KR101509932B1

KR101509932B1 - 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터

Info

Publication number: KR101509932B1
Application number: KR20130120199A
Authority: KR
Inventors: 추동호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-14
Also published as: US20150098815A1; EP2860372B1; US9752489B2; EP2860372A1; CN104514608B; CN104514608A

Abstract

본 발명은 배기매니폴드에서 터보차저로 유입되는 배기가스의 유량계수를 증대시켜서 터보차저의 효율 향상 및 엔진성능 향상을 도모하고, 1 piece 구조를 채택해서 부품수 감축과 비용절감 및 중량감소와 내구성 증대를 도모할 수 있는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터에 관한 것이다.

Description

배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터{CONNECTOR FOR COUPLING EXHAUST MANIFOLD WITH TURBOCHARGER HOUSING}

본 발명은 배기매니폴드와 터보차처하우징을 연결하는데 사용되는 커넥터에 관한 기술이다.

일반적으로, 터보차저를 구비한 차량에서 배기매니폴드와 터보차처하우징과의 연결구조는 도 1에 도시된 바와 같이 배기매니폴드(1)의 복잡한 형상, 배기매니폴드(1)와 터보차처하우징(2)과의 기밀유지를 위해 주로 일체형으로 제작하였다.

그러나, 상기와 같은 일체형 구조는 배기가스 합류부(3)에서 배기매니폴드(1)의 각 런너(1a,1b,1c,1d)에서 배출된 배기가스가 서로 간섭됨에 따라 배기가스의 유량계수 저하, 터보차저의 효율 감소, 엔진성능을 저하시키는 단점이 있다.

특히, 트윈 스크롤(twin scroll) 방식의 터보차저가 적용되는 경우 배기가스의 간섭을 회피하기 위해 배기매니폴드(1)의 1번-4번런너(1a,1d)와 2번-3번런너(1b,1c)가 각각 하나의 유로로 합류부(3)로 합류되는데, 상기 합류부(3)는 형상의 복잡함, 내외측의 온도 구배로 인한 열피로 증가에 따른 구조적 취약으로 인해 유로가 합쳐지는 격벽부의 코너 및 중앙부에서 피로도 증가에 따라 파손현상이 발생하는 단점이 있다.

상기한 단점을 보완하면서 배기가스 합류시 간섭을 회피하기 위해 도 2와 같은 커넥터(10)를 이용해서 배기매니폴드(1)와 터보차처하우징(2)을 연결하는 기술이 제안되었다.

하지만, 도 2와 같은 종래 커넥터(10)는 다수개의 부품 즉 커넥터하우징(11), 유로(12a)가 형성된 상부플레이트(12), 플레이트커버(13)가 서로 용접 결합되어 한 개의 부품이 되는 구성으로, 부품수 과다로 인한 비용상승, 부품(11,12,13) 조립에 따른 편의성 및 생산성 감소, 부품(11,12,13)간 용접 결합에 따른 내구성 감소 등의 단점이 있다.

특히, 상기와 같은 종래 커넥터(10)는 단순히 배기가스 간섭 회피만을 고려한 구조로, 열하중에 의한 피로도 흡수, 온도 저감을 통한 응력 개선 노력 등을 전혀 고려하지 않은 구조인 바, 이로 인해 종래의 커넥터(10)는 고온의 배기가스에 의한 피로도를 개선하지 못함에 따라 내구성 저하 및 쉽게 파손되는 단점이 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국등록특허공보 10-0794018호

