KR100874799B1 - 내부 열 실드가 구비된 머플러 - Google Patents

Abstract

배기 머플러는 금속재로 형성된 상부 및 하부 외부 셸을 포함한다. 열실드는 머플러에서 상부 외부 셸에 인접하게 배치된다. 열실드는 상부 외부 셸의 오목내면으로 네스트하도록 구성된 고밀도 섬유 절연패드로 형성된다.

머플러, 배기, 열실드, 외주 플랜지, 셸, 고밀도 섬유

Description

내부 열 실드가 구비된 머플러{MUFFLER WITH INTERNAL HEAT SHIELD}

도 1은 본 발명에 따른 머플러의 전개사시도.

도 2는 조립된 머플러의 사시도.

도 3은 머플러의 평면도.

도 4는 도 3의 4-4선 단면도.

도 5는 도3의 5-5선 단면도.

[부호의 설명]

10 : 머플러

12 : 상부 외부 셸

14 : 하부 외부 셸

15 : 내부 플레이트

16 : 외주 플랜지

18 : 챔버

20 : 오목내면

22 : 볼록외면

24 : 입구채널

25 : 출구채널

26 : 외주 플랜지

28 : 챔버

30 : 오목내면

32 : 볼록외면

34 : 입구채널

35 : 출구채널

36 : 외주부

38 : 루버

44 : 입구채널

45 : 출구채널

50 : 열실드

52 : 패킹

본 발명은 열실드(heat-shield) 차량배기 머플러에 관한 것이다.

자동자의 엔진에서 일어나는 연소는 상당량의 가열된 유독가스와 상당량의 소음을 생기게 한다. 그 결과, 모든 자동차는 엔진으로부터 가열배기가스가 안전하게 방출될 수 있는 자동차 상의 위치로 배기가스를 운반하는 배기시스템을 포함한다. 그리고, 배기시스템은 배기가스내의 어떤 유독 화합물을 독성이 더 적은 유독가스로 전환하는 성분들을 포함한다. 배기시스템의 구성부분들은 또한 엔진에서 연소공정에 의해 생성된 흐르면서 빠르게 팽창하는 가스와 관련이 있는 소음을 감소시키는 기능을 한다.

전형적인 배기시스템은 자동차의 앞쪽 근처 엔진 구획에서부터 배기가스가 안전하게 방출될 수 있는 자동차의 후방에 또는 그 근처 위치로 확장 설치된다. 상기한 배기시스템은 다수의 파이프, 촉매 컨버터 및 적어도 하나의 머플러를 포함하여 이루어진다. 이들 여러 가지의 자동차 구성부분들은 다른 필요한 자동차 구성부분들과 함께 자동차의 아래쪽에 있는 공간에 자리를 차지해야 한다. 머플러는 전형적으로 배기시스템 중 가장 큰 구성요소이고 따라서 자동차에 위치하기가 가장 어렵다. 스탬프 형성 기술은 배기시스템 설계자들이 자동차의 아래쪽 공간에 위치를 잡을 수 있는 적절하게 구성된 머플러를 자유롭게 선택할 수 있게 한다.

전체 배기시스템은 배기가스를 발생하는 연소공정중에 발생된 고온으로 인하여 짧은 작동기간 후 매우 뜨겁게 된다. 자동차 하부의 제한된 공간에 꼭 맞는 배기시스템 설계의 실재는 승객칸, 짐칸 또는 자동차의 다른 열 민감성 구성요소나 구성부분에 가깝게 배기시스템의 구성요소들을 위치시킨다. 그 결과, 대부분의 배기시스템은 머플러 근처에 열실드(heat shield)를 포함하는 적어도 하나의 열실드를 포함한다.

전형적인 머플러용 열실드는 머플러 형상에 맞게 스탬프되거나 형성된 얇은 금속 시트이다. 열실드는 머플러에 열실드를 부착하기 위한 작은 영역을 제공하는 다리 또는 다른 구조가 형성된다. 그러나, 전형적인 열실드의 주요 부분은 가열된 머플러로부터 자동차의 민감한 영역을 절연하는 공기 갭을 제공하기 위해 머플러의 외부 셸(shell)과 떨어져 있다. 열실드는 전형적으로 용접에 의해 머플러에 고정된다. 그렇지만, 스트랩, 리벳 또는 접친 이음매 등의 다른 부착수단이 종래에 적용되었다.

