KR101793764B1

KR101793764B1 - 엔진 실린더 헤드의 가스 분배 매니폴드 및 분배 매니폴드와 엔진 실린더 헤드를 포함하는 세트

Info

Publication number: KR101793764B1
Application number: KR1020127028501A
Authority: KR
Inventors: 카를로스 마틴; 베르트랑 제시에
Original assignee: 발레오 시스템므 떼르미끄
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2017-11-20
Also published as: US9790897B2; US20130167814A1; FR2958337A1; FR2958337B1; EP2553253A1; KR20130021380A; JP2013524071A; JP6060072B2; WO2011120933A1; EP2553253B1

Abstract

본 발명은 차량의 열 엔진의 실린더 헤드의 가스 분배 매니폴드(3)에 관한 것으로, 상기 매니폴드(3)는, 흡입 가스(G)의 유입을 위한 입력면 및 엔진의 실린더 헤드 내로 개방되도록 되어 있는 출력면(3B)이 제공되어 있는 매니폴드 하우징(31), 및 엔진에서 나온 재순환 배출 가스 유동(H)을 흡입 가스 유동(G) 내로 분사하기 위한 채널(6)을 포함하고, 매니폴드 하우징(31)과 분사 채널(6)은 단일 구성품을 형성한다. 분사 채널(6)이 개방면을 포함함에 따라, 매니폴드(3)는 상기 개방면이 관형 분사 덕트(8)를 형성하도록 매니폴드(3) 외부의 요소, 특히 실린더 헤드에 의해 폐쇄되도록 구성되어 있다.

Description

엔진 실린더 헤드의 가스 분배 매니폴드 및 분배 매니폴드와 엔진 실린더 헤드를 포함하는 세트{GAS DISTRIBUTION MANIFOLD IN THE CYLINDER HEAD OF AN ENGINE, SET COMPRISING A DISTRIBUTION MANIFOLD AND AN ENGINE CYLINDER HEAD}

본 발명은 열교환기, 보다 구체적으로는, 차량 분야에서 사용되는 열교환기에 관한 것이다.

차량의 열 엔진은 일반적으로 복수의 실린더로 형성되는 연소실을 포함하며, 그 연소실 안에서 산화제와 연료의 혼합물이 연소되어 엔진의 일을 발생시킨다. 연소실 내로 들어오는 가스를 흡입 가스라고 한다.

몇몇 경우, 이들 흡입 가스는 연소실 내로 들어가기 전에 냉각되어야 하는데, 이러한 기능은 열교환기로 행해지며, 이 열교환기는 냉각기이다.

통상적으로, 열교환기는 두개의 단부 판(바닥판 및 정상판) 사이에 적층된 복수의 열교환 요소로 형성되는 열교환 다발을 포함한다. 이 다발의 열교환 요소 사이의 공간은 냉각될 가스(여기서는, 흡입 가스)의 유동을 위한 덕트를 형성한다. 다발의 열교환 요소는 속이 비어 있고 열전달 유체를 전달하게 되며, 이 열전달 유체는 유체 덕트 내에서 순환하는 냉각될 가스의 유동과 열교환하여 그 가스를 냉각시키기 위한 것이다.

오염 배출물을 줄이기 위해, 소위 "재순환" 배출 가스를 흡입 가스 유동 내로 도입하는 것은 알려져 있는 관행이다. 이들 가스는 연소실의 상류에서 흡입 가스 유동으로 다시 보내지도록(재순환되도록) 연소실의 하류에서 취해지는 배출 가스이며, 연소실의 상류에서 배출 가스는 연소실 내로 흡입되기 전에 흡입 가스와 혼합된다. 전통적으로, 재순환 배출 가스가 냉각기에서 나온 가스와 혼합되도록, 그 재순환 배출 가스는 이 가스를 위한 흡입 덕트(흡입 가스 냉각기와 엔진 사이에서 연장되어 있음)에 형성되어 있는 하나 이상의 도입 지점을 통해 도입된다.

현재의 경향은, 컴팩트성을 얻기 위해 열교환기를 가능한 한 엔진에 가깝게 두고자 하는 것이다.

WO 2008/116568에 공개되어 있는 특허 출원에는, 내연 엔진의 실린더에 장착되는 열교환 모듈이 교시되어 있다. 출원 WO 2008/116568의 상기 모듈을 나타내는 도 1 및 도 2를 참조하면, 열교환 모듈은 그의 상류부(110)에 있는 열교환 다발(111) 및 하류부(103)에 있는 출력 덕트(106)들을 포함하며, 이들 출력 덕트는 엔진의 실린더에 각각 연결되도록 배치된다.

작동 중에, 흡입 가스 유동(G)이 열교환 모듈의 상류면을 통해 도입되어 열교환 모듈에 의해 냉각되고, 그런 다음, 냉각된 유동은 열교환 모듈의 출력 덕트에서 분배되어, 덕트(106)들이 각각 연결되어 있는 엔진의 실린더 내로 들어가게 된다.

냉각된 흡입 가스 유동(G)이 순환하는 열교환 모듈의 각 출력 덕트(106)는 재순환 배출 가스 유동(H)을 위한 분사 오리피스(107)를 포함하며, 재순환 배출 가스의 유동은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 분사 오리피스(107)의 레벨에서 열교환 모듈의 출력 덕트(106)에 연결되어 있는 분사 덕트(105)에 의해 분사된다. 따라서, 흡입 가스 유동(G)과 재순환 배출 가스 유동(H)이 엔진의 실린더 내로 흡입되기 전에 상기 모듈의 출력 덕트(106)에서 혼합된다. 종래 기술에서는, 재순환 배출 가스 유동(H)의 도입은 각 출력 덕트(106)에서 독립적으로 행해진다.

