KR20000047594A - 빌트인 인터쿨러를 구비한 흡기 매니폴드 - Google Patents

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KR20000047594A
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프리즈챨스이5세
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빌 시이 파나고스
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Abstract

과급형의 V 형 엔진은 효율을 개선하고 비용 감소와 공간의 경제화를 달성하기 위해 흡기 매니폴드에 일체로 형성된 배기 가스 재순환 쿨러를 포함한다. 상기 쿨러는 열 교환기 하우징으로서 흡기 매니폴드에 원통형 챔버를 이용하는 튜브-셀 열 교환기 형태를 취할 수 있다. 흡기 매니폴드는 V 형 엔진상에서 2개의 실린더 뱅크에 의해 형성된 중앙 공간에 현수되므로, 중앙 공간은 매니폴드와 쿨러를 포함하는데 효과적으로 사용될 수 있다.

Description

빌트인 인터쿨러를 구비한 흡기 매니폴드{ENGINE AIR INTAKE MANIFOLD HAVING BUILT-IN INTERCOOLER}
본 발명은 엔진 흡기 매니폴드에 관한 것으로서, 특히 매니폴드에 형성된 공동내에 지지되는 인터쿨러를 구비한 흡기 매니폴드에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 매니폴드에 형성된 공동내에 지지되는 배기 가스 재순환장치(exhaust gas recirculation: EGR) 및 흡기 매니폴드를 구비한 엔진 흡기 매니폴드에 관한 것이다.
일부 디젤 엔진은 성능을 증가시키고 연료 소비와 배기기스 요구사항을 만족시키기 위해 과급기 시스템과 배기 가스 순환장치를 사용하고 있다. 전형적으로, 배기 가스 순환장치는 중간 속도보다 낮게 사용되는데 비해 엔진은 부분적으로 부하를 받게 된다. 배기 가스 재순환 장치는 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 위치된 전자식 배기가스 재순환 밸브에 의해 제어된다.
일부의 경우, 배기 재순환장치 가스 쿨러(인터쿨러)는 배기 가스 온도를 하강시켜 질소 산화물의 감축을 강화시키기 위해 사용된다. 배기 가스 쿨러는 배기 가스 재순환 밸브의 상류나 하류에 배치된다. 상기 쿨러에는 엔진 냉각제가 사용되어 재순환되는 배기 가스를 냉각시킨다.
본 발명은 흡기 매니폴드에 배기가스 재순환장치를 사용하고 있다. 배기가스 재순환 통로는 외측의 배기 가스 재순환 통로를 제거하기 위해 흡기 매니폴드와 실린더 헤드에 일체화된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 흡기 매니폴드는 밸브 작동 로커 아암을 위한 커버를 형성하는 2개의 연장부를 갖는다. 이러한 장치는 분리된 로커 아암 격벽 커버에 대한 필요성을 제거한다.
본 발명은 과급된 V 형 내연기관에 사용되었을 때 비용이 감축된다. 다양한 하우징과, 브래킷과, 클램프 및 튜브, 밀봉부와, 파스너와 가스켓 등이 제거되어 관련의 재료 비용과 설치 비용이 절감된다.
흡기 매니폴드내에 쿨러와 흡기 가스 재순환 밸브를 위치시킴에 따라 가스 통로가 매니폴드내에 매립되고 사운드 에너지를 완화시키는 워터 재킷에 의해 절연되기 때문에 주위 환경으로의 소음 전달이 최소화된다. 가스 통로 시스템은 간단하므로, 과도한 압력 손실없이 적절한 가스 흐름율을 얻을 수 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 벤츄리 시스템은 흡기 매니폴드내에 흐르는 공기흐름속에 재순환되는 배기 가스를 흡수시키기 위해 흡기 매니폴드에 제공된다. 상기 벤츄리 시스템은 시스템의 NOX감축 성능을 강화하기 위해 고은 가스 흐름율을 촉진시킨다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명을 채택한 배기 가스 재순환 시스템의 개략도.
도 2 는 도 3 의 선 2-2 에 따른 본 발명을 채용한 V 형 엔진의 단면도.
