KR20100124790A - 내연 기관의 배기 매니폴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연 기관(20)의 다수의 실린더에 대응하며, 일 단에서 내연 기관(20)에 체결될 수 있는 입력 플랜지(2)의 내부로 개방되고 타 단에서 모두 합쳐지는 다수의 배기관 굴곡부(1)와; 일 단에서 콜렉터 구성요소(4)에 연결되고 타 단에서 배기 가스 터보 과급기의 터빈의 터빈 하우징(17)의 로터 공간(15)에 연결되는 가스 공급 덕트(21)와; 하나 이상의 배기관 굴곡부(1)와 가스 공급 덕트(21) 사이에서 열 응력을 보상하기 위한 하나 이상의 보상기(19');를 포함하는 내연 기관(20)의 배기 매니폴드(18)에 관한 것으로, 하나 이상의 보상기(19')는 하나 이상의 배기관 굴곡부(1)에 일체화되는 구성요소로서 설계된다.

Description

내연 기관의 배기 매니폴드{Exhaust Manifold of an Internal Combustion Engine}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 내연 기관의 배기 매니폴드에 관한 것이다.

이러한 유형의 배기 매니폴드는 EP 1 426 557 A1호에 주지되어있다.

이러한 유형의 배기 매니폴드들의 경우에 발생하는 기술적인 문제점은 배기관 굴곡부들 자체의 사이 및 상기 배기관 굴곡부들과 배기 매니폴드에 연결된 배기 가스 터보 과급기의 터빈 하우징의 가스 공급 덕트 사이 모두에 발생하는 열 팽창이다. 이러한 열 팽창은 손상을 피하기 위해 보상되어야 한다. 배기 매니폴드가 이중-벽 에어-갭-절연(air-gap-insulated; AGI) 매니폴드로서 설계된 경우, 미끄럼 끼워 맞춤(sliding fit)을 이루는 관 구성요소들은 서로 끼움 연결되어있으나 기밀 방식으로 용접되지는 않기 때문에, 기밀식이 아닌 내부 미끄럼 끼워 맞춤형 보상기들을 사용한다. 그러나, 결과로서 AGI 매니폴드의 내부 관들에 발생하는 누출은 보다 나은 전력 사용과 그에 따른 성능 개선을 위해 트윈 스크롤 응용의 경우에 요구되는 배기 압력 맥동을 완화한다. 연결 지점들에서의 미끄럼 끼워 맞춤은 관 구성요소들을 에워싸며 배기 압력 맥동에 의해 채워지고 비워지는 외부 기밀 케이싱에 의해 형성되는 체적을 가져온다.

상기 외부 체적 내의 배기 혼합물의 조성은 예를 들어 신선한 공기를 이용한 실린더들의 플러싱 정도에 따라 변화된다.

따라서, 본 발명의 목적은 특히 매니폴드가 단일-벽 판금 매니폴드로서 설계된 경우에 비용 효율적으로 제조될 수 있는 구조적으로 가요성인 기밀 구성을 제공하는 것을 가능하게 하는 청구범위 제1항의 전제부에 명시된 유형의 내연 기관의 배기 매니폴드를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해 달성된다.

특히 후술하는 특징들은 본 발명에 따른 해결 방안의 특정한 이점들에 포함된다.

- 기밀 관 연결;

- 배기 조성은 추가 체적을 가스와 섞어도 변화되지 않음. 증가한 밸브 중첩의 결과로 인한 실린더 플러싱을 위한 조건들의 개선;

- 트윈 스크롤 응용들을 이용한 터보 과급기들의 경우에 내부 누출의 결과로 인한 효율 손실이 없음;

- 주지된 미끄럼 끼워 맞춤 실시예들과 비교하여 비용-중립적 제조가 가능함;

- 표준 AGI 매니폴드들의 경우에 요구되는 외부 쉘을 위한 구성 공간의 손실이 없고, 그러므로 본 발명에 따른 해결 방안은 끼워 맞춤의 측면에서 단일-벽 매니폴드들과 사실상 동일함;

- 외부 쉘의 생략에 의한 비용 절감;

- 주조 매니폴드들과 비교하여, 예를 들어 촉매 변환기의 짧은 가열 시간과 대응하는 방출 및 전력 이점들과 같은 판금 매니폴드 실시예들의 이점들의 무제한적인 사용.

