KR102276270B1 - 엔진 장치 - Google Patents

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마사토 스기모토
고타 다카마츠
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얀마 파워 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

본원 발명의 엔진 장치는, 실린더 헤드 (2) 측면에 고정된 흡기 매니폴드 (3) 에 가스 인젝터 (13) 가 장착되어 있다. 가스 인젝터 (13) 로부터 분사된 연료 가스를 흡기 매니폴드 (3) 에서 예혼합하여 복수의 기통 내에 공급하고, 점화 장치 (12) 로 점화시킨다. 흡기 매니폴드 (3) 가, 공기 공급측의 흡기 집합관 (32) 으로부터 기통에 연통되는 복수의 흡기 지관 (31) 을 분기시킨 구조를 갖는다. 흡기 지관 (31) 이 굴곡부 (40) 를 가지고 있고, 흡기 지관 (31) 의 굴곡부 (40) 에 있어서, 실린더 헤드 (2) 측이 되는 내측 내벽 (42) 이 예각으로 굴곡되어 있다.

Description

엔진 장치
본 발명은, 각종 차량이나 화물 수송용 컨테이너 등에 탑재하는 엔진 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연료 가스에 의한 연소에 기초하여 출력축을 회전시키는 엔진 장치에 관한 것이다.
종래, 연료 가스와 공기의 혼합기를 점화 장치 (점화 플러그) 로 착화하여 구동되는 가스 엔진이 제공되고 있다 (예를 들어 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1 의 가스 엔진은, 흡기 매니폴드에 인젝터를 고정시키고, 인젝터로부터 분사된 연료 가스를 흡기 매니폴드에서 공기와 혼합하여, 실린더 헤드의 흡기 포트에 공급하고 있다. 또, 예혼합 가스를 점화 장치로 착화시키는 엔진 장치로서, 가솔린을 연료로 하는 가솔린 엔진도 종래부터 제공되고 있다 (특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 2001-107808호 일본 공개특허공보 2012-188937호
특허문헌 2 에 나타내는 가솔린 엔진의 경우, 공기 중에 분무되는 가솔린이 액체 연료인 점에서, 분무된 가솔린 간에 공기가 개재 가능한 점으로부터, 분무 후의 연료가 공기 중에 확산되기 쉽다. 한편, 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같은 가스 엔진의 경우, 공기 중에 분사되는 연료 가스가 기체 연료인 점에서, 연료 가스가 공기 중에 띠상의 기체층을 구성하기 때문에, 연료 가스 중으로의 공기의 개재가 어려워, 공기 중으로의 연료 가스의 확산성이 나빠진다. 특히, 가스 엔진에 대해, 특허문헌 2 에 나타내는 바와 같은 배치로 인젝션을 흡기 매니폴드에 장착한 경우, 흡기 매니폴드 중을 흐르는 공기의 흐름을 따라 연료 가스가 분사되어 버리게 되어, 혼합기의 믹싱이 나빠, 이미션의 악화를 초래할 우려가 있다.
본원 발명은, 상기와 같은 현 상황을 검토하여 개선을 실시한 엔진 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 하고 있다.
본원 발명은, 실린더 헤드 측면에 고정된 흡기 매니폴드에 가스 인젝터가 장착되어 있고, 상기 가스 인젝터로부터 분사된 연료 가스를 상기 흡기 매니폴드에서 예혼합하여 복수의 기통 내에 공급하고, 점화 장치로 점화시키는 엔진 장치에 있어서,
상기 흡기 매니폴드가, 공기 공급측의 흡기 집합관으로부터 상기 기통에 연통되는 복수의 흡기 지관을 분기시킨 구조를 가짐과 함께, 상기 흡기 지관이 굴곡부를 가지고 있고, 상기 흡기 지관의 굴곡부에 있어서, 상기 실린더 헤드측이 되는 내측 내벽이 예각으로 굴곡되어 있다는 것이다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 실린더 헤드가 실린더 블록 상면에 고정되어 있고, 상기 흡기 매니폴드는, 상기 실린더 블록 측방에 상기 흡기 집합관이 배치됨과 함께, 상기 흡기 지관이 상기 흡기 집합관으로부터 상방으로 연장 형성되어 상기 실린더 헤드 측방에 상기 굴곡부를 가지고 있고, 그 굴곡부에 상기 가스 인젝터의 가스 분사구가 삽입되는 것으로 해도 된다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 흡기 매니폴드 내에 있어서, 상기 가스 인젝터의 가스 분사구로부터 연료 가스를 분사하는 가스 분사 방향이, 상기 굴곡부에 있어서의 내측 내벽의 상면으로서 굴곡점보다 상기 실린더 헤드측이 되는 위치를 향한 방향인 것으로 해도 된다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 흡기 매니폴드 내에 있어서, 상기 굴곡부에 있어서의 외측 내벽으로서 상기 가스 분사구보다 상기 실린더 헤드측에, 상기 내측 내벽을 향해 돌출된 돌기부가 형성되어 있는 것으로 해도 된다.
상기 엔진 장치에 있어서, 가솔린 인젝터가 상기 실린더 헤드 상에 배치됨과 함께, 상기 실린더 헤드 내의 흡기 포트를 향해 상기 가솔린 인젝터의 연료 분사구가 삽입되어 있고, 상기 실린더 헤드에 있어서의 상기 연료 분사구의 삽입 부분이 상기 흡기 포트 내측을 향해 돌기되어 있는 것으로 해도 된다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 흡기 매니폴드는, 알루미늄 다이 캐스트에 의해 형성되는 것으로 해도 된다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 흡기 매니폴드는, 복수의 상기 흡기 지관이 전후 방향으로 나란히 배치됨과 함께, 상기 흡기 집합관의 전후 중앙으로서 상기 실린더 헤드와 반대측으로 장출 (張出) 된 흡기 도입부를 갖는 것으로 해도 된다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 흡기 매니폴드는, 상기 흡기 집합관의 전후 단부로부터 연장 형성된 최전 (最前) 위치 및 최후미 위치의 상기 흡기 지관 주변에 형성한 전후 1 쌍의 연결 시트를 가지고 있고, 복수의 상기 가스 인젝터에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급 레일이, 전후 1 쌍의 상기 연결 시트에 고정됨으로써, 상기 흡기 매니폴드 상방에서 전후 방향으로 연장 형성되어 있는 것으로 해도 된다.
