KR100783515B1 - 배기 메니폴드의 용접구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플랜지의 관통홀 둘레를 따라 끼움홈을 형성하고, 상하부 아웃터 런너의 단부에는 각각 컷팅홈을 형성하여 인너 런너와 아웃터 런너를 플랜지의 각 끼움홈에 끼운 상태로, 상기 끼움홈과 컷팅홈을 따라 인너 런너와 아웃터 런너 및 플랜지를 한번에 외부 용접함으로써, 용접 스패터에 의한 촉매의 손상을 방지하고, 용접 공정수를 감소할 수 있도록 하는 배기 메니폴드의 용접구조를 제공한다.
배기 메니폴드, 용접구조, 컷팅홈, 인너 런너, 아웃터 런너

Description

배기 메니폴드의 용접구조{WELDING STRUCTURE OF EXHAUST MANIFOLD}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용접구조가 적용되는 배기 메니폴드의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 메니폴드의 용접전 구조를 도시한 부분 사시도이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기 메니폴드의 용접구조를 설명하기 위한 용접 전후의 용접부 단면도이다.
본 발명은 배기 메니폴드의 용접구조에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 인너 런너와 아웃터 런너를 플랜지에 용접 시, 용접 스패터에 의한 촉매의 손상을 방지하고, 용접 공정수를 감소할 수 있도록 하는 배기 메니폴드의 용접구조에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 배기 시스템은 차량의 엔진 룸 내 레이아웃과 배기 저감 요구정도를 고려하여 촉매 컨버터의 배치에 따라 촉매 컨버터가 배기 매니폴드의 각 런너로부터 가까이 연결되는 클로즈 커플드 캐털리스트(CLOSE-COUPLED CATALYST; CCC) 타입과, 촉매 컨버터가 배기 매니폴드와 비교적 멀리 떨어져 연결되어 배기 유동 균일화의 요구가 상대적으로 작은 언더 플로어 캐털리틱 컨버터(UNDER-FLOOR CATALYTIC CONVERTER; UCC)타입을 선택적으로 적용하게 된다.
이러한 배기 시스템에서, 상기 배기 메니폴드의 경우, 최근에는 차량의 연비 향상을 위하여 주물소재 대신에 스테인리스 스틸소재를 많이 사용하고 있다,
상기 스테인리스 스틸소재를 사용하면 배기 메니폴드의 중량을 약 40%정도 절감 할 수 있으며, 나아가 촉매 활성화 온도인 Light off Time을 절감하여 촉매 로딩(loading)량을 감소할 수 있어 고가의 소재를 적용함으로 인해 증가된 원가를 보충할 수 있다.
이러한 배기 메니폴드 중, 특히, 인너 런너와 아웃터 런너로 이루어져 그 사이에 에어 갭을 갖는 배기 메니폴드의 경우에는 인너 런너와 아웃터 런너를 각 기통별 플랜지에 반드시 용접으로 고정해야 하며, 인너 런너의 선단은 자유롭게 구성하여 열응력에 의한 크랙(Crack)을 방지할 수 있도록 하고 있다.
이러한 종래의 배기 메니폴드의 용접구조, 즉, 인너 런너와 아웃터 런너를 플랜지에 용접하는 용접구조는 일반적으로 3가지의 구조로 이루어진다.
첫 번째 용접구조는 인너 런너와 아웃터 런너를 한번에 플랜지에 용접한 구조이고, 두번째 용접구조는 인너 런너는 플랜지의 내측에 용접하고, 아웃터 런너를 인너 런너에 용접한 구조이며, 세 번째 용접구조는 인너 런너는 플랜지의 내측에 용접하고, 아웃터 런너는 플랜지의 외측에 용접한 구조이다.
그러나 첫 번째 용접구조는 인너 런너와 아웃터 런너를 동시에 용접함으로 비드(Bead)폭이 과다하게 증가하여 배기포트의 내부 단면적을 감소시키는데, 이는 엔진의 성능을 감소시키는 원인이 되며, 아울러 내면 용접시 발생하는 용접 스패터(Spatter)가 인너 런너 내부에 남아 있다가 운행 중에 떨어져 촉매 파손의 원인이 되는 문제점을 내포하고 있다.
그리고 두 번째 용접구조는 인너 런너의 용접 시, 그 용접 비드의 관리는 쉬우나, 여전히 용접 스패터로 인한 촉매 파손이 우려되며, 비교적 두께가 얇은 인너 런너에 아웃터 런너를 용접함으로 용접부의 부식과 함께 용접 맵핑(MAPPING)에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.
