KR101351599B1 - 배기 매니폴드 - Google Patents

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타카유키 오노데라
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얀마 가부시키가이샤
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

배기 매니폴드의 형상 변경에 관계없이 EGR율(Exhaust Gas Recirculation Ratio)이 일정한 배기 매니폴드를 제공한다. 엔진의 각 기통의 배기 포트에 접속하는 배기 가스 입구부(10)와, 각 배기 가스 입구부(10)로부터 유입되는 배기 가스가 내부에 모이는 주관부(20)와, 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 취출하기 위한 EGR 가스 취출부(30)와, 배기 가스를 배출하는 배기 가스 방출부(40)를 구비하고, 주관부(20)에는 배기 가스 입구부(10a·10b)의 사이이면서 배기 가스 입구부(10)와 반대쪽으로 볼록하게 만곡하는 만곡부(21)가 형성되고, 만곡부(21)에는 그 외주면의 일부분이 주관부(20)의 내부 방향으로 함몰됨으로써 형성되는 오목부(22)가 마련되고, 또한 외주면의 오목부(22)에 대향하는 부분으로부터 EGR 가스 취출부(30)가 연장되고, EGR 가스 취출부(30)의 입구 개구 부분의 중심은 주관부(20)의 길이 방향의 중심축에 대해 오프셋 배치되는 배기 매니폴드(1)이다.

Description

배기 매니폴드{EXHAUST MANIFOLD}
본 발명은 EGR 가스 취출부를 갖는 배기 매니폴드의 구조에 관한 것이다.
종래, 디젤 엔진이나 가솔린 엔진 등의 소형 내연 기관은 범용성이 높아 농업, 건설 기계, 선박 등(피(被)탑재기) 여러 가지 용도로 이용된다. 이 때문에, 당해 내연 기관의 탑재 공간은 이용되는 피탑재기에 따라 여러 가지이고, 내연 기관을 탑재하는 공간이 작은 경우도 있다.
또한, 배기 가스 규제 대응에 유효한 DPF(Diesel Paticulate Filter: 디젤 미립자 필터)를 탑재하는 내연 기관에서는, 내연 기관 전체가 차지하는 공간에 대해 DPF를 배치하기 위한 공간이 차지하는 비율이 커지고 있다.
이 때문에, 내연 기관에서 DPF의 탑재 위치에는, 피탑재기의 설치 장소나 배기 방향 등에 맞출 수 있도록 상이한 사양이 설정되어 있다.
예를 들면, DPF의 탑재 장소로는, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이 DPF(200)를 배기 매니폴드(210)의 상방에 배치하는 구성과, 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이 DPF(200)를 플라이 휠(220)의 상방에 배치하는 구성이 있다.
그리고, DPF의 탑재 위치가 바뀜에 따라 배기 매니폴드의 형상도 바뀐다.
예를 들면, DPF를 배기 매니폴드의 상방에 배치하는 구성(도 12의 (a))에서는 배기 매니폴드의 배기 출구를 상향으로 마련해야 하기 때문에, 특허 문헌 1에 나타내는 것 같은 형상의 배기 매니폴드가 이용된다.
또한, DPF를 플라이 휠의 상방에 배치하는 구성(도 12의 (b))에서는 배기 매니폴드의 배기 출구를 플라이 휠 방향으로 마련해야 하기 때문에, 특허 문헌 2에 나타내는 것 같은 형상의 배기 매니폴드가 이용된다.
또한, 내연 기관으로부터 배출되는 NOX 등의 저감 대책으로서, DPF 외에, 내연 기관으로부터 배기되는 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 흡기로 되돌리는 방법(EGR: Exhaust Gas Recirculation)이 채용되고 있다. 그리고, 이 방법에서 배기 가스(EGR 가스)와 새로운 공기의 혼합 비율(EGR율)은, 배기 매니폴드에서의 EGR 가스 취출부와, 소음기로 배기 가스를 유도하는 배기 가스 방출부의 위치 관계에 따라 변화한다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개 2007-177693호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허공개 2006-132408호 공보
전술한 바와 같이, DPF의 탑재 위치에 따라 배기 매니폴드의 EGR 가스 취출부와 배기 가스 방출부의 위치가 변하면 EGR율도 변화한다. 이 때문에, 당해 EGR율을 제어하는 밸브의 작동 프로그램도 수정해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 DPF의 탑재 위치가 달라도 EGR율이 대략 동일하게 되는 배기 매니폴드를 제공한다.
