KR20000028835A - 배기 구성품 및 배기 구성품 제조 방법 - Google Patents

배기 구성품 및 배기 구성품 제조 방법 Download PDF

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크뤼거클라우스게르하르트
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게오르그 메스머:피터 구프
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Abstract

배기 구성품이 두 개 이상의 입구관을 갖춘 배기 다기관을 구비하며, 또한 촉매 컨버터 및 두 개의 복합 벽 부재를 갖춘 벽을 구비한다. 상기 두 개의 벽 부재는 단면에서 함께 모든 입구관의 내부 공간 및, 적합하다면 또한 촉매 수단 및 촉매 컨버터를 둘러싼다. 각각의 벽 부재는 두 개의 단편 금속 셸 및 상기 셸 사이에 배치된 단열 재료의 층을 갖추므로, 각각의 벽 부재는 양호한 단열성을 제공한다. 상기 벽 부재의 제조 중에, 상기 벽 부재에 속한 셸뿐만 아니라 그 사이에 배치된 단열 재료의 층은 함께 탄성 변형된다. 이는 벽의 경제적인 제조를 허용한다.

Description

배기 구성품 및 배기 구성품 제조 방법{Exhaust Component And Method For Producing An Exhaust Component}
본 발명은 내연 기관 및 벽에 연결하기 위한 두 개 이상의 입구관을 갖춘 배기 구성품 또는 배기 장치에 관한 것이다.
배기 구성품은 배기 가스를 안내하고 촉매 처리하며 정화하기 위한 내연 기관의 배기 계통의 부분으로 사용된다. 상기 내연 기관은, 예를 들면 승용 자동차 또는 다른 차량의 가솔린 엔진이다.
공지된 배기 다기관은 내연 기관에 연결되는 두 개 이상의 입구관과, 상기 입구관에 공유되는 수집 출구 및, 단순 금속벽을 갖춘 관을 포함하는 다양한 관을 갖춘다. 내연 기관의 작동 중에, 상기 벽은 통상 700℃ 이상의 고온으로 가열되므로, 상기 배기 다기관, 특히 배기 다기관의 입구관은 많은 양의 열을 주위로 방출시킨다. 복사, 열전도 및 대류에 의해 방출되는 상당량의 열은, 예를 들면 전기 부품, 전자 부품 및/또는, 플라스틱 함유 부품, 연료 탱크, 예비 타이어 및/또는, 승객 부분과 같은, 배기 다기관에 인접 배치된 온도에 민감한 부분 및/또는 공간의 적합하지 않은 가열의 원인이 된다. 따라서, 실제로는 배기 다기관 부근에 열차폐판(heat-shield plates)을 배치할 필요가 종종 있는데, 이 판은 차량 생산에 관련된 비용을 증가시키고, 많은 공간을 차지하며, 엔진에 의해 발생되는 진동에 의한 소음 문제를 일으킬 수도 있다.
또한, 배기 다기관 또는 촉매 컨버터의 가스 이송 부분을 이중 벽 냉각 재킷으로 둘러싸는 것이 공지되어 있다. 상기 냉각 재킷은 작동 중에 물이 안내되어 통과되는 중간 공간을 갖춘다. 그러나, 이러한 특성의 냉각 재킷은 가열된 물을 냉각 재킷 내에서 냉각 및 순환시키기 위한 냉각 설비가 추가적으로 요구되며, 또는 엔진을 초기에 냉각시키는 역할을 하는 냉각 계통의 크기의 증가를 필요로하는데, 이는 차지하는 공간 및 비용을 증가시킨다.
미국 특허 3,751,920호에는 원통형 케이싱(casing) 재킷을 따라 분포된 위치에서 상기 재킷을 통해 케이싱의 내부 공간으로 개방된 입구관 및 케이싱를 갖춘 비촉매 배기 반응기가 개시되어 있다. 따라서, 상기 배기 반응기는 배기 다기관을 형성하지 않으며, 작동 중에 상당량의 배압(back-pressure)을 발생한다. 배기 반응기의 입구관은 금속벽을 갖추며 따라서 많은 양의 열을 주위로 방출한다. 상기 재킷은 금속으로 형성된 외벽을 갖춘다. 상기 외벽은 입구관 및 출구관의 개구에서, 구멍을 갖춘 단열층을 둘러싸며, 벽의 내부 및 외부, 단부 및 구멍에서 코팅이 제공되어 있다. 단열층은 또한 단부벽의 내부면 상에 배치된다. 따라서, 상기 단열층 및 코팅은 또한 원통형 금속 외벽, 평면 금속 단부벽 및 입구관에 조립 및 제조되어야한다. 따라서, 다수의 개별 부품이 상기 케이싱, 입구관 및 단열층을 형성하기 위해 제조 및 조립되어야 한다. 단열층 및 코팅 재료는 상술하지 않은 것에 주목하라.
프랑스 특허 공고 2,238,585호에는 두 개의 금속 박판 사이에 배치되며 특히 소음기 케이싱를 형성하는데 사용되는 유리 섬유 조직을 포함하는 복합 재료가 개시되어 있다. 상기 케이싱를 제작하기 위해, 복합 재료의 두 박판은 절반 셸로 성형된 후, 단부에서 함께 결합된다. 프랑스 특허 공고 2,238,585호에는 배기 다기관은 개시되어 있지 않다. 또한, 개시된 유리 섬유 조직은 비교적 얇으며 또한 낮은 압축 강도를 갖는다. 한편, 비교적 작은 곡률 반경을 갖는 배기 다기관 내부로 박판을 변형시키기 위해, 상당한 압축력이 평면, 복합 박판에 적용되어야만 하며, 계속해서 유리 섬유 조직은 상당한 정도로 압축된다. 수행된 시험에 따르면, 완성된 배기 다기관 내의 유리 섬유 조직의 두께는 단지 원래 두께의 약 20% 내지 35% 이며, 단지 1mm 이하이다. 따라서, 배기 다기관에 의해 방출된 열은 단지 불충분한 정도로 감소된다.
미국 특허 4,215,093호에는 촉매 컨버터에 내연 기관을 연결하기 위한 두 입구관 및 촉매 컨버터가 개시되어 있다. 촉매 컨버터는 각각의 벽이 두 개의 셸 및 그 사이에 공기를 포함한 중간 공간을 포함하는 두 개의 벽을 갖춘 케이싱를 구비한다. 한편, 입구관은 작동 중에 고온으로 가열되며 많은 양의 열을 방출하는 단순 금속벽을 갖춘다. 게다가, 유사한 이중 벽 케이싱를 갖춘 승용 자동차의 촉매 컨버터에 수행된 시험에 의하면, 이러한 케이싱의 외벽은, 작동 중에 공기를 포함한 중간 공간에도 불구하고 약 500℃ 내지 600℃ 정도의 고온으로 가열된다. 따라서, 이러한 특성의 촉매 컨버터는 또한 많은 양의 열을 주위로 방출한다. 미국 특허 4,215,093호에 공지되어 있는 배기 계통은 또한 제조를 위한 다수의 개별 부분을 조립해야 하는 필요가 있는 단점을 나타내므로, 배기 계통의 제조 비용이 더욱 비싸다. 게다가, 외벽을 형성하는 셸 사이의 나사에 의한 연결은 많은 공간을 필요로 한다.