열실드(heat shields)는 그들의 본래의 열 차폐 기능을 적절히 실행하기 위해 설계될 수 있다. 그렇지만, 금속제 열실드는 배기시스템의 비용과 무게가 추가된다. 이점에 있어서, 자동차 제조자들은 자동차의 연료 효율을 향상시키고 자동차의 다른 구성성분을 위한 유용한 공간을 최대화하기 위해 그들 제품들의 크기와 무게를 줄이기 위해 공급자들에게 상당한 압력을 가한다. 게다가, 자동차 산업은 매우 경쟁적이고 자동차 산업의 부품공급자들은 항상 비용절감을 추구하고 있다. 비록 작은 비용 감소도 상당한 상업적 이익을 가져올 수 있다.

종래의 가열 실드는 또한 잠재적인 수선 문제를 일으킨다. 특히, 열실드 부분은 열 차폐기능을 실행하기 위해 머플러와 떨어져 있어야 한다. 그 결과로서, 열실드는 머플러의 인접 영역보다 더 차갑다. 열실드와 머플러 사이의 온도차이는 차별적 열팽창(differential thermal expansion)을 일으키게 한다. 그러므로 머플러가 그 가열 및 냉각 사이클을 함에 따라 열실드와 머플러 사이의 용접물 또는 다른 부착물들이 상당하고 반복된 힘을 받는다. 게다가, 전체 배기시스템은 사용중에 상당한 진동을 받는다. 따라서, 열실드와 머플러 사이의 용접 부착이 실패로 된다. 실패된 연결은 열실드가 머플러의 외부에 대해 그리고/또는 자동차의 다른 가까운 부분에 대해 진동하도록 한다. 그러한 진동은 매우 불유쾌한 소음을 일으킨다. 열실드와 머플러 사이의 접힌 연결은 머플러와 열실드 사이의 장기간 연결에 반대의 영향없이 차별적 열팽창 중에 일부 모션을 조정하도록 설계될 수 있다. 그렇지만, 접힘 또는 그러한 다른 기계적 연결은 또한 사용중에 진동을 받고 따라서 불유쾌한 소음을 발생시킨다.

배기시스템의 머플러는 배기파이프에 연결되는 적어도 하나의 입구와 테일 파이프에 연결된 적어도 하나의 출구가 구비되어 있는 외부 셸을 포함한다. 머플러의 내부는 흐름 배기가스와 관련있는 소음을 감소시키는 형태로 배기가스의 팽창을 조절할 수 있게 설계된 튜브 및/또는 배플의 배열을 포함한다. 일부 머플러들은 머플러에서 횡단 배플에 의해 지지되는 통상의 관형 파이프를 포함한다. 배플은 머플러 내의 챔버를 한정하고 파이프는 한 챔버에서 다른 챔버로 커뮤니케이션을 제공하도록 배치된다. 다른 머플러는 머플러 내에 배기가스 채널과 배플을 한정하기 위해 내부플레이트를 형성한 스탬프를 포함한다. 몇몇 머플러 내의 몇몇 챔버는 유리섬유(fiberglass) 또는 이-글래스(E-glass) 같은 섬유들의 느슨한 배열로 채워져 있다. 섬유들의 배열이 챔버를 채우고 있지만, 배기가스가 챔버내에서 팽창되도록 하고 섬유의 배열을 통해 흐르도록 충분히 느슨하게 배열되어 있다. 섬유들의 배열은 머플러의 내부 튜브와 챔버의 소음감소기능에 기여한다.

본 발명의 목적은, 외부 장착 금속 열실드와 관련된 종래의 문제점이 없이 효과적인 열 차단을 달성하는, 내부 열 실드가 구비된 머플러를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 외부에 배치된 금속 부재와 관련된 비용, 크기 및 무게의 불리함이 없는, 내부 열 실드가 구비된 머플러를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 진동관련 소음을 일으키지 않는 머플러용 열 실드 배열을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 내면과 외면을 가지는 외부 셸이 있는 배기 머플러에 관한 것이다. 머플러는 셸의 내면을 커버하기 위해 배치된 단일층의 고밀도 섬유 절연패드에서 형성된 열실드를 포함한다. 절연패드는 연속(continuous) 또는 불연속(non-continuous) 유리섬유, 세라믹섬유 또는 열절연특성을 나타내는 임의의 다른 타입의 섬유로 만들어질 수 있다. 절연패드는 머플러의 외부 셸의 내면에 의해 한정된 형상의 일부와 실질적으로 일치되게 형성될 수 있다. 다른 실시형태에서, 절연패드는 본래대로 형성될 수 있다.