더욱이, 열교환 모듈과 그에 추가되는 분사 덕트(105)로 형성되는 혼합 장치는 상당한 부피를 갖는다. 또한, 기존 열교환 모듈에 재순환 배출 가스 분사 덕트(105)를 추가하려면 그 열교환 모듈의 구조를 크게 변경해야 한다.

더욱이, 재순환 배출 가스 분사 덕트를 갖는 혼합 장치는 제작이 복잡하다. 통상적으로, 그 혼합 장치는 본 기술 분야의 당업자에게 "사형 주조(sand molded casting)"로 알려져 있는 주조법으로 형성된다. 이 주조법에 의해, 혼합 장치의 재순환 가스 분사 덕트의 공동부를 형성할 수 있다. 그 주조법은 통상적으로 다음과 같은 단계들을 포함한다:

- 주형 코어를 주조 주형 안에 배치하는 단계(주조 주형의 형상은 혼합 장치를 형성하는데 적합하게 되어 있다);

- 주조 주형을 알루미늄과 같은 혼합 장치 형성 재료로 충전하는 단계;

- 주조 주형에서 혼합 장치를 꺼내는 단계; 및

- 혼합 장치로부터 주형 코어를 제거하여 분사 덕트의 공동부를 형성하는 단계.

상기 주조법의 여러 단계들로 인해, 혼합 장치를 제작하는 시간이 증가되고 또한 그의 제작 비용도 증가된다.

이들 단점들 중의 적어도 일부를 해소하기 위해, 본 발명은 차량의 열 엔진의 실린더 헤드의 가스 분배 매니폴드에 관한 것으로, 이 매니폴드는, 흡입 가스의 유동을 위한 입력면 및 엔진의 실린더 헤드 내로 개방되도록 되어 있는 출력면을 포함하는 매니폴드 하우징, 및 엔진에서 나온 재순환 배출 가스의 유동을 흡입 가스의 유동 내로 분사하기 위한 채널을 포함하고, 상기 매니폴드 하우징과 분사 채널은 단일체형 어셈블리를 형성하게 되며, 상기 분사 채널은 개방면을 가지며, 매니폴드는 그 개방면이 관형 분사 덕트를 형성하도록 매니폴드 외부의 요소에 의해 폐쇄되도록 구성되어 있다.

본 발명에 따른 분배 매니폴드는 매니폴드 하우징 내의 공동부를 형성하는 배출 가스 유동용 관형 분사 덕트를 갖지 않는다. 매니폴드는 유리하게는 주형 코어의 사용을 필요로 하지 않는 주조법으로 형성될 수 있다. 이렇게 해서 매니폴드를 제작하는 시간이 단축된다. "매니폴드 외부의 요소"라는 표현은, 이 매니폴드의 구조적인 요소가 아니고 그 매니폴드에 추가될 수 있는 요소(예컨대, 열교환기 또는 실린더 헤드)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

바람직하게는, 매니폴드와 분사 채널은 다이 캐스팅 주조법으로 얻어진다. 유리하게도 이러한 매니폴드를 제작하는 비용이 줄어든다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 분사 채널은 절반 쉘의 형태로 되어 있다.

바람직하게는, 분사 채널의 개방면은 상기 매니폴드 하우징의 출력면에 평행하게 연장되어 있다. 따라서, 개방면은 매니폴드 외부의 요소를 설치하여 상기 매니폴드 하우징의 입력면 또는 출력면으로부터 직접 폐쇄될 수 있다. 더 바람직하게는, 분사 채널의 개방면은 상기 매니폴드 하우징의 입력면 또는 출력면과 동일 평면 내에 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 분사 채널은 재순환 배출 가스의 유동을 매니폴드 하우징 내로 분사하도록 배치되어 있는 적어도 하나의 분사 오리피스를 포함한다. 바람직하게는, 그 오리피스는 재순환 배출 가스의 유동을 흡입 가스 유동의 반대 방향으로 분사하도록 배향된다. 따라서, 흡입 가스 유동에 대한 재순환 배출 가스 유동의 대향류식 순환에 의해, 혼합물의 균질화를 향상시키는 상당한 난류가 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 매니폴드 하우징은 재순환 배출 가스가 통과하는 관통 오리피스를 포함하며, 분사 채널은 그 관통 오리피스 내로 개방되어 있다. 따라서, 개방된 분사 채널은 출력 매니폴드 안에서 어떠한 공동부도 형성함이 없이 관통 오리피스 내로 개방되어 있으며, 이리 하여, 주형 코어를 필요로 하지 않는 주조법으로 밸브 연결 수단을 갖는 매니폴드를 형성할 수 있다.

바람직하게는, 매니폴드 하우징은, 흡입 가스 유동의 순환시키도록 구성된 본체와, 재순환 배출 가스를 위한 흡입 밸브를 설치하도록 되어 있고 재순환 배출 가스가 통과하도록 되어 있는 관통 오리피스가 형성되어 있는 안착부를 구비하는 연장체를 포함한다.

더 바람직하게는, 재순환 배출 가스가 통과하는 상기 관통 오리피스는 매니폴드 하우징의 출력면에 수직하게 연장되어 있다.

본 발명은 또한 흡입 가스의 유동과 재순환 배출 가스의 유동을 차량의 열 엔진의 실린더 헤드 내로 흡입시키기 위해 그 두 유동을 혼합하기 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는 가스 냉각 열교환 다발을 포함하는 열교환기 및 전술한 바와 같은 실린더 헤드의 가스 분배 매니폴드를 포함한다.