또한, 유사한 문제가 개별 배기 다기관의 경우에 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 두 개 이상의 입구관을 갖춘 배기 다기관 및 촉매 컨버터를 구비한 공지된 배기 구성품 및/또는 배기 장치의 단점을 제거하며, 양호한 단열성을 갖추면서 저비용으로 제조 및 조립되며 작은 공간만을 차지하는, 배기 가스를 안내하고 촉매 처리하며 정화하기 위한 배기 구성품 또는 배기 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 내연 기관 및 벽에 연결하기 위한 두 개 이상의 입구관을 갖춘 배기 구성품에 의해 성취되며, 상기 벽은 각각 두 개의 금속 셸 및 상기 셸 사이에 위치된 단열 재료의 층을 갖춘 두 개의 벽 부재를 구비하며, 상기 두 개의 벽 부재는 서로 함께 연결되며, 단면에서 모든 입구관의 내부 공간을 둘러싸는 에지 부분을 구비한다.
또한, 본 발명은 각각 두 개의 금속 셸 및 상기 셸 사이에 위치된 단열 재료의 층을 갖추며, 서로 함께 연결된 에지 부분을 구비하며, 단면에서 모든 입구관의 내부 공간을 둘러싸는 두 개의 벽 부재를 포함하는 벽 및 내연 기관에 연결하기 위한 두 개 이상의 입구관을 갖춘 배기 구성품을 제조하는 방법에 관한 것이며, 두 개의 박판 부분이 각각의 벽 부재에 제공되며, 각각의 박판 부분은 셸 중의 하나를 형성하는 역할을 하며, 단열 재료의 층은 두 개의 박판 부분 사이에 배치되며, 상기 두 개의 박판 부분 및 그 사이에 배치된 층은 두 개의 벽 부재가 함께 단면에서 입구관의 내부 공간을 둘러싸는 방식으로 함께 변형된다.
본 발명에 따른 단열 재료의 층은, 양호한 단열성을 제공하는 각각의 벽 부재의 셸 사이에 존재한다. 이는 배기 가스로부터 공급된 열이 배기 가스 내부 및/또는 배기 구성품 또는 배기 장치의 내부에 계속하여 잔류하는 것을 보장한다. 배기 가스 내에 잔류한 열은 상기 가스에 의해 전방으로 이송되며 배기 가스와 함께 주위로 많은 정도로 분산된다. 따라서 배기 구성품 또는 배기 계통의 각각의 외부 셸은, 작동 중에 비교적 낮은 온도로 가열된다. 게다가, 배기 구성품은 단지 소량의 열을 주위로 방출한다. 따라서, 배기 구성품의 인접부에 위치된 열에 민감한 부분 또는 공간을 배기 구성품으로부터 복사 또는 다른 방식으로 방출된 열로부터 방열재에 의해 보호할 필요가 없다.
배기 구성품의 적합한 구성에 있어서, 배기 구성품은 배기 다기관 및, 배기 다기관을 갖춘 단일 유닛을 형성하며 배기 가스의 촉매 처리를 위한 촉매 수단을 포함하는 촉매 컨버터를 구비한다. 배기 다기관의 두 개의 벽 부재는, 예를 들면 단면에서 촉매 컨버터의 내부 공간, 특히 촉매 수단을 완전히 둘러싼다. 선택적으로, 각각의 벽 부재가 두 개의 금속 셸 및 상기 셸 사이에 배치된 단열 재료의 층을 갖는 두 개의 부가 벽 부재가 촉매 컨버터를 위해 제공된다. 두 개의 부가 벽 부재는 단면에서 촉매 수단을 함께 완전히 둘러싸며, 배기 다기관에 속한 벽 부재에 예를 들면 직접 및, 간접적으로, 견고하며, 굳게 연결된다. 배기 구성품의 이러한 설계는 또한 촉매 컨버터의 매우 양호한 단열성 및 배기 다기관에의 연결을 제공한다. 게다가, 이러한 특성의 유닛은 특히 경제적이다.
상기 벽 부재는 적합하게 강하며 견고하게 설계되며, 독립 지지되며 함께 벽의 독립 지지 부분을 형성하는 방식으로 서로 견고하고, 인접하게 또는 완전히, 굳게 연결된다. 배기 구성품의 하나 이상의 실질적인 부분은 서로 연결되어 있는 벽 부재만을 포함한다. 배기 구성품을 내연 기관 및, 배기 구성품의 하류에 배치된 배기 계통의 부분에 연결하기 위해, 상기 벽은 예를 들면 배기 구성품의 입구 및/또는 출구에 연결 수단을 갖춘다. 상기 연결 수단은, 예를 들면 모든 입구관에 공유되는 하나의 연결 플랜지 또는 다른 입구관에 할당되는 두 개 이상의 플랜지를 갖춘다. 게다가, 상기 벽 부재는 대부분의 벽에서 배기 구성품의 외부 한계를 형성한다.
상기 벽 부재는 단지 작은 공간만을 차지하는 방식으로 서로 연결되며 설계된다. 셸은 예를 들면 0.5mm 내지 1mm의 두께를 갖는다. 완성된 배기 구성품에서, 단열층은 일반적으로 적합하게 2mm 이상 10mm 이하, 예를 들면 약 3mm 이상 5mm 이하의 두께를 갖는다. 벽 부재의 외부 셸의 온도는, 예를 들면 0℃ 부터 측정을 개시하여, 배기 가스의 온도 및/또는 배기 구성품 또는 배기 장치의 다른 동일한 설계를 갖는 단순 금속벽의 외부 표면에 발생하는 온도의 약 50% 정도이다.
상기 단열 재료는 무기물이고, 불연성이며, 예를 들면 800℃ 정도인 배기 구성품의 작동 온도 및 배기 가스의 온도를 견딜 수 있다. 단열 재료의 각각의 층은, 예를 들면 소정의 강도, 특히 비교적 큰 압축 강도를 갖는 점착성, 미공성 (microporous) 판 및/또는 박판을 포함한다. 상기 표현 "미공성"은 층 또는 판이 약 1㎛ 또는 10㎛ 이하의 수 ㎛, 또는 1㎛ 이하 크기의 작은 구멍을 갖추는 것을 의미한다. 각각의 단열층은, 입자형이며 섬유를 갖춘 결정립을 포함하며 압축, 열처리 및/또는 화학 반응에 의해 강화된 재료로 형성된다. 따라서, 상기 각각의 층은 예를 들면 서로 강하게 결합된 결정립을 포함하며, 또한 강화 목적으로 사용되는 섬유를 포함한다. 상기 섬유의 함량은, 예를 들면 중량의 약 10% 이하이므로, 층 또는 판은 예를 들면 아주 광범위하게 대부분 결정립 구조를 갖는다. 단열 재료 및 특히 그 결정립 요소는, 예를 들면 주로 산화 물질을 포함한다. 단열 재료는, 예를 들면 실리카 및/또는 하나 이상의 실리케이트(silicate) 및/또는 산화 세라믹을 포함하며, 고분산 실리카의 중량 50%를 적합하게 포함한다. 섬유는, 예를 들면 무기물 및/또는 산화물 및 세라믹 재료를 포함한다. 상기 미공성 단열 재료는, 예를 들면 유럽 특허 공개 0,029,227 및 대응하는 미국 특허 4,985,163호에 개시되어 있으며, 예를 들면 독일 연방 공화국 뮌헨의 Wacker-Chemie GmbH로부터 상표명 WACKER WDS로 실용화되어 있다.
상기 벽을 제조하기 위해, 본래 평면인 두 개의 박판 부분 또는 각각의 벽 부재는 셸로 형성되며 함께 결합된다. 한 쌍의 셸을 형성하는 역할을 하는 두 개의 박판 부분은, 성형 작업의 대부분에서, 그 사이에 배치되는 단열 재료의 층과 함께 한 쌍으로 변형된다. 이는 벽의 경제적인 제조를 허용한다.
