KR100992661B1 - 엔진의 배기매니폴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기매니폴드 합류부 근처의 열변형을 제한함과 아울러 열변형을 적절히 흡수할 수 있도록 하여, 배기매니폴드의 열팽창에 따른 파손을 방지 내지는 저감시킬 수 있도록 한 엔진의 배기매니폴드를 제공한다.

열변형, 합류부, 열팽창

Description

엔진의 배기매니폴드{Exhaust Manifold for Engine}

본 발명은 엔진의 배기매니폴드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 배기매니폴드의 구조에 관한 기술이다.

엔진의 배기매니폴드는 엔진을 이루는 각 연소실에서 연소된 배기가스를 모아서 배기관으로 보낼 수 있도록 엔진의 실린더헤드에 장착되는 것으로서, 연소실에서 연소된 배기가스가 통과하게 되므로 배기가스로부터 전달받는 열이 상당하여, 열에 대한 내구성이 매우 중요하다.

특히, 배기매니폴드를 통해서 각 연소실로부터 배출된 배기가스는 하나의 통로로 합쳐져서 터보차저 및 촉매컨버터로 보내지게 되는 바, 상기 배기가스가 모이는 합류부에서는 계속해서 각 연소실로부터의 배기가스가 모여서 통과하게 되므로 가장 열이 집중되어, 이 부위의 열변형이 가장 큰 경향이 있다.

도 1은 종래의 배기매니폴드 형상을 설명한 것으로서, 제일 우측의 1번연소실과 연결된 1번포트(501)로부터 시작하여 2번포트(502)와 3번포트(503) 및 4번포트(504)가 각각 2 내지 4번 연소실에서 토출되는 배기가스를 유입 받도록 형성되어 있고, 제일 좌측에는 EGR을 위한 배기가스를 공급하는 EGR포트(505)가 구비되어 있 으며, 상기 3번포트(503)와 4번포트(504) 사이에 합류부(507)가 구비되어 터보차져가 연결되도록 되어 있고, 물론, 상기 터보차져에는 이후의 배기장치 예컨대 촉매컨버터 등이 연결되게 된다.

상기 도 1에 도시된 종래의 배기매니폴드에서 엔진에 배기매니폴드를 조립할 때 배기매니폴드의 처짐을 방지하기 위한 기준홀(509)은 3번포트(503)의 상측에 다른 볼트홀들에 비하여 상대적으로 작게 형성되어 있고, 제일 우측의 1번포트(501) 상측에는 횡으로 긴 타원형홀이 구비되어 상기와 같이 배기매니폴드의 처짐을 방지함과 아울러 배기매니폴드의 열팽창을 흡수할 수 있도록 되어 있으며, 나머지 볼트홀들은 상대적으로 직경이 상기 기준홀(509)에 비하여 크게 형성되어 배기매니폴드의 열변형을 흡수할 수 있도록 되어 있다.

그런데, 상기한 바와 같은 배기매니폴드는 아무래도 상기 배기매니폴드의 합류부(507) 근처가 가장 큰 열변형이 집중적으로 발생되는 바, 특히, 배기매니폴드의 합류부(507)에 형성되어 터보차져 등 이후의 배기장치에 연결되는 플랜지 부위는 가장 열이 집중되는 바, 상기 플랜지 부위가 고온에 의해 팽창됨에 따라 그 반대쪽 부위에는 도 2와 같이 압축이 발생되어 파손이 일어나게 되는 경우가 많다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배기매니폴드 합류부 근처의 열변형을 제한함과 아울러 열변형을 적절히 흡수할 수 있도록 하여, 배기매니폴드의 열팽창에 따른 파손을 방지 내지는 저감시킬 수 있도록 한 엔진의 배기매니폴드를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 엔진의 배기매니폴드는

다수의 연소실과 각각 연결된 포트들이 일렬로 배치되고, 상기 포트들이 하나의 합류부로 연결되며, 상기 합류부의 단부에는 연결플랜지가 구비된 엔진의 배기매니폴드에 있어서,

상기 각 포트들의 상하측에는 볼트로 실린더헤드에 체결하기 위한 체결플랜지가 구비되며;

상기 연결플랜지는 상기 체결플랜지와 수직한 평면을 이루어 형성되고;

상기 연결플랜지에 가장 인접한 4개의 체결플랜지 중 상기 연결플랜지가 향하는 방향의 반대방향에 위치하는 2개의 체결플랜지 중 어느 하나에는 배기매니폴드 조립시 조립 기준이 되는 기준홀이 구비되며;

