KR101375617B1 - 연료 투과 배리어를 포함하고 있는 개스킷 - Google Patents

Abstract

내연 기관(10)에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법은 개스킷을 사용하기 위해 배치하기 전에 할로겐 매질에서 개스킷을 표면 처리하는 것을 포함하고 있다. 아크릴, EPDM 또는 HNBR과 같은 저비용의 엘라스토머가 개스킷 보디를 위해 사용될 수 있다. 할로겐 매질은 개스킷이 그 안에 침적되는 액체 욕조 또는 가스 욕조를 포함할 수 있다. 할로겐 매질 욕조는 할로겐 공정을 촉진하기 위하여 가열에 의해서 활성화될 수 있다. 본 발명에 따라 처리된 개스킷은 상대적으로 저비용으로 연료 투과 저항성을 실질적으로 향상시키는 화학적으로 변화된 외부 표면을 갖는다.

내연 기관, 개스킷, 연료 투과 저항성, 할로겐, 엘라스토머, 표면 처리

Description

연료 투과 배리어를 포함하고 있는 개스킷{GASKET CONTAINING FUEL PERMEATION BARRIER}

본 발명은 연료 투과를 감소시키도록 처리된 개스킷에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 연료 투과성에 대한 개스킷의 저항성을 실질적으로 향상시키기 위하여 할로겐 용액으로 표면 처리된 폴리머 개스킷에 관한 것이다.

내연 기관에서는 연소 과정을 위해 휘발성이 높은 연료가 사용된다. 강화된 배출가스 규제는 대기 중으로 불연소된 연료의 누출을 최소화하도록 엔진 및 자동차 제조 회사에 동기를 부여한다. 일반적으로 불연소된 연료는, 다양한 볼트 체결 구성요소를 밀봉하기 위하여 엔진에 두루 사용되는 타입의 고정 개스킷을 투과함으로써 누출된다. 연료 전달 경로에서의 개스킷은 연료 투과성에 특히 취약하며, 엔진의 오일 측의 개스킷도 또한 위험성이 있다. 연료는 오일 교환하는 사이에 20% 까지 엔진 오일과 혼합되기 때문에, 오일 팬 개스킷 조차도 연료 투과에 취약하다.

일반적으로 저렴한 아크릴 엘라스토머로 만들어진 개스킷이 연료 경로가 아닌 곳에 적용되어 사용되고 있다. 연료 경로 개스킷을 통한 연료 증기 투과를 감소시키키 위하여, 종래 기술에서는 불소계 엘라스토머로 개스킷을 제조하는 것을 제안하였다. 불소계 엘라스토머 재료는 연료 투과 배리어로서 효과적이지만 아크 릴 엘라스토머로 제조된 개스킷보다 일반적으로 4배 이상 고가이다. 바꾸어 말하면, 높은 비용 차이 때문에 균질의 불소계 엘라스토머 재료로 제조된 개스킷은 주로 흡기 매니폴드 및 다른 연료 경로에 주로 사용되었다. 반면에, 비용면에서 더욱 효과적인 아크릴, EPDM 또는 HNBR 엘라스토머 개스킷은 소량의 연료 투과가 용인되는 밸브 커버, 오일 팬 개스킷 등을 위해서 사용되는 경향이 있다.

환경 문제를 위해 엔진으로부터 연료의 누출에 대한 관심이 높아지기 때문에, 내연 기관에 연료 투과에 대한 저항성을 갖는 개스킷을 제공할 필요성이 있다. 그러나, 이러한 요구는 개스킷 보디 전체를 불소계 엘라스토머로 제조하는 종래 기술의 해결방안에 따른 높은 비용에 의해서 충족되지 못한다.

본 발명은 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키는 방법을 제공함으로써 종래 기술의 개스킷에서 나타나는 단점 및 문제점을 해소한다. 본 발명의 방법은 제 1 엔진 구성요소를 제공하는 단계, 제 1 엔진 구성요소에 직접 연결하기 적합하게 되어 있는 제 2 엔진 구성요소를 제공하는 단계, 및 유밀 접촉을 형성하기 위해 마주 보는 표면 사이에서 압축되는 타입의 개스킷을 제공하는 단계를 포함하고 있다. 개스킷은 수소 원자를 함유한 외부 표면을 포함하고 있다. 본 발명의 방법은 유밀 접촉을 생성하기 위하여 제 1 엔진 구성요소와 제 2 엔진 구성요소 사이에서 개스킷을 압축하는 단계를 더 포함하고 있다. 본 발명의 장점은 압축 단계 이전에 할로겐 매질에서 개스킷을 표면 처리하는 단계에 의해서 달성되는데, 이 단계에서는 할로겐 매질의 할로겐 원자가 개스킷 외부 표면의 수소 원자를 대체함으로써 외부 표면의 화학적인 조성을 변경하고 개스킷의 연료 투과 저항성을 실질적으로 향상시킨다.

