KR20020007327A

KR20020007327A - 내연기관용 흡기매니폴드

Info

Publication number: KR20020007327A
Application number: KR1020017011684A
Authority: KR
Inventors: 하다마사토시; 스나가야스오
Original assignee: 나카가와 마사토; 아이치기카이고교 가부시키가이샤; 다케다 요조; 산오고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2002-01-26
Also published as: MXPA01012376A; MY119233A; EP1186769A4; DE60020231T2; WO2000077386A1; EP1186769A1; JP2001059458A; DE60020231D1; US6553955B1; TW536582B; EP1186769B1

Abstract

흡기매니폴드는, 콜렉터와 흡기관 부착부의 사이를 연결하는 복수의 흡기관 (3)을 구비하고 있다. 각 흡기관(3)은, 각각 소정의 형상으로 구부러져 있다. 이들 흡기관(3)은, 외측관(3a)과 내측관(3b) 사이의 간극(3c)이 0.2mm 이하로 되도록 설정된 쭉 뻗은 금속제 2중관을, 그 중간부분에서 외측관(3a)과 내측관(3b)이 부분적으로 접촉하도록 구부러져 이루어지는 것이다. 이에 따라 각 흡기관(3)은, 중간부분에 있어서 외측관(3a)과 내측관(3b)이 부분적으로(상대 미끄럼동작이 가능하게) 접촉함과 동시에, 접촉부분(3e) 이외에서는 외측관(3a)과 내측관(3b)의 사이에 두께가 약 0.2mm 이하인 공기층이 형성된 구조로 된다.

Description

내연기관용 흡기매니폴드{INTAKE MANIFOLD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

내연기관용의 흡기매니폴드는, 다기통(多氣筒) 내연기관으로의 복수의 흡기관을 몇 개씩, 혹은 전부 합침으로써, 흡기의 간섭이 생기지 않도록 함과 동시에, 흡기의 분배가 일정하게 되도록 하기 위한 것이다.

도 7에는, 본 발명이 적용되는 일반적인 내연기관용 흡기매니폴드의 예를 나타내고 있다. 도 7에 나타낸 흡기매니폴드(1')는, 콜렉터(2), 흡기관 부착부(4) 및 복수의 흡기관(3')을 구비하고 있다. 콜렉터(2)와 흡기관 부착부(4)는, 복수의 흡기관(3)에 의하여 연결되어 있다. 각 흡기관(3')은, 알루미늄·파이프 등의 금속파이프로 이루어지고, 각각 소정의 형상으로 구부러져 있다. 그리고, 각 흡기관(3')의 양 끝단부는, 콜렉터(2) 및 흡기관 부착부(4)에 대하여 각각 고정되어 있다.

상술한 바와 같은 종래의 흡기매니폴드에는, 다음과 같은 문제점이 있다. 즉 흡기매니폴드(1')의 각 흡기관(3')에는, 내연기관의 흡기측으로부터의 소음(흡기맥동이나 기관내의 기계적 진동에 의한 소리 등)이 전달되고, 이 소음이 흡기관(3')의 외부로 투과 내지 방사된다. 따라서, 종래에 그와 같은 투과·방사음을 저감시키기 위해서, 철판이나 알루미늄판 두장을 붙이거나 합성수지에 의한 소음차단커버 등에 의하여 흡기관(3')을 덮는 수법이 이용되고 있다.

그러나, 이들 소음차단커버 등은 비용이 비싸고, 또한 자동차용 엔진에 있어서는, 흡기관(3')을 커버 등으로 덮으면 외관적으로 바람직하지 못한 경우도 많다. 또한 흡기관(3') 전체를 흡음재로 덮는 것도 생각할 수 있지만, 그 경우도 비용이 많이 들게 되며, 또한 방열성이 현저하게 손상된다는 문제도 있다.

본 발명은, 이러한 점을 고려하여 이루어진 것으로서, 흡기관을 커버나 흡음재 등으로 덮는 일 없이, 흡기관으로부터의 투과·방사음을 효과적으로 저감시킬 수 있도록 한 내연기관용 흡기매니폴드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 예를들면 자동차용 엔진 등과 같은 내연기관용의 흡기매니폴드에 관한 것으로서, 특히 흡기매니폴드를 구성하는 흡기관의 소음차단에 관한 것이다.