본 발명은 또한 차량의 열 엔진의 실린더 헤드 및 실린더 헤드의 가스 분배 매니폴드의 어셈블리에 관한 것으로, 이 어셈블리는, 두개의 상보적인 부분으로 형성되며 엔진에서 나온 재순환 배출 가스의 유동을 흡입 가스의 유동 내로 분사하기 위한 관형 덕트를 포함하며, 상기 분사 덕트는 매니폴드에 의해 규정되는 제 1 부분 및 실린더 헤드에 의해 규정되는 제 2 부분을 포함하고, 분사 덕트의 제 1 또는 2 부분은 관형 분사 덕트를 형성하도록 상기 다른 상보적인 부분에 의해 폐쇄되도록 구성된 개방면을 포함한다.

본 발명에 의하면, 재순환 배출 가스의 유동은 출력 매니폴드의 출력부에서 직접 분사되는데, 이렇게 하면 유리하게도, 혼합물이 엔진의 실린더 내로 들어가기 전에, 재순환 배출 가스의 유동과 냉각된 흡입 가스의 유동을 혼합할 수 있다.

바람직하게는, 상기 어셈블리의 분배 매니폴드는 전술한 바와 같은 분배 매니폴드이다.

제 1 양태에 따르면, 실린더 헤드는 실린더 헤드 몸체를 포함하고, 이 실린더 헤드 몸체는 출력 매니폴드의 분사 채널의 개방면을 폐쇄하도록 배치되어 있는 편평한 표면을 포함한다.

제 2 양태에 따르면, 실린더 헤드는 실린더 헤드 몸체를 포함하고, 이 실린더 헤드 몸체는 관형 분사 덕트를 형성하도록 출력 매니폴드의 분사 채널의 개방면을 폐쇄하도록 배치되는 실린더 헤드 채널을 포함하며, 상기 관형 분사 덕트의 부피는 매니폴드와 실린더 헤드 사이에서 분할되어 있다.

따라서, 하나의 동일한 출력 매니폴드가 다른 종류의 실린더 헤드에 설치될 수 있다. 이러면, 재순환 배출 가스의 분사를 엔진의 필요에 따라 적합하게 할 수 있다.

제 3 양태에 따르면, 실린더 헤드는 엔진에서 나온 재순환 배출 가스의 유동을 흡입 가스의 유동 내로 분사하기 위한 채널을 포함하고, 이 분사 채널은 개방면을 포함하고, 분배 매니폴드는 실린더 헤드의 분사 채널의 개방면을 폐쇄하도록 배치되는 매니폴드 하우징을 포함한다.

본 발명의 이 양태에 따르면, 재순환 배출 가스의 유동은 엔진의 실린더 헤드에서만 순환하고, 출력 매니폴드는 단순히 실린더 헤드의 분사 채널을 폐쇄한다.

바람직하게는, 실린더 헤드는 엔진의 실린더에 대한 공급을 하기 위해 가스를 실린더 헤드 내로 흡입시키기 위한 덕트를 포함하며, 실린더 헤드의 분사 덕트는 분사 채널을 분사 덕트에 연결하는 분사 수단을 포함한다.

본 발명은 또한 차량의 열 엔진의 실린더 헤드 및 흡입 가스의 유동과 재순환 배출 가스의 유동을 실린더 헤드 내로 흡입시키기 위해 그 두 유동을 혼합하기 위한 장치의 어셈블리에 관한 것으로,

상기 장치는,

가스 냉각 열교환 다발을 포함하는 열교환기; 및

실린더 헤드의 가스 분배 매니폴드를 포함하며,

상기 매니폴드는,

흡입 가스의 유동을 위한 입력면 및 엔진의 실린더 헤드 내로 개방되어 있는 출력면을 포함하는 매니폴드 하우징; 및

엔진에서 나온 재순환 배출 가스의 유동을 흡입 가스의 유동 내로 분사하기 위한 채널을 포함하고,

상기 매니폴드 하우징과 분사 채널은 단일체형 어셈블리를 형성하며,

상기 분사 채널은 개방면을 가지며, 매니폴드는 그 개방면이 관형 분사 덕트를 형성하도록 상기 실린더 헤드에 의해 폐쇄되도록 구성되어 있다.

첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 장치의 바람직한 실시 형태에 대한 이하의 설명을 사용하여 본 발명을 더 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술(이미 논의되었음)에 따른 엔진 실린더 헤드의 가스 혼합 장치의 사시도,
도 2는 단면이 장치(이미 논의되었음)내에서의 가스 순환 방향으로 취해진 도 1의 장치의 종단면도,
도 3은 입력 매니폴드, 열교환기, 출력 매니폴드 및 재순환 배출 가스를 장치 내로 들여 보내기 위한 흡입 밸브를 포함하는, 실질적으로 전방에서, 즉 실린더 헤드 측에서 본, 본 발명에 따른 가스 혼합 장치의 사시도,
도 4는 실질적으로 후방에서 본, 도 3의 혼합 장치의 사시도,
도 5는 단면이 장치내 가스의 순환 방향으로 취해진, 엔진 실린더 헤드의 제 1 실시 형태와 관련된 도 3의 장치의 출력 매니폴드의 종단면도,
도 6은 단면이 장치내 가스의 순환 방향으로 취해진, 엔진 실린더 헤드의 제 2 실시 형태와 관련된 도 3의 장치의 출력 매니폴드의 종단면도,
도 7은 도 3의 장치의 재순환 배출 가스 흡입 밸브의 종단면도,
도 8은 실질적으로 전방에서 본, 도 3의 출력 매니폴드의 사시도.

