KR200151549Y1 - Engine exhaust apparatus structure with secondary air supply device for use exhaust pressure - Google Patents
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Abstract
본 고안은 배기압을 이용한 2차공기 공급장치를 갖는 엔진 배기장치 구조에 관한 것으로, 특히 엔진의 배기장치에 배기압을 이용한 2차공기 공급장치를 설치하되, 흡기 매니폴드에서 제공되는 에어를 촉매컨버터 전단 배기파이프에 공급하기 위해 기구적으로 동작되는 가변 밸브를 설치하고, 상기 가변 밸브를 통한 에어가 출력되는 배기파이프에는 배기가스의 온도에 따라 팽창되는 바이메탈 스프링을 안착하며, 바이메탈 스프링의 끝단에는 탄발 스프링을 장착하고, 그 중간에 프로펠러를 설치하여, 냉간시동시 프로펠러의 회전에 따른 부압으로 가변 밸브를 통해 흡기 공기를 제공받고, 고온시 프로펠러의 바이메탈 스프링에 의하여 프로펠러의 동작을 정지시키는 장치를 장착하여 냉간 시동시 원할한 촉매 작용이 이루어 질수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 배기압을 이용한 2차공기 공급장치를 갖는 엔진 배기장치 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an engine exhaust device structure having a secondary air supply device using exhaust pressure, and in particular, the secondary air supply device using exhaust pressure is installed in the exhaust device of the engine, and the catalyst provided in the intake manifold is catalyzed. A variable valve that is mechanically operated is provided to supply the exhaust pipe to the front end of the converter, and a bimetal spring that expands according to the temperature of the exhaust gas is mounted on the exhaust pipe through which air through the variable valve is output, and at the end of the bimetal spring A device in which a ball spring is mounted and a propeller is installed in the middle thereof to provide intake air through a variable valve at negative pressure according to the rotation of the propeller during cold start, and to stop the operation of the propeller by the bimetal spring of the propeller at high temperature. It is specially equipped to make it possible to achieve a smooth catalytic action during cold start. Using the exhaust pressure of the engine relates to an exhaust system structure with a secondary air supply apparatus.
Description
본 고안은 배기압을 이용한 2차공기 공급장치를 갖는 엔진 배기장치 구조에 관한 것으로, 특히 엔진의 배기장치에 배기압을 이용한 2차공기 공급장치를 설치하되, 흡기 매니폴드에서 제공되는 에어를 촉매컨버터 전단 배기파이프에 공급하기 위해 기구적으로 동작되는 가변 밸브를 설치하고, 상기 가변 밸브를 통한 에어가 출력되는 배기파이프에는 배기가스의 온도에 따라 팽창되는 바이메탈 스프링을 안착하며, 바이메탈 스프링의 끝단에는 탄발 스프링을 장착하고, 그 중간에 프로펠러를 설치하여, 냉간시동시 프로펠러의 회전에 따른 부압으로 가변 밸브를 통해 흡기 공기를 제공받고, 고온시 프로펠러의 바이메탈 스프링에 의하여 프로펠러의 동작을 정지시키는 장치를 장착하여 냉간 시동시 원할한 촉매 작용이 이루어 질수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 배기압을 이용한 2차공기 공급장치를 갖는 엔진 배기장치 구조에 관한 것이다.The present invention relates to an engine exhaust device structure having a secondary air supply device using exhaust pressure, and in particular, the secondary air supply device using exhaust pressure is installed in the exhaust device of the engine, and the catalyst provided in the intake manifold is catalyzed. A variable valve that is mechanically operated is provided to supply the exhaust pipe to the front end of the converter, and a bimetal spring that expands according to the temperature of the exhaust gas is mounted on the exhaust pipe through which air through the variable valve is output, and at the end of the bimetal spring A device in which a ball spring is mounted and a propeller is installed in the middle thereof to provide intake air through a variable valve at negative pressure according to the rotation of the propeller during cold start, and to stop the propeller operation by the bimetal spring of the propeller at high temperature It is specially equipped to make it possible to achieve a smooth catalytic action during cold start. Using the exhaust pressure of the engine relates to an exhaust system structure with a secondary air supply apparatus.