도 1은, 본 발명에 따른 내연기관용 흡기매니폴드의 일 실시형태의 주요부를 도시한 도면으로서, 흡기관의 중간부분에 있어서의 횡단면도,

도 2는, 본 발명에 따른 내연기관용 흡기매니폴드의 일 실시형태의 주요부를 도시한 도면으로서, 흡기관의 중간부분에 있어서의 종단면도,

도 3은, 도 1에 나타낸 흡기관의 끝단부에 있어서의 횡단면도,

도 4는, 흡기관의 끝단부에 있어서의 종단면도,

도 5는, 실시형태에 있어서의 외측관과 내측관 사이의 간극 크기와, 소음차단성 관계의 실험결과를 나타내는 그래프,

도 6은, 도 5에 나타낸 실험결과를 얻기 위한 소음측정방법을 나타내는 모식도,

도 7은, 본 발명이 적용되는 일반적인 내연기관용 흡기매니폴드를 나타낸 도면이다.

청구항 1의 발명은, 콜렉터와, 흡기관 부착부와, 상기 콜렉터와 상기 흡기관 부착부의 사이를 연결하는 복수의 흡기관을 구비하며, 각 흡기관은, 외측관과 내측관 사이의 간극이 0.2mm 이하로 되도록 설정된 쭉 뻗은 금속제 2중관을, 그 중간부분에서 외측관과 내측관이 부분적으로 접촉하도록 구부러져 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기매니폴드이다.

이 청구항 1의 발명에 의하면, 각 흡기관은, 중간부분에서 외측관과 내측관이 부분적으로 접촉함과 동시에, 접촉부분 이외에서는 외측관과 내측관 사이에 두께가 약 0.2mm 이하인 공기층이 형성된 구조로 된다.

이에 따라, 그 공기층에 의한 소음차단효과 뿐만 아니라, 외측관과 내측관의 접촉부분에서의 상대적인 미끄럼동작에 의한 감쇠효과를 얻을 수 있다. 즉, 외측관과 내측관에서는 통상, 직경의 차이에 의해 고유진동수도 다르기 때문에, 양자의 접촉부분에서의 상대적인 미끄럼동작에 의한 진동의 감쇠가 생긴다. 이 때문에 합한 두께가 동등한 단일관 구조를 갖는 경우에 비하여, 흡기관으로부터의 투과·방사음을 현저하게 저감시킬 수 있다.

본 발명에 의하면, 흡기관을 별도의 커버나 흡음재 등으로 덮는 일 없이 흡기관으로부터의 투과·방사음을 매우 효과적으로 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 내연기관의 정숙성을 향상시킬 수 있음과 동시에, 흡기관을 별도의 커버나 흡음재 등으로 덮는 경우에 비하여, 비용과 외관이나 방열성의 점에서 유리해 진다.

청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 있어서, 2중관 구조를 구성하는 외측관과 내측관의 끝단부끼리가 납땜되어 있는 것이다.

이 청구항 2의 발명에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서, 특히 응력이 집중하기 쉬운 흡기관의 끝단부에 있어서, 외측관과 내측관의 양쪽으로 하중을 부담시키는 것으로 강도를 대폭 향상시킬 수 있다.

다음에, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 내연기관용 흡기매니폴드의 실시형태의 구성을 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 동 실시형태의 효과를 설명하기 위한 실험예를 게시하는 도면이다. 또한 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 나타낸 본 발명의 실시형태에 있어서, 도 7에 나타낸 일반적인 내연기관용 흡기매니폴드와 동일한 구성부분에는 동일부호를 부여함과 동시에, 도 7을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 7에 있어서, 흡기매니폴드(1)는, 콜렉터(2), 흡기관 부착부(4) 및 복수의 흡기관(3)을 구비하고 있다. 콜렉터(2)와 흡기관 부착부(4)는, 복수의 흡기관(3)에 의하여 연결되어 있다. 각 흡기관(3)은, 각각 소정의 형상으로 구부러져 있다. 그리고, 각 흡기관(3)의 양 끝단부는, 콜렉터(2) 및 흡기관 부착부(4)에 대하여, 납땜 등에 의해 각각 고정되어 있다. 또한 도 7에서 부호 (5)로 나타낸 것은 블로우-바이 가스관이다.

