KR20160070275A - 차량용 배기가스 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 고온 배기가스의 지속적인 노출에 의해 배기포트 끝부분에서 발생하는 격벽 부분의 크랙을 방지하도록 한 차량용 배기가스 배출장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 실린더와 이어진 배기매니폴드의 런너들 중에서 적어도 두 개 이상의 런너가 합쳐지는 제1합류부와 나머지 런너가 합쳐지는 제2합류부가 각각 형성된 배기포트; 배기포트에서 배출되는 배기가스가 유입구를 통해 유입되며, 상기 유입구에 배기포트를 향하여 격벽이 돌출 형성되어 상기 격벽이 제1합류부와 제2합류부 사이를 구분하는 형상으로 배치된 커넥터부재;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

차량용 배기가스 배출장치{APPARATUS FOR EMITTING EXHAUST GAS OF VEHICLES}

본 발명은 배기매니폴드에서 배출되는 고온 배기가스에 의해 배기포트 끝부분에서 발생하는 크랙을 방지하도록 한 차량용 배기매니폴드에 관한 것이다.

최근 가솔린 터보차저의 다운사이징 개념을 적용하기 위해 배기매니폴드 일체형 실린더헤드의 사용 경향이 점증적으로 증가하고 있으며, 특히 고속 고부하 영역의 연비 개선을 위해 많이 사용되고 있다.

상기한 배기매니폴드 일체형 실린더헤드는, 실린더헤드와 배기매니폴드가 일체로 형성됨으로써, 배기매니폴드에 의한 냉각수온의 상승을 통해 연소실의 온도를 추가로 상승시켜 연료를 기존보다 희박하게 사용 가능하고, 이로 인해 고속 고부하 영역에서 연비 향상에 유리한 것이다.

하지만, 이 같은 배기매니폴드는 실린더헤드에 일체로 형성됨으로써, 런너의 길이가 짧아지고, 배기간섭에 의한 배기에너지의 손실로 인해 저중속 성능이 나빠지는 단점이 있다.

이러한 문제점 중 일부를 해소하기 위해, 4기통 실린더의 경우 도 1과 같이 제1,2,3,4런너(101,102,103,104) 중에서 제1,4런너(101,104)를 연결하고, 제2,3런너(102,103)를 연결하여 배기매니폴드 단부에 2개의 배기포트를 형성하는 4-2타입의 배기구조를 형성하게 되는바, 런너의 길이를 증대시키고, 배기간섭을 줄일 수 있도록 하였다.

도 2는 도 1에 도시한 배기포트 부분의 단면 형상을 나타낸 것으로, 2개의 배기포트가 만나는 부분의 사이에 격벽(105)이 형성된다.

그런데, 이 같은 격벽(105) 부분은 고온의 배기가스에 지속적으로 노출되면, 알루미늄으로 제조된 실린더헤드(100) 일체형 배기매니폴드의 물성치 한계로 인해서 끝단 부분(105-1)부터 크랙이 발생하는 문제가 있다.

이를 해결하기 위한 방안으로, 워터자켓(106)을 격벽 부분에 가까이 형성하는 것을 고려해볼 수 있지만, 현 금형 구조상 워터자켓을 길게 연결할 수 없어 워터자켓을 구성하는 것이 어렵고, 또한 배기포트를 워터자켓과 근접한 위치에 제조하려면 구조 및 형상의 제한으로 4-2타입의 배기구조가 형성될 수 없는 문제가 있다.

이 외에도, 격벽의 내구 향상을 위해 격벽의 두께를 기존보다 더욱 두껍게 형성할 수도 있지만, 이 경우 배기포트의 단면적이 감소되면서 배기저항이 증대되는 문제가 발생된다.

상기의 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.

KR 10-2011-0062365 A

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 고온 배기가스의 지속적인 노출에 의해 배기포트 끝부분에서 발생하는 격벽 부분의 크랙을 방지하도록 한 차량용 배기가스 배출장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 실린더와 이어진 배기매니폴드의 런너들 중에서 적어도 두 개 이상의 런너가 합쳐지는 제1합류부와 나머지 런너가 합쳐지는 제2합류부가 각각 형성된 배기포트; 배기포트에서 배출되는 배기가스가 유입구를 통해 유입되며, 상기 유입구에 배기포트를 향하여 격벽이 돌출 형성되어 상기 격벽이 제1합류부와 제2합류부 사이를 구분하는 형상으로 배치된 커넥터부재;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 제1합류부와 제2합류부 사이에 형성된 최종 경계면과, 이와 마주하는 격벽의 단부 사이에 간극이 형성될 수 있다.

