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KR20170053781A - 차량용 배기장치 - Google Patents

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KR20170053781A
KR20170053781A KR1020150155812A KR20150155812A KR20170053781A KR 20170053781 A KR20170053781 A KR 20170053781A KR 1020150155812 A KR1020150155812 A KR 1020150155812A KR 20150155812 A KR20150155812 A KR 20150155812A KR 20170053781 A KR20170053781 A KR 20170053781A
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exhaust
catalytic converter
cylinders
exhaust manifold
cylinder
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김우태
김대성
이병석
한승국
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 기술의 차량용 배기장치는 일단이 실린더의 배기 매니폴드와 연결되고 타단이 촉매 컨버터와 연결되되, 중간부가 촉매 컨버터의 측면에 접촉되도록 형성된 배기관;을 포함할 수 있다.

Description

차량용 배기장치 {EXHAUST APPARTUS FOR VEHICLE}
본 발명은 촉매 컨버터가 활성화 온도에 도달할 때까지 소요되는 시간(LOT)을 저감시키는 차량용 배기장치에 관한 것이다.
통상적인 차량용 엔진은 내연기관으로서, 실린더 내에서 연소된 배기가스의 배출을 위한 배기 시스템을 갖추고 있다.
실린더의 배기가스가 실린더 헤드를 통해 배출되도록 실린더 헤드 내에는 배기포트가 형성되어 있다. 배기포트로부터 배출되는 배기가스는 배기 매니폴드(exhaust manifold)와 배기관을 통해 촉매 컨버터(catalytic converter)에 공급된다.
최근에는 배기간섭을 최소화하기 위해 배기관을 충분하게 긴 길이로 마련하였다. 하지만, 이러한 구성은 엔진 냉간 시동시 배기가스 정화를 위한 촉매 활성화 온도에 도달하기까지 소요되는 시간(LOT: Light Off Time)을 증가시키는바, 배기가스 규제치를 충족시키지 못하게 되는 문제점이 발생하였다. 더욱이, 이를 해결하기 위한 방법으로는 촉매 컨버터의 귀금속 함량을 늘리는 방법이 있으나, 이는 제조비용을 과도하게 상승시킨다는 문제점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2009-0111183 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배기관을 촉매 컨버터와 부분적으로 접촉시킴으로써 촉매 컨버터가 활성화 온도에 도달하는데 소요되는 시간을 단축시켜 정화효율을 향상시키는 차량용 배기장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배기장치는 일단이 실린더의 배기 매니폴드와 연결되고 타단이 촉매 컨버터와 연결되되, 중간부가 촉매 컨버터의 측면에 접촉되도록 형성된 배기관;을 포함할 수 있다.
상기 배기관의 중간부는 원통 형상인 상기 촉매 컨버터의 측면을 감싸면서 접촉되도록 굴곡형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 실린더는 실린더 헤드 내부에 복수 개로 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배기관과 배기 매니폴드는 상기 실린더와 동일한 갯수로 마련되되, 상기 배기 매니폴드들은 각각 일단부가 서로 다른 실린더들에 연결되고, 상기 배기관들은 각각 일단이 서로 다른 배기 매니폴드의 타단부와 연결되며, 타단이 서로 결합되어 상기 촉매 컨버터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배기 매니폴드는 실린더의 갯수보다 적은 갯수로 마련되어 각각의 일단부는 복수의 실린더와 연결되도록 분기되되, 하나의 배기 매니폴드에 연결된 실린더가 나머지 배기 매니폴드에 연결된 실린더와 서로 겹치지 않도록 마련되고, 상기 배기관은 상기 배기 매니폴드와 동일한 갯수로 마련되어 각각 일단이 서로 다른 배기 매니폴드의 타단부와 연결되며, 타단이 서로 결합되어 상기 촉매 컨버터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배기 매니폴드들은 일단부가 동일한 길이로 분기되어 상기 복수의 실린더에 각각 연결되도록 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배기 매니폴드는 실린더 헤드 내부에 일체로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배기 매니폴드는 실린더 헤드의 일측에 결합된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배기관은 상기 촉매 컨버터와 일체 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 배기장치에 따르면 차량 냉시동시, 촉매 컨버터의 활성화되는 시간(LOT)을 단축할 수 있어, 배기가스 정화효율을 극대화할 수 있다.
또한, 정화효율을 증대시키기 위해 촉매 컨버터의 귀금속 함량을 증가시키지 않아도 되는바, 제조원가를 크게 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기장치를 간략하게 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기장치를 도시한 입체도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기장치를 도시한 측면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 배기장치를 도시한 입체도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 배기장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기장치를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 차량용 배기장치는 일단이 실린더(3)의 배기 매니폴드(10)와 연결되고 타단이 촉매 컨버터(30)와 연결되되, 중간부가 촉매 컨버터(30)의 측면에 접촉되도록 형성된 배기관(20);을 포함할 수 있다.
실린더 헤드(1) 내부에는 연료를 연소하는 공간인 실린더(3)와 실린더(3)에서 연소된 가스를 외부로 배출하는 통로인 배기 매니폴드(10)가 마련된다. 상기 배기 매니폴드(10)는 일단이 실린더(3)와 연결되고, 타단이 배기관(20)과 연결된다.
