KR101628565B1 - 누기 방지 커버 및 누기 방지 커버가 구비된 배기매니폴드 - Google Patents

Abstract

누기 방지 커버가 소개된다.
이를 위해 본 발명은, 유체가 그 내부 공간에 형성된 입구와 출구를 따라 흐를 수 있는 링 형상의 커버로 구성되고, 상기 커버의 입구 단면적이 상기 출구 단면적보다 큰 것을 특징으로 하되, 상기 입구 단면적은 상기 커버가 삽입되는 관로의 단면적에 대응되고, 상기 커버는 그 일지점에 출구 방향으로 소정 각도의 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

누기 방지 커버 및 누기 방지 커버가 구비된 배기매니폴드{COVER FOR PREVENTING LEAKAGE AND EXHAUST MANIFOLD HAVING OVER FOR PREVENTING LEAKAGE}

본 발명은 누기 방지 커버 및 누기 방지 커버가 구비된 배기매니폴드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기매니폴드 간의 연결부 내측에 누기 방지 커버를 부착함으로써 배기가스의 누출이 방지됨은 물론 배기 가스의 속도 증대를 도모할 수 있는 기술에 관한 것이다.

단실린더 엔진의 경우에는 실린더 헤드에 직접 배기파이프가 접속되어 배기가스를 외부로 배출하게 되나 2실린더 이상의 다실린더 엔진에서는 배기매니폴드를 사용하여 각 실린더에서 배출되는 배기가스를 한데 모은 후 배기파이프를 통해 대기로 방출하고 있다.

그런데 배기매니폴드는 실린더 헤드의 배기포트에 접속되므로 연소실에서 방출되는 고온의 배기가스 열을 직접적으로 받기 때문에 과열되어 팽창 및 수축이 반복되므로 그 응력을 견디지 못하고 균열이 발생되어진다.

또한, 이러한 팽창과 수축의 반복작용으로 매니폴드를 체결하는 볼트가 그 축력을 잃고 풀리게 되는 현상도 발생하게 된다.

따라서 상기와 같은 열팽창에 따른 응력을 완화하기 위하여 도 1에 도시되는 바와 같이, 배기매니폴드(10)가 실린더 헤드 측의 프론트매니폴드(11)와 터보차져 측의 리어매니폴드(13) 및 이들을 연결하는 센터매니폴드(12)로 분할 성형된 후 양측 접속단부는 서로 미끄럼 접촉되도록 끼워 조립되어진다.

또한, 이들의 이음부 사이를 통한 배기가스의 누설을 방지하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이, 시일 링(14)이 삽입되고, 이 시일 링(14)의 내주면에 장력을 보조하고 유지되도록 하기 위 한 익스팬더(15)가 개재된다.

따라서 시일부의 기밀작용은 시일 링(14)과 익스팬더(15)의 합장력과 배기가스의 압력에 의해 발생되는 측압에 의해 유지된다.

그러나 배기가스의 압력에 의해 발생되는 측압이 자연흡기식 엔진의 경우에 그 압력이 충분하지 못하고, 과급식 엔진의 경우에도 저속 구간에서는 기밀을 유지하는데 충분한 압력에 도달하지 못하게 된다. 시일 링과 익스팬더로 인해 발생되는 링 외주면 시일 링 압력이 적절한 수준을 유지하는데도 불구하고 가스가 누기되는 것은 바로 이 측압이 제대로 생성되지 못하기 때문이다.

이에 따라 도 3에 도시된 바와 같이, 연결부위에는 배기가스가 그 틈을 따라 외부로 누기되는 현상이 발생하고, 이로 인해 주변부가 오염이 발생함은 물론, 터보차져의 고질적인 문제인 터보 레그 현상이 발생하였다.