본 발명이 해결하려고 하는 과제는 이상과 같으며, 다음에 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
즉, 본 발명에 따르면, 엔진의 각 기통의 배기 포트에 접속하는 배기 가스 입구부와, 각 배기 가스 입구부와 연통하여 각 배기 가스 입구부로부터 유입되는 배기 가스가 내부에 모이는 주관부와, 모인 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 취출하기 위한 EGR 가스 취출부와, 남은 배기 가스를 배출하는 배기 가스 방출부를 구비하는 배기 매니폴드에 있어서, 상기 주관부에는, 상기 배기 가스 입구부와 배기 가스 입구부의 사이이면서, 배기 가스 입구부와 반대쪽으로 볼록하게 만곡하는 만곡부가 형성되고, 상기 만곡부에는 그 외주면의 일부분이 상기 주관부의 내부 방향으로 함몰됨으로써 형성되는 오목부가 마련됨과 동시에, 그 외주면의 상기 오목부에 대향하는 부분으로부터 상기 EGR 가스 취출부가 연장되고, EGR 가스 취출부의 입구 개구 부분의 중심은 상기 주관부의 길이 방향의 중심축에 대해 오프셋 배치된다.
본 발명에 따르면, 상기 배기 가스 방출부의 개구부 중심이 상기 주관부의 길이 방향의 중심축에 대해 오프셋된 위치에 마련된다.
본 발명에 따르면, 상기 배기 가스 방출부가 상기 주관부의 길이 방향 중앙부에 마련된다.
본 발명에 따르면, 상기 주관부에서 EGR 가스 취출부가 마련되는 쪽과 반대쪽의 단부에 상기 배기 가스 방출부가 마련된다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 나타낸다.
본 발명에 의하면, EGR 가스 취출부에 유입되는 배기 가스를 특정 배기 포트로부터의 배기 가스로 한정할 수 있다. 이 때문에, 배기 매니폴드에서의 배기 가스 방출부의 위치가 변화해 배기 매니폴드의 형상이 변화한 경우라도, 배기 매니폴드의 형상에 따라 상이한 배기 가스 흐름의 영향에 의해 EGR율이 변화하는 것을 저감할 수 있다. 따라서, 배기 매니폴드의 형상 변경에 관계없이 EGR율이 일정해지기 때문에, 배기 매니폴드의 형상 변경에 따른 EGR율 제어 프로그램의 변경이 불필요해진다.
또한, EGR율을 변경하지 않고, 내연 기관에서의 DPF의 탑재 장소에 따라 배기 매니폴드를 선택할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배기 매니폴드 내의 평균 배기 압력을 일정하게 할 수 있기 때문에, 배기 가스의 방출 방향에 따른 EGR 가스량의 변화를 저감할 수 있다. 또한, 배기 매니폴드의 형상 변경(배기 매니폴드에서의 배기 가스 방출부의 위치 변화)에 관계없이, EGR 가스 취출부로부터 취출되는 EGR 가스량을 안정화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배기 매니폴드 내의 평균 배기 압력을 일정하게 할 수 있기 때문에, 배기 가스의 방출 방향에 따른 EGR 가스량의 변화를 저감할 수 있다. 또한, EGR 가스 취출부로부터 취출되는 EGR 가스량을 안정화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배기 매니폴드 내의 평균 배기 압력을 일정하게 할 수 있기 때문에, 배기 가스의 방출 방향에 따른 EGR 가스량의 변화를 저감할 수 있다. 또한, EGR 가스 취출부로부터 취출되는 EGR 가스량을 안정화할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 배기 매니폴드의 사시도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 배기 매니폴드의 측면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 배기 매니폴드의 평면도이다.
도 4은 도 3의 X-X선에 따른 단면도이다.
도 5는 제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드의 사시도이다.
도 6은 제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드의 측면도이다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드의 평면도이다.
도 8은 제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드의 배면도이다.
도 9는 종래의 배기 매니폴드의 사시도이다.
도 10은 다기통 내연 기관의 운전 조건을 1 모드로 한 경우의 제1 실시 형태에 따른 배기 매니폴드, 제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드, 및 종래의 배기 매니폴드의 EGR율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 다기통 내연 기관의 운전 조건을 4 모드로 한 경우의 제1 실시 형태에 따른 배기 매니폴드, 제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드, 및 종래의 배기 매니폴드의 EGR율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 내연 기관에서의 DPF의 탑재 장소를 나타내는 사시도이다. (a)는 DPF를 배기 매니폴드의 상방에 배치하는 경우의 사시도이고, (b)는 DPF를 플라이 휠의 상방에 배치하는 경우의 사시도이다.
본 발명의 배기 매니폴드(1)에 대해 설명한다. 한편, 이하의 설명에서는, 내연 기관을 4 기통의 디젤 엔진(이하, '엔진'이라고 한다)으로 하고, 4 기통의 디젤 엔진에 장착하는 배기 매니폴드(1)에 대해 설명한다. 그리고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 배기 매니폴드(1)의 길이 방향을 전후 방향으로 하고, 배기 매니폴드(1)의 길이 방향에 대해 직교하는 방향을 각각 상하 방향 및 좌우 방향으로서 정의한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 배기 매니폴드(1)에 대해 설명한다.