그리고, 본 실시형태의 흡기매니폴드(1)의 흡기관(3)은, 그 중간부분에 있어서 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 구성됨과 동시에, 양 끝단부에 있어서 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 구성되어 있다. 구체적으로는, 각 흡기관(3)은, 외측관(3a)와 내측관(3b) 사이의 간극(3c)이 0.2mm 이하로 되도록 설정된 쭉 뻗은 금속제(예컨대 알루미늄) 2중관을, 그 중간부분에 있어서 외측관(3a)과 내측관(3b)이 부분적으로 접촉하도록 구부러져 이루어지는 것이다.

이 경우, 외측관(3a)과 내측관(3b)은, 양자의 접촉부분(3e)(도 1)에 있어서(고정하지 말고) 상대적으로 미소한 미끄럼동작이 가능한 상태로 접촉하도록 이루어진다. 또, 도 4에 나타낸 바와 같이, 이들 외측관(3a)과 내측관(3b)의 끝단부끼리는 납땜(3d) 되어 있다.

여기에서, 내측관(3b)의 내경은, 내부를 흐르는 공기의 유량에 대응하여 결정된다. 또한 외측관(3a)과 내측관(3b)의 두께는, 양자(3a,3b)의 고유진동수가 충분히 다르고, 또한 흡기관(3) 전체에 요구되는 강성을 확보할 수 있도록 설정된다. 일예로서, 외측관(3a)의 두께를 0.8mm로 하고, 내측관(3b)의 내경을 36mm, 두께를 1.2mm로 할 수 있다. 또한 도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 있어서는, 알아보기 쉽게 하기 위하여, 직경에 대한 두께 및 간극의 비율이 실제의 비율보다 크게 도시되어 있다.

또한, 상기의 쭉 뻗은 2중관은, 예컨대 관길이가 500mm 정도까지인 경우, 이하와 같은 공정으로 제작할 수 있다. 우선 외측관(3a)의 바깥둘레를 형틀로서 고정한다. 다음에, 이 외측관(3a) 내에, 마감치수보다 약간 작은 직경의 내측관(3b)을 삽입한다. 그리고, 내측관(3b) 내에 예컨대 10∼30MPa 정도의 압력을 가하여, 상기와 같은 간극(3c)을 얻을 수 있을 때까지 내측관(3b)의 직경을 확장시킨다.

다음에, 이와 같은 구성으로 이루어진 본 실시형태의 작용효과에 대하여 설명한다.

본 실시형태에 의하면, 각 흡기관(3)은, 중간부분에 있어서 외측관(3a)과 내측관(3b)이 부분적으로 접촉함과 동시에, 접촉부분(3e) 이외에서는 외측관(3a)과 내측관(3b)의 사이에 두께가 대략 0.2mm 이하인 공기층이 형성된 구조로 된다. 이에 따라, 그 공기층에 의한 소음차단효과 뿐만 아니라, 외측관(3a)과 내측관(3b)의 접촉부분에서의 상대적인 미끄럼동작에 의한 감쇠효과를 얻을 수 있다.

즉, 외측관(3a)과 내측관(3b)에서는 고유진동수가 다르기 때문에, 양자(3a, 3b)의 접촉부분(3e)에서의 상대적인 미끄럼동작에 의한 진동의 감쇠가 생긴다. 이 경우, 외측관(3a)과 내측관(3b)의 상대적인 미끄럼동작에 의한 진동의 감쇠효과는, 두께의 설정 등에 의해서 양자(3a,3b)의 고유진동수를 변화시키는 것으로 조절할 수 있다.

또, 고유진동수 외에도, 외측관(3a)에는 주로 내연기관의 기계적 진동만이 전파하는데 비하여, 내측관(3b)에는, 그 이외에 흡기맥동에 의한 진동도 가해진다는 차이가 생긴다. 그리고, 이것도 양자(3a,3b)의 접촉부분에서의 상대적인 미끄럼동작에 의한 진동의 감쇠로 이어지는 것으로 생각된다.

따라서, 본 실시형태에 의하면, 흡기관(3)을 별도의 커버나 흡음재 등으로 덮는 일 없이 흡기관(3)으로부터의 투과·방사음을 매우 효과적으로 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 내연기관의 정숙성을 향상시킴과 동시에, 흡기관(3)을 별도의 커버나 흡음재 등으로 덮는 경우에 비하여, 비용과 외관이나 방열성의 점에서 유리하게 된다. 예컨대, 2중관 구조를 채용하는 것에 의한 비용 상승분은, 일반적인 수지제 커버를 쓰는 경우의 비용 상승분의 반액정도로 해결할 수 있다.

