KR101188098B1 - 차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스 및 그 제조 방법 - Google Patents

차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 엔진과 배기구 사이에 신축 및 굴곡 가능하게 연결되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 배기구 측으로 안내하는 플렉시블 인터락 메탈 호스에 있어서, 링 형상을 갖는 다수의 단위 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 이루어지는 하나의 원통 구조의 인터락 메탈 호스를 350 - 650℃의 온도로 열처리하여 열경화를 최소화시킨 플렉시블 인터락 메탈 호스를 제공한다. 이러한 인터락 메탈 호스는 이너 호스와 아웃터 호스가 동심원상으로 내측과 외측에 서로 접촉되게 각각 배치되는 이중 구조일 수 있고 이 경우 이너 호스를 350 - 650℃의 온도로 열처리하는 것이 바람직하다. 본 발명의 인터락 메탈 호스는 차량 운행 중 고온의 배기가스에 노출되더라도 열경화에 따른 마찰 증가를 최소화시킬 수 있고, 특히 이중 구조의 인터락 메탈 호스에서 강성 차이에 따른 소음 발생 문제를 원천적으로 해소할 수 있다.

Description

차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스 및 그 제조 방법{FLEXIBLE INTERLOCK METAL HOSE FOR VEHICLE EXHAUST GAS AND FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명은 차량의 엔진에서 배출되는 배기가스를 배기구 측으로 안내하기 위해 엔진과 배기구를 연결하는 배관 사이에 설치되는 플렉시블 인터락 메탈 호스에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진과 배기구를 연결하는 연결 호스는 그 내부로 흐르는 배기가스가 고온 상태이므로 고열에 의한 수축 및 팽창이 발생되기 때문에 일반적으로 열 변형에 따른 신축에 대응할 수 있고, 또한 엔진의 진동에 대응할 수 있도록 신축 및 3차원적으로 굴곡 가능한 플렉시블 호스를 사용한다.
도 1은 차량 배기용 플렉시블 호스의 설치 상태를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 플렉시블 호스(100)는 차량의 동력을 제공하는 엔진(10)과, 엔진(10)에서 연소된 배기가스를 외부로 배출하는 배기구(20)에 각각 연결된 엔진측 배기관(30)과 배기구측 배기관(40) 사이에 신축 및 3차원적으로 굴곡 가능하게 연결 설치된다.
플레시블 호스(100)는 일정 길이를 가지며 내부가 비어 있는 원통 형상으로 엔진에서 연소된 배기가스를 배기구측으로 안내함과 동시에 엔진과 배기가스의 유동으로부터 전달되는 진동, 엔진과 배기구 장착 시 발생하는 장착 오프셋(mounting offset)으로 인해 발생하는 진동 및 고온의 배기가스에 의한 열 변형 등을 최대한 흡수하는 역할을 한다.
종래에는 이러한 차량의 연결호스로 그 외주면이 주름진 벨로우즈 타입의 플렉시블 메탈 호스를 사용하였다. 그러나 이러한 벨로우즈 타입의 플렉시블 메탈 호스는 배기계 장착 시에 생기는 장착 오프셋(mounting offset)을 흡수할 만큼 연신율을 확보하기 어렵고, 엔진의 회전 및 진동으로 전해지는 토션에 극히 취약해서 쉽게 파손되는 문제점이 있다(도 2 참조).
이러한 벨로우즈 타입의 메탈 호스의 문제점을 개선하기 위해 일정 폭을 갖는 링 형상의 다수의 메탈 밴드를 서로 맞물려서 연결한 플렉시블 인터락 메탈 호스가 제시된 바 있다. 이러한 플렉시블 인터락 메탈 호스는 그 재질이 내부식성에 강한 300 계열(오스테나이트 계열)의 스테인레스 강으로 만들어진다. 300 계열의 스테인레스 강은 그 주성분을 이루는 크롬이 산소가 포함된 고온의 배기가스와 반응하여 스테인레스 강의 표면에 크롬 산화피막을 형성하여 스테인레스 강을 부식으로부터 방지하는 유용한 역할을 하지만, 반대로 고온에서 스테인레스 밴드의 표면에 형성된 크롬 산화피막으로 인해 메탈 밴드 간 연결 부위에 마찰력이 증대됨으로써 메탈 밴드의 슬라이딩 움직임이 구속되어 인터락 메탈 호스의 급격한 경화를 유도하는 원인이 된다.