이에, 본 발명은 배기매니폴드 연결부위에 누기방지커버를 장착함으로써 이 누기방지커버를 지나면서 배기 가스의 속도가 빨라지게 하여 순간적인 부압 상승으로 배기가스가 외부로 누수되지 않고 원활하게 흐를 수 있는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

한국공개실용신안공보 제1999-0032316호(1999.07.26) 한국공개실용신안공보 제1999-003251호(1999.01.25)

본 발명은 배기매니폴드 간의 연결부에 누기 방지 커버를 장착함으로써 종래 누기에 의한 주변 오염을 방지함은 물론 배기 가스의 속도를 증대시켜 터보차저의 터보 레그 현상을 미연에 방지할 수 있는 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

누기 방지 커버가 소개된다.

이를 위해 본 발명은, 유체가 그 내부 공간에 형성된 입구와 출구를 따라 흐를 수 있는 링 형상의 커버로 구성되고, 상기 커버의 입구 단면적이 상기 출구 단면적보다 큰 것을 특징으로 하되, 상기 입구 단면적은 상기 커버가 삽입되는 관로의 단면적에 대응되고, 상기 커버는 그 일지점에 출구 방향으로 소정 각도의 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 커버는, 상기 커버가 삽입되는 관로의 단면적에 대응되는 소정 길이의 입구부와, 상기 입구부의 끝단에서 상기 커버의 단면적이 작아지도록 소정 각도로 경사진 이음부 및 상기 이음부의 끝단에서 소정 길이로 연장 형성된 출구부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 출구부에는, 상기 출구부의 내부와 외부를 연통하는 다수개의 홀이 소정 간격으로 이격 형성된 것을 특징으로 한다.

누기 방지 커버가 구비된 배기매니폴드가 소개된다.

이를 위해 본 발명은, 배기가스가 유입되는 유입매니폴드와 상기 유입매니폴드에 연결된 센터매니폴드; 상기 유입매니폴드와 상기 센터매니폴드의 연결부위의 내측면에 설치된 커버를 포함하되, 상기 커버는, 배기가스가 그 내부 공간에 형성된 입구와 출구를 따라 흐를 수 있는 링 형상으로 구성되고, 상기 커버의 입구 단면적이 상기 출구 단면적보다 큰 것을 특징으로 하며, 상기 입구 단면적은 상기 유입매니폴드의 단면적에 대응되고, 상기 커버는 그 일지점에 상기 센터매니폴드 방향으로 소정 각도의 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 커버는, 상기 커버가 삽입되는 유입매니폴드의 단면적에 대응되는 소정 길이의 입구부와, 상기 입구부의 끝단에서 상기 커버의 단면적이 작아지도록 소정 각도로 경사진 이음부 및 상기 이음부의 끝단에서 소정 길이로 연장 형성된 출구부로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 출구부에는, 상기 출구부의 내부와 외부를 연통하는 다수개의 홀이 소정 간격으로 이격 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 커버가 상기 유입매니폴드에 끼워질 수 있도록 상기 유입매니폴드의 내측면 끝단 테두리를 따라 소정 깊이의 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명인 누기 방지 커버 및 누기 방지 커버가 구비된 배기매니폴드에 의한다면, 배기매니폴드 연결부의 배기 가스 누수 및 터보 레그 현상을 미연에 방지할 수 있음은 물론 배기매니폴드 교체에 따른 비용 절감 등의 효과가 구현된다.

도 1은 종래 배기매니폴드의 구성도.
도 2는 종래 배기매니폴드의 분해도.
도 3은 종래 배기매니폴드 연결부에서의 배기 가스의 누수 상태를 나타내는 배기 가스 흐름도.
도 4는 본 발명인 누기 방지 커버를 나타내는 전체 사시도.
도 5는 본 발명인 누기 방지 커버가 배기매니폴드 연결부에 장착된 경우 배기매니폴드 내의 압력 변화와 누기부에서의 배기가스의 속도 변화를 나타내는 도면.
도 6는 본 발명인 누기 방지 커버에 다수개의 홀이 형성되고 배기매니폴더 내측에 설치된 결합도.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 누기 방지 커버 및 누기 방지 커버가 구비된 배기매니폴드의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 4는 본 발명인 누기 방지 커버를 나타내는 전체 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 유체가 그 내부 공간에 형성된 입구와 출구를 따라 흐를 수 있는 링 형상의 커버(100)로 구성되고, 커버(100)의 입구 단면적(i)이 출구 단면적(o)보다 큰 것을 특징으로 하되, 입구 단면적(i)은 커버(100)가 삽입되는 관로의 단면적에 대응되고, 커버(100)는 그 일지점에 출구 방향으로 소정 각도의 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명인 누기 방지 커버(100)는 연결 부위에서 누수가 발생할 수 있는 어떤 관로에도 적용될 수 있으며, 유체가 흐르는 입구보다 출구의 단면적이 작은 링 형상의 커버로 구성되어 있음에 그 특징이 있다.

