본 발명은 효과적인 감쇠를 가능하게 하고, 또한 저비용으로 구현될 수 있으며, 중량이 작은 배기 시스템용 브라켓을 제공하는 목적을 기초로 하고 있다.
본 발명에 따르면, 전술한 목적은 청구항 1의 특징부에 의해 만족된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항에 설명되어 있다.
본 발명에 따르면, 전술한 요건을 만족시키는 배기 시스템용 브라켓은 배기 시스템이 배기 시스템용 브라켓에 의해 모터 및/또는 기어박스에 장착되고, 상기 브라켓은 적어도 2개의 밴드형 탄성 플레이트를 갖춘 플레이트 홀더 형태의 지지 요소를 구비하며, 이들 탄성 플레이트는 적층체(stack)를 형성하도록 서로 중첩되고, 탄성 플레이트 길이의 적어도 일부에서 서로에 대해 상대 이동할 수 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 개념에 있어서의 "플레이트"는 길이가 폭보다 상당히 크고, 그 두께는 폭보다 상당히 작은 평탄한 형상을 의미하는 것이다.
플레이트의 적층 방향으로 진동-유도 편향이 발생하는 경우에, 그러한 편향 시에 (겹쳐진 플레이트 구조로 인하여) 서로에 대해 상대 이동하는 플레이트의 표면 사이의 마찰에 의해 진동에 대한 감쇠가 얻어진다. 이러한 방식으로, 배기 시스템의 진동은 줄어들 것이다. 그 구조에 기인하여, 이러한 타입의 지지 요소는 한편으로 진동에 대한 충분한 감쇠를 달성하기 위하여 충분히 강할 수 있고, 다른 한편으로 강도와 관련한 열기계적 요건을 구현하도록 충분한 유연성을 가질 수 있다.
전체 높이가 동일한 단단한(solid) 구조의 브라켓에 비교하면, 본 발명에 따른 플레이트 구조를 갖는 브라켓만이 연결 구조에 대한 배기 시스템의 열적 신장을 멈출 수 있다. 단단한 브라켓은 본 발명에 따른 플레이트 홀더에 대하여 보다 큰 강성을 갖고, 배기 시스템의 열적 신장을 방해한다. 이것이 단단한 브라켓에 높은 응력이 발생하는 이유이며, 그 결과 일정한 열 충격 응력에 기인하여 브라켓의 파열을 초래할 수 있다.
지지 요소에서 플레이트의 수를 증가시킴으로써, 임의의 편향 중에 서로 문질러지는 표면의 수를 유리하게 증가시킬 수 있다. 변위 중에 서로 문질러지는 인접 표면의 수를 증가시키면 감쇠 효과가 향상되는 반면, 그러한 표면의 수를 감소시키면 감쇠 효과가 저하될 수 있다. 동일한 사항이 플레이트의 상호 접촉면의 확대에도 적용된다. 본 발명에 따르면, 지지 요소에 있어서 적어도 2개의 플레이트가 적층된다. 3개 내지 5개의 플레이트가 제공되는 것이 바람직하다.
지지 요소의 감쇠 작용은 편향 중에 서로 문질러지는 플레이트의 표면 조건에 의해 유리하게 영향을 받을 수 있다. 평활한(smooth) 마찰면은 비교적 마찰이 작기 때문에 상응하게 낮은 진동 감쇠 효과를 초래하는 반면에, 거친(rough) 마찰면은 진동 감쇠 효과를 개선할 것이다. 또한, 마찰을 증가시키는 선형 융기부와 같은 구조물(structure)을 마찰면 상에 제공하는 것이 유리할 수 있다. 지지 요소의 플레이트가 소정 기하형상을 갖는 경우에, 상호 맞닿는 플레이트 표면의 마찰 효과는 원하는 바에 따라 상응하게 변경될 수 있다.
지지 요소의 플레이트의 기하형상을 변경함으로써, 지지 요소의 강성을 유리하게 변경할 수 있다. 플레이트의 두께를 확대하면, 플레이트의 기하형상을 달리 변경하지 않고도 강성을 증가시킬 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다. 마찬가지로, 플레이트의 길이를 감소시키면, 플레이트의 기하형상을 달리 변경하지 않고도 강성을 증가시킬 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다. 동일한 사항이 플레이트에 의해 형성되는 지지 요소의 전체 두께(높이)와, 지지 요소의 길이에도 적용된다.