일반적으로 엔진(10)의 흡배기 장치는 도 1과 같이 나타낼 수 있는바, 흡기장치(intake system)는 실린더에 흡입하는 공기중의 먼지 등을 제거하는 에어 클리너 및 각 실린더에 혼합기를 분배하는 흡기 매니폴드(1) 등으로 구성되어 있으며, 배기장치(exhaust system)는 각 실린더의 배기가스를 종합하는 배기 매니폴드(2), 배기 가스중 유해가스를 차단하는 촉매 컨버터(3)와, 배기 가스를 대기중으로 배출하는 배기 파이프(4) 및, 배기소음을 저하시키는 소음기(5) 등으로 구성되어 있다.In general, an intake and exhaust device of the engine 10 may be represented as shown in FIG. 1. An intake system is an air cleaner that removes dust in the air sucked into a cylinder, and an intake manifold that distributes a mixer to each cylinder. The exhaust system includes an exhaust manifold (2) that aggregates the exhaust gas of each cylinder, a catalytic converter (3) that blocks harmful gases in the exhaust gas, and an exhaust gas. The exhaust pipe 4 discharge | released to air | atmosphere, the silencer 5 which reduces exhaust noise, etc. are comprised.
여기서 상기 흡기 매니폴드는 기화기에서 만든 혼합기를 될 수 있는대로 저항을 적게하여 실린더로 유도하는 관이며, 2 실린더 이상의 다실린더 기관에서는 질과 양이 균일한 혼합기를 각 실린더에 분배하는 역할을 한다.Here, the intake manifold is a tube that leads to a cylinder with as little resistance as possible to the mixer made in the vaporizer, and serves to distribute a mixer having a uniform quality and quantity to each cylinder in a multicylinder engine having two or more cylinders.
그런데, 동절기 등 냉각된 상태에서 엔진의 초기시동시, 흡기 매니폴드의 상부 끝단 가장자리에 설치되어 있는 인젝터에서 분사되는 연료는 냉각수와 흡기포트 내부의 온도가 낮아 가장 농후한 연료를 분사하는데, 이 연료의 일부가 완전히 연소되지 못하고 불완전 연소 상태인 그대로 배기가스가 되어 배출되는 문제가 있다.However, during the initial startup of the engine in a cooled state such as winter season, the fuel injected from the injector installed at the upper end edge of the intake manifold injects the richest fuel due to the low temperature of the coolant and the intake port. There is a problem in that part of the gas is not completely burned and is exhausted as it is in an incomplete combustion state.
따라서 이를 해결하기 위해 배기가스 재순환 시스템(EGR, Exhast Gas Recirculation System)을 탑재하고 있는바, 엔진의 배기포트에서 출력되는 배기가스의 일부를 재순환 파이프라인을 통해 흡기 매니폴드로 재순환토록하여 질소산화물의 발생을 감소시킨다.Therefore, in order to solve this problem, an Exhast Gas Recirculation System (EGR) is installed. Part of the exhaust gas output from the engine exhaust port is recycled to the intake manifold through the recirculation pipeline to remove nitrogen oxides. Reduce the occurrence.
또한 배기가스를 방출하는 배기매니폴드(2)의 출력단에 촉매 컨버터(3)를 설치하여 배기가스중에 유해한 CO, HC, NOX를 무해한 CO2, H2O, N2로 산화 환원시키고 있다.In addition, a catalytic converter 3 is provided at the output end of the exhaust manifold 2 that emits exhaust gas, thereby oxidizing and reducing harmful CO, HC, and NO X into harmless CO 2 , H 2 O, and N 2 in the exhaust gas.
