KR100513618B1 - 자동차용 인터쿨러 파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것으로서, 기존의 고무호스와 알루미늄재 인터쿨러 파이프로 구성되어 있는 인터쿨러 파이프를 배제하고 대신에 내열성 및 유연성이 우수한 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)를 기재로 하되, 고무 부위는 일래스토머(elastomer) 재질로, 알루미늄 부위는 경질 PBT재질로 대체하여 플라스틱 일체형 다층 연결구조를 형성함으로써, 경량화 및 원가절감 효과를 얻을 수 있는 동시에 소음 발생을 억제하는 효과까지 도모할 수 있다.

특히, 파이프 내부로의 공기 이동 시, 기류음에 따른 소음 발생을 감소시키기 위해 기류음이 심한 변곡부의 직경을 확대시켜 성형하고, 연결부위에서의 공기 누설 방지 효과는 물론, 연결부재의 이탈을 방지하기 위해 위해 파이프의 양쪽 선단에 효율적 밀폐구조를 가진 원통형 연결부재를 연결한 것을 특징으로 하는 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것이다.

Description

자동차용 인터쿨러 파이프{Intercooler pipe for automobile}

본 발명은 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내열성 및 유연성이 우수한 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)를 기재로 하되, 고무 부위는 일래스토머(elastomer) 재질로, 알루미늄 부위는 경질 PBT재질로 대체하여 플라스틱 일체형 다층 연결구조를 형성하고, 연결부위에서의 공기 누설 방지는 물론, 연결부재의 이탈 방지를 위해 파이프의 양쪽 선단에 효율적 밀폐구조를 가진 원통형 연결부재를 연결함으로써, 경량화 및 원가절감 효과와 동시에 소음 발생을 억제하는 효과까지 도모할 수 있는 자동차용 인터쿨러 파이프에 관한 것이다.

일반적으로, 인터쿨러 파이프는 터보차져와 인터쿨러 사이에 연결되어 있는 파이프로서, 상기 터보차져에서 배출되는 공기를 인터쿨러로 이송하는 유로 기능을 하는 바, 엔진에서 연소되고 남은 미연소 가스가 터보차져를 거친 후, 고온 고압의 가스로 되어 입구측 인터쿨러 파이프를 통해 흡기다기관을 거쳐 엔진 연소실로 다시 공급되도록 되어 있다.

최근, 자동차 연비저감을 위해 엔진 경량화가 요구되고 있으며, 동시에 성능 향상 및 소음 저감 또한 과제로 대두되는 추세이나, 현재는 알루미늄 및 고무로 구성된 인터쿨러 파이프가 주로 사용되고 있어 경량화 및 원가면에서 불리한 상황이다.

이러한 터보차져용 인터쿨러 파이프의 구성은 도 4에 도시된 바와 같이, 터보차져 측에 장착되는 고무호스(110a)와 인터쿨러 측에 장착되는 고무호스(110b) 그리고, 이 두개의 고무호스(110a, 110b)를 연결하는 알루미늄 파이프(120)로 구성되어 있는 바, 상기 인터쿨러 파이프의 제조 공정은 먼저, 알루미늄 파이프(120)를 인발성형하여 차량마다 각각 요구되는 형상으로 절단 및 벤딩(bending)한 후, 별도 제작된 금속재의 고정 브라켓(13)을 용접하고, 부품 외관의 부식 방지를 목적으로 그 표면을 페인트로 도포하게 된다.

다음으로 2개의 금속 클램프(40)를 이용하여 별도 성형된 2개의 고무호스(110a, 110b)를 알루미늄 파이프(120)의 양측에 연결시켜 완성하게 된다.

보통 인터쿨러 파이프(100)가 이와 같은 알루미늄 재질과 고무 재질로 분리되어 있는 구조로 되어 있는 이유는 차량 주행 시, 차체 또는 엔진을 통해서 전달되는 가혹한 진동 조건을 견디기 위해서 뿐만 아니라, 인터쿨러 파이프의 양측을 터보차져와 인터쿨러 측에 연결하기 위한 다른 2개의 금속 클램프(40)의 연결 작업이 용이하도록 고무와 같이 가소성(可塑性)을 가진 부분이 요구되며, 보통 길이가 길어 자체 형상을 유지해야 함과 동시에 높은 내부 공압에 견디기 위해 경질(硬質)부분이 요구되기 때문이다.

