KR20090129217A - Exhaust manifold for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 예시적인 실시예는 배기 매니 폴드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저중속 성능이 우수한 트윈 스크롤 방식의 터보차져(twin scroll turbo-charger) 적용을 위해 전체 배기계의 내구성을 확보할 수 있도록 하는 배기 매니 폴드에 관한 것이다.An exemplary embodiment of the present invention relates to an exhaust manifold, and more particularly, to ensure durability of an entire exhaust system for a twin scroll turbo-charger application having excellent low-medium speed performance. Relates to an exhaust manifold.
주지하는 바와 같이 배기 매니 폴드는 차량의 엔진에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시키기 위한 것이다.As is well known, the exhaust manifold is connected to the engine of the vehicle to exhaust the exhaust gas to the outside of the vehicle.
이러한 배기 매니 폴드는 일반적으로 터보차져(turbo-charger)와 연결되는데, 터보차져의 터빈 하우징 내 스크롤의 개수에 따라 그 구조가 상이하다.Such exhaust manifolds are generally connected to a turbocharger, the structure of which depends on the number of scrolls in the turbine housing of the turbocharger.
여기서, 상기 터보차져는 스크롤이 하나로 이루어진 모노 스크롤(mono scroll) 타입과, 스크롤이 두 개로 이루어진 트윈 스크롤(twin scroll) 타입으로 구분할 수 있다.The turbocharger may be classified into a mono scroll type having one scroll and a twin scroll type having two scrolls.
상기에서, 트윈 스크롤 타입의 터보차져는 저중속 성능이 우수한 특징이 있는 바, 이러한 터보차져와 연결되는 종래 기술에 따른 배기 매니 폴드는 도 5에서와 같이 상호 연결되는 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(111)와, 상기 각 제1 배기 가 스 런너(111) 사이에서 상호 연결되는 한 쌍의 제2 배기 가스 런너(122)로서 이루어진다.In the above, the twin-scroll type turbocharger is characterized by excellent low-mid-speed performance, the conventional exhaust manifold connected to such a turbocharger is a pair of first exhaust gas runners interconnected as shown in FIG. And a pair of second
이러한 배기 매니 폴드는 각각의 제1 배기 가스 런너(111)를 연결하는 제1 연결부(113), 및 각각의 제2 배기 가스 런너(122)를 연결하는 제2 연결부(123)를 구비하고 있다.The exhaust manifold includes a first connecting
상기한 제1 연결부(113) 및 제2 연결부(123)는 트윈 스크롤 타입의 터보차져(미도시)에 연결되는 바, 이에 따라 상기 각 제1 배기 가스 런너(111)를 통해 배출되는 배기 가스와, 상기 각 제2 배기 가스 런너(122)를 통해 배출되는 배기 가스는 터보차져(미도시)의 터빈 하우징 내 두 개의 스크롤로 각각 유입된다.The
즉, 종래 기술에 따른 배기 매니 폴드는 배기 가스가 두 개의 스크롤로 분리되어 유입됨에 따라 배기 간섭에 의한 악영향을 최소화시킴으로써 터보차져에 대한 저중속의 성능을 극대화시킬 수 있게 된다.That is, the exhaust manifold according to the prior art can maximize the low-speed performance of the turbocharger by minimizing the adverse effect of the exhaust interference as the exhaust gas is separated into two scrolls.
