KR20080113351A

KR20080113351A - 배기 매니폴드

Info

Publication number: KR20080113351A
Application number: KR1020087020751A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 우치다
Original assignee: 칼소닉 칸세이 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-12-30
Also published as: EP1980727A4; CN101375030A; WO2007086277A1; US20090126355A1; JP2007198256A; EP1980727A1

Abstract

배기 매니폴드(HF)는, 복수의 브랜치관(2~5)이 헤드 플랜지(1)로부터 대략 L자형상으로 구부러지는 형상으로 형성되고, 상기 각 브랜치관(2~5)의 배기 가스 상류측 단부가 헤드 플랜지(1)를 통해 엔진 측에 접속되는 한편, 배기 가스 하류측 단부가 집합부(6)에 접속되고, 집합부(6)에 배기 가스 상태를 검출하기 위한 센서(10)가 설치되어 있다. 집합부(6)에, 이 집합부(6)의 상기 헤드 플랜지(1)의 길이 방향(LN)을 따르는 길이가 집합부(6)의 헤드 플랜지(1)의 두께 방향을 따르는 길이(LT)보다 짧아지도록 축경시킨 축경부(6d)를 형성함과 더불어, 축경부(6d)에 센서(10)을 설치했다.

Description

배기 매니폴드{EXHAUST MANIFOLD}

본 발명은, 엔진에 접속되는 배기 매니폴드에 관한 것으로서, 특히 배기 매니폴드의 집합부에, 배기 가스의 상태를 검출하기 위한 센서가 설치된 배기 매니폴드에 관한 것이다.

종래, 배기 매니폴드는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 복수의 브랜치관(02)의 상류측 부분이 헤드 플랜지(01)로부터 대략 L자 형상으로 구부러지는 형상으로 형성되고, 그 배기 가스 상류측 단부(端部)가 헤드 플랜지(01)를 통해 엔진(E)에 접속됨과 더불어, 그 배기 가스 하류측 단부가 집합부(06)에 접속되어 있다.

또, 집합부(06)의 중도 부분에는, 그 전체 둘레에 걸쳐 축경(縮徑)된 축경부(06d)가 형성됨과 더불어, 이 축경부(06d)에 배기 가스의 상태를 검출하기 위한 센서(010)가 설치되어 있고, 배기 가스 중의 산소 농도를 검출하는 센서(010)의 센싱부(010c)가 배기 가스의 흐름의 중심에 배치됨으로써 배기 상태의 고정밀도의 센싱을 가능하게 하고 있다(특허 문헌 1, 2 참조).

[특허 문헌 1:일본국 특허공개 2003-83061호 공보]

[특허 문헌 2:일본국 특허공개 평10-26037호 공보]

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그러나, 종래의 발명에 있어서는, 배기 매니폴드의 각 브랜치관(02)이 헤드 플랜지(01)로부터 대략 L자 형상으로 구부러지는 형상으로 형성되어 있는데다가, 그 배기 가스 상류측 단부가 헤드 플랜지(01)를 통해 엔진(E) 측에 고정되고, 그 배기 가스 하류측 단부가 집합부(06), 촉매 컨버터(07) 등을 통해 차체 측에 고정되어 있기 때문에, 엔진(E)의 진동(동일 도면 중, 점 OA를 통과하는 지면에 수직인 축둘레에 화살표 ER로 나타낸 방향의 진동)이나 각 브랜치관(02)의 열팽창·수축(동일 도면 중, 화살표 BD로 나타낸 방향의 열팽창·신축)에 기인하는 응력이 배기 매니폴드 전체를 대략 L자 형상으로 굴절시키도록 작용한다. 이 경우, 전체 둘레가 축경되어 강도적으로 약해져 있는 일점 쇄선 AB로 나타낸 집합부(06)의 축경부(06d) 부근에서 좌굴할 우려가 크다. 이 좌굴 대책으로서 집합부(06)의 축경부(06d)의 강도를 올리도록, 집합부의 두께를 늘릴 필요가 있었다. 이 결과, 중량의 증가와 열용량의 증가에 의해 배기 가스 정화 촉매의 온도 상승이 늦어지는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 센서의 배기 상태의 고정밀도의 센싱을 실현하면서, 집합부의 중량을 증가시키는 일 없이 강도를 올릴 수 있음과 동시에, 배기 정화 촉매의 온도 상승을 앞당겨 배기 가스 정화 성능을 향상할 수 있는 배기 매니폴드를 제공하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명의 배기 매니폴드는, 복수의 브랜치관이 헤드 플랜지로부터 대략 L 자형상으로 구부러지는 형상으로 형성되고, 상기 각 브랜치관의 배기 가스 상류측 단부가 헤드 플랜지를 통해 엔진 측에 접속되는 한편, 배기 가스 하류측 단부가 집합부에 접속되고, 상기 집합부에 배기 가스의 상태를 검출하기 위한 센서가 설치된 배기 매니폴드에 있어서, 상기 집합부에 그 집합부의 상기 헤드 플랜지의 길이 방향을 따르는 길이가 상기 집합부의 상기 헤드 플랜지의 두께 방향을 따르는 길이보다 짧아지도록 축경시킨 축경부를 형성함과 더불어, 이 축경부에 상기 센서를 설치한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 집합체는, 상기 두께 방향을 따르는 양면이, 인벌류트(involute) 형상으로 형성되어 있는 중도 부분을 갖도록 한다.

