内燃机用废气减排装置
阅读说明：本技术 内燃机用废气减排装置 (Exhaust emission reduction device for internal combustion engine ) 是由 洪锦杓 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及车辆内燃机用废气减排装置,更详细地,涉及如下的车辆内燃机用废气减排装置,即,以附加安装于车辆的排气管末端的状态使尾气的排出气流变得顺畅,从而能够减少废气的产生并实现提高输出功率及改善燃料消耗率,本发明所提供的一种内燃机用废气减排装置,安装于内燃机的排气口末端,用于使尾气的排出气流变得顺畅,上述内燃机用废气减排装置的特征在于,包括：外壳管,连接于上述排气口末端,用于排出尾气；涡流管,安装于上述外壳管的内部,使得向上述外壳管流入的尾气的速度加倍并以螺旋形排出尾气；以及外部空气管,安装于上述外壳管的外部,与上述外壳管相连通,使外部空气流入并辅助顺畅地排出通过上述外壳管排出的尾气。(The present invention relates to an exhaust emission reduction device for an internal combustion engine of a vehicle, and more particularly, to an exhaust emission reduction device for an internal combustion engine of a vehicle, which is mounted to an end of an exhaust pipe of a vehicle to smooth an exhaust flow of exhaust gas, thereby reducing generation of exhaust gas, improving output power, and improving fuel consumption, and which is mounted to an end of an exhaust port of an internal combustion engine to smooth the exhaust flow of exhaust gas, the exhaust emission reduction device for an internal combustion engine including: a shell pipe connected to the tail end of the exhaust port and used for exhausting tail gas; a vortex tube installed inside the housing tube to double the speed of the exhaust gas flowing into the housing tube and spirally discharge the exhaust gas; and an outside air duct installed outside the housing duct, communicating with the housing duct, and allowing outside air to flow therein to assist smooth discharge of the exhaust gas discharged through the housing duct.)
技术领域
本发明涉及内燃机用废气减排装置，更详细地，涉及如下的内燃机用废气减排装置，即，以附加安装于在船舶、车辆、各种工业用机械等中使用的内燃机的排气管末端的状态使尾气的排出气流变得顺畅，从而能够减少废气的产生并实现提高输出功率及改善燃料消耗率。