현재 기준에 따른 판금 매니폴드들의 경우에는 자주 내부 고압에 의해 성형되는 관들(IHP 관들)을 사용하는 것이 일반적이기 때문에, 보상기의 일체형 설계에 의해 내부 고압에 의한 성형 동안에 비용의 측면에서 중립적으로 관들을 성형하는 것이 유리하게 가능하다.

종속항들은 본 발명의 유리한 개선을 포함한다.

이러한 연결에 있어서, 특히 관 구성요소들의 용접 전에 보상기의 영역 내부에 느슨하게 배치되며 발생하는 굽힘력을 흡수하여 축 방향 보상에 관해서 횡 방향 처짐을 방지하는 지지 슬리브의 구비가 언급되어야 한다.

특히 바람직한 실시예에 있어서, 지지 슬리브를 일 측에 고정하는 것이 가능하고, 이러한 목적을 위해 예를 들어 용접이 가능하다.

또한, 독립적으로 다루어질 수 있는 주제를 구성하는 본 발명에 따른 터빈 하우징이 청구범위 제15항과 제16항에 정의된다.

본 발명의 또 다른 상세, 이점들 및 특징들은 아래 도면들을 참조한 이하의 실시예들의 설명에 의해 명확해진다.
도 1은 종래 배기 가스 터보 과급기의 터빈 하우징과 함께 AGI 배기 매니폴드의 필수적인 부분들의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 배기 매니폴드의 사시도를 도시한다.
도 3은 관 연결에 일체화되는 본 발명에 따른 보상기를 명확하게 도시하기 위해 배기 매니폴드와 터빈 하우징으로의 연결 관 사이의 관 연결을 관통하는 단면도를 도시한다.
도 4는 제2 재료층을 이용하는 두 개의 배기관 굴곡부들 사이의 관 연결을 관통하는 단면도를 도시한다.

도 1은 (쇄선으로 나타낸) 내연 기관(20) 상에 플랜지-장착되며 (전체로서 도시되지 않은) 배기 가스 터보 과급기의 터빈 하우징(17)에 연결되는 배기 매니폴드(18)의 사시도를 도시한다. 이하의 본 발명의 원리에 대한 설명을 위해서는 상기 부분들의 도시로 충분하고, 여기서 물론 배기 가스 터보 과급기가 도시의 단순화를 위해 도 1에 재현되지 않은 다른 일반적인 설계 특징들 모두를 갖는다는 것이 강조되어야 한다.

도 1에 도시된 실시예에 따르면, 도 1의 사실적인 도면에 상세히 보이는 바와 같이, 내연 기관(20)은 관련된 T형 배기관들(3)로 안내되어 이에 결합되며 마찬가지로 T형 배기관으로서 설계된 콜렉터 구성요소(4)의 내부로 개방되는 다섯 개의 배기관 굴곡부(1)를 구비한다.

기술된 바와 같이, 도 1은 단지 배기 매니폴드의 실시예를 도시하는 것으로, 당해 분야의 숙련자에게는 특히 특정한 내연 기관에 알맞은 다른 유형의 배기 매니폴드들이 또한 가능하다는 것이 자명하다.

도 1에 도시된 배기 매니폴드(18)는 본 출원인의 EP 1 426 557 A1호의 배기 매니폴드에 대응하고, 따라서 EP 1 426 557 A1호의 내용은 후술하는 본 발명에 따른 보상기가 또한 이러한 배기 매니폴드의 경우에 사용될 수 있기 때문에 본 출원의 개시의 내용에서 본 출원에 대한 참조에 의해 이에 전체로서 포함된다.

도 1은 특히 배기 매니폴드(18)가 가스 공급 덕트(21)를 통해 콜렉터 구성요소(4)에 연결된 것을 도시한다. 가스 공급 덕트(21)는 유동의 측면에서 터빈 하우징(17)의 로터 공간(15)에 연결되고, 로터 공간(15)은 (도 1에 구체적으로 도시되지 않은) 터빈 로터를 수용한다.