또, 바람직하게는, 상기 집합체는, 상기 길이 방향을 따르는 양면이, 배기 하류 측을 향해서 양면 간의 간격이 넓어지는 곡선형상으로 형성되어 있도록 한다.

또, 바람직하게는, 상기 집합체는, 상기 두께 방향을 따라서 상기 길이 방향으로 각각 분할 가능한 2개의 분할체를 조합 접합하여 형성되어 있도록 한다.

또, 바람직하게는, 상기 센서는, 상기 두께 방향을 따르는 면 중 한쪽의 면에 설치한 홀더부에 장착되어 있도록 한다.

(발명의 효과)

본 발명의 배기 매니폴드에 있어서는, 복수의 브랜치관이 헤드 플랜지로부터 대략 L자 형상으로 구부러지는 형상으로 형성되고, 상기 각 브랜치관의 배기 가스 상류측 단부가 헤드 플랜지를 통해 엔진 측에 접속되는 한편, 배기 가스 하류측 단부가 집합부에 접속되고, 상기 집합부에 배기 가스의 상태를 검출하기 위한 센서가 설치된 배기 매니폴드에 있어서, 상기 집합부에 그 집합부의 상기 헤드 플랜지의 길이 방향을 따르는 길이가 상기 집합부의 상기 헤드 플랜지의 두께 방향을 따르는 길이보다 짧아지도록 축경시킨 축경부를 형성함과 더불어, 이 축경부에 상기 센서를 설치했으므로, 센서의 고정밀도의 센싱을 실현하면서, 집합부의 중량을 증가시키는 일 없이 강도를 올릴 수 있음과 동시에, 배기 정화 촉매의 온도 상승을 앞당겨 정화 성능을 향상할 수 있다.

상기 집합체의 상기 축경부의 상기 두께 방향을 따르는 양면이 인벌류트 형상으로 형성되어 있으므로, 이러한 면에 작용하는 응력을 분산시켜, 축경부의 강도를 올릴 수 있다.

상기 집합체의 상기 길이 방향을 따르는 양면이 배기 하류 측을 향하여 양면간의 간격이 넓어지는 곡선형상으로 형성되어 있으므로, 이러한 면에 작용하는 큰 응력에 견디는 강도를 확보할 수 있다.

상기 집합체를, 상기 두께 방향을 따라서 상기 길이 방향으로 각각 분할 가능한 2개의 분할체를 조합 접합하여 형성하고 있으므로, 싸고 간단하게 집합체를 제조할 수 있다.

상기 센서를 상기 두께 방향을 따르는 면 중 한쪽의 면에 설치한 홀더부에 장착하므로, 이 홀더부를 설치한 면의 강도가 증가함과 더불어 상기 집합부로부터의 상기 센서의 돌출량이 억제되고, 다른 부품과의 간섭을 피하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 배기 매니폴드를 나타내는 정면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1의 배기 매니폴드를 나타내는 우측면도이다.

도 3은 본 실시예 1의 배기 매니폴드의 집합부의 정면도이다.

도 4는 본 실시예 1의 배기 매니폴드의 집합부의 배면이다.

도 5는 본 실시예 1의 배기 매니폴드의 집합부의 우측면도이다.

도 6은 본 실시예 1의 배기 매니폴드의 집합부의 좌측면도이다.

도 7은 본 실시예 1의 배기 매니폴드의 집합부의 평면도이다.

