KR100747885B1

KR100747885B1 - Exhaust manifold using a optimized double method

Info

Publication number: KR100747885B1
Application number: KR1020050119848A
Authority: KR
Inventors: 박재만
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-08-08
Also published as: KR20070060443A

Abstract

본 발명은 최적화 더블 공법을 이용한 배기매니폴드에 관한 것으로, 배기관과 상기 배기관 주변에 형성되는 고정부와, 상기 각 배기관이 연통되는 메인관이 주물로 일체 성형되어 형성되는 주물성형된 메인 배기매니폴드; 및 상기 메인 배기매니폴드의 전단으로 용접접합되는 촉매활성화 성능을 소재로 제작된 인너콘부로 이루어진다. 이러한 구성에 의해 본 발명의 실시 예에 따른 최적화 더블 공법을 이용한 배기매니폴드는, 단일 SUS재 배기매니폴드의 내구성 취약 문제를 해결하면서 SUS재 배기매니폴드가 가지는 촉매활성화 장점을 가지는 것이 가능하게 한다. The present invention relates to an exhaust manifold using an optimized double method, wherein the main exhaust manifold is formed by integrally molding the exhaust pipe and the fixing part formed around the exhaust pipe, and the main pipe through which each exhaust pipe communicates. ; And an inner cone part made of a material for activating the catalyst welded to the front end of the main exhaust manifold. This configuration enables the exhaust manifold using the optimized double method according to the embodiment of the present invention to have the catalyst activation advantage of the SUS exhaust manifold while solving the problem of weak durability of the single SUS exhaust manifold. .

배기 매니폴드 Exhaust manifold

Description

EXHAUST MANIFOLD USING A OPTIMIZED DOUBLE METHOD}

도 1은 종래의 SUS 일체형 배기 매니폴드를 도시한 도면.1 is a view showing a conventional SUS integrated exhaust manifold.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 최적화 더블 공법을 이용한 배기 매니폴드를 도시한 도면. 2 is a view showing an exhaust manifold using an optimized double method according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10: 메인 배기매니폴드 20: 인너콘부10: main exhaust manifold 20: inner cone portion

본 발명은 배기 매니폴드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기 매니폴의 내구성 취약의 문제와 촉매 활성화 문제를 해결할 수 있도록 하는 최적화 더블 공법을 이용한 배기 매니폴드에 관한 것이다. The present invention relates to an exhaust manifold, and more particularly, to an exhaust manifold using an optimized double method for solving the problem of weak durability of the exhaust manifold and the catalyst activation problem.

최근의 가솔린 엔진의 경우 SUS재(Stainless Steel 재)이용한 SUS 일체형 배기 매니폴드를 사용하는 경향이 일반화되고 있다. SUS재는 고온인장강도와 산화성이 우수한 소재로서, SUS 재를 사용하면 종래에 비해 40% 정도의 중량이 감소하므로 경량화 측면에서 유리할 뿐만 아니라 고온 특성에 유리하여 촉매 활성화를 보다 신속히 이룰 수 있는 장점이 있다. In the case of gasoline engines in recent years, the tendency to use an SUS integrated exhaust manifold using SUS material (Stainless Steel material) has become common. SUS material is a material with excellent high temperature tensile strength and oxidizing property. When SUS material is used, the weight is reduced by 40% compared to the conventional one, which is advantageous in terms of weight reduction and advantageous in high temperature characteristics, thereby enabling catalyst activation more quickly. .

근래에는 환경 문제로 중요한 이슈가 되면서 자동차의 배기가스로 인한 대기오염 감소가 자동차 설계의 중요한 관점으로 대두되고 있다. 각국 정보는 배기가스 규제 규제를 위하여 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 등의 배기가스 내 오염물질에 대한 배출기준을 정해 놓고 있으며 이러한 기준이 점차 강화되고 있는 실정이다. Recently, as the environmental issue becomes an important issue, the reduction of air pollution due to the exhaust of automobiles is emerging as an important aspect of automobile design. Each country has established emission standards for pollutants in exhaust gases such as carbon monoxide, hydrocarbons, and nitrogen oxides for regulatory purposes.