도 3을 참조하면, 차량의 열 엔진의 실린더 헤드(도 5 및 도 6에 도시되어 있음)에서 가스 유동을 혼합 및 분배하기 위한 장치(10)는 열교환 다발을 포함하는 열교환기(2)를 포함하며, 상기 열교환 다발은 이 열교환 다발 내에서 순환하는 제 1 가스 유동(G)(여기서는 공기를 포함하는 흡입 가스의 유동)과 열교환하도록 배치되어 있다.

이하, 용어 "상류(upstream)" 및 "하류(downstream)"는 혼합 장치(10)에서 흡입 가스 유동(G)의 순환 방향에 대해 정의되는 것이며, 흡입 가스(G)는 도 3 및 도 4에 도시되어 있는 가스의 순환 방향(X)으로 장치(10) 내에서 상류에서 하류로 순환된다.

흡입 가스(G)는 열교환기(2)의 상류에 설치되는 입력 매니폴드(1)에 의해 열교환기(2) 내로 도입되어 출력 매니폴드(3)(분배 매니폴드(3)라고도 한다)를 통해 배출되며, 이 출력 매니폴드는 열교환기(2)의 하류에 설치되며 엔진의 실린더 헤드(4)에 연결된다. 분배 매니폴드(3)로 인해, 열교환기(2)에서 나온 냉각된 가스 유동(G)이 실린더 헤드(4)에 분배 흡입될 수 있다.

혼합 장치(10)는 엔진에서 나온 재순환 배출 가스 유동(H)(당업자에게는 영어 약자 "EGR"(exhaust gas recirculation)로 알려져 있음)을 분사하기 위한 덕트(8)를 또한 포함한다.

혼합 장치(10)의 제 1 실시 형태에서, 도 5 및 도 6을 참조하면, 재순환 배출 가스 유동(H)을 실린더 헤드(4)의 상류에서 흡입 가스 유동(G) 내로 분사하기 위해 상기 분사 덕트(8)는 출력 매니폴드(3)와 실린더 헤드(4) 사이에 형성된다.

본 발명을 명확히 이해하기 위해, 본 발명에 따른 혼합 장치의 각 요소를 그의 구조와 기능 모두의 면에서 개별적으로 설명할 것이다.

열교환기

도 3 및 도 4를 참조하면, 열교환기(2)는 복수의 적층형 열교환 요소(미도시)를 포함하는 열교환 다발을 싸고 있는 열교환기 하우징(21)을 포함한다. 다발의 열교환 요소 사이의 공간은 냉각될 가스(여기서는 흡입 가스)의 유동(G)을 위한 덕트를 형성한다. 다발의 열교환 요소는 속이 비어 있으며 열전달 유체를 이송하도록 되어 있으며, 이 열전달 유체는 유체 덕트에서 상류에서 하류로 순환되는 냉각될 가스 유동(G)과 열교환하게 된다.

상기 열교환 다발은 가스 순환 방향(X)으로 길이 방향으로 연장되어 있는 평행육면체의 형태로 되어 있고, 이 평행 육면체는 냉각될 흡입 가스(G)가 도입될 때 통과하는 상류 입력면 및 냉각된 흡입 가스가 배출될 때 통과하는 하류 출력면을 포함한다.

이하, 용어 "정상(top)", "바닥(bottom)", "좌측(left)" 및 "우측(right)"은 도 3의 사시도에 도시되어 있는 혼합 장치(10)의 방향에 대해 또한 직교 좌표계(X, Y, Z)에 따라 정의되는 것이며, X 축은 상류에서 하류로 향하며 가스 유동 방향(X)에 대응하고, Y 축은 좌측에서 우측으로 향하고, Z 축은 바닥에서 정상으로 향하는데, 즉 장치의 바닥부에서 그의 정상부로 향한다.

입력 매니폴드

도 4에 도시되어 있는 입력 매니폴드(1)는 냉각될 가스 유동(G)을 열교환 다발의 입력면의 전체 표면에 걸쳐 안내 및 분배할 수 있게 해준다. 이를 위해, 입력 매니폴드(1)는 상류에서 하류로 대략 나팔꽃 모양으로 벌어져 있는 하우징의 형태로 되어 있으며, 이 하우징의 하류 단부는 열교환기 하우징(21)의 상류 단부에 연결된다. 입력 매니폴드(1)는 열교환기(2)의 입력면 상으로 개방되어 있는 출력면, 및 예컨대 옆에 위치되어 있는, 다시 말해, 출력면에 수직하게 위치되는 평면 내에 위치되는 입력 오리피스(11)를 포함하며, 냉각될 흡입 가스(G)는 그 입력 오리피스를 통해 입력 매니폴드(1) 내로 도입된다.

분배 매니폴드

도 4 및 도 8을 참조하면, 열교환기(2)의 하류에 설치되는 분배 매니폴드(3)(출력 매니폴드(3)라고도 함)는 흡입 가스(G) 입력면(3A)(열교환기(2)의 열교환 다발의 출력면이 그 입력면 내로 개방되어 있음) 및 실린더 헤드(4)의 가스 흡입 면에 연결되는 출력면(3B)을 포함한다.

출력 매니폴드(3)는 이 출력 매니폴드(3)의 입력면(3A)으로부터 도입된 가스를 출력면(3B)을 통해 엔진의 실린더 헤드(4)로 안내하는 매니폴드 하우징(31)을 포함한다.

앞에서 언급한 바와 같이, 혼합 장치(10)의 관형 분사 덕트(8)는 출력 매니폴드(3)와 실린더 헤드(4) 사이의 계면에 배치된다. 관형 분사 덕트(8)는 별개의 두 부분, 즉 출력 매니폴드의 하우징(31)에 부착되는 제 1 부분 및 엔진의 실린더 헤드(4)에 부착되는 제 2 부분으로 형성된다.

