KR20120127949A - 차량용 배기관의 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 엔진에 연결된 우측배기관 및 좌측배기관이 합류하도록 구성되며 벨로우즈를 구비하는 차량용 배기관의 구조에 있어서, 상기 벨로우즈는, 우측배기관과 좌측배기관 각각이 연결되도록 양측이 개구된 브레이드;와 관(管) 형상이며 상기 브레이드에 삽입되되, 각각에 우측배기관과 좌측배기관이 결합되도록 두 개가 평행하게 배치된 인터록; 및 상기 브레이드를 차폐하도록 장착되되 각각의 인터록들의 끝단이 개구되도록 두 개의 고정홀이 평행하게 배치된 엔드플레이트;를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 구성의 본 발명은, 배기가스 배출효율을 향상시키도록 우측배기관과 좌측배기관의 합류지점을 더 후방측으로 배치하여도 배기관의 NVH 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 배기관의 구조{Structure of exhaustion pipe for vehicle}

본 발명은 차량용 배기관의 구조에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 두 개의 관로(管路)가 구성된 배기관용 벨로우즈를 구비한 차량용 배기관의 구조에 관한 것이다.

승용차량의 경우 일반적으로 FR(Front engine, Rear wheel drive)와 함께 FF(Front engine, Front wheel drive) 구동 방식이 사용된다.

한편, 승용 차량의 엔진의 경우 실린더 배치 형태에 따라서 직렬형 엔진과 V 형 엔진으로 구분될 수 있다. 이 중 V 형 엔진은 실린더를 크랭크축을 중심으로 V자형태로 배열한 것으로서 엔진의 부피를 줄이기 상대적으로 용이하여 기통수가 많고 배기량이 큰 엔진에서 적용된다.

이와 같은 V 형 엔진이 차량에 장착되는 경우, 차량의 구동방식에 따라서 배기 시스템의 배기관 구조는 다르게 구성된다. FR 타입의 차량은, 엔진 실린더의 배열이 차량의 전후방향을 따라 배치되도록 엔진이 탑재되므로 엔진 양측 매니폴드들로부터 각각의 배기파이프들을 길게 연장시킬 수 있다. 따라서, 좌측 및 우측 배기파이프들의 중단에 촉매컨버터(UCC : Underbody Catalytic converter)를 각각 배치할 수 있었다. 하지만, 무엇보다도 양측의 매니폴드들이 합류하는 지점을 엔진의 실린더로부터 멀리 배치하여 배기간섭을 줄일 수 있었다.

한편, 엔진의 각 실린더에서 발생하는 배기가스는 실린더의 점화 순서에 따라 발생된다. 상기 배기가스는 배기 밸브의 개폐에 의한 배기가스의 밀도차에 의하여 이동한다. 이를 배기 관성효과라 하고 상기 배기 관성효과는 배기 밸브가 닫히기 직전 실린더 내의 잔류 가스를 빨아당겨 내는 현상으로 배기관의 형상과 배치에 따라 차이가 발생한다. 가령, 한 실린더의 배기가스가 배기관을 통과할 때 다른 실린더에서 배출된 배기가스가 합류하여 간섭을 일으키면 배기가스의 배출 효율은 떨어진다. 따라서, 이와 같은 배기간섭을 줄이기 위해서는 각 실린더의 매니폴드들을 충분히 길게 형성하는 것도 바람직하지만, 양측의 매니폴드에서 배출되는 연소가스가 실린더와 충분히 먼 지점에서 합류하도록 배기 시스템을 구성하여야 한다.

하지만, 차체 구조 및 레이아웃을 고려하여 엔진 실린더의 배열이 차량과 수직을 이루도록 V 형 엔진이 배치되는 FF 타입의 차량에서는, 도 1a 에 도시된 바와 같이 양측의 매니폴드들에서 배기되는 배기가스의 합류지점이 한 개의 관로를 갖는 벨로우즈의 전방측에 형성된다. 그리고, 합류된 배기가스는 벨로우즈에서 소음 및 진동이 저감된 상태로 촉매컨버터로 송출되었다.

즉, FR 타입의 차량에서는 연소가스가 유해물질을 걸러주는 촉매컨버터를 통과한 후 합류하도록 구성되나, 도 1a 에 도시된 바와 같이 FF 타입의 차량에서는 촉매컨버터에 진입하기 전 이미 연소가스가 합류하도록 구성된다. 따라서, FF 타입 차량의 배기시스템 구조는 FR 타입의 차량의 배기시스템 구조보다 배기간섭의 영향을 크게 받게 된다.

전술한 바와 같은 이유로 FF 타입 차량의 배기파이프는 매니폴드에서부터 연소가스가 합류하는 지점까지의 길이가 상대적으로 짧기 때문에 엔진의 저속회전영역에서 토크가 저하되었다.