본원 발명에 의하면, 흡기 집합관으로부터 흡기 지관으로 흘러든 공기가, 내측 내벽 및 외측 내벽 각각을 따라 흐를 때, 공기의 흐름이 예각이 되는 내측 내벽에서 갑자기 절곡되기 때문에, 내측 내벽의 하류측에서 박리가 일어난다. 이로 인해, 흡기 지관의 굴곡부에 있어서, 공기의 소용돌이가 발생하고, 이 공기의 소용돌이에 기초하는 난류의 영향으로 인해 연료 가스를 공기 내에 말려들게 하게 되어, 연료 가스의 공기에 대한 혼합이 촉진되기 때문에, 이미션의 악화를 억제할 수 있다.
본원 발명에 의하면, 가스 인젝터의 가스 분사구로부터, 흡기 매니폴드에 있어서의 굴곡부 내에 발생하는 공기의 와류를 향해 연료 가스가 분사되게 되어, 연료 가스가 공기에 혼합되기 쉬워진다. 따라서, 실린더 헤드의 흡기 포트에 공급되는 혼합기에 있어서, 연료 가스 농도의 편향이 작아지는 점에서, 기통에 있어서의 연소 이상을 억제할 수 있다.
본원 발명에 의하면, 가스 인젝터의 장착각을, 굴곡점 (모서리부) 보다 하류측 (실린더 헤드측) 을 향해 배치하게 되어, 내측 내벽의 상면 부분의 하류측에 형성되는 난류를 향해 가스 인젝터로부터 연료 가스를 분사하기 때문에, 혼합기의 믹싱을 향상시킬 수 있다.
본원 발명에 의하면, 흡기 지관의 흡기 유로를 흐르는 공기가, 가스 인젝터의 가스 분사구의 하류측에 있어서, 내측 내벽 및 돌기부에 의한 박리가 발생하여, 내측 내벽 상면 부분이나 돌기부의 하류측에 소용돌이상의 난류가 발생한다. 그 때문에, 가스 인젝터로부터의 가스 연료가, 흡기 지관의 굴곡부에 발생한 공기의 난류를 향해 분사되기 때문에, 가스 연료와 공기가 효율적으로 혼합되게 되어, 이미션의 저감을 도모할 수 있다.
도 1 은, 본원 발명의 제 1 실시형태가 되는 가스 엔진의 좌후방으로부터 본 사시도이다.
도 2 는, 동 (同) 가스 엔진의 우전방으로부터 본 사시도이다.
도 3 은, 동 가스 엔진의 확대 사시도이다.
도 4 는, 동 가스 엔진의 점화 장치와 가스 인젝터의 관계를 나타내는 사시도이다.
도 5 는, 동 가스 엔진의 흡기 매니폴드의 사시도이다.
도 6 은, 동 가스 엔진의 흡기 매니폴드와 실린더 헤드의 단면도이다.
도 7 은, 도 6 의 확대 단면도이다.
도 8 은, 동 가스 엔진의 흡기 매니폴드의 구성을 나타내는 분해 단면도이다.
도 9 는, 본원 발명의 제 2 실시형태가 되는 가스 엔진의 흡기 매니폴드와 실린더 헤드의 단면도이다.
도 10 은, 도 9 의 확대 단면도이다.
도 11 은, 동 가스 엔진의 흡기 매니폴드의 구성을 나타내는 분해 단면도이다.
도 12 는, 본원 발명의 제 3 실시형태가 되는 바이퓨엘 엔진의 확대 사시도이다.
도 13 은, 동 바이퓨엘 엔진의 점화 장치, 가스 인젝터, 및 가솔린 인젝터의 관계를 나타내는 사시도이다.
도 14 는, 동 바이퓨엘 엔진의 좌상방으로부터 본 사시도이다.
도 15 는, 동 바이퓨엘 엔진의 점화 장치 및 가솔린 인젝터의 관계를 나타내는 사시도이다.
도 16 은, 동 바이퓨엘 엔진의 흡기 매니폴드와 실린더 헤드의 단면도이다.
＜제 1 실시형태＞
이하에, 본원 발명을 구체화한 제 1 실시형태가 되는 가스 엔진 (1) 에 대해, 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 필요에 따라 특정 방향이나 위치를 나타내는 용어 (예를 들어 「좌우」「상하」등) 를 사용하는 경우에는, 가스 엔진 (1) 의 흡기 매니폴드 (3) 측을 가스 엔진 (1) 의 좌측, 가스 엔진 (1) 의 배기 매니폴드 (6) 측을 가스 엔진 (1) 의 우측, 플라이휠 하우징 (7) 측을 가스 엔진 (1) 의 전측, 전동 벨트 (18) 측을 가스 엔진 (1) 의 후측으로 표현한다. 이들 용어는 설명의 편의를 위해 사용한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 실시형태의 가스 엔진 (1) 은, 천연 가스 등의 연료 가스를 공기에 혼합시켜 연소시키는 예혼합 연소 방식에 의해 구동되는 것이다. 도 1 ∼ 도 3 에 나타내는 바와 같이, 가스 엔진 (1) 의 상부에 위치하는 실린더 헤드 (2) 의 좌측면에는 흡기 매니폴드 (3) 를 형성하고 있다. 실린더 헤드 (2) 는, 엔진 출력축 (4) (크랭크축) 과 복수의 기통 (도시 생략) 을 내장한 실린더 블록 (5) 상에 탑재되어 있다. 실린더 헤드 (2) 의 우측면에 배기 매니폴드 (6) 를 형성하고 있다. 실린더 블록 (5) 의 전후 양 측면으로부터 엔진 출력축 (4) 의 전후 돌단측 (突端側) 을 돌출시키고 있다.