상기 성형은, 예를 들면 디프 드로잉(deep-drawing)에 의해 수행된다. 성형 작업 중에, 상당한 압축력이 박판 부분 또는 셸 및 그 사이에 배치된 단열 재료의 층에 가해진다. 이 공정에서, 단열 재료 층은 압축된다. 단열 재료가 예비 강화된 미공성 판 또는 박판이면, 단열층의 두께는 성형 중에, 예를 들면 50% 이하, 특히 일반적으로 20% 내지 40% 정도 감소한다. 따라서, 성형 전의 층의 두께는 단지 완성된 배기 구성품보다 비교적 약간 크다.
적합하다면, 각각의 단열층은 미공성 판 또는 박판 대신에, 섬유 재료, 예를 들면 단층 또는 다층 섬유를 포함한다. 섬유는, 예를 들면 산화 세라믹 및/또는 암면(rock wool), 현무암 섬유, 유리솜(glass wool) 및/또는 다른 무기물 재료를 포함한다. 한편, 섬유 재료는, 성형 중에 예비 강화된 미공성 판 또는 박판보다 상당히 광범위하게 압축되므로, 두께는 성형 중에 약 65% 내지 80% 감소된다.
도 1은 배기 다기관 및 촉매 컨버터를 갖춘 배기 구성품을 구비한 내연 기관의 경사 개략도.
도 2는 부분 종단면 및 부분 측면에 도시한 배기 구성품의 도면.
도 3은 촉매 컨버터의 영역을 통한 도 2의 선 III-III을 따른 확대 단면도.
도 4는 배기 구성품을 통한 도 2의 선 IV-IV를 따른 확대 단면도.
도 5는 도 3 및 도 4의 하부에 위치된 배기 구성품의 두 개의 셸(shell)을 형성하는 역할을 하는 두 박판(sheet metal) 부분을 통한 단면 및 박판 부분을 성형하기 위한 성형 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시한 두 박판 또는 셸의 부분 성형 후의 영역을 통한 단면 및 절단 공구를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 도 3 및 도 4의 상부에 위치된 셸을 성형하도록 박판 부분의 영역을 절단하기 위한 절단 공구의 도면.
도 8은 다른 배기 구성품의 영역을 통한 종단면도.
도 9는 단열벽을 생략한 다른 배기 구성품의 부분의 경사도.
도 10은 단열벽을 갖춘 도 9에 도시한 배기 구성품을 통한 단순 종단면도.
도 11은 단지 배기 다기관만을 갖춘 배기 구성품의 경사도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 내연 기관 4,22,122,222 : 축
11,111,211,311 : 배기 구성품 12,112,212,312 : 배기 다기관
13,113,213 : 촉매 컨버터 15,215,315 : 입구관
23,24,123,124,223,224,233,234,323,324 : 벽 부재
25,26,27,28,46,47,225,226,227,228 : 셸
35,36,235,236 : 단열 재료의 층 41,241 : 촉매 수단
51,151,251,351 : 내부관 65,265 : 중간 공간
본 발명의 주요 제재를 도면에 나타낸 적합한 실시예를 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 1 및 도 2는 엔진 덮개(2), 다수의 실린더 및 각각 포트(port)를 갖는 두 개 이상의 배기구(3)를 갖춘 가솔린 내연 기관(1)의 부분을 개략적으로 나타낸다. 각각의 배기구(3)는 직선 축(4)을 규정한다. 엔진은, 예를 들면 세 개의 배기구 (3)를 양측에 갖추며, 상기 배기구 축(4)은 서로 평행하며, 예를 들면 동일 평면상에 있으며, 하향으로 경사지며 엔진 덮개로부터 이격된다.
배기 계통은 도 1 내지 도 4에 나타낸 배기 장치 또는 배기 구성품(11), 또는 간략히 배기 구성품(11)을 갖춘다. 상기 배기 장치 또는 배기 구성품(11)은 배기 다기관(12) 및 촉매 컨버터(13)를 형성한다. 배기 다기관(12)은, 배기구(3)를 촉매 컨버터(13)에 연결시키기 위해, 소정의 위치에서 부분적으로 종방향으로 만곡된 두 개 이상의, 이 경우 세 개, 입구관(15)을 갖춘다. 상기 배기 다기관(12)은 모든 입구관(15)에 공유되는 연결 플랜지(17)를 갖춘 연결 수단을 구비한다. 상기 플랜지는 각각의 입구관(15)을 위한 포트를 갖춘다.
상기 촉매 컨버터(13)는 배기 가스의 유동 방향으로 차례로 입구 부분(21a), 주요 부분(21b), 출구 부분(21c) 및, 칼라(collar)(21d)를 갖춘 케이싱(21)을 구비한다. 주요 부분(21b)은, 일반적으로 단면에서 원통형, 예를 들면 일반적으로 달걀형 및/또는 타원형이며, 규정되는 직선 축(22)에 평행하다. 입구 부분(21a)은 세 개의 입구관(15)을 주요 부분(21b)에 연결시키며, 예를 들면 하나 이상의 종방향 부분에서 주요 부분(21b)을 향해 확장된다. 출구 부분(21c)은 일반적으로 깔때기 형상이며, 주요 부분(21b)으로부터 테이퍼지며 이격된다. 칼라(21d)는 원형 개구의 경계를 결정한다. 상기 축(22)은, 예를 들면 서로 평행한 축(4)과 함께 둔각 α를 형성한다.
촉매 컨버터(13)의 배기 다기관(12) 및 케이싱(21)은 두 개의 단열 다층을 갖춘 공유벽 및/또는 유동 경로를 따라 점착 유닛을 형성하는 복합 벽 부재(23,24)를 갖춘다. 단면에서, 각각의 벽 부재(23,24)는 벽의 절반을 형성하며 단면에서 간극이 없는 점착 유닛을 형성하며, 케이싱(21) 및 그에 연결되는 입구관(15)의 단부 부분의 벽의 절반을 형성한다. 게다가, 각각의 벽 부재는 그 주요 부분을 연결 플랜지(17)에 연결하며 단면에서 자유 중간 공간에 의해 서로 분리되며 각각 입구관(15)에 할당된 세 개의 손가락-형상 부분을 갖춘다. 단면에서, 두 개의 벽 부재는 함께 내부 공간을 완전히 둘러싼다.
각각의 다층 및/또는 복합 벽 부재(23,24)는 강으로 형성된 한 쌍의 금속, 단편 셸, 즉 각각의 외부 셸(25,27) 및 각각의 내부 셸(26,28)를 갖춘다. 동일한 벽에 속한 두 개의 셸(25,26 또는 27,28)은 중간 공간에 의해 서로 분리되어 있는 중앙 부분(25a,26a,27a,28a) 및 셸의 모든 원주를 따라 서로 접촉되어 있는 에지 부분을 갖춘다. 상기 촉매 컨버터의 출구로의 배기 가스의 유동 경로를 따라 입구에서 입구관(15)까지 일반적으로 종방향으로 연장되는 네 개의 셸(25,26,27,28)의 외부 에지 부분은 도 3 및 도 4에 25b, 26b, 27b, 28b로 나타낸다. 중앙 부분(25a,26b,27b,28b)은 소정 지점에서 만곡된다. 도 3 및 도 4의 하부에 위치된 두 개의 셸(27,28)의 경우, 에지 부분(27b,28b)은 중앙 부분(27a,28a)으로부터 외측으로 이격되어 돌출되며, 약간 경사지거나 및/또는 단면에서 직선이 된다. 도 3 및 도 4의 상부에 위치된 두 개의 셸(25,26)의 에지 부분(25b,26b)은 중앙 부분(25a 또는 26b)에 대해 각각 약간 만곡되며, 하부의 내부 셸(28)의 에지 부분(28b)에 의해 형성된 홈의 내부로 돌출된다. 셸의 각각의 손가락-형상 부분은 단면에서 케이싱에 속한 셸의 부분과 유사하다. 입구관(15)으로의 입구에서, 및 촉매 컨버터로부터의 출구에서, 동일한 벽에 속한 상기 셸의 에지 부분은 도 2에 나타낸 방식으로 서로 접촉된다. 접촉 지점에서, 다양한 셸의 에지 부분은 서로 지지되며, 각각의 경우 두 개 이상의 에지 부분이 서로 직접 접촉된다. 동일한 벽에 속한 상기 셸의 에지 부분은 특히 용접에 의해 서로 단단하고 확고하며 굳게 연결되며, 부분적으로는 도한 셸의 모든 원주를 따라 다른 요소와 연결된다. 일반적으로 종방향으로 연장되는 도 3 및 도 4에 나타낸 에지 부분(25b,26b,27b,28b)에 있어서, 서로 한 쌍으로 접촉되는 모든 네 개의 에지 부분(25b,26b,27b,28b)은 단일 용접 작업에 의해 형성된 공유 용접 이음부(33)에 의해 함께 결합된다. 이는 셸의 손가락-형상 부분 사이의 에지 부분에 대해서도 동일하게 적용된다.