종래 기술의 해결방안은 균질의 불소계 엘라스토머 재료로 개스킷을 제조하는 것을 필요로 하는 반면에, 본 발명은 할로겐 공정에서 개스킷의 표면만을 처리한다. 이에 의해, 개스킷의 외부 표면은 화학적으로 변경되고, 할로겐 원자가 원래의 수소 원자를 치환하며, 개스킷의 노출 표면에 연료 투과 저항성 배리어를 생성한다. 따라서, 본 발명에 따라 처리될 때, 표준적인 낮은 비용의 엘라스토머를 개스킷의 구성 재료 또는 주재료로 사용하는 것을 통하여 실질적인 비용 절감이 실현될 수 있다.

본 발명의 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면을 함께 고려할 때 더욱 용이하게 이해될 것이다.

도 1 은 불연소된 연료에 노출되는 개스킷을 각각 가지고 있는 몇개의 구성요소가 엔진 블록으로부터 분해되어 있는 상태에서 엔진 블록과 함께 도시한 내연 기관의 간략화된 분해도;

도 2 는 할로겐 표면 처리를 생성하기 위하여 개스킷이 액체 욕조에 침적되어 있는, 할로겐 공정을 나타내는 개략도;

도 3 은 할로겐 가스 욕조에 개스킷을 침적하는 대안적인 기술을 나타내는, 도 2에 도시된 것과 같은 개략도; 및

도 4 는 본 발명에 따라 처리되고 사용하기 위해 배치됨으로써, 좌측으로부 터 우측으로 연료 증기 투과가 저지되는 것을 예시하는 개스킷의 확대도.

도면에서 같은 도면부호가 같은 부품 또는 대응하는 부품을 나타내고 있는 첨부 도면을 참조하면, 내연 기관은 분해도에서 전체적으로 도면부호 10으로 도시되어 있다. 엔진(10)은 블록(12)을 포함하고 있는데, 블록에는 일반적으로 나사식 패스너를 통하여 다수의 엔진 구성요소가 부착된다. 예를 들면, 오일 팬(14)은 블록(12)의 아래쪽에 부착되는 반면에, 흡기 매니폴드(16)는 실린더 헤드(18)를 통하여 블록(12)에 간접적으로 부착된다. 또한 밸브 커버(20)는 실린더 헤드(18)를 통하여 엔진 블록(12)에 간접적으로 연결된다.

개스킷은 부착되는 구성요소 사이에 유밀 접촉을 형성하기 위해 제공된다. 오일 팬(14)의 경우에, 오일 팬 개스킷(22)이 제공된다. 오일 팬(14)은 엔진 블록(12)의 바닥에 직접 연결하기 적합하게 되어 있는 둘레부(24)를 포함하고 있다. 사용시에, 개스킷(22)은 엔진 블록(12)의 바닥과 오일 팬(14)의 둘레부(24) 사이에서 압축됨으로써 이들 두개의 엔진 구성요소 사이에 유밀 접촉을 형성한다. 마찬가지로, 흡기 매니폴드 개스킷(26)은 흡기 매니폴드(16)의 둘레부(28)와 실린더 헤드(18)상의 결합면 사이에서 압축된다. 또한, 밸브 커버 개스킷(30)은 밸브 커버(20)의 둘레부(32)와 실린더 헤드(18)의 대향하는 표면 사이에서 압축된다. 게다가, 다른 엔진 구성요소들도 개스킷이 구성요소 사이에 삽입되어 유밀 접촉을 형성하도록 압축된 상태에서 엔진 블록(12)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된다. 상술한 개스킷은 연료 투과에 취약한 엔진에서의 모든 정적 개스킷의 단지 대표적 인 것들이다.

이들 엔진 개스킷들은 흡기 과정중에 또는 엔진 오일의 오염물질로서 휘발성 연료에 노출되기 때문에, 상술한 개스킷(22, 26, 30)으로 제한되는 것은 아니라 이들 개스킷을 포함하는 다수의 엔진 개스킷의 연료 투과 저항성을 향상시키는 것이 환경적으로 유익하다. 본 발명은 개스킷을 사용하기 위해서 배치하기 이전에 할로겐 매질에서 개스킷을 표면 처리하는 단계를 포함하고 있다. 할로겐 공정중에, 할로겐 가스 또는 용액중의 할로겐 원자는 개스킷 외부 표면의 수소 원자를 대체하고, 이에 의해서 개스킷 외부 표면의 화학적인 조성을 변경한다. 이러한 할로겐 공정은 처리된 개스킷의 연료 투과 저항성을 실질적으로 향상시킨다.