물론, 촉매컨버터를 후방에 배치하고 합류하는 부분을 더 후방에 형성하여 배기간섭을 줄일 수도 있겠으나, 이 경우 연소가스의 온도가 하락하여 촉매컨버터가 제대로 작동하지 못하는 문제점이 발생할 수도 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본원의 출원인은 배기 가스의 배출효율을 더욱 향상시키도록 하이드로 포밍 가공을 통해 도 1b 에 도시된 바와 같이 두 개의 반원관(semi-circular pipe)들이 서로 마주하는 형태로 좌측배기관과 우측배기관을 구성한 배기관를 개발한 바 있으며, 2009년 11월 30일 자로 "차량의 배기파이프 구조"(특허출원번호 10-2009-0116998 호)로 특허출원한 바 있다.

한편, 전술한 바와 같은 배기관용 벨로우즈는 신축이음, 플렉시블 튜브, 플렉시블 커플링, 디커플러 등등으로 불려지기도 하며, 엔진 및 노면에서 발생되는 소음과 진동을 흡수 및 저감시키기 위하여 장착된다. 상기 벨로우즈는 배기가스 배출에 따른 열과 차량의 진동에 노출될 뿐만 아니라 지면으로부터의 충격 및 차량의 거동에 따른 하중 변화에도 노출된다. 따라서, 상기 벨로우즈는 신축 및 굽힘이 가능하도록 파형성형된(길이 방향을 따라 다수 개의 주름이 형성된) 금속재 주름관이 브레이드(braid) 내에 장착되되, 상기 브레이드는 주름관의 외부에 감싸며 과도한 신장(伸長)을 억제하고 외부 충격에서 주름관을 보호하고 배기관이 진입하면 배기관과 용접되도록 연결부가 형성된다. 그리고, 상기 주름관 내부에 장착되며 양단으로 분리(제작)된 배기관을 그 사이에서 서로 연결해주는 관형상으로서 연결부로 진입된 배기관이 결합되는 인터록을 포함한다.

한편, 전술한 바와 같이 도 1b 에 도시된 배기관의 경우 우측배기관과 좌측배기관의 합류지점을 후방으로 이동시킴으로서 배기가스의 배출효율을 개선되어 엔진의 중저속 회전에서 토크가 증가되는 효과가 있었으나, 벨로우즈의 후방이동에 따라 (도 1a 에 도시된 바와 같이) 종래의 배기관과 대비하여 NVH(Noise, Vibration, Harshness) 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 우측배기관과 좌측배기관의 합류지점을 후방으로 이동시키되 종래의 한 개의 관로를 갖는 벨로우즈를 대신하여 두 개의 관로를 갖는 벨로우즈를 장착함으로서 중저속 토크의 향상을 도모하며 NVH 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 배기관의 구조를 제공하는 것에 주목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진에 연결된 우측배기관 및 좌측배기관이 합류하도록 구성되며 벨로우즈를 구비하는 차량용 배기관의 구조에 있어서, 상기 벨로우즈는, 우측배기관과 좌측배기관 각각이 연결되도록 양측이 개구된 브레이드;와 관(管) 형상이며 상기 브레이드에 삽입되되, 각각에 우측배기관과 좌측배기관이 결합되도록 두 개가 평행하게 배치된 인터록; 및 상기 브레이드를 차폐하도록 장착되되 각각의 인터록들의 끝단이 개구되도록 두 개의 고정홀이 평행하게 배치된 엔드플레이트;를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 브레이드의 끝단에는 엔드플레이트가 삽입되는 연결부가 단차(段差)를 이루도록 형성되되, 상기 연결부에는 엔드플레이트를 밀착고정시키는 고정캡이 장착된다.

아울러, 선택적인 실시예로서, 상기 엔드플레이트에는 고정홀의 테두리를 따라 가이드링이 일측으로 돌출될 수 있다. 또 다른 선택적 실시예로서, 상기 엔드플레이트는 서로 외주면이 맞닿도록 배치된 두 개의 서브링들 및 상기 서브링들의 둘레를 연결하는 결속밴드로 구성될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 배기가스 배출효율을 향상시키도록 우측배기관과 좌측배기관의 합류지점을 (차량의) 후방으로 이동시켜 배치하여도 배기관의 NVH 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

따라서, 토크향상에 따른 차량의 연비 개선을 기대할 수 있으며 NVH 성능향상에 따라 종래에 추가되었던 숏벨로우즈를 삭제하여 중량절감 및 원가절감을 도모할 수 있다. 그리고, 한 개의 관로를 갖는 종래의 벨로우즈가 두 개 장착된 구조와 대비하여 컴팩트화되므로 레이아웃 배치상 유리하며 엔진의 배기 및 윤활 성능이 개선을 기대할 수 있다.

아울러, 엔드플레이트가 브레이드를 차폐하도록 장착되어 배기가스의 누출을 방지하며, 고정캡이 추가적으로 장착되어 상기 엔드플레이트와 브레이드 사이를 더욱 견고하게 밀폐하는 효과가 있다.

또한, 상기 엔드플레이트에는 가이드링이 형성되어 배기관을 더 안정적으로 지지해줄 수 있는 효과가 있다.