이에 따라 자동차의 배기가스로부터 유해한 물질을 제거하기 위해 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 과 같은 귀금속이 코팅된 귀금속 촉매가 사용되고 있으며, 이러한 촉매는 배기계에 장착되어 탄화수소를 분해, 일산화탄소의 산화 및 질소산화물의 환원을 촉진시킴으로써 배기가스로부터 유해한 성분을 제거하고 배기 가스를 정화시키는 기능을 한다. 그런데, 배기가스는 엔진 시동 초기에 총 량의 60% 정도가 배출되고 있어, 시동 초기의 배기가스 정화가 중요한데, 시동 초기에는 배기가스의 온도가 낮아 촉매가 충분히 웜업 되지 않는 문제점이 있다. Accordingly, noble metal catalysts coated with precious metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh) are used to remove harmful substances from the exhaust gases of automobiles. These catalysts are mounted on the exhaust system to decompose hydrocarbons, By promoting oxidation of carbon monoxide and reduction of nitrogen oxides, it functions to remove harmful components from the exhaust gas and to purify the exhaust gas. By the way, the exhaust gas is discharged about 60% of the total amount at the start of the engine, it is important to purify the exhaust gas at the beginning of the start, there is a problem that the catalyst is not sufficiently warmed up because the temperature of the exhaust gas is low at the start.

그러나 SUS 재는 고온 특성이 좋아 배기가스의 온도를 상승시켜 이러한 정화 성능을 신속히 활성화시키고 향상시키므로 배기가스 감소에 유리하며 배기가스 온도를 상승시켜 성능향상을 도모하고 연비 게인(gain)을 향상시키는 장점도 있다. 즉, SUS 일체형 배기 매니폴드는 차량의 경량화와 배기 특성을 유리하게 하는 장점이 있다. However, because SUS material has high temperature characteristics, it increases the temperature of exhaust gas to quickly activate and improve this purification performance, which is advantageous for reducing the exhaust gas, and increases the exhaust gas temperature to improve performance and improve fuel efficiency gain. have. That is, the SUS integrated exhaust manifold has the advantage of advantageously reducing the weight and exhaust characteristics of the vehicle.

그러나 이러한 SUS재는 경량화 및 고온강도 측면에서는 유리하나, 제작성능이 떨어지는 단점이 있다. However, the SUS material is advantageous in terms of light weight and high temperature strength, but has a disadvantage in that manufacturing performance is poor.

도 1 은 종래의 SUS 일체형 배기 매니폴드를 도시한 것으로, 굵은 선으로 표시된 부분이 용접 라인을 의미한다. SUS 일체형 배기 매니폴드(1)는 SUS재의 특성상 주물 특성이 나빠 프레스 및 용접 접합에 의해 형성될 수밖에 없는 데, 반구형의 통로를 가진 제1부재(1) 및 제2부재(2)가 용접 접합되고, 이를 통해 형성된 배기관 주위로 프레스 성형된 고정 브라켓(3)을 용접 접합하여 형성된다. 그러나 SUS재의 특성 상 프레스 상태에서 두께감소로 열응력 취약 부분이 발생하고, 용접에 취약하여 용접 부분에 핫 크랙(hot crack)이 발생하기 쉽다. 따라서 도 1 에 도시된 바와 같이 배기관 주위로 형성되는 고정부(3)와의 이음부분 및 제1부재(1)와 제2부재(2)의 이음부분에서 다수의 핫 크랙(hot crack)이 발생하여, 배기 매니폴드의 내구성이 취약한 단점이 있다. 특히 이러한 부분은 육안으로 관찰되는 부분이 아니므로 품질관리 측면에서 매우 불리하다. Figure 1 shows a conventional SUS integrated exhaust manifold, the portion indicated by the thick line means a welding line. The SUS integrated exhaust manifold 1 is inevitably formed by press and weld joining due to poor casting characteristics due to the characteristics of the SUS material, and the first member 1 and the second member 2 having a hemispherical passage are welded together. And, it is formed by welding the press-molded fixing bracket (3) around the exhaust pipe formed through this. However, due to the characteristics of the SUS material, the weak part of the thermal stress occurs due to the reduced thickness in the press state, and the hot crack is likely to occur in the welded part because it is vulnerable to welding. Therefore, as shown in FIG. 1, a plurality of hot cracks are generated at the joint part of the fixing part 3 formed around the exhaust pipe and at the joint part of the first member 1 and the second member 2. However, there is a disadvantage in that the durability of the exhaust manifold is weak. In particular, such a part is not observed with the naked eye, so it is very disadvantageous in terms of quality control.