도 3 은 도 2 에 도시된 엔진에 사용된 흡기 매니폴드를 도시하는 도 2 의선 3-3 을 따른 단면도.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
10 : 실린더 12 : 흡기 매니폴드
14 : 통로 18 : 배기 매니폴드
22 : 터빈 24 : 압축기
도 1 은 과급기와 배기 가스 재순환 시스템을 구비한 디젤 엔진을 개략적으로 도시하고 있다. 상기 엔진은 흡기 매니폴드(12)와 흡기 통로(14)로부터의 연소 공기가 공급된 다수의 엔진 실린더(10)를 포함한다. 배기 가스는 배기 통로(16)를 통해 배기 매니폴드(18)를 향하게 된다.
배기 가스의 적어도 일부는 통로(20)를 통해 과급기 터빈(22)으로 이동된다. 터빈 임펠러는 압축기(24)의 임펠러를 구동하기 위해 급속하게 흐르는 가스에 의해 구동된다. 에어 라인(26)의 유입 공기 압력은 흡기 매니폴드(12)로의 공기 흐름을 증가시키기 위해 팽창된다.
웨이스트 게이트 릴리프 밸브(28)는 에어 라인(26)내의 압력 팽창량을 한정하기 위해 제공된다. 개방시 웨이스트 게이트(28)는 터빈(22)을 우회하므로써 통로(20)를 통해 흐르는 배기 가스의 일부(또는 전부)를 비우고, 이에 따라 압축기(24)에 의해 제공된 압력 팽창과 터빈 임펠러 속도를 감축시킨다.
배기 매니폴드(18)를 흘러 나오는 배기 가스의 일부는 가스 재순환 통로(30)를 통해 흡기 매니폴드(12)로 다시 재순환된다. 재순환 가스는 배기 가스 재순환 밸브(32)와 인터쿨러(34)를 통과한다. 엔진 부하나 속도 기타 다른 엔진 변수에 응답하는 전기 작동기(36)는 가스 재순환 밸브(32)를 제어한다. 상기 인터쿨러(34)는 튜브-셀 열교환기로서, 고온의 배기 가스는 튜브를 통해 흐르며, 냉각제는 튜브 주위의 셀을 통해 흐른다. 상기 냉각제는 튜브(38, 39)를 통해 유출 및 유입되는 액성의 엔진 냉각제이다. 가스 재순환 통로(30)는 균질의 균일한 연료/공기 혼합물 및 최소한의 압력 손실을 위한 혼합을 달성하기 위해 라인(26)을 통해 흐르는 공기가 재순환 가스를 적어도 일부의 난류로 공기 흐름에 드로잉시키도록 설계된 벤츄리를 포함할 수 있는 비제한적 연결부(40)를 통해 공기 라인(26)을 연결한다.
본 발명은 인터쿨러(34)와 가스 재순환 밸브(32)가 흡기 매니폴드(12)내에 물리적으로 위치되도록 도 1 의 시스템을 구성하는 단계를 포함한다. 물리적 배치는 공간을 최소화시키며, 이와 동시에 작동 부품들 사이에 필요로 하는 유체 연결의 일부를 간소화시킨다. 도 2 및 도 3 은 본 발명의 일실시예를 도시하고 있다.
도 2 는 각 뱅크에서의 실린더 축(48)이 포인트(50)에서 교차되어 배치된 제 1 및 제 2 실린더 뱅크를 구비한 과급형의 V 형 내연기관을 도시하고 있다. 상기 실린더 축들은 서로에 대해 예각을 형성하므로, 축선 교차 포인트(50) 위에 중앙 공간(52)이 형성된다. 엔진 흡기 매니폴드(12)는 중앙 공간(52)에 위치된다.
매니폴드(12)는 열교환 튜브 번들(34)을 수용하는 신장된 원통형 챔버(54)를 포함한다. 상기 튜브 번들(34)은 챔버(54)의 벽과 협력하여 재순환 배기 가스에 대한 인터쿨러를 형성한다. 본 기술분야의 숙련자라면 엔진 가스 재순환장치(EGR)를 사용하지 않는 엔진에 공기-워터 가변형 에어 쿨러에도 이와 유사한 방법이 사용될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다. 도 2 및 도 3 에는 튜브 번들(34)이 추가되었다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 튜브 번들(34)은 챔버(54)의 표면과 대면하는 헤더(56, 58)와, 튜브 주위로의 냉각제 흐름을 방해하기 위해 열교환기를 따라 이격된 다수의 배플(59)을 포함한다. 배기 가스는 입구 챔버(60)로부터 열교환 튜브를 통해 출구 챔버(62)로 흐른다.
