KR20050036900A - 배기 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

배기관과 소음기를 포함하는 연소 기관과 결합하여 사용하는 배기 장치로서, 이 배기 장치는 대체로 균일한 단면을 지닌 외부 케이싱(2)과 다수의 챔버(4)와 통로(6)를 포함하는 내부 시스템으로 구성되고, 연소 기관의 소음을 감소시키는 작용을 한다.

Description

배기 장치 및 그 제조 방법{EXHAUST SYSTEM AND A METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 배기관과 소음기를 구비하는 연소 기관과 결합하여 사용하는 배기 장치에 관한 것이다.

이러한 배기 장치는 일반적으로 공지되어 있다.

연소 기관에 의해 동력을 공급받는 유형의 차량은 연소 기관으로부터 발생하는 소음을 줄이기 위해서 배기 장치가 장착된다. 공지된 배기 장치는 소음기 역할을 하는 하나 이상의 대형 포트 또는 챔버로 구성되는데, 이들 포트 또는 챔버는 관에 의해 서로 연결된다. 일반적으로, 배기 장치는 차량의 하부에 위치하여, 상당한 양의 공간을 점유한다. 이용가능한 공간의 활용을 최대화하기 위해서 공간 사용을 최적화하는 현대적인 설계에서는, 보다 적은 공간을 사용하는 해결책이 중대하게 모색되고 있다. 또한, 공지된 배기 장치의 크기와 형상은 차량의 공기 역학적 특성에 부정적인 영향을 끼친다. 오염도를 최소화하기 위해서는 공기 역학적 특성을 최적화하여 연료 소비를 최소화하여야 하므로, 이것은 다른 중요한 양태이다. 공지된 배기 장치의 다른 부정적인 양태는, 설계시에 강을 사용하기 때문에 통상적으로 중량이 무겁다는 것이다. 강은 고온에서 내식성이 매우 불량하여, 수명(부식이 벽 두께를 침투할 때까지)을 연장하기 위해서는, 포트와 관 벽 두께의 증가로 이어진다. 벽 두께가 증가하면 중량이 증가하고, 중량의 증가는 또한 연료 소비의 증가로 이어진다. 부식을 늦추기 위해서, 강제(鋼劑) 배기 장치에 종종 알루미늄 코팅을 도포하는데, 이것은 적어도 부분적으로는 효과가 있지만, 기재(基材)의 혼합으로 인하여 사용한 배기 장치의 재활용을 어렵게 만든다. 또한, 스테인리스 강제 배기 장치가 제안되었지만, 이들은 재료가 고가(高價)여서 비싸고, 스테인리스 강이 표준 강보다 기계적인 가공 및 브레이징하기가 어렵기 때문에 제조하기가 어렵다.

도 1은 배기 장치를 위한 프로파일의 단면의 실시예를 보여준다.

도 2는 배기 장치를 위한 프로파일의 단면의 다른 실시예를 보여준다.

도 3은 배기 장치를 위한 프로파일의 단면의 또 다른 실시예를 보여준다.

도 4는 배기 장치를 위한 프로파일의 단면의 다른 실시예를 보여준다.

도 5는 도 4에 따른 프로파일의 A-A 방향 단면을 보여준다.

도 6의 배기 장치의 단부도를 보여준다.

도 7은 도 6의 B-B 방향 단면을 보여준다.

도 8은 도 6의 B-B 방향 단면을 보여주는 도면으로서, 화살표는 배기 장치를 통과하는 기체의 흐름을 나타낸다.

도 9는 배기 장치를 위한 다른 프로파일의 단면을 보여준다.

도 10은 도 9에 따른 프로파일을 사용하는 배기 장치의 개략도를 보여준다.

도 11은 자동차에 장착할 수 있는 완성된 배기 장치를 보여준다.

본 발명의 한 가지 목적은 공기 역학적 특성이 개선된 배기 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 보다 적은 공간을 차지하는 배기 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 중량이 감소된 배기 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 수명이 연장된 배기 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이들 목적은 배기 장치가 대체로 균일한 단면의 외부 케이싱과, 연소 기관에 대한 소음을 줄이는 작용을 하는 다수의 챔버 및 통로를 포함하는 내부 시스템으로 구성되는 것으로 달성된다.

대체로 균일한 단면의 외부 케이싱을 지닌 배기 장치는 공지된 형태의 시스템과 같은 치수 변동 및 많은 예리한 모서리가 없기 때문에, 공기 역학적 특성이 크게 개선된다. 대체로 균일한 단면의 외부 케이싱과, 다수의 챔버와 통로를 포함하는 내부 시스템은 더 적은 공간을 점유하고 중량이 감소된 배기 장치의 설계를 허용한다. 배기 장치는 알루미늄과 같은 경금속으로 제조되어, 수명을 소정의 선택된 시간만큼 증가시킬 수 있고, 이와 동시에 전체적인 중량을 감소시킬 수 있다.