종래 기술에 따른 배기 매니 폴드에 있어, 상기 각 제2 배기 가스 런너(122)는 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(111) 외측에서 상호 연결된다.In the exhaust manifold according to the prior art, each of the second
그리고 상기 제1 및 제2 연결부(113, 123)는 도 6 및 도 7에서와 같이 격벽(130)을 통하여 일체로서 형성된다.The first and
이 경우 제1 연결부(113)와 제2 연결부(123)는 격벽(130)을 통해 평면으로서 일체로 연결되고, 이러한 격벽(130)이 하측으로 수직 연장되면서 터보차져(미도시)와 연결된다.In this case, the
그런데, 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 배기 매니 폴드는 격 벽(130)이 직선 형태로서 하방으로 형성됨에 따라, 배기 매니 폴드 전체에서 발생되는 수평 및 수직 방향의 열피로(팽창 및 수축)를 완화(흡수)시키지 못하게 된다.However, the exhaust manifold according to the prior art configured as described above has a thermal fatigue (expansion and contraction) in the horizontal and vertical directions generated in the entire exhaust manifold as the
따라서, 종래 기술에 따른 배기 매니 폴드는 격벽(130) 또는 그 격벽(130)의 구석부에 열적 변형이 축적되어 결국에는 그 부위에 크랙이 발생하게 됨으로 전체 배기계의 내구성이 저하된다는 문제점을 내포하고 있다.Therefore, the exhaust manifold according to the related art has a problem that thermal deformation accumulates in the
즉, 종래 기술에 따른 배기 매니 폴드는 격벽(130)의 구조상 상기한 크랙을 야기시켜 전체 배기계의 내구성을 확보하지 못하게 되므로, 저중속의 성능이 우수한 트윈 스크롤 타입 터보차져의 적용에 불리하다. That is, the exhaust manifold according to the prior art does not secure the durability of the entire exhaust system due to the above-described cracks in the structure of the
본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 저중속 성능이 우수한 트윈 스크롤 방식의 터보차져 적용에 유리하도록 전체 배기계의 내구성을 확보할 수 있는 배기 매니 폴드를 제공하는데 그 목적이 있다.Exemplary embodiments of the present invention have been created to solve the above problems, and provide an exhaust manifold that can secure the durability of the entire exhaust system to be advantageous for the twin-scroll turbocharger application having excellent low-medium speed performance. Its purpose is to.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 배기 매니 폴드는, 상호 연결되는 한 쌍의 제1 배기 가스 런너와, 상기 각 제1 배기 가스 런너 사이에서 상호 연결되는 한 쌍의 제2 배기 가스 런너로서 이루어지며, 상기 각 제1 배기 가스 런너를 연결하는 제1 연결부 및 상기 각 제2 배기 가스 런너를 연결하는 제2 연결부가 트윈 스크롤 방식의 터보차져로 연결되는 것으로서, 상기 한 쌍의 제2 배기 가스 런너가 상기 한 쌍의 제1 배기 가스 런너 내측에서 상호 연결되며, 상기 각 한 쌍의 제1 배기 가스 런너 및 상기 제2 배기 가스 런너가 각각 별개로서 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an exhaust manifold according to an exemplary embodiment of the present invention includes a pair of interconnected first exhaust gas runners and a pair interconnected between each of the first exhaust gas runners. A second exhaust gas runner of which a first connection part connecting each of the first exhaust gas runners and a second connection part connecting each of the second exhaust gas runners are connected by a twin scroll turbocharger, A pair of second exhaust gas runners are interconnected inside the pair of first exhaust gas runners, and each of the pair of first exhaust gas runners and the second exhaust gas runners are configured separately do.
상기 배기 매니 폴드는, 상기 각 한 쌍의 제1 배기 가스 런너 및 제2 배기 가스 런너가 원호 형태로서 상호 연결될 수 있다.In the exhaust manifold, the pair of first exhaust gas runners and the second exhaust gas runners may be interconnected in an arc shape.
그리고 상기 배기 매니 폴드는, 상기 제1 연결부 및 제2 연결부가 상기 터보차져에 대응하여 하측 방향을 따라 일측 방향으로 비틀리며 형성될 수 있다.The exhaust manifold may be formed by twisting the first connection part and the second connection part in one direction along a lower direction corresponding to the turbocharger.
이 경우 상기 제1 및 제2 연결부는 상측이 원호 형태로서 이루어지고, 하측 이 상기 터보차져의 스크롤에 상응하는 각도로서 직선형으로 비틀리며 형성되는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the first and second connection portions are formed in an arc shape on the upper side, and the lower side is twisted in a straight line at an angle corresponding to the scroll of the turbocharger.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 배기 매니 폴드에 의하면, 배기 매니 폴드 전체에서 발생되는 수평 및 수직 방향의 열피로(팽창 및 수축)에 대한 자유도를 충분히 확보할 수 있게 된다.According to the exhaust manifold according to the exemplary embodiment of the present invention as described above, it is possible to ensure a sufficient degree of freedom for thermal fatigue (expansion and contraction) in the horizontal and vertical direction generated in the entire exhaust manifold.