도 1a 는 V 형 엔진이 장착되는 FF 타입 차량에 적용되는 종래의 배기관 구조를 도시한 사시도 및 종래의 벨로우즈의 내부 모습이 나타나도록 부분절개된 모습을 도시한 사시도,
도 1b 는 하이드로 포밍공법에 의하여 좌측배기관과 우측배기관이 반원관 형상으로 성형된 종래의 배기관의 모습을 도시한 사시도 및 단면도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로우즈를 구비한 배기관의 사시도 및 상기 벨로우즈의 사시도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 벨로우즈의 분해사시도,
도 4 는 본 발명의 선택적 실시예들에 따른 엔드플레이트의 모습을 도시한 사시도 및 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 배기관의 구조를 더욱 상세히 설명한다.

도 2 를 참조하면, 본 발명의 배기관은 엔진에 연결된 우측배기관 및 좌측배기관이 합류지점에서 합류하도록 구성되되, 상기 합류지점의 전방측(도면상에서 좌측)에는 NVH 성능을 향상시키기 위한 벨로우즈를 구비한다.

본 발명의 벨로우즈는 두 개의 관로(管路)를 동시에 제공하도록 구성된다. 즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 벨로우즈는 브레이드(10), 두 개의 인터록들(20), 엔드플레이트(30) 및 고정캡(40)을 포함하여 구성된다.

상기 브레이드(10)는 우측배기관과 좌측배기관 각각이 연결되도록 단면이 타원형태를 가지며 양측이 개구되되, 진동을 흡수할 수 있도록 내부에 주름관(미도시)이 내부에 장착되고 끝단에는 연결부(11)가 형성된다. 상기 인터록(20)의 각각은 양단으로 분리된 좌측 또는 우측 배기관들을 사이에서 서로 연결해주는 관 형상으로서 분리된 배기관의 일부가 양측 끝단에 끼워지도록 구성되되, 우측배기관과 좌측배기관 각각이 결합되도록 두 개가 평행하게 배치된다. 상기 엔드플레이트(30)는 배기가스의 누출을 방지하도록 브레이드(30)의 입구측을 차폐하기 위해 장착되며, 우측배기관과 좌측배기관 각각이 결합될 수 있도록 두 개의 고정홀들(31)이 나란히 배치된다.

상기 엔드플레이트(30)는 브레이드(10)의 끝단에서 단차가 생기도록 형성된 연결부(11)에 끼워지되, 상기 연결부(11)에는 일측 방향의 길이가 확장된 링 형상의 고정캡(40)이 결합되어 엔드플레이트(30)를 고정시킨다.

한편, 상기 엔드플레이트는 엔진의 출력에 따라 또는 배기관의 길이 및 형태에 따라 다양한 변형예들로서 실시될 수 있다. 도 4 를 참조하면, 상기 엔드플레이트는 첫번째 실시예(30`)로서 두 개의 서브링들(31`)을 밀착시킨 상태에서 두 서브링들의 테두리를 결속밴드(32`) 결속시켜 제조될 수 있다. 이때, 서브링들은 원형이므로 그 사이의 틈새는 차폐되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 엔드플레이트의 두번째 실시예(30'')로서, 상기 엔드플레이트를 (사출성형등을 통하여) 일체로 제조하되, 고정홀의 테두리를 따라 가이드링(31``)이 일측으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 그리고, 세번째 실시예(30```)로서, 소정의 두께를 갖는 플레이트(plate)에 고정홀을 타공하여 제조할 수 있다.

이상과 같이 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

10 : 브레이드
11 : 연결부
20 : 인터록
30 : 엔드플레이트
31 : 고정홀
40 : 고정캡
31' : 서브링
32': 결속밴드
31``: 가이드링

Claims (4)

1. 엔진에 연결된 우측배기관 및 좌측배기관이 합류하도록 구성되며 벨로우즈를 구비하는 차량용 배기관의 구조에 있어서,
   상기 벨로우즈는,
   우측배기관과 좌측배기관 각각이 연결되도록 양측이 개구된 브레이드;와
   관(管) 형상이며 상기 브레이드에 삽입되되, 각각에 우측배기관과 좌측배기관이 결합되도록 두 개가 평행하게 배치된 인터록; 및
   상기 브레이드를 차폐하도록 장착되되 각각의 인터록들의 끝단이 개구되도록 두 개의 고정홀이 평행하게 배치된 엔드플레이트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기관의 구조.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 브레이드의 끝단에는 엔드플레이트가 삽입되는 연결부가 단차(段差)를 이루도록 형성되되,
   상기 연결부에는 엔드플레이트를 밀착고정시키는 고정캡이 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기관의 구조.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 엔드플레이트에는 고정홀의 테두리를 따라 가이드링이 일측으로 돌출된 것을 특징으로 하는 차량용 배기관의 구조.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 엔드플레이트는 서로 외주면이 맞닿도록 배치된 두 개의 서브링들 및 상기 서브링들의 둘레를 연결하는 결속밴드로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기관의 구조.
   

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