KR100411105B1 - 내연기관의 배기가스 재순환장치 - Google Patents

Abstract

전운전 영역에서 각 실린더의 흡기 행정시 배기가스의 일부가 유입되도록 하고, 배기가스 유입량 편차를 최소화하여 연소 조건의 향상으로 질소산화물의 생성량을 최소화 하며, 워터자켓의 냉각수에 의하여 냉각이 이루어져 흡입공기의 온도 상승을 방지함으로써, 연비악화를 방지하고, 고가의 시스템 및 부품수를 감소시켜 제조원가를 절감시킬 수 있으며, 경량화에 기여할 수 있는 배기가스 재순환 장치를 제공할 목적으로;

흡입공기가 유입되는 흡기포트와 연소된 배기가스를 배출하는 배기포트가 형성되어 이의 포트에는 각각 흡,배기 밸브가 배치되며, 상기 흡기포트와 배기포트 사이에 웨터자켓이 형성되어 냉각수가 순환되는 내연기관의 실린더 헤드에 있어서,

흡입 행정시 상기 배기포트를 통해 배출되는 배기가스 일부를 흡기포로 유도할 수 있는 배기가스 유입수단을 구비하여 이루어지는 내연기관의 배기가스 재순환장치를 제공한다.

Description

내연기관의 배기가스 재순환장치{EXHAUST GAS RECIRCULATION FOR INTERNAL COMBERSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 배기가스 재순환장치에 관한것으로서, 보다 상세하게는 흡기포트와 배기포트를 연결하는 관로를 설치하고, 흡기밸브에 홈을 형성하여 흡기밸브의 개방시 배기가스가 유입되도록 한 내연기관 재순환 장치에 관한 것이다.

예컨대, 자동차의 동력원으로 사용되는 내연기관은 연료와 공기를 연소실로유입시켜 이를 압축 폭발시킴으로써, 피스톤을 상하 왕복 운동시키고, 이의 상,하 왕복운동을 크랭크 기구로서 회전운동으로 변환시켜 회전동력을 얻게 된다

이러한 내연기관에 있어서의 배기가스에는 질소산화물(NOx)이 다량 포함되 어 대기오염의 주요인이 되는 바, 최근에는 배기가스의 규제가 더욱 더 엄격해지고 있는 실정이다.

그에 일환으로 배기가스중에 포함되어 있는 질소 산화물을 감소시키는 수단으로 배가가스 일부를 흡기계통에 다시 유입시켜 혼합기가 연소될 때 최고 온도를 낮추어 질소 산화물의 생성량을 적게하는 배기가스 재순환장치를 적용하고 있다.

이와같은 배기가스 재순환장치를 형성함에 있어서, 종래에는 도 7에서와 같이, 내연기관(100)의 배기계통과 흡기계통 사이에 배기가스의 일부를 흡기계통으로 유입시킬 수 있는 관로(102)를 형성하되, 배기 매니폴드(106)과 흡기 매니폴트 (108)의 상류측을 상기 연결하고, 상기 관로(102)측부분에는 미도시한 제어기구에 의해 개폐될 수 있는 EGR 밸브(EXHAUST GAS RECIRCULATION VELVE, 110)를 배치하고 있다.

이에따라 내연기관의 시동중에 흡기계통에 부압이 발생되면 상기 EGR 밸브(110)가 개방되면서 배기 매니폴드(106)내를 흐르는 배기가스를 의 일부를 흡기계통으로 유입시켜 연소시키게 됨으로써, 질소산화물의 생성을 억제하는 것이다.

그리고 상기 관로(102)상에는 유입되는 배기가스를 냉각시켜 줄 수 있는 쿨러(112)가 배치됨은 물론이다.

도면에서 흡기계통의 구성을 터보 차져(114)와 인터 쿨러(116)를를 적용한것으로 적용하고 있으나, 본 발명은 흡기계통의 구성에 대하여 구속되는 것은 아니다.

그러나 상기와 같이 배기가스 재순환 장치에 있어서는, 관로와 밸브등이 배치되어야 하고, 별도의 쿨러가 장착되어야 하는 바, 레이아웃이 복잡해지고 추가 부품이 증대되어 제작원가가 상승된다는 문제점을 내포하고 있다.