본 발명의 커버 자체로 인해 관로의 연결부위에 형성된 틈으로 유체가 누기되는 것이 방지됨은 물론, 유체가 흐름에 따라 그 유체가 흐를 수 있는 단면적이 점차 작아져 속도가 증가함으로써 이 커버가 배기매니폴드 내측에 장착되는 경우 터보 차저의 고질적인 문제라 지적된 저속에 의한 터보 레그 현상 역시 방지되는 효과가 구현된다.

이 누기 방지 커버(100)는 이하 구체적으로 후술하겠지만, 2단의 단면형상으로 구성되고, 유체가 이 커버 내부를 지나면서 속도가 빨라지면서 순간적으로 부압이 형성된다.

이때, 본 발명인 누기 방지 커버(100)가 배기매니폴드의 연결부 내측에 장착되는 경우 종래 문제시 되어 왔던 누수부에서의 배기가스의 압력이 정압에서 부압으로 변경됨으로써 배기 가스의 흐름이 터보차저의 터빈측으로 원활하게 흐르게 되어 누기 현상이 미연에 방지된다.

한편, 도 5는 본 발명인 누기 방지 커버(100)가 배기매니폴드 연결부에 장착된 경우 배기매니폴드 내의 압력 변화와 누기부에서의 배기가스의 속도 변화를 나타내는 도면이다.

(a)는 종래 배기매니폴드의 연결부위에 본 발명인 누기 방지 커버가 장착되지 않았을 때의 압력 변화와 누수부에서의 배기가스의 속도를 나타내는 도면이고, (b)는 본 발명인 누기 방지 커버가 장착된 경우이고, (c)는 이하 후술할 누기 방지 커버에 다수개의 홀이 형성됐을 때의 압력과 속도의 변화를 나타내는 도면이다.

이때, (a)와 (b)의 비교시, 종래 누기부(A)의 압력 측정시 202+0.04kpa롤 측정된 반면, 본 발명을 장착한 경우 누기부(B)의 압력이 202-2.33kpa로 측정되는바, 기준값 202kpa에 비해 1.2% 정도로 압력이 감소됨을 확인할 수 있다.

즉, 압력 감소로 인한 '벤추리 효과'에 의해 누기부의 압력이 정압에서 부압으로 변경되어 배기 가스가 터보차져의 터빈측으로 원활하게 이동할 수 있어 누수가 방지되는 효과가 구현된다.

또한, 종래 누기부에서의 속도(D)와 본 발명이 적용된 누기부에서의 속도(E)의 비교시 종래에 비해 감소하였음을 확인할 수 있고, 이로 인해 배기매니폴더 내부를 흐르는 배기가스의 속도가 증가하게 되어 터보 레그 현상이 미연에 방지되는 효과 역시 구현된다.

한편, 다시 도 4를 참조로 본 발명인 누기 방지 커버의 구조를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도시된 바와 같이 본 발명은 커버가 삽입되는 관로의 단면적에 대응되는 소정 길이의 입구부(110)와, 상기 입구부(110)의 끝단에서 상기 커버의 단면적이 작아지도록 소정 각도로 경사진 이음부(120) 및 상기 이음부(120)의 끝단에서 소정 길이로 연장 형성된 출구부(130)로 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 이미 설명한 바와 같이 본 발명의 커버는 2단 구조로 형성되어 있으며, 유체가 유입되는 입구의 단면적(i)이 이 커버 내부를 지나 출구 측으로 향하는 단면적(o)보다 크게 형성됨을 그 특징으로 하고, 그 입구부(110)와 출구부(130)를 연결하는 부분은 출구 측으로 단면적이 작아지도록 소정 각도로 경사진 이음부(120)로 구성되어 있다.