혼합 장치(10)의 이 실시 형태에서, 관형 분사 덕트(8)에 있어서 출력 매니폴드(3)의 하우징(31)에 부착되는 부분은 재순환 배출 가스 분사 채널(6)의 형태로 되어 있다. 이 분사 채널(6)은 두 가스 유동(G, H)이 혼합되도록 재순환 배출 가스 유동(H)을 냉각된 가스 유동(G) 내로 분사하도록 배치된다. 이 실시예에서, 분사 채널(6)은 도 3에 도시된 바와 같이 매니폴드 하우징(31)의 내부에서 출력 매니폴드(3)의 하류 단부에서 매니폴드 하우징(31)의 정상벽을 따라 연장되어 있다. 여기서 분사 채널(6)은 매니폴드 하우징(31)의 정상벽의 전체 길이에 걸쳐 좌측에서 우측으로 직선적으로 연장되어 있다.

도 8을 참조하면, 매니폴드 하우징은 흡입 가스 유동(G)을 순환시키기 위한 본체 및 흡입 밸브(5)의 설치를 위한 안착부(36)를 포함하는 연장체를 포함한다.

도 8을 참조하면, 출력 매니폴드(3)는 엔진에서 오는 재순환 배출 가스 유동(H)을 흡입하기 위한 입력부를 포함한다. 상기 흡입 입력부는 재순환 배출 가스가 통과할 수 있도록 예컨대 방향(X)으로 매니폴드 하우징(31)을 통과하는 관통 오리피스(35)의 형태로 되어 있으며, 관통 오리피스(35)는 상기 연장체의 안착부(36)에 형성된다. 도 7에 상세히 도시되어 있는 흡입 밸브(5)는 개방 후에 출력 매니폴드(3)의 분사 채널(6)에서 재순환 배출 가스 유동(H)의 일부가 통과할 수 있도록 출력 매니폴드(3)의 흡입 오리피스(35)에 수용되는 흡입 밸브체(51)를 포함한다. 이를 위해, 분사 채널(6)은 그의 좌측 단부에서, 출력 매니폴드(3)의 연장체의 흡입 오리피스(35) 내로 개방되어 있는 입력 오리피스(66)를 포함한다.

도 8을 참조하면, 유리하게는, 다이 캐스팅법으로 얻어지는 출력 매니폴드(3)의 주형 제거가 가능하게 되도록 분사 채널(6)의 입력 오리피스(66)는 방향(Y)에 대해 경사져 있다. 그러나, 분사 채널(6)의 입력 오리피스(66)는 방향(Y)으로도 연장될 수 있는데, 그러면 다이 캐스팅법에는 공동부 형성 수단이 사용되어야 한다. 그러나, 이러한 공동부 형성 수단은 짧은 길이(여기서는 직경값 정도)를 갖는 오리피스에 대해서만 사용될 수 있다.

도 5를 참조하면, 분사 채널(6)은 절반 쉘(half-shell)의 형태로 되어 있으며, 방향(X)으로 연장되어 있는 외벽(61), 방향(Y)으로 연장되어 있는 바닥벽(62) 및 방향(X)으로 연장되어 있는 내벽(63)을 포함한다.

분사 채널(6)의 외벽(61)은 여기서 매니폴드 하우징(31)의 벽으로 형성된다. 바닥벽(62)과 내벽(63)은 매니폴드 하우징(31)에서 연장되어 있으며, 내벽(63)은 외벽(61)에 실질적으로 평행하게 연장되어 있고, 바닥벽(62)은 상기 내벽(63)과 외벽(61)을 연결한다. 다시 말해, 분사 채널(6)은 U 형 단면을 갖는데, 여기서 U의 개방 단부는 하류 방향으로 향한다. 분사 채널(6)은 그의 좌측 단부에서 평면(X, Z)에 실질적으로 평행하게 연장되어 있는 좌측 벽(67)에 의해 폐쇄되어 있으며, 재순환 배출 가스의 통과를 위한 관통 오리피스(35)의 부피와 분사 채널(6)의 부피를 연결하기 위해 상기 좌측 벽에는 입력 오리피스(66)가 뚫려 있다. 분사 채널(6)은 그의 우측 단부에서는 평면(X, Z)에 실질적으로 평행하게 연장되어 있는 우측 벽(68)으로 폐쇄되어 있으며, 이 우측 벽은 매니폴드 하우징(31)의 우측 횡벽에서 규정된다.

분사 채널(6)은 U의 개방 단부에 대응하는 개방면(6B)을 포함하며, 이 개방면은 관형 분사 덕트(8)를 형성하도록 실린더 헤드(4)에 의해 폐쇄되도록 되어 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 분사 채널(6)의 개방면(6B)은 매니폴드 하우징(31)의 출력면(3B)과 동일 평면 내에 있다. 다시 말해, 분사 채널(6)의 내벽(63)의 하류 단부는 방향(X)으로 길이 방향으로 출력 매니폴드(3)의 출력면(3B)까지 연장되어 있다.

분사 채널(6)의 형태 때문에, 출력 매니폴드(3)는 다이 캐스팅 주조법으로 얻어질 수 있는데, 이 주조법에서는 출력 매니폴드(3)의 형태와 치수를 규정하는 금형들 사이에 용융 금속이 가압하에 주입된다. 개방면(6B)을 포함하고 공동부를 갖지 않는 분사 채널(6)의 형태로 인해, 출력 매니폴드(3)는 주형 코어가 필요 없이 형성될 수 있다.

분사 채널(6)을 형성하기 위해, 제 1 주조 금형은 분사 채널(6)의 상류 표면 에 합치되도록 형성되는 반면, 제 2 주조 금형은 분사 채널의 하류 표면에 합치되도록 형성된다. 그래서 분사 채널(6)은 간단하게 또한 신속하게 형성된다. 다이 캐스팅법을 사용하면, 출력 매니폴드(3)의 제작 시간을 단축할 수 있고 따라서 그러한 출력 매니폴드(3)의 가격을 줄일 수 있어 매우 유리하다.