상기 셸(25,26)의 중앙 부분(25a,26a) 사이의 중간 공간은 단열 재료(35)의 층을 포함한다. 상기 셸(27,28)의 중앙 부분(27a,28a) 사이의 중간 공간은 단열 재료(36)의 층을 포함한다. 단열 재료(35,36)의 층은 본질적으로 상기 중간 공간을 완전히 채운다. 단열 재료는 도입부에서 설명한 단열 재료 중 하나, 예를 들면 미공성 판 또는 박판일 수 있다.
케이싱(21)의 주요 부분(21b)은 배기 가스의 촉매 처리 및 정화를 위한 촉매 수단(41)을 포함한다. 촉매 수단(41)은, 예를 들면 단면에서 대체로 계란형 및/또는 타원형이며 배기 가스 입구 표면(42a) 및 배기 가스 출구 표면(42b)을 갖는 원통형 촉매 몸체(42)를 구비한다. 상기 표면(42a,42b)은 평면이며 수직 축(22)에 직각이다. 촉매 몸체는, 예를 들면 다수의 배기 가스용 축방향 경로를 갖춘 세라믹으로 형성된 기판을 구비한다. 경로의 범위를 결정하는 상기 기판의 표면에는 주로 다공질(porous) 산화 알루미늄을 포함하며 더욱이 하나 이상의 촉매 활성 재료, 예를 들면 백금 및 이리듐을 포함하는 코팅이 제공된다.
더욱이, 케이싱(21)의 주요 부분(21b)은 촉매 몸체(42)의 측방향 표면과 내벽(32)의 내부 표면 사이에 배치된 내열성 중간층(43)을 포함하며, 단면에서 촉매 몸체를 둘러싸며 진동 흡수 방식으로 유지한다. 층 형상 재료를 포함하는 상기 중간층(43)은 촉매 수단의 작동 온도까지 열에 견디며, 단열성이며, 예를 들면 탄성 변형성 및 특히 방사상 압축성이다. 중간층(43)은, 예를 들면 무기질 섬유를 포함하는 매트(mat), 초기 가열 중 팽창되는 무기질 판 및 바인더(binder)를 포함한다. 한편, 중간층은 와이어 메시(wire mesh) 또는 와이어 섬유 및 단열 충전재(filler material)를 포함할 수 있다.
단면에서 두 개의 벽 부재(23,24)에 의해 형성된 벽은, 배기 다기관으로부터 촉매 컨버터로 전이되어 배치되며 대부분 케이싱의 입구 부분(21a)내에 위치되며, 또한 배기 다기관에 속한 배기 구성품의 내부 공간의 영역내로 돌출되는 내부벽(45) 및/또는 깔때기 형상 내부 수집벽을 둘러싼다. 따라서, 배기 다기관의 하류 단부 부분 및 배기 다기관으로부터 촉매 컨버터로의 전이 부분은 배기 구성품의 수집기 또는 수집 부분을 형성한다. 단부에서 유동 경로를 따라 연결 플랜지(17)에 근접 배치된 상기 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(45)은 도 4에 특히 명백히 나타낸 입구 포트를 갖는 단부 부분과, 유동 방향으로 확장되는 중앙 부분 및, 단면에서 대략 계란형 및/또는 타원형이며 출구 포트를 갖춘 짧은 원통형 단부 부분을 구비한다. 촉매 몸체(42)의 배기 가스 입구 표면으로 연장되는 상기 단부 부분은 촉매 몸체의 측방향 또는 원주 표면과 대체로 동일 평면에 있는 외부 표면을 갖추며, 중간층(43)에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 상기 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(45)은 금속 재료, 특히 강으로 형성된 두 개의 셸(46,47)을 포함한다. 상기 셸(46, 47)은 단면에서 만곡되며 소정의 지점에서 만곡되며, 그 에지 부근에서 함께 용접된다.
각각의 입구관(15)은, 소정의 위치에서 만곡되며 금속 재료, 특히 강으로 형성된 단편 관을 포함하는 내부관(51)을 갖춘다. 연결 플랜지(17)는 예를 들면 서로 지지된 두 개의 평면판을 갖춘다. 입구관에 할당된 네 개의 셸(25 내지 28)의 손가락-형상 부분은, 연결 플랜지(17)내의 개구 내부로 돌출되어 서로 단단히 용접되며 연결 플랜지의 두 개의 판 및 입구관의 입구 단부 부분에 용접되는 단부 부분을 갖춘다. 연결 플랜지(17)는 예를 들면 나사를 구비하는 부착 수단(53)에 의해 엔진 케이싱(2)에 단단히 부착되며, 입구관의 입구를 내연 기관의 배기구(3)에 단단히 연결시킨다. 연결 플랜지(17)로부터 이격된 내부관(51)의 출구 단부 부분은 약간의 간극을 갖고 서로 인접하여 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(45)의 입구 포트 (45a)내로 돌출되므로, 단면에서 입구 포트(45a)를 채우며, 예를 들면 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(45)에 대해 종방향으로 함께 이동될 수 있으며, 입구관(15)의 내부관(51)과 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(45) 사이의 단단한 연결을 형성한다.
일반적으로 깔때기 형상인 내부 출구 벽(55)은 케이싱(21)내의 촉매 수단 (41)의 하류에 배치되며 케이싱(21)의 출구 부분(21c)내에 위치된다. 상기 내부 출구 벽(55)은 상류 단부에서, 단면에서 대략 계란형 및/또는 타원형이며 촉매 몸체(42)에 접하는 짧은 단부 부분을 갖추고, 촉매 몸체의 측방향 및/또는 원주 방향 표면과 대체로 동일 평면에 있는 외부 표면을 갖추며, 중간층(43)에 의해 부분적으로 둘러싸인다. 상기 원통형 단부 부분은, 짧은 원통형 단부 부분에 의해 이어지는 케이싱(21)의 하류 단부까지 연장되는 테이퍼진 중앙 부분에 의해 접하며, 원형 개구의 범위를 결정하며, 케이싱(21)의 칼라(21d)와 함께 촉매 컨버터의 모든 입구관에 공유되는 배기 가스 출구를 형성한다. 내부 출구 벽(55)은 금속 재료, 특히 강으로 형성되는 단편 몸체를 포함한다. 금속 재료, 특히 강으로 형성되는 관을 포함하는 출구관(57)이 내부 출구 벽(55) 및 케이싱(21)의 칼라(21d)에 단단하고 견고하게 연결, 특히 용접되며, 상기 칼라는 셸(25,26,27,28)의 단부 부분에 의해 형성된다. 강으로 형성된 금속 부시(bush)(59)가 내부 나사산을 갖는 연속 축방향 구멍을 갖추며, 셸(25,26,46)내에서 촉매 수단(41)의 상류에 배치된 구멍을 통해 돌출되며, 상기 셸에 단단히 용접된다. 람다 탐침(lambda probe)(60)이 부시(59)내의 내부 나사산에 나사죔되며, 부시를 통해 내부 입구 벽(45)에 의해 둘러싸인 내부 공간 영역내로 돌출된다. 부시(61)가 촉매 수단(41)의 하류의 출구관(57)내의 구멍으로 용접되며, 또한 출구관(57)내로 돌출되는 람다 탐침(67)이 그 내부로 나사죔되는 내부 나사산을 갖춘 연속 축방향 구멍을 구비한다. 촉매 컨버터(13)의 출구는 출구관(57)을 경유하여 배기 계통의 다른 부분, 특히 하나 이상의 소음기에 연결된다.
