KR101286061B1 - 배기 매니폴드 열차폐 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 배기 매니폴드 내의 배기가스로부터 방출되는 열을 차폐하기 위한 공냉식 열차폐 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 공냉식 열차폐 장치는 외기를 흡입하는 외기 흡입부와, 이 흡입되는 외기를 통하여 배기가스로부터 방출되는 열을 차폐하도록 배기 매니폴드의 외부에 장착되는 열차폐부와, 이 열차폐 부를 지난 공기를 외부로 배출시키는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
배기 매니폴드, 공냉식 열차폐 장치

Description

배기 매니폴드 열차폐 장치{HEAT SHIELD FOR EXHAUST MANIFOLD}
본 발명은 엔진의 배기 매니폴드로부터 방출되는 열을 차폐하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 배기 매니폴드의 외부에 장착되고, 저온의 외기를 이용하여 배기 매니폴드를 단열시키는 공냉식 열차폐 장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진 실린더 내에서의 연소후에 발생하는 배기가스는 배기 매니폴드로 수집되어 배기 파이프를 통하여 외부로 방출된다. 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도는 엔진의 회전속도 및 엔진 부하에 따라 상이하나, 고부하 영역에서의 배기가스의 온도는 대략 700℃ 내지 800℃로 상당히 높은 고온의 열을 방출한다. 이러한 고온의 배기가스로 인하여 엔진룸 내부의 배기 매니폴드 주변 부품이 열화되거나 변형되는 문제가 발생된다. 특히, 폐쇄된 공간인 엔진룸 내에서의 고온의 열은 엔진을 구동시키기 위한 엔진 제어 장치(Engine Control Unit; ECU)와 각종 제어 센서들 및 액츄에이터 그리고 이들을 연결하는 하네스(harness)의 치명적인 손상을 가져올 수 있다. 또한, 엔진룸 내부의 고온의 열은 변속기 내부의 변속기 오일의 온도를 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 변속기의 손상을 가져올 수 있다. 특히, 변속기가 배기 매니폴드에 가깝게 배치된 경우에는 배기 매니폴드로부터의 방출되는 열이 변속기에 직접 전달되어 변속기 오일의 온도 상승으로 인한 변속기의 열화가 급격히 진행된다.
또한, 고온의 배기가스는 배기 매니폴드의 열팽창을 불러 일으키게 되는데, 배기 매니폴드의 반복된 열팽창 및 수축의 결과 배기 매니폴드에 균열이 발생할 수도 있다.
이러한, 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 열차폐 커버(heat shield cover)를 배기 매니폴드에 부착시켜 배기 매니폴드로부터의 방열을 감소시켰다. 이러한, 열차폐 커버의 장점은 설치 및 구조가 간단하고 공간을 거의 차지하지 않으며, 또한 무게가 가볍고 비용이 저렴하며 제작이 용이하다는 점이다. 그러나, 열차폐 커버는 단열 효과가 낮기 때문에, 차량 주행풍에 의한 냉각과 함께 사용시에만 그 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 차량이 정지하거나 저속으로 주행하면서 고부하로 운전하는 경우에는 단열 효과가 저감되는데, 일반적으로 저속 주행을 하면서도 엔진의 고부하 운전이 필요한 중장비 차량의 경우 특히 그러하다. 또한, 차량의 엔진이 차량의 중간 또는 뒷부분에 장착되는 경우에는 차량의 주행중에서도 주행풍을 이용할 수 없기 때문에, 열차폐 커버만으로는 적절한 단열 효과를 얻을 수 없다.