또한, 300 계열의 스테인레스 강의 경우 디젤 엔진의 배기가스 온도인 450 - 550 범위의 고온에 노출되면 표면에 탄화물(carbide)이 석출되어 표면이 급격하게 거칠어진다. 즉 300 계열의 스테인레스 강으로 제조된 인터락 메탈 호스가 고온의 배기 가스에 노출되면 경화되어 탄성을 잃게 되며 그 결과 인터락 사이의 마모가 증가하며 호스 전체가 굳어져서 극히 일부분만이 움직이고 이 움직임으로 인해 마모가 생겨서 배기가스가 외부로 누출되는 현상이 발생한다.
인터락 메탈 호스의 신축 및 굴곡 가능한 유연성은 다수의 메탈 밴드가 서로 접어서 겹쳐지는 부분에서 서로 간에 접촉하면서 일정 거리의 변위로 슬라이딩 가능하게 연결되는 구조로부터 얻어지게 되는데, 스테인레스 강으로 이루어진 인터락 메탈 호스가 고온의 가스에 노출되는 경우에 그 표면에 생기는 크롬 산화피막이나 탄화물로 인해 메탈 밴드의 표면 거칠기가 변화하면서 서로 간에 맞물려 연결된 메탈 밴드의 접촉면에 마찰계수가 증가하여 메탈 밴드 간에 슬라이딩 움직임을 구속하게 된다.
이렇게 경화된 인터락 메탈 호스는 그 자체로 유연성을 잃어서 열 변형과 엔진의 진동에 능동적으로 대응할 수 없는 문제점이 있게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 현재까지는 플렉시블 인터락 메탈 호스를 이루는 다수의 메탈 밴드 간의 연결 부위의 연결 방식을 개선하는 것에만 연구 및 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 차량과 엔진과 배기구 사이에 연결되는 플렉시블 인터락 메탈 호스가 고온의 배기가스에 노출되어 열 경화가 진행되어도 유연성을 유지할 수 있는 한편, 엔진과 배기구 장착 시 발생하는 장착 오프셋 및 엔진의 진동에 의한 축 직각방향의 가진에 대해서도 능동적으로 대응할 수 있는 차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 인터락 메탈 호스에 가해지는 고온의 배기 가스로 인한 열경화를 최소화시킬 수 있는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제 해결 수단은 다음과 같다.
차량의 엔진과 배기구 사이에 신축 및 굴곡 가능하게 연결되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 배기구 측으로 안내하는 플렉시블 인터락 메탈 호스에 있어서, 링 형상을 갖는 다수의 단위 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 이루어지는 하나의 원통 구조의 인터락 메탈 호스로서, 상기 단위 메탈 밴드는 양단이 옆으로 눕혀진 'U' 형상으로 개방부가 서로 마주보면서 상하 반대 방향으로 각각 접혀진 대칭 구조로 이루어져, 일단에는 이웃하는 단위 메탈 밴드의 단부가 일정 변위로 슬라이딩 가능하게 끼워지는 리시버가 형성되고, 타단에는 이웃하는 다른 단위 메탈 밴드의 단부에 일정 변위로 슬라이딩 가능하게 끼워지는 인서트가 형성되며, 상기 리시버와 인서트 사이의 중간 구간에는 서로 연결되는 다수의 단위 메탈 밴드들이 서로 동일한 높이로 연결됨과 동시에 서로 이웃하는 단위 메탈 밴드의 리시버 또는 인서트가 빠지는 것을 방지하기 위해 단차지게 절곡된 단차부가 마련된 원통형 구조물을 포함하며, 상기 인터락 메탈 호스는 350 - 650℃의 온도로 열처리된 것을 특징으로 하는 플렉시블 인터락 메탈 호스를 제공한다.