도 8은 종래의 배기 매니폴드의 우측면도이며, 종래의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

HF:배기 매니폴드 1:헤드 플랜지

1a:삽입 구멍 2, 3, 4, 5:브랜치관

6:집합부 6a, 6b:분할체

6c:배기 가스 상류측 단부 6d:축경부

6e:개구부 6f:배기 가스 하류측 단부

7:촉매 컨버터 8:촉매 담체

9:플랜지부 10:산소 센서

10a:배선 10b:홀더부

10c:센싱부 11:보스부

이하, 이 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.

(실시예 1)

이하, 실시예 1을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 배기 매니폴드를 나타내는 정면도, 도 2는 그 우측면도, 도 3은 본 실시예 1의 집합부의 정면도, 도 4는 그 배면도, 도 5는 그 우측면도, 도 6은 그 좌측면도, 도 7은 그 평면도이다.

먼저, 본 발명의 실시예 1의 배기 매니폴드(HF)의 전체 구성에 대해 설명한다.

도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시예 1의 배기 매니폴드(HF)는, 헤드 플랜지(1)와, 4개의 브랜치관(2~5)과, 집합부(6)와, 촉매 컨버터(7)와, 산소 센서(10)를 구비하고 있다.

브랜치관(2~5)은, 도시하지 않은 엔진의 실린더 헤드의 한쪽의 측면에 체결되는 판형상의 헤드 플랜지(1)로부터 엔진의 폭 방향으로 돌출하고, 이로부터 하방으로 대략 L자형상으로 구부러지는 형상으로 형성되어 있다.

브랜치관(2~5)의 각 배기 가스 상류측 단부는, 도 2에 나타내는 바와 같이 헤드 플랜지(1)의 각각 대응하는 삽입 구멍(1a)(엔진의 각 실린더에 연통한다)에 접속되는 한편, 각 배기 가스 하류측 단부는 1/4 원형 단면으로 가공되어 이것들을 조합시킨 전체의 외형이 원형이 되도록 겹쳐진 상태로 집합부(6)의 배기 가스 상류측 단부(6c)에 접속되어 있다.

또, 집합부(6)의 배기 가스 하류측 단부(6f)는, 촉매 담체(8)를 수용한 촉매 컨버터(7)의 배기 가스 상류측 단부에 접속되어 있다.

또한, 촉매 컨버터(7)의 배기 가스 하류측 단부에는, 도시하지 않은 후방측 배기관에 접속하기 위한 플랜지부(9)가 설치되어 있다.

그리고, 도 3~7에 나타내는 바와 같이, 집합부(6)는, 도시하지 않은 프레스 성형기로 형성된 분할체(6a, 6b)를 중공이 되도록 겹쳐 그 양 가장자리부끼리를 용접(X1, X2)으로 접합함으로써 일체적으로 형성되어 대략 통형상으로 형성된다. 또, 그 배기 가스 상류측 단부(6c)는 브랜치관(2~5)의 배기 가스 하류측 단부를 삽입 가능한 크기의 직경으로 개구되고, 그 중도 부분에는 대략 L자 형상으로 구부러지는 브랜치관(2~5)의 구부러짐면(즉, 헤드 플랜지(HF)의 길이 방향(LN)을 따르는 면)에 대해서 대략 직교하는 측의 면을 축경시킨 축경부(6d)가 형성되어 있다. 즉, 집합부(6)의 엔진(E)의 축 방향, 즉 헤드 플랜지(HF)의 길이 방향(LN)(도 1 참조)의 길이가, 엔진(E)의 폭 방향, 즉 헤드 플랜지(HF)의 두께 방향(LT)(도 2 참조)의 길이보다 짧아지도록 축경하여 축경부(6d)가 형성되어 있다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 상기 축경부(6d)의 한쪽의 면(도 1, 2에 나타내는 바와 같이 헤드 플랜지의 길이 방향에 있어서의 일단 측에 설치한 두께 방향의 평면)에는, 산소 센서(10)를 설치하기 위한 개구부(6e)가 형성되어, 산소 센서(10)가 길이 방향으로부터 장착된다. 산소 센서(10)는 본원의 센서에 상당한다.

또한, 집합부(6)의 배기 가스 하류측 단부(6f)는, 촉매 컨버터(7)의 배기 가스 상류측 단부를 삽입 가능한 크기의 직경까지 확대된 상태로 개구되어 있다.