상기 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(45)은 부시(59)에 의해 복합 벽 부재(23)에 단단히 연결되며, 게다가 하나 이상의 비드(bead) 등에 의해 이동이 제한되어 중앙에 유지되며, 적합하다면, 부가 연결 수단에 의해 복합 벽 부재(23,24)에 단단히 연결된다. 입구관(15)의 내부관(51)은 연속 중간 공간(65)에 의해 복합 벽 부재(23, 24)의 내부 셸(26,28)로부터 대부분 본질적으로 분리된다, 즉 연결 플랜지에 연결된 그의 단부 부분에서 이격된다. 중간 공간(65)은 또한 대부분의 깔때기 형상 내부 수집벽 및/또는 내부벽(45)을 복합 벽 부재(23,24)로부터 분리시킨다. 깔때기 형상 내부 출구 벽(55)은 중간 공간(67)에 의해 벽 부재(23,24)로부터 대부분 본질적으로 분리된다. 중간 공간(67)은 중공이며 공기 및/또는 정지 배기 가스를 포함한다.
배기 장치 또는 배기 구성품(11)의 제조 중에, 셸(25,26,27,28) 및 내부 출구 벽(55)을 성형하기 위해, 특정 평면, 단편 박판 부분이 치수에 맞게 절단, 예를 들면 펀칭된다. 도 3 및 도 4의 하부에 위치된 두 개의 셸(27,28)을 성형하기 위해 사용되는 박판 부분의 부가 공정 방법을 도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하겠다. 박판 부분 및 그 부분은 완성된 셸 및 그의 대응 부분과 동일한 도면 부호로 나타낸다. 부가 공정 중에, 예를 들면 아직은 평면 형상인 단열 재료(36)의 층이 내부에 있는 얕은 홈을 예비 성형에 의해 갖춘, 외부 셸(27)을 성형하는 역할을 하는 박판이 배치된다. 다음, 아직은 평면 형상인 박판 부분(28)은 박판 부분(27) 상에 위치되며, 함께 도 5에 개략적으로 나타낸 성형 장치(71)내로 삽입된다. 상기 장치는 디프 드로잉 장치로 설계되며, 예를 들면 다이로 설계된 고정 성형 공구(72)와, 블랭크 홀더(blank holder)(73) 및 이동 성형 공구(74), 즉 펀치를 갖춘다. 두 개의 박판 부분(27,28)의 에지 부분(27b,28b)은, 변형되기 위해, 다이로 설계된 성형 공구(74)와 블랭크 홀더(73) 사이에 유지된다. 펀치로 사용되는 성형 공구(74)가 화살표에 의해 지시된 바와 같이 하향으로 이동될 때, 셸(27,28)을 성형하는 역할을 하는 박판 부분과 그 사이에 배치된 단열 재료(36)의 층은 디프 드로잉에 의해 동시에 변형된다. 공정 중에, 박판은 탄성 변형 및 벤딩된다. 또한, 단열 재료(36)의 층은 그 설계에 의해 탄성 변형, 벤딩, 또한 압축을 다소 받는다.
성형, 즉 디프 드로잉 중에, 두 개의 박판 부분 또는 셸(27,28)의 중앙 부분(27a,28a)은 도 6에 나타낸 형상이 되며 완성된 셸에 요구된다. 도 6에 개략적으로 나타낸 절단 장치(75)는, 예를 들면 고정 절단 에지를 갖는 공구(76) 및 이동 커터(77)로 설계된 공구(77)인 두 개의 절단 공구(76,77)를 구비한다. 중앙 부분 (27a,28a)의 다음 성형에서, 필요하지 않은 에지 부분(27b,28b)의 영역은 절단 장치(75)를 사용하여 절단된다. 다음, 나머지 에지 부분(27b,28b)은 함께 각을 형성하거나 상향으로 만곡되므로, 부가 성형 단계에서 최종 형상을 얻는다.
도 3 및 도 4의 상부에 위치된 두 개의 셸(25,26)을 성형하기 위한 본래 평면인 박판은 셸(27,28)을 성형하기 위해 도 5를 참조한 설명과 동일한 방식으로 변형된다. 공정 중에, 셸(25,26)을 성형하기 위한 박판 부분은, 특히 그 사이에 배치된 단열 재료(35)의 층과 함께 광범위하게 변형된다. 다음, 디프 드로잉 작업 중에 다이 및 블랭크 홀더에 의해 적소에 유지되는 박판 부분의 단부 부분은, 도 7에 나타낸 절단 장치(79)를 사용하여 박판 부분의 영역을 변형시키기 위해 가능한한 정밀하게 절단된다. 이는 셸(25,26)에 완성된 형상을 제공하므로, 상기 셸의 에지 부분의 계속되는 각 형성 및/또는 만곡이 필요없다.
상기 셸(25,26,27,28) 및 그 사이에 배치된 단열 재료(35,36)의 층이 성형되면, 두 쌍의 셸은 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이 함께 조립되며, 용접된다. 용접은, 예를 들면 전극에 의해 수행되며, 용접 재료가 적용되며, 모든 네 개의 셸의 서로 한 쌍으로 지지된 에지 부분(25b,26b,27b,28b)은 동시에 함께 용접된다. 공정 중에, 상기 언급한 용접 이음부(33)가 형성된다.
따라서, 대량 생산에 있어서, 두 개의 층 및/또는 복합 벽 부재(23,24)는, 비교적 소수의 용접 작업을 사용하여, 본래 평면인 박판 부분 및 본래 평면인 단열 재료의 층으로부터 성형될 수 있으며, 그 후 소수의 용접 작업에 의해 함께 결합될 수 있다. 또한, 모든 배기 장치 또는 모든 배기 구성품(11)은 비교적 소수의 본래 분리된 부분으로부터 성형될 수 있으며, 신속하고, 용이하며, 경제적으로 조립될 수 있다.
작동 중에, 내연 기관이 고온의 배기 가스를 발생시키면, 이 배기 가스는, 입구관(15)의 내부관(51)에 의해 범위가 정해지는 경로와, 내부 입구 벽(45)에 의해 범위가 정해지며 유동 방향으로 확장되는 내부 공간 영역 및, 촉매 수단(41)의 촉매 몸체(42)의 배기 가스 입구 표면(42a)에 안내되는 경로를 통해 유동한다. 깔때기 형상 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(45)은 다양한 입구관으로부터 나오는 배기 가스를 모으며, 촉매 몸체(42)의 배기 가스 입구 표면(42a) 상부에 이 배기 가스를 분포시키는 역할을 한다. 공정 중에, 내부 수집벽 및/또는 내부 벽(45)은 일반적으로, 중앙 부분, 즉 수직축(22) 주위의 영역내의 배기 가스를 상기 수직축에 평행하며 배기 가스 입구 표면(42a)에 직각을 이루도록 배기 가스 입구 표면을 향해 안내한다. 그 후, 배기 가스는 촉매 몸체내의 경로를 통해 유동되며, 공정 중에 촉매 처리 및 정화된다. 촉매 몸체(42)의 배기 가스 출구 표면(42b)에 있는 배기 가스는 이 몸체에서 외부로 유동된 후, 유동 방향으로 좁아지는 깔때기 형상 내부 출구 벽(55)의 내부 공간을 통해 외부관(57)으로 유동한다. 두 개의 람다 탐침(60, 62)은 촉매 수단(41)의 상하류의 배기 가스내의 산소 함량을 각각 측정한다.