또한, 외측관(3a)과 내측관(3b)의 끝단부끼리가 납땜(3d) 되어 있기때문에, 특히 응력이 집중하기 쉬운 흡기관(3)의 끝단부[콜렉터(2) 및 흡기관 부착부(4)로의 고정부분]에 있어서, 외측관(3a)과 내측관(3b)의 양쪽으로 하중을 부담시키는 것으로 강도를 대폭 향상시킬 수 있다.

[실험예]

여기에서, 흡기관(3)에 있어서의 외측관(3a)과 내측관(3b) 사이의 간극(3c)의 크기(mm)와, 소음 저감량(dB)의 관계를 조사한 실험결과가 도 5의 그래프로 도시되어 있다. 이 실험은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 자동차용의 4기통 1800cc 가솔린엔진의 흡기매니폴드(1)에 대하여, 그 흡기관(3)의 중앙부에서 10cm 떨어진 장소의 음압레벨(A 특성)을 측정하는 방법으로 행해졌다.

그 밖의 실험조건은,

흡기관의 각 부분치수 : 길이 400mm; 굽힘반경 60mm;

내측관의 내경 36mm; 내측관의 두께 1.2mm;

외측관의 두께 0.8mm

엔진운전조건 : 스로틀밸브 전체 개방; 회전수 4000rpm

음압측정용 기기 : 콘덴서마이크(JIS1급품) 부착의 소음계

음압측정 주파수대 : 16∼20000Hz(인간의 가청영역)

으로 되어 있다.

그리고 도 5에는, 구체적으로 합친 두께가 동등한(1.2+0.8=2.0mm) 단일관 구조의 흡기관을 이용한 경우를 기준(0 dB)으로 하고, 상기 간극(3c)의 크기를 0.1mm 피치로 바꾼 경우의 소음 저감량(dB)의 측정결과(각각 3회씩)가 도시되어 있다.

이 도 5에 나타낸 결과에 의하면, 간극(3c)의 크기가 0.2mm 이하일 때(이 경우는 0.2mm 및 0.1mm)의 소음 저감량은 대략 -2dB과, 간극(3c)의 크기가 0.2mm를 넘었을 때의 최대 약 -1.3dB보다 명백히 커지고 있다. 따라서 이 실험결과에 따라 본 발명에 의한 소음 저감의 효과가 실증되었다고 말할 수 있다.

또, 간극(3c)의 크기가 0.2mm를 넘으면 소음 저감량이 적어지는 것은, 굽힘가공후의 외측관(3a)과 내측관(3b)의 접촉이 없어져서, 양자(3a,3b) 사이의 미끄럼동작에 의한 감쇠효과를 얻을 수 없게 되기 때문이라고 여겨진다. 또한 간극(3c)의 크기가 0.5mm를 넘으면 소음 저감량이 아주 약간 회복하고 있는 것은, 두께를 증가시킨 공기층에 의한 소음차단효과에 따른 것이라고 생각된다.

그리고, 흡기관(3)을 구성하는 외측관(3a)과 내측관(3b)의 치수는, 상술한 것에 한정되지 않고, 일예로서 알루미늄·파이프를 사용하는 경우에는, 예컨대 외측관(3a)은 외경이 약 25∼50mm, 내측관(3b)은 외경이 약 20∼48mm이며, 각각 두께가 약 0.5∼2.5mm인 것을 사용할 수도 있다.

또한, 본 명세서에서는 내연기관용 흡기매니폴드의 흡기관에 대하여 설명하였으나, 내부에 압축성 유체가 흐르고, 끝단부의 플랜지 등을 통하여 고체 전파음이 전파하는 관이라면, 블로우-바이 가스관 등의 그 밖의 것에 본 발명을 적용하는것도 가능하다.

Claims

콜렉터와, 흡기관 부착부와, 상기 콜렉터와 상기 흡기관 부착부의 사이를 연결하는 복수의 흡기관을 구비하며, 각 흡기관은, 외측관과 내측관 사이의 간극이 0.2mm 이하로 되도록 설정된 쭉 뻗은 금속제 2중관을, 그 중간부분에서 외측관과 내측관이 부분적으로 접촉하도록 구부러져 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기매니폴드.
제 1 항에 있어서, 상기 흡기관에 있어서의 외측관과 내측관의 끝단부끼리가 납땜되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관용 흡기매니폴드.