상기 배기관(20)의 일단에는 상기 배기 매니폴드(10)가 연결되고, 타단에는 배기가스를 정화하기 위한 촉매 컨버터(catalytic converter,30)가 연결된다. 즉, 촉매 컨버터(30)는 배기 매니폴드(10)를 통해 배출되는 배기가스를 배기관(20)을 통해 전달받도록 마련된다.
상기 촉매 컨버터(30)는 배기가스 내부의 유해한 성분인 탄화수소를 정화하는 역할을 수행하는데, 약 200~350℃ 정도의 온도일 때 정화가 원활하게 수행된다. 하지만, 차량이 냉시동 상황으로 촉매 컨버터(30)가 충분히 가열되어 활성화되지 않은 경우라면 미연소 탄화수소가 촉매 컨버터(30)에서 정화되지 않고 대기로 배출되는 상황이 발생하여 배기가스 규제치를 만족하지 못할 수 있다.
따라서, 본 기술은 차량 냉시동 시, 촉매 컨버터(30)가 활성화 온도에 도달하는 시간(LOT:Light Off Time)을 단축할 수 있도록 배기관(20)의 중간부가 촉매 컨버터(30)의 측면과 접촉되는 것을 특징으로 한다. 즉, 실린더(3)로부터 배출되는 고온의 배기가스가 배기관(20)을 통과하면서 촉매 컨버터(30)를 간접적으로 가열함으로써 촉매 컨버터(30)가 승온되는 시간을 단축시키는 것이다.
따라서, 차량 냉시동시, 촉매 컨버터(30)가 활성화되는 시간(LOT)을 단축할 수 있어, 배기가스 정화효율을 극대화할 수 있고, 정화효율을 증대시키기 위해 촉매 컨버터(30)의 귀금속 함량을 증가시키지 않아도 되는바 제조원가를 크게 절감할 수 있다.
구체적으로 상기 배기관(20)의 중간부는 원통 형상인 상기 촉매 컨버터(30)의 측면을 감싸면서 접촉되도록 굴곡 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 배기관(20)은 배기 매니폴드(10)로부터 연장되어 촉매 컨버터(30)의 외주면을 감싸도록 마련됨으로써, 촉매 컨버터(30)와 접촉되는 면적을 넓게하여 촉매 컨버터(30)의 승온을 더욱 촉진할 수 있다. 이때, 촉매 컨버터(30)와 배기관(20)이 접하는 면은 곡면일 수 있다.
만약, 촉매 컨버터(30)의 형상이 사각 형상이라면 촉매 컨버터(30)의 형상에 따라 배기관(20)의 중간부는 직각으로 절곡되어 상기 촉매 컨버터(30)를 감싸도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 실린더(3)는 실린더 헤드(1) 내부에 복수 개로 마련될 수 있는데, 일 실시예로 상기 배기관(20)과 배기 매니폴드(10)는 상기 실린더(3)와 동일한 갯수로 마련되되, 상기 배기 매니폴드들(10)은 각각 일단부가 서로 다른 실린더(3)들에 연결되고, 상기 배기관(20)들은 각각 일단이 서로 다른 배기 매니폴드(10)의 타단부와 연결되며, 타단이 서로 결합되어 상기 촉매 컨버터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 복수의 실린더(3)에는 각각의 배기 매니폴드(10)가 마련되고, 각 배기 매니폴드(10)에 서로 다른 배기관(20)들이 연결됨으로써 복수 개로 마련된 실린더(3)가 각각 배기간섭없이 배기가스 배출하도록 마련될 수 있다.
또 다른 실시 예로, 상기 배기 매니폴드(10)는 실린더(3)의 갯수보다 적은 갯수로 마련되어 각각의 일단부는 복수의 실린더(3)와 연결되도록 분기되되, 하나의 배기 매니폴드(10)에 연결된 실린더(3)가 나머지 배기 매니폴드(10)에 연결된 실린더(3)와 서로 겹치지 않도록 마련되고, 상기 배기관(20)은 상기 배기 매니폴드(10)와 동일한 갯수로 마련되어 각각 일단이 서로 다른 배기 매니폴드(10)의 타단부와 연결되며, 타단이 서로 결합되어 상기 촉매 컨버터(30)의 일단에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
예를 들어, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기장치를 도시한 입체도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배기장치를 도시한 측면도이다. 도 2 내지 도 3을 참조하면, 실린더(3)가 4개로 구성된 경우, 배기 매니폴드(10)는 2개로 마련되어 하나는 제1 실린더 및 제4 실린더와 연결되고, 나머지 하나는 제2 실린더 및 제3 실린더와 연결된다. 즉, 하나의 배기 매니폴드(10)에 폭발 행정이 연속적으로 이루어지지 않는 실린더들(3)을 연결함으로써 배기간섭이 발생하는 것을 최소화하도록 마련할 수 있다.
또는, 실린더(3)가 6개로 구성된 경우에 배기 매니폴드(10)는 2개 또는 3개로 마련될 수 있으며, 이때 각각의 배기 매니폴드(10)는 폭발 행정이 연속적으로 이루어지지 않는 실린더(3)과 연결되도록 마련함으로써 배기간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 여기서 실린더(3)와 배기 매니폴드(10)의 개수는 설명을 위해 한정된 것일 뿐, 설계자 또는 차량에 따라 가변 설정될 수 있다.
따라서, 실린더(3)의 갯수만큼 배기 매니폴드(10)를 구비하지 않아도 되는바, 배기 매니폴드(10)가 과도하게 마련되어 배기장치의 패키지 부피가 증가하는 것을 막을 수 있다.
아울러, 배기 매니폴드(10)들은 일단부가 동일한 길이로 분기되어 상기 복수의 실린더에 각각 연결되도록 마련될 수 있다. 즉, 배기 매니폴드(10)들은 배기관(20)과 연결되는 부분을 기준으로 동일한 길이로 분기되어 복수의 실린더(3)들에 연결되어야만 각각의 실린더(3)로부터 배출되는 배기가스 압력을 동일하게 할 수 있다. 따라서, 배기 매니폴드(10)의 일단부는 연결되는 실린더(3)들의 중앙부를 중심으로 동일한 길이로 분기되도록 마련된다. 이에 따라 배기 매니폴드(10) 내부에 배기간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 3과 같이 배기 매니폴드(10)는 실린더 헤드(1)의 일측에 결합되도록 마련될 수 있고 반대로, 배기 매니폴드(10)는 실린더 헤드(1) 내부에 일체로 형성되도록 마련될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 배기장치를 도시한 입체도로서, 도 4를 참조하면 배기 매니폴드(10)가 실린더 헤드 내부에 마련되도록 형성됨을 확인할 수 있다. 따라서, 배기장치의 패키지 구성을 간편하게 하여 배기장치 부피를 절감할 수 있다.
아울러, 상기 배기관(20)은 상기 촉매 컨버터(30)와 일체 형성될 수 있다. 즉, 배기관(20)은 촉매 컨버터(30)와 볼팅 체결됨으로써 결합될 수도 있으나, 배기관(20)과 촉매 컨버터(30)를 일체로 성형함으로써 배기가스의 유출이나 부피절감을 구현할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 배기장치에 따르면 차량 냉시동시, 촉매 컨버터의 활성화되는 시간(LOT)을 단축할 수 있어, 배기가스 정화효율을 극대화할 수 있다.
또한, 정화효율을 증대시키기 위해 촉매 컨버터의 귀금속 함량을 증가시키지 않아도 되는바, 제조원가를 크게 절감할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1: 실린더 헤드 3; 실린더
10: 배기 매니폴드 20: 배기관
30: 촉매 컨버터

