KR200256213Y1 - 배기 매니폴드의 실링 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 자동차의 실린더 헤드(Cylinder Head)와 배기 매니폴드(Exhaust Manifold)간의 실링 구조에 관한 것으로, 배기 매니폴드를 실린더 헤드에 조립함에 있어서, 배기 매니폴드의 플랜지 접합면에 액상 실란트를 직접 도포하여 형성한 넌-셋팅 타입(Non-Setting Type)의 액상 가스켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의하면, 가혹한 조건에 있는 배기 매니폴드의 초기 마이크로 실링뿐 만 아니라 장기 내구 운전에도 충분한 실링을 유지하는 구조를 얻을 수 있는 장점이 있다. 이는 종래의 복잡한 형상의 적층 메탈 가스켓을 사용하는 실링 구조와 달리 단순히 배기 메니폴드에 특수 액상 실런트를 도포하는 실링 구조로 많은 원가 절감의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 종래의 적층 메탈 가스켓은 메탈과 메탈면에 의한 실링 구조(Metal to Metal Sealing Method)로써 초기 미세 리크를 허용할 수밖에 없던 마이크로 실링의 문제점을 완전히 보완할 수 있는 실링 구조이다.

Description

배기 매니폴드의 실링 구조{SEALING STRUCTURE OF EXHAUST MANIFOLD}

본 고안은 실링 구조 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 자동차의 엔진 실린더 헤드와 배기 매니폴드(Exhaust Manifold)간의 실링 구조 및 방법에 관한 것이다.

본 고안은 고온에서 견딜 수 있는 넌-셋팅 타입( Non-Setting Type)으로 시간이 지나도 경화되지 않는 특수하게 개발된 영국 하이로마(Hylomar Limited)사의 액상실란트인 상품명 Hylomar Advanced Formulation, Hylomar Universal Blue 또는 Hylomar EMS의 성질을 활용한 이용 고안이다. 즉, 폴리우레탄(Polyurethane)과 폴리에스테르(Polyester) 및 아크릴 에멀젼(Acrylic Emulsion)계로 이루어진 특수 액상 실란트로 실링 좌면에 액상 상태로 도포하여 실링을 추구하는 방안이다. 이하, '액상 실란트'이라고 하면 이들 중에서 선택되어진 적어도 어느 하나를 의미한다.

상기 하이로마사의 액상실란트들은 모두 폴리머 계열의 실란트로서 높은 온도에서 견딜 수 있도록 개발된 것이다. 이들은 엔진이 조립된 후에도 경화되지 않고, 고온에서도 일정한 신율을 유지하여 어느 정도의 배기 매니폴드의 열변형을 추종할 수 있는 성질을 가지고 있다.

배기 매니폴드는 실린더 헤드 연소실에서 연소 폭발 후 발생하는 고온, 고압의 배기 가스를 배출하는 통로로, 실린더헤드와 배기 매니폴드의 접합면은 고온 연소 가스가 실린더 헤드 포트를 통하여 곧바로 전달되므로 열적으로 매우 가혹한 조건에 노출되어 있다. 특히, 냉간 시동시 초기 배기가스(하이드로 카본)을 정화하기위하여 배기 매니폴드 하부에 MCC(Manifold Closed Catalyst Converter)를 장착하는데, 이것은 배기 매니폴드에 열축척을 초래하여 연소 가스의 온도를 950℃까지 상승시킴으로써 실린더 헤드와 배기 매니폴드간의 열변형을 가중시킨다. 이러한 열변형은 배기 매니폴드의 횡방향 이동(Relaxation) 및 배기 매니폴드 플랜지의 수직방향 변형(Movement)을 초래하여 마이크로 리크(Micro Leak)를 초래하게 된다. 뿐만 아니라, 배기 매니폴드는 엔진 외곽에 위치하여 엔진의 진동을 곧바로 전달을 받으며, 배기 파이프(프론트 파이프)와도 연결되어 있어 배기 파이프의 진동도 그대로 전달된다. 따라서, 배기 매니폴드의 실링구조 및 방법은 자동차 엔진의 다른 접합면과는 구별되는 특별한 구조 및 방법의 실링이 요구된다.