상기 기준홀과 상하로 짝을 이루는 체결플랜지에는 상기 기준홀보다 크게 형성되지만 배기매니폴드의 열변형을 규제할 수 있는 크기의 열변형방지홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 연결플랜지에 가장 인접한 4개의 체결플랜지 중 상기 연결플랜지가 향하는 방향의 반대방향에 위치하는 2개의 체결플랜지 중 상기 기준홀이 형성된 것 이외의 나머지 하나의 체결플랜지에는 상기 배기매니폴드의 포트들이 배열된 길이방향을 따라 길게 형성된 장홀이 구비되고;

상기 기준홀과 장홀 및 상기 열변형방지홀이 형성된 체결플랜지들 이외에는 상기 열변형방지홀보다 큰 직경의 체결홀이 형성되며;

상기 장홀의 단축 길이는 상기 기준홀의 직경과 동일하게 형성된 구조로 할 수 있다.

상기 배기매니폴드의 각 포트들은 우측으로부터 제1포트, 제2포트, 제3포트 및 제4포트가 차례로 배치되고;

상기 제4포트의 옆에는 EGR포트가 배치되며;

상기 합류부는 상기 제3포트와 제4포트 사이에 형성되고;

상기 연결플랜지는 상기 각 포트들의 체결플랜지가 수직한 방향으로 실린더헤드에 장착될 때, 상측을 향하여 형성된 구조로 할 수 있다.

상기 기준홀은 상기 제3포트 하측에 형성되며;

상기 장홀은 상기 제4포트 하측에 형성되고;

상기 열변형방지홀은 상기 제3포트 상측에 형성된 구조로 할 수 있다.

상기 포트들 사이를 연결하도록 실린더헤드를 향하여 돌출되는 보강리브는, 상기 제1포트 내지 제4포트 사이의 보강리브가 실린더헤드를 향하여 돌출된 높이가 상기 제4포트와 EGR포트 사이의 보강리브보다 높이 돌출되게 형성된 구조로 할 수 있다.

상기 포트들 사이를 연결하도록 실린더헤드를 향하여 돌출되는 보강리브는, 상기 제1포트 내지 제4포트 사이에만 형성되고, 상기 제4포트와 EGR포트 사이에는 형성되지 않은 구조로 할 수 있다.

상기 배기매니폴드의 제2포트와 제4포트 사이를 이루는 부분의 살두께는 이 부분 이외의 나머지 부분들 보다 두껍게 형성되고, 상기 제3포트로부터 상기 연결플랜지에 이르는 부분은 그 주위보다 더 두꺼운 살두께로 인접한 부위와 경사지게 형성된 구조로 할 수 있다.

본 발명은 배기매니폴드 합류부 근처의 열변형을 제한함과 아울러 열변형을 적절히 흡수할 수 있도록 하여, 배기매니폴드의 열팽창에 따른 파손을 방지 내지는 저감시킬 수 있도록 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명 실시예의 엔진의 배기매니폴드는 다수의 연소실과 각각 연결된 포트들이 일렬로 배치되고, 상기 포트들이 하나의 합류부(1)로 연 결되며, 상기 합류부(1)의 단부에는 연결플랜지(3)가 구비되고, 상기 각 포트들의 상하측에는 볼트로 실린더헤드에 체결하기 위한 체결플랜지(5)가 구비되며, 상기 연결플랜지(3)는 상기 체결플랜지(5)와 수직한 평면을 이루어 형성되고, 상기 연결플랜지(3)에 가장 인접한 4개의 체결플랜지(5) 중 상기 연결플랜지(3)가 향하는 방향의 반대방향에 위치하는 2개의 체결플랜지(5) 중 어느 하나에는 배기매니폴드 조립시 조립 기준이 되는 기준홀(7)이 구비되며, 상기 기준홀(7)과 상하로 짝을 이루는 체결플랜지(5)에는 상기 기준홀(7)보다 크게 형성되지만 배기매니폴드의 열변형을 규제할 수 있는 크기의 열변형방지홀(9)이 형성되어 있다.

상기 연결플랜지(3)에 가장 인접한 4개의 체결플랜지(5) 중 상기 연결플랜지(3)가 향하는 방향의 반대방향에 위치하는 2개의 체결플랜지(5) 중 상기 기준홀(7)이 형성된 것 이외의 나머지 하나의 체결플랜지(5)에는 상기 배기매니폴드의 포트들이 배열된 길이방향을 따라 길게 형성된 장홀(11)이 구비되고, 상기 기준홀(7)과 장홀(11) 및 상기 열변형방지홀(9)이 형성된 체결플랜지(5)들 이외에는 상기 열변형방지홀(9)보다 큰 직경의 체결홀(13)이 형성되며, 상기 장홀(11)의 단축 길이는 상기 기준홀(7)의 직경과 동일하게 형성된다.