상기 인터락 메탈 호스는 링 형상을 갖는 다수의 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 연결된 이너 호스와 아웃터 호스가 동심원상으로 내측과 외측에 서로 접촉되게 각각 배치되는 이중 구조 일 수 있다. 이 경우 상기 이너 호스는 350 - 650℃의 온도로 열처리된 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 링 형상을 갖는 다수의 단위 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 이루어지는 하나의 원통 구조의 인터락 메탈 호스를 준비하고, 상기 인터락 메탈 호스를 350 - 650℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 인터락 메탈 호스 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스가 고온의 배기가스에 노출되더라도 열경화가 최소화되어 신축 및 굴곡 가능한 유연성을 유지할 수 있고 차량보유기간 대비 운행시간이 큰 상용차에 적용 시에도 기대 수명을 충족시킬 수 있다. 뿐만 아니라 이너 호스와 아웃터 호스가 서로 면 접촉하면서 일체로 신축 및 굴곡 가능한 구조로 이루어지는 이중 구조의 인터락 메탈 호스에서 강성 차이로 인한 소음 문제를 근본적으로 해결하여 제품의 신뢰성을 크게 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 대구경의 인터락 메탈 호스를 대량으로 생산하기 용이하며 제품 단가가 상승하는 것을 방지할 수 있고, 열경화 및 소음 문제를 동시에 해소할 수 있어 각종 차량에 적합한 최적의 인터락 메탈 호스를 제공할 수 있다.
도 1은 차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스의 설치 상태를 도시한 도면.
도 2는 차량 배기용 벨로우즈 타입의 메탈 호스의 파손 상태를 보여주는 사진과 시뮬레이션 도면.
도 3은 차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스를 이루는 단위 메탈 밴드의 연결 상태를 도시한 단면도.
도 4a 및 4b는 인터락 메탈 호스의 경화를 일으키는 마찰의 두 원인을 보인 사진.
도 5는 열처리 온도에 따른 열처리 전 후의 마찰력 변화를 보인 그래프.
도 6은 열처리 온도에 따른 색상 변화 및 표면 거칠기 변화를 보인 사진.
도 7은 열처리에 따른 인장 강도 변화를 보인 그래프.
도 8은 인덕션 히터를 통한 열처리 과정을 보인 사진.
도 9a 내지 9c는 열처리 유무에 따른 마찰력의 변화를 보인 그래프.
도 10은 본 발명의 일실시예 따른 이중 구조를 갖는 차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스의 분해 상태를 도시한 분해 사시도.
도 11은 본 발명의 일실시예 따른 이중 구조를 갖는 차량 배기용 플렉시블 인터락 메탈 호스의 결합 상태에서 일 부분이 파단된 상태를 도시한 결합 사시도.
도 12는 열처리한 이중 인터락 메탈 호스를 장기간 운행한 후의 내 외부 온도 변화를 보인 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 인터락 메탈 호스에서 호스의 단위 메탈 밴드가 가공에 의한 초기 마찰력을 최소한으로 줄일 수 있는 구조로 연결된 상태를 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 호스를 이루는 단위 메탈 밴드(140)는 전체적으로 일정 폭을 갖는 링 형상으로 일단에는 이웃하는 단위 메탈 밴드(140)의 단부가 일정 변위 슬라이딩 가능하게 끼워지는 공간을 제공하는 리시버(141)가 형성되고, 타단에는 이웃하는 다른 단위 메탈 밴드(140)의 단부에 일정 변위 슬라이딩 가능하게 끼워지는 인서트(142)가 형성된다.
리시버(141)는 단위 메탈 밴드(140)의 일측 단부를 상부 방향으로 180각도로 둥글게 1회 벤딩되어 전체적으로 옆으로 눕혀진 'U' 형상을 이루는 벤딩된 직선부와 벤딩되지 않은 직선부가 일정 간격을 두고 서로 수평하게 마주보면서 그 내부에 이웃하는 메탈 밴드의 인서트(142)가 끼워지는 공간에 해당한다. 인서트(142)는 단위 메탈 밴드(140)의 타측 단부를 하부 방향으로 180각도로 둥글게 1회 벤딩되어 전체적으로 옆으로 눕혀진 'U' 형상을 이루도록 하는 벤딩된 직선부에 해당하며, 이웃하는 메탈 밴드(140)의 리시버(141)의 내부 공간으로 일정 변위 슬라이딩 가능하게 끼워지게 연결된다. 리시버(141)를 구성하는 벤딩된 직선부는 인서트(142)를 이루는 벤딩된 직선부와 벤딩되지 않은 직선부 사이의 공간에 일정 변위 슬라이딩 가능하게 끼워지게 진다.