또한, 관로와 흡기 매니폴드가 연결되는 부분이 국소부위에 위치하므로 흡기 매니폴드의 형상과 입부 조전에 따라 실린더별 공급율이 일정치 않아 연소조건을 악화시킴은 물론 이에따라 질소산화물의 저감에 큰 효과를 얻을 수 없다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 전운전 영역에서 각 실린더의 흡기 행정시 배기가스의 일부가 유입되도록 하고, 배기가스 유입량 편차를 최소화하여 연소 조건의 향상으로 질소산화물의 생성량을 최소화 할 수 있는 배기가스 재순환 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉각수에 의하여 냉각이 이루어져 흡입공기의 온도 상승을 방지함으로써, 연비악화를 방지하고, 고가의 시스템 및 부품수를 감소시켜 제조원가를 절감시킬 수 있으며, 경량화에 기여할 수 있는 배기가스 재순환 장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 상태의 내연기관 실린더 헤드 부분 단면도.

도 2는 본 발명에 적용되는 흡기 밸브의 정면도.

도 3은 도 2의 A - A 선에서 본 단면도.

도 4는 도 2의 B 부분에 대한 확대 단면도.

도 5는 배기가스 재순환이 이루어지지 않을 때의 작동도.

도 6은 배기가스 재순환이 이루어질 때의 작동도.

도7은 종래 배기가스 재순환 장치의 구성도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 흡입공기가 유입되는 흡기포트와 연소된 배기가스를 배출하는 배기포트가 형성되어 이의 포트에는 각각 흡,배기 밸브가 배치되며, 상기 흡기포트와 배기포트 사이에 웨터자켓이 형성되어 냉각수가 순환되는 내연기관의 실린더 헤드에서, 흡입 행정시 상기 배기포트를 통해 배출되는 배기가스 일부를 흡기포로 유도할 수 있는 배기가스 유입수단을 구비하는 내연기관의 배기가스 재순환장치에 있어,상기 배기가스 유입수단은 배기포트로부터 흡기밸브를 지지하는 흡기 밸브 가이드의 중간부를 관통하는 유로를 형성하고, 상기 흡기밸브의 밸브스템 중간부 하측에는 밸브의 열림시 상기 유로와 흡기포트를 연통시키고, 닫힘시에는 폐쇄할 수 있도록 일정 길이를 갖는 배기가스 유입홈을 방사상으로 다수 형성하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용된 상태의 실린더 헤드 단면도로서, 부호 2는 실린더 헤드를 지칭한다.

상기 실린더 헤드(2)에는 흡입공기가 유입되는 흡기포트(4)와 연소된 배기가스를 배출하는 배기포트(6)가 형성되며, 이의 포트(4)(6)에는 각각 흡,배기 밸브(8)(10)가 배치된다.

상기 흡기밸브(8)는 거의 수직방향으로 관통된 밸브 홀(12)에 밸브 가이드 (12)를 개재시켜 상하 운동 가능하게 배치되며, 미도시한 캠축의 회전에 연동되면서 밸브 헤드의 페이스 (14) 부분이 흡기포트(4)의 하류측단에 배치된 밸브시트 (16)와 접촉되면서 흡기포트(4)를 개폐하게 되는 것이다.

그리고 상기 흡기포트(4)와 배기포트(6) 사이에는 웨터자켓(18)이 형성되어 냉각수가 순환되면서 실린더 헤드(2)를 냉각시키게 되는 것이다.

이러한 실린더 헤드(2)에 있어서, 본 발명은 상기 배기포트(6)가 선택적으로 흡기포트(4)와 연통되어 배기가스의 일부가 흡기포트(4)로 유입될 수 있도록 하는 배기가스 유입수단을 형성한 것이다.

상기 배기가스 유입수단을 형성함에 있어서는 상기 배기포트(6)와 밸브 가이드(12)를 관통하는 유로(20)를 형성하여 배기가스가 유입될 수 있도록 하고, 도 2내지 도 4에서와 같이 상기 흡기밸브(8)의 밸브스템(22) 중간부 하측에는 방사상으로 다수의 배기가스 유입홈(24)을 형성한 것이다.