즉, 체결홀(13) > 열변형방지홀(9) > 기준홀(7)의 순서로 그 직경의 차이가 있도록 형성한 것이다.

보다 구체적으로, 상기 배기매니폴드의 각 포트들은 우측으로부터 제1 포트(15), 제2포트(17), 제3포트(19) 및 제4포트(21)가 차례로 배치되고, 상기 제4포트(21)의 옆에는 EGR포트(23)가 배치되며, 상기 합류부(1)는 상기 제3포트(19)와 제4포트(21) 사이에 형성되고, 상기 연결플랜지(3)는 상기 각 포트들의 체결플랜지(5)가 수직한 방향으로 실린더헤드에 장착될 때, 상측을 향하여 형성된 구조이다.

상기 기준홀(7)은 상기 제3포트(19) 하측에 형성되며, 상기 장홀(11)은 상기 제4포트(21) 하측에 형성되고, 상기 열변형방지홀(9)은 상기 제3포트(19) 상측에 형성된 구조이다.

상기 포트들 사이를 연결하도록 실린더헤드를 향하여 돌출되는 보강리브(25)는, 상기 제1포트(15) 내지 제4포트(21) 사이의 보강리브(25)가 실린더헤드를 향하여 돌출된 높이가 상기 제4포트(21)와 EGR포트(23) 사이의 보강리브(25)보다 높이 돌출되게 형성되도록 한다.

특히, 본 실시예에서 상기 보강리브(25)는, 상기 제1포트(15) 내지 제4포트(21) 사이에만 형성되고, 상기 제4포트(21)와 EGR포트(23) 사이에는 형성되지 않도록 하였다.

상기 배기매니폴드의 제2포트(17)와 제4포트(21) 사이를 이루는 부분의 살두께는 이 부분 이외의 나머지 부분들 보다 두껍게 형성되고, 상기 제3포트(19)로 부터 상기 연결플랜지(3)에 이르는 부분은 그 주위보다 더 두꺼운 살두께로 인접한 부위와 경사지게 형성되어 있다.

즉, 상기 제2포트(17)와 제4포트(21) 사이 부분의 단면은 그 양측의 제1포트(15)와 EGR포트(23)를 이루는 부분들의 단면보다 그 살두께가 두껍게 형성되어, 열해에 보다 강한 강성을 가지도록 하며, 특히 열해가 가장 극심한, 상기 제3포트(19)로부터 상기 연결플랜지(3)에 이르는 부분은 도 3에서 확인할 수 있듯이, 그 주위보다도 더 두꺼운 살두께를 가지고 인접한 부위와 경사지게 연결되도록 함으로써, 매우 강한 강성을 가지도록 한 것이다.

상기한 바와 같이 구성된 배기매니폴드는 상기 제3포트(19) 하측의 기준홀(7)이 상기 배기매니폴드가 전체적인 열변형에 의해 상기 제3포트(19) 하측부분이 상측으로 이동하면서 압축되는 것을 방지하고, 상기 기준홀(7) 상측의 열변형방지홀(9)이 상기 제3포트(19) 상측부분이 상측으로 변형되는 것을 억제하여, 종래와 같이 상기 합류부(1)와 제3포트(19) 사이의 집중된 열변형을 규제하는 역할을 한다.

한편, 상기 제4포트(21) 하측의 장홀(11)은 상기 기준홀(7)과 열변형방지홀(9)에 의해 규제되는 열변형의 일부를 흡수할 수 있도록 하며, 이와 더불어 상기 제4포트(21)와 상기 EGR포트(23) 사이에 보강리브(25)를 낮게 형성하거나 아예 형성하지 않도록 하여 상기 제3포트(19)와 제4포트(21) 및 합류부(1)에서 억제되고 있는 열변형의 일부를 흡수할 수 있도록 하고 있다.

또한, 상기 상대적으로 높이 돌출된 제1포트(15) 내지 제4포트(21) 사이의 보강리브(25)들은 해당부위의 열변형이 상기 합류부(1)쪽으로 영향을 주지 않도록 해당부위의 열변형을 최소화하도록 규제하고 있다.