제1 실시 형태에 따른 배기 매니폴드(1)는 그 상방에 DPF가 배치되고, DPF의 중심 축선(길이 방향)은 배기 매니폴드(1)의 중심 축선(A)(도 2)과 평행하게 배치된다(도 12의 (a)와 같은 형태).
도 1, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 배기 매니폴드(1)는 복수의 배기 가스 입구부(10)(본 실시 형태에서는 배기 가스 입구부(10a·10b·10c·10d))와, 주관부(20)와, EGR 가스 취출부(30)와, 배기 가스 방출부(40)로 구성되어 있다. 배기 가스 입구부(10), 주관부(20), EGR 가스 취출부(30), 및 배기 가스 방출부(40)는 일체적으로 성형된다.
배기 매니폴드(1)는 실린더 블록의 상부에 고정되는 실린더 헤드의 배기 포트에 연결되는 것으로서, 도시하지 않은 엔진의 각 기통으로부터 배기되는 배기 가스가 배기 가스 입구부(10)를 통해 주관부(20)에 모인다. 그리고, 모인 배기 가스가 배기 가스 방출부(40)로부터 DPF나 소음기 등을 통해 외부로 배기됨과 함께, 상기 모인 배기 가스의 일부가 EGR 가스로서 EGR 가스 취출부(30)로부터 EGR 배관을 통해 취출되어 흡기측에 공급된다.
배기 가스 입구부(10)는 엔진의 배기 포트에 접속하는 부분이다. 배기 가스 입구부(10)는 엔진의 기통수와 같은 수가 마련되고, 동일한 개구 면적을 가지며 평행하게 왼쪽이 개구되도록 마련된다. 배기 가스 입구부(10)는, 후술하는 주관부(20)의 길이 방향이면서, 후술하는 EGR 가스 취출부(30)가 연장되는 쪽(뒤쪽)의 단부로부터, 제1 배기 가스 입구부(10a), 제2 배기 가스 입구부(10b), 제3 배기 가스 입구부(10c), 제4 배기 가스 입구부(10d)의 순서로 소정 간격을 두고 마련된다.
주관부(20)는, 그 내부에 엔진의 각 기통으로부터 배기 가스 입구부(10)(배기 가스 입구부(10a·10b·10c·10d))를 통해 유입되는 배기 가스가 모이는 부분이다. 주관부(20)는 파이프 형상으로 구성하고, 배기 가스 입구부(10)와 연통한다. 주관부(20)는 배기 매니폴드(1)를 엔진에 장착했을 때, 엔진의 크랭크축 방향과 평행으로 연장된다. 한편, 주관부(20)의 형상에 대해서는 후술한다.
EGR 가스 취출부(30)는, 주관부(20)에서 모은 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 취출하는 부분이다. EGR 가스 취출부(30)는 주관부(20)보다 가는 파이프 형상으로 구성되고, 상단이 주관부(20)의 길이 방향 중간부의 하면과 연통하고, 아래쪽으로 연장된다. 자세하게는, 도 3에 나타내는 바와 같이, EGR 가스 취출부(30)는 배기 가스 입구부(10a)와 배기 가스 입구부(10b) 사이의 배기 가스 입구부(10b)쪽 가까이의 하면이면서, 주관부(20)의 길이 방향 중심 축선(A)보다 우측으로 편심(오프셋)된 위치로부터 아래쪽으로 연장된다. EGR 가스 취출부(30)의 하부는, 주관부(20)의 길이 방향 중앙측으로, 즉 전방으로 굴곡되어 구성되고, EGR 가스 취출부(30)의 선단은 전방으로 개구되어 도시하지 않은 EGR 배관과 접속된다.
배기 가스 방출부(40)는, 주관부(20)에서 모은 배기 가스 중 EGR 가스로서 취출한 이외의 나머지 배기 가스를 배기 매니폴드(1)의 외부로 배출하는 부분이다. 배기 가스 방출부(40)는 주관부(20)보다 굵은 파이프 형상으로 구성되고, 하단이 주관부(20)의 길이 방향 중앙 상부로부터 비스듬히 상방으로 연장된다. 자세하게는, 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 배기 가스 방출부(40)는 배기 가스 입구부(10b)와 배기 가스 입구부(10c) 사이의 배기 가스 입구부(10b)쪽 가까이의 상면이면서, 주관부(20)의 길이 방향 중심 축선(A)보다 우측으로 편심된 위치로부터 비스듬히 오른쪽 상방으로 연장된다. 즉, 실린더 헤드로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 배기 가스 방출부(40) 선단의 개구부는, 도시하지 않은 촉매 장치(DPF)나 소음기 등을 구비한 배기 경로에 접속된다. 그리고, 배기 가스 방출부(40)는, 정면에서 보았을 때(도 4 참조), EGR 가스 취출부(30)가 연장되는 쪽과 반대쪽으로 돌출되어 마련된다. 또한, 평면에서 보았을 때(도 3 참조), 배기 가스 방출부(40)의 개구부 중심은, 주관부(20)의 길이 방향의 중심 축선(A)에 대해 오프셋되어 배치된다. 또한, 측면에서 보았을 때(도 2 참조), 배기 가스 방출부(40)와 배기 가스 입구부(10b)의 중심에 대해 대략 점 대칭의 위치에 EGR 가스 취출부(30)가 마련된다.