가스 엔진 (1) 은, 실린더 블록 (5) 내에 복수의 기통을 직렬로 나열한 구성으로 되어 있다. 실린더 블록 (5) 내의 각 기통은, 실린더 헤드 (2) 좌측면측의 흡기 매니폴드 (3) 에 연통되어 있다. 상세한 도시는 생략하지만, 흡기 매니폴드 (3) 에는, 흡기 스로틀 밸브 (11) 를 개재하여, 외기를 제진 정화하여 도입하는 에어 클리너를 접속시키고 있다. 또, 실린더 헤드 (2) 의 상면 좌부 (흡기 매니폴드 (3) 측) 에는, 각 기통 내의 예혼합 가스에 점화하는 점화 장치 (12) 를 각 기통에 대응시켜 형성하고 있다. 각 점화 장치 (12) 는, 고전압에 의해 기통 내에 불꽃 방전을 발생시켜, 기통 내의 예혼합 가스를 연소시킨다. 예혼합 가스의 연소에 의해 각 기통 내의 피스톤이 왕복동하여, 엔진 출력축 (4) 을 회전 구동시키고, 가스 엔진 (1) 의 동력이 발생한다.
실린더 헤드 (2) 의 좌측면에 고정된 흡기 매니폴드 (3) 는, 상기 기통수와 동일 수의 흡기 지관 (31) 을 구비하고 있고, 각 흡기 지관 (31) 에 가스 인젝터 (13) 가 삽입 형성되어 있다. 기통수와 동일 수의 가스 인젝터 (13) 는, 흡기 매니폴드 (3) 상방에서 전후 (엔진 출력축 (4) 과 평행) 로 연장 형성된 연료 가스 공급 레일 (14) 과 연결되어 있다. 연료 가스 공급 레일 (14) 은, 볼트 (21) 에 의해 흡기 매니폴드 (3) 에 고정 체결되어 있다.
연료 가스 공급 레일 (14) 은, 베이퍼라이저 (기화 장치) 를 개재하여, 후술하는 가스 봄베 (100) (도 17 및 도 18 참조) 와 접속되어 있다. 가스 봄베 (100) 에는, 액체의 연료 가스가 저장되어 있고, 베이퍼라이저에 의해 가스 봄베 (100) 내의 연료 가스를 기화시킨 후, 연료 가스 공급 레일 (14) 을 통해 가스 인젝터 (13) 에 공급된다. 가스 인젝터 (13) 가 연료 가스를 흡기 지관 (31) 내에 분사함으로써, 흡기 매니폴드 (3) 내의 신기 (新氣) 와 연료 가스가, 흡기 지관 (31) 내에서 혼합 교반되어, 실린더 블록 (5) 내의 각 기통에 있어서의 흡기 포트에 공급된다. 또, 실린더 블록 (5) 내의 각 기통은, 흡기 매니폴드 (3) 뿐만 아니라, 실린더 헤드 (2) 우측면에 고정된 배기 매니폴드 (6) 에도 연통되어 있어, 각 기통에 있어서의 배기 포트를 통해 배기 매니폴드 (6) 에 배기 가스가 배기된다.
이어서, 도 3 ∼ 도 6 을 참조하여, 점화 장치 (12), 가스 인젝터 (13), 및 연료 가스 공급 레일 (14) 의 상세에 대해, 이하에 설명한다. 도 3 ∼ 도 6 에 나타내는 바와 같이, 가스 엔진 (1) 은, 실린더 헤드 (2) 측면에 고정된 흡기 매니폴드 (3) 에 가스 인젝터 (13) 가 장착되어 있다. 이 가스 엔진 (1) 은, 가스 인젝터 (13) 로부터 분사된 연료 가스를 흡기 매니폴드 (3) 에서 예혼합하여 복수의 기통 내에 공급하고, 점화 장치 (12) 로 점화시킨다.
점화 장치 (12) 는, 상단에 하네스 (도시 생략) 와 전기적으로 접속되는 커넥터 (22) 를 가짐과 함께, 중심 전극 및 접지 전극에 의한 점화부 (30) 를 하단에 가지고 있다. 점화 장치 (12) 는, 하단의 점화부 (30) 의 실린더 헤드 (2) 하방의 기통의 연소실에 위치하도록, 실린더 헤드 (2) 상면으로부터 삽입 형성되어 있다. 복수의 점화 장치 (12) (본 실시형태에서는, 4 개의 점화 장치 (12)) 는, 실린더 헤드 (2) 상면에 전후로 배치 형성되어 있다.
또, 점화 장치 (12) 는, 커넥터 (22) 하측이 점화 장치용 고정 브래킷 (23) 에 파지됨으로써, 점화 장치용 고정 브래킷 (23) 을 개재하여 헤드 커버 (15) 와 연결되어 있다. 점화 장치용 고정 브래킷 (23) 은, 전후로 긴 판상으로 구성되어 있고, 그 우측 가장자리에 볼트 구멍을 갖는 고정부 (24) 를 가짐과 함께, 그 좌측 가장자리를 절결한 파지부 (25) 를 갖는다. 파지부 (25) 에 점화 장치 (12) 가 끼워 넣어짐과 함께, 점화 장치 (12) 의 커넥터 (22) 가 점화 장치용 고정 브래킷 (23) 에 볼트 체결됨으로써, 점화 장치 (12) 가 점화 장치용 고정 브래킷 (23) 에 고정된다. 또, 점화 장치용 고정 브래킷 (23) 의 고정부 (24) 가 헤드 커버 (15) 에 볼트 체결됨으로써, 실린더 헤드 (2) 에 하단이 삽입된 점화 장치 (12) 가, 점화 장치용 고정 브래킷 (23) 및 헤드 커버 (15) 를 개재하여, 실린더 헤드 상에 고정된다.