소형 설계된 배기 구성품(11)은 단지 작은 공간만을 차지하며, 촉매 컨버터(13)를 내연 기관(1)에 인접하게 배치하며, 비교적 짧은 입구관에 의해 내연 기관에 연결되는 것을 허용한다. 벽 부재(23,24)의 단열 재료(35,36)의 층과, 중간층(43) 및, 공기 및/또는 다소의 정지 배기 가스를 포함한 중간 공간(65,67)은 양호한 단열을 제공하며 및 배기 다기관의 가스 이송 부분과 촉매 컨버터를 외부로부터 단열시킨다. 게다가, 효과적인 단열은 내연 기관과 촉매 수단 사이에서 배기 가스가 단지 약간 냉각되는 것을 보장한다. 상온 시동의 경우, 이는 상온에서 시동되는 촉매 수단이 배기 가스의 효과적인 촉매 처리 및 정화에 요구되는 온도로 신속히 가열되는 장점을 갖는다.
작동 중에, 고온 배기 가스는 배기 구성품(11)의 부분의 가열 및 팽창의 일시적 차이를 발생시킨다. 가스 이송 부분의 설계 및 설비는, 초과 응력 및 손상의 발생 없이 흡수되도록, 온도 변화에 의해 발생되는 치수의 다른 변화를 허용한다.
도 8에 부분을 나타낸 내연 기관(1)은 엔진 덮개(2)와, 서로 평행한 축(4)을 갖는 배기구(3)를 구비한다. 도 8은 또한 배기 다기관(112) 및 촉매 컨버터(113)를 갖춘 배기 구성품(111) 또는 배기 장치의 부분을 나타낸다. 촉매 컨버터의 케이싱(121)은 축(122)을 규정한다. 상기 축은 다시 서로 평행한 축(4)과 둔각 α를 형성한다. 배기 다기관(112) 및 촉매 컨버터(113)는, 단면에서 특히, 배기 가스 입구 표면(142a)과, 내부 입구 벽(145) 및, 내부관(151)을 갖춘 촉매 몸체(142)를 둘러싸는 복합 벽 부재(123,124) 및/또는 두 개의 단열 다층을 구비한다.
일반적으로, 배기 구성품(11)과 유사하게 설계된 배기 구성품(111)은, 축(4)에 평행한 직선 축을 따라 케이싱(121)의 입구 영역 및 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(145)이 부분적으로 다소 연장되는 방식으로 나타낸 축방향 부분내에서 케이싱 (121)의 입구 영역 및 내부 수집벽 및/또는 입구 벽(145)이 만곡 및/또는 각을 형성한다는 점에서 상기 배기 구성품(11)과는 다르다. 배기 구성품(111)을 사용하면, 일반적으로 특히 내부 공간 영역의 중앙 단면 영역 및/또는, 내부관(151)에 의해 범위가 정해지는 경로내의 배기 가스는 축(4)에 다소 평행하게 배기 가스 입구 영역(142a)을 향해 유동한다. 따라서, 배기 가스 입구 영역(142a)의 상류에 위치된 내부 공간 영역내에서, 배기 가스는 일반적으로 광범위하게, 배기 가스 입구 표면(142a)과 각을 형성하는 유동 방향을 나타내며, 각 α와 90°차이가 있는, 특히 90°만큼 작은 각 β를 상기 표면과 함께 형성한다.
도 9 및 도 10은 배기 다기관(212) 및 촉매 컨버터(213)를 갖춘 배기 장치 또는 배기 구성품(211)을 나타낸다. 예를 들어, 배기 다기관은 네 개의 입구관(215) 및, 부착 수단, 예를 들면 나사를 사용하여 엔진 덮개에 단단히 부착되는 연결 플랜지(217)을 갖춘다. 촉매 컨버터(213)는 일반적으로 축(222)에 대해 회전 대칭인 케이싱(221)과, 입구 및 출구를 갖춘다.
상기 촉매 컨버터(213)의 인접부에서, 배기 다기관(212)의 벽은 단면에서 함께 점착된 주요 부분 및, 주요 부분으로부터 이탈되어 연결 플랜지(217)를 향하며, 단면에서 중간 공간에 의해 서로 분리된 손가락-형상 부분을 구비한다. 배기 다기관의 벽의 주요 부분 및 손가락-형상 부분은 두 개의 다층 및/또는 복합 벽 부재 (223,224)에 의해 형성된다. 상기 요소의 각각은 단면에서 벽의 절반을 형성하며, 한 쌍의 금속 셸을 갖춘다. 각각의 상기 한 쌍의 금속 셸은 외부 셸(225 또는 227) 및 내부 셸(226 또는 228)을 갖춘다. 동일한 한 쌍에 속한 셸은 중앙 부분을 갖추며, 단열 재료(235 또는 236)의 층이 셸의 사이에 배치된다. 촉매 컨버터의 벽(224)은 또한 각각 한 쌍의 셸 및 단열 재료의 층을 갖춘 복합 벽 부재(233 ,234) 및/또는 두 개의 다층을 갖춘다. 네 개의 복합 벽 부재는 도 9에는 생략되어 있으며 단지 도 10에만 나타낸 것을 주목해야한다.
상기 두 개의 복합 벽 부재(233,234)로 형성된 촉매 컨버터 케이싱의 벽은, 단면에서 금속 촉매 컨버터 내부 벽(240)을 둘러싼다. 상기 내부 벽은 복합 벽 부재(233,234)의 모든 축방향 길이에 걸쳐 연장되며, 예를 들면 촉매 컨버터의 출구에서 복합 벽 부재(233,234)의 외부로 약간 돌출된다. 배기 가스의 유동 경로를 따라, 차례대로, 축(222)에 평행한 칼라의 하류와, 케이싱(221)및 내부벽(240)은, 도 10에 나타낸 종방향 부분내로 확장되는 입구 부분과, 축(222)에 평행하며 단면에서 원통형 및 대략적으로 원형 또는 타원형인 주요 부분과, 테이퍼진 출구 부분 및, 원통형 칼라 또는 부착물을 갖춘다. 촉매 컨버터 내부벽(240)의 주요 부분은 촉매 몸체(242)를 갖춘 촉매 수단(241)을 포함한다. 변형 가능한 중간층(243)이 내부벽(240)과 촉매 몸체의 원주면 사이에 배치된다. 내부벽은, 예를 들면 단편 박판 부분 또는 함께 용접된 두 개의 박판 부분을 포함한다.
예를 들어 단편 박판 부분을 포함하는 금속 내부 수집벽 및/또는 입구벽 (245)이, 단면에서 배기 다기관의 복합 벽 부재(223,224)에 의해 둘러싸이는 내부 공간내에 대부분 위치되며, 촉매 컨버터 내부벽(240)의 입구에 연결, 특히 예를 들면 용접된다. 각각의 입구관(215)은, 연결 플랜지(217)로부터 내부 수집벽 및/또는 입구벽(245)으로 연장되며 상기 벽에 단단하고 굳게 또는 견고하게 연결되는 내부관(251)을 갖춘다. 출구에서, 케이싱(221)은 복합 벽 부재(233,234)의 내부 셸과 내부벽(240) 사이로 돌출된 슬리브(253)를 갖춘다.