절연패드는 박층의 금속 포일로 적층될 수 있다. 금속 포일은 바람직하게는 머플러 내의 환경에 노출되어 견디는 재질로 형성된다. 포일은 머플러의 외부 셸에 면하는 절연패드 쪽에 또는 머플러 내에 면하는 쪽에 배치된다.

머플러는 유리섬유 또는 이글래스의 배열 같은 소음 절연 패킹의 배열을 포함한다. 유리섬유 또는 이글래스 패킹은 알려진 소음 절연 기능을 실행한다. 그렇지만, 소음 절연 기능을 행하는 유리섬유 또는 이글래스 패킹의 밀도는 패킹이 분명한 열 절연기능을 수행하는 것을 방지한다. 그러므로, 소음 절연 유리섬유 또는 이글래스 패킹은 기능적이고 구조적으로 열 차단 절연 패트와 분리된다. 게다가 패킹은 열차단 절연패드를 제위치에 유지하는 기능을 한다.

머플러는 적어도 부분적으로 스탬프 형성 구성요소로 제조된다. 특히, 머플러는 외주플랜지 및 이 외주 플랜지로부터 연장되는 적어도 하나의 챔버를 가지는 상부 및 하부 외부 셸을 포함한다. 상기 상부 및 하부 외부 셸의 외주 플랜지는 서로 일치하게 치수화되고 구성된다. 상기 상부 외부 셸은 자동차의 아래쪽에 선택된 공간에 가깝게 배치된 외부 셸이 된다. 열실드 고밀도 섬유 절연 패드는 상기 상부 외부 셸의 내면에 가깝게 배치되고, 머플러에 의해 발생된 열로부터 자동차의 인접 영역을 차단하는 기능을 한다.

머플러는 또한 채널 및/또는 애퍼처의 배열로 형성된 적어도 하나의 내부 플레이트를 포함한다. 채널 및/또는 애퍼처는 머플러를 통해 배기가스를 가이드하는 작용을 한다. 소음 절연 이글래스 패킹은 머플러의 내부 플레이트와 고밀도 섬유 절연패드의 열실드층 사이에 배치된다.

열실드 고밀도 섬유 절연패드는 머플러 외부에 장착된 통상의 금속성 열실드보다 훨씬 덜 비싸다. 고밀도 섬유 절연패드 무게는 머플러 외부에 배치된 통상의 금속성 열실드보다 훨씬 덜 무겁다. 또한, 내부에 배치된 고밀도 섬유 절연패드는 차별적 열팽창 및 이 차별적 열팽창에 기인하는 연결점의 실패의 경우에 진동관련 소음과 관련이 있는 전술한 문제점을 일으키지 않는다.

본 발명에 따른 머플러는 도 1과 2에서 도면부호 10으로 표시된다. 머플러(10)는 상부 및 하부 외부 셸(12, 14)과 금속재로 스탬프되거나 또는 형성된 내부 플레이트(15)를 포함한다. 상기한 상부 외부 셸(12)은, 평면 외주 플랜지(16)와, 상기한 외주 플랜지(16)에 의해 한정된 평면 밖 상방으로 연장되는 챔버(18)를 포함한다. 상기한 상부 외부 셸(12)은 일반적으로 오목내면(20)과 볼록외면(22)을 포함한다. 게다가, 상기한 상부 외부 셸(12)은 챔버(18)의 오목내면(20)과 연통하는 외주플랜지(16)로부터 연장되는 입구채널(24)과 출구채널(25)을 포함한다.

상기한 하부 외부 셸(14)은 평면 외주 플랜지(26) 및 상기한 외주 플랜지(26)에 의해 한정된 평면 밖 하방으로 연장되는 챔버(28)를 포함한다. 상기한 챔버(28)는 오목내면(30)과 볼록외면(32)을 한정한다. 상기한 하부 외부 셸(14)은 챔버(28)에 의해 한정된 오목내면(30)에 커뮤니케이션을 제공하는 입구채널(34)과 출구채널(35)이 형성되는 것에 특징이 있다.