그런데, 종래의 인터쿨러 파이프는 금속 재질의 파이프와 고무호스를 연결하여 사용함으로써, 아래와 같은 문제점이 대두되고 있다.

첫째, 별도의 고무호스를 사출성형하는 공정, 알루미늄 파이프를 인발성형하고 구부리는 벤딩(bending)공정, 또한 상기와 같이 제작된 고무호스와 알루미늄 파이프를 연결하기 위해 클램핑(clamping)하는 공정 등 많은 작업 공수 및 재료비에 따른 원가 상승이 발생되고, 둘째, 상대적으로 중량이 무거운 고압용 고무호스 및 금속제 파이프 적용에 따라 차체 중량이 상승하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 기존의 고무호스와 알루미늄재 인터쿨러 파이프로 구성되어 있는 인터쿨러 파이프를 배제하고 대신에 내열성 및 유연성이 우수한 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)를 기재로 하되, 고무 부위는 일래스토머(elastomer) 재질로, 알루미늄 부위는 경질 PBT재질로 대체하여 플라스틱 일체형 다층 연결구조를 형성함으로써, 경량화 및 원가절감 효과를 얻을 수 있는 동시에 소음 발생을 억제하는 효과까지 도모할 수 있다.

특히, 파이프 내부로의 공기 이동 시, 기류음에 따른 소음 발생을 감소시키기 위해 기류음이 심한 변곡부의 직경을 확대시켜 성형하고, 연결부위에서의 공기 누설 방지 효과는 물론, 연결부재의 이탈을 방지하기 위해 위해 파이프의 양쪽 선단에 효율적 밀폐구조를 가진 원통형 연결부재를 연결한 것을 특징으로 하는 자동차용 인터쿨러 파이프를 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 고정 브라켓(13)이 구비된 연질부(11a, 11b)와 경질부(12)로 구성되고, 상기 경질부(12)의 좌우 선단에 위치되는 터보차져와 인터쿨러 사이에 금속 클램프(40)를 통해 기밀하게 연결 설치되는 자동차용 인터쿨러 파이프에 있어서,

폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)를 기재로 하여 일래스토머(elastomer) 재질로 구성된 연질부(11a, 11b)와, 경질 PBT 재질로 구성된 경질부(12)가 3차원 이중 압출 중공 성형공정에 의해 다층구조로 동시에 성형되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 인터쿨러 파이프(10)에 형성된 변곡부(14)의 직경은 상기 변곡부(14)를 제외한 나머지 관부의 직경인 10 ~ 20㎝의 1.3 ~ 2배를 증대시켜 성형한 것을 특징으로 한다.

또한, 공기 누설 방지를 위한 연질부(11b)의 양단에는 연결부재(20a, 20b)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 연결부재(20a, 20b)는 실리콘 재질로 이루어져 상기 터보차져와 인터쿨러 측의 파이프(30) 외주면에 원주방향을 따라 형성되어 있는 볼록부(31)에 끼움고정되도록 내주면 둘레에 형성된 오목홈(21)과;

인터쿨러 파이프(10)가 이탈되지 않고 고정될 수 있도록 상단이 바깥쪽으로 굴곡된 'ㄷ'자 형상의 단면으로 이루어진 걸림턱(22)과;

외주면에 가로방향으로 일정길이를 가지며, 세로방향으로 일정간격을 두고 적어도 하나 이상의 갯수로 형성되어 상기 인터쿨러 파이프(10)의 선단부 내주면 둘레에 형성되어 있는 슬릿부(10a)에 끼움고정되는 돌기부(23)와;

상기 돌기부(23)의 근접한 하단 위치에 형성되어 상기 인터쿨러 파이프(10)의 선단부 내주면 둘레에 형성되어 있는 슬릿부(10b)에 끼움고정되는 돌출부(24)가 구비된 형태로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 인터쿨러 파이프와 연결부재를 나타내는 분해사시도이고, 도 2는 도 1의 'A-A'선 단면도이다.