도 2 에 있어서, 열교환 튜브 주위로 액체 냉각제를 순환시키기 위해 챔버(54)를 따라 2개의 엔진 냉각제 통로(64, 66)가 형성되었다. 각각의 냉각제 통로는 적절한 냉각제 호스에 각각의 통로를 연결하기 위해 매니폴드의 우측(후방) 단부에 삽입되는 관형 단부를 포함한다. 냉각제 통로(64, 66)는 챔버(54)의 벽에서 구멍(67, 69)를 통해 챔버(54)에 연결된다.
인터쿨러를 통하는 액체 냉각제는 가스 흐름에 대해 반류(反流)이다. 통로(64)에 공급된 액체는 구멍(67)을 통해 튜브를 둘러싼 공간으로 공급된다. 액체는 챔버(54)로부터 구멍(69)을 통해 통로(66)로 흐른다.
튜브 번들(54)은 헤더(56)가 챔버(54)의 벽에 고정되도록 장착되며, 상기 헤더(58)는 챔버(54)의 표면)상에서 미끄럼가능하다(열 팽창 응력 릴리프로 인해). 상기 헤더(58)는 냉각제의 누설을 방지하기 위해 하나이상의 O 링 밀봉부를 포함한다.
적절한 배기 가스 재순환 밸브 카트릿지(32)는 입구 공간(60)으로의 배기 가스 흐름을 변조시키기 위하여 챔버(54)의 후방(우측) 단부에 장착된다. 카트릿지의 사용은 분리된 밸브 하우징을 필요없게 하며, 이와 동시에 전체 공간에 대한 필요성을 감소시킨다.
냉각된 배기 가스는 출구 공간(62)을 흘러나와 횡단 구멍(71)을 통해 챔버(54) 위로 연장된 신장된 가스 통로(73)내로 흐른다. 통로(73)는 매니폴드 하우징의 우측(후방) 단부로 연장되는 벤츄리 튜브(77)에 의해 이송된 흡입 튜브(75)와 연결된다. 튜브(77)의 노출된 단부는 상술한 에어 라인(26)(도 1)에 연결되므로, 유입 공기는 흡입 튜브(75)를 통해 흘러서 재순환되는 배기 가스를 매니폴드(12)를 통해 엔진 실린더로 흐르는 공기내에 흡수시킨다.
벤츄리 튜브는 에어 라인(26)을 위한 커넥터와 적절한 공기/연료 혼합물을 생성하는 최적의 난류로 배기 가스를 유입 공기 흐름에 흡수시키는 기구로 사용하기 위해 매니폴드로부터 분리되어 형성된 카트릿지이다.
실린더(44, 46)의 각각의 뱅크는 여러 실린더와 연결된 가스 배기 통로(83)와 흡기 통로(81)를 포함한다. 각각의 실린더는 흡기 매니폴드(12)상에서 평탄한 장착면과 결합하는 평탄한 상부면(80)을 가지며, 이에 따라 매니폴드는 2개의 실린더 헤드에 의해 연결지지된다. 매니폴드의 장착면에 있는 에어 개구는 각각의 실린더 헤드에 있는 흡기 통로(81)와 정렬되므로, 연소 공기는 실린더 헤드의 흡기 밸브로 유입된다.
매니폴드(12)는 각각의 실린더 헤드의 엣지 영역 주위에 위치된 2개의 볼트 세트에 의해 실린더 헤드(79)에 체결된다. 중공의 관형 보스(84)는 장착 볼트의 일부를 수용하기 위해 매니폴드를 따라 이격된 포인트에 형성된다. 매니폴드측 벽(85)은 나머지 장착볼트들을 수용하기 위해 적절한 구멍을 갖는다. 실린더 헤드의 상부면(80)에는 적절한 가스켓이 제공된다.
실린더 헤드의 상부면(80)은 공통의 수평면에 위치되므로, 흡기 매니폴드(12)를 위한 모든 장착 볼트들은 수직을 향하게 된다. 상기 볼트는 매니폴드 벽에 불필요한 응력을 발생시키지 않고 매니폴드의 열팽창을 수용하기 위해 함께 수축되거나 팽창된다.
실린더(44, 46)의 각각의 뱅크는 실린더 헤드(79)의 흡배기 밸브를 작동시키기 위해 종래의 로커 아암(86)을 포함한다. 매니폴드(12)는 로커 아암용 커버를 형성하는 2개의 측부 연장부(87)를 갖는다. 이러한 특징은 로커 아암을 위한 분리 커버에 대한 필요성을 제거한다.