개별 플레이트의 윤곽 구조에 의해 지지 요소의 강성 및 감쇠 작용에 영향을 끼칠 수도 있다. 이는, 예컨대 U형-윤곽 또는 T형-윤곽에 의해 또는 뻣뻣한 주름(stiffening corrugations)에 의해 실행될 수 있다. 윤곽은 연속적으로 제공될 수도 있고, 부분적으로 제공될 수도 있다.
지지 요소의 길이의 변경은 배기 시스템으로부터의 열적 응력과 관련한 내구 수명에 또한 영향을 끼친다. 열적 신장과 관련하여, 이들 열적 신장은 지지 요소의 높이가 변경될 때에 다양한 효과를 나타낼 것이다. 이와 관련하여, 지지 요소의 높이와 길이는 상기 측면을 고려하여 적절하게 선택되어야 한다.
적절한 방법에 의해 다양한 방향으로 감쇠 작용에 유리한 영향을 끼칠 수 있도록 본 발명에 따른 지지 요소에 의해 배기 시스템을 모터 및/또는 기어박스에 장착하는 것이 가능하다. 방향에 대한 감쇠 효과의 이러한 신뢰는 적절한 구조적 형상의 지지 요소를 부가한 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 추가로 달성될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 지지 요소는 종단면도로 보았을 때 각진 구조(angular structure)를 가질 수 있다. 여기서, 각진 구조는 오프셋 스텝 형태의 이중 절곡된 각진 구조인 것이 특히 바람직하다. 본 발명의 개념에 있어서 "오프셋 스텝(Offset step)"은, 종단면도로 보았을 때 구조의 일단부가 구조의 타단부에 접하는 연장부에 위치되지 않는 구조를 의미하는 것이다.
방향에 대한 감쇠 효과의 신뢰성에 영향을 끼치는 다른 바람직한 실시예에 따르면, 지지 요소는 종단면도로 보았을 때 이중 오프셋 스텝 형태의 4중 절곡된 각진 구조를 갖고, 이들 오프셋 스텝은 서로에 대해 거울 대칭으로 배치되어 있다. 이러한 타입의 소정 구조는 특히 오프셋을 제공하지 않도록 지시되는데, 즉 종방향으로 보았을 때 구조체의 일단은 구조의 타단에 대한 접선의 연장부에 놓인다.
지지 요소는 또한 나선형 구조를 가질 수도 있다. 이로써, 지지 요소의 비틀림(회전력)에 대한 강성을 상당히 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 지지 구조에 있어서, 플레이트는 오스테나이트계 또는 페라이트계 재료로 이루어질 수 있다. 기계적 및 열기계적 내구성에 대한 요구를 만족시키는 비철 금속 재료(예컨대, 탄소 섬유, 플라스틱, 알루미늄 등)를 채용할 수도 있다. 마찬가지로, 플레이트를 스프링 강으로 제조하는 것도 가능하다. 플레이트 또는 지지 요소의 기하형상이 일정한 경우에, 적절한 재료의 선택은 특히 강성, 감쇠 효과, 그리고 열 저항에 의존한다. 이러한 목적을 위하여, 플레이트들은 특히 동일한 재료로 제조될 수도 있고, 상이한 재료로 제조될 수도 있다. 플레이트들은 상이한 두께를 가질 수도 있다.
플레이트들은 플레이트 길이의 적어도 일부에서 서로에 대해 상대 이동할 수 있도록 나사 결합, 용접, 또는 형상 끼워맞춤 및/또는 압력 끼워맞춤 접속부에 의해 서로 결합될 수 있는 것이 바람직하다. 후자의 경우에, 플레이트 적층체 중의 하나의 외부 플레이트가 적어도 하나의 전단 및/또는 종방향 측부에서 지지 요소의 플레이트들을 클램핑하도록 플랜지가 형성되어 있는 특히 간단한 실시예가 바람직하다. 이로써, 강성과 관련한 비대칭 특성을 달성하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 지지 요소는 예컨대 용접에 의해 배기 시스템 및/또는 모터 하우징 또는 기어박스 하우징에 직접적으로 장착될 수 있다. 본 발명에 따른 지지 요소를 콘솔에 의해 배기 시스템에 장착하는 것도 가능하다. 본 발명에 따른 지지 요소를 모터측 또는 기어박스측에 마련된 브라켓에 의해 모터 또는 기어박스에 장착할 수 있다. 후자의 경우에, 모터측 또는 기어박스측에 마련되는, 콘솔 또는 전술한 브라켓에 대하여 지지 요소를 체결하는 것은 나사 결합에 의해 실시될 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 지지 요소로 인하여, 감쇠 특징이 공간적으로 상이한 방향으로 상이하게 되는 유리한 방식으로 감쇠 특징을 확실하게 설계할 수 있다. 감쇠 대상 진동수의 범위에 걸쳐 감쇠가 일어날 수 있으며, 특히 플레이트의 수와, 지지 요소가 편향될 때에 서로 문질러지는 플레이트 표면에 포함되는 마찰면과, 이들 표면의 조건에 의해 감쇠 인자에 영향을 끼칠 수도 있다. 강성은 특히 재료 선택, 플레이트의 수 및 플레이트의 기하형상에 의해 영향을 받을 수 있다. 이와 관련하여, 감쇠 및 강성과 관련한 사용자의 요구에 적합하게 한 특정 구조도 또한 가능하다. 지지 요소의 열기계적 내구 수명은 유연한 플레이트 구조에 의해 보장된다.