背景技术
现代社会对环境的关注非常高。近来，一连串因雾霾引起的环境问题正在突出，因此对空气质量的关注逐渐增多。若汽车、船舶或使用内燃机的工业用机械出现内燃机老化，则尾气中将含有很多废气，因此被指为产生污染和雾霾的罪魁祸首。
因此，在汽车或船舶等的各种内燃机的开发中，正在积极研究减少排气噪音和尾气，而且减少温室气体和抑制发生污染的有害因素的规定日益强化。
另一方面，众所周知，利用内燃机的装置通过吸气、压缩、做功、排气等的四个冲程(four cycle)来获得动力，观察上述冲程中的空气(吸气、排气)气流，发现吸入过程中在通过空气滤清器(air cleaner)、节流阀(throttle valve)等时会以没有太大阻力的方式流入。
然而，在排气过程中，通过排气歧管(exhaust manifold)、利用催化剂的空气净化装置及上述消音器的排气管(Tailpipe)等向外部排出，因而排气气流会产生相当大的阻力。
并且，在从内燃机的气缸到消音器的排气管排出的过程中，会在排气歧管中存在吸气阀和排气阀在内燃机的四冲程中瞬间同时开放的所谓阀重叠(valve overlap)的时间点，在这个过程中，会发生所排出的气体向气缸内重新流入的现象，会使排气歧管内瞬间形成真空状态，因而形成妨碍尾气排出的第一排气压。
而且，在作为空气净化器的三维催化剂装置中，经过蜂窝(honeycomb)形态的尾气净化器的微小的通气孔时，尾气的流速显著下降，因而形成第二排气压，若流入消音器，则在绕着划分为多层的隔层进行吸音时，将形成第三排气压。
由于排气过程中的这些阻力，内燃机的燃烧气体无法顺畅地排出，因此有输出功率减少约20％～25％的弊端。因此，只要能够顺畅地排出上述尾气，就能够提高内燃机的输出功率并改善燃料消耗率。
为了或多或少解决这样的诸多问题，在韩国公开专利公报第10-2016-0118096号中，公开一种内燃机用涡流器，其包括第一涡流部及第二涡流部，上述第一涡流部包括：第一外壳，与内燃机相连通；第一中心通路部，位于上述第一外壳的内侧，在中心形成第一中心孔；以及一个以上的第一固定涡流扇，位于上述第一外壳与第一中心通路部之间，与上述第一外壳和第一中心通路部相连接，上述第二涡流部包括：第二外壳，以通过加热强行扣入的方式与在上述第一涡流部所形成的第一外壳的内侧相结合；第二中心通路部，位于上述第二外壳的内侧，在中心形成第二中心孔；以及一个以上的第二固定涡流扇，位于上述第二外壳与第二中心通路部之间，与上述第二外壳和第二中心通路部相连接，上述第一涡流部的后面与第二涡流部的后面相结合，使形成于第一涡流部的第一固定涡流扇和形成于第二涡流部的第二固定涡流扇相互岔开排列而形成。上述内燃机用涡流器会因涡流扇的结构和涡流扇与中心通路部所占的面积过宽而导致尾气排出时的压力下降，具有使得排出气体无法很好地形成涡流的问题。
韩国授权权利第10-1952142号公开一种以能够产生多重旋风的方式设置有外壳的涡流发生器，通过在汽车、航空器、船舶以及各种工业用机械内燃机内设置空气涡流发生器来使吸气、排气的空气形成涡流，由此通过高速引导空气来生成能够提高吸气、排气效率的多重旋风，该涡流发生器包括：本体部，在吸气管内部沿空气的流动方向形成，以使内燃机所吸入的空气形成涡流；以及叶片部，多个叶片部与上述本体部的外周面相结合，上述本体部为中空的圆筒形或中空的多边柱形，在上述本体部的外周面沿本体部的长度方向形成多个长孔状的结合槽，上述长孔状的结合槽相对上述本体部的长度方向倾斜，上述叶片部包括与上述长孔状的结合槽相结合的一侧端以及不与上述长孔状的结合槽结合的另一侧端，以沿着顺时针方向或逆时针方向包围上述本体部的方式形成。上述涡流发生器也具有因叶片部等所占的面积大而有可能使得作用于所排出的尾气的压力大的问题。