이에 본 발명은 상기한 바의 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 배기가스 간섭 회피를 통한 유량계수 증대와 터보차저의 효율 증대 및 엔진성능 향상을 도모하고, 특히 고온의 배기가스 열에 의한 피로도 흡수 및 온도 저감을 통한 응력 개선과 내구성 향상을 도모할 수 있는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터는, 배기매니폴드와 결합되는 매니폴드결합부; 상기 매니폴드결합부의 일단에서 일체로 연결되게 형성된 것으로 터보차처하우징과 결합되는 하우징결합부; 및 상기 매니폴드결합부와 상기 하우징결합부를 관통하는 복수개의 배기가스통로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징결합부는 상기 매니폴드결합부로부터 외측으로 돌출되게 형성되고; 상기 매니폴드결합부와 상기 하우징결합부가 연결되는 바깥 표면에는 상기 배기매니폴드와 접촉하는 외측단차면이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 하우징결합부의 단부는 상기 배기가스통로보다 더 많이 돌출된 외측테두리로 형성되고; 상기 배기가스통로와 상기 외측테두리사이에는 상기 내측단차면이 형성되며; 상기 내측단차면에 2개의 배기가스통로가 서로 이격되게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 배기가스통로는 배기가스 흐름에 영향을 주지 않도록 노치(notch)가 없는 원형 또는 타원형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 하우징결합부의 외측면에는 표면적 증가를 통한 열교환 증대를 통해 배기가스 온도를 낮출 수 있도록 다수개의 외측홈이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 매니폴드결합부는 상기 배기매니폴드의 인스킨과 아웃스킨사이의 공간부로 삽입 설치되는데; 상기 인스킨은 상기 배기가스통로의 내주면과 접촉된 상태로 용접 결합되고; 상기 아웃스킨은 상기 매니폴드결합부의 바깥면과 접촉된 상태로 용접 결합되되 상기 아웃스킨의 끝단이 상기 외측단차면과 접촉된 상태로 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 터보차처하우징에는 상기 하우징결합부의 내측단차면으로 삽입되는 하우징돌기가 일체로 형성되고; 상기 하우징결합부의 외측테두리는 상기 하우징돌기의 바깥면과 접촉된 상태로 용접 결합되되 상기 외측테두리의 끝단이 상기 터보차처하우징의 단차면과 접촉된 상태로 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 내측단차면에는 상기 배기가스통로사이의 두께 편차를 줄여서 집중 응력을 완화하고 중량을 감소하기 위한 복수개의 단차면홀이 상기 하우징결합부와 상기 매니폴드결합부를 일체로 관통하게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 하우징결합부의 내측단차면과 상기 터보차처하우징의 하우징돌기사이에는 고온의 배기가스 열하중에 의한 변형을 흡수할 수 있도록 간극이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 커넥터는 1 piece 구조로 부품수 감축, 비용절감, 중량감소, 조립의 편의성 향상, 생산성 향상, 내구성 증대 등을 도모할 수 있게 되고, 터보차저로 유입되는 배기가스의 유량계수를 증대시킬 수 있게 됨으로써 터보차저의 효율 향상 및 엔진성능 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고온의 배기가스의 열하중에 의한 변형(열피로)을 흡수할 수 있게 됨으로써 파손 방지 및 내구성 향상을 도모할 수 있게 되고, 고온의 배기가스가 합류되는 부위에 대기와의 접촉 표면적을 증가시켜서 열교환 증대를 도모하고 이를 통해 배기가스 온도를 낮춤으로써 응력 저감 및 내구성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

또한, 배기가스통로사이의 두께 편차를 줄여서 두께 편차에 의한 집중 응력을 완화하고 이를 통해 배기가스에 의한 열응력 개선 및 중량 감소를 도모할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 배기매니폴드와 터보차처하우징이 일체로 형성된 종래 구조의 도면,
도 2는 종래 구조에 따른 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터,
도 3은 본 발명에 따른 커넥터를 이용해서 배기매니폴드와 터보차처하우징이 결합된 상태의 도면,
도 4는 본 발명에 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터의 사시도,
도 5는 도 3의 Ｉ-Ｉ선 단면도,
도 6은 도 5에서 커넥터의 결합부위를 확대한 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터에 대해 살펴보기로 한다.

도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 커넥터(50)는 터보차저를 구비한 차량에서 배기매니폴드(60)와 터보차처하우징(70)을 연결하는 것으로, 외형이 타원구조를 갖도록 형성된다.