복수의 가스 인젝터 (13) 는, 흡기 매니폴드 (3) 에 형성된 복수의 흡기 지관 (31) 각각에, 가스 분사구 (26) 가 흡기 지관 (31) 내에 삽입된 상태로 고정되어 있다. 가스 인젝터 (13) 는, 전후에 배치되는 흡기 지관 (31) 에 고정됨으로써, 흡기 매니폴드 (3) 상에 전후로 배치됨과 함께, 흡기 매니폴드 (3) 상에서 전후로 연장 형성된 연료 가스 공급 레일 (14) 과 연결되어 있다. 또, 가스 인젝터 (13) 는, 하네스 (도시 생략) 와 전기적으로 접속되는 커넥터 (29) 를 좌측면 부분에 갖는다.
연료 가스 공급 레일 (14) 은, 하측 가장자리에 복수의 가스 토출구 (27) 를 전후로 나란히 배치하고 있고, 가스 토출구 (27) 각각에 가스 인젝터 (13) 를 연결시키고 있다. 또, 연료 가스 공급 레일 (14) 의 후단에는, 상방으로 굴곡시킨 가스 흡입구 (28) 가 형성된다. 이로 인해, 후단의 가스 흡입구 (28) 를 통해 연료 가스 공급 레일 (14) 로 유입된 연료 가스가, 연료 가스 공급 레일 (14) 내를 전방을 향해 흐름으로써, 복수의 지관이 되는 가스 토출구 (27) 를 통해, 복수의 가스 인젝터 (13) 각각에 공급된다.
연료 가스 공급 레일 (14) 은, 흡기 매니폴드 (3) 에 형성한 전후 1 쌍의 연결 시트 (37) 에 고정되어, 흡기 매니폴드 (3) 를 개재하여 실린더 헤드 (2) 에 고정되어 있다. 즉, 연료 가스 공급 레일 (14) 은, 최전방에 위치하는 흡기 지관 (31) 후방에 형성된 전방 연결 시트 (37), 및, 최후미에 위치하는 흡기 지관 (31) 전방에 형성된 후방 연결 시트 (37) 각각과 볼트 (21) 체결되어 있다.
이어서, 도 5 ∼ 도 8 을 참조하여, 흡기 매니폴드 (3) 의 상세에 대해, 이하에 설명한다. 도 5 ∼ 도 8 에 나타내는 바와 같이, 흡기 매니폴드 (3) 가, 공기 공급측의 흡기 집합관 (32) 으로부터 기통 (도시 생략) 에 연통되는 복수의 흡기 지관 (31) 을 분기시킨 구조를 가지고 있다. 흡기 매니폴드 (3) 는, 매니폴드 상측 부품 (33) 과 매니폴드 하측 부품 (34) 을 결합하여 구성되어 있다. 매니폴드 상측 부품 (33) 이, 흡기 집합관 (32) 상부와 흡기 지관 (31) 을 구성하고 있고, 매니폴드 하측 부품 (34) 이, 흡기 집합관 (32) 하부를 구성하고 있다.
흡기 매니폴드 (3) 는, 복수의 흡기 지관 (31) 이 전후 방향으로 나란히 배치됨과 함께, 흡기 집합관 (32) 의 전후 중앙으로서 실린더 헤드 (2) 와 반대측으로 장출된 흡기 도입부 (35) 를 갖는다. 즉, 흡기 집합관 (32) 의 전후 중앙부에는, 좌측방을 향해 장출된 흡기 도입부 (35) 를 가지고 있고, 흡기 도입부 (35) 상면을 개구하여, 흡기 도입구 (36) 가 형성되어 있다. 흡기 도입부 (35) 상면에 흡기 스로틀 밸브 (11) 가 상재 (上載) 고정되어 있고, 흡기 스로틀 밸브 (11) 의 공기 배출측이 흡기 도입구 (36) 와 연통되어 있다.
이와 같이 구성함으로써, 흡기 스로틀 밸브 (11) 로부터 흡기 도입부 (35) 로 유입된 공기는, 흡기 집합관 (32) 에서 전후로 나뉘어 흐르기 때문에, 전후로 나란히 배치되는 흡기 지관 (31) 에 균등하게 공기가 흐른다. 그 때문에, 복수의 흡기 지관 (31) 에는, 그 유량 및 유속이 동등해지는 공기가 흐르게 되어, 각 흡기 지관 (31) 내에 가스 인젝터 (13) 로부터 분사된 연료 가스를 공기에 균등하게 혼합시킬 수 있다. 실린더 블록 (5) 내의 각 기통에 있어서의 연소 정도의 격차를 억제하고, 엔진 출력축을 원활하게 회전 구동시킬 수 있다.
또, 흡기 도입부 (35) 는, 블로바이 가스 리턴관 (17) 이 접속되는 블로바이 가스 흡입구 (47) 를 전면에 구비하고 있다. 이로 인해, 블로바이 가스 리턴관 (17) 을 통해 흡기 도입부 (35) 에 블로바이 가스가 유입되면, 흡기 도입부 (35) 에 있어서, 흡기 스로틀 밸브 (11) 로부터 공급되는 공기와 블로바이 가스가 혼합된다. 그리고, 블로바이 가스와 공기의 혼합기가, 흡기 도입부 (35) 로부터 흡기 집합관 (32) 에 공급된다.
복수의 흡기 지관 (31) 각각의 혼합기 배출측에는, 실린더 헤드 (2) 좌측면에 볼트 (39) 에 의해 연결 고정되는 연결용 플랜지 (38) 가 형성되어 있고, 전후로 인접하는 흡기 지관 (31) 이 연결용 플랜지 (38) 에 의해 연결되어 있다. 흡기 매니폴드 (3) 는, 흡기 집합관 (32) 의 전후 단부로부터 연장 형성된 최전 위치 및 최후미 위치의 흡기 지관 (31) 주변에 형성한 전후 1 쌍의 연결 시트 (37) 를 가지고 있다. 복수의 가스 인젝터 (13) 에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급 레일 (14) 이, 전후 1 쌍의 연결 시트 (37) 에 고정됨으로써, 흡기 매니폴드 (3) 상방에서 전후 방향으로 연장 형성되어 있다.