리시버(141)와 인서트(142) 사이의 중간 구간에는 서로 연결되는 다수의 단위 메탈 밴드(140)들이 서로 동일한 높이로 연결될 수 있도록 계단식으로 일정 각도로 절곡된 단차부(143)가 마련된다. 이러한 단차부(143)는 메탈 밴드(140)의 인서트(142)와 리시버(141)의 중간에 형성되어 있어 리시버(141)와 인서트(142)가 서로 연결된 결합 부위에서 리시버(141) 또는 인서트(142)가 슬라이딩 가능한 변위(L)를 제한함으로써 리시버(141)와 인서트(142)가 서로 간에 쉽게 빠지는 것을 방지하는 작용을 한다.
마찰에 의한 열경화 요인
인터락 메탈 호스를 구성하는 링 형상으로 이루어진 다수의 메탈 밴드는 서로 접어서 겹쳐지고, 서로 겹쳐지는 부분에서 서로 간에 접촉하면서 일정 거리의 변위로 슬라이딩 가능하게 연결된다. 차량에 장착된 인터락 메탈 호스는 엔진의 진동 등에 의하여 각 메탈 밴드 간의 슬라이딩 동작이 지속되는데 이 과정에서 메탈 밴드 간의 마찰은 피할 수 없다.
도 4a는 인터락이 움직이는 방향으로 인접한 메탈 밴드 간의 슬라이딩 과정에서 표면 마찰에 의해서 움직임에 저항이 발생하는 현상을 보인 것으로, 고온의 열에 의해서 인터락 메탈 호스의 표면 거칠기가 증가하여 인터락 간의 마찰(dry friction)을 증가시킴에 따라 열경화를 발생시킨다.
한편, 본 발명의 발명자들은 표면 거칠기로 인한 마찰 이외에 다른 원인으로 인한 마찰이 인터락 메탈 호스의 열경화에 치명적임을 발견하였다. 인터락 메탈 호스의 단위 메탈 밴드들은 몇 개의 치구에 의해서 롤 포밍(roll forming)이 되면서 호스로 말리는 방법으로 생산된다. 이런 경우 인터락 메탈 호스가 열에 노출되면 각 메탈 밴드는 원재료 자체의 성형 전 모습으로 회복하고자 하는 스프링백(springback) 현상이 발생하는데(도 4b 참조), 이러한 스프링백 효과에 의해 인터락간 마찰이 가중되어 인터락의 열경화를 촉진하는 것을 확인하였다.
인터락에서 열과 마찰력에 대한 상관관계를 보기 위해 상온에서부터 1,000℃ 까지 100℃ 단위로 상승하면서 전기로에 1시간 동안 가열하여 가열전과 가열 후의 마찰력의 변화를 관찰하였다. 도 5 및 아래의 표 1에 그 결과를 도시하였는데, 디젤 엔진의 배기가스 온도인 450℃에서 마찰력의 변화(상온에 비해서 약 3 - 4배)가 가장 크게 발생하는 것을 알 수 있다. 반면, 오스테나이트 스테인레스의 어닐링 온도에 근접한 1,000℃에서는 마찰력의 변화가 거의 발생하지 않음을 확인하였다.
열처리 전/후의 댐핑(마찰력 비교)
온도(℃) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
댐핑
[N?mm/mm]		 전 27.3 31.8 29.2 30.6 30.1 29.8 29.2 29.9 31.8 29.5
후 45.3 66.2 80.4 96.4 98.5 93.9 88.3 73.8 70.4 53.5
rate (%) 66.0 108.1 175.3 214.9 227.3 215.2 202.4 146.8 121.4 81.2
이러한 결과는 인터락 메탈 호스의 열경화가 단순히 크롬산화물이나 탄화물 석출에 의한 표면 거칠기의 변화뿐만 아니라, 인터락 형상의 스프링백 효과가 열경화에 중요한 역할을 함을 알 수 있다.