상기 최종 경계면의 중간에 상기 격벽의 두께보다 더 긴 길이의 폭을 갖는 홈이 형성되어 간극이 형성될 수 있다.

상기 홈의 바닥면과 이어지는 양 측면은, 바닥면으로부터 바깥으로 벌어지면서 확개된 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1합류부와 인접한 하측부와, 제2합류부와 인접한 상측부에 워터자켓이 형성될 수 있다.

상기 배기매니폴드는 실린더헤드와 일체로 형성될 수 있다.

상기 커넥터부재는 터보차저와 일체로 형성될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 배기매니폴드 일체형 실린더헤드 구조에서 격벽 부분의 내구성을 확보하여 격벽 부분에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있고, 또한 격벽 부분의 두께를 최소화하여 배기포트의 단면적 증대를 통한 배기저항을 감소하여 차량의 저중속 주행성능을 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 배기매니폴드 일체형 실린더헤드를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에서의 격벽 부분의 단면 형상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의한 배기포트에 격벽이 배치된 단면 형상을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 격벽을 갖는 터빈하우징의 형상을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 의한 격벽과 배기매니폴드 사이에 형성된 간극의 형상을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 차량용 배기가스 배출장치는, 배기매니폴드에 형성된 배기포트(11) 및 격벽(23)을 갖는 커넥터부재을 포함하여 구성된다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 배기포트(11)는 실린더와 이어지는 배기매니폴드의 런너들 중에서 적어도 두 개 이상의 런너가 합쳐지는 제1합류부(11a)와 나머지 런너가 합쳐지는 제2합류부(11b)를 포함하여 구성된다.

여기서, 본 발명의 배기매니폴드는 실린더헤드(10)에 일체형으로 형성된 구조일 수 있는 것으로, 4기통 엔진의 경우 배기매니폴드의 제1,2,3,4런너 중에서 제1,4런너가 합쳐져 제1합류부(11a)를 이루고, 제2,3런너가 합쳐져 제2합류부(11b)를 이룰 수 있다. 이에, 상기 런너의 끝부분 즉, 제1합류부(11a)와 제2합류부(11b)가 합쳐지는 부분에 배기포트(11)가 형성되고, 이에 후술하는 격벽(23)을 통해서 4-2타입의 배기구조를 구현할 수 있다.

특히, 본 발명의 커넥터부재는, 터보차저와 일체로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 커넥터부재가 터빈하우징(이하, '터빈하우징'으로 칭함)일 수 있다.

즉, 상기 터빈하우징(20)은 상기 터보차저의 터빈을 감싸는 형상으로 형성되어, 상기 터빈에 배기가스에 의한 회전력을 제공하도록 단부에 유입구(21)가 형성된 것으로, 상기 유입구(21)가 배기포트(11)에 결합됨으로써, 상기 배기포트(11)에서 배출되는 배기가스가 유입구(21)를 통해 터빈하우징(20) 내부에 유입된다.

그리고, 상기 유입구(21) 내부에는 배기포트(11)를 향하여 격벽(23)이 돌출 형성됨으로써, 상기 격벽(23)이 제1합류부(11a)와 제2합류부(11b) 사이를 구분하는 형상으로 배치될 수 있다. 이때에, 상기 격벽(23)은 상기 유입구(21) 내부에서 터빈하우징(20)에 일체로 형성될 수 있다.

이 같은 구성에 따라, 격벽(23)이 터빈하우징(20)에 일체로 형성되어 배기포트(11) 내부로 연장 형성됨으로써, 격벽(23)의 끝부분이 단절되지 않고, 유입구(21) 내부에까지 이어지는 형상으로 형성되는바, 기존의 격벽 끝부분에서의 내구성을 강화하여 크랙이 발생되는 원인을 근본적으로 차단하게 되는 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명은 상기 제1합류부(11a)와 제2합류부(11b) 사이에 형성된 최종 경계면(13)과, 이와 마주하는 격벽(23)의 단부 사이에 간극(t)이 형성될 수 있다.