바람직하게, 개스킷은 탄화수소 화합물을 포함하는 종류의 아크릴처럼 저비용의 엘라스토머 재료로 제조된다. 그러나, 아크릴 대신에 EPDM 또는 HNBR 등과 같은 저비용의 다른 엘라스토머 화합물이 또한 사용될 수 있다. 게다가, 본 발명에서는 수소(H) 원소를 포함하고 있는 임의의 적합한 엘라스토머가 사용될 수 있다. 만약 할로겐 매질에서 할로겐이 불소 원소로부터 선택되면, 예를 들어 3가지 가능한 반응 메카니즘은 아래의 반응식으로 표시된다:

이들 반응 메카니즘은 할로겐 원자 즉, 이 예에서 불소(F)가 개스킷 표면층의 물질 조성에서 수소 원자를 대체하는 적어도 3가지 방식을 나타내고 있다. 브롬(Br) 및 염소(Cl)의 할로겐에 대한 유사한 반응 메카니즘은 당업자에 의해서 쉽게 예상될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 표면 처리 기술을 예시하고 있는데, 여기에서 대표적인 개스킷(30)은 액상 형태의 할로겐 매질(38)을 수용하고 있는 탱크(36)에 침적(immersed)된다. 할로겐 원소를 포함하고 있는 액상 용액(38)은 버너(40)로 개략적으로 도시된 바와 같이 열을 가함으로써 활성화될 수 있다. 개스킷(34)이 용액(38)에 침적되어있는 동안에, 매질의 할로겐 원자는 앞서 설명한 반응 메카니즘의 적어도 하나에 따라 개스킷(34)의 물질 조성의 수소 원자와 화학적으로 치환된다. 처리된 개스킷(34')은 그 다음에 탱크(36)로부터 제거되고 팬(42)으로 예시적 으로 나타낸 바와 같이 건조된다. 물론, 다른 건조 기술이 사용될 수 있다.

할로겐 매질이 액상 형태로 유지되고 있는 도 2와 관련하여 상술한 제조 방법은, 할로겐 매질의 할로겐이 브롬(Br) 또는 염소(Cl)인 경우에 가장 적합하게 사용된다. 매질의 할로겐으로 불소(F)를 사용하고 싶은 경우, 액상 형태 대신에 가스 형태로 매질을 유지하는 것이 바람직하다. 도 3은 블소(48)를 포함하고 있는 가스 매질이 공급 파이프(50)를 통하여 도입되는 챔버(46)내에 개스킷(44)이 놓여지는 예시적인 제조 공정을 도시하고 있다. 따라서, 표면 처리는 연무 공정(fuming process)에서 실행되는데, 연무 공정에서 가스 매질내의 불소 원자는 상술한 하나(또는 하나 이상)의 반응 메카니즘에 따라서 엘라스토머 개스킷(44)의 물질 조성에 존재하는 수소 원자와 화학적으로 치환된다. 챔버(46)로부터 제거된, 표면 처리된 개스킷(44')은 연료 투과에 대한 억제부로서 기능하는 외부 표면을 갖게 된다. 앞서 설명한 예와 같이, 챔버(46) 안의 가스 할로겐 매질(48)의 온도를 높이기 위하여 열원(52)을 사용하는 것은 할로겐 공정을 더욱 촉진하는 활성화된 분위기를 효과적으로 제공한다. 물론, 본 발명에 따른 할로겐 공정을 실행하기 위한 다른 기술 및 방법이 가능하며, 명세서에 설명된 것과 동등하거나 또는 더욱 높은 유효성으로 적절한 상황에서 적용될 수 있다.

도 4는 연료 증기가 존재하는 상태에서 개스킷이 사용되는 경우에 본 발명을 개념적으로 예시하고 있다. 연료 분자(60)(즉, 탄화수소)는 가스 또는 증기 상태로 나타내고 있다. 화살표(62)는 투과 방향을 나타내며, 개스킷(56)의 좌측은 내연 기관 구역이며 개스킷(56)의 우측은 외부 환경을 나타낸다. 아크릴 엘라스토머 로 만들어진 종래 기술 개스킷은 연료 증기(60) 투과에 대한 뚜렷한 배리어를 생성하지 않는다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 개스킷(56)은 투과를 저지하며, 통과하여 외부 환경으로 빠져나가는 연료 증기 분자(60)의 상당한 양을 실제로 차단한다. 예시적인 단면으로 도시된 바와 같이, 개스킷(56)의 처리된 층은 표면(54) 아래의 한정된 깊이까지만 뻗어 있다. 이것은 개스킷의 전체 물질 조성이 불소계 엘라스토머로 제조되는 종래 기술과 구별되는 것이다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 개스킷(56)의 코어(58)는 할로겐 공정에 의해서 영향을 받지 않은 채로 남아 있다.