본 발명은 인터쿨러 파이프의 재질을 내열성 및 유연성이 우수한 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(Polybuthyleneterephtalate : PBT)계 플라스틱 소재를 사용하되, 다층 연결구조로 일체화하여 3차원 압출 중공성형 공정을 이용하여 제작하게 된다.

즉, 상기 인터쿨러 파이프(10) 양측의 선단부위에 설치되는 연질부(11a, 11b)는 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)를 기재로 한 일래스토머(elastomer) 재질로 형성되어 있으며, 중간의 경질부(12)는 일반 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)재질로 성형되는데, 이때 상기 연질부(11a, 11b)는 두께의 90%정도가 일래스토머 재질로 구성되고, 상기 경질부(12)는 두께의 90%정도가 일반 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)재질로 구성되어 금형 내에서 상기 연질부(11a, 11b) 및 경질부(12)가 일체화된 다층 연결구조로 되어 있다.

따라서, 기존의 인터쿨러 파이프의 재질을 알루미늄 재질에서 플라스틱 재질로 변경하게 되므로, 약 30%의 경량화를 이룰 수 있고, 기존의 연질부와 경질부를 연결한 금속 클램프의 삭제가 가능하게 되므로 재료 및 공법 변경에 따라 약 30%의 원가 절감을 이룰 수 있으며, 연질부(11a, 11b)와 경질부(12)가 동일한 재질로 구성되어 리사이클성 면에서도 우수하다.

또한, 별도로 사출 성형된 고정 브라켓(13)은 유리섬유가 20~30중량% 강화된 PBT 또는 나일론 수지 복합재료로서, 상기 인터쿨러 파이프(10) 제조 시, 금형 내로 삽입되어 상기 인터쿨러 파이프(10) 성형과 동시에 상기 인터쿨러 파이프(10)의 경질부(12)와 일체화된 채, 성형되도록 되어 있다.

그리고, 인터쿨러 파이프(10) 내부로의 공기 이동 시, 3차원 압출 중공성형 공정으로 이루어진 변곡부(14)에서 와류 발생에 의한 기류음이 특히 심한 바, 기류음에 따른 소음 발생을 감소시키기 위해 상기 변곡부(14)를 제외한 나머지 관부의 직경인 10 ~ 20㎝되는 직경을 1.3 ~ 2배 증대시켜 성형하게 된다.

아울러, 터보차져와 인터쿨러 측에 연결 사용 시, 연결부위에서의 공기 누출 방지는 물론, 연결수단의 이탈을 방지하기 위해 실리콘 재질로 이루어진 연결부재(20a, 20b)를 별도 사출성형하여 인터쿨러 파이프(10) 양쪽에 조립가능하도록 되어 있는 바, 상기 연결부재(20a, 20b)는 효율적인 밀폐구조를 가진 원통형상으로서, 상기 연질부(11a, 11b)가 기존의 연질부 대비, 강성이 향상된 재질이 적용되므로 연질부(11a, 11b)의 눌림량이 감소되어 이를 해결하기 위한 연결수단으로 적용된다.

덧붙여, 상기 인터쿨러 파이프(10)의 연결부위에 금속 클램프(40)를 고정하면, 기밀성이 우수한 밀폐구조를 이룰 수 있다.

한편, 상기 연결부재(20a, 20b)의 외주면 둘레에 형성된 오목홈(21)은 상기 파이프(30)의 외주면에 원주방향을 따라 형성되어 있는 볼록부(31)에 끼움고정되어 있다.