이를 해결하기 위해 2겹의 SUS재를 이용하는 에어 갭 타입이나 용접 부분에 패치(patch)를 설치하는 방안이 사용되고 있는 원가를 상승시키는 단점을 가지고 있으며, 내구성 취약 부분 발견시 형상 변경을 통해 이를 해결하여 하는 데 배기매니폴드가 설치되는 차량 레이 아웃과 SUS 재의 제작 공정 특성을 고려할 때 형상 변경에 많은 제약이 있는 단점이 있다. To solve this problem, the air gap type using two layers of SUS materials or the method of installing a patch on the welded part has a disadvantage of increasing the cost. However, considering the characteristics of the manufacturing process of the SUS material and the vehicle layout in which the exhaust manifold is installed, there are many limitations in the shape change.

따라서 제약된 공간 내에서 내구성 개선이 유리하고 원가측면에서도 유리한 배기매니폴드의 개발이 절실한 실정이다. Therefore, there is an urgent need to develop an exhaust manifold that is advantageous in terms of durability and limited in cost.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 SUS재 사용으로 인한 배기 매니폴의 내구성 취약의 문제와 촉매 활성화 문제를 해결할 수 있도록 하는 최적화 더블 공법을 이용한 배기 매니폴드를 제공하는 데 있다. The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide an exhaust manifold using an optimized double method to solve the problem of weak durability of the exhaust manifold due to the use of SUS material and the catalyst activation problem To provide.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 최적화 더블 공법을 이용한 배기매니폴드는, 배기관과 상기 배기관 주변에 형성되는 고정부와, 상기 각 배기관이 연통되는 메인관이 주물로 일체 성형되어 형성되는 주물성형된 메인 배기매니폴드; 및 상기 메인 배기매니폴드의 전단으로 용접접합되며, 각각이 SUS재로 프레스 성형된 반 관형태의 제1단품 및 제2단품으로 이루어진 인너콘부로 구성된다. In order to achieve the above object, in the exhaust manifold using the optimized double method according to an embodiment of the present invention, the exhaust pipe and the fixing portion formed around the exhaust pipe, and the main pipe to which the respective exhaust pipes are integrally formed by casting Molded main exhaust manifold formed; And an inner cone portion which is welded to the front end of the main exhaust manifold, each of which consists of a first and a second piece of semi-tubular shape which are press-molded with SUS material.

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상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 이하 첨부한 도면들을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.Other objects and features of the present invention in addition to the above objects will become apparent from the following description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

도 2 는 본 발명의 실시예에 의한 최적화 더블 공법을 이용한 배기 매니폴드에 보여주는 도면이다 2 is a view showing an exhaust manifold using an optimized double method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 최적화 더블 공법을 이용한 배기 매니폴드는 주물 성형된 메인 배기매니폴드와 SUS재 인너콘부의 용접 접합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. Exhaust manifold using the optimized double method according to an embodiment of the present invention is characterized in that the main exhaust manifold formed by casting and welding of the SUS material inner cone portion.

주물성형된 메인 배기매니폴드는 통상의 배기 매니폴드에서 전단으로 형성되는 인너콘부를 제외한 형상으로, 실린더와 연통되는 배기관과 배기관 주위로 실린 더 블럭에 고정되는 고정부(12) 및 상기 배기관들이 연통되는 메인관(16)이 주물로서 일체로 형성된다. The cast-molded main exhaust manifold has a shape other than the inner cone portion formed at the front end in the normal exhaust manifold, and the fixed portion 12 fixed to the cylinder block around the exhaust pipe and the exhaust pipe communicating with the cylinder and the exhaust pipes communicate with each other. The main pipe 16 is formed integrally as a casting.