또한, 세 번째 구조는 인너 런너의 용접 시, 그 용접 스패터로 인한 문제와 함께, 플랜지에 아웃터 런너를 용접하는 과정에서 발생하는 백 비드(Back-bead)에 의해서 인너 런너에 응력(Stress)을 줄 수 있다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 배기 메니폴드의 용접구조에 의한 문제점 및 단점를 해소하기 위하여 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 플랜지의 관통홀 둘레를 따라 끼움홈을 형성하고, 상하부 아웃터 런너의 단부에는 각각 컷팅홈을 형성하여 인너 런너와 아웃터 런너를 플랜지의 각 끼움홈에 끼운 상태로, 상기 끼움홈과 컷팅홈을 따라 인너 런너와 아웃터 런너 및 플랜지를 한번에 외부 용접함으로써, 용접 스패터에 의한 촉매의 손상을 방지하고, 용접 공정수를 감소할 수 있도록 하는 배기 메니폴드의 용접구조를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배기 메니폴드의 용접구조는 인너 런너와, 인너 런너의 외측에 구성되는 상부 및 하부 아웃터 런너의 각 선단을 플랜지에 용접하기 위한 배기 메니폴드의 용접구조에 있어서,
상기 인너 런너의 배기포트와 연결되는 플랜지의 관통홀 둘레를 따라 일측면에 단차진 끼움홈을 형성하고, 상기 상부 및 하부 아웃터 런너의 각 선단에는 절개된 컷팅홈을 형성하며, 상기 인너 런너와 상부 및 하부 아웃터 런너의 각 선단을 상기 플랜지의 각 끼움홈에 끼운 상태로, 상기 끼움홈과 각 컷팅홈을 따라 인너 런너와 아웃터 런너 및 플랜지를 한번에 외부 용접하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 끼움홈은 그 단차진 폭이 상기 인너 런너와 아웃터 런너를 겹친 상태의 두께의 보다 크게 형성되는 것이 바람직하고, 상기 상부 및 하부 아웃터 런너 상의 컷팅홈은 상기 상부 및 하부 아웃터 런너가 플랜지의 끼움홈에 끼워진 상태에서, 플랜지의 단면 외측으로 여유홈이 더 형성되도록 끼움홈의 깊이보다 더 깊게 절개되어 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 인너 런너와 상부 및 하부 아웃터 런너 및 플랜지의 용접부는 상기 끼움홈의 내측으로부터 인너 런너와 플랜지의 용접이 이루어지는 제1용접부와, 상기 인너 런너와 아웃터 런너 및 플랜지가 동시에 용접이 이루어지는 제2용접부, 및 상기 인너 런너와 아웃터 런너의 용접이 이루어지는 제3용접부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 구성 및 작용을 첨부한 도면에 의거하여 보다 상 세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 용접구조가 적용되는 배기 메니폴드의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 메니폴드의 용접전 구조를 도시한 부분 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 용접구조가 적용되는 배기 메니폴드는, 도 1에서 도시한 바와 같이, 인너 런너(1)와, 이 인너 런너(1)의 외측에 구성되어 상호간에 에어갭(AG)을 형성하는 상부 및 하부 아웃터 런너(3,5), 그리고 상기 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5)의 각 선단에 용접되는 플랜지(7)로 구성된다.
이러한 구성의 배기 메니폴드에서, 상기 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5)의 각 선단에 플랜지(7)를 용접하기 위한 용접구조는 먼저, 상기 인너 런너(1)의 배기포트와 연결되는 플랜지(7)의 관통홀(9) 둘레를 따라 일측면에 단차진 끼움홈(11)을 형성한다.
그리고 상기 상부 및 하부 아웃터 런너(3,5)의 각 선단에는 내측으로 일정하게 절개된 컷팅홈(13)을 형성한다.
여기서, 상기 플랜지(7)에 형성되는 끼움홈(11)은 그 단차진 폭(d)이 상기 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5)를 겹친 상태의 두께(t)의 보다 더 크게 형성되는데, 이 폭(d)은 상기 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5)의 선단을 상기 플랜지(7)의 끼움홈(11)에 끼운 상태에서 상기 아웃터 런너(3,5)와 플랜지(7) 간에 약 2mm 이하의 간극이 형성되도록 구성하는 것이 바람직한데, 이는 용접시 용접 비드가 끼움홈(11)의 내부까지 형성되도록 하기 위함이다.
그리고 상기 상부 및 하부 아웃터 런너(3,5) 상의 컷팅홈(13)은 상기 상부 및 하부 아웃터 런너(3,5)가 각각 플랜지(7)의 끼움홈(11)에 끼워진 상태에서, 플랜지(7)의 단면 외측으로 여유홈(G)이 약 2mm 정도 더 형성되도록 끼움홈(11)의 깊이보다 더 깊게 절개되어 형성되는 것이 바람직하다.