배기 매니폴드로부터의 방열을 방지하는 또 다른 방법으로는 수냉식 열차폐 장치를 이용하는 것이다. 이것은 대용량의 라디에이터를 이용하여 냉각수를 통해 배기 매니폴드를 냉각시키는 동시에, 배기 매니폴드로부터의 열을 단열시키는 방식으로 비열이 높은 냉각수를 이용함으로써, 단열 효과를 증대시킬 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 수냉식 열차폐 장치는 냉각수를 식히고, 공급하기 위한 별도의 라디에이터가 필요하고 냉각수의 유량을 증대시키기 위해 별도의 펌프가 필요하며, 무엇보다도 공간을 많이 차지하기 때문에 협소한 엔진룸에서의 설치가 곤란하고, 배기 매니폴드 내에 냉각수용 채널이 별도로 필요하므로 배기 매니폴드의 두께가 증가되고 그 구조가 복잡해진다는 단점이 있다. 또한, 수냉식 열차폐 장치는 비용이 많이 들고 냉각수의 누수 문제가 발생하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 공간을 적게 차지하고 무게가 가벼울뿐만 아니라 구조가 복잡하기 않고 단열 효과가 높은 공냉식 열차폐장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 태양은 차량의 배기 매니폴드 내의 배기가스로부터 방출되는 열을 차폐하기 위한 공냉식 열차폐 장치로서, 외기를 흡입하는 외기 흡입부와, 흡입되는 외기를 통하여 배기가스로부터 방출되는 열을 차폐하도록 배기 매니폴드의 외부에 장착되는 열차폐부와, 열차폐부를 지난 공기를 외부로 배출시키는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 공냉식 열차폐 장치는 열차폐부가 내부에 외기 통로를 형성하는 밀폐된 관 형상으로 되어 있으며, 이 외기 통로를 통해 외기가 지나가는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 태양의 공냉식 열차폐 장치는 배기 매니폴드에 간격을 두고 배치되는 내측 열차폐 커버와, 이 내측 열차폐부 케이스와 마주보며 결합하는 외측 열차폐 커버를 포함하며, 열차폐부는 이 열차폐 커버 내에 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 태양의 공냉식 열차폐 장치는 열차폐부를 통과하는 외기의 유량을 증대시키도록 외기 흡입부는 엔진의 흡기 블로워와 연결되는 것을 특징 으로 한다.
본 발명의 또 다른 태양의 공냉식 열차폐 장치는 배출부에 외기를 방출하도록 방열팬이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 공냉식 열차폐 장치는 기존의 일반적인 열차폐 커버에 비하여 단열 효과가 월등히 높다는 장점과, 라디에이터등의 부가 장치를 필요로하는 수냉식 열차폐 장치에 비하여 무게가 가볍고, 구조가 간단하며, 공간을 적게 차지하고, 냉각수를 사용하지 않으므로 누수의 문제점이 없다는 장점이 있다.
본 발명의 특징을 더 잘 설명하기 위하여, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공냉식 열차폐 장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공냉식 열차폐부(120)가 배기 매니폴드(200)에 장착되는 엔진(10)을 도시한다. 실린더 내에서 연료의 연소 후에는 700℃ 내지 800℃ 정도의 고온의 배기가스가 배기 매니폴드(200)를 통하여 방출된다. 이 고온의 열을 적절히 차폐시키기 않으면, 엔진을 제어하기 위한 각종 센서 및 액츄에이터와 엔진 제어 유닛(ECU; 30)및 이들 센서 및 액츄에이터와 엔진 제어 유닛(30)을 연결하는 각종 하네스(harness)에 치명적인 손상을 가져올 수 있다. 따라서, 이 고온의 열이 주위로 방출되는 것을 차폐하기 위하여, 흡입부(110)와 배출부(130) 및 열차폐부(120)를 포함하는 열차폐 장치(100)가 배기 매니폴드(200)에 장착된다. 열차폐 장치(100)는 공냉식 장치로서, 상대적으로 온도가 낮은 외기를 흡입하고, 이 외기를 배기 매니폴드(200)를 외부에서 감싸는 열차폐부(120)를 통하여 유동시켜 배기 매니폴드(200)에서 발생하는 고온의 열을 흡수한 이후에 배출부(130)를 통하여 외부로 방출한다. 이로 인해, 배기 매니폴드(200) 주위의 엔진룸 내의 온도는 100℃이하로 유지되고, 따라서 엔진을 구동하기 위한 각종 센서 및 액츄에이터, 그리고 변속기등의 부품의 손상을 방지할 수 있다.