즉, 연료 가스 공급 레일 (14) 은, 실린더 헤드 (2) 에 고정된 흡기 매니폴드 (3) 의 연결용 플랜지 (38) 측에 형성된 연결 시트 (37) 에, 볼트 (21) 체결에 의해 고정되어 있다. 따라서, 복수의 가스 인젝터 (13) 및 연료 가스 공급 레일 (14) 을 흡기 매니폴드 (3) 와 일체로 구성할 수 있기 때문에, 실린더 헤드 (2) 에 대한 조립성을 향상시킬 수 있다. 또, 실린더 헤드 (2) 와 흡기 매니폴드 (3) 의 연결 부분에 연료 가스 공급 레일 (14) 이 고정되게 되기 때문에, 연료 가스 공급 레일 (14) 을 고강성으로 고정시킬 수 있다.
흡기 지관 (31) 에는 굴곡부 (40) 가 형성되어 있어, 흡기 도입부 (35) 로부터 흡기 집합관 (32) 으로 유입된 공기가, 흡기 지관 (31) 을 통해 실린더 헤드 (2) 의 흡기 포트 (46) 를 향해 안내된다. 흡기 지관 (31) 의 굴곡부 (40) 에 있어서, 실린더 헤드 (2) 와 반대측 (외측) 이 되는 외측 내벽 (41) 이 매끄러운 굴곡면을 갖는 한편, 실린더 헤드 (2) 측 (내측) 이 되는 내측 내벽 (42) 이 예각으로 굴곡되어 있다. 흡기 매니폴드 (3) 의 굴곡부 (40) 의 내측 (내측 내벽 (42)) 에 예각 형상의 굴곡점 (모서리부) (45) 을 형성함으로써, 굴곡점 (45) 의 하류 부분 (내측 내벽 (42) 의 상면 부분 (44)) 에 난류가 형성되게 되어, 가스 인젝터 (13) 로부터 분사되는 연료 가스가 공기에 혼합되기 쉬워진다.
즉, 흡기 집합관 (32) 으로부터 흡기 지관 (31) 으로 흘러든 공기가, 내측 내벽 (42) 및 외측 내벽 (41) 각각을 따라 흐를 때, 공기의 흐름이 예각이 되는 굴곡점 (45) 에서 갑자기 절곡되기 때문에, 내측 내벽 (42) 의 상면 부분 (44) 에서 박리가 일어난다. 이로 인해, 흡기 지관 (31) 의 굴곡부 (40) 에 있어서, 공기의 소용돌이가 발생하고, 이 공기의 소용돌이에 기초하는 난류의 영향으로 인해 연료 가스를 공기 내에 말려들게 하게 되어, 연료 가스의 공기에 대한 혼합이 촉진되기 때문에, 이미션의 악화를 억제할 수 있다.
실린더 헤드 (2) 가 실린더 블록 (5) 상면에 고정되어 있고, 실린더 블록 (5) 측방에, 흡기 매니폴드 (3) 의 흡기 집합관 (32) 이 배치되어 있다. 또, 흡기 지관 (31) 이, 흡기 집합관 (32) 으로부터 상방으로 연장 형성되어 실린더 헤드 (2) 측방에 굴곡부 (40) 를 가지고 있고, 굴곡부 (40) 에 가스 인젝터 (13) 의 가스 분사구 (26) 가 삽입된다. 실린더 헤드 (2) 는, 굴곡부 (40) 에 가스 인젝터 고정좌 (43) 를 구비하고 있고, 가스 인젝터 고정좌 (43) 의 관통공에 가스 인젝터 (13) 의 가스 분사구 (26) 가 삽입된다. 이로 인해, 가스 인젝터 (13) 의 가스 분사구 (26) 로부터, 흡기 매니폴드 (3) 에 있어서의 굴곡부 (40) 내에 발생하는 공기의 와류를 향해 연료 가스가 분사되게 되어, 연료 가스가 공기에 혼합되기 쉬워진다. 따라서, 실린더 헤드 (2) 의 흡기 포트 (46) 에 공급되는 혼합기에 있어서, 연료 가스 농도의 편향이 작아지는 점에서, 기통에 있어서의 연소 이상을 억제할 수 있다.
흡기 매니폴드 (3) 내에 있어서, 가스 인젝터 (13) 의 가스 분사구 (26) 로부터 연료 가스를 분사하는 가스 분사 방향이, 굴곡부 (40) 에 있어서의 내측 내벽 (42) 의 상면 부분 (44) 으로서 굴곡점 (45) 보다 실린더 헤드 (2) 측이 되는 위치를 향한 방향이다. 즉, 가스 인젝터 (13) 의 장착각을, 굴곡점 (모서리부) (45) 보다 하류측 (실린더 헤드 (2) 측) 을 향해 배치하게 되어, 내측 내벽 (42) 의 상면 부분 (44) 의 하류측에 형성되는 난류를 향해 가스 인젝터로부터 연료 가스를 분사하기 때문에, 혼합기의 믹싱을 향상시킬 수 있다.
흡기 매니폴드 (3) 는, 흡기 집합관 (32) 의 후방 부분으로서 실린더 헤드 (2) 와 반대측으로 장출된 센싱부 (49) 를 갖는다. 즉, 흡기 집합관 (32) 의 후방 부분에는, 좌측방을 향해 장출된 센싱부 (49) 를 가지고 있고, 흡기 매니폴드 (3) 내의 흡기 압력이나 흡기 온도를 측정하는 센서 (49A) 가 설치되어 있다.
