KR20160147467A - Diesel engine - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a diesel engine to recirculate exhaust gas. According to the present invention, the diesel engine comprises: a cylinder block including at least two cylinders; an exhaust manifold extending from each exhaust port of the at least two cylinders; and an exhaust valve to open the exhaust port to exhaust exhaust gas in the cylinder, wherein the exhaust valve is configured to perform a first opening and closing which opens and closes the exhaust port once during an exhaust stroke, and then performing a second opening and closing which opens and closes the exhaust post at least once more when a pressure of the exhaust valve is greater than that of a pressure inside the cylinder where the exhaust valve is included.

Description

디젤 엔진{DIESEL ENGINE}DIESEL ENGINE {DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤 엔진에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스를 재순환시키는 디젤 엔진에 관한 것이다.The present invention relates to a diesel engine, and more particularly, to a diesel engine that recirculates exhaust gas.

일반적으로 산업용 차량과 건설 기계에는 가솔린 엔진에 비하여 출력 토크가 크고 연비가 높은 디젤 엔진이 사용된다. 디젤 엔진의 사용량 증가에 따라 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 그을음(soot), 가용성 유기분(Soluble Organic Fraction; SOF) 등의 입자상 물질(Particulate Matter; PM)과 질소 산화물(nitrogen oxides; NOx)의 배출량이 증가하고 있다. 이는 대기 오염의 주원인으로 지적되고 있어 이들 물질에 대한 배출 규제가 강화되고 있는 추세이다. 디젤 엔진으로부터 배출되는 유해물질을 저감시키기 위해 매연여과장치(Diesel Particulate Filter; DPF), 선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction; SCR) 등 후처리 기술에 대한 연구가 진행되고 있으나, 시스템 운영 비용 및 연비 향상 측면에서 효율적인 것은 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; 재순환)을 활용한 질소산화물(NOx) 저감 기술이다. 배기가스 재순환 기술은 엔진 연소 단계에서 질소산화물의 생성 자체를 억제시키는 점에서 효율적이다.In general, industrial vehicles and construction machines use diesel engines with higher output torque and higher fuel efficiency than gasoline engines. Particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) such as soot, soluble organic fraction (SOF) and the like contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine as the usage of the diesel engine increases. ) Are increasing. This is pointed out as the main cause of air pollution, and the regulation of emission of these substances is increasing. Diesel particulate filters (DPF) and Selective Catalytic Reduction (SCR) have been studied to reduce harmful substances emitted from diesel engines. However, system operation cost and fuel efficiency improvement In terms of efficiency, it is a nitrogen oxide (NOx) reduction technique utilizing exhaust gas recirculation (recirculation). The exhaust gas recirculation technique is effective in suppressing the generation of nitrogen oxides in the combustion stage of the engine.

도 1은 배기가스 재순환 시스템을 구비하는 엔진 시스템의 일례이다. 도 1을 참조하면, 배기가스 재순환 시스템을 구비하는 엔진 시스템은 실린더블록(1), 흡기 라인(2), 배기 라인(3), 재순환 유로(4), 재순환 밸브(5), 재순환 유량센서(6), 재순환 쿨러(7)를 포함할 수 있다. 흡기 라인(2)은 실린더블록(1)의 연소실과 연결되고, 연소용 공기는 흡기 라인(2)을 통해 실린더블록(1)의 연소실로 공급될 수 있다. 실린더블록(1)이 복수의 실린더를 포함하는 경우, 흡기 라인(2)은 흡기 매니폴드를 통해 실린더블록(1)과 연결될 수 있다. 배기 라인(3)은 실린더블록(1)의 연소실과 연결되고, 배기가스는 배기 라인(3)을 통해 연소실로부터 배출된다. 실린더블록(1)이 복수의 실린더를 포함하는 경우, 배기 라인(3)은 배기 매니폴드를 통해 실린더블록(1)과 연결될 수 있다. 재순환 유로(4)는 배기 라인(3)으로부터 분기되어 흡기 라인(2)에 합류된다. 실린더블록(1)으로부터 배출되는 배기가스의 일부는 재순환 유로(4)를 통해 다시 흡기 라인(2)으로 재순환된다. 재순환 유로(4)를 통해 재순환된 배기가스는 흡기 라인(2)을 통해 외부로부터 유입된 신기와 혼합되어 실린더블록(1)의 연소실로 공급된다. 재순환 밸브(5)는 재순환 유로(4) 상에 설치되어 재순환되는 배기가스의 유량을 조절한다. 재순환 쿨러(7)는 재순환 유로(4)에 설치되어 재순환 유로(4)를 통과하는 배기가스의 온도를 낮춘다. 재순환 유량센서(6)는 재순환 유로(4)를 통해 재순환되는 배기가스의 유량을 측정한다. 배기가스 재순환 시스템은 연소실로부터 배출되는 배기가스의 일부를 연소실로 재순환시켜 연소온도를 낮춤으로써 질소산화물(NOx)의 발생을 감소시킨다.1 is an example of an engine system having an exhaust gas recirculation system. 1, an engine system having an exhaust gas recirculation system includes a cylinder block 1, an intake line 2, an exhaust line 3, a recirculation flow path 4, a recirculation valve 5, a recirculation flow rate sensor 6, and a recirculation cooler 7. The intake line 2 is connected to the combustion chamber of the cylinder block 1 and the combustion air can be supplied to the combustion chamber of the cylinder block 1 through the intake line 2. [ When the cylinder block 1 includes a plurality of cylinders, the intake line 2 can be connected to the cylinder block 1 through the intake manifold. The exhaust line 3 is connected to the combustion chamber of the cylinder block 1, and the exhaust gas is discharged from the combustion chamber through the exhaust line 3. When the cylinder block 1 includes a plurality of cylinders, the exhaust line 3 can be connected to the cylinder block 1 through an exhaust manifold. The recirculation flow path 4 branches from the exhaust line 3 and joins to the intake line 2. [ A part of the exhaust gas discharged from the cylinder block 1 is recirculated to the intake line