이는 상기 인너 런너(1)와 상부 및 하부 아웃터 런너(3,5)의 선단을 플랜지(7)의 끼움홈(11)에 끼운 상태로, 그 여유홈(G)을 통하여 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5)를 용접할 수 있도록 하기 위함이다.
이와 같은 용접구조를 갖는 배기 메니폴드는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 먼저, 상기 인너 런너(1)와 상부 및 하부 아웃터 런너(3,5)의 각 선단을 상기 플랜지(7)의 각 끼움홈(11)에 끼운 상태로, 상기 끼움홈(11)과 각 컷팅홈(13)을 따라 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5) 및 플랜지(7)를 한번에 외부 용접을 통하여 용접하게 된다.
따라서, 상기한 바와 같은 배기 메니폴드의 용접구조에 의한 상기 인너 런너(1)와 상하부 아웃터 런너(3,5) 및 플랜지(7)의 용접부(W)는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 끼움홈(11)의 내측으로부터 인너 런너(1)와 플랜지(7)의 용접이 이루어지는 제1용접부(W1)를 형성한다.
그리고 제1용접부(W1)에 이웃하여 상기 상하부 아웃터 런너(3,5) 상의 여유홈(G)을 통하여 상기 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5) 및 플랜지(7)가 동시에 용접이 이루어지는 제2용접부(W2)를 형성하며, 마지막으로 상기 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5)의 용접이 이루어지는 제3용접부(W3)를 형성하여 한번의 전주용접으로 상기 인너 런너(1)와 아웃터 런너(3,5) 및 플랜지(7)의 용접을 이루게 된다.
이와 같은 본 실시예의 배기 메니폴드의 용접구조에 의하면, 종래 2번의 전주용접을 한번으로 줄여 용접공정을 축소하며, 이에 따른 지그의 운용을 감소할 수 있는 이점이 있다.
또한, 내부 용접을 배제하여 용접 스패터로 인한 촉매 손상 위험을 줄이며, 이로 인한 용접품질의 관리 측면에서도 유리한 이점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배기 메니폴드의 용접구조에 의하면, 플랜지의 관통홀 둘레를 따라 끼움홈을 형성하고, 상하부 아웃터 런너의 단부에는 각각 컷팅홈을 형성하여 인너 런너와 아웃터 런너를 플랜지의 각 끼움홈에 끼운 상태로, 상기 끼움홈과 컷팅홈을 따라 인너 런너와 아웃터 런너 및 플랜지를 한번의 외부 전주용접으로 용접함으로써, 용접 스패터에 의한 촉매의 손상을 미연에 방지하고, 종래 2번의 전주용접을 1번으로 줄여 용접 공정수를 감소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 인너 런너와 아웃터 런너를 동시에 용접하나 플랜지의 끼움홈에 끼운 상태로 용접이 이루어져 종래 용접 비드에 의해 배기포트의 내부 단면적을 감소시키는 등의 단점을 해소할 수 있으며, 인너 런너의 두께가 얇아도 아웃터 런너와 플랜지를 끼움홈 내에서 용접함으로 용접 맵핑(MAPPING)에 소요되는 시간의 불리함을 극복할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 인너 런너와, 인너 런너의 외측에 구성되는 상부 및 하부 아웃터 런너의 각 선단을 플랜지에 용접하기 위한 배기 메니폴드의 용접구조에 있어서,
    상기 인너 런너의 배기포트와 연결되는 플랜지의 관통홀 둘레를 따라 일측면에 단차진 끼움홈을 형성하고, 상기 상부 및 하부 아웃터 런너의 각 선단에는 절개된 컷팅홈을 형성하며, 상기 인너 런너와 상부 및 하부 아웃터 런너의 각 선단을 상기 플랜지의 각 끼움홈에 끼운 상태로, 상기 끼움홈과 각 컷팅홈을 따라 인너 런너와 아웃터 런너 및 플랜지를 한번에 외부 용접하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 메니폴드의 용접구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 끼움홈은 그 단차진 폭이 상기 인너 런너와 아웃터 런너를 겹친 상태의 두께의 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 메니폴드의 용접구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 아웃터 런너 상의 컷팅홈은 상기 상부 및 하부 아웃터 런너가 플랜지의 끼움홈에 끼워진 상태에서, 플랜지의 단면 외측으로 여유홈이 더 형성되도록 끼움홈의 깊이보다 더 깊게 절개되어 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 메니폴드의 용접구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 인너 런너와 상부 및 하부 아웃터 런너 및 플랜지의 용접부는 상기 끼움홈의 내측으로부터 인너 런너와 플랜지의 용접이 이루어지는 제1용접부와, 상기 인너 런너와 아웃터 런너 및 플랜지가 동시에 용접이 이루어지는 제2용접부, 및 상기 인너 런너와 아웃터 런너의 용접이 이루어지는 제3용접부로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 메니폴드의 용접구조.
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