다음으로, 주관부(20)의 형상에 대해 설명한다.
도 1, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 주관부(20)는 주조에 의해 파이프 형상으로 형성되고, 길이 방향의 중심 축선(A)이 전후 방향이 되도록 배치된다. 주관부(20)의 좌측에는 배기 가스 입구부(10a·10b·10c·10d)가 마련된다.
배기 가스 입구부(10a·10b·10c·10d)는, 주관부(20)의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 왼쪽(폭 방향)으로 돌출하여 선단 부분이 개구된다. 배기 가스 입구부(10a·10b·10c·10d)의 개구 중심은, 측면에서 보았을 때(도 2 참조), 주관부(20)의 길이 방향의 중심 축선(A)과 일치시킨다.
또한, 주관부(20)의 앞 부분은, 평면에서 보았을 때(도 3 참조), 전후 방향 중앙의 앞쪽 가까이에 있는 배기 가스 입구부(10b) 근방으로부터 우측(배기 가스 입구부(10b)와 반대쪽)으로 만곡되어 만곡부(21)가 형성되고, 비스듬히 왼쪽 후방으로 연장되어 배기 가스 입구부(10d)가 형성된다. 그리고, 도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 만곡부(21)의 하부로부터 EGR 가스 취출부(30)가 아래쪽으로 연장된다. 즉, EGR 가스 취출부(30)의 상단이 만곡부(21)의 하면과 연통된다.
이와 같이, 배기 가스 입구부(10a·10b·10c·10d)로부터 유입된 배기 가스가 주관부(20)를 지나 배기 가스 방출부(40)에 도달하는 도중에 만곡부(21)가 배치되면, 배기 가스는 만곡부(21)에서 경로가 굽어지기 때문에, EGR 가스 취출부(30)로 유입되기 쉬워진다. 또한, EGR 가스 취출부(30)의 상부 개구 부분이, 배기 가스 입구부(10a)로부터의 배기 가스와 배기 가스 입구부(10b)로부터의 배기 가스가 합류하는 부분보다 배기 가스 입구부(10a)쪽의 만곡부(21)에 위치함으로써, 배기 가스 입구부(10a)로부터 유입되는 배기 가스를 EGR 가스 취출부(30)로부터 쉽게 취출할 수 있다. 즉, 특정 배기 가스 입구부(10a)로부터 유입되는 배기 가스를 EGR 가스 취출부(30)에서 용이하게 취출할 수 있게 되어, 주관부(20)에 한 번 모인 배기 가스의 일부를 취출하는 경우보다 안정적으로 배기 가스를 취출할 수 있어, EGR율의 변화를 작게 할 수 있다.
또한, 만곡부(21)의 상부에는 오목부(22)가 형성된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 오목부(22)는 만곡부(21) 외주면의 일부분이 주관부(20)의 내부 방향으로 함몰됨으로써 형성되는 부분, 즉, 만곡부(21) 상부의 일부분이 아래쪽 및 왼쪽을 향해 함몰되는 부분이다. 구체적으로 만곡부(21)는, 측면에서 보았을 때 대략 U자 형상이고, 정면의 단면에서 보았을 때 대략 L자 형상으로 함몰되도록 형성된다. 만곡부(21)의 후단은, 평면에서 보았을 때(도 3 참조), EGR 가스 취출부(30)의 대략 중앙에 위치하고, 만곡부(21)의 전후 방향 중앙 하단은 EGR 가스 취출부(30)의 전단부 상방에 위치한다. 또한, 만곡부(21) 외주면의 오목부(22)에 대향하는 부분으로부터 EGR 가스 취출부(30)가 연장된다. 오목부(22)는 오목부를 갖지 않는 주관부(20)의 통로 단면적의 대략 절반 이하가 되도록 한다.