Claims (9)

  1. 일단이 실린더의 배기 매니폴드와 연결되고 타단이 촉매 컨버터와 연결되되, 중간부가 촉매 컨버터의 측면에 접촉되도록 형성된 배기관;을 포함하는 차량용 배기장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기관의 중간부는 원통 형상인 상기 촉매 컨버터의 측면을 감싸면서 접촉되도록 굴곡형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 실린더는 실린더 헤드 내부에 복수 개로 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 배기장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배기관과 배기 매니폴드는 상기 실린더와 동일한 갯수로 마련되되,
    상기 배기 매니폴드들은 각각 일단부가 서로 다른 실린더들에 연결되고,
    상기 배기관들은 각각 일단이 서로 다른 배기 매니폴드의 타단부와 연결되며, 타단이 서로 결합되어 상기 촉매 컨버터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 배기 매니폴드는 실린더의 갯수보다 적은 갯수로 마련되어 각각의 일단부는 복수의 실린더와 연결되도록 분기되되, 하나의 배기 매니폴드에 연결된 실린더가 나머지 배기 매니폴드에 연결된 실린더와 서로 겹치지 않도록 마련되고,
    상기 배기관은 상기 배기 매니폴드와 동일한 갯수로 마련되어 각각 일단이 서로 다른 배기 매니폴드의 타단부와 연결되며, 타단이 서로 결합되어 상기 촉매 컨버터의 일단에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 배기 매니폴드들은 일단부가 동일한 길이로 분기되어 상기 복수의 실린더에 각각 연결되도록 마련된 것을 특징으로 하는 차량용 배기장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기 매니폴드는 실린더 헤드 내부에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기 매니폴드는 실린더 헤드의 일측에 결합된 것을 특징으로 하는 차량용 배기장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기관은 상기 촉매 컨버터와 일체 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기장치.
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