따라서, 상기한 바와 같이 합류부(1)와 그 근처의 열변형을 적절히 규제하고, 그 인접 부위에서 열변형의 일부를 흡수할 수 있도록 함에 의해, 종래와 같이 상기 합류부(1)와 그에 인접한 포트 사이의 열변형에 의한 손상의 발생을 방지할 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 엔진의 배기매니폴드의 구조를 예시한 도면,

도 2는 종래의 엔진의 배기매니폴드가 열변형으로 파손되는 것을 설명한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 엔진의 배기매니폴드를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 합류부 3; 연결플랜지

5; 체결플랜지 7; 기준홀

9; 열변형방지홀 11; 장홀

13; 체결홀 15; 제1포트

17; 제2포트 19; 제3포트

21; 제4포트 23; EGR포트

25; 보강리브

Claims (7)

1. 다수의 연소실과 각각 연결된 포트들이 일렬로 배치되고, 상기 포트들이 하나의 합류부로 연결되며, 상기 합류부의 단부에는 연결플랜지가 구비된 엔진의 배기매니폴드에 있어서,

   상기 각 포트들의 상하측에는 볼트로 실린더헤드에 체결하기 위한 체결플랜지가 구비되며;

   상기 연결플랜지는 상기 체결플랜지와 수직한 평면을 이루어 형성되고;

   상기 연결플랜지에 가장 인접한 4개의 체결플랜지 중 상기 연결플랜지가 향하는 방향의 반대방향에 위치하는 2개의 체결플랜지 중 어느 하나에는 배기매니폴드 조립시 조립 기준이 되는 기준홀이 구비되며;

   상기 기준홀과 상하로 짝을 이루는 체결플랜지에는 상기 기준홀보다 크게 형성되지만 배기매니폴드의 열변형을 규제할 수 있는 크기의 열변형방지홀이 형성된 것;

   을 특징으로 하는 엔진의 배기매니폴드.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연결플랜지에 가장 인접한 4개의 체결플랜지 중 상기 연결플랜지가 향하는 방향의 반대방향에 위치하는 2개의 체결플랜지 중 상기 기준홀이 형성된 것 이외의 나머지 하나의 체결플랜지에는 상기 배기매니폴드의 포트들이 배열된 길이 방향을 따라 길게 형성된 장홀이 구비되고;

   상기 기준홀과 장홀 및 상기 열변형방지홀이 형성된 체결플랜지들 이외에는 상기 열변형방지홀보다 큰 직경의 체결홀이 형성되며;

   상기 장홀의 단축 길이는 상기 기준홀의 직경과 동일하게 형성된 것

   을 특징으로 하는 엔진의 배기매니폴드.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 배기매니폴드의 각 포트들은 우측으로부터 제1포트, 제2포트, 제3포트 및 제4포트가 차례로 배치되고;

   상기 제4포트의 옆에는 EGR포트가 배치되며;

   상기 합류부는 상기 제3포트와 제4포트 사이에 형성되고;

   상기 연결플랜지는 상기 각 포트들의 체결플랜지가 수직한 방향으로 실린더헤드에 장착될 때, 상측을 향하여 형성된 것

   을 특징으로 하는 엔진의 배기매니폴드.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 기준홀은 상기 제3포트 하측에 형성되며;

   상기 장홀은 상기 제4포트 하측에 형성되고;

   상기 열변형방지홀은 상기 제3포트 상측에 형성된 것

   을 특징으로 하는 엔진의 배기매니폴드.
5. 청구항 3 또는 4항에 있어서,

   상기 포트들 사이를 연결하도록 실린더헤드를 향하여 돌출되는 보강리브는, 상기 제1포트 내지 제4포트 사이의 보강리브가 실린더헤드를 향하여 돌출된 높이가 상기 제4포트와 EGR포트 사이의 보강리브보다 높이 돌출되게 형성된 것

   을 특징으로 하는 엔진의 배기매니폴드.
6. 청구항 3항 또는 4항에 있어서,

   상기 포트들 사이를 연결하도록 실린더헤드를 향하여 돌출되는 보강리브는, 상기 제1포트 내지 제4포트 사이에만 형성되고, 상기 제4포트와 EGR포트 사이에는 형성되지 않은 것

   을 특징으로 하는 엔진의 배기매니폴드.
7. 청구항 3항 또는 4항에 있어서,

   상기 배기매니폴드의 제2포트와 제4포트 사이를 이루는 부분의 살두께는 이 부분 이외의 나머지 부분들 보다 두껍게 형성되고, 상기 제3포트로부터 상기 연결플랜지에 이르는 부분은 그 주위보다 더 두꺼운 살두께로 인접한 부위와 경사지게 형성된 것

   을 특징으로 하는 엔진의 배기매니폴드.

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