종래, 상기에서 언급한 가혹한 조건들을 만족하는 배기 매니폴드의 실링에는 얇은 스테인리스 판에 비드(Bead)를 설정하여 제작한 여러 메탈 가스켓(Metal Gasket)을 적층한 후 용접이나 리벳으로 어셈블리하여 하나의 부품으로 제작하는 방법을 사용하여 왔다. 단순하게 메탈 가스켓을 적층하여 실링을 하는 경우에는 메탈간의 접촉에 의한 실링(Metal to Metal Sealing)만이 이루어져 미세 배기 가스에 대한 마이크로 실링(Micro sealing)이 매우 어려워진다.

이를 보완하는 방법으로 고무 코팅재나 고가의 고체 윤활 피막재를 메탈 가스켓의 표면에 도포하여 사용하기도 하나, 고무 코팅재가 고온에서 견딜 수가 없으며, 따라서 실제에 있어서는 고무 코팅재 등의 코팅이 없이 메탈 가스켓만 적층하여 사용하는 경우가 대부분이다. 마이크로 실링을 위하여 고온에서 견딜 수 있는 고무 코팅재가 개발되어 사용되기도 하나 이들은 모두 고온에서 쉽게 소착되거나 경화되는 단점이 있으며, 이러한 단점으로 인해 상술한 열 변형에 의하여 배기 매니폴드가 횡 방향 이동(Relaxation)을 일으키거나 플랜지부가 수직 방향의 변형(Movement)을 일으키는 경우 엷은 고무 코팅재 표면에 크랙(Crack)이 진전되어 실링 기능을 상실하는 문제점이 있다.

상기 열변형에 따른 리크(Leak)를 최소화하기 위하여 실링 대상물(실린더 헤드 및 배기 매니폴드)의 구조 변경 및 강성 보강으로 중량이 증대되는 구조를 안출하거나, 메탈 가스켓 구조( 복잡한 비드 형상 및 특수한 스토퍼 구조)를 복잡하게 하고 여러 층의 적층 구조가 시도되고 있다. 이는 배기 매니폴드의 열변형에 따른 횡방향 이동(Relaxation)이나 수직 방향의 변형(Movement)이 큰 경우에도 실링 기능을 잃지 않게 하려는 노력의 일환인 것이다.

또한, 종래의 배기 매니폴드 실링에 사용되는 메탈 가스켓은 실링 상대물의 복잡한 형상에 맞춰 제작되어야 할 뿐 만 아니라, 얇은 스테인리스 강판에 실링 기능을 추가하는 여러 공정(예를 들면, 블랭킹-비딩-플랫팅-리벳팅등)을 통하여 제작되므로 제작 비용, 제작 공수 및 설비 투자의 측면에서 부담이 많았다. 특히 엔진의 가혹한 조건에서는 매니폴드의 변형을 고려해야하므로 가스켓의 구조가 복잡해지고 두 장 이상의 메탈 가스켓을 기능에 맞게 결합하여 조립해야 하는 경우가 많았던 점을 고려할 때, 단순한 액상실란트를 도포하여 실링하는 구조는 종래의 실링 방법에 비하여 대폭적인 원가 절감을 확립할 수 있다.

상술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 안출된 본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 가혹한 조건에 있는 배기 매니폴드의 초기 마이크로 실링(환경 규제를 만족하는) 및 액상 가스켓의 특성을 잘 이용하여 장기 운전 조건에서도 실링이 가능한 실링 구조를 제공하는데 있다.

본 고안이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 단순한 공정을 통해 경제적으로 완성될 수 있는 실링 구조를 제공하는데 있다.

도1a은 본 고안에 따른 액상실란트를 배기 매니폴드 플랜지의 접합면에 도포하는 상태를 보여 주는 사시도이다.

도1b는 도1a에서 액상실란트가 도포된 배기 매니폴드 플랜지 접합면 A-A'에 대한 단면도이다.