并且，根据现有技术，为了顺畅地排出尾气，将使用涡流管，但具有如下的问题，即，将随着涡流管的形状而导致尾气的压力下降，由此会产生噪音，或者随着通过涡流管产生第二次背压，并妨碍尾气顺畅地流动。
并且，由于无法顺畅地排出尾气，因而存在废气的产生将增加并导致内燃机效率下降的问题。
现有技术文献
专利文献
韩国授权专利公报第10-1882834号(2018年08月23日授权)
韩国授权专利公报第10-1942753号(2019年01月22日授权)
韩国授权专利公报第10-1952142号(2019年02月20日授权)
韩国授权专利公报第10-1950664号(2019年02月14日授权)
发明内容
为了解决如上所述的诸多问题，本发明的目的在于提供如下的内燃机用废气减排装置，即，可通过顺畅地排出通过内燃机的尾气排出口排出的尾气来减少尾气排出过程中产生的废气。
并且，本发明的目的在于提供如下的内燃机用废气减排装置，即，通过使从排出口排出的尾气以螺旋形旋转并排出，由此增加尾气的排出速度，通过防止因阀的重叠而产生的尾气向发动机重新流入的现象，从而可提高内燃机的输出功率和增加燃油效率。
并且，本发明的目的在于提供如下的内燃机用废气减排装置，即，可通过顺畅地排出通过排气管排出的尾气来减少因延迟排出尾气而产生的废气。
为了实现上述目的，本发明提供一种内燃机用废气减排装置，安装于内燃机的排气口末端，用于使尾气的排出气流变得顺畅，上述内燃机用废气减排装置的特征在于，包括：外壳管，连接于上述排气口末端，用于排出尾气；涡流管，安装于上述外壳管的内部，使得向上述外壳管流入的尾气的速度加倍并以螺旋形排出尾气；以及外部空气管，安装于上述外壳管的外部，与上述外壳管相连通，使外部空气流入并辅助顺畅地排出通过上述外壳管排出的尾气。
本发明的特征在于，在上述外部空气管与上述外壳管之间还包括螺旋形引导环，用于以螺旋形排出通过上述外部空气管流入的空气。
本发明的特征在于，上述外壳管包括：外壳管本体，具有规定长度，安装于车辆的排气口末端，用于排出尾气；前方侧外部空气流出流入口，在上述外壳管本体的前方侧形成多个，用于使外部空气流出、流入；后方侧外部空气流出流入口，在上述外壳管本体的后方侧形成多个，用于使外部空气流出、流入；以及涡流管支撑销，在上述外壳管的前方侧及后方侧的内周面形成多个，用于以与上述外壳管本体保持规定间隔的方式固定上述涡流管。
本发明的特征在于，上述涡流管包括：流入口部，通过上述前方侧涡流管支撑销固定于外壳管本体的前方侧内部的规定位置；文丘里部，以缩管的方式形成于上述流入口部的后方；以及排出口部，在上述文丘里部的后方重新扩管，之后使得直径朝向后端逐渐变小，在上述排出口部形成从后端朝向前方侧切开规定长度的多个叶片，以上述叶片的切开部位为基准，从上述叶片的前端向上述叶片的后端朝向内外侧弯曲规定角度，使得与上述叶片碰撞的尾气旋转并加速。
本发明的特征在于，上述外部空气管包括：外部空气管本体；以及外壳管支撑销，以放射状形成于上述外部空气管本体的前方侧和后方侧的内周面，用于固定上述螺旋形引导环和上述外壳管。
本发明的内燃机用废气减排装置具有如下的效果，即，通过使通过内燃机的尾气排出口向外部排出的尾气形成螺旋形涡流并迅速进行排出，来增加排气速度，从而增加尾气的排气能力。
并且，本发明的内燃机用废气减排装置具有如下的优点，即，由于可迅速排气，因而增加尾气的排出效率，并可减少因延迟排出尾气而产生的废气。
并且，本发明的内燃机用废气减排装置具有如下的优点，即，通过在外壳管的外部侧形成用于使外部空气流入的外部空气管，因而借助通过外部空气管快速流入的外部空气来使通过外壳管及涡流管排出的尾气的速度加倍，从而可顺畅地排出尾气。
附图说明
图1为本发明的车辆内燃机用废气减排装置的立体图。
图2为本发明的车辆内燃机用废气减排装置的剖切立体图。
图3为示出从本发明的车辆内燃机用废气减排装置去除涡流管的状态的立体图。