도 3을 참조하면, 분사 덕트(6)는 가스 순환 방향(X)을 가로질러 연장되어 있고, 또한 냉각된 가스 유동(G) 내로 재순환 배출 가스 유동(H)을 분사하기 위해 분사 채널(6)에 형성된 분사 수단을 포함한다. 도 3을 참조하면, 이 분사 수단은 상류 방향으로 배향되는 복수의 분사 오리피스(65)의 형태로 되어 있다. 다시 말해, 이들 분사 오리피스(65)는 상당한 난류를 형성하기 위해 흡입 가스 유동(G)에 대해 대향류 방식으로 배향된다. 이렇게 하면 유리하게도, 배출 가스 유동(H)에 의한 상기 냉각된 가스 유동(G)의 전단(shearing)을 촉진시킬 수 있다.

여기서 복수의 분사 오리피스를 설명했지만, 상기 분사 수단은 또한 길이 방향 슬롯의 형태도 취할 수 있음은 물론이다.

출력 매니폴드는 유리하게는 다이 캐스팅법으로 형성될 수 있고 또한 전방에서, 즉 출력 매니폴드의 출력면(3B)에서 주형으로부터 제거될 수 있다. 이 실시예에서는, 주형에서 출력 매니폴드(3)를 제거한 다음에 분사 채널의 분사 오리피스(65)를 기계 가공한다.

앞에서 언급한 바와 같이, 분사 덕트(8)는 분사 채널(6)의 개방면(6B)을 폐쇄하는 실린더 헤드(4)에 부착되는 부분을 포함한다.

엔진 실린더 헤드

도 5 및 도 6을 참조하면, 엔진의 실린더 헤드(4)는 실린더 헤드 몸체(41)를 포함하며, 이 몸체 안에는 출력 매니폴드(3)에서 나온 가스를 엔진의 실린더에 전달하도록 배치되는 흡입 덕트(42)가 형성되어 있다. 이 흡입 덕트(42)는 입력면(4A)을 가지며, 이 입력면의 치수는 출력 매니폴드(3)의 출력면(3B)에 대응한다.

도 5에 도시되어 있는 실린더 헤드의 제 1 실시 형태에 따르면, 실린더 헤드(4)에 부착되는 분사 덕트(8)의 제 2 부분은 실린더 헤드 몸체(41)의 편평한 표면(43)으로 형성된다.

도 5를 참조하면, 출력 매니폴드(3)를 실린더 헤드(4)와 결합할 때, 매니폴드(31)의 하우징의 하류 단부에 형성되어 있는 분사 채널(6)은 실린더 헤드 몸체(41)의 편평한 표면(43)과 접촉하게 되고, 실린더 헤드(4)의 편평한 표면(43)은 분사 채널(6)의 개방면(6B)을 폐쇄하여 관형 분사 덕트(8)를 형성하게 되며, 이 덕트는 상류에서 분사 채널(6)로 형성되며 하류에서는 실린더 헤드 몸체(41)의 편평한 표면(43)으로 형성된다. 관형 덕트(8)는 실질적으로 U 형인 단면을 갖는다.

실린더 헤드(4)의 제 2 실시 형태를 도 6을 참조하여 설명한다. 도 5의 요소와 동일하거나 등가적이거나 유사한 구조 또는 기능을 갖는 요소들을 설명하기 위해 사용되는 참조 번호는 설명의 단순화를 위해 동일하다. 더욱이, 도 5의 실시 형태의 모든 설명이 반복되는 것은 아니고, 호환성이 있을 때는 그 설명은 도 6의 요소에도 적용된다. 주목해야 할 구조와 기능의 차이에 대해서만 설명한다.

도 6에 도시되어 있는 실린더 헤드의 제 2 실시 형태에 따르면, 실린더 헤드(4)에 부착되는 분사 덕트(8)의 제 2 부분은 실린더 헤드 채널(44)로 형성되는데, 이 채널은 분사 채널(6)에 상보적인 절반 쉘의 형태로 되어 있다.

계속 도 6을 참조하면, 실린더 헤드 채널(44)은 실린더 헤드 몸체(41)에 형성되어 있고, 방향(X)으로 연장되어 있는 외벽(441), 방향(Y)으로 연장되어 있는 바닥벽(442) 및 방향(X)으로 연장되어 있는 내벽(443)을 포함한다. 분사 채널(6)과 실린더 헤드 채널(44)은 형태 상보적으로 서로 협력하여 관형 분사 덕트(8)를 형성하게 된다. 이를 위해, 출력 매니폴드(3)가 실린더 헤드(4)에 설치되면, 분사 채널(6)과 실린더 헤드 채널(44)의 외벽(63, 443) 및 내벽(61, 441)은 연속적으로 되어, 도 6에 도시된 바와 같이 실질적으로 타원형인 단면을 갖는 관형 덕트를 형성하게 된다.

실린더 헤드(4)의 이 제 2 실시 형태에서, 실린더 헤드 채널(44)에 의해, 출력 매니폴드(3)와 실린더 헤드(4) 사이의 부피가 분할되어 관형 분사 덕트(8)의 부피가 증가될 수 있다. 분사 채널(6)을 폐쇄시키기 위해 다양한 형태의 실린더 헤드(4)를 사용할 수 있음은 물론이다.

여기서 출력 매니폴드(3)와 실린더 헤드(4)는 예컨대 나사 결합 등과 같은 기계적인 수단으로 서로에 부착된다.