흡기 매니폴드 (3) 는, 알루미늄 다이 캐스트에 의해 형성되어 있고, 흡기 매니폴드 (3) 내의 굴곡된 흡기 유로 (50) 는, 가로 구멍용 중자 (中子) (51) 및 세로 구멍용 중자 (52) 에 의해 성형된다. 보다 상세하게는, 흡기 매니폴드 (3) 의 매니폴드 상측 부품 (33) 및 매니폴드 하측 부품 (34) 각각을, 알루미늄 다이 캐스트에 의해 성형한다. 그리고, 성형된 매니폴드 상측 부품 (33) 및 매니폴드 하측 부품 (34) 이, 볼트 (58) 에 의해 상하로 연결됨으로써, 흡기 매니폴드 (3) 가 구성된다.
가로 구멍용 중자 (51) 는, 흡기 지관 (31) 마다 복수 형성되어 있고, 세로 구멍용 중자 (52) 는, 흡기 집합관 (32) 의 상방 부분으로부터 각 흡기 지관 (31) 으로 분기된 형상을 갖는다. 가로 구멍용 중자 (51) 의 우단면 (右端面) (53) 은, 상방 부분이 우측으로 장출된 경사면으로 구성되어 있다. 세로 구멍용 중자 (52) 의 상단은, 상방을 향해 뾰족해진 단면 (斷面) 을 갖고, 세로 구멍용 중자 (52) 상단의 좌면 (左面) (54) 이, 가로 구멍용 중자 (51) 의 우단면 (53) 을 따른 방향의 경사면으로 되어 있고, 세로 구멍용 중자 (52) 상단의 우면 (55) 이, 굴곡부 (40) 의 외측 내벽 (41) 의 굴곡면을 따른 매끄러운 굴곡면으로 되어 있다. 매니폴드 상측 부품 (33) 의 성형시에 있어서, 가로 구멍용 중자 (51) 의 우단면 (53) 과 세로 구멍용 중자 (52) 상단의 좌면 (54) 이 밀접됨으로써, 가로 구멍용 중자 (51) 의 하면 (56) 과 세로 구멍용 중자 (52) 중도부의 좌면 (57) 에 의해, 굴곡부 (40) 에 있어서의 내측 내벽 (42) 이 형성된다. 이 때, 굴곡부 (40) 의 굴곡점 (45) 이, 가로 구멍용 중자 (51) 우단면 (53) 의 하단과 세로 구멍용 중자 (52) 상단 좌면 (54) 의 좌단의 맞닿음 부분에 형성된다.
알루미늄 다이 캐스트로의 성형시에 있어서, 매니폴드 상측 부품 (33) 은, 흡기 지관 (31) 내의 흡기 유로 (50) 를 형성하기 위해, 가로 구멍용 중자 (51) 및 세로 구멍용 중자 (52) 가 삽입된 상태로 되어 있다. 그리고, 성형된 매니폴드 상측 부품 (33) 에 대해, 가로 구멍용 중자 (51) 가, 실린더 헤드 (2) 의 흡기 포트 (46) 에 연통되는 공기 배출측으로부터 발출 (拔出) 되는 한편, 세로 구멍용 중자 (52) 가, 흡기 집합관 (31) 측으로부터 발출된다. 이 때, 알루미늄 다이 캐스트에 의해 매니폴드 상측 부품 (33) 을 형성하기 때문에, 가로 구멍용 중자 (51) 와 세로 구멍용 중자 (52) 의 맞닿음 면으로, 예각이 되는 굴곡점 (45) 을 갖는 내측 내벽 (42) 부분을 안정적으로 제조할 수 있다.
＜제 2 실시형태＞
이하에, 본원 발명을 구체화한 제 2 실시형태가 되는 가스 엔진 (1) 에 대해, 도 9 ∼ 도 11 에 기초하여 설명한다. 도 9 ∼ 도 11 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 가스 엔진 (1) 은, 흡기 매니폴드 (3) 내에 있어서, 흡기 지관 (31) 의 굴곡부 (40) 에 있어서의 외측 내벽 (41) 으로서 가스 인젝터 (13) 의 가스 분사구 (26) 보다 실린더 헤드 (2) 측에, 내측 내벽 (42) 을 향해 돌출된 돌기부 (59) 가 형성되어 있다. 즉, 흡기 매니폴드 (3) 내의 흡기 유로 (50) 에 있어서, 가스 인젝터 (13) 의 하류 (실린더 헤드 (2) 측) 에, 난류를 형성시키기 위한 돌기부 (59) 가 외측 내벽 (41) 에 형성되게 된다.
흡기 매니폴드 (3) 는, 흡기 지관 (31) 의 굴곡부 (40) 에 있어서, 돌기부 (59) 를 구비한 외측 내벽 (41) 과, 예각이 되는 굴곡점 (45) 을 갖는 내측 내벽 (42) 을 구비하고, 외측 내벽 (41) 에는, 돌기부 (59) 보다 외측 (상류측) 에 가스 인젝터 고정좌 (43) 가 형성된다. 가스 인젝터 고정좌 (43) 에 삽입되는 가스 인젝터 (13) 의 가스 분사구 (26) 가, 내측 내벽 (42) 의 상면 부분 (44) 을 향하도록, 가스 인젝터 (13) 가 흡기 지관 (31) 의 굴곡부 (40) 에 고정되어 있다.
이와 같이 구성함으로써, 흡기 지관 (31) 의 흡기 유로 (50) 를 흐르는 공기는, 가스 인젝터 (13) 의 가스 분사구 (26) 의 하류측에 있어서, 내측 내벽 (42) 및 돌기부 (59) 에 의한 박리가 발생하고, 내측 내벽 (42) 상면 부분이나 돌기부 (59) 의 하류측에 소용돌이상의 난류가 발생한다. 그 때문에, 가스 인젝터 (13) 로부터의 가스 연료가, 흡기 지관 (31) 의 굴곡부 (40) 에 발생한 공기의 난류를 향해 분사되기 때문에, 가스 연료와 공기가 효율적으로 혼합되게 되어, 이미션의 저감을 도모할 수 있다.
