した多数のテールパイプを含んでなる。そのため、前記排気装置の面積が増大し、前記排ガスがスムーズに排出され、前記排気装置の外観が改善され得る。

図４に示すように、前記排気装置は第１及び第２固定ベーン３０、４０を形成しているテールパイプ２０と前記第１及び第２固定ベーンを取り囲む管体を含み、前記排気装置は前記マフラー１０の排気端にクランプ５４により締結結合されている。

上述したような本発明の排気装置を適用して実験した結果によれば、１５００ｃｃクラスのエンジン容量を有する車両の排気マニホルドの出口側に圧力計を設置し、排気の圧力を測定した結果、２５００ｒｐｍ付近で０.５（ＫＰｓ）の最大排気圧が測定された。他方、本発明を適用せずに同様に実験した場合、１（ＫＰｓ）の最大排気圧が測定された。従って、本発明の排気装置を適用した際の最大排気圧は、１／２に減少し、前記排ガスが効率よく排出されることが確認された。

本発明の前記排気装置は、第１、２固定ベーンが連通するように管体を折り曲げるか、または溶接して形成することもできる。前記循環排気口の内部の体積は考慮しなくて済み、単に２つの固定ベーンを連通させて空気の流れを形成するように構成すればよい。

図１は、本発明者により先に出願された従来技術であって、自動車の排気装置を示す断面図である。図２は、本発明の一実施例による車両用排気装置を示す断面図である。図３は、本発明の他の実施例による車両用排気装置を示す断面図である。図４は、本発明のさらに他の実施例による車両用排気装置を示す断面図である。

符号の説明

１０…マフラー、２０…テールパイプ、３０…第１固定ベーン、４０…第２固定ベーン、５０…循環排気口、５２…管体、５４…クランプ。

Claims

車両用排気装置であって、
車両のエンジンから排ガスが排出されるマフラーの排ガス経路に設けられているテールパイプ２０の一部が切り欠かれて内向き折り曲げられた流線型に形成され、それぞれ一定距離だけ離間して対向している第１及び第２固定ベーン３０及び４０と、
前記第１及び第２固定ベーン３０及び４０と連通し、前記第１及び第２固定ベーン３０及び４０を外部の大気から密閉するように前記テールパイプ２０に溶着されている管体５２を有する循環排気口５０を含む車両用排気装置。
前記第１及び第２固定ベーン３０及び４０が形成されているテールパイプ２０と、前記第１及び第２固定ベーン３０及び４０を取り囲む管体５２を含む循環排気口を多数形成し、前記マフラーの排気端に分岐するように互いに並列連結した多数のテールパイプからなることを特徴とする請求項１に記載の車両用排気装置。
前記循環排気口５０は第１及び第２固定ベーン３０及び４０を形成しているテールパイプ２０と前記第１及び第２固定ベーン３０及び４０を取り囲む管体を含み、前記排気装置は前記マフラー１０の排気端にクランプ５４により締結結合されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用排気装置。