상기 커넥터(50)는 배기매니폴드(60)와 결합되는 매니폴드결합부(51); 상기 매니폴드결합부(51)의 일단에서 일체로 연결되게 형성된 것으로 터보차처하우징(70)과 결합되는 하우징결합부(52); 및 상기 매니폴드결합부(51)와 상기 하우징결합부(52)를 관통하는 복수개의 배기가스통로(53);를 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 커넥터(50)는 1 piece 구조로 종래 3 piece 구조로 된 커넥터에 비해 부품수 감축으로 인한 비용절감, 중량감소, 조립의 편의성 향상, 생산성 향상, 내구성 증대 등의 장점이 있다.

4기통 엔진과 트윈 스크롤(twin scroll) 방식의 터보차저가 적용되는 경우, 배기가스의 간섭을 회피하기 위해 배기매니폴드(60)의 1번런너(61)와 4번런너(64)가 하나의 유로로 합쳐지고, 2번런너(62)와 3번런너(63)가 또 다른 하나의 유로로 합쳐지게 되는데, 상기 커넥터(50)의 배기가스통로(53)는 2개로 형성되어서 배기매니폴드(60)의 1번-4번런너(61,64)가 합쳐진 유로, 2번-3번런너(62,63)가 합쳐진 유로가 각각 연결된다.

본 발명에 따라 상기 하우징결합부(52)는 상기 매니폴드결합부(51)로부터 외측으로 돌출되게 형성되는데, 상기와 같이 하우징결합부(52)가 매니폴드결합부(51)로부터 외측으로 돌출되게 형성됨에 따라 상기 매니폴드결합부(51)와 상기 하우징결합부(52)가 연결되는 바깥 표면에는 상기 배기매니폴드(60)와 접촉하는 외측단차면(54)이 일체로 형성된다.

상기 매니폴드결합부(51)는 상기 배기매니폴드(60)의 인스킨(inskin; 65)과 아웃스킨(outskin; 66)사이의 공간부(67)로 삽입되게 설치되는데, 상기 인스킨(65)은 상기 배기가스통로(53)의 내주면과 접촉된 상태로 용접 결합되고, 상기 아웃스킨(66)은 상기 매니폴드결합부(51)의 바깥면과 접촉된 상태로 용접 결합되되 상기 아웃스킨(66)의 끝단이 상기 외측단차면(54)과 접촉된 상태가 되도록 결합된다.

즉, 매니폴드결합부(51)의 외측단차면(54)에 배기매니폴드(60)의 아웃스킨(66)의 끝단이 접촉되게 설치됨에 따라 본 발명에 따른 커넥터(50)는 보다 안정적으로 설치된 구조를 갖게 된다.

상기 하우징결합부(52)의 단부는 상기 배기가스통로(53)보다 더 많이 돌출된 외측테두리(55)로 형성되는데, 상기와 같이 형성된 외측테두리(55)에 의해 상기 배기가스통로(53)와 상기 외측테두리(55)사이에는 상기 내측단차면(56)이 형성된다.

본 발명에 따른 상기 배기가스통로(53)는 상기 내측단차면(56)에 2개가 서로 이격되게 형성된 구조이다.

한편, 상기 터보차처하우징(70)에는 상기 하우징결합부(52)의 내측단차면(56)으로 삽입되는 하우징돌기(71)가 일체로 형성되는데, 상기와 같이 형성된 하우징돌기(71)에 의해 터보차처하우징(70)에는 상기 하우징돌기(71)의 외측으로 단차면(72)이 형성된다.

따라서, 커넥터(50)의 매니폴드결합부(51)가 배기매니폴드(60)의 인스킨(65)과 아웃스킨(66)사이의 공간부(67)로 삽입되게 설치되면, 상기 커넥터(50)의 하우징결합부(52)의 외측테두리(55)는 상기 하우징돌기(71)의 바깥면과 접촉된 상태로 용접 결합되며, 이때 상기 외측테두리(55)의 끝단은 상기 터보차처하우징(70)의 단차면(72)과 접촉된 상태로 결합된다.

상기와 같이 하우징결합부(52)의 외측테두리(55) 끝단이 터보차처하우징(70)의 단차면(72)과 접촉되게 설치됨에 따라 본 발명에 따른 커넥터(50)는 보다 안정적인 설치구조를 갖게 되며, 특히 하우징결합부(52)의 내측단차면(56)과 터보차처하우징(70)의 하우징돌기(71)사이에 일정 크기의 간극(C1)을 형성할 수 있게 된다.