그리고 SUS재 인너콘부(20)는 반관 형상의 제1단품(22)과 제2단품(24)이 프레스 성형으로 형성되어 용접접합도어 관 형태로 제작되고, 상기 메인관(16)의 전단으로 주물성형된 메인 메니폴드(10)와 용접된다. SUS재 인너콘부(20)의 후단은 귀금속촉매가 설치되는 촉매부와 연통연결된다. 이러한 구성으로 인해 각 실린더를 통해 배출되는 배기가스는 배기관을 통해 메인관(16)으로 모이고 인너콘부(20)를 거쳐 촉매부로 유동한다. In addition, the SUS material inner cone part 20 is formed by press molding of the first single part 22 and the second single part 24 having a semi-tubular shape, and are manufactured in the form of a welded door tube, and the casting is performed at the front end of the main tube 16. It is welded with the molded main manifold 10. The rear end of the SUS material inner cone portion 20 is in communication with the catalyst portion is a precious metal catalyst is installed. Due to this configuration, the exhaust gas discharged through each cylinder is collected through the exhaust pipe into the main pipe 16 and flows through the inner cone portion 20 to the catalyst portion.

이와 같은 최적화 더블 공법을 이용한 배기 매니폴드는 주물 성형으로 인해 가지는 제작상의 장점과 SUS재의 배기매니폴드가 가지는 장점을 동시에 보유하게 한다. Exhaust manifolds using this optimized double construction method have the advantages of manufacturing due to casting molding and the advantages of exhaust manifold of SUS material.

주물성형된 메인 배기매니폴드(10)는 주철재(특히, 구상흑연주철계열)를 이용하여 일체가 주물로 제작되기 때문에 용접라인이 없어 내구성에 취약한 부분 즉, 내구 취약 부분을 발생하지 않으며, 형상 설계시 내구 문제가 발생하는 경우 그 부분에 리브 추가 등이 용이하여 이러한 문제를 손쉽게 해결할 수 있다. Since the cast-molded main exhaust manifold 10 is made of a cast iron using a cast iron material (particularly, a nodular cast iron series), there is no welding line, so it is not vulnerable to durability, that is, it does not generate a durable durability. If the durability problem occurs in the design, it is easy to add ribs to the part, so this problem can be easily solved.

본 발명에 의하면, 주물성형된 메인 배기매니폴드(10)는 배기관과 배기관을 통해 유동된 배기가스의 통로가 되는 메인관(16) 및 배기관 주위로 형성되는 고정부(12)가 주물로 일체로 형성되므로 용접라인의 발생을 방지할 수 있다. According to the present invention, the cast-molded main exhaust manifold 10 is integrally formed with a main pipe 16, which is a passage for the exhaust gas flowing through the exhaust pipe, and a fixing part 12 formed around the exhaust pipe, integrally as a casting. Since the formation of the welding line can be prevented.

한편, SUS재 인너콘부(20)는 주물성형된 메인 배기매니폴드(10)의 단부에 용접 접합되어 배기매니폴드를 구성하는 데, SUS재 인너콘부(20)는 SUS 재의 특성, 즉, 고온 특성이 좋아 배기가스의 온도를 상승시키고 이로 인해 성능향상 즉, 귀금속 촉매의 웜업 시간을 단축시킨다. On the other hand, the SUS material inner cone portion 20 is welded to the end of the cast-molded main exhaust manifold 10 to form an exhaust manifold, the SUS material inner cone portion 20 is a characteristic of the SUS material, that is, high temperature characteristics This increases the temperature of the exhaust gas, thereby improving performance, that is, shortening the warm-up time of the noble metal catalyst.