물론, 이 커버의 단면적 형상은 이 커버가 장착되는 관로의 단면 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 자명하고, 이 커버를 지나면서 유속이 빨라 지도록 입구부(110)와 출구부(130) 사이에는 곡선 형상의 이음부(120)가 형성되어 최대한 유체가 마찰력을 받지 않고 흐를 수 있도록 구성된다.

한편, 본 발명의 출구부(130)에는, 출구부(130)의 내부와 외부를 연통하는 다수개의 홀(H)이 소정 간격으로 이격 형성된 것을 특징으로 한다.

즉, 도시된 바와 같이 출구부(130)에는 다수개의 홀(H)이 출구부(130)의 테두리를 따라 형성된 것을 확인할 수 있다.

이는 본 발명인 커버가 배기매니폴드의 연결부 내측에 설치되는 경우 도 6에 도시된 바와 같이, 커버와 센터배기매니폴드 내측면 사이에 'Y' 공간에서 발생하는 배기가스의 맴돌이 현상에 의해 익스팬더(15) 측으로 유입되는 배기 가스와 커버와 센터배기매니폴더(12) 및 프론트매니폴드(11)의 내측면으로 이루어진 'X' 공간에 정체되어 있는 배기가스를 이 출구부에 마련된 다수개의 홀(H)을 따라 출구 측으로 원활하게 이동할 수 있도록 마련한 것이다.

이때, 다시 도 5의 (c)를 참조하면, 종래에 비해 종래 누기부(A)의 압력 측정시 202+0.04kpa롤 측정되고, 본 발명을 장착한 경우 누기부(C)의 압력 측정시 202-2.61kpa로 측정되는바, 기준값 202kpa에 비해 1.3% 정도로 압력이 감소함을 확인할 수 있다.

즉, 누기부의 압력 감소로 인해 이른바 '벤추리 효과'에 의해 누기부의 압력이 정압에서 부압으로 변경되어 배기 가스의 흐름이 터보차져의 터빈측으로 원활하게 이동하여 누수가 방지되는 효과가 구현됨은 물론, 다수개의 홀이 형성되지 않은 (b)에 비해 더 나은 효과가 구현됨을 확인할 수 있다.

또한, 종래 누기부에서의 속도(D)와 본 발명이 적용된 누기부에서의 속도(F)의 비교시 종래에 비해 감소하였고, 이로 인해 배기매니폴더 내부를 흐르는 배기가스의 속도가 증가하게 되어 터보 레그 현상이 미연에 방지되는 효과 역시 구현됨은 물론, 다수개의 홀을 따라 배기 가스가 배기매니폴더 내부로 더욱 유입되는 현상을'G'를 통해 확인할 수 있다.

한편, 다시 도 6을 참조하면, 본 발명인 누기 방지 커버(100)가 배기매니폴드 내측에 설치된 결합도를 나타내는데, 도시된 바와 같이, 배기가스가 유입되는 유입매니폴드(11)와 상기 유입매니폴드(11)에 연결된 센터매니폴드(12)와 유입매니폴드(11)와 센터매니폴드(12)의 연결부위의 내측면에 설치된 커버(100)를 포함하고 있다.

물론, 이 유입매니폴드(11)는 프론트매니폴드(11)와 터보차져 측의 리어매니폴드(13)가 될 수 있음은 자명하다.

이때, 커버(100)는, 배기가스가 그 내부 공간에 형성된 입구와 출구를 따라 흐를 수 있는 링 형상으로 구성되고, 커버의 입구 단면적이 출구 단면적보다 큰 것을 특징으로 하며, 입구 단면적은 유입매니폴드(11)의 단면적에 대응되고, 커버(100)는 그 일지점에 센터매니폴드(12) 방향으로 소정 각도의 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.

