KR20010019598A - 개선된 자동차용 배기 매니홀드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개선된 자동차용 배기 매니홀드에 관한 것으로, 각 실린더의 배기기구에 일단이 연결된 러너와, 내부에 담체가 구비된 원통형 믹싱 파이프를 포함하되, 상기 각 러너는 타단이 믹싱 파이프의 상단에 축방향으로 연결되어 있고, 상기믹싱 파이프는 단면이 원통형으로 이루어지도록 구조를 변경함으로써, 배기가스의 유동이 믹싱 파이프의 축방향으로 진행이 되어 유속 및 담체의 온도상승에 효과적이며, 담체 전면에 대하여 배기가스가 균일하게 통과하도록 유도할 수 있게 되어 담체의 내구성을 향상시킬 수 있게 한 개선된 자동차용 배기 매니홀드를 제공하는 데 있다.

Description

개선된 자동차용 배기 매니홀드 {Improved exhaust manifold for automobile}

본 발명은 개선된 자동차용 배기 매니홀드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스가 유입되는 러너의 형상과 담체의 전면 형상을 변경함으로써, 초기 시동시 담체의 활성화 온도를 개선할 수 있고, 담체 전면에서의 유동균일화로 엔진 성능을 향상시킬 수 있는 개선된 자동차용 배기 매니홀드에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 배기계는 엔진과 연결되어 배기가스를 차량 외부로 배출시켜 주는 배기 매니홀드가 구비되어 있으며, 이 배기 매니홀드에는 환경과 인체에 악영향을 줄일 수 있도록 촉매변환기 구비되어 있다.

이러한 배기 매니홀드는 첨부도면 1에서 도시한 바와 같이, 각 실린더(일예로, 4기통 엔진의 경우 4개의 실린더)로부터 배기가스가 토출되는 러너(10)를 포함하게 되며, 이 러너(10)는 배기가스를 하나로 모으면서 촉매변환기를 거치도록 믹싱 파이프(11)에 일체로 조합되어 이루어져 있다.

특히, 상기 4개의 러너(10)는 1번과 4번 러너가 "U"자 형태로 접합된 다음에 그 위로 이보다 작은 형태가 되도록 2번과 3번 러너(10)가 접합된 구조로 이루어져 있다.

상기 각 실린더로부터 배출된 배기가스는 각 러너(10)를 거쳐 믹싱파이프 (11)에서 합쳐진 다음 촉매변환기를 통과하면서 유해물질이 중화된 상태로 대기에 배출되게 된다.

이때, 상기 1번과 4번 러너(10)를 통과한 배기가스는 믹싱 파이프(11)의 벽면에 충돌하여 배기가스의 관성력이 약화되어 담체 쪽으로 유동되고, 2번과 3번 러너를 빠져나온 배기가스는 믹싱 파이프(11)의 바깥쪽 벽면(첨부도면 1에서 화살표방향)을 따라 담체 저면까지 진행하게 된다.

이러한 기능을 갖는 배기 매니홀드는 통상 재질을 FCD-H로 제작하여 사용하게 되는데, 이 FCD-H는 열전도율(thermal conductivity)이 22.2(W/mk)를 가지고 있고, 완제품을 만들 경우 무게가 4.55kg이다.

그러나, 기존의 배기 매니홀드는 러너의 형상이 믹싱 파이프의 상단을 중심으로 한쪽으로만 성형되어 있기 때문에, 배기가스가 믹싱 파이프의 길이방향으로 유동되지 않아 배기가스의 흐름이 믹싱 파이프에 부딛히면서 유동에 따른 관성력이 떨어지게 되고, 또한 상기 믹싱 파이프가 이 배기가스가 촉매변환기의 벽면을 따라 좌우로 퍼지도록 타원으로 설계되어 있어서 설계되어 있어서 담체의 활성화온도 (L.O.T)와 정화효율 그리고 내구성 측면에서 분리한 점이 있어 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