본 발명은, 또한 전술한 배기 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

배기 장치의 제조 방법은 적어도 외부 케이싱을 압출하는 단계와, 연소 기관의 소음을 감소시키는 작용을 하는 챔버와 통로를 형성하도록 내벽 시스템을 제공하는 단계를 포함한다.

이로써, 비용에 영향을 거의 주지 않으면서 외부 케이싱의 단면을 복잡하게 설계할 수 있기 때문에, 배기 장치를 저가로 제조할 수 있다. 이것은 어느 정도는, 배기 장치를 제조하는 데 압출 공정을 사용하는 데에서 기인한다.

상기 방법은 챔버의 적어도 일부를 외부 케이싱과 동일한 장점을 지니도록 압출하는 것을 포함할 수 있다.

상기 방법은 생성된 소음 감소를 최적화하도록 챔버를 설계하기 위하여, 적어도 챔버의 일부를 형성하기 위한 소성 변형 단계를 포함할 수도 있다.

상기 방법은 정밀한 통로 및/또는 소형 통로뿐만 아니라 대형 통로도 임의의 형상이나 형태로 형성할 수 있도록 통로를 형성하는 단계를 포함해도 좋다.

상기 방법은 더 많은 설계의 자유도를 제공하기 위해서, 블록들을 삽입하는 단계(insertion of blockings)를 포함할 수도 있다.

상기 방법은 유입부 및/또는 유출부가 구조적으로 일체화되도록 유입부 및/또는 유출부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 대안으로서, 유입부 및/또는 유출부는 후속하여, 예컨대 용접에 의해 부착될 수 있다.

이하에서, 본 발명의 실시예를 보여주는 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1은 그 내부에 다른 프로파일을 지닌 제1 프로파일의 외부 케이싱(20)을 보여주는데, 이 다른 프로파일은 다수의 벽(3)을 포함한다. 외부 케이싱(20)은 양호한 공기 역학적 특성을 갖도록 형성된다. 내부 프로파일의 벽(3)은 추가의 공정 후에, 배기 장치 내부에 내부 구획부를 형성하는 데 적합하다.

도 2, 도 3 및 도 4는 상이한 설계의 외부 케이싱(2)을 보여주는데, 이 외부 케이싱(20)은 내벽(3)을 포함하는 원피스(one piece)로 압출된다.

도 5는 외부 케이싱(2)과 내벽(3)이 있는 도 4의 A-A부를 보여준다.

도 6은 도 4 및 도 5의 프로파일을 포함하는 배기 장치를 보여준다. 배기 장치는 내벽(3)을 지닌 외부 케이싱(2)를 포함한다. 내벽(3')의 일측부는 소성 변형되고, 통로(6)는, 예컨대 펀칭, 드릴링 등으로 기계 가공된다. 내벽의 타측부에서는 외부 케이싱(2')과 내벽(3")이 소성 변형되어 유입부(14)를 형성한다. 도 7에 보다 명확히 도시되어 있는 바와 같이, 이들 통로(6)는 물론 챔버(4)도 형성되어 있다.

도 7은 기본적으로 도 6의 B-B 방향 단면을 보여준다. 그러나, 단부를 폐쇄하고, 또한 챔버(4)를 분리시키기 위해서 블록 또는 배플(12)을 추가하였다. 유입부(14)와 유출부(16)를 형성하기 위해서 외부 케이싱(2)과 내벽(3)의 단부를 변형하였다. 또한, 예컨대 맨드럴(mandrels)을 사용하여 챔버(4)를 성형하였다. 챔버(4) 사이에 가스가 흐르도록 적절한 위치에 통로(6)를 형성하였다. 통로(6)는 임의의 크기, 형상 및 형태일 수 있다. 챔버(4)와 통로(6)의 크기, 형상 및 형태는 가스의 흐름, 속도, 소망하는 소음 감소 등에 대응하는 공지의 기술 공식을 사용하여 계산되는 매개 변수로서, 이는 당업자에게 공지된 것이다.

도 8은 기본적으로 도 7과 동일하다. 유입부(14)를 통해 챔버(4)로 들어와서 통로(6)을 통해 다음 챔버(4)로 흐르는 가스의 흐름을 나타내는 화살표만이 추가되었다.

본 발명에 따르면, 배기 장치의 설계는 차량의 종류, 차량의 용도 및 엔진의 종류 등에 따라 다양한 형상, 크기 및 형태를 고려할 수 있다.