이 커버(100)는 이미 설명한 바와 같이, 커버(100)가 삽입되는 유입매니폴드(11)의 단면적에 대응되는 소정 길이의 입구부(110)와, 입구부(110)의 끝단에서 커버(100)의 단면적이 작아지도록 소정 각도로 경사진 이음부(120) 및 이음부(120)의 끝단에서 소정 길이로 연장 형성된 출구부(130)로 구성된 것을 특징으로 한다.

한편, 출구부(130)에는, 출구부(130)의 내부와 외부를 연통하는 다수개의 홀(H)이 소정 간격으로 이격 형성된 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명인 누기 방지 커버가 유입매니폴드(11)에 끼워질 수 있도록 유입매니폴드(11)의 내측면 끝단 테두리를 따라 소정 깊이의 홈(S)이 형성된 것을 특징으로 한다.

즉, 유입매니폴드(11)의 끝단에 소정 깊이의 홈(S)을 가공하고, 이 홈(S)을 따라 누기 방지 커버를 끼워 맞춤한다.

본 발명은 특정한 실시 예에 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.

100 : 누기 방지 커버 110 : 입구부
120 : 이음부 130 : 출구부

Claims (7)

1. 유체가 그 내부 공간에 형성된 입구와 출구를 따라 흐를 수 있는 링 형상의 커버로 구성되고, 상기 커버는 상기 커버가 삽입되는 관로와 대응되는 단면적을 가지는 소정 길이의 입구부와, 상기 입구부의 끝단에서 상기 커버의 단면적이 작아지도록 소정 각도로 경사진 이음부 및 이음부의 끝단에서 소정 길이로 연장되어 상기 입구부보다 더 작은 단면적을 가지도록 마련됨으로써 입구부로부터 유입되는 배기가스의 정압이 감소되도록 마련된 출구부로 구성된 것을 특징으로 하며,
   상기 출구부에는 상기 출구부의 내부와 외부를 연통하여 상기 출구부의 외부측에 존재하는 배기가스가 내부공간으로 유동되기 위한 다수개의 홀이 소정 간격으로 이격 형성된 것을 특징으로 하는, 누기 방지 커버.
   
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4. 배기가스가 유입되는 유입매니폴드와 상기 유입매니폴드에 연결된 센터매니폴드;
   상기 유입매니폴드와 상기 센터매니폴드의 연결부위의 내측면에 설치된 커버를 포함하되,
   상기 커버는, 배기가스가 그 내부 공간에 형성된 입구와 출구를 따라 흐를 수 있도록 길이를 가지는 링 형상으로 구성되고, 상기 커버가 삽입되는 유입매니폴드에 대응되는 단면적을 가지는 소정 길이의 입구부와, 상기 입구부의 끝단에서 상기 커버의 단면적이 작아지도록 소정 각도로 경사진 이음부 및 상기 이음부의 끝단으로부터 소정 길이로 연장되어 상기 입구부보다 더 작은 단면적을 가지도록 마련됨으로써 입구부로부터 유입되는 배기가스의 정압이 감소되도록 마련된 출구부로 구성된 것을 특징으로 하고,
   상기 출구부는 외부공간이 상기 센터매니폴드 및 유입매니폴드의 상기 연결부위에 형성된 간극과 연통되도록 위치되며, 그 둘레면에는 내부공간과와 외부공간을 연통하여 상기 간극측에 존재하는 배기가스가 상기 출구부의 내부공간으로 유동되기 위한 통로로서 마련된 다수개의 홀이 소정 간격으로 이격 형성된 것을 특징으로 하는, 누기 방지 커버가 구비된 배기매니폴드.
   
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7. 청구항 4에 있어서,
   상기 커버가 상기 유입매니폴드에 끼워질 수 있도록 상기 유입매니폴드의 내측면 끝단 테두리를 따라 소정 깊이의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는, 누기 방지 커버가 구비된 배기매니폴드.

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