도 1은 종래의 배기 매니홀드를 나타내는 단면도,

도 2는 종래의 배기 매니홀드와 본 발명의 배기 매니홀드의 초기시동시 시간에 대한 온도변화를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 배기 매니홀드를 나타내는 정면도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 러너 11 : 믹싱 파이프

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 각 실린더의 배기구에 일단이 연결된 러너와, 내부에 담체가 구비된 원통형 믹싱 파이프를 포함하되, 상기 각 러너는 타단이 믹싱 파이프의 상단에 축방향으로 연결되어 있고, 상기 믹싱 파이프는 단면이 원통형으로 이루어지도록 구조를 변경함으로써, 배기가스의 유동이 믹싱 파이프의 축방향으로 진행이 되어 유속 및 담체의 온도상승에 효과적이며, 담체 전면에 대하여 배기가스가 균일하게 통과하도록 유도할 수 있게 되어 담체의 내구성을 향상시킬 수 있게 한 개선된 자동차용 배기 매니홀드를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

이를 첨부도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 3은 본 발명에 따른 배기 매니홀드를 나타내는 정면도로,도면부호

10은 러너를, 11은 믹싱 파이프를 각각 나타낸다.

본 발명은 통상 각 실린더에 연결되어 폭발행정이 진행 후 배기가스를 배기시켜 주는 러너(10)와 이 러너를 통과한 배기가스를 하나로 합쳐 촉매를 통과시켜주는 믹싱 파이프(11)로 이루어진 배기 매니홀드에 있어서, 상기 러너(10)가 믹싱파이프(11)에 연결되는 끝단부를 변경하고, 또한 상기 믹싱파이프(11)의 단면 형상을 변경하여, 배기가스가 믹싱파이프(11)의 축방향으로 흐를 수 있도록 유도하여서 촉매 전면에 골고루 접촉될 수 있게 한 것이다.

이를 실현하기 위해, 4기통 엔진의 예를 들어 보면 1번과 4번 러너(10)는 믹싱 파이프(11)의 상단에 기존에 설치된 형태와는 반대의 곡률로 조합하고, 나머지 2번과 3번 러너(10)는 좌우로 큰 휘어짐이 없이 조합하여 제작된 것이다.

즉, 상기 2번과 3번 러너(10)는 기존의 형상에서 휘어지는 정도를 조금 작게하여 믹싱 파이프(11)에 일체로 형성되어 있으며, 그 위로 상기 1번과 4번 러너(10)가 2번 및 3번 러너(10)와 유사한 곡률로 조합되어, 4개의 러너(10)가 거의 유사한 곡률로 대칭인 형태가 되게 일체로 형성되어 있는 것이다.

따라서, 상기 각 러너(10)로부터 유입되는 배기가스는 믹싱 파이프(11)에 유입되어서는 이 파이프의 축방향을 따라 유동이 이루어지게 되고, 상기 믹싱 파이프(11)를 따라 촉매 표면에서도 골고루 접촉하게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 배기 매니홀드는 SUS 304로 제작하여 사용하게 되는데, 열전도율이 9.6(W/mk)로 기존의 FCD-H에 비해 약 2배 가량 낮은 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 SUS 304는 열전도율면에서 FCD-H의 22.2(W/mk)보다 작아 배기 매니홀드가 냉각된 상태에서는 전도율이 커서 이 차이에 의해 촉매로 유입되는 배기가스의 담체 좌ㆍ우로 고르게 전달되어서 촉매의 L.O.T.를 단축실킬 수 있게 되고, 이 배기 매니홀드의 전체 중량에 있어서도 4.1kg으로 약 10% 정도 가벼워지게 되는 것이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명과 종래의 배기 매니홀드를 비교하여 시험치를 표로 나타내 보면 다음과 같다.

첨부도면 2는 종래의 배기 매니홀드와 본 발명의 배기 매니홀드의 초기시동시 시간에 대한 온도변화를 나타내는 도면이다.

표 1은 THC 농도측정으로 종래의 FCD-H와 SUS 304를 비교값은 다음과 같다.