상기 간극(C1)은 고온의 배기가스의 열하중에 의해 하우징돌기(71) 또는 커넥터(50)가 변형되는 경우 변형(열피로)을 흡수할 수 있는 공간이 되며, 이를 통해 열피로에 의한 커넥터(50)의 파손을 방지함으로써 커넥터(50)의 내구성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에 따른 상기 배기가스통로(53)는 배기가스 흐름에 영향을 주지 않도록 노치(notch)가 없는 원형 또는 타원형으로 형성된 것이 바람직하다.

노치와 같은 돌기물로 인해 배기가스가 원활히 터보차저로 흐르지 못하면 터보차저로 유입되는 배기가스의 유량계수 저하, 터보차저의 효율 감소, 엔진성능 저하 등의 단점이 발생하는 바, 이를 예방하기 위해 본 발명에 따른 배기가스통로(53)는 노치(notch)가 없는 원형 또는 타원형으로 형성된 것이 바람직한 구조인 것이다.

또한, 본 발명에 따른 커넥터(50)에서 배기가스통로(53)는 고온의 배기가스가 합류되는 통로로서, 배기가스에 의한 열피로도를 경감시키지 못하면 커넥터(50)의 내구성을 크게 약화시키게 된다.

따라서, 본 발명은 상기 하우징결합부(52)의 외측면에 대기와 접촉하는 다수개의 외측홈(57)이 형성된 구조로, 상기 외측홈(57)을 통해 대기와 접촉하는 표면적을 증가시킬 수 있게 되고, 이를 통해 열교환 증대를 도모해서 배기가스 온도를 낮출 수 있게 되며, 배기가스 온도 감소를 통해 응력 저감 및 내구성 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 내측단차면(56)에 복수개의 단차면홀(58)이 형성된 구조로, 상기 단차면홀(58)은 하우징결합부(52)와 매니폴드결합부(51)를 일체로 관통하게 형성된 구조이고, 상기 단차면홀(58)을 통해 배기가스통로(53)사이의 두께 편차를 줄여서 두께 편차에 의한 집중 응력을 완화하고, 이를 통해 배기가스에 의한 열응력을 개선하며, 더 나아가 중량 감소를 도모할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 커넥터(50)는 배기매니폴드(60)의 각 런너(61,62,63,64)에서 배출된 배기가스가 합류될 때 배기가스의 간섭을 방지할 수 있게 됨에 따라 터보차저로 유입되는 배기가스의 유량계수를 증대시킬 수 있게 되고, 이를 통해 터보차저의 효율 향상 및 엔진성능 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 커넥터(50)는 매니폴드결합부(51)와 하우징결합부(52) 및 복수개의 배기가스통로(53)가 일체로 형성된 1 piece 구조로, 이를 통해 부품수 감축, 비용절감, 중량감소, 조립의 편의성 향상, 생산성 향상, 내구성 증대 등을 도모할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 커넥터(50)는 매니폴드결합부(51)의 외측단차면(54)에 배기매니폴드(60)의 아웃스킨(66)의 끝단이 접촉되게 설치되고, 동시에 하우징결합부(51)의 외측테두리(55) 끝단이 터보차처하우징(70)의 단차면(72)과 접촉되게 설치되는 구조인 바, 이를 통해 본 발명에 따른 커넥터(50)는 보다 안정적인 설치구조를 갖게 되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 커넥터(50)가 배기매니폴드(60)와 터보차처하우징(70)을 연결하도록 설치되었을 때 하우징결합부(52)의 내측단차면(56)과 터보차처하우징(70)의 하우징돌기(71)사이에 일정 크기의 간극(C1)이 형성되는 구조로, 상기 간극(C1)을 통해 고온의 배기가스의 열하중에 의해 하우징돌기(71) 또는 커넥터(50)가 변형되는 경우 변형(열피로)을 흡수할 수 있게 되고, 이를 통해 열피로에 의한 커넥터(50)의 파손을 방지함으로써 커넥터(50)의 내구성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 커넥터(50)는 배기가스통로(53)가 배기가스 흐름에 영향을 주지 않도록 노치(notch)가 없는 원형 또는 타원형으로 형성된 구조로, 이를 통해 터보차저로 유입되는 배기가스의 유량계수 증대, 터보차저의 효율 향상 및 엔진성능 향상을 모도할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 커넥터(50)는 하우징결합부(52)의 외측면에 대기와의 접촉 표면적을 증가시키는 다수개의 외측홈(57)이 형성된 구조로, 이를 통해 열교환 증대를 도모해서 배기가스 온도를 낮출 수 있게 되고, 더 나아가 배기가스 온도 감소를 통해 응력 저감 및 내구성 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 커넥터(50)는 내측단차면(56)에 복수개의 단차면홀(58)이 형성된 구조로, 이를 통해 배기가스통로(53)사이의 두께 편차를 줄여서 두께 편차에 의한 집중 응력을 완화하고, 배기가스에 의한 열응력을 개선하며, 더 나아가 중량 감소를 도모할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