배기 시스템용의 종래의 서스펜션 시스템과 비교하여, 배기 시스템을 장착하기 위한 본 발명의 시스템은 합리적인 가격으로 제조되는데, 그 이유는 열화되기 쉬워서 필요에 따라 보호되어야 하는 엘라스토머 요소의 필요성이 없고, 진동 중화 요소 또는 흡수 요소와 같은 추가의 감쇠 시스템을 제공할 필요가 없기 때문이다.
또한, 작은 설치 공간으로 배기 시스템을 모터 및 기어박스에 각각 장착하는 데에 충분하므로, 구조가 컴팩트하게 된다. 배기 시스템용 브라켓은 보수가 필요할 때에 간단하게 교환될 수 있다. 기존의 시스템에 대한 접속도 용이하게 할 수 있다. 가스 운반 시스템이 손상되지 않는다는 이점이 존재하는데, 그렇지 않으면, 진동 흡수 요소가 채용되는 경우에 기밀성, 열 절연성 및 내구 수명과 관련한 문제점이 초래될 수 있다.
이것이, 진동 흡수 요소가 사용될 때에 기계적 내구 수명을 보장하기 위한 추가의 지지 요소가 필요한 이유이다. 이상적인 경우에, 본 발명에 따른 플레이트 홀더가 진동 흡수 요소를 대체할 수 있고, 그에 따라 비용을 절감할 수 있다.
또한, 중량 절감과 관련해서도, 본 발명에 따른 지지 요소는 진동 중화 요소를 갖춘 종래의 브라켓에 비하여 우수한데, 예를 들어 종래의 진동 중화 요소의 질량이 약 1 kg이라고 가정하면, 본 발명에 따른 필적할만한 지지 요소는 배기 시스템의 측부에 있는 콘솔을 포함해서 단지 약 250g이다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따라 구성되고 배기 시스템에 마련되어 있는 브라켓의 개략도를 도시하고 있다.
연소기관은 배기 매니폴드(도시 생략)로부터 상류 파이프(3)의 배기 매니폴드 어댑터(4)를 매개로 연소 가스가 공급되는 배기 시스템(2)을 구비하고, 이 배기 시스템은 본 발명에 따른 플레이트 홀더 형태의 지지 요소(1)에 의해 기어박스 하우징(5)에 체결되어 있다. 기어박스 하우징(5)은 엔진 블록 장착부(6)를 통해 엔진 블록과 연결되어 있다. 배기 시스템의 측부에서, 지지 요소(1)는 콘솔(8)에 의해 배기 시스템, 즉 촉매 컨버터의 입구 깔때기 부분(funnel)에 체결되어 있다. 지지 요소(1)와 콘솔(8)은 용접에 의해 연결되어 있다. 기어박스의 측부에서, 본 발명에 따른 지지 요소(1)는 브라켓(7)에 의해 기어박스 하우징(5)에 장착되어 있다. 지지 요소(1)를 브라켓(7)에 장착하는 것은 나사식 결합부(9)에 의해 실시된다. 지지 요소(1)는 3개의 밴드형 탄성 플레이트로 이루어지고, 이들 탄성 플레이트는 상호 적층되어 있다. 종단면도로 보았을 때, 지지 요소(1)는 오프셋 스텝(offset step) 형태의 이중 절곡된(twofold) 각진 구조를 갖는다.
도 2는 플레이트 홀더 형태의 지지 요소(1)의 다른 실시예를 더 상세하게 도시하고 있다. 도 2의 상측 도면, 즉 종단면도로 보았을 때, 지지 요소(1)는 3개의 개별적인 플레이트(10, 11, 12)로 이루어져 있다. 하나의 플레이트는 소정 두께 a를 갖고, 지지 요소의 높이 h는 3개의 개별 플레이트의 두께를 더한 것이다. 도 2의 하측 도면은 적층된 개별 플레이트(10, 11, 12)로 조립된 지지 요소(1)의 평면도를 도시하고 있다. 지지 요소는 길이 l과 폭 b를 갖는다. 도면 부호 13은 모터 또는 기어박스 하우징에 연결되는 지지 요소의 한쪽 종단부 근처의 소정 지점을 나타내고, 도면 부호 14는 배기 시스템에 연결되는 지지 요소의 다른쪽 종단부 근처의 소정 지점을 나타낸다.