즉, 배기가스에 의한 격벽(23) 및 배기매니폴드의 열팽창시, 상기한 간극(t)으로 인해 서로 간의 간섭이 발생되지 않게 되는 것이다.

그리고, 상기한 최종 경계면(13)의 중간에 상기 격벽(23)의 두께보다 더 긴 길이의 폭(L)을 갖는 홈(15)이 형성됨으로써, 상기 최종 경계면(13)과 격벽(23)의 단부에 사이에 간극(t)이 형성될 수 있다.

예컨대, 상기 홈(15)의 바닥면(15a)과 이어지는 양 측면(15b)은, 바닥면(15a)으로부터 바깥으로 벌어지면서 확개된 형상으로 형성될 수 있다.

즉, 최종 경계면(13)에 함몰 형성된 홈(15)의 형상을 통해 간극(t)을 형성함으로써, 제1합류부(11a)와 제2합류부(11b)를 통해 배출되는 배기가스의 상호 접촉을 최소화하면서도 배기간섭을 최대한 방지하여 배기가스가 각 배기포트(11)를 통해 자연스럽게 배출되는바, 저중속 영역에서 차량의 주행성능 향상을 도모할 수 있는 것이다.

또한, 앞서 설명한 바와 같이 격벽(23)의 끝부분이 단절되지 않고, 유입구(21) 내부에까지 이어지는 형상으로 형성됨으로써, 기존의 격벽 끝부분에 적용되었던 가스켓 등의 밀폐부재를 적용하지 않아도 가스 리크에 강건하여 전체적인 씰링성 측면(15b)에서 유리한 효과가 있다.

더불어, 격벽(23)에 인접하도록 워터자켓을 따로 형성하지 않고도 고온 내구성을 향상시킬 수 있고, 또한 4-2타입의 배기구조를 변경하지 않아 런너의 길이가 길어지게 되는바, 배기간섭을 최대한 방지하여 저속부분에서 성능 향상을 도모할 수 있다.

다만, 상기 실린더헤드(10)의 내부에는 상기 제1합류부(11a)와 인접한 하측부와, 상기 제2합류부(11b)와 인접한 상측부에 워터자켓(17)이 각각 형성되어 고온 내구성 향상에 도움을 줄 수 있다.

또한, 기존과 같이 격벽이 알루미늄으로 형성된 경우에는 격벽의 두께가 약 12㎜로 두껍게 형성되지만, 본 발명의 경우 고온 내구성을 갖는 터빈하우징(20)의 재질 특성으로 인해 격벽(23)의 두께를 4~5㎜ 수준으로 감소시킬 수 있으므로, 배기포트(11)의 단면적 증대를 통해서 배기저항이 크게 감소되는바, 주행 성능을 한층 더 향상시키게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 실린더헤드 11 : 배기포트
11a : 제1합류부 11b : 제2합류부
13 : 최종 경계면 15 : 홈
20 : 터빈하우징 21 : 유입구
23 : 격벽
t : 간극 L : 폭

Claims (7)

1. 실린더와 이어진 배기매니폴드의 런너들 중에서 적어도 두 개 이상의 런너가 합쳐지는 제1합류부와 나머지 런너가 합쳐지는 제2합류부가 각각 형성된 배기포트;
   배기포트에서 배출되는 배기가스가 유입구를 통해 유입되며, 상기 유입구에 배기포트를 향하여 격벽이 형성되어 제1합류부와 제2합류부 사이를 구분하는 커넥터부재;를 포함하는 차량용 배기가스 배출장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1합류부와 제2합류부 사이에 형성된 최종 경계면과, 이와 마주하는 격벽의 단부 사이에 간극이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 배출장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 최종 경계면의 중간에 상기 격벽의 두께보다 더 긴 길이의 폭을 갖는 홈이 형성되어 간극이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 배출장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 홈의 바닥면과 이어지는 양 측면은, 바닥면으로부터 바깥으로 벌어지면서 확개된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 배출장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1합류부와 인접한 하측부와, 제2합류부와 인접한 상측부에 워터자켓이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 배출장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 배기매니폴드는 실린더헤드와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 배출장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 커넥터부재는 터보차저와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 배출장치.

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