KR20170015627A - 일체형 배기링 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 일체형 배기링은, 배기 매니폴드와 트윈 스크롤 타입 터보차져 사이를 연결하는 일체형 배기링으로서, 그 일방으로 상기 배기 매니폴드의 배기구가 삽입되는 내부링; 상기 내부링의 타방에서 연장되고 상기 내부링보다 큰 내경으로 형성되어 그 내부에 상기 터보차저의 유입구가 삽입되는 중간링; 상기 중간링의 외주면에서 연장되고 상기 내부링의 바깥쪽으로 이격되어 형성된 외부링; 상기 내부링의 내주면에 상기 내부링의 지름 방향으로 형성되어 상기 배기구에서 배출되는 배기 가스를 분할시키는 스페이서;를 포함한다.

Description

일체형 배기링{INTEGRATING EXHAUST GAS RING}

본 발명은 일체형 배기링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기 매니폴드와 터보차저 사이를 연결시키는 일체형 배기링에 관한 것이다.

트윈 스크롤 타입 터보차져는 배기 간섭에 의한 터빈효율 저하와 터보랙 방지를 위해 널리 사용되고 있다. 배기 매니폴드에서 배기가스를 배출하면, 이를 터보차저가 받아들여 터보 터빈을 회전시키는데, 트윈 스크롤 타입 터보차저는 배기가스를 두 구획으로 나눠 받아들이고, 이들을 이용하여 각각 다른 터빈을 회전시킴으로써 터보 효율을 상승시키는 것이다.

배기 매니폴드와 터보차저 사이를 연결하는 구성으로서 배기링이 사용된다. 이러한 배기링은 배기 매니폴드와 터보차저 사이를 밀폐하면서 배기가스의 유동을 안내하는 역할을 한다.

도 1에 종래에 사용되는 배기링(20)이 도시되어 있다. 배기링(20)은, 실제 배기가스가 유동하는 인렛 플랜지(22), 인랫 플랜지(22)가 삽입되고 배기링(20)을 배기 매니폴드(10)에 고정시키는 링(21)을 포함하여 이루어지고, 링(21)의 내부에는 배기가스를 두 경로로 분할시키기 위한 분할판(23)이 삽입되어 있다.

그런데 배기링은 엔진에서 바로 배출된 뜨거운 배기가스에 그대로 노출되기 때문에 열충격에 의한 피로파괴가 발생하기 쉽다. 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 배기링을 상대로 열피로 시험을 수행하면 용접된 목부에 크랙이 발생하는 것을 알 수 있다.

특히, 차량 부품을 보다 컴팩트하게 배치하는 최근 트랜드에 따라 배기 매니폴드와 터보차저 사이의 거리를 짧게 배치할 경우, 배기가스의 열을 외부로 배출할 수 있는 목부의 길이가 짧아지게 된다. 이렇게 목부의 길이가 짧아지면 과열에 의해 내구성이 저하되어 피로파괴가 발생되는 것이다. 통상적으로 목부의 길이가 100mm 이상이면 이러한 피로파괴 발생이 저감되지만, 최근 50mm 이하로 목부의 길이를 줄이면서 피로파괴가 발생하게 되었다.

종래의 배기링이 "트윈 스크롤 타입 터보차저(대한민국 공개특허 10-2012-0124533(2012.11.14))"에 공지되어 있다.

상기 발명은 격벽에 단면축소부를 구비하여 배기매니폴드와 터보차져의 내부에 구비된 격벽과 이 격벽의 주변부 사이에서 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.

그러나 상기 발명은 격벽의 열팽창 여유 공간을 통해 격벽과 주변부 사이에 발생하는 크랙을 방지할 수는 있지만, 배기링와 배기 매니폴드 사이의 용접부에 발생하는 크랙을 방지할 수는 없는 문제가 있었다.

따라서, 줄어든 목부의 길이에도 불구하고 열에 의한 피로파괴를 방지할 수 있는 새로운 배기링 구조가 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 10-2012-0124533(2012.11.14)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 배기 매니폴드와의 용접부에서 발생하는 목부 크랙을 방지할 수 있는 일체형 배기링을 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 배기링은, 배기 매니폴드와 트윈 스크롤 타입 터보차져 사이를 연결하는 일체형 배기링으로서, 그 일방으로 상기 배기 매니폴드의 배기구가 삽입되는 내부링; 상기 내부링의 타방에서 연장되고 상기 내부링보다 큰 내경으로 형성되어 그 내부에 상기 터보차저의 유입구가 삽입되는 중간링; 상기 중간링의 외주면에서 연장되고 상기 내부링의 바깥쪽으로 이격되어 형성된 외부링; 상기 내부링의 내주면에 상기 내부링의 지름 방향으로 형성되어 상기 배기구에서 배출되는 배기 가스를 분할시키는 스페이서;를 포함한다.

상기 배기구는, 제1배기구와 제2배기구를 포함하고, 상기 내부링에는, 상기 제1배기구와 상기 제2배기구가 동시에 삽입되며, 상기 스페이서는, 상기 제1배기구와 상기 제2배기구 사이로 삽입되는 것을 특징으로 한다.

상기 외부링은, 일방이 상기 배기 매니폴드의 하우징에 형성된 연결구로 삽입되고, 상기 외부링의 타방에서 상기 중간링의 외주면까지는 오목하게 굴곡진 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 일체형 배기링에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 배기 매니폴드와의 용접부에서 발생하는 크랙을 방지할 수 있다.