상기 표 1에서 나타난 바와 같이, FCD-H로 중량을 10% 줄였을 때의 THC 저감효과는 5%이며 재질을 SUS로 변경했을 때에는 16%의 THC 저감율을 보여주고 있는 반면에, 형상을 변경하게 되면 FCD-H의 경우 47% 정도의 높은 THC량 감소 효과가 나타났다.

또한, 개선된 사양의 경우 재질을 변경하더라도 THC 감소량은 미미하게 나타나는데, 이는 흡기매니홀드를 관상 타입으로 제작함에 있어서 발생된 형상 변경에 기인하고 있는 것이다.

여기서, 표 2는 배기가스량과 담체의 활성화 온도(L.O.T.)까지의 도달시간에 대한 비교표이고, 표 3은 기존과 본 발명의 주요 사양비교표로, A`는 본 발며의 배기 매니홀드에서의 THC배출 농도를 나타내고 있으며, B`는 기존의 배기 매니홀드의 THC배출 농도를 나타내고 있으며, C는을 나타내고 있다.

여기서, A는 재질과 형상을 변경하여 L.O.T.를 단축한 SUS 배기 매니홀드를 나타내고, B는 스탠다드 배기 매니홀드의 촉매중심에서의 온도를 나타내고 있으며, C는 스탠다드 배기 매니홀드의 촉매 좌ㆍ우측에서 측정한 온도값을 나타내고 있다.

여기서, LEV의 경우 재질을 변경하거나 중량을 감소시킴에 대한 담체 중심에서의 활성화온도의 단축효과는 미비하고, 본 발명의 경우 LEV와 비교해 볼때 약 50∼100℃ 정도의 배기가스 및 담체 활성화 온도의 상승을 나타내고 있으며, 활성화 온도의 도달시간은 FCD-H에서가 3초, 그리고 SUS에서가 6초 단축되었다.

이와 같은 결과로, THC 저감 및 담체 활성화 온도를 단축하는 데에는 배기 매니홀드의 재질이나 중량의 변경으로 얻어지는 감소효과보다는 형상변경에 의한 배기 유동에 따른 개선효과가 더욱 좋다는 것을 알 수 있다.

또한, SUS 사양의 경우 현재의 관상(tubular)을 프레스(press)로 제작하고 러너의 단면적을 최적화하게 되면 제작상의 형상차이에 의한 오차나 재질 두께를 줄일 수 있어서, 상기보다 높은 THC저감 효과와 담체 활성화 온도를 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 촉매변환기가 구비된 믹싱 파이프에 일체로 조합되는 각 실린더의 러너 형상을 변경하여, 배기가스가 믹싱 파이프의 축방향으로 유동하면서 촉매에 골고루 접촉할 수 있게 함으로써, 배기가스의 유동이 믹싱 파이프의 축방향으로 진행이 되어 유속 및 담체의 온도상승에 효과적이며, 담체 전면에 대하여 배기가스가 균일하게 통과하도록 유도할 수 있게 되어 담체의 내구성을 향상시킬 수 있는 효고가 있다.

Claims (3)

1. 각 실린더의 배기구에 일단이 연결된 러너(10)와, 내부에 담체가 구비된 원통형 믹싱 파이프(11)를 포함하되,

   상기 각 러너(10)는 타단이 믹싱 파이프(11)의 상단에 축방향으로 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 개선된 자동차용 배기 매니홀드.
2. 제 1항에 있어서, 상기 믹힝 파이프(11)는 재질이 SUS 304로 제작된 것을 특징으로 하는 개선된 자동차용 배기 매니홀드.
3. 제 1항 내지 3항에 있어서, 상기 믹싱 파이프(11)는 각 러너(10)가 연결되는 목부(12)가 반구형으로 이루어져서 1번과 4번 러너(10)의 유체 흐름과 유사한 형태로 제작된 것을 특징으로 하는 개선된 자동차용 배기 매니홀드.