또한, 상기 인터쿨러 파이프(10)가 이탈되지 않고 고정될 수 있도록 상기 연결부재(20a, 20b)의 상단에는 바깥쪽으로 굴곡된 단면이 'ㄷ'자 형상의 걸림턱(22)이 형성되어 있고, 상기 연결부재(20a, 20b)의 외주면에 가로방향으로 일정길이를 갖고 세로방향으로 일정간격을 두고 적어도 하나 이상의 갯수로 이루어진 돌기부(23)와, 상기 돌기부(23)와 근접한 하단위치에 돌출부(24)가 형성되어 있는 바, 상기 돌기부(23)와 돌출부(24)에는 인터쿨러 파이프(10)의 슬릿부(10a, 10b)가 끼워져 상기 연결부재(20a, 20b)가 압축되도록 되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 자동차용 인터쿨러 파이프의 소음실험 평가 공기 누출 평가를 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 발명에 따른 인터쿨러 파이프의 소음실험 평가 방법으로 도 3에 도시된 바와 같이, 소음측정 장비를 이용하는 바, 먼저 무향실 내의 스피커에서 소음원을 만들어내고, 이 소음원이 시험편 또는 부품을 통해서 상기 무향실 외부로 전달되도록 하는 바, 투과손실을 측정하기 위해서 상기 무향실 내/외에 마이크로폰을 설치하여 측정을 수행하였다. 비교예와 동일조건에서 물성을 달리하여 시편을 제조하였으며, 시편의 물성은 표 1에 나타내었다.

실차에서의 소음 저감 효과를 측정하기에 앞서 재료 구성에 따른 단품의 소음 영향을 평가하고, 실차 상태에서의 투과 손실 효과를 측정하기 위한 비교예는 연질부(11a, 11b)와 경질부(12)가 각각 고무재와 알루미늄재로 구성된 인터쿨러 파이프이고, 실시예1~5는 연질부(11a, 11b)와 경질부(12)가 PBT계 일레스토머재질과 일반 PBT재질로 구성되는 바, 표 1에서와 같이, 연질부(11a, 11b)는 물성이 다른 PBT계 일레스토머 재질을 A재료와 B재료로 각각 분리하고, 경질부(12)는 PBT재질의 C재료로 하여 그 물성의 차이로 인해 각각의 실시예는 그 결과 데이터값이 달라질 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 실시예 1은 연질부(11a, 11b)와 경질부(12)가 각각 A재료와 C재료로 차례로 구성되고, 실시예 2는 A+B(50 : 50)재료와 C재료로 구성되고, 실시예 3은 A+B(50 : 50)재료와 B재료로 차례로 구성되는 동시에 시편의 소정길이를 벨로즈(bellows)형상으로 구성하고, 실시예 4는 B재료와 A재료가 차례로 구성되는 동시에 시편의 소정길이를 벨로즈 형상으로 구성하며, 실시예 5는 A재료와 C재료로 차례로 구성되고 변곡부의 직경을 5mm(기존 직경 3.5mm 대비)로 증대하여 구성되는 바, 이상 6종류의 부품을 각각에 대해 단품 및 실차 소음 평가 실험을 실시하였다.

표 2에서와 같이, 상기 실험 결과에서 보듯이, 비교예 대비, 실시예 2~4의 플라스틱재 인터쿨러 파이프는 단품 및 실차 소음 실험 결과로 볼때 불리한 결과를 초래하였으나, 실시예 1과 본 발명에서 제안한 바와 같은 실시예 5는 기존 사양과 거의 동일한 결과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 실시예 1과 실시예 5를 이용하여 공기 누출 평가를 실시하는 바, 진폭 24mm, 진동수 10Hz, 인터쿨러 파이프의 내부 온도를 175℃로 유지하고, 0 ~ 2.1kg/㎠의 압력으로 분당 4회로 300시간 동안 반복, 가압하면서 공기 누설을 확인하고, 파이프 내압 2.1kg/㎠, 인터쿨러 파이프의 내부온도를 160℃로 168시간동안 유지한 후, 10 ~ 20kg/㎠/분 의 가압 속도로 압력을 증가시키면서 상기 인터쿨러 파이프가 파열될 때의 압력을 측정하였다.