상기한 상부 및 하부 외부 셸(12, 14)은 그 외주 플랜지(16, 26)가 서로 잘 맞추어질 수 있도록 구성된다. 게다가, 입구채널(24, 34) 및 출구채널(25, 35)은 외주 플랜지(16, 26)가 잘 맞추어 졌을 때 서로 잘 맞추어 진다. 그러므로, 잘 맞추어진 입구채널(24, 34)은 머플러(10)의 내부에 배기가스 커뮤니케이션을 제공하기 위한 배기 파이프(미도시)에 고정될 수 있다. 같은 형태로, 잘 맞추어진 출구채널(25, 35)은 머플러(10)의 내부로부터 배기가스 커뮤니케이션을 제공하기 위한 테일 파이프(tail pipe)(미도시)에 고정될 수 있다. 상부 및 하부 외부 셸(12, 14)의 구성은 임의의 형태를 취할 수 있는 것으로, 도면에 도시된 직사각형 형태로 제한되는 것은 아니다.

내부 플레이트(15)는 상부 및 하부 외부 셸(12, 14)의 외주 플랜지(16, 26)와 일치되게 맞추어 지도록 치수화되고 배치된 외주부(36)를 포함한다. 내부플레이트(15)의 일부는 내부 플레이트(15)의 한쪽에서 다른 쪽으로 커뮤니케이션을 제공하는 루버(38)의 배열로 형성된다. 내부 플레이트(15)는 입구채널(44)과 출구채널(45)을 포함한다. 입구채널(44)은 하부 외부 셸(14)의 입구채널(34)을 네스트(nest)하기 위해 배치되어 구성된다. 출구채널(45)은 상부 외부 셸(12)의 입구채널(25)을 네스트(nest)하기 위해 배치되어 구성된다. 이러한 설계로, 외주 플랜지(16, 26)는, 내부플레이트(15)의 외주부(36)가 상부 및 하부 외부 셸(12, 14)의 외주플랜지(16, 26) 사이에 효과적으로 샌드위치되도록, 내부 플레이트(15)의 대향되는 면에 레이저 용접 등에 의해 서로 확고하게 고정될 수 있다.

이러한 특정 설계로, 머플러(10)로 들어가는 입구는 내부플레이트(15)의 입구채널(44)과 상부 외부 셸(12)의 입구채널(24) 사이로 한정된다. 머플러(10)로부터 나오는 출구는 내부플레이트(15)의 출구채널(45)과 하부 외부 셸(14)의 출구채널(35) 사이로 한정된다. 이러한 특정 설계로, 배기가스는 초기에 내부플레이트(15)와 상부 외부 셸(12) 사이의 머플러(10)의 한 부분에 전달되게 된다. 그러면, 배기가스는 루버(38)을 통해 흐르고 내부 플레이트(15)와 하부외부 셸(14) 사이에 한정된 챔버로 퍼진다. 그러면 배기가스는 하부 외부 셸(14)의 출구채널(35)과 내부 플레이트(15)의 출구채널(45) 사이에 한정된 출구를 통해 머플러(10)를 빠져나간다. 다른 구성도 가능하다. 예를 들면, 종래기술은 상부 및 하부 외부 셸(12, 14)의 외주플랜지(16, 26) 사이에 서로 직접 맞물려 고정되는 상부 및 하부 플레이트를 가지는 머플러의 예들이 많이 있다. 이들 상부 및 하부 내부 플레이트는 머플러의 입구와 출구 사이에 선택된 배기가스 흐름 패턴을 제공하기 위해 채널과 애퍼처 배열로 형성된다. 배기가스흐름의 패턴은 엔진의 음향 특성, 머플러의 크기와 형태 및 많은 다른 설계 요인에 따라 선택된다. 배기파이프나 테일파이프의 일부가 하나 이상의 내부 플레이트와 협력하여 성취된 선택된 흐름 패턴에 기여하기 위해 머플러로 연장된다. 흐름 패턴과 내부플레이트의 구성은 본 발명에 임계적이 아니고, 여기서 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

머플러(10)는 상부 외부 셸(12)의 오목내면(20)과 네스트(nest)하기 위해 구성된 고밀도 섬유 절연 패드로 형성된 열실드(50)를 포함한다. 상기 패드는 상부 외부 셸(12)의 챔버(18)에 의해 한정된 형상과 실질적으로 합치하는 형상으로 가열가압하에 압축되는 연속 또는 불연속 유리섬유, 세라믹 섬유 또는 다른 형태의 섬유상 절연재로 형성된다. 열실드(50)는 적어도 하나의 열실드(50) 표면에 부착된 박층의 스테인레스 스틸 포일을 포함한다. 열실드(50)는 바람직하게는 5-11 파운드/입방피트(lb/ft³) 의 범위에서 밀도를 한정하도록 압축된다. 열실드(50)의 두께는 한 적용에서 다음의 적용으로 변하지만, 전형적으로 1/4∼5/8 inch 범위에 있다.