이와 같이, 만곡부(21)의 상부에 오목부(22)를 마련함으로써, 제1 배기 가스 입구부(10a)로부터 유입되는 배기 가스는, 상부를 흐르는 배기 가스가 오목부(22)에 의해 왼쪽 및 아래쪽으로 굽어져, 당해 배기 가스의 일부가 EGR 가스 취출부(30)로 유입되기 쉬워진다.
또한, 오목부(22)를 마련함으로써, 제2 배기 가스 입구부(10b)로부터 유입되는 배기 가스의 일부가 제1 배기 가스 입구부(10a)로부터 유입되는 배기 가스와 합류해 EGR 가스 취출부(30)로 유입되기 쉬워진다. 따라서, EGR 가스 취출부(30)로 유입되는 배기 가스는 특정 배기 포트, 즉, 제1 배기 가스 입구부(10a) 및 제2 배기 가스 입구부(10b)로부터 유입되는 배기 가스로 한정되어, EGR율의 변화를 작게 안정시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드(2)에 대해 설명한다.
제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드(2)는 그 전방에 DPF가 배치되고, DPF의 중심 축선(길이 방향)은 배기 매니폴드(1)의 중심 축선(C)(도 6)과 직교하는 방향으로 배치된다(도 12의 (b)와 같은 형태).
도 5, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 배기 매니폴드(2)는 복수의 배기 가스 입구부(50)(본 실시 형태에서는, 배기 가스 입구부(50a·50b·50c·50d))와, 주관부(60)와, EGR 가스 취출부(70)와, 배기 가스 방출부(80)로 구성되어 있다. 배기 가스 입구부(50), 주관부(60), EGR 가스 취출부(70), 및 배기 가스 방출부(80)는 일체적으로 성형된다.
배기 매니폴드(2)는 실린더 블록의 상부에 고정되는 실린더 헤드의 배기 포트에 연결되는 것으로서, 도시하지 않은 엔진의 각 기통으로부터 배기되는 배기 가스가 배기 가스 입구부(50)를 통해 주관부(60)에 모인다. 그리고, 모인 배기 가스가 배기 가스 방출부(80)로부터 DPF나 소음기 등을 통해 외부로 배기됨과 함께, 상기 모인 배기 가스의 일부가 EGR 가스로서 EGR 가스 취출부(70)로부터 EGR 배관을 통해 취출되어 흡기측에 공급된다.
배기 가스 입구부(50)는 엔진의 배기 포트에 접속하는 부분이다. 배기 가스 입구부(50)는 엔진의 기통수와 같은 수가 마련되고, 동일한 개구 면적을 가지며 평행하게 왼쪽이 개구되도록 마련된다. 배기 가스 입구부(50)는, 후술하는 주관부(60)의 길이 방향이면서, 후술하는 EGR 가스 취출부(70)가 연장되는 쪽(뒤쪽)의 단부로부터, 제1 배기 가스 입구부(50a), 제2 배기 가스 입구부(50b), 제3 배기 가스 입구부(50c), 제4 배기 가스 입구부(50d)의 순서로 소정 간격을 두고 마련된다.
주관부(60)는, 그 내부에 엔진의 각 기통으로부터 배기 가스 입구부(50)(배기 가스 입구부(50a·50b·50c·50d))를 통해 유입되는 배기 가스가 모이는 부분이다. 주관부(60)는 파이프 형상으로 구성하고, 배기 가스 입구부(50)와 연통한다. 주관부(60)는 배기 매니폴드(2)를 엔진에 장착했을 때, 엔진의 크랭크축 방향과 평행으로 연장된다. 한편, 주관부(60)의 형상에 대해서는 후술한다.
EGR 가스 취출부(70)는, 주관부(60)에서 모은 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 취출하는 부분이다. EGR 가스 취출부(70)는 주관부(60)보다 가는 파이프 형상으로 구성되고, 상단이 주관부(60)의 길이 방향 중간부의 하면과 연통하고, 아래쪽으로 연장된다. 자세하게는, 도 7에 나타내는 바와 같이, EGR 가스 취출부(70)는 배기 가스 입구부(50a)와 배기 가스 입구부(50b) 사이의 배기 가스 입구부(50b)쪽 가까이의 하면이면서, 주관부(60)의 길이 방향 중심 축선(C)보다 우측으로 편심(오프셋)된 위치로부터 아래쪽으로 연장된다. EGR 가스 취출부(70)의 하부는, 주관부(60)의 길이 방향 중앙측으로, 즉 전방으로 굴곡되어 구성되고, EGR 가스 취출부(70)의 선단은 전방으로 개구되어 도시하지 않은 EGR 배관과 접속된다.