따라서 본발명은 주물 성형된 메인 배기매니폴드(10)와 SUS재 인너콘부(20)의 용접 접합으로 인해 배기매니폴드를 형성함으로 경량화를 목적을 부분적으로 달성하면서도 내구성 강화를 이룰 수 있을 뿐만 아니라 배기가스 온도를 상승시켜 배기가스 내 유해 물질의 감소 연비 게인 향상을 이룰 수 있게 되는 것이다. Therefore, the present invention forms the exhaust manifold due to the welding joint between the main exhaust manifold 10 and the SUS material inner cone portion 20, which is cast molded to achieve the purpose of light weight, but also to achieve durability and to exhaust the exhaust gas. By increasing the gas temperature it is possible to achieve a reduction in the fuel consumption of the harmful substances in the exhaust gas.

배기매니폴드는 차량 레이 아웃 특히 촉매 위치 변경에 따라 형상이 변경되므로 내구성 조건을 만족하는 설계가 매우 힘든 작업이다. 그러나 본 발명에 의하면 차종에 따라 촉매에 관계없이 메인관은 동일하므로 촉매 위치 변경에 영향없는 메인관은 주물성형하여 공용화시키는 것이 가능하고 차량에 따라 인너콘부만이 별도로 제작하여 연결하면된다. 즉, 본 발명에 따른 최적화 더블 공법을 이용한 배기매니폴드는 량에 따라 촉매위치가 변경되더라도 배기매니폴드에서 메인 배기매니폴드(10)의 공용이 가능하므로 개발비 및 제품비를 저감하고 내구신뢰성을 용이하게 확보가능하게 하는 것이다. Exhaust manifolds are very difficult to design to meet the durability requirements because the shape changes according to the vehicle layout, especially the catalyst position changes. However, according to the present invention, the main pipe is the same regardless of the catalyst depending on the vehicle type, so that the main pipe without affecting the change of the catalyst position can be molded and used in common, and only the inner cone part needs to be manufactured and connected separately according to the vehicle. That is, the exhaust manifold using the optimized double method according to the present invention can share the main exhaust manifold 10 in the exhaust manifold even if the catalyst position is changed according to the amount, thereby reducing development cost and product cost, and making durability easy. It is to be able to secure.

나아가, 촉매 전측으로 SUS재 인터콘부(20)가 위치하므로 배기가스의 온도를 높여 촉매활성화 효과를 가질수 있게 된다. Further, since the SUS intercon portion 20 is located in front of the catalyst, it is possible to increase the temperature of the exhaust gas to have a catalyst activation effect.

이상에서 설명된 본 발명은 특정된 바람직한 실시예를 참조하여 구체적으로 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상이나 범위를 벗어남이 다양한 변형이 가능할 것이다. 첨부된 청구항들은 전술한 실시예 뿐만 아니라 이러한 다양한 변형예들을 포함하기 위해 의 도된 것이다. 예컨대, SUS재 인너콘부는 촉매활성화 성능이 우수하고 다른 소재에 의해 제작될 수 있다. Although the present invention described above has been described in detail with reference to specific preferred embodiments, various modifications may be made by those skilled in the art to which the present invention pertains without departing from the spirit or scope of the present invention. . The appended claims are intended to cover these and various modifications as well as the embodiments described above. For example, the SUS material inner cone part is excellent in catalyst activation performance and can be manufactured by other materials.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 최적화 더블 공법을 이용한 배기매니폴드에 의하면, 단일 SUS재 배기매니폴드의 내구성 취약 문제를 해결하면서 SUS재 배기매니폴드가 가지는 촉매활성화 장점을 가지는 것이 가능하게 한다. As described above, according to the exhaust manifold using the optimized double method according to an embodiment of the present invention, it is possible to have a catalyst activation advantage of the SUS exhaust manifold while solving the problem of durability of the single SUS exhaust manifold. Let's do it.

Claims

A cast-formed main exhaust manifold in which an exhaust pipe and a fixed portion formed around the exhaust pipe and a main pipe communicating with each exhaust pipe are integrally formed with a casting; And

An exhaust manifold using an optimized double construction method, which is welded to the front end of the main exhaust manifold, each of which consists of an inner cone portion formed of a semi-tubular first unit and a second unit press-molded with SUS material.

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