흡기 매니폴드 (3) 를 알루미늄 다이 캐스트에 의해 성형할 때, 매니폴드 상측 부품 (33) 내의 흡기 유로 (50) 가, 가로 구멍용 중자 (60) 및 세로 구멍용 중자 (52) 에 의해 성형된다. 가로 구멍용 중자 (60) 의 우단이, 우방을 향해 뾰족해진 단면을 갖고, 하측 경사면 (61) 및 상측 경사면 (62) 으로 구성되어 있다. 가로 구멍용 중자 (60) 우단의 하측 경사면 (61) 은, 세로 구멍용 중자 (52) 상단의 좌면 (54) 을 따른 방향의 경사면으로 되어 있고, 가로 구멍용 중자 (60) 우단의 하측 경사면 (61) 과 세로 구멍용 중자 (52) 상단의 좌면 (54) 이 밀접된다. 가로 구멍용 중자 (60) 우단의 상측 경사면 (62) 은, 외측 내벽 (41) 에 가까워짐에 따라, 세로 구멍용 중자 (52) 상단의 좌면 (54) 으로부터 이간되도록 구성되어 있다. 이로써, 가로 구멍용 중자 (60) 우단의 상측 경사면 (62) 과 세로 구멍용 중자 (52) 상단의 좌면 (54) 사이에, 외측 내벽 (41) 의 돌기부 (59) 가 형성된다.
＜제 3 실시형태＞
이하에, 본원 발명을 구체화한 제 3 실시형태가 되는 바이퓨엘 엔진 (1A) 에 대해, 도 12 ∼ 도 16 에 기초하여 설명한다. 도 12 ∼ 도 16 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 바이퓨엘 엔진 (1A) 은, 제 1 실시형태의 가스 엔진 (1) 에 대해, 실린더 헤드 (2) 에 있어서의 각 기통의 흡기 포트 (46) 를 향해 가솔린을 분무하는 복수의 가솔린 인젝터 (63) 와, 가솔린 인젝터 (63) 각각에 가솔린을 공급하는 가솔린 공급 레일 (64) 을 형성하고 있다. 즉, 바이퓨엘 엔진 (1A) 은, 가스 인젝터 (13) 로부터 연료 가스를 흡기 매니폴드 (3) 내에 분사함으로써 혼합기를 생성하여 점화 장치 (12) 로 발화시키는 가스 모드와, 가솔린 인젝터 (63) 로부터 가솔린을 흡기 포트 (46) 에 분무함으로써 혼합기를 생성하여 점화 장치 (12) 로 발화시키는 가솔린 모드를 택일적으로 선택하여 구동된다.
가솔린 인젝터 (63) 가 실린더 헤드 (2) 상에 배치됨과 함께, 실린더 헤드 (2) 내의 흡기 포트 (46) 를 향해 가솔린 인젝터 (63) 의 연료 분사구 (65) 가 삽입되어 있다. 그리고, 실린더 헤드 (2) 에 있어서의 연료 분사구 (65) 의 삽입 부분이 흡기 포트 (46) 내측을 향해 돌기되어 있다. 즉, 실린더 헤드 (2) 상면에 좌측부에 있어서, 복수의 가솔린 인젝터 고정좌 (66) 가 전후로 나란히 형성되어 있고, 가솔린 인젝터 고정좌 (66) 에 형성된 흡기 포트 (46) 에 대한 관통공에, 가솔린 인젝터 (63) 의 연료 분사구 (65) 가 삽입되어 있다. 그리고, 가솔린 인젝터 (63) 의 연료 분사구 (65) 의 삽입 부분이, 실린더 헤드 (2) 내의 흡기 포트 (46) 를 향해 융기되도록 구성된다.
실린더 헤드 (2) 에 가솔린 인젝터 고정좌 (66) 가 형성되어 있기 때문에, 가스 인젝터 (13) 보다 하류측에, 가솔린 인젝터 (63) 의 연료 분사구 (65) 의 삽입 부분이 위치하게 된다. 이 연료 분사구 (65) 의 삽입 부분이, 흡기 포트 (46) 를 향해 융기된 형상을 가지고 있기 때문에, 가스 모드에 의해 가스 인젝터 (13) 로부터 연료 가스가 분사되었을 때, 흡기 매니폴드 (3) 로부터 공급되는 공기 및 연료 가스에 의한 혼합기에 난류를 발생시킴으로써, 공기와 연료 가스의 혼합을 촉진시켜, 이미션의 발생을 억제할 수 있다.
가솔린 공급 레일 (64) 은, 복수의 가솔린 인젝터 (63) 상단과 연통하기 위해, 전후 방향으로 연장 형성되어 있다. 즉, 가솔린 공급 레일 (64) 은, 레일 고정 브래킷 (67) 을 개재하여 흡기 매니폴드 (3) 에 고정되어, 연료 가스 공급 레일 (14) 과 평행해지도록, 흡기 매니폴드 (3) 상에 배치되어 있다. 레일 고정 브래킷 (67) 은, 일단이 가솔린 공급 레일 (64) 에 용접 고정되는 한편, 타단이 흡기 매니폴드 (3) 의 연결 시트 (37) 에 볼트 (68) 체결되어 있다.
또, 가솔린 인젝터 (63) 는, 실린더 헤드 (2) 로부터 돌출된 부분의 중도부에, 후술하는 하네스 (70) 와 전기적으로 접속되는 커넥터 (69) 를 갖는다. 최전방에 위치하는 가솔린 인젝터 (63) 의 커넥터 (69) 의 방향이, 좌측 비스듬한 전방을 향하고 있고, 최후미에 위치하는 가솔린 인젝터 (63) 의 커넥터 (69) 의 방향이, 좌측 비스듬한 후방을 향하고 있다. 그리고, 전후로 인접하는 가솔린 인젝터 (63) 의 커넥터 (69) 의 방향이 서로 상이한 방향이 되도록 가솔린 인젝터 (63) 를 설치함으로써, 하네스 (70) 와의 접속 작업이 용이해진다.