상기 복합 벽 부재(223,224)의 네 개의 셸(225,226,227,228) 및 복합 벽 부재(233,234)의 네 개의 셸은, 단면에서 유사하게 설계되며 도 1 내지 도 4에 나타낸 네 개의 셸(25 내지 28)과 동일한 방식으로 함께 용접되는 에지 부분을 갖춘다. 연결 플랜지(217)에서, 네 개의 셸(225 내지 228)은 상기 플랜지에 서로 용접되며, 입구관(215)의 내부관(251)에 용접된다. 가장 먼 하류에 위치된 그들의 에지 부분에서, 네 개의 셸(225 내지 228)은 한 쌍으로 함께 용접되며, 케이싱(221) 입구에 위치된 복합 벽 부재(233,234)의 네 개의 셸의 에지 부분에 직접 용접된다. 케이싱(221)의 출구에 위치된 복합 벽 부재(233,234)의 네 개의 셸의 에지 부분은 한 쌍으로 함께 용접되며, 슬리브(253)에 용접된다. 촉매 컨버터의 케이싱(221)의 입구의 인접부에서, 금속 부시(259)가 배기 다기관(212)의 벽 내부로 삽입되며, 상기 벽의 한 쌍의 셸과 내부 수집벽 및/또는 입구벽(245)에 단단히 용접된다. 상기 부시(259)는 람다 탐침(260)이 내부로 나사죔되는 내부 나사산을 갖춘다.
상기 촉매 컨버터 내부벽(240)은, 그에 용접된 내부 수집벽 및/또는 입구벽(245)과, 부시(259) 및, 적합하다면 다른 연결 수단에 의해, 촉매 컨버터의 복합 벽 부재(233,234)에 차례로 견고하게 연결된 복합 벽 부재(223,224)에 견고하게 연결된다. 게다가, 촉매 컨버터 내부벽(240)은 하나 이상의 비드 등에 의해 축방향 운동이 제한된 상태로 케이싱(221)내 중앙에 유지된다. 공기를 포함한 중간 공간(265)은 내부관(251), 내부 입구벽(245) 및, 촉매 컨버터 내부벽(240)의 대부분을 복합 벽 부재(223,224,233,234)에 의해 형성된 벽으로부터 분리시킨다.
상술한 다른점은 별개로하고, 배기 구성품(211)은 배기 구성품(11)과 유사하게 설계된다. 게다가, 복합 벽 부재(223,224,233,234)는 복합 벽 부재(23,24)와 동일한 방식으로 함께 결합되며 제조된다.
상기 배기 장치 또는 배기 구성품(211)이 사용될 때, 고온의 배기 가스가 연결 플랜지(217)의 포트로부터 내부관(251)을 통해 배기 가스 수집기를 형성하는 내부 입구벽(245)의 내부 공간내로 유동한다. 그 후, 배기 가스는 촉매 컨버터 내부벽 (240)의 확장 입구 부분에 의해 범위가 정해지는 내부 공간내로 유동한다. 다음, 배기 가스는 촉매 몸체(242)내의 경로를 통한 후, 촉매 컨버터 내부벽(240)의 출구 부분에 의해 범위가 정해지는 내부 공간을 통해 촉매 컨버터의 출구로 유동한다. 따라서, 배기 가스가 이송되는 부분은 단열 복합 벽 부재(223,224,233,234) 및, 공기를 포함한 중간 공간(265)에 의해 배기 가스의 모든 유동 경로를 따라 주위로부터 실질적으로 단열된다. 적합하다면, 촉매 수단(241)은 또한 중간층(243)에 의해 단열된다. 시험에 의하면, 배기 다기관과 촉매 컨버터 사이의 연결부 부근에서, 외부 셸(225,227)은 단지 약 230℃의 온도로 가열되었다. 이 온도는, 단열 복합 벽 부재(223,224) 대신에, 단지 단층 금속벽 뿐만 아니라 공기를 포함한 중간 공간(265)을 갖추며 다른 동일하게 설계된 배기 구성품(211)의 배기 구성품보다 대략 300℃ 낮은 것이다. 중간 공간(265) 및 배기 가스를 이송하는 부분의 상술한 배치는 작동 중에 가열에 의해 발생하는 다양한 부분의 다른 팽창이 초과 응력 및 손상을 일으키지 않는 것을 보장한다.
도 11은 단지 배기 다기관(312) 만을 포함하며 촉매 컨버터는 갖추지 않은 배기 장치 또는 배기 구성품(311)의 부분을 나타낸다. 배기 다기관(312)은, 예를 들면 소정 지점에서 만곡되는 다수의 입구관(315)과, 모든 입구관에 공유되는 연결 플랜지(317)와, 수집기 또는 수집 부분(318) 및, 출구 플랜지(319)를 갖춘다. 입구관(315)의 벽 및 수집기 또는 수집 부분(318)의 벽은 두 개의 다층 및/또는 복합 벽 부재(323,324)를 포함한다. 각각의 벽 부재는, 도 11의 절개된 영역에 나타낸 단열 재료의 층 및 한 쌍의 금속 셸을 갖춘다. 한편, 벽 부재(323,324)는 예를 들면, 유사하게 설계되며, 도 10에 나타낸 벽 부재(223,224)와 동일한 방식으로 서로 연결되며, 연결 플랜지(317)에 연결된다. 게다가, 수집기 또는 수집 부분 (318)에서, 상기 벽 부재(323,324)는 연결 플랜지(317)로부터 이격된 그들의 단부 상에서 출구 플랜지(319)에 단단히 견고하게 결합, 특히 용접된다.
상기 두 개의 벽 부재(323,324)에 의해 둘러싸인 내부 공간은 내부 수집벽(345) 및 각각의 입구관을 위한 내부관(351)을 포함한다. 입구측 단부에서, 내부관(351)은 상술한 적합한 실시예와 유사한 방식으로 연결 플랜지(317)에 용접된다. 내부관(351)의 다른 단부는 내부 수집벽(345)에 용접되므로, 내부관 내의 경로는 내부 수집벽에 의해 둘러싸인 내부 수집 공간 내부로 개방된다. 내부 수집벽(345) 및 내부관(351)은, 상술한 적합한 실시예와 유사한 방식으로 중간 공간에 의해 벽 부재(323,324)의 내부 셸로부터 대부분 분리된다. 내부벽(345)은, 예를 들면 벽 부재(323,324)에 의해 범위가 정해지는 내부 공간의 외부로 출구 플랜지(319)내의 개구를 통해 돌출되며, 출구 플랜지의 개구의 범위를 결정하는 상기 플랜지의 내부 표면으로부터 중간 공간에 의해 분리된다. 예를 들면, 배기 다기관은 또한 내부 수집벽(345)에 의해 둘러싸이는 내부 수집 공간내로 돌출되는 람다 탐침(360)을 갖춘다.
상기 배기 다기관의 출구는 출구 플랜지(319) 및, 상기 플랜지로부터 돌출되는 내부 수집벽(345)의 단부에 의해 형성되며, 모든 입구관(315)을 공유하며, 예를 들면 출구관(도시 않음)을 경유하여 또는 적합하다면 직접 촉매 컨버터에 연결된다.
상기 배기 장치 또는 배기 구성품 및 그 제조 방법은 다양한 방식으로 변화된다. 예를 들면, 상술한 다양한 적합한 실시예의 특징을 조합하는 것도 가능하다. 게다가, 적합하다면 다양한 적합한 실시예의 셸의 에지 부분 사이의 몇몇 또는 모든 용접 이음부는 다른 연결 형태로 대체할 수 있다. 예를 들면, 몇 개 이상의 상기 에지 부분은 플랜징 및/또는, 납땜 및/또는, 접착 결합에 의해 함께 결합될 수 있다.