배기 가스 방출부(80)는, 주관부(60)에서 모은 배기 가스 중 EGR 가스로서 취출한 이외의 나머지 배기 가스를 배기 매니폴드(2)의 외부로 배출하는 부분이다. 배기 가스 방출부(80)는 주관부(60)보다 굵은 파이프 형상으로 구성되고, 주관부(60)의 전단에 연통된다. 자세하게는, 길이 방향에서 EGR 가스 취출부(70)가 마련되는 쪽(뒤쪽)과 반대쪽(앞쪽)의 단부에 마련되고, 제4 배기 가스 입구부(50d)의 기부로부터 비스듬히 오른쪽 전방으로 연장된다. 배기 가스 방출부(80)는 그 선단이 전방으로 개구되어, 도시하지 않은 촉매 장치(DPF)나 소음기 등을 구비한 배기 경로에 접속된다. 배기 가스 방출부(80)는, 평면에서 보았을 때(도 7 참조), 주관부(60)의 전단으로부터 실린더 헤드에서 멀어지는 방향으로 비스듬하게 연장되고, 개구부의 중심이 주관부(60)의 길이 방향의 중심 축선(C)에 대해 오프셋되어 배치된다. 또한, 측면에서 보았을 때(도 6 참조), 배기 가스 방출부(80)의 개구부의 중심은 주관부(60)에서의 길이 방향의 중심 축선(C)의 연장상에 배치된다.
이와 같이, 배기 가스 방출부(80)의 개구부 중심을 주관부(60)의 길이 방향의 중심 축선(C)에 대해 오프셋시켜 배치함으로써, 배기 매니폴드(2) 내의 평균 배기 압력을 일정하게 할 수 있다.
다음으로, 주관부(60)의 형상에 대해 설명한다.
도 5, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 주관부(60)는 파이프 형상으로 형성되고, 길이 방향의 중심 축선(C)이 전후 방향이 되도록 배치된다. 주관부(60)의 좌측에는 배기 가스 입구부(50a·50b·50c·50d)가 마련된다.
배기 가스 입구부(50a·50b·50c·50d)는, 주관부(60)의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 왼쪽(폭 방향)으로 돌출하여 선단 부분이 개구된다. 배기 가스 입구부(50a·50b·50c·50d)의 개구 중심은, 측면에서 보았을 때(도 6 참조), 주관부(60)의 길이 방향의 중심 축선(C)과 일치시킨다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 주관부(60)의 후부에는 만곡부(61)가 형성된다. 자세하게는, 만곡부(61)는 배기 가스 방출부(80)와 반대쪽의 제1 배기 가스 입구부(50a)와 제2 배기 가스 입구부(50b) 사이의 제2 배기 가스 입구부(50b)쪽 가까이에, 오른쪽(배기 가스 입구부(50)의 개구와 반대쪽, 즉, 실린더 블록과 반대쪽)으로 돌출되도록 만곡되어 배치된다. 즉, 만곡부(61)는 주관부(60)의 후부가 평면에서 보았을 때 'く' 형상으로 만곡되어 형성된다. 만곡부(61)는 주관부(60)의 길이 방향의 중심 축선(C)보다 우측으로 오프셋되어 배치된다.
또한, 만곡부(61)의 하면에는 EGR 가스 취출부(70)의 상단이 연통된다.
이와 같이 만곡부(61)에 EGR 가스 취출부(70)를 마련함으로써, 제1 배기 가스 입구부(50a)로부터 유입되는 배기 가스는 만곡부(61)에 부딪혀 유입 방향이 주로 왼쪽으로 변경되고, 그 일부는 아래쪽으로 굽어진다. 이 때문에, 제1 배기 가스 입구부(50a)로부터 유입되는 배기 가스가 EGR 가스 취출부(70)로 유입되기 쉬워진다.
또한, 제2 배기 가스 입구부(50b)로부터의 배기 가스는 제1 배기 가스 입구부(50a)로부터 유입되는 배기 가스와 흐름이 반대 방향이 되므로, 제1 배기 가스 입구부(50a)로부터 유입되는 배기 가스와 합류해 주류 방향이 되는 배기 가스 방출부(80)쪽으로 흐른다.
따라서, EGR 가스 취출부(70)로 유입되는 배기 가스는 특정 배기 포트, 즉, 제1 배기 가스 입구부(50a)로부터의 배기 가스로 한정되어, EGR율의 변화를 작게 안정시킬 수 있다.
또한, 만곡부(61)의 상부에는 오목부(62)가 형성된다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 오목부(62)는 만곡부(61) 외주면의 일부분이 주관부(60)의 내부 방향으로 함몰됨으로써 형성되는 부분이다. 오목부(62)는 제1 배기 가스 입구부(50a)와 제2 배기 가스 입구부(50b) 사이의 제2 배기 가스 입구부(50b)쪽 가까이에, 상면이 측면에서 보았을 때 대략 V자 형상이 되도록 아래쪽으로 함몰되는 형상이다. 그리고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 오목부(62)의 최하단이 되는 곡선(D)은, 평면에서 보았을 때 EGR 가스 취출부(70)의 입구 개구 중심을 통과하도록 형성된다. 즉, 만곡부(61) 외주면의 오목부(62)에 대향하는 부분으로부터 EGR 가스 취출부(70)가 연장된다.