도 2a는 도 1의 엔진(10)에 장착되는 배기 매니폴드(200)를 도시하고 있다. 배기 매니폴드(200)에는 배기 포트(210)가 마련되어 있는데, 도시된 경우는 12기통 엔진의 우측 뱅크의 배기 매니폴드를 도시하는 것으로서, 총 6개의 배기 포트(210)가 마련되어 있다. 엔진(10)의 연소실로부터의 고온의 배기가스가 각각의 배기 포트(210)를 통과하여 배기 매니폴드(200)에 수집된 이후에 배기 파이프 접속부(220)를 거쳐 배기 파이프로 배출된다.
도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 열차폐 장치(100)와 이 열차폐 장치(100)가 도 2a에 도시된 배기 매니폴드(200)에 장착된 모습을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 열차폐부(120)는 배기 매니폴드(200)를 충분히 감싸는 형상으로 되어 있어 배기 매니폴드(200)의 주위로의 열방출을 차폐한다. 도시된 예에서는 길다란 형상을 갖는 배기 매니폴드(200)를 감싸기 위해 열차폐부(120)가 길다란 형상을 취하고 있으나, 다른 형상의 배기 매니폴드에 적합한 형상을 가질수도 있다. 또한, 열차폐 장치(100)는 외기를 유입하기 위한 흡입부(110)와 배기 매니폴드(200)로부터 고온의 열을 흡입한 외기를 방출시키기 위한 배출부(130)를 포함하는데, 이 흡입부(110)와 배출부(130)의 길이는 사용되는 엔진의 크기와 배치에 따라 적합한 형상을 갖는다.
도 3은 도 2c의 A-A선을 통한 단면도이다. 엔진의 실린더에서 연소된 가스는 배기 매니폴드(200)의 배기 포트(210)를 통해 유입되어 배기가스 통로(230)을 통해 배출된다. 이 고온의 배기가스로부터 주위로의 열전달을 방지하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 열차폐부(120)는 배기 매니폴드(200)를 완전히 감싸도록 장착된다. 도시된 바와 같이, 열차폐부(120)는 내부에 외기 통로(122)를 형성하는 밀페된 관 형상으로 되어 있으며, 이 외기 통로(122)를 통하여 외기를 유동시킴으로써 배기 매니폴드(200)로부터의 열전달을 차폐하는 것이 바람직하다. 차폐 효과를 증대시키기 위하여, 외기가 유동하는 관의 폭이 넓을수록 바람직하나, 엔진룸 내의 공간 및 변속기와 같은 주변에 장착되는 부품과의 거리를 고려하여, 관의 폭을 설정해야 한다. 열차폐부(120)를 배기 매니폴드(200)에 용이하게 장착시키기 위하여 열차폐 커버(126a, 126b)가 마련되는데, 배기 매니폴드(200)에 간격을 두고 배측되는 내측 열차폐 커버(126a)와, 이 내측 열차폐 커버(126a)와 마주보며 결합하는 외측 열차폐 커버(126b)를 포함한다. 내측 열차폐 커버(126a)와 외측 열차폐 커버(126b)는 체결 볼트(125a, 125b)에 의해 결합되는 것이 바람직하나, 다른 체결 수단을 이용할 수도 있다. 도시된 예에서는 열차폐부(120)에 돌출부(128)가 마련되고 내측 열차폐 커버(126a)의 삽입부(127)에 끼워짐으로써 열차폐 커버(126a, 126b) 내에 고정된다. 이후에, 내측 열차폐 커버(126a)는 용접이나 기타 다른 체결 수단을 통하여 배기 매니폴드(200)에 고정될 수도 있으나, 유지보수를 용이하게 하기 위하여 열차폐 커버(126a, 126b)를 관통하는 체결볼트(124a, 124b)를 통해 배 기 매니폴드(200)에 고정시키는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열차폐 장치(100)를 도시하고 있다. 도시된 열차폐 장치(100)는 흡입부(110)에 흡기 필터(112)와 흡기 블로워(114)가 장착된 것을 제외하고는 도 2c의 열차폐 장치(100)와 동일한 구조이다. 도시된 실시예에서는, 열차폐부(120)를 통해 흐르는 외기의 유량을 증대시킴으로써 열차폐 효과를 높이는 별도의 흡기 블로워(114)가 장착되어 있다. 또한, 외기를 여과하기 위한 흡기 필터(112)가 장착되어 있다. 흡기 블로워(114)의 회전 속도를 증가시킴으로써, 열차폐부(120)를 통해 흐르는 외기의 유량이 증대되므로 배기 매니폴드(200)로부터 방출하는 열을 더 많이 흡수할 수 있다. 이를 통해, 냉각수 보다 비열이 낮은 공기를 이용한 공냉식 열차폐 장치의 경우에도 단열 효과를 극대화시킬 수 있다.