도 1 내지 도 4에 나타낸 적합한 실시예의 내부관(51)은, 적합하다면 예를 들면 용접에 의해 내부 수집의 셸 및/또는 입구벽(45)에 단단히 연결될 수 있다. 또한 상기 입구벽은 복합 벽 부재(23,24)에 대해 축방향으로 적합하게 이동 가능해야만 한다. 출구 및 내부관(51)의 부분이 도 1 내지 도 4에 설명한 바와 같이, 내부 수집 및/또는 입구관(45)에 대해 이동 가능하면, 도 1 내지 도 4에 나타낸 적합한 실시예의 내부 입구관(45)의 두 개의 셸(46,47)은, 상기 셸(26,28)의 에지 사이에서 외부로 돌출되며 그에 용접되는 에지 부분을 선택적으로 갖춘다. 모든 입구관에 공유되는 각각의 연결 플랜지(17,217,317)는 하나 이상의 입구관(15,215, 315)에 각각 연결되는 다수의 분리 플랜지에 의해 교체된다. 게다가, 촉매 수단은, 단지 단일 촉매 몸체 대신에, 두 개 이상의 촉매 몸체를 갖출 수 있다. 게다가, 촉매 몸체 또는 각각의 촉매 몸체는 감기거나 서로 상부에 겹쳐 쌓은 박판 요소로 형성되며 코팅이 제공될 수도 있다.
벽 부재의 제조 중에, 단열 재료는 두 개의 금속 셸 사이에 삽입되기에 앞서, 얇은 플라스틱 덮개에 의해 에워싸여 함께 유지되며 보호될 수 있다. 두 셸의 다음 연결을 하는 상기 덮개는 가열 및/또는 연소에 의해 분해되므로, 플라스틱으로 형성되는 상기 덮개 재료는 가스 및 배기로 변화된다. 게다가, 벽 부재를 형성하는 역할을 하는 박판 부분의 에지 부분은, 일단 단열 재료가 삽입되면, 박판 부분 및 단열 재료를 일시적으로 고정시키기 위해, 공동으로 변형되기 전일지라도 스폿 용접 등에 의해 몇몇 지점에서 함께 결합된다.
본 발명에 따른 배기 구성품 및 배기 구성품 제조 방법에 의해, 양호한 단열성을 갖추며 저비용 및 작은 공간만을 차지하는 두 개 이상의 입구관을 갖춘 배기 다기관 및/또는 촉매 컨버터를 구비한, 배기 가스를 안내하고 촉매 처리하며 정화하기 위한 배기 구성품 또는 배기 장치가 제공된다.

Claims (16)

  1. 내연 기관 및 벽에 연결하기 위한 두 개 이상의 입구관을 갖춘 배기 구성품에 있어서,
    상기 벽은 각각 두 개의 금속 셸 및, 상기 셸 사이에 위치된 단열 재료의 층을 갖춘 두 개의 벽 부재를 구비하며, 상기 두 개의 벽 부재는, 서로 연결되며 단면에서 함께 모든 입구관의 내부 공간을 둘러싸는 에지 부분을 구비하는 배기 구성품.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 단열 재료의 층은 미공성이며, 결정립 구조를 갖는 배기 구성품.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 단열 재료로 형성된 층은 두께가 2mm 이상인 배기 구성품.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 셸은 단편이며, 상기 동일한 벽 부재에 속한 셸은 그의 모든 원주를 따라 서로 연결되며, 함께 독립 지지되도록 견고하게 설계되며, 상기 벽의 부분은 상기 벽 부재만을 포함하는 배기 구성품.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 에지 부분에서 서로 연결된 상기 두 개의 벽 부재의 모든 셸은, 용접, 납땜, 접착 결합 및, 플랜징 중 하나 이상에 의해 함께 확고하게 지지되도록 상기 에지 부분에서 한 쌍으로 서로 접촉되며 서로 결합되는 배기 구성품.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 벽 부재는 대부분의 벽에서 배기 구성품의 외부 한계를 형성하는 배기 구성품.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 배기 다기관의 각각의 입구관은 배기 경로의 범위를 정하며, 상기 입구관의 배기 경로는 모든 입구관에 공유되는 내부 수집 공간에 연결되며, 상기 입구관의 내부 공간을 함께 둘러싸는 상기 두 개의 벽 부재는 또한, 단면에서 상기 내부 수집 공간의 부분을 함께 둘러싸는 배기 구성품.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 입구관은 단면에서 중간 공간을 둘러싸는 상기 벽 부재로부터 중간 공간에 의해 부분적으로 분리되며, 배기 경로의 범위를 정하는 내부관을 갖춘 배기 구성품.
  9. 제 8항에 있어서, 단면에서 중간 공간을 둘러싸는 상기 벽 부재로부터 중간 공간에 의해 부분적으로 분리되며, 상기 모든 입구관의 내부관이 연결되는 내부 수집 공간의 범위를 결정하는 내부 수집벽을 갖춘 배기 구성품.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 각각의 입구관의 내부관은 상기 두 개의 벽 부재에 견고하게 연결된 입구 단부 부분 및, 상기 내부 수집벽에 연결된 출구 단부 부분을 갖추며, 상기 각각의 입구관의 출구 단부 부분은 내부 수집벽에 대해 이동 가능하며, 상기 내부 수집벽은 상기 벽 부재에 대해 이동 가능한 배기 구성품.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 입구관을 포함하는 배기 다기관 및, 배기 가스의 촉매 처리를 위한 촉매 수단을 포함하는 촉매 컨버터를 갖추며,
    상기 두 개의 벽 부재 또는 그에 연결된 두 개의 추가적인 벽 부재는 각각 한 쌍의 금속 셸 및, 상기 셸 사이에 제공된 단열 재료의 층을 갖추며, 단면에서 상기 촉매 수단을 둘러싸는 배기 구성품.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 두 개의 추가적인 벽 부재는 상기 입구관의 내부 공간을 둘러싸는 벽 부재에 직접 견고하게 연결되는 배기 구성품.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 입구관의 내부 공간을 함께 둘러싸는 상기 벽 부재는, 중간 공간에 의해 서로 분리되며 상기 입구관의 하나에 각각 할당되는 손가락-형상 부분을 갖추는 배기 구성품.
  14. 내연 기관 및 벽에 연결하기 위한 두 개 이상의 입구관을 갖춘 배기 구성품 제조 방법에 있어서,
    상기 벽은, 각각 두 개의 금속 셸 및, 상기 셸 사이에 위치된 단열 재료의 층을 갖춘 두 개의 벽 부재를 포함하며, 상기 두 개의 벽 부재는 서로 연결된 에지 부분을 갖추며, 단면에서 함께 모든 입구관의 내부 공간을 둘러싸며, 각각의 박판 부분은 상기 셸의 하나를 형성하는 역할을 하며, 상기 단열 재료의 층은 상기 두 개의 박판 부분 사이에 배치되며, 상기 두 개의 박판 부분 및 그 사이에 배치된 층은, 상기 두 개의 벽 부재와 함께 단면에서 상기 입구관의 내부 공간을 둘러싸는 방식으로 함께 변형되는 배기 구성품 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 각각의 단열 재료의 층은, 완성된 배기 구성품에서의 층의 두께가 2mm가 되도록 상기 박판 부분 및 그 사이에 배치된 층의 성형 중에 압축되는 배기 구성품 제조 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 그 사이에 층이 배치된 두 쌍의 셸은, 단면에서 함께 내부 공간을 둘러싸는 두 개의 벽 부재를 형성하도록 성형되며, 상기 셸의 성형 후에, 상기 두 개의 벽 부재의 모든 셸의 에지 부분은 용접, 납땜, 접착 결합, 및 플랜징 중 하나 이상에 의해 함께 동시에 결합되는 배기 구성품 제조 방법.
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