여기서, 본 발명은 분사 덕트(8)가 분배 매니폴드(3)와 엔진의 실린더 헤드(4) 사이에 형성되는 경우로 설명되었다. 하지만, 관형 분사 덕트(8)는 분배 매니폴드(3)와 열교환기(2) 사이에 형성될 수도 있다.

이에 대한 대안예에 따르면, 출력 매니폴드(3)의 제 2 실시 형태에서, 분사 채널(6)은 출력 매니폴드(3)의 상류 단부에 형성되고, 열교환기 하우징(21)으로 폐쇄될 수 있도록 출력 매니폴드(3)의 입력면(3A)과 동일 평면 내에 있는 개방면을 포함한다. 이 대안예에 따르면, 열교환기 하우징은 편평한 표면, 또는 전술한 바와 같은 실린더 헤드(4)의 방식으로 분사 채널(6)을 폐쇄하기 위해 출력 매니폴드(3)의 분사 채널(6)에 상보적인 열교환기 채널을 포함할 수 있다.

일반적으로, 배출 가스 유동(H)의 분사 영역에서 그 배출 가스를 더욱더 균일하게 분배하기 위해, 분사 덕트(8)의 분사 수단은 매니폴드 하우징(31)의 여러 측으로 개방될 수 있다.

본 발명의 제 3 실시 형태(미도시)에 따르면, 관형 분사 덕트(8)는 출력 매니폴드(3)와 엔진의 실린더 헤드 사이의 계면에 형성되고, 분사 채널은 엔진의 실린더 헤드(4)에 형성되고 출력 매니폴드(3)로 폐쇄되도록 구성된 개방면을 갖는다.

출력 매니폴드(3)는 실린더 헤드의 상기 분사 채널을 상보적인 부분을 포함하며, 이 상보적인 부분은 매니폴드 하우징(31)의 하류 단부에 형성되고 또한 상기 하우징(31)의 재료 두께로 규정되는데, 즉 흡입 가스 유동(G)의 외부에 규정된다. 상보적인 폐쇄 부분은 분사 덕트(8)의 부피를 증가시키기 위해 하류 방향으로 개방되어 있는 U 형 단면 또는 편평한 표면에 의해 분사 채널의 개방면을 폐쇄하기 위해 곧은 부분을 가질 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 이 제 3 실시 형태는, 실린더 헤드(4)에 형성된 분사 채널을 폐쇄하는 것이 출력 매니폴드(3)라는 점을 제외하고는, 도 5의 실시 형태와 같다. 실린더 헤드(4)에 형성되어 있는 분사 채널을 폐쇄시키기 위해 다양한 형태의 출력 매니폴드(3)를 사용할 수 있음은 물론이다.

이 제 3 실시 형태에서, 실린더 헤드(4)의 분사 채널은 실린더 헤드의 내부에 있는 재순환 배출 가스 공급계(당업자에게 알려져 있음)에 연결된다. 앞의 실시 형태와 유사하게, 분사 채널은 오리피스 또는 슬롯의 형태를 취할 수 있는 분사 수단을 포함한다. 이 실시 형태에서, 분사 수단은 실린더 헤드(4)의 흡입 덕트(42)에 분사 채널을 연결하기 위해 실린더 헤드 몸체(41)에 형성된다. 그래서, 엔진에서 나온 재순환 배출 가스는 출력 매니폴드(3)에서 재순환됨이 없이 실린더 헤드로부터 흡입 가스 유동 내로 직접 재분사된다.

여기서 분배 매니폴드와 실린더 헤드(4)는 예컨대 용접, 경납땜 또는 나사 결합 등과 같은 기계적인 수단으로 서로에 부착된다.

이제 본 발명의 실시예를 도 5를 참조하여 설명한다.

실시예

본 발명에 따른 혼합 장치(10)의 작동 중에, 냉각될 흡입 가스 유동(G)이 입력 매니폴드(1)의 입력 오리피스를 통해 도입되어, 가스의 순환 방향(X)으로 열교환 다발에서 상류에서 하류로 순환하여 냉각된다. 그런 다음, 냉각된 흡입 가스 유동(G)은 출력 매니폴드(3)에서 순환된다.

출력 매니폴드(3)의 출력면(3B)에서, 냉각된 흡입 가스 유동(G)은, 냉각된 가스 유동의 방향의 반대 방향으로 분사되는 재순환 배출 가스 유동(H)에 의해 전단된다. 가스(H, G)의 합류 영역에서 전단에 의해 발생되는 난류는, 가스 유동을 혼합하여 실린더 헤드(4)를 통해 엔진의 실린더 내로 들어가는 균질한 가스 유동을 형성하는데 유리하다.

따라서, 본 발명에 따른 장치는 컴팩트성, 효과성 및 효율성을 함께 가지면서 엔진의 실린더 헤드(4)에 들어가는 균질한 가스 혼합물을 얻을 수 있게 해준다. 또한, 본 장치는 간단하게 또한 빠르게 설치될 수 있다.

출력면 또는 출력 매니폴드(3)의 입력면과 동일 평면 내에 있는 개방면을 포함하는 분사 채널을 가지고 본 발명을 설명했다. 이 개방면은 하지만 동일 평면 내에 있지 않고 상기 입력면과 출력면 중의 한 면에만 평행할 수 있음은 물론이다. 다시 말해, 개방면은 그 면에 대해 축선 방향으로 오프셋된다. 그러면, 열교환기 또는 실린더 헤드에 형성되는 분사 덕트의 상보적인 부분은, 매니폴드의 분사 채널의 개방면을 폐쇄하도록 실린더 헤드의 입력면 또는 매니폴드의 출력면에 대해 축선 방향으로 오프셋된다. 또한, 분사 채널의 개방면은 매니폴드의 출력면이나 입력면에 대해 경사질 수 있는데, 중요한 점은, 그 개방면이 엔진 실린더 헤드(4), 열교환기(2) 또는 출력 매니폴드(3)의 외부에 있는 다른 요소에 의해 폐쇄되어 관형 분사 덕트(8)를 형성하도록 적합하게 되어 있어야 한다는 것이다. 바람직하게는, 외부 요소는 출력 매니폴드의 입력면 또는 출력면을 통해 분사 채널을 폐쇄한다.