도 6에는 상온 및 고온에서 열처리한 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 인터락 메탈 호스의 색상 변화를 도시하였다. 상온과 비교할 때 450℃에서 1시간 열처리한 제품의 경우 색상이 변화되고 표면 거칠기가 증가하였으며, 1,000℃에서 1시간 열처리한 제품은 색상이 검고 표면 거칠기가 매우 증가하였다.
1,000℃에서 열처리한 제품의 경우 제조과정에서의 가공오일을 포함한 불순물들이 전소해서 450℃에서 열처리한 경우보다 표면이 더 거친데도 불구하고 전체적인 마찰력이 450℃ 열처리 제품 보다 더 작은 것은 인터락 메탈 호스의 경화 현상이 단순히 표면 거칠기의 증가에 기인하기 보다는 스프링백과 복합적으로 연관되어 있음을 시사한다. 따라서 본 발명의 발명자들은 인터락 메탈 호스를 고온에서 열처리함으로써 스프링백을 원천적으로 제거함으로써 열경화를 방지하거나 크게 완화시키는 방안을 고려하게 되었다.
열처리에 의한 마찰 및 열경화 완화
디젤 엔진의 배기가스 온도가 450℃임을 감안하여 이 온도에서 인터락 메탈 호스의 스프링백의 효과를 없애기 위해서 450℃ 열처리를 시행하였다.
먼저, 메탈 밴드로 롤 포밍하기 전 판상의 스테인레스 강을 전기로에 1시간동안 열처리하였다. 열처리 후 스프링백으로 인한 마찰력이 크게 감소한 것을 확인하였다. 그러나 열처리로 인하여 스테인레스 강의 인장강도(tensile stress)가 감소하게 되는 문제가 있다. 도 7을 참조하면, 450℃에서 1시간 열처리한 경우 인장강도가 상온 대비 30 - 40%가 저하된 것을 알 수 있는데 이와 같이 인장강도가 감소하게 되면 메탈 밴드로 성형 시 고속 롤 포밍에 따른 장력을 견디지 못하고 가공 중에 원자재가 끊어지는 현상이 발생할 수 있고, 따라서 스프링백 제거에는 효과적이지만 대량 생산에는 다소 불리할 수 있다.
양산성을 확보하기 위해서 본 발명의 발명자들은 메탈 밴드로 인터락 메탈 호스를 제조한 후 원통상의 호스를 인덕션 히터를 사용해서 열처리하는 방법을 시도하였다. 인덕션 히터의 온도를 650~850℃까지 승온시킨 후, 도 8에 도시한 바와 같이 인터락 메탈 호스가 인덕션 히터의 내부 중심을 천천히 통과하도록 하여 인터락 메탈 호스의 표면 온도가 350 - 650℃ 범위에서 가열되도록 하였다. 열처리 온도는 차량의 배기가스 온도를 고려하여 설정하는 것이 바람직하며, 디젤 엔진의 경우 약 450 - 550℃ 의 배기 가스 온도를 감안할 때 본 실시예에서는 350 - 650℃ 범위로 열처리 온도를 설정하였다. 이 때 인터락의 통과 속도는 열처리 후 마찰력 변화가 최소가 되는 방향으로 정할 수 있는데, 본 실시예에서는 인터락 메탈 호스 제조 속도와 연동시키기 위해서 1m/min을 기준으로 진행하였다.