이와 같이, 만곡부(61)에 오목부(62)를 마련함으로써, 제1 배기 가스 입구부(50a)로부터 유입되는 배기 가스는 오목부(62)에 의해 아래쪽으로 굽어져, 당해 배기 가스의 일부가 EGR 가스 취출부(70)로 유입되기 쉬워진다.
또한, 오목부(62)를 마련함으로써, 제2 배기 가스 입구부(50b)로부터 유입되는 배기 가스의 일부가 제1 배기 가스 입구부(50a)로부터 유입되는 배기 가스와 합류되어 EGR 가스 취출부(70)로 유입되기 쉬워진다. 따라서, EGR 가스 취출부(70)로 유입하는 배기 가스는 특정 배기 포트, 즉, 제1 배기 가스 입구부(50a) 및 제2 배기 가스 입구부(50b)로부터 유입되는 배기 가스로 한정되어, EGR율의 변화를 작게 안정시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 배기 매니폴드(1) 및 제2 실시 형태에 따른 배기 매니폴드(2)의 EGR율에 대해 설명한다.
우선, 배기 매니폴드(1) 및 배기 매니폴드(2)의 EGR율을 비교하기 위한 종래의 배기 매니폴드(100)에 대해 설명한다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 종래의 배기 매니폴드(100)는 배기 매니폴드(1) 및 배기 매니폴드(2)와 마찬가지로, 도시하지 않은 엔진의 배기 포트에 연통하는 복수의 배기 가스 입구부(110)(배기 가스 입구부(110a·110b·110c·110d))와, 배기 가스 입구부(110)로부터 유입되는 배기 가스를 모으는 주관부(120)와, 주관부(120)에서 모은 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 취출하는 EGR 가스 취출부(130)와, 주관부(120)에서 모은 배기 가스 중 EGR 가스로서 취출한 이외의 나머지 배기 가스를 배기 매니폴드(100)의 외부로 배출하는 배기 가스 방출부(140)로 구성된다.
주관부(120)는, 상기 배기 매니폴드(1) 및 배기 매니폴드(2)와 같은 오목부 및 만곡부를 갖지 않고 직선관 형상으로 형성된다. 그리고, 주관부(120)의 일단부에는, 배기 가스 방출부(140)가 주관부(120)의 길이 방향의 중심 축선(E)과 동축선상에 마련되고, 배기 가스 방출부(140)와 반대쪽의 하부에 EGR 가스 취출부(130)가 마련된다.
이와 같은 종래의 배기 매니폴드(100)와 상기 배기 매니폴드(1) 및 배기 매니폴드(2)를 배기 가스 규제로 정해진 엔진 운전 조건(1 모드 및 4 모드)으로 운전한 경우의 EGR율은 도 10 및 도 11에 나타내는 바와 같다.
이상과 같이, 배기 매니폴드(1) 및 배기 매니폴드(2)는, 엔진의 각 기통의 배기 포트에 접속하는 배기 가스 입구부(배기 가스 입구부(10), 배기 가스 입구부(50))와, 각 배기 가스 입구부와 연통하여 각 배기 가스 입구부로부터 유입되는 배기 가스가 내부에 모이는 주관부(주관부(20), 주관부(60))와, 모인 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 취출하기 위한 EGR 가스 취출부(EGR 가스 취출부(30), EGR 가스 취출부(70))와, 나머지 배기 가스를 배출하는 배기 가스 방출부(배기 가스 방출부(40), 배기 가스 방출부(80))를 갖고, 주관부에는 배기 가스 입구부와 배기 가스 입구부 사이이면서 배기 가스 입구부와 반대쪽으로 볼록한 형상으로 만곡하는 만곡부(만곡부(21), 만곡부(61))가 형성되고, 만곡부에는 그 외주면의 일부분이 주관부의 내부 방향으로 함몰됨으로써 형성되는 오목부(오목부(22), 오목부(62))가 마련됨과 함께, 그 외주면의 오목부에 대향하는 부분으로부터 EGR 가스 취출부가 연장되고, EGR 가스 취출부의 입구 개구 부분의 중심은 주관부의 길이 방향의 중심축에 대해 오프셋되어 배치된다.