하네스 (70) 는, 일단이 흡기 매니폴드 (3) 의 연결 시트 (37) 에 볼트 (71) 체결되어 있는 하네스 고정 브래킷 (72) 의 타단에, 하네스 클립 (73) 으로 고정되어 있다. 하네스 고정 브래킷 (72) 의 상단 (타단) 이, 레일 고정 브래킷 (67) 상단보다 상방으로 연장 형성되어 있고, 하네스 (70) 는, 연료 가스 공급 레일 (14) 및 가솔린 공급 레일 (64) 과 평행해지도록 하여, 가솔린 공급 레일 (64) 상방에 배치된다. 따라서, 전후로 나란히 배치 형성되는 점화 장치 (12), 가스 인젝터 (13), 및 가솔린 인젝터 (63) 에 대해, 하네스 (70) 와의 접속이 용이해진다.
또, 연료 가스 공급 레일 (14), 점화 장치용 고정 브래킷 (23), 가솔린 공급 레일 (64), 및 하네스 (70) 각각을 서로 평행하게 배치함으로써, 점화 장치 (12), 연료 가스 공급 레일 (14), 가솔린 공급 레일 (64), 및 하네스 (70) 각각에 적당한 간극을 확보할 수 있다. 그 때문에, 좌측 상방으로부터 바이퓨엘 엔진 (1A) 을 보았을 때, 흡기 매니폴드 (3) 고정용의 볼트 (39) 를 비롯하여, 연료 가스 공급 레일 (14) 고정용의 볼트 (21), 가솔린 공급 레일 (64) 고정용의 볼트 (68), 하네스 고정 브래킷 (72) 고정용의 볼트 (71), 점화 장치 (12) 고정용 볼트와 (74), 및 점화 장치용 고정 브래킷 (23) 고정용의 볼트 (75) 등을 확인할 수 있어, 바이퓨엘 엔진 (1A) 의 조립성 및 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.
본원 발명은, 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 양태로 구체화할 수 있다. 각 부의 구성은 도시된 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본원 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
1 : 가스 엔진
2 : 실린더 헤드
3 : 흡기 매니폴드
4 : 엔진 출력축
5 : 실린더 블록
6 : 배기 매니폴드
7 : 플라이휠 하우징
8 : 플라이휠
9 : 오일 팬
10 : 오일 필터
11 : 흡기 스로틀 밸브
12 : 점화 장치
13 : 가스 인젝터
14 : 연료 가스 공급 레일
15 : 헤드 커버
16 : 블로바이 가스 환원 장치
17 : 블로바이 가스 리턴관
18 : 전동 벨트
19 : 냉각수 펌프
20 : 알터네이터
31 : 흡기 지관
32 : 흡기 집합관
33 : 매니폴드 상측 부품
34 : 매니폴드 하측 부품
35 : 흡기 도입부
36 : 흡기 도입구
37 : 연결 시트
38 : 연결용 플랜지
39 : 볼트
40 : 굴곡부
41 : 외측 내벽
42 : 내측 내벽
43 : 가스 인젝터 고정좌
44 : 상면 부분
45 : 굴곡점

Claims (8)

  1. 실린더 헤드 측면에 고정된 흡기 매니폴드에 가스 인젝터가 장착되어 있고, 상기 가스 인젝터로부터 분사된 연료 가스를 상기 흡기 매니폴드에서 예혼합하여 복수의 기통 내에 공급하고, 점화 장치로 점화시키는 엔진 장치에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드가, 상기 실린더 헤드측이 되는 내측 내벽을 굴곡시킨 모서리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더 헤드가 실린더 블록 상면에 고정되어 있고,
    상기 흡기 매니폴드는, 상기 실린더 블록 측방에 흡기 집합관이 배치됨과 함께, 흡기 지관이 상기 흡기 집합관으로부터 상방으로 연장 형성되어 상기 실린더 헤드 측방에 굴곡부를 가지고 있고, 그 굴곡부에 상기 가스 인젝터의 가스 분사구가 삽입되는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내에 있어서, 상기 가스 인젝터의 가스 분사구로부터 연료 가스를 분사하는 가스 분사 방향이, 상기 굴곡부에 있어서의 내측 내벽의 상면으로서 굴곡점보다 상기 실린더 헤드측이 되는 위치를 향한 방향인 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내에 있어서, 상기 굴곡부에 있어서의 외측 내벽으로서 상기 가스 분사구보다 상기 실린더 헤드측에, 상기 내측 내벽을 향해 돌출된 돌기부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    가솔린 인젝터가 상기 실린더 헤드 상에 배치됨과 함께, 상기 실린더 헤드 내의 흡기 포트를 향해 상기 가솔린 인젝터의 연료 분사구가 삽입되어 있고, 상기 실린더 헤드에 있어서의 상기 연료 분사구의 삽입 부분이 상기 흡기 포트 내측을 향해 돌기되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는, 알루미늄 다이 캐스트에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는, 복수의 흡기 지관이 전후 방향으로 나란히 배치됨과 함께, 흡기 집합관의 전후 중앙으로서 상기 실린더 헤드와 반대측으로 장출된 흡기 도입부를 갖는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는 상기 흡기 집합관의 전후 단부로부터 연장 형성된 최전 위치 및 최후미 위치의 상기 흡기 지관 주변에 형성한 전후 1 쌍의 연결 시트를 가지고 있고,
    복수의 상기 가스 인젝터에 연료 가스를 공급하는 연료 가스 공급 레일이, 전후 1 쌍의 상기 연결 시트에 고정됨으로써, 상기 흡기 매니폴드 상방에서 전후 방향으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
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