열처리 후의 인터락 메탈 호스는 탄화물 석출 등의 표면 거칠기로 인한 마찰 뿐만 아니라 스프링백으로 인한 마찰이 크게 저하되는 것을 확인하였다. 도 9a는 상온에서 마찰력의 변화를 보인 것으로 X 축은 인터락 메탈 호스의 이동 변위를, Y축은 인터락 메탈 호스에 가해진 외부 힘을 각각 나타낸다. 히스테리시스곡선 면적은 물리적으로 마찰력을 의미하며, 히스테리시스곡선의 면적이 클수록 인터락 메탈 호스를 신축 및 굴곡시키기에 힘이 많이 들어가고 유연성이 떨어지게 된다. 도 9b는 열처리를 하지 않고 450℃에서 1시간 노출시킨 인터락 메탈 호스의 마찰력을 보인 것으로 상온에서와 비교할 때 마찰력이 크게 증가한 것을 볼 수 있다. 반면, 도 9c의 결과는 450℃에서 1시간 열처리를 수행한 인터락 메탈 호스에 대해 450℃에서 1 시간 이상 노출시킨 상태에의 마찰력을 보인 것으로 상온에서와 비교할 때 마찰력의 변화가 크지 않고 동일한 하중에서 움직임 역시 큰 변화가 없는 것을 알 수 있다.
열처리된 인터락 메탈 호스를 디젤 엔진 등의 차량 내부에 장착하고 고온의 배기 가스에 장기간 노출시킨 결과 마찰로 인한 열경화가 크게 감소되었다.
이중 인터락 메탈 호스
상용 자동차용 배기관 구경 80 - 130mm 에 대응하는 인터락 메탈 호스를 제작하기 위해서는 0.4mm 이상의 스테인레스 재질을 사용해야 최소한의 강도를 얻을 수 있다. 그러나 인터락 메탈 호스를 이루는 스테인레스 강의 두께가 커지면 스프링백 효과가 더욱 커지게 되고 이로 인해 대구경 인터락 메탈 호스는 열경화에 대해 더욱 치명적인 영향을 받아서 굳어지고 깨지는 현상이 발생할 수 있다.
보다 작은 스테인레스 강 두께 (예를 들어 0.2mm)를 사용해서 0.4mm로 제조된 인터락 메탈 호스의 강성을 얻기 위해서는 이중 구조의 인터락 메탈 호스를 고려할 수 있다. 예를 들어, 원통형 인터락 메탈 호스 2개를 조합하여 하나의 메탈 호스를 구현할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 이중 구조를 갖는 인터락 메탈 호스(100)는 링 형상을 갖는 다수의 메탈 밴드(140)가 서로 맞물려 연결된 원통형의 이너 호스(110)와 아웃터 호스(120)가 서로 동심원상으로 인터락 메탈 호스의 내층과 외층을 이루면서 이너 호스(110)의 바깥 면과 아웃터 호스(120)의 안쪽 면이 서로 접촉되게 배치되어 있다. 이너 호스(110)와 아웃터 호스(120)는 직경이 서로 다르게 제작되는 것을 제외하고는 각 호스(110)(120)를 이루는 단위 메탈 밴드(140)의 구조, 재질, 단위 메탈 밴드 간(140)의 연결 구조 및 각 호스(110)(120)의 전체 길이는 서로 동일하게 제작된다.
이너 호스(110)와 아웃터 호스(120)의 양단을 이루는 이너 호스(110)의 각 단부측 메탈 밴드(140)의 외측면과 아웃터 호스(120)의 각 단부측 메탈 밴드(140)의 내측면은 둘레 방향으로 서로 접합 고정된다. 아웃터 호스(120)의 양단에는 아웃터 호스(120)의 양측 단부를 이루는 메탈 밴드(140)의 외측면에 일정 폭을 갖는 링 형상의 연결 플랜지(130)가 각각 접합 연결된다.
이와 같은 인터락 메탈 호스(100)는 이너 호스(110)와 아웃터 호스(120)가 서로 독립된 인터락 메탈 호스의 구조로 이중 구조를 이룸으로써 한 개의 인터락 메탈 호스에서 메탈 밴드의 연결 부위 사이의 마찰력을 두 개의 독립된 인터락 메탈 호스(110)(120)로 분산시킬 수 있고, 이는 결국 이너 호스(110)와 아웃터 호스(120) 각각의 기본 마찰력(가공에 의한 초기 마찰력)을 최소한으로 줄일 수 있는 구조로 메탈 밴드(140)를 연결할 수 있다.