아래 표 3에 나타낸 평가 결과와 같이, 비교예 1 대비, 실시예 1은 진동 내구 시 공기 누출 평가에서 공기의 누출이 발생하였으나, 실시예 5는 공기 누출이 발생하지 않았으며, 열노화 후, 파열압 측정 결과, 가장 우수한 결과값이 산출된 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 자동차용 인터쿨러 파이프는 종래 기술 대비, 원가 절감 및 중량 절감을 이룰 수 있으며, 동일재질로 구성되어 리사이클성 면에서도 우수한 한편, 소음발생 억제 면에서는 종래와 거의 동일한 결과를 나타내어 소음 억제면에서도 탁월한 효과가 있는 한편, 연결부위에서의 공기 누설 방지 효과는 물론, 연결부재의 이탈을 효율적으로 방지할 수 있는 발명인 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 인터쿨러 파이프는 내열성 및 유연성이 우수한 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)를 기재로 하여 고무 부위는 일래스토머(elastomer) 재질로, 알루미늄 부위는 경질 PBT재질로 대체하여 플라스틱 일체형 다층구조를 형성하고, 공기 누설 방지를 위해 파이프의 양쪽 선단에 원통형 연결부재를 연결함으로써, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 재료 및 공법 변경에 따른 약 30%의 원가절감을 이루고,

둘째, 기존의 인터쿨러 파이프의 재질을 알루미늄재에서 플라스틱재로 변경함에 따른 약 30%의 경량화를 이루며,

세째, 이종 재질을 일종 재질로 단일화하므로 재료의 리사이클성이 향상되는 한편,

네째, 재료의 강성 및 제진성(除塵性)의 향상과 공기 흐름통로의 매끄러운 성질이 향상되고,

다섯째, 기존 알루미늄 대비, 플라스틱의 낮은 열전도도에 의한 주변 부품의 요구온도가 저하된다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 인터쿨러 파이프와 연결부재를 나타내는 분해사시도

도 2는 도 1의 'A-A'선 단면도

도 3은 소음측정 장비를 나타내는 구성도

도 4는 종래의 자동차용 인터쿨러 파이프를 나타내는 사시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 인터쿨러 파이프 11a, 11b : 연질부

12 : 경질부 13 : 고정 브라켓

14 : 변곡부 20a, 20b : 연결부재

21 : 오목홈 22 : 걸림턱

23 : 돌기부 24 : 돌출부

30 : 파이프 31 : 볼록부

10a, 10b : 슬릿부 40 : 금속 클램프

Claims (1)

1. 고정 브라켓(13)이 구비된 연질부(11a, 11b)와 경질부(12)로 구성되고, 상기 경질부(12)의 좌우 선단에 위치되는 터보차져와 인터쿨러 사이에 금속 클램프(40)를 통해 기밀하게 연결 설치되며, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT)를 기재로 하여 일래스토머(elastomer) 재질로 구성된 연질부(11a, 11b)와, 경질 PBT 재질로 구성된 경질부(12)가 3차원 이중 압출 중공 성형공정에 의해 다층구조로 동시에 성형되어 이루어진 자동차용 인터쿨러 파이프에 있어서,

   상기 인터쿨러 파이프(10)에 형성된 변곡부(14)의 직경은 상기 변곡부(14)를 제외한 나머지 관부의 직경인 10 ~ 20㎝의 1.3 ~ 2배를 증대시켜 성형하며, 상기 연질부(11b)의 양단에 형성된 연결부재(20a, 20b)는 실리콘 재질로 이루어져 상기 터보차져와 인터쿨러 측의 파이프(30) 외주면에 원주방향을 따라 형성되어 있는 볼록부(31)에 끼움고정되도록 내주면 둘레에 형성된 오목홈(21)과;

   인터쿨러 파이프(10)가 이탈되지 않고 고정될 수 있도록 상단이 바깥쪽으로 굴곡된 'ㄷ'자 형상의 단면으로 이루어진 걸림턱(22)과;

   외주면에 가로방향으로 일정길이를 가지며, 세로방향으로 일정간격을 두고 적어도 하나 이상의 갯수로 형성되어 상기 인터쿨러 파이프(10)의 선단부 내주면 둘레에 형성되어 있는 슬릿부(10a)에 끼움고정되는 돌기부(23)와;

   상기 돌기부(23)의 근접한 하단 위치에 형성되어 상기 인터쿨러 파이프(10)의 선단부 내주면 둘레에 형성되어 있는 슬릿부(10b)에 끼움고정되는 돌출부(24)가 구비된 형태로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차용 인터쿨러 파이프.