따라서, 본 실시예에서는 배기 매니 폴드 전체의 팽창 및 수축을 완화(흡수)시킴과 동시에, 그 팽창 및 수축에 대한 응력 및 변형을 분산시킬 수 있게 되고, 각 연결부에 대한 비틀림 형상의 굴곡에 의해서 상하 방향의 팽창 및 수축도 고르게 분산시킬 수 있으므로 전체 배기계의 내구성이 더욱 향상되는 효과를 가져온다.Therefore, in this embodiment, the expansion and contraction of the entire exhaust manifold can be alleviated (absorbed), and at the same time, the stress and deformation of the expansion and contraction can be dissipated. The expansion and contraction of the direction can also be evenly distributed, resulting in a further improved durability of the entire exhaust system.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 예시적인 실시예에 반드시 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 배기 매니 폴드의 구조를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면 구성도이고, 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 배기 매니 폴드가 트윈 스크롤 방식의 타보차져에 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 제2 배기 가스 런너 부위를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing the structure of an exhaust manifold according to an exemplary embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view of Figure 1, Figure 3 is an exhaust manifold according to an exemplary embodiment of the
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 자동차의 배기 매니 폴 드(100)는 엔진의 실린더에서 연소된 배기 가스를 배출하기 위하여 실린더 헤드(cylinder head)에 연결되는 다기관이다.Referring to the drawings, the
이러한 배기 매니 폴드(100)는 플랜지(1)를 통하여 실린더 헤드(미도시)와 연결되는 바, 상호 연결되는 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(11)와, 상기 각 제1 배기 가스 런너(11) 사이에서 상호 연결되는 한 쌍의 제2 배기 가스 런너(22)로서 이루어진다.The
그리고 상기 배기 매니 폴드(100)는 각각의 제1 배기 가스 런너(11)를 연결하는 제1 연결부(13), 및 각각의 제2 배기 가스 런너(22)를 연결하는 제2 연결부(23)를 구비하고 있다.In addition, the
여기서, 상기한 제1 연결부(13) 및 제2 연결부(23)는 트윈 스크롤(twin scroll) 방식의 터보차져(3: turbo-charger)에 연결된다.In this case, the
즉, 본 실시예에 의한 배기 매니 폴드(100)는 실린더의 폭발 순서를 고려하여 상기 각 제1 배기 가스 런너(11)를 통해 배출되는 배기 가스와, 상기 각 제2 배기 가스 런너(22)를 통해 배출되는 배기 가스를 터보차져(3)의 터빈 하우징(4) 내 두 개의 스크롤로 분리하여 유입시킬 수 있는 구조로서 이루어진다.That is, the
이는 배기 간섭에 의한 터보차져(3)의 악영향을 최소화함으로써 저중속에서 그 터보차져(3)의 성능을 극대화시키기 위함이다.This is to maximize the performance of the
상기에서와 같은 본 실시예에 의한 배기 매니 폴드(100)에 있어, 종래 기술과 달리 한 쌍의 제2 배기 가스 런너(22)가 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(11) 내측에서 상호 연결되며, 상기 각 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(11) 및 제2 배기 가스 런너(22)가 각각 별개로서 구성된다.In the
즉, 본 실시예에 의한 상기 배기 매니 폴드(100)는 각각의 제1 배기 가스 런너(11)를 연결하는 제1 연결부(13)와 각각의 제2 배기 가스 런너(22)를 연결하는 제2 연결부(23)가 일체로서 연결되게 형성되지 않고 상호 이격되게 별개로서 형성된다.That is, the
본 실시예에서, 상기 각 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(11) 및 제2 배기 가스 런너(22)는 원호 형태로서 상호 연결되며, 상기 제1 연결부(13) 및 제2 연결부(23)는 터보차져(3)에 대응하여 하측 방향을 따라 일측 방향으로 비틀리며 형성된다.In this embodiment, each of the pair of first
이로써 상기 각 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(11) 및 제2 배기 가스 런너(22)가 원호 형태로서 상호 연결됨으로 제1 연결부(13) 및 제2 연결부(23)는 이의 상측이 원호 형태로서 이루어지며, 이의 하측이 직선형으로 비틀리며 형성된다.As a result, the pair of first