둘째, 스페이서를 통해 배기 매니폴드와 터보차저 사이의 간격을 증가시켜 전체 중량을 감소시킬 수 있다.

셋째, 중량 감소로 인한 열용량 감소를 통해, 배기가스 온도를 상승시켜 배기가스 촉매를 조기에 활성화시킬 수 있다.

도 1은 종래의 배기링의 사시도 및 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 배기링의 사시도 및 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 배기링이 배기 매니폴드와 터보차저 사이에 설치된 모습을 나타낸 도면,
도 4는 종래의 배기링을 열피로 시험하여 크랙이 발생한 모습을 나타낸 사진,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 배기링을 열피로 시험하여 크랙이 발생하지 않은 모습을 나타낸 사진이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 일체형 배기링에 대하여 설명하기로 한다.

도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 그 일방으로 배기 매니폴드(10)의 배기구가 삽입되는 내부링(110), 내부링(110)의 타방에서 연장되고 내부링(110)보다 큰 내경으로 형성되어 그 내부에 터보차저(30)의 유입구가 삽입되는 중간링(120), 중간링(120)의 외주면에서 연장되고 내부링(110)의 바깥쪽으로 이격되어 형성된 외부링(130), 내부링(110)의 내주면에 내부링(110)의 지름 방향으로 형성되어 배기구에서 배출되는 배기 가스를 분할시키는 스페이서(140)를 포함하도록 구성된다.

이 내부링(110), 중간링(120), 외부링(130), 스페이서(140)는 모두 일체형으로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 각 부분을 용접이나 기계적 결합을 통해 결합시키는 것이 아니라, 일체형으로 제조하는 것이다. 재질은 예를 들어, SUS309 재질의 주물로 제조할 수 있다.

이렇게 제조된 일체형 배기링(100)은, 열 변형량(Δεp)이 최대 0.82%로 매우 우수하여, 열 피로에 의한 크랙이 발생되지 않게 된다.

배기구는, 제1배기구(11)와 제2배기구(12)를 포함하고, 내부링(110)에는, 제1배기구(11)와 제2배기구(12)가 동시에 삽입되며, 스페이서(140)는, 제1배기구(11)와 제2배기구(12) 사이로 삽입되는 것이 바람직하다.

제1배기구(11)는 예를 들어 엔진의 제1,4피스톤에서 배출되는 배기가스가 배출될 수 있고, 제2배기구(12)는 예를 들어 엔진의 제2,3피스톤에서 배출되는 배기가스가 배출될 수 있는 구성이다. 즉, 엔진에서 발생되는 배기가스의 절반씩을 제1배기구(11)와 제2배기구(12)로 나눠 배출하는 것이다.

이러한 제1배기구(11)와 제2배기구(12) 사이에 스페이서(140)가 삽입되어 두 배기구 사이에 배기가스의 누출을 방지하고, 스페이서(140)에 형성된 턱에 제1배기구(11) 및 제2배기구(12)가 걸려 배기 매니폴드(10)와 터보차저(30) 사이의 간격을 증가시킬 수 있는 것이다.

또한 스페이서(140)의 두께는 2mm 이상으로 하여, 열변형을 충분히 흡수할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

외부링(130)은, 일방이 배기 매니폴드(10)의 하우징(13)에 형성된 연결구로 삽입되고, 외부링(130)의 타방에서 중간링(120)의 외주면까지는 오목하게 굴곡진 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

외부링(130)에서 중간링(120)까지의 오목부 R값이 작을 경우, 이 부분에 변형이 집중되어 크랙이 발생할 수 있다. 따라서 이 오목부의 R값을 15 이상으로 하여 크랙 발생을 방지할 수 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 배기 매니폴드 11: 제1배기구
12: 제2배기구 13: 하우징
20: 배기링 21: 링
22: 인랫 플랜지 23: 분할판
30: 터보차저 100: 일체형 배기링
110: 내부링 120: 중간링
130: 외부링 140: 스페이서

Claims (4)

1. 배기 매니폴드와 트윈 스크롤 타입 터보차져 사이를 연결하는 일체형 배기링으로서,
   그 일방으로 상기 배기 매니폴드의 배기구가 삽입되는 내부링;
   상기 내부링의 타방에서 연장되고 상기 내부링보다 큰 내경으로 형성되어 그 내부에 상기 터보차저의 유입구가 삽입되는 중간링;
   상기 중간링의 외주면에서 연장되고 상기 내부링의 바깥쪽으로 이격되어 형성된 외부링;
   상기 내부링의 내주면에 상기 내부링의 지름 방향으로 형성되어 상기 배기구에서 배출되는 배기 가스를 분할시키는 스페이서;를 포함하는, 일체형 배기링.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 배기구는, 제1배기구와 제2배기구를 포함하고,
   상기 내부링에는, 상기 제1배기구와 상기 제2배기구가 동시에 삽입되며,
   상기 스페이서는, 상기 제1배기구와 상기 제2배기구 사이로 삽입되는 것을 특징으로 하는, 일체형 배기링.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부링은, 일방이 상기 배기 매니폴드의 하우징에 형성된 연결구로 삽입되고,
   상기 외부링의 타방에서 상기 중간링의 외주면까지는 오목하게 굴곡진 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 일체형 배기링.
   
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내부링, 중간링, 외부링, 스페이서는 모두 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는, 일체형 배기링.
   

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