상기에서 배기가스 유입홈(24)을 형성함에 있어서는 도 3에서와 같이 배기가스 유입홈(24)의 확개 각(α)은 60도 정도로 하고, 서로 이웃하는 배기가스 유입홈(24)과의 피치(β)도 60도 정도로 형성하여 6개의 홈이 만들어 질 수 있도록 하였다.

상기와 같이 형성한 것은 보가 많은 배기가스가 유입될 수 있도록 하기 위함이다.

상기에서 배기가스 유입홈(24)의 길이(L)는 흡기밸브(8)가 열릴 때에는 상기 유로(20)와 흡기포트(4)를 연통시키고, 흡기밸브(8)가 닫혀있을 때에는 유로(20)를 막아 줄 수 있도록 형성되어 있다.

또한, 상기 배기가스 유입홈(24)의 하단면은 도 4에서와 같이 일정각(δ)을 유지하게되는데, 이는 30°내외가 적당하며, 이는 배기가스 유입홈(24)으로 유입되는 배기가스가 유입되는 새로운 흡입공기와 잘 섞일 수 있도록 하기 위함이다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의하면, 흡기 밸브(8)가 닫혀 있을 때에는 도 5에서와 같이 유로(20)가 폐쇄되고, 흡기밸브(10)가 열릴 경우에는 밸브가 하강하면서 배기가스 유입홈(24)이 유로(20)와 흡기포트(4)를 연통시키게 된다.

그러면 흡기밸브(8)가 열린다고 함은, 배기행정의 말기에서 흡기 행정이 시작되는 이후 과정이므로 흡기계통의 부압에 의하여 배기포트(6)로 배출되는 배기가스를 흡기포트(4)로 유입시킬 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 유로(20)를 통과하는 배기가스는 유로(20)가 워터자켓(18) 사이로 형성되어 있기 때문에 충분히 냉각된 상태에서 흡기포트(4)로 유입되어 흡입 공기의 온도 상승을 방지할 수 있게 된다.

도면 중 미설명 부호 26은 흡기 매니폴드, 28은 실린더 블록을 지칭한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 전운전 영역에서 각 실린더의 흡기 행정시 배기가스의 일부가 유입되도록 함으로써, 배기가스 유입량 편차를 최소화하여 연소 조건의 향상으로 질소산화물의 생성량을 최소화 할 수 있게 된다.

또한, 상기 배기가스가 통과하는 유로의 주위로 워터자켓이 구성되어 있는 바, 냉각효과를 얻을 수 있게 되어 흡입공기의 온도 상승에 의한 연비악화를 방지할 수 있게 된다.

그리고 배기가스 재순환을 위한 기존의 별도 관로와 EGR 밸브 및 쿨러등이 전혀 없게 되는 바, 고가의 시스템 및 부품수를 감소시킨 구성의 간단화로 제조원가를 절감시킴은 물론 경량화에 기여할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 흡입공기가 유입되는 흡기포트와 연소된 배기가스를 배출하는 배기포트가 형성되어 이의 포트에는 각각 흡,배기 밸브가 배치되며, 상기 흡기포트와 배기포트 사이에 웨터자켓이 형성되어 냉각수가 순환되는 내연기관의 실린더 헤드에서, 흡입 행정시 상기 배기포트를 통해 배출되는 배기가스 일부를 흡기포로 유도할 수 있는 배기가스 유입수단을 구비하는 내연기관의 배기가스 재순환장치에 있어서,

   상기 배기가스 유입수단은 배기포트로부터 흡기밸브를 지지하는 흡기 밸브 가이드의 중간부를 관통하는 유로를 형성하고, 상기 흡기밸브의 밸브스템 중간부 하측에는 밸브의 열림시 상기 유로와 흡기포트를 연통시키고, 닫힘시에는 폐쇄할 수 있도록 일정 길이를 갖는 배기가스 유입홈을 방사상으로 다수 형성하여 이루어짐을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환장치.
3. 제2항에 있어서, 배기가스 유입홈은 방사상으로 6개 형성됨을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환장치.
4. 제2항에 있어서, 배기가스 유입홈은 확개 각을 일정각으로 하고, 그 하단면은 경사면으로 형성함을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치.