이와 같은 이중 인터락 역시 고온의 배기가스로 인한 열경화에 대한 해결책이 요구된다. 특히 이중 구조의 인터락 메탈 호스에서 이너 호스와 아웃터 호스의 강성(stiffness)이 다르면 엔진이 움직이면서 발생하는 진동 (20 - 200Hz)으로 부드러운 쪽이 딱딱한 쪽과 부딪쳐서 소음(rattle noise)이 발생된다. 고온의 배기 가스에 노출될 경우 인터락 메탈 호스의 이너 호스의 열경화 현상으로 이너 호스와 아웃터 호스의 강성 차이는 더욱 심화될 수 있다.
이중 인터락 메탈 호스를 제조한 후 이너 호스와 아웃터 호스에 대해 배기 가스 온도를 550로 설정하고 호스 표면에서의 온도를 시물레이션으로 확인한 결과 표 2의 결과를 얻었다.
이중 인터락 온도 비교
이중 인터락 단일 인터락
Input Temp. (℃) 550 550
Max. Surface Temp. (℃) 170 268
즉, 단일 인터락 구조에 비하여 이중 인터락 구조의 경우 표면의 온도가 더 낮은 것을 알 수 있으며, 이러한 표면 온도 감소로 아웃터 호스의 경우 열경화가 상당히 완화될 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 발명자들은 이중 구조의 인터락 메탈 호스에 있어서 내부에 배치되는 이너 호스에 열처리를 하여 열경화 현상을 더욱 완벽하게 제거하고자 하였다.
미리 제조된 이너 호스와 아웃터 호스 중 적어도 이너 호스에 대해 전술한 바와 같이 인덕션 히터를 통해 열처리하였다. 열처리 온도는 인터락 메탈 호스가 사용되는 차량의 배기 가스 온도를 기준으로 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 디젤 엔진의 배기 가스 온도를 기준으로 450℃에서 이너 호스를 열처리하였다. 열처리 후 이너 호스의 외주에 아웃터 호스를 결합하여 이중 구조의 인터락 메탈 호스를 완성하였다.
열처리된 이너 호스는 스프링백이나 드라이 프릭션으로 나타나는 열경화 현상이 최소화되어 차량의 배기 가스 열(450℃)에 의해서 사용 중 그 특성이 변하는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 아웃터 호스와의 강성 차이가 발생하지 않아 인터락 경화에 의한 래틀, 누기, 파손 현상 등을 예방할 수 있다.
도 12는 사후 열처리를 거쳐 완성된 이중 구조의 인터락 메탈 호스를 차량에 장착한 다음 50,000Km 주행 후 색상 변화를 보인 것으로 이너 호스와 아웃터 호스의 온도 차이가 150℃정도 발생했음을 알 수 있다.
열처리를 통해서 미리 가열 처리된 인터락 메탈 호스의 이너 호스는 450℃ 배기가스에 의해 열화가 진행되더라도 이미 스프링백 현상을 제거했기 때문에 사용 중 경화되는 현상이 예방되었을 뿐만 아니라 이너 호스와 아웃터 호스의 강성을 비슷하게 유지하여 편마모나 래틀이 생기는 현상을 피할 수 있었다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
10 : 엔진 20 : 배기구
30 : 엔진측 배기관 40 : 배기구측 배기관
100 : 인터락 메탈 호스 110 : 이너호스
120 : 아웃터 호스 130 : 연결플랜지
140 : 단위 메탈 밴드 141 : 리시버
142 : 인서트 143 : 연장부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 차량의 엔진과 배기구 사이에 신축 및 굴곡 가능하게 연결되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 배기구 측으로 안내하는 플렉시블 인터락 메탈 호스에 있어서,
    링 형상을 갖는 다수의 단위 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 이루어지는 하나의 원통 구조의 인터락 메탈 호스로서, 상기 단위 메탈 밴드는 양단이 옆으로 눕혀진 'U' 형상으로 개방부가 서로 마주보면서 상하 반대 방향으로 각각 접혀진 대칭 구조로 이루어져, 일단에는 이웃하는 단위 메탈 밴드의 단부가 일정 변위로 슬라이딩 가능하게 끼워지는 리시버가 형성되고, 타단에는 이웃하는 다른 단위 메탈 밴드의 단부에 일정 변위로 슬라이딩 가능하게 끼워지는 인서트가 형성되며, 상기 리시버와 인서트 사이의 중간 구간에는 서로 연결되는 다수의 단위 메탈 밴드들이 서로 동일한 높이로 연결됨과 동시에 서로 이웃하는 단위 메탈 밴드의 리시버 또는 인서트가 빠지는 것을 방지하기 위해 단차지게 절곡된 단차부가 마련된 원통형 구조물을 포함하며,