즉, 본 실시예 1의 집합부(6)의 외형은, 브랜치관(2~5)의 구부러짐면에 대해서 대략 직교하는 두께 방향(LT)의 면이, 배기 가스 상류측 단부(6c)로부터 배기 가스 하류측 단부(6f)에 걸쳐서 그 중도 부분에서 축경한(길이 방향(LN)에 있어서 두께 방향(LT)보다 짧아지도록 한) 인벌류트 곡선형상으로 형성되고(도 3, 4 참조), 브랜치관(2~5)의 구부러짐면에 상당하는 길이 방향(LN)의 면이, 배기 가스 상류측 단부(6c)로부터 배기 가스 하류측 단부(6f)에 걸쳐 아래쪽을 향해 넓어지도록 완만하게 접속된 곡선형상으로 형성되어 있다(도 5, 6 참조).

도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 산소 센서(10)는, 집합부(6) 내를 통과하는 배기 가스에 포함되는 산소 농도를 검출하여 엔진의 공연비를 피드백 제어하는데 이용되는 것으로서, 그 일단 측에는, 도시하지 않은 제어장치에 전기적으로 접속되는 배선(10a)이 설치되는 것 외, 그 중도 부분에는 집합부(6)의 개구부(6e)를 향해 설치된 원통형의 보스부(11)에 당접하는 홀더부(10b)가 설치되고, 그 외단 측에는 집합부(6)의 개구부(6e)에 삽입된 상태로 배기 가스의 흐름의 중심 위치에 배치되는 센싱부(10c)가 설치되어 있다.

그 외, 적어도 헤드 플랜지(1), 브랜치관(2~5), 집합부(6), 촉매 컨버터(7)는 스테인리스를 소재로 하는 금속제로 형성되어 있다.

또한, 이와 같이 구성된 배기 매니폴드(HF)는, 차량에 탑재되었을 때에 헤드 플랜지(1)가 도시하지 않은 엔진의 실린더 헤드(1)에 접속되고, 촉매 컨버터의 플랜지부(9)가 차체 측에 고정된 후방측 배기관에 접속된다.

다음으로, 본 실시예 1의 배기 매니폴드(HF)의 작용을 설명한다.

여기서, 종래의 발명에 있어서는, 배기 매니폴드(HF)의 각 브랜치관(02)은, 헤드 플랜지(01)로부터 대략 L자형상으로 구부러지는 형상으로 형성되어 있는데다가, 그 배기 가스 상류측 단부가 헤드 플랜지(01)를 통해 엔진 측에 고정되고, 그 배기 가스 하류측 단부가 집합부(06), 촉매 컨버터(07) 등을 통해 차체 측에 고정되어 있기 때문에, 엔진의 진동이나 각 브랜치관의 열팽창·수축에 기인하는 응력이 배기 매니폴드 전체를 대략 L자형상으로 굴절시키도록 작용하고, 이 결과, 집합부(06)의 강도를 올리기 위해 집합부(06)의 두께를 늘릴 필요가 있다. 이로 인해, 중량의 증가와 열용량의 증가에 의해 배기 가스 정화 촉매의 온도 상승이 늦어지는 문제가 있었다.

그러나, 본 실시예 1의 배기 매니폴드(HF)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 집합부(6)는, 브랜치관(2~5)의 구부러짐면에 평행한 면 측에 있어서는 축경부(6c)가 형성되어 있지 않기 때문에, 이 부위에 있어서 상기 응력에 견디기 위한 필요한 강성을 확보할 수 있고, 집합부(6)의 좌굴 강도를, 두께를 늘리지 않고 올릴 수 있다.

또, 브랜치관(2~5)의 구부러짐면에 대해서 대략 직교하는 면측 간이 짧아지도록 하여 축경부(6d)를 형성하고, 이 축경부(6d)에 산소 센서(10)를 설치했기 때문에, 센싱부(10c)를 배기 가스의 흐름의 중심에 배치하여 고정밀도의 센싱을 실현할 수 있다.