더욱 구체적으로, 상기 제1 연결부(13) 및 제2 연결부(23)는 하측의 터보차져(3)로 각각 별개의 격벽을 유지하며 형성되는 바, 이 때의 격벽은 상기 각 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(11) 및 제2 배기 가스 런너(22)가 원호 형태로서 상호 연결됨으로 상측이 원호 형태로 이루어지며, 하측이 직선형으로 비틀리면서 상측과 부드럽게 연결된다.More specifically, the first connecting
이 경우 상기 제1 및 제2 연결부(13, 23)의 비틀림 각도는 터보차져(3)의 각 스크롤에 상응하는 각도를 유지하는 것이 바람직하다.In this case, the torsion angles of the first and
따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 배기 매니 폴드(100)에 의하면, 상기 각 한 쌍의 제1 배기 가스 런너(11) 및 제2 배기 가스 런너(22)가 원호 형태로서 상호 연결되고, 제1 및 제2 연결부(13, 23)의 상측이 원호 형태로 이루어지며, 하측이 직선형으로 비틀리며 형성됨에 따라, 배기 매니 폴드 전체에서 발생되는 수평 및 수직 방향의 열피로(팽창 및 수축)에 대한 자유도를 충분히 확보할 수 있게 된다.Therefore, according to the
즉, 본 실시예에서는 배기 매니 폴드 전체의 팽창 및 수축을 완화(흡수)시킴과 동시에, 그 팽창 및 수축에 대한 응력(stress) 및 변형(strain)을 분산시킬 수 있게 된다.That is, in this embodiment, the expansion and contraction of the entire exhaust manifold is alleviated (absorbed), and at the same time, the stress and strain for the expansion and contraction can be dispersed.
특히, 본 실시예에서는 제1 및 제2 연결부(13, 23)가 하방으로 비틀리는 형상으로 전개됨에 따라 이러한 비틀림 형상의 굴곡에 의해서 상하 방향의 팽창 및 수축도 고르게 분산시킬 수 있게 된다.In particular, in the present embodiment, as the first and
이와 같이 본 실시예에서는 배기 매니 폴드 전체의 팽창 및 수축에 대해 응력 및 변형을 분산시키고, 상하 방향의 팽창 및 수축 또한 고르게 분산시킬 수 있으므로, 전체 배기계의 내구성이 더욱 향상되는 개선 효과를 가져온다.As described above, in the present embodiment, stress and strain can be dispersed with respect to expansion and contraction of the entire exhaust manifold, and even expansion and contraction in the vertical direction can be evenly distributed, resulting in an improvement effect that the durability of the entire exhaust system is further improved.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.Since these drawings are for reference in describing exemplary embodiments of the present invention, the technical idea of the present invention should not be construed as being limited to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 배기 매니 폴드의 구조를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing the structure of an exhaust manifold according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 평면 구성도이다.FIG. 2 is a plan view of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 배기 매니 폴드가 트윈 스크롤 방식의 타보차져에 결합된 상태를 도시한 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a state in which an exhaust manifold is coupled to a twin scroll type turbocharger according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 도 1에 도시된 제2 배기 가스 런너 부위를 도시한 사시도이다.FIG. 4 is a perspective view illustrating a portion of the second exhaust gas runner shown in FIG. 1.
도 5는 종래 기술에 따른 배기 매니 폴드의 구조를 도시한 사시도이다.5 is a perspective view showing the structure of the exhaust manifold according to the prior art.
도 6 및 도 7은 도 5의 부분 절개 사시도이다.6 and 7 are partial cutaway perspective views of FIG. 5.
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