상기 촉매 컨버터는 엔진의 불완전 연소나 고온 연소에 의해서 생기는 일산화탄소와 탄화수소, 질소산화물 등의 유해 성분을 촉매의 도움으로 무해한 탄산가스나 물로 만들어 대기중에 방출하는 것이다. 이 장치는 일단 산화 반응이 시작하면 자기 발열 작용에 의해서 반응이 반복하여 이루어지는 것이며, 배기가스를 산화시키는 촉매재로는 백금, 코발트, 니켈등 여러 가지가 있다.The catalytic converter releases harmful components such as carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides generated by incomplete combustion of the engine or high temperature combustion into harmless carbon dioxide or water with the help of a catalyst. Once the oxidation reaction starts, the reaction is repeated by self-heating action. There are various catalyst materials for oxidizing exhaust gas, such as platinum, cobalt, and nickel.
그러나 상기와 같이 재순환 파이프 라인과 촉매 컨버터를 설치하여도 엔진을 워밍업시에 발생하는 유해가스를 차단하기는 어려운 문제점이 있다.However, even when the recirculation pipeline and the catalytic converter are installed as described above, it is difficult to block harmful gases generated when the engine is warmed up.
이는 촉매 컨버터가 재기능을 발휘하기 위해서는 350℃정도로 온도가 상승되어야 하나, 최초 차량을 워밍업시에는 배기가스의 온도가 낮기 때문에 촉매 컨버터의 최적작동시까지 일정한 시간이 필요로하여 이시간에 이르기 까지는 인체에 유해한 CO, HC, NOX를 걸러내지 못하고 그대로 외부에 방출하게 되는 문제점이 있었다.In order for the catalytic converter to function again, the temperature must rise to about 350 ° C. However, since the temperature of the exhaust gas is low when the vehicle is warmed up for the first time, a certain time is required until the optimum operation of the catalytic converter. There was a problem in that it does not filter CO, HC, NO X harmful to the human body and release it to the outside as it is.
특히 이를 해결하기 위해 배기관의 도중에 2차 공기를 도입하는 방식을 사용하지만 전자식이기 때문에 비용이 크게 상승되는 요인으로 작용하여 저가의 차량에는 적용하기 힘든 문제점이 있었다.In particular, in order to solve this problem, the secondary air is introduced in the middle of the exhaust pipe, but since the electronics act as a factor that greatly increases the cost, it is difficult to apply to low-cost vehicles.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로,The present invention is to solve the above problems,
기구적인 매커니즘을 이용하여 흡기 매니폴드를 통한 2차 공기를 배기파이프에 공급하는 장치를 제공하여 촉매 컨버터내의 촉매재가 활발한 반응을 일으키도록 유도함으로써 냉간 시동시에 배출되는 유해가스를 차단하는데 그 목적이 있다.By providing a mechanism for supplying secondary air through the intake manifold to the exhaust pipe by using a mechanical mechanism, the catalyst material in the catalytic converter causes an active reaction to block harmful gases emitted during cold start. have.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,As a means for achieving the above object,
본 고안은 흡기 매니폴드의 에어를 공급하기 위한 가변 밸브를 연결하고, 상기 가변 밸브의 출력단을 배기매니폴드와 촉매 컨버터 사이에 위치하는 배기파이프 라인에 연결하며, 상기 배기 배기 파이프에는 바이메탈 스프링과 탄발 스프링 및 프로펠러를 내장한 구성을 갖는 것이 특징이다.The present invention connects a variable valve for supplying air from an intake manifold, and connects an output end of the variable valve to an exhaust pipe line positioned between an exhaust manifold and a catalytic converter, and the exhaust exhaust pipe has a bimetal spring and a bullet. It is characterized by having a configuration with a spring and a propeller.
도 1은 일반적인 배기파이프와 촉매 컨버터의 관계도.1 is a relationship between a general exhaust pipe and a catalytic converter.
도 2a는 냉간 시동시 본 고안의 동작 상태도.Figure 2a is an operating state of the present invention at cold start.
2b는 고온시 본 고안의 동작 상태도.2b is an operating state diagram of the subject innovation at high temperature.
도 3a는 냉간 시동시 본 고안의 가변 교축밸브 동작 상태도.Figure 3a is a state of operation of the variable throttling valve of the present invention at cold start.