편의상, 다른 구성 요소들과의 연결이 용이하도록 유입부(14)와 유출부(16)에 관을 장착할 수 있다. 특히, 유출부(16)에는 특별한 엔진의 소음을 수용하도록 설계된 하나의 관을 장착할 수 있다. 유입부(14)는 연소실, 매니폴드 또는, 예컨대 촉매 장치 및/또는 소형 입자 필터에 직접 연결될 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따른 배기 장치를 위한 기본 프로파일로 사용되는 다른 관(20)을 보여준다. 상기 관은 차량의 하면에 장착되기 때문에, 이 프로파일의 정확한 단면이 임계적인 것은 아니다. 그러한 견지에서, 상기 관은 평탄부(21)와 굴곡부(22, 23)를 갖추고 있다. 굴곡부(22, 23) 사이의 결합부에는 반원부(24)가 마련되는데, 이 반원부(24)는 실질적으로 180°이상으로 연장하여, 원형 단면과 적절한 직경을 지닌 관이 반원부(24) 내에 고정될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같은 배기 장치를 제조하기 위해서, 개방된 반원부(24)를 제외하고는 도 9의 튜브(20)의 단면에 상응하는 단면을 지닌 배플(25)이 일단부를 통해 삽입되어 그 단부로부터 정해진 거리에 위치한다. 이것은, 예컨대 EP-A-0 891 528 또는 EP-A-0 214 670에 개시된 바와 같이 배플이 매니폴드 내에 배치되는 방법에 상응하는 방식으로 실시된다. 이러한 방식으로, 관(20)은 배플에 의해 분리되고, 반원부(24)에 의해 서로 연결된 다수의 공간으로 구획된다. 이들 공간의 부피는 소음기 역할을 하는 배기 장치의 요건에 맞출 수 있다.

원형 관의 단부(26)를 반원부(24)로 삽입하고, 어느 일단부가 배플과 동일한 평면에 있도록, 또는 관의 각 단부가 배플(25)에 의해 분리된 두 개의 이웃하는 공간 중 하나로 뻗도록 관의 단부(26)를 배치함으로써 개선이 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 정숙성(靜肅性)을 최적화할 수 있다.

배플(25)과 관의 단부(26)는 당업계에서 통상적으로 사용하는 용접 공정에 의해 관(20) 내부에 고정될 수 있다.

도 11에는 본 발명에 따라 제조할 수 있는 최종적인 형상의 배기 장치가 도시되어 있는데, 이 배기 장치는 차량의 저부에 직접 적용될 수 있다. 배기 라인은 관의 단면적이 보다 크기 때문에, 배기 라인은 충분한 강도를 지니며, 이와 동시에 소음 감소를 위해 충분한 체적을 지닌다. 후자의 견지에서, 압출 성형된 프로파일의 절곡 요건은 배기 장치가 충분한 길이를 지니고, 이에 따라 소음 감소를 위한 충분한 체적을 지니는 데 있어서 중요하며, 배기 장치가 차량의 하부에 장착되는 데 있어서 중요하다. 이러한 절곡은 또한 차량의 하부에 장착되는 구동축 등과 같은 다른 구조적인 요소의 견지에서도 중요할 수 있다.

소음기는 강/강 합금을 사용하여 제조될 수 있지만, 티타늄, 알루미늄, 마그네슘과 같은 경금속을 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 소음기는 또한 세라믹재로 제조된 구성 요소를 포함할 수도 있다. 강화재를 포함하거나 포함하지 않은 플라스틱 또한 부분적으로 또는 전체적으로 사용될 수 있다. 내열성을 향상시키기 위해 내부 실드를 선택적으로 포함하여 사용할 수도 있다.

Claims (12)

1. 배기관과 소음기를 포함하는 연소 기관과 결합하여 사용하는 배기 장치로서,

   대체로 균일한 단면을 지닌 외부 케이싱(2)과, 다수의 챔버(4)와 통로(6)를 포함하는 내부 시스템으로 구성되고, 연소 기관의 소음을 감소시키는 작용을 하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
2. 제1항에 있어서, 다수의 개별적인 요소들로 구성되고, 챔버를 형성하도록 내벽이 마련된 압출된 관 요소로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 챔버와 통로를 형성하기 위해서 상기 내벽을 압출한 후에, 부분적으로 제거하고 부분적으로 천공 및/또는 부분적으로 변형하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 챔버를 형성하기 위해서, 상기 외부 케이싱 내에 하나 이상의 배플을 설치하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 외부 케이싱은 압출된된 다중 포트 관 요소인 것을 특징으로 하는 배기 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 외부 케이싱에는 두 개의 이웃하는 챔버를 형성하는 배플이 하나 이상 제공되고, 관형의 중공형 요소는 이웃하는 챔버 사이에 통로를 형성하며, 상기 관형 요소는 상기 챔버 중 하나로 적어도 돌출되는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 대체로 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 외부 케이싱(2)은 적절한 방향으로 성형되고 서로 연결된 두 개 이상의 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
9. 적어도 외부 케이싱을 압출하는 단계와, 연소 기관의 소음을 감소시키는 작용을 하는 챔버와 통로를 형성하도록 내벽 시스템을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배기 장치 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 챔버와 통로를 형성하기 위해서 다중 포트 관을 압출 하며, 상기 내벽을 부분적으로 제거하고, 부분적으로 천공 및/또는 부분적으로 변형하는 것을 특징으로 하는 배기 장치 제조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 외부 케이싱 내에 하나 이상의 배플을 설치하는 것을 특징으로 하는 배기 장치 제조 방법.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 외부 케이싱을 차량의 하부에 장착되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 장치 제조 방법.