Claims

차량의 열 엔진의 실린더 헤드(4)와, 흡입 가스 유동(G)과 열 엔진으로부터의 재순환 배출 가스 유동(H)을 혼합해서, 얻어진 혼합 가스를 실린더 헤드(4) 내에 흡입시키는 혼합 장치를 포함하는 어셈블리에 있어서,
상기 어셈블리는, 상기 재순환 배출 가스 유동(H)을 상기 흡입 가스 유동(G)에 분사하기 위해 상기 실린더 헤드(4)와 상기 혼합 장치를 접촉시킴으로써 형성되는 관형 분사 관로(8)를 추가로 포함하고,
상기 혼합 장치는, 흡입 가스 유동(G)을 냉각하기 위한 열교환 다발을 구비하는 열교환기(2)와, 상기 실린더 헤드(4)에 상기 혼합 가스를 분배하기 위한 매니폴드(3)를 포함하고,
상기 매니폴드(3)는, 상기 흡입 가스 유동(G)을 위한 입력면(3A) 및 열 엔진의 실린더 헤드(4) 내로 개방되어 있는 출력면(3B)을 포함하는 매니폴드 하우징(31)을 포함하며,
상기 관형 분사 관로(8)는, 두개의 상보적인 부분으로 형성되고, 상기 두개의 상보적인 부분은 매니폴드(3)에 의해 형성되는 제 1 부분과, 상기 실린더 헤드(4)에 의해 형성되는 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 부분의 양자 또는 하나는 상기 제 1 및 제 2 부분을 대향 배치할 때 폐쇄되어 상기 관형 분사 관로(8)를 형성하도록 구성된 개방면(6B)을 포함하고,
상기 제 1 부분은, 상기 재순환 배출 가스 유동(H)을 상기 흡입 가스 유동(G) 내에 분사하기 위한 분사 채널(6)을 포함하고, 상기 매니폴드 하우징(31)과 상기 분사 채널(6)은 단일체형 어셈블리를 형성하고, 또 상기 분사 채널(6)은 상기 매니폴드 하우징(31)의 출력면(3B)과 평행하게 연장하며, 상기 분사 채널(6)은 상기 개방면(6B)을 포함하고,
상기 매니폴드 하우징(31)은, 상기 흡입 가스 유동(G)이 통과하는 본체와, 상기 출력면(3B)에 평행하게 마련된 연장체를 구비하며, 상기 연장체는, 상기 재순환 배출 가스 유동(H)을 위한 흡입 밸브(5)를 장착하기 위한 안착부(36)를 포함하고, 상기 안착부(36)에는 상기 출력면(3B)과 직각 방향으로 연장하는 관통 오리피스(35)가 형성되어 있고, 상기 관통 오리피스(35)는 상기 분사 채널(6)에 연통하며, 또 상기 흡입 밸브(5)의 제어에 의해 상기 재순환 배출 가스 유동(H)을 통과시키도록 구성되고,
상기 재순환 배출 가스 유동(H)은, 상기 매니폴드 하우징(31)의 출력면(3B)에 대향하는 방향으로부터 상기 안착부(36)의 관통 오리피스(35)에 도입되고, 상기 분사 채널(6)로 인도되는
어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 매니폴드(3)와 상기 분사 채널(6)은 다이 캐스팅 주조법으로 얻어지는
어셈블리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 분사 채널(6)은 절반 쉘의 형태로 되어 있는
어셈블리.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 분사 채널(6)의 개방면(6B)은 상기 매니폴드 하우징(31)의 출력면(3B)과 동일 평면 내에 있는
어셈블리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 분사 채널(6)은 재순환 배출 가스 유동(H)을 상기 매니폴드 하우징(31) 내로 분사하도록 배치되어 있는 적어도 하나의 분사 오리피스(63)를 포함하는
어셈블리.
삭제
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삭제
삭제
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삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 실린더 헤드(4)는 실린더 헤드 몸체(41)를 포함하고, 상기 실린더 헤드 몸체(41)는 상기 매니폴드(3)의 분사 채널(6)의 개방면(6B)을 폐쇄하도록 배치되어 있는 편평한 표면(43)을 포함하는
어셈블리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 실린더 헤드(4)는 실린더 헤드 몸체(41)를 포함하고, 상기 실린더 헤드 몸체(41)는 관형 분사 관로(8)의 일부를 형성하도록 상기 매니폴드(3)의 분사 채널(6)의 개방면(6B)을 폐쇄하게 배치되는 실린더 헤드 채널(44)을 포함하며, 상기 관형 분사 관로의 부피는 상기 매니폴드(3)의 분사 채널(6)과 상기 실린더 헤드(4)의 헤드 채널(44) 사이에서 분할되어 있는
어셈블리.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 실린더 헤드(4)는 상기 열 엔진에서 나온 재순환 배출 가스 유동(H)을 흡입 가스 유동(G) 내로 분사하기 위한 분사 채널을 포함하고, 상기 실린더 헤드(4)의 분사 채널은 개방면을 포함하고, 상기 매니폴드 하우징(31)은 상기 실린더 헤드(4)의 분사 채널의 개방면을 폐쇄하도록 배치되는
어셈블리.