3b는 고온시 본 고안의 가변 교축밸브 동작 상태도.3b is a state of operation of the variable throttling valve of the present invention at high temperature.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1:흡기 매니폴드 2: 배기매니폴드1: intake manifold 2: exhaust manifold
3: 촉매컨버터 4: 배기파이프3: catalytic converter 4: exhaust pipe
5: 소음기 30: 가변 밸브5: silencer 30: variable valve
41: 바이매탈 스프링 42: 프로펠러41: bimetal spring 42: propeller
43: 탄발 스프링43: bullet spring
이하 도면을 참조로 상세히 설명하며 종래와 동일기술은 동일번호로써 표기한다.Hereinafter, a description will be given in detail with reference to the accompanying drawings, and the same technology as in the prior art is denoted by the same reference numeral.
도 2a는 본 고안의 구성도로써, 엔진의 흡기 매니폴드에서 제공되는 에어를 배기매니폴드(2)와 촉매컨버터(4) 사이에 위치하는 배기파이프 라인(4)에 공급하기 위해 2차 공기 공급장치를 설치하되, 배기파이프(4)에 부압 발생시 오픈되는 가변 밸브(30)를 흡기 매니폴드(1)와 배기파이프(2) 사이에 설치하고, 상기 가변 밸브(30)를 통한 에어가 출력되는 배기파이프(4)에는 일정한 공간(40)을 형성하여 배기가스의 온도에 따라 팽창 및 수축되는 바이메탈 스프링(41)을 내장하며, 바이메탈 스프링(41)의 끝단에는 탄발 스프링(43)을 장착하고, 그 중간에 프로펠러(42)를 설치하여, 냉간시동시 프로펠러(42)의 회전에 따른 부압으로 가변 밸브(30)를 통해 흡기 공기를 제공받고, 도 2b와 같이 고온시 바이메탈 스프링(43)의 팽창에 의하여 프로펠러(42)를 파이프라인 하단으로 이동시켜 흡기공기의 제공을 중단시키는 구성을 갖는다.FIG. 2A is a schematic diagram of the present invention, in which secondary air is supplied to supply air provided from an intake manifold of an engine to an exhaust pipe line 4 located between the exhaust manifold 2 and the catalytic converter 4. A device is installed, but a variable valve (30) is opened between the intake manifold (1) and the exhaust pipe (2), which opens when the negative pressure is generated in the exhaust pipe (4), and the air through the variable valve (30) is output. Exhaust pipe 4 forms a predetermined space (40) to incorporate a bimetal spring 41 that expands and contracts according to the temperature of the exhaust gas, a carbon spring (43) is mounted at the end of the bimetal spring (41), By installing the propeller 42 in the middle, the intake air is provided through the variable valve 30 at a negative pressure according to the rotation of the propeller 42 during cold startup, and the expansion of the bimetal spring 43 at high temperature as shown in FIG. To propeller 42 into the bottom of the pipeline It has a configuration to stop the provision of the intake air by moving.
상기와 같이 구성하는 본 고안은 최초 흡기 매니폴드(1)를 통해 혼합가스를 연소실로 공급하여 점화플러그로 혼합가스를 점화시킨다. 여기서 점화된 혼합가스는 피스톤에 압력을 가하여 엔진에 동력을 제공하게 되고, 혼합가스는 배기매니폴드(2)를 통하여 외부로 방출된다.The present invention configured as described above supplies the mixed gas to the combustion chamber through the first intake manifold 1 to ignite the mixed gas with an ignition plug. The mixed gas ignited here applies pressure to the piston to power the engine, and the mixed gas is discharged to the outside through the exhaust manifold 2.
이후 상기 배기 매니폴드(2)를 통해 외부로 배출되기 시작하는 배기 가스중 일부는 배기순환 라인을 통하여 흡기 매니폴드(1)로 순환하고, 나머지는 배기매니폴드(2) 출력단을 통하여 방출한다.Afterwards, some of the exhaust gas which starts to be discharged to the outside through the exhaust manifold 2 is circulated to the intake manifold 1 through the exhaust circulation line, and the other is discharged through the exhaust manifold 2 output end.