图4为示出将本发明的车辆内燃机用废气减排装置安装在车辆排气管的侧视图。
图5为示出本发明的车辆内燃机用废气减排装置中的空气流动的空气流动状态图。
具体实施方式
以下，参照附图，以使本发明所属技术领域的普通技术人员能够轻松实施本发明的方式来详细说明本发明的优选实施例。首先，需要留意的是，在对附图中的结构要素赋予附图标记方面，即使出现在不同的附图，也尽可能对相同的结构要素赋予相同的附图标记。并且，在对本发明进行说明的过程中，若判断为对于相关公知结构或功能的具体说明有可能混淆本发明的主旨，则省略其详细说明。
图1为本发明的车辆内燃机用废气减排装置的立体图，图2为本发明的车辆内燃机用废气减排装置的剖切立体图，图3为示出从本发明的车辆内燃机用废气减排装置去除涡流管的状态的立体图，图4为示出将本发明的车辆内燃机用废气减排装置安装在车辆排气管的侧视图，图5为示出在本发明的车辆内燃机用废气减排装置中的空气流动的空气流动状态图。
如图1所示，本发明的车辆内燃机用废气减排装置1包括：外壳管10，在连接安装在与车辆消音器末端排气管2的状态下使废气流入并排出；涡流管20，以间隔规定间隔的方式安装在外壳管10的内部，能够使通过上述外壳管10的尾气形成涡流并排出；以及外部空气管30，安装于上述外壳管10的外部，通过使外部空气流入来帮助顺畅地排出通过上述外壳管10排出的废气。
外壳管10作为用于在图4中例示的汽车的消音器排气管2末端中使尾气有效形成排出气流的单元，如图2所示，作为形成通过内燃机的四冲程中的排气冲程并通过消音器的排气管2向外部排出的尾气的移动气流的排出管，上述排气管2包括：外壳管本体11，利用束带3固定于与上述排气管2相连接的前方侧，通过管排出所流入的尾气；涡流管支撑销14，形成在外壳管本体11的内周面前方侧和后方侧，以在外壳管本体11的内部以隔开规定间隔的方式安装涡流管20；以及前方侧外部空气流出流入口12和后方侧外部空气流出流入口13，借助通过外部空气管30流入的外部空气来通过外壳管顺畅地排出尾气。前方侧外部空气流出流入口12和后方侧外部空气流出流入口13在外壳管本体11以规定间隔形成放射状。形成于外壳管内部的涡流管支撑销14以能够支撑涡流管20的方式按放射状在前方侧及后方侧形成多个，来固定涡流管20。
涡流管20用于控制以按螺旋形旋转并排出的通过外壳管10排出的尾气的尾气流速，如图2所示，涡流管20形成文丘里管形状，以使得尾气的排出气流形成螺旋形涡流并增加速度。具体地，涡流管20包括：流入口部21，外侧固定于在外壳管本体11前方侧所形成的涡流管支撑销14，通过向后方延伸规定长度来形成排气流入口；文丘里部22，以缩管的方式形成于流入口部21的后方；以及排出口部23，在文丘里部22的后方重新扩管，之后使得直径朝向后端逐渐变小。在排出口部23形成从后端朝向前方侧切开规定长度的多个叶片24，以叶片24的切开部位为基准，从叶片24的前端向后端朝向内外侧弯曲规定角度，使得与叶片24碰撞的尾气以螺旋形旋转并增加速度来排出。为了形成螺旋形涡流，在涡流管20形成叶片24，由于尾气将在与叶片24碰撞后排出，因而只能以螺旋形旋转的方式排出。并且，为了增加所排出的尾气的速度，通过在涡流管20形成文丘里部22来第一次增加通过涡流管的尾气的速度，在通过文丘里部22后，将重新通过排出口部23来使速度增加并与叶片24碰撞且以螺旋形旋转并排出。即，在通过文丘里部22和排出口部23的情况下，由于直径逐渐变小，将根据伯努利定理(Bernoulli's theorem)来使尾气的排出速度增加并以螺旋形涡流排出，由此将增加尾气的排出，并且能够通过顺畅地排出尾气来提高燃油效率。即，可通过顺畅地排出尾气，来防止尾气逆流到发动机内部，因此可提高燃油效率并减少因延迟排出尾气而产生的废气。