    상기 인터락 메탈 호스는 350 - 650℃의 온도로 열처리되고,
    상기 인터락 메탈 호스는 링 형상을 갖는 다수의 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 연결된 이너 호스와 아웃터 호스가 동심원상으로 내측과 외측에 서로 접촉되게 각각 배치되고, 각 호스의 양단은 서로 간에 접합 고정되게 연결되어 이너 호스와 아웃터 호스가 일체로 신축 및 굴곡 가능하며,
    상기 이너 호스는 350 - 650℃의 온도로 열처리된 것을 특징으로 하는 플렉시블 인터락 메탈 호스.
  4. 차량의 엔진과 배기구 사이에 신축 및 굴곡 가능하게 연결되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 배기구 측으로 안내하는 플렉시블 인터락 메탈 호스에 있어서,
    링 형상을 갖는 다수의 단위 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 이루어지는 하나의 원통 구조의 인터락 메탈 호스로서, 상기 단위 메탈 밴드는 양단이 옆으로 눕혀진 'U' 형상으로 개방부가 서로 마주보면서 상하 반대 방향으로 각각 접혀진 대칭 구조로 이루어져, 일단에는 이웃하는 단위 메탈 밴드의 단부가 일정 변위로 슬라이딩 가능하게 끼워지는 리시버가 형성되고, 타단에는 이웃하는 다른 단위 메탈 밴드의 단부에 일정 변위로 슬라이딩 가능하게 끼워지는 인서트가 형성되며, 상기 리시버와 인서트 사이의 중간 구간에는 서로 연결되는 다수의 단위 메탈 밴드들이 서로 동일한 높이로 연결됨과 동시에 서로 이웃하는 단위 메탈 밴드의 리시버 또는 인서트가 빠지는 것을 방지하기 위해 단차지게 절곡된 단차부가 마련된 원통형 구조물을 포함하며,
    상기 인터락 메탈 호스는 350 - 650℃의 온도로 열처리되고,
    상기 인터락 메탈 호스는 링 형상을 갖는 다수의 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 연결된 이너 호스와 아웃터 호스가 동심원상으로 내측과 외측에 서로 접촉되게 각각 배치되고, 각 호스의 양단은 서로 간에 접합 고정되게 연결되어 이너 호스와 아웃터 호스가 일체로 신축 및 굴곡 가능하며,
    상기 이너 호스와 아웃터 호스는 300계열의 스테인레스 강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플렉시블 인터락 메탈 호스.
  5. 삭제
  6. 링 형상을 갖는 다수의 단위 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 이루어지는 하나의 원통 구조의 인터락 메탈 호스를 준비하고, 상기 인터락 메탈 호스를 350 - 650℃의 온도로 열처리하되,
    상기 열처리는 인덕션 히터를 이용하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 인터락 메탈 호스 제조 방법.
  7. 링 형상을 갖는 다수의 단위 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 이루어지는 하나의 원통 구조의 인터락 메탈 호스를 준비하고, 상기 인터락 메탈 호스를 350 - 650℃의 온도로 열처리하되,
    상기 인터락 메탈 호스는 링 형상을 갖는 다수의 메탈 밴드가 서로 슬라이딩 가능하게 맞물려서 연결된 이너 호스와 아웃터 호스가 동심원상으로 내측과 외측에 서로 접촉되게 각각 배치되며, 상기 이너 호스는 350 - 650℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 인터락 메탈 호스 제조 방법.
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