이때 본 고안에서 냉간 시동시에는 바이메탈 스프링(43)이 수축되어 있는 상태이기 때문에 프로펠러(42)가 배기파이프 라인(4)에 위치하게 되어 배기압에 의한 에어의 흐름으로 회전하게 되고, 따라서 가변 밸브(30)에 부압을 발생시켜 가변 밸브(30)의 메인밸브(31)를 도 3a와 같이 하강시켜 스프링 홀더(32)가 내부 스프링(33)력을 이기고 하강하게 되어 흡기 매니폴드(1)의 에어를 배기 파이프(4)로 공급하게 된다.At this time, since the bimetal spring 43 is in a contracted state at the time of cold start in the present invention, the propeller 42 is positioned in the exhaust pipe line 4 to rotate by the flow of air by the exhaust pressure, and thus the variable valve. A negative pressure is generated at the 30 to lower the main valve 31 of the variable valve 30 as shown in FIG. 3A so that the spring holder 32 overcomes the internal spring 33 force and lowers the lower portion of the intake manifold 1. Air is supplied to the exhaust pipe 4.
그러면 촉매 컨버터에(3)는 흡기 매니폴드(1)를 통한 산소가 공급되므로 내부의 촉매재가 활발한 반응을 일으켜 급속히 온도가 상승함으로써 촉매가 원할해지는 온도(약 350℃)까지 올라가는 시간이 단축된다.Then, since the oxygen is supplied to the catalytic converter 3 through the intake manifold 1, the catalyst material therein actively reacts and the temperature rises rapidly, thereby shortening the time for raising the catalyst to a desired temperature (about 350 ° C).
따라서 초기 시동시 외부로 방출되는 유해가스량을 현저하게 낮출 수 있는 것이다.Therefore, it is possible to significantly lower the amount of harmful gas emitted to the outside during the initial start-up.
이후 엔진온도 상승으로 배기가스 자체의 온도가 상승하여 촉매 컨버터(3) 내부가 고온이 되면, 바이메탈 스프링(41)이 확장되어 프로펠러(42)를 배기파이프 공간(40)의 하단으로 이송시키므로, 프로펠러(42)가 배기파이프 라인(4)에서 벗어나게 되어 더 이상 회전하지 않게 되고, 따라서 가변 밸브(30)에 부압이 걸리지 않아 가변 밸브(30)는 도 3b와 같이 스프링 홀더(32)가 스프링(33)력에 의하여 상승하게 되고, 메인 밸브(31)는 위로 상승하게 되어 더 이상 흡기 매니폴드(1)의 에어가 공급되지 않는다.Then, when the temperature of the exhaust gas itself increases due to the increase of the engine temperature, and the inside of the catalytic converter 3 becomes high, the bimetal spring 41 is extended to transfer the propeller 42 to the lower end of the exhaust pipe space 40, so that the propeller The 42 is displaced from the exhaust pipe line 4 and no longer rotates, so that the negative pressure is not applied to the variable valve 30 so that the variable valve 30 has a spring holder 32 as shown in FIG. 3B. ) By the force, the main valve 31 is raised upward so that the air of the intake manifold 1 is no longer supplied.
상술한 바와같이 본 고안을 이용하게 되면 기구적인 매커니즘을 이용하여 흡기 매니폴드를 통한 2차 공기를 배기파이프에 공급하는 장치를 제공하여 촉매 컨버터내의 촉매재가 활발한 반응을 일으키도록 유도함으로써 냉간 시동시에 배출되는 유해가스를 차단할 수 있는 효과를 제공한다.As described above, the present invention provides a device for supplying secondary air through the intake manifold to the exhaust pipe using a mechanical mechanism to induce an active reaction of the catalyst material in the catalytic converter during cold start. It provides the effect to block the emitted harmful gas.
Claims (1)
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Family Applications (1)
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