도2는 메탈가스켓 없이 접합면에 액상실란트를 도포한 배기 매니폴드와 실린더 헤드를 조립하는 것을 보여 주는 사시도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:배기 매니폴드 11:배기포트 12:액상가스켓

13:액상실란트 도포 20:실린더 헤드

본 고안은 자동차의 실린더 헤드(Cylinder Head)와 배기 매니폴드(Exhaust Manifold)간의 실링 구조에 관한 것으로, 배기 매니폴드를 실린더 헤드에 조립함에 있어서, 배기 매니폴드의 플랜지 접합면에 액상 실란트를 직접 도포하여 형성된 넌-셋팅 타입(Non-Setting Type)의 액상 가스켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안은 고온에서 견딜 수 있는 넌-셋팅 타입( Non-Setting Type)으로 시간이 지나도 경화되지 않는 액상재를 특수하게 개발한 영국 하이로마(Hylomar Limited)사의 액상실란트인 상품명 Hylomar Advanced Formulation, 하이로마 유니버셜 블루(Hylomar Universal Blue) 또는 Hylomar EMS의 성질을 활용한 이용 고안이다. 즉 폴리우레탄(Polyurethane)과 폴리에스테르(Polyester) 및 아크릴 에멀젼(Acrylic Emulsion) 계로 이루어진 특수 액상 실란트로 실링 좌면에 액상 상태로 도포하여 실링을 추구하는 방안이다.

상기 하이로마사의 액상실란트들은 모두 폴리머 계열의 실란트로서 높은 온도에서 견딜 수 있도록 개발된 것이다. 이들은 엔진이 조립된 후에도 경화되지 않고, 고온에서도 일정한 신율을 유지하여 어느 정도의 배기 매니폴드의 열변형을 추종할 수 있는 성질을 가지고 있다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1a은 본 고안에 따른 액상실란트를 배기 매니폴드 프랜지의 접합면에 도포하는 상태를 보여 주는 사시도를, 도1b는 도1a에서 액상실란트가 도포된 배기 매니폴드 프랜지 접합면 A-A'에 대한 단면도를, 도2는 메탈가스켓 없이 접합면에 액상실란트를 도포한 배기 매니폴드와 실린더 헤드를 조립하는 것을 보여 주는 사시도를 각각 나타낸다.

도1a 및 도1b를 참조하면, 본 고안에 따른 상기 액상실란트를 배기 매니폴드(10) 프랜지 접촉면 전체에 직접 도포한다. 이렇게 도포된 액상실란트(12)는 젤(Gel) 상태에서도 신율을 가지며, 고온에서도 젤(Gel) 상태를 유지한다. 따라서 높은 배기가스의 온도에 따른 배기 매니폴드의 열변형인 배기 매니폴드의 횡방향의 이동(Relaxation)과 수직 방향의 변형(Movement)을 추종하여 미세한 리크도 차단하게 된다.

도2를 참조하면, 액상실란트가 도포된 배기 매니폴드(10)는 메탈가스켓 없이 실린더 헤드(20)에 체결 조립된다. 이렇게 함으로써, 실링 공정을 단순화할 수 있고, 마이크로 실링을 구현할 수 있게된다.

본 고안에 의하면, 엔진의 부품 중 가혹한 조건에 있는 배기 매니폴드의 초기 마이크로 실링 뿐 만 아니라 장기 내구 운전에도 충분한 실링을 유지하는 구조를 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 공정을 단순화하고 경제적으로 완성될 수 있는 실링 구조를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 엔진의 배기 매니폴드를 실린더 헤드에 조립함에 있어서, 배기 매니폴드의 플랜지 접합면에 액상실란트를 직접 도포하여 형성된 넌-셋팅 타입의 가스켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 배기 매니폴드 실링 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 액상실란트는 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리에스테르(Polyester) 및 아크릴 에멀젼(Acrylic Emulsion)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드 실링구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 액상실란트는 영국 하이로마(Hylomar Limited)사 액상실란트인 상품명 하이로마 어드밴시드 포뮬레이션(Hylomar Advanced Formulation), 하이로마 유니버셜 블루(Hylomar Universal Blue) 또는 하이로마 이엠에스(Hylomar EMS) 중에서 선택되어 지는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드 실링 구조.