如图2及图3所示，外部空气管30安装于外壳管的外侧，因为位于外壳管10的外部，因此外部空气可以通过外部空气管30流入。即，外部空气管30和外壳管10形成双重管的形态，尾气通过外壳管10排出，而外部空气借助车辆的行驶并通过外部空气管30流入。车辆的速度越快，所流入的外部空气的速度越增加，外部空气的速度越增加，通过外部空气管30排出的外部空气管30的压力越减小。外部空气管30包括：外部空气管本体31；以及外壳管支撑销32，形成于外部空气管本体31的前方侧和后方侧，用于固定外壳管10，外壳管10固定于外壳管支撑销32。通过外壳管支撑销32来使得外壳管10和外部空气管30保持规定间隔。
如图3所示，还可在外部空气管30的内部安装螺旋形引导环40。螺旋形引导环40安装于外部空气管30与外壳管10之间，通过固定于外壳管支撑销32来固定位置。可通过螺旋形引导环40来使得向外部空气管30流入的外部空气以螺旋形排出，由于以螺旋形排出，因此能够以更快的速度通过外部空气管。
如下对具有如上所述的结构的本发明的内燃机用废气减排装置1的作用进行具体说明。
如图5所示，将本发明的内燃机用废气减排装置1附加安装在车辆消音器排气管2的末端，通过使废气的排出气流形成螺旋形涡流，来实现排气效率最大化及改善燃油效率。
如图5所示，在通过发动使安装有本发明的废气减排装置1的内燃机开始驱动的状态下，通过驾驶人员踩踏油门踏板来使汽车处于能够行驶的状态，即，进行内燃机的四个冲程(吸气、压缩、做功、排气)，随着这四个冲程中的排气冲程来使尾气通过上述排气管2排出，这样排出的尾气将在通过外壳管10和涡流管20的管路最终向外部排出的过程中产生涡流。并且，由于使尾气通过的外壳管10及涡流管20根据文丘里原理来以使得直径经缩小、扩管、再缩小的方式形成具有2个分段的形态，因此尾气通过涡流管20而增加排出速度，最终在通过排出口部23时速度进一步增大并以螺旋形涡流排出，从而增加所排出的尾气的排出效率。即，可以在相同的时间内更轻松地排出尾气并可排出更多的尾气，由于能够随着排气量的增加而防止尾气逆流等，因此可改善燃油效率。
并且，如图5所示，由于外壳管10与涡流管20隔开规定间隔，因而将向外壳管10和涡流管20之间排出尾气。若从外壳管10和涡流管20之间排出的废气的速度比通过外部空气管30排出的外部空气的速度慢，则废气通过前方侧外部空气流出流入口12和后方侧外部空气流出流入口13派出向外部空气管30侧排出，废气可以通过排出的外部空气的速度而形成更快地排出。因此而具有增加排气效率的效果。
并且，若通过外部空气管30排出的外部空气的速度比通过外壳管10排出的废气的速度慢，则外部空气将向外壳管10流入，与向外壳管10流入的外部空气一同被排出。
并且，外部空气通过安装于外部空气管30的螺旋形引导环40来以螺旋形排出，可以因以螺旋形排出而减少作用于外部空气的摩擦力，由于摩擦力的减小，因而可以使外部空气的速度增加。若由此来使外部空气的速度增加，则通过外壳管排出的尾气向外部空气管30流入，从而可以使尾气的排出变得顺畅。因此，将增加排出效率，随着尾气的排出效率增加，从而可带来废气减少和燃油效率增加等效果。
同时，无需额外的驱动装置，利用车辆行驶时自然产生的涡流形气流就可顺畅地排出尾气，从而可提高发动机的排气性能及能效，帮助设置于吸气系统及排气系统的各种部件的性能并提高部件的耐久性，可以得到减小排气噪音的效果。并且，还可以解决因不能及时排出尾气并出现排出延迟而在排气管产生的诸多问题。
以上的说明只不过是例示了本发明的技术思想，本发明所属技术领域的普通技术人员可以在不脱离本发明的本质性特性的范围内进行多种修改、变更及替换。因此，本发明公开的实施例及附图不是要限制本发明的技术思想，而只用于进行说明，本发明技术思想的范围并不限定于这些实施例及附图。本发明的保护范围应通过发明要求保护范围解释，与其同等范围内的所有技术思想都应解释为包括在本发明的发明要求保护范围。
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