본 발명에 대한 내용은 법률적인 기준에 따라 기재되었으며, 따라서 명세서에 기재된 설명은 본질적으로 제한하는 것이 아니라 예시하는 것이다. 설명한 실시예에 대한 변경 및 개량은 당업자에게 명백한 것이며 본 발명의 범위에 들어간다. 따라서 본 발명의 법률적인 보호 범위는 청구 범위를 고려하는 것에 의해서만 결정될 수 있다.

Claims (17)

1. 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은:

   제 1 엔진 구성요소를 제공하는 단계;

   제 1 엔진 구성요소에 직접 연결하기 위한 제 2 엔진 구성요소를 제공하는 단계;

   엔진 구성요소 사이에 유밀 접촉을 형성하기 위해 마주 보는 표면 사이에서 압축되는 타입의 엘라스토머로 제조된 개스킷을 제공하는 단계;

   엔진 구성요소 사이에 유밀 접촉을 생성하기 위하여 제 1 엔진 구성요소와 제 2 엔진 구성요소 사이에서 개스킷을 압축하는 단계;를 포함하고 있고,

   상기 개스킷은 수소 원자를 함유한 외부 표면을 포함하고 있으며,

   상기 개스킷을 제공하는 단계는 상기 압축 단계 이전에 할로겐 매질에서 개스킷을 표면 처리하는 단계를 포함하고 있고, 표면 처리 단계에 의해서 할로겐 매질의 할로겐 원자가 개스킷 외부 표면의 수소 원자를 대체함으로써 전체 외부 표면의 화학적인 조성을 변경하고 개스킷의 연료 투과 저항성을 실질적으로 향상시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 개스킷을 표면 처리하는 단계는 염소 함유 매질에 개스킷을 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 염소 함유 매질에 개스킷을 침적시키는 단계는 염소 함유 매질을 액상 형태로 유지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 개스킷을 표면 처리하는 단계는 브롬 함유 매질에 개스킷을 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 브롬 함유 매질에 개스킷을 침적시키는 단계는 브롬 함유 매질을 액상 형태로 유지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 개스킷을 표면 처리하는 단계는 불소 함유 매질에 개스킷을 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 불소 함유 매질에 개스킷을 침적시키는 단계는 불소 함유 매질을 가스 형태로 유지하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
8. 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은:

   엔진 블록을 제공하는 단계;

   엔진 블록에 적어도 그 둘레에 대해서 간접적으로 연결되는 엔진 구성요소를 제공하는 단계;

   수소 원소를 함유한 엘라스토머로부터 개스킷을 제조하는 단계;

   유밀 접촉을 형성하기 위하여 엔진 구성요소의 둘레에 개스킷을 압축하는 단계;를 포함하고 있고,

   상기 개스킷은 엔진 구성요소 사이에 유밀 접촉을 형성하기 위해 마주 보는 표면 사이에서 압축되는 외부 표면을 갖고 있는 타입이며,

   상기 개스킷을 제공하는 단계는 상기 압축 단계 이전에 할로겐 매질에서 개스킷을 표면 처리하는 단계를 포함하고 있고, 표면 처리 단계에 의해서 할로겐 매질의 할로겐 원자가 개스킷 외부 표면의 수소 원자를 대체함으로써 전체 외부 표면의 화학적인 조성을 변경하고 개스킷의 연료 투과 저항성을 실질적으로 향상시키는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 개스킷을 표면 처리하는 단계는 액체 욕조(liquid bath)에 개스킷을 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 액체 욕조에 개스킷을 침적시키는 단계는 염소 함유 액체를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 액체 욕조에 개스킥을 침적시키는 단계는 브롬 함유 액체를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 개스킷을 표면 처리하는 단계는 상기 액체 욕조에 개스킷을 침적시키는 단계 후에 개스킷을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
13. 제 8 항에 있어서, 상기 개스킷을 표면 처리하는 단계는 가스 욕조(gaseous bath)에 개스킷을 침적시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 가스 욕조에 개스킷을 침적시키는 단계는 불소 함유 가스를 제공하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
15. 제 8 항에 있어서, 상기 개스킷을 표면 처리하는 단계는 할로겐 매질을 가열하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관에서 개스킷 접합부를 통한 연료 투과를 감소시키기 위한 방법.
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