다음으로, 본 실시예 1의 배기 매니폴드(HF)의 효과를 설명한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예 1의 배기 매니폴드(HF)에 있어서는, 복수 의 브랜치관(2~5)이 헤드 플랜지(1)로부터 대략 L자형상으로 구부러지는 형상으로 형성되고, 각 브랜치관(2~5)의 배기 가스 상류측 단부가 헤드 플랜지(1)를 통해 엔진 측에 접속되는 한편, 배기 가스 하류측 단부가 집합부(6)에 접속되고, 집합부(6)에 배기 가스의 상태를 검출하기 위한 산소 센서(10)가 설치된 배기 매니폴드(HF)에 있어서, 집합부(6)의 대략 L자형상으로 구부러지는 브랜치관(2~5)의 구부러짐면에 대해서 대략 직교하는 측으로 축경시킨 축경부(6d)를 형성함과 더불어, 이 축경부(6d)에 산소 센서(10)를 설치했기 때문에, 산소 센서(10)의 고정밀도의 센싱을 실현하면서, 집합부(6)의 중량을 증가시키는 일 없이 강도를 올릴 수 있음과 동시에, 촉매 컨버터(7)의 촉매 담체(8)(배기 정화 촉매)의 온도 상승을 앞당겨 정화 성능을 향상할 수 있다.

이상, 본 실시예를 설명해 왔지만, 본 발명은 상술의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등이 있어도, 본 발명에 포함된다.

예를 들면, 본 실시예 1에서는, 축경부(6d)의 한쪽 측에 산소 센서(10)를 설치했지만, 다른 쪽에 설치해도 된다.

또, 센서는 산소 센서에 한정하지 않고, 배기 가스 상태를 검출하는데 이용되는 센서이면 되고, 예를 들면 온도 센서를 적용해도 된다.

또, 집합부(6)는 분할체(6a, 6b)를 중공이 되도록 겹쳐 제조하는 구조에 대해서 설명했지만, 한 개의 파이프로부터 프레스 가공이나 스피닝 가공 등으로 제조하는 것도 가능하다.

또, 상기 집합체의 상기 축경부의 상기 두께 방향을 따르는 양면이 인벌류트형상으로 형성되어 있으므로, 이러한 면에 작용하는 응력을 분산시키고, 축경부의 강도를 올릴 수 있다.

또, 상기 집합체의 상기 길이 방향을 따르는 양면이 배기 하류 측을 향해서 양면간의 간격이 넓어지도록 곡선형상으로 형성되어 있으므로, 이러한 면에 작용하는 큰 응력에 견디는 강도를 확보할 수 있다.

또, 상기 집합체를, 상기 두께 방향을 따라서 상기 길이 방향으로 각각 분할 가능한 2개의 분할체를 조합 접합하여 형성하고 있으므로, 싸고 간단하게 집합체를 제조할 수 있다.

또, 상기 센서를 상기 두께 방향을 따르는 면 중 한쪽의 면에 설치한 홀더부에 장착하므로, 이 홀더부를 설치한 면의 강도가 증가함과 더불어 상기 집합부로부터의 상기 센서의 돌출량이 억제되고, 다른 부품과의 간섭을 피하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 본 발명의 배기 매니폴드(HF)는, 가로 부착 엔진, 세로 부착 엔진에 상관없이, 엔진은 배기 가스를 배출하는 배기 매니폴드를 사용하는 것이면 다양한 엔진의 배기 매니폴드에 적용할 수 있다.

Claims

복수의 브랜치관이 헤드 플랜지로부터 대략 L자 형상으로 구부러지는 형상으로 형성되고,

상기 각 브랜치관의 배기 가스 상류측 단부(端部)가 헤드 플랜지를 통해 엔진 측에 접속되는 한편, 배기 가스 하류측 단부가 집합부에 접속되고,

상기 집합부에 배기 가스의 상태를 검출하기 위한 센서가 설치된 배기 매니폴드에 있어서,

상기 집합부에 그 집합부의 상기 헤드 플랜지의 길이 방향을 따르는 길이가 상기 집합부의 상기 헤드 플랜지의 두께 방향을 따르는 길이보다 짧아지도록 축경(縮徑)시킨 축경부를 형성함과 더불어, 이 축경부에 상기 센서를 설치한 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
청구항 2에 있어서,

상기 집합체는, 상기 두께 방향을 따르는 양면이, 인벌류트(involute)형상으로 형성되어 있는 중도 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 집합체는, 상기 길이 방향을 따르는 양면이, 배기 하류 측을 향해서 양면간의 간격이 넓어지는 곡선형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 매 니폴드.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 집합체는, 상기 두께 방향을 따라서 상기 길이 방향으로 각각 분할 가능한 2개의 분할체를 조합 접합하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

상기 센서는, 상기 두께 방향을 따르는 면 중 한쪽의 면에 설치한 홀더부에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.