50 - 커넥터 51 - 매니폴드결합부
52 - 하우징결합부 53 - 배기가스통로
60 - 배기매니폴드 70 - 터보차저하우징

Claims

배기매니폴드와 결합되는 매니폴드결합부;
상기 매니폴드결합부의 일단에서 일체로 연결되게 형성된 것으로 터보차처하우징과 결합되는 하우징결합부; 및
상기 매니폴드결합부와 상기 하우징결합부를 관통하는 복수개의 배기가스통로를 포함하고;
상기 하우징결합부는 상기 매니폴드결합부로부터 외측으로 돌출되게 형성되며;
상기 매니폴드결합부와 상기 하우징결합부가 연결되는 바깥 표면에는 상기 배기매니폴드와 접촉하는 외측단차면이 형성된 것을 특징으로 하는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 하우징결합부의 단부는 상기 배기가스통로보다 더 많이 돌출된 외측테두리로 형성되고;
상기 배기가스통로와 상기 외측테두리사이에는 내측단차면이 형성되며;
상기 내측단차면에 2개의 배기가스통로가 서로 이격되게 형성된 것을 특징으로 하는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터.
청구항 1에 있어서,
상기 배기가스통로는 배기가스 흐름에 영향을 주지 않도록 노치(notch)가 없는 원형 또는 타원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징결합부의 외측면에는 표면적 증가를 통한 열교환 증대를 통해 배기가스 온도를 낮출 수 있도록 다수개의 외측홈이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터.
청구항 1에 있어서,
상기 매니폴드결합부는 상기 배기매니폴드의 인스킨과 아웃스킨사이의 공간부로 삽입 설치되는데;
상기 인스킨은 상기 배기가스통로의 내주면과 접촉된 상태로 용접 결합되고;
상기 아웃스킨은 상기 매니폴드결합부의 바깥면과 접촉된 상태로 용접 결합되되 상기 아웃스킨의 끝단이 상기 외측단차면과 접촉된 상태로 결합된 것을 특징으로 하는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터.
청구항 3에 있어서,
상기 터보차처하우징에는 상기 하우징결합부의 내측단차면으로 삽입되는 하우징돌기가 일체로 형성되고;
상기 하우징결합부의 외측테두리는 상기 하우징돌기의 바깥면과 접촉된 상태로 용접 결합되되 상기 외측테두리의 끝단이 상기 터보차처하우징의 단차면과 접촉된 상태로 결합된 것을 특징으로 하는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터.
청구항 3에 있어서,
상기 내측단차면에는 상기 배기가스통로사이의 두께 편차를 줄여서 집중 응력을 완화하고 중량을 감소하기 위한 복수개의 단차면홀이 상기 하우징결합부와 상기 매니폴드결합부를 일체로 관통하게 형성된 것을 특징으로 하는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터.
청구항 7에 있어서,
상기 하우징결합부의 내측단차면과 상기 터보차처하우징의 하우징돌기사이에는 고온의 배기가스 열하중에 의한 변형을 흡수할 수 있도록 간극이 형성된 것을 특징으로 하는 배기매니폴드와 터보차처하우징의 연결용 커넥터.