본 발명의 주요한 특징은 흡기 매니폴드에 인터쿨러(34)와 배기 가스 재순환 밸브(32)를 일체화시킨데 있다. 흡기 매니폴드내의 내부 챔버(54)는 인터쿨러를 위한 하우징을 형성한다. 가스 재순환 밸브(32)와 벤츄리(77)는 분리된 하우징이나 장착 장치에 대한 필요성을 제거하기 위해 매니폴드내에 삽입될 수 있는 카트릿지 구조를 취한다. 본 발명은 고성능이며 방출물이 적은 V 형 디젤 엔진에 사용되는 간단한 구조의 가스 재순환 서브시스템을 제공한다. 또한 엔진 격벽에 대해 공간의 경제화를 달성할 수 있다. 엔진 냉각 시스템은 매니폴드 냉각 통로에 연결되기 때문에, 냉각 시스템 서모스타트는 매니폴드에 일체화된다. 이러한 구조는 엔진 시스템 경비감축을 위해 분리된 서모스타트 하우징에 대한 필요성을 제거한다. 인터쿨러로부터의 열은 차량 캐빈의 가열을 보완하고 방출 제어를 위한 엔진 워밍업을 돕는데 사용된다.
본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (15)

  1. 각각의 실린더 뱅크에서의 실린더 축선이 예각으로 교차되도록 배치된 제 1 및 제 2 실린더 뱅크를 구비한 과급형의 V 형 내연기관에 있어서,
    실린더 축선 교차부 포인트 위에 중앙 공간이 형성되고, 상기 중앙 공간에 흡기 매니폴드가 배치되며, 상기 흡기 매니폴드에는 인터쿨러가 배치되는 것을 특징으로 하는 빌트인 인터쿨러를 구비한 흡기 매니폴드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인터쿨러는 상기 실린더 축선 교차 포인트에 평행하게 연장되는 튜브 번들을 구비한 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 인터쿨러는 상기 실린더 축선 교차부 포인트에 평행하도록 배치된 평행한 열 교환 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 실린더로부터의 배기 가스에 의해 구동되는 터빈과, 상기 터빈에 의해 구동되는 압축기와, 상기 실린더로부터의 배기 가스를 터빈으로 구동시키는 배기 매니폴드와, 배기 매니폴드 가스의 일부를 터빈으로부터 인터쿨러로 우회시키기 위한 가스 재순환 통로 수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 가스 재순환 통로는 흡기 매니폴드에 위치된 배기 가스 재순환 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 배기 가스 재순환 밸브는 흡기 매니폴드내에 부분적으로 매립된 밸브 카트릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  7. 제 5 항에 있어서, 재순환 가스가 공기 입구 수단을 통해 흐르는 공기 흐름에 흡수되도록 상기 터빈과 연결된 흡기 매니폴드상의 공기 입구 수단과, 인터쿨러를 공기 입구 수단에 연결하는 가스 유입 통로 수단을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 공기 입구 수단은 재순환 가스를 유동중인 공기 흐름에 드로잉하도록 구성된 벤츄리를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 벤츄리는 상기 흡기 매니폴드내에 부분적으로 매립된 벤츄리 카트릿지를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  10. 제 1 항에 있어서, 실린더의 각각의 뱅크에 놓인 실린더 헤드를 부가로 포함하며, 상기 실린더 헤드는 공통 평면에 위치된 평탄한 상부면을 포함하며, 상기 흡기 매니폴드는 실린더 헤드상에서 상기 평탄한 상부면과 결합되는 평탄한 하부 장착면을 갖는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  11. 제 10 항에 있어서, 각각의 실린더 헤드 위에 위치된 밸브 작동 로커 아암 세트를 부가로 포함하며, 상기 흡기 매니폴드는 로커 아암을 위한 커버를 형성하는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  12. 제 10 항에 있어서, 각각의 실린더 헤드는 평탄한 상부면으로부터 관련의 실린더로 연장되는 흡기 통로 세트를 가지며, 흡기 매니폴드상의 상기 하부 장착면은 흡기 통로와 정렬된 공기 유입 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  13. 제 1 항에 있어서, 매니폴드와 일체로 형성된 서모스타트를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  14. 제 1 항에 있어서, 인터쿨러부터의 열은 개선된 방출 제어를 위해 엔진 워밍업을 돕는데 사용되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 엔진은 캐빈을 구비한 차량에 장착되며, 인터쿨러부터의 열은 차량 캐빈의 가열에 보조적으로 사용되는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
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