이와 같이 배기 매니폴드(1) 및 배기 매니폴드(2)를 구성함으로써, EGR 가스 취출부로 유입되는 배기 가스를 특정 배기 포트로부터의 배기 가스로 한정할 수 있다. 이 때문에, 배기 매니폴드에서의 배기 가스 방출부의 위치가 변화해 배기 매니폴드의 형상이 변화한 경우라도, 배기 매니폴드의 형상에 따라 상이한 배기 가스 흐름의 영향으로 EGR율이 변화하는 것을 저감할 수 있다. 따라서, 배기 매니폴드의 형상 변경에 관계없이 EGR율이 일정하게 되기 때문에, 배기 매니폴드의 형상 변경에 의한 EGR율 제어 프로그램의 변경이 불필요해진다. 또한, EGR율을 변경하지 않고, 내연 기관에서의 DPF의 탑재 장소에 따라 배기 매니폴드를 선택할 수 있다.
또한, 배기 매니폴드(1) 및 배기 매니폴드(2)는, 배기 가스 방출부(배기 가스 방출부(40), 배기 가스 방출부(80))의 개구부 중심이 주관부(주관부(20), 주관부(60))의 길이 방향의 중심축에 대해 오프셋된 위치에 마련된다.
이와 같이 배기 매니폴드(1) 및 배기 매니폴드(2)를 구성함으로써 배기 매니폴드 내의 평균 배기 압력을 일정하게 할 수 있기 때문에, 배기 가스의 방출 방향에 의한 EGR 가스량의 변화를 저감할 수 있어, 배기 매니폴드의 형상 변경(배기 매니폴드에서의 배기 가스 방출부의 위치 변화)에 관계없이 EGR 가스 취출부로부터 취출하는 EGR 가스량을 안정화할 수 있다.
또한, 배기 매니폴드(1)는 배기 가스 방출부(40)가 주관부(20)의 길이 방향 중앙부에 마련된다.
이와 같이 배기 매니폴드(1)를 구성함으로써 배기 매니폴드 내의 평균 배기 압력을 일정하게 할 수 있기 때문에, 배기 가스의 방출 방향에 의한 EGR 가스량의 변화를 저감할 수 있어, EGR 가스 취출부로부터 취출되는 EGR 가스량을 안정화할 수 있다.
또한, 배기 매니폴드(2)는 주관부(60)에서 EGR 가스 취출부(70)가 마련되는 쪽과 반대쪽 단부에 배기 가스 방출부(80)가 마련된다.
이와 같이 배기 매니폴드(2)를 구성함으로써 배기 매니폴드 내의 평균 배기 압력을 일정하게 할 수 있기 때문에, 배기 가스의 방출 방향에 의한 EGR 가스량의 변화를 저감할 수 있어, EGR 가스 취출부로부터 취출되는 EGR 가스량을 안정화할 수 있다.
〈산업상의 이용 가능성〉
본 발명은 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 장치를 장착하는 엔진에 이용 가능하고, 특히, DPF(Diesel Paticulate Filter: 디젤 미립자 필터)를 탑재하는 엔진에 이용할 수 있다.
1 배기 매니폴드
2 배기 매니폴드
10 배기 가스 입구부
20 주관부
21 만곡부
30 EGR 가스 취출부
40 배기 가스 방출부
50 배기 가스 입구부
60 주관부
61 만곡부
70 EGR 가스 취출부
80 배기 가스 방출부

Claims (4)

  1. 엔진의 각 기통의 배기 포트에 접속하는 배기 가스 입구부와,
    각 배기 가스 입구부와 연통해 각 배기 가스 입구부로부터 유입되는 배기 가스가 내부에 모이는 주관부와,
    모인 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 취출하기 위한 EGR 가스 취출부와,
    나머지 배기 가스를 배출하는 배기 가스 방출부를 갖는, 배기 매니폴드에 있어서,
    상기 주관부에는, 상기 배기 가스 입구부와 배기 가스 입구부 사이이면서 배기 가스 입구부와 반대쪽으로 볼록한 형상으로 만곡하는 만곡부가 형성되고,
    상기 만곡부에는, 그 외주면의 일부분이 상기 주관부의 내부 방향으로 함몰됨으로써 형성되는 오목부가 마련됨과 함께, 그 외주면의 상기 오목부에 대향하는 부분으로부터 상기 EGR 가스 취출부가 연장되고,
    상기 EGR 가스 취출부의 입구 개구 부분의 중심은, 상기 주관부의 길이 방향의 중심축에 대해 오프셋 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배기 가스 방출부는, 그 개구부 중심이 상기 주관부의 길이 방향의 중심축에 대해 오프셋된 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배기 가스 방출부는, 상기 주관부의 길이 방향 중앙부에 마련되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배기 가스 방출부는, 상기 주관부에서 EGR 가스 취출부가 마련되는 쪽과 반대쪽의 단부에 마련되는 것을 특징으로 하는 배기 매니폴드.
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