도 3은 지지 요소(1)의 각진 구조적 형상을 예시하기 위한, 본 발명에 따른 지지 요소의 다른 유리한 실시예를 도시하고 있다. 종단면도로 도시되어 있는 상기 실시예에 있어서, 2개의 플레이트(15, 16)로 구성된 지지 요소(1)는 이중 오프셋 스텝 형태의 4중 절곡된(fourfold) 각진 구조를 갖고, 이들 오프셋 스텝은 서로에 대해 거울 대칭(mirror-inverted)으로 배치되어 있다. 이 구조는 코너(17, 18, 19, 20)에서 소정 각도를 이루고 있다. 지지 요소의 단부는 오프셋이 없는 것으로 도시되어 있는데, 즉 구조체의 양단은 동일 평면으로 있다.
도 4는 본 발명에 따른 지지 요소(1)의 다른 유리한 실시예를 도시하고 있으며, 여기서 개별 플레이트(21, 22, 23)는 플랜지형 접속부에 의해 서로 결합되어 있다. 이러한 구조에 있어서, 플레이트(21, 22)는, 지지 요소(1)의 적층체의 외부 플레이트인 플레이트(23)에 의해 전단부에서, 적절하게는 종방향 양측부에서 클램핑되어 있다.
도 5(상측 도면)는 플레이트의 상호 결합을 위한 결합점들을 개략적으로 단지 예시하기 위한, 본 발명에 따른 지지 요소의 평면도를 도시하고 있다. 따라서, 예컨대 두 종방향 측부 각각에 있는 3개의 결합점에서 플레이트들을 접합하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 두 종방향 측부 각각에 있는 2개의 결합점에서 플레이트들을 접합하는 것도 가능하다. 마찬가지로, 두 종방향 측부의 각각에 있는 단지 하나의 결합점에서 플레이트들을 접합하는 것도 가능하며, 이 경우 결합점은 바람직하게는 중앙에 마련되어 있다. 플레이트들의 전단부에서, 이들 플레이트는 하나의 유일한 결합점, 예컨대 중앙, 우측 또는 좌측의 결합점에 의해 서로 장착될 수도 있다. 또한, 각각의 경우에 플레이트들을 2개의 결합점에 의해 그들의 전단부에서 서로 결합하는 것도 가능하다.
도 5의 하측 도면은 본 발명에 따른 지지 요소의 실시예의 종단면도를 도시하고, 여기서 플레이트들은 각 단부에 있는 2개의 결합점에 의해 종방향 측부에서 서로 결합되어 있다. 임의의 형상 끼워맞춤 및 압력 끼워맞춤 접속부가 허용될 수 있다(예컨대, 스폿 용접, 용접, 리벳 결합, 나사 결합, 브레이징, 아교 결합, 자석 결합).
도 6은 전술한 구조를 갖는 지지 요소(1)가 개략적으로 도시된 자동차(K)에 설치된 상태를 도시하고 있다. 배기 시스템(2)용 브라켓의 구조를 제외하면, 상기 자동차는 자체로 공지되어 있는 방식으로 구성되고, 관련 라디에이터(WK)를 갖춘 전방의 모터(M)와 기어 박스(G)를 구비한다. 배기 시스템(2)은 예컨대 배기 매니폴드(AK), 상류 파이프(3), 촉매 컨버터(Ka), 중간 배기 소음기(MS), 그리고 꼬리 파이프를 갖는 최종 배기 소음기(ES)를 구비하며, 상기 촉매 컨버터(Ka)는 중간 배기 소음기(MS)와 연결되어 있고, 이 중간 배기 소음기는 배기 파이프(AR)를 통하여 최종 배기 소음기(ES)에 연결되어 있다. 이와 관련하여, 도 6에 따른 자동차(K)는 널리 공지된 종래 기술에 해당하므로, 추가의 설명은 생략하기로 한다.
특히, 전술한 구조를 갖는 지지 요소(1)는 배기 시스템(2)을 지지하는 역할을 하며, 상기 지지 요소에 의해 촉매 컨버터(Ka)가 기어박스 하우징(5)에 탄성적으로 장착되어 있다.