도 2는 보상기들(19')과 터빈 하우징(17)과 함께 관 굴곡부들(1)을 갖는 본 발명에 따른 단일-벽 배기 매니폴드를 도시한다.

이 경우에는, 하나 이상의 보상기(19')가 하나 이상의 관 굴곡부(1)에 사용되는 것이 제공된다. 관 굴곡부들(1) 전체가 모두 합쳐진 후에, 터빈 하우징(17)으로의 연결 도관(27)에 추가적인 보상기(19')를 배치하는 것이 가능하지만 필수적인 것은 아니다.

열 팽창을 보상하기 위해, 본 발명에 따른 배기 매니폴드는 도 3의 단면도에 상세히 도시된 보상기(19')를 구비한다.

이러한 목적을 위해, 도 3은 관 구성요소(4)의 관부(4')를 상기 관부(4')의 일체형 구성요소로서 설계되는 보상기(19')와 함께 도시한다.

도 3의 단면도에 도시된 바와 같이, 보상기(19')는 본 예의 경우에 네 개의 벨로우즈부(22a~22d)를 포함하는 보상기 벨로우즈(22)로서 설계된다. 벨로우즈부의 개수가 경우에 따라 일부 환경 하에서 달라지는 열 팽창을 상응하여 보상할 수 있도록 응용에 따라 변화될 수 있음은 말할 필요도 없다. 도 3에 분명히 도시된 바와 같이, 보상기(19')는 본 예의 경우에 관부(4')와 가스 공급 덕트(21) 사이의 왜곡을 보상하는 축 방향 보상기이다. 원리의 측면에서 이러한 보상기(19')가 배기 매니폴드(18)의 다른 관 연결부들 사이에서 마찬가지로 사용될 수 있다는 것이 언급되어야 한다.

보상기(19')의 일체형 설계의 특정한 이점은 도 3에 도시된 실시예에 따라 이제 관부(4')와 가스 공급 덕트(21)가 서로 기밀 방식으로 용접 가능하다는 것이고, 이러한 목적을 위해 용접 관 이음(25)이 구비된다.

또한, 도 3에 도시된 배치 구조의 축 방향 범위에 관해서 횡 방향 처짐을 방지하기 위해, 상기 특히 바람직한 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이 보상기(19')의 영역에서 관 연결의 내부에 배치되는 지지 슬리브(23)를 추가로 구비한다. 상기 지지 슬리브(23)는 조립 과정 동안 배치 구조의 내부에 느슨하게 배치될 수 있고, 필요한 경우에, 도면 부호 26으로 표시된 지점에서 이루어지는 내부 미끄럼 끼워 맞춤을 이용하여 예를 들어 용접점(24)에서 관부(4')에 고정될 수 있다.

도 3에 도시된 특히 바람직한 실시예의 경우에 보상기 벨로우즈가 보상기 구조로서 도시되지만, 그 밖의 보상기 구조들도 또한 서로 연결되는 관 구성요소들 사이에서 기밀 연결을 허용하는 것이라면 원칙적으로는 가능하다.

도 3에 도시된 특히 바람직한 실시예에 따르면 보상기(19')가 관부(4')의 일체형 구성요소이지만, 보상기(19')를 가스 공급 덕트(21)의 일체형 구성요소로서 설계하는 것도 또한 원칙적으로는 가능하다.

예를 들어 관부(4')와 같이 그 단부들 중 일 단에서 배기 매니폴드(18)에 기밀 방식으로 연결되고 타 단에서 터빈 하우징(17)의 가스 공급 덕트(21)에 연결되는 중간 관 구성요소의 일체형 부분인 별개의 구성요소로서 보상기(19')를 설계하는 것도 또한 원칙적으로는 가능하다.