머플러(10)는 내부 플레이트(15)와 열실드(50) 사이에 배치된 이-글래스 패킹(E-glass packing)(52)의 배열을 포함한다. 패킹(52)은 단지 음향 목적에 요구되는 상황에서 제공되고, 모든 머플러(10)에 대해 필수적인 부분이 되는 것은 아니다. 패킹(52)은 열실드(50)와 같은 재질로 형성될 필요는 없고 전형적으로 열실드(50)보다 밀도가 훨씬 더 적다. 예를 들면, 패킹(52)은 80-120 g/l 범위의 밀도를 가진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 열실드(50)는 상부 외부 셸(12)과 자동차의 인접부 사이에 매우 효과적인 열절연을 제공한다. 게다가, 열실드(50)는 머플러의 외부에 장착된 통상의 금속 열실드보다 훨씬 더 저렴하고 가볍다. 또한, 열실드(50)는 통상의 외부에 장착된 열실드의 부착 문제와 비교되는 차별적 열팽창에 관련한 부착문제를 나타내지 않는다. 그러므로, 열실드(50)에 기인하는 진동관련 소음의 가능성이 없다.

Claims (20)

1. 외주 플랜지(16) 및 이 외주 플랜지(16)에서 돌출되며 오목내면(20)을 한정하는 챔버(18)를 가지는 상부 외부 셸(12)과,

   상기 상부 외부 셸(12)의 외주 플랜지(16)에 고정된 외주 플랜지(26)를 가지며, 머플러로 들어가는 입구와 머플러에서 나오는 출구를 한정하여 형성되는 하부 외부 셸(14)과,

   상기 상부 외부 셸(12)의 챔버(18)의 일부분의 오목내면(20)에 일치되게 구성된 고밀도 섬유로 이루어진 열실드(head shield)(50)과,

   상기 열실드(50)의 근처에 소리절연재로서 배치되어 있는 패킹(52)과,

   상기 상부 외부 셸(12)과 하부 외부 셸(14)의 사이에 배치된 내부플레이트(15)를 포함하여 이루어지며,

   상기 하부 외부 셸(14)은 외주 플랜지(26)의 안쪽으로 챔버(28)를 한정하고, 상기 챔버(28)는 오목내면(30)을 가지며, 상기 입구와 출구 사이의 가스 커뮤니케이션 패턴을 한정하는 내부 구성성분을 더 포함하며,

   상기 열실드(50)는 고밀도 섬유로 된 열실드의 표면에 고정되는 금속포일층을 더 포함하며, 상기 열실드(50)의 섬유는 5-11 파운드/입방피트(lb/ft³)의 밀도를 가지며, 상기 열실드(50)는 1/4 - 5/8 인치의 두께를 가지며,

   상기 패킹(52)은 90-120 g/l의 밀도를 가지는 이글래스(E-glass)로 형성되어 있으며, 내부플레이트(15)와 열실드(50)의 사이를 한정하는 머플러의 부피를 채우고 있으며,

   상기 내부 플레이트(15)의 일부는 내부 플레이트(15)의 한쪽에서 다른 쪽으로 커뮤니케이션을 제공하는 루버(38)의 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 내부 열 실드가 구비된 머플러.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열실드(50)는 연속 섬유(continuous fibers)로 형성되는 것을 특징으로 하는 내부 열 실드가 구비된 머플러.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열실드(50)는 비연속 섬유(non-continuous fibers)로 형성되는 것을 특징으로 하는 내부 열 실드가 구비된 머플러.
4. 제1항에 있어서,

   상기 열실드(50)는 유리섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 내부 열 실드가 구비된 머플러.
5. 제1항에 있어서,

   상기 열실드(50)는 세라믹섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 내부 열 실드가 구비된 머플러.
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