흡기 블로워(114)와 외기 필터(112)는 열차폐 장치(100)를 위해 별도로 마련될 수도 있지만, 엔진(10)의 동력 증대를 위한 슈퍼차저와 같은 과급기와 엔진의 흡기장치에 연결되는 흡기 필터로부터 분기하여 열차폐 장치(100)로 외기를 공급할 수도 있다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 열차폐 장치(100)의 배출부(130)에는 열차폐부(120)를 통과한 고온의 외기를 보다 효율적으로 방출하도록 방열팬이 마련될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공냉식 열차폐 장치가 장착된 엔진의 사시도.
도 2a는 엔진의 배기 매니폴드의 사시도.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공냉식 열차폐 장치의 사시도.
도 2c는 도 2a의 배기 매니폴드와 도 2b의 공냉식 열차폐 장치의 결합 상태의 사시도.
도 3은 도 2c의 본 발명의 일 실시예에 따른 열차폐부의 A-A선에 따른 단면도.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공냉식 열차폐 장치의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
10: 엔진
20: 엔진 실린더 블럭
30: ECU(Enging Control Unit)
100: 열차폐 장치
110: 흡입부
112: 흡기 필터
114: 흡기 블로워
120: 열차폐부
122: 외기 통로
124a, 124b: 체결 볼트
125a, 125b: 체결 볼트
126a, 126b: 내측, 외측 열차폐 커버
127: 삽입부
128: 돌출부
130: 배출부
200: 배기 매니폴드
210: 배기 포트
220: 배기 파이프 접속부
230: 배기가스 통로

Claims (5)

  1. 차량의 배기 매니폴드(200) 내의 배기가스로부터 방출되는 열을 차폐하기 위한 공냉식 열차폐 장치(100)로서,
    외기를 흡입하는 외기 흡입부(110)와,
    상기 흡입되는 외기를 통하여 상기 배기가스로부터 방출되는 열을 차폐하도록 상기 배기 매니폴드(200)의 외부에 장착되는 열차폐부(120)와,
    상기 열차폐부(120)를 지난 공기를 외부로 배출시키는 배출부(130)를 포함하고,
    상기 열차폐부(120)는 내부에 외기 통로(122)를 형성하는 밀폐된 관 형상으로 되어 있으며, 상기 외기 통로(122)를 통해 상기 외기가 지나가고,
    상기 열차폐 장치는 상기 배기 매니폴드(200)에 간격을 두고 배치되는 내측 열차폐 커버(126a)와, 이 내측 열차폐 커버(126a)와 마주보며 결합하는 외측 열차폐 커버(126b)를 포함하며, 상기 열차폐부(120)는 상기 열차폐 커버(126a, 126b) 내에 장착되는 것인 공냉식 열차폐 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 열차폐부(120)를 통과하는 상기 외기의 유량을 증대시키도록 상기 외기 흡입부(110)는 엔진(10)의 흡기 블로워(114)와 연결되는 것인 공냉식 열차폐 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 배출부(130)에는 상기 열차폐부(120)를 통과한 외기를 방출하도록 방열팬이 연결되어 있는 것인 공냉식 열차폐 장치.
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