도 4는 복수의 재료층이 보상기(19')의 영역에서 사용되는 것을 단면도의 형태로 도시한다. 고압 성형 작업의 팽창 벨로우즈 형상의 성형 동안에, 내부 관위로 느슨하게 배치된 (예를 들어, 제2 재료층(28)과 같은) 추가의 재료층들이 성형 작업에 의해 서로 고정 연결되어 증가된 힘들을 흡수할 수 있다.

상기 기술된 본 발명의 개시에 더하여, 도면들의 사실적인 도시에 대한 참조가 이에 명확하게 이루어진다.

도면 부호 목록

1 배기관 굴곡부

2 입력 플랜지

3 T형 배기관

4 콜렉터 구성요소

4' 관부

5 바이패스 덕트

6 나선형 좌반부

7 나선형 우반부

8 토출 덕트

9 토출 플랜지

10 스로틀 플레이트

11 스로틀 레버

12 토출 판

13 종단 판

14 베어링 하우징 플랜지

15 로터 공간

16 하부 커버

17 터빈 하우징

18 배기 매니폴드

19 6과 7 사이의 용접 시임

19' 보상기

20 내연 기관

21 가스 공급 덕트

22 보상기 벨로우즈

22a~22d 팽창 벨로우즈부

23 지지 슬리브

24 용접점

25 관 용접부

26 내부 미끄럼 끼워 맞춤

27 연결 도관

28 제2 재료층

Claims (16)

1. 내연 기관(20)의 다수의 실린더에 대응하며, 일 단에서 내연 기관(20)에 체결될 수 있는 입력 플랜지(2)의 내부로 개방되고 타 단에서 모두 합쳐지는 다수의 배기관 굴곡부(1)와; 일 단에서 콜렉터 구성요소(4)에 연결되고 타 단에서 배기 가스 터보 과급기의 터빈의 터빈 하우징(17)의 로터 공간(15)에 연결되는 가스 공급 덕트(21)와; 하나 이상의 배기관 굴곡부(1)와 가스 공급 덕트(21) 사이에서 열 응력을 보상하기 위한 하나 이상의 보상기(19');를 포함하는 내연 기관(20)의 배기 매니폴드(18)로서,
   하나 이상의 보상기(19')는 하나 이상의 배기관 굴곡부(1)에 일체화되는 구성요소로서 설계되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
2. 제1항에 있어서, 보상기(19')는 보상기 벨로우즈(22)로서 설계되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 공급 덕트(21)와 콜렉터 구성요소(4)는 서로 용접되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
4. 제1항에 있어서, 적어도 배기관 굴곡부들(1)은 보상기(19')와 함께 내부 고압에 의해 성형되는 관들로서 설계되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
5. 제1항에 있어서, 보상기(19')는 지지 슬리브(23)를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
6. 제5항에 있어서, 지지 슬리브(23)는 보상기(19')의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
7. 제6항에 있어서, 지지 슬리브(23)는 보상기(19')의 내부에 느슨하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
8. 제5항에 있어서, 지지 슬리브(23)는 그 단부들 중 일 단에서 배기관 굴곡부(1)에 고정되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
9. 제1항에 있어서, 보상기(19')는 둘 이상의 판금층을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
10. 제7항에 있어서, 지지 슬리브(23)는 그 단부들 중 일 단에서 콜렉터 구성요소(4)에 용접되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
11. 제1항에 있어서, 배기관 굴곡부들(1)은 열 보호판에 의해 에워싸이는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
12. 제1항에 있어서, 배기관 굴곡부들(1)은 열 보호판에 의해 비-기밀 방식으로 에워싸이는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
13. 제1항에 있어서, 트윈 스크롤 터빈 하우징이 사용되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
14. 제1항에 있어서, 단류 터빈 하우징이 사용되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
15. 제1항에 따른 배기 매니폴드(18)를 구비하는 배기 가스 터보 과급기의 터빈 하우징(17).
16. 유동의 측면에서 터빈 로터의 로터 공간(15)에 연결되는 가스 공급 덕트(21)를 포함하는 배기 가스 터보 과급기의 터빈 하우징(17)으로서,
    제1항 내지 제14항의 특징부들 중 하나 이상의 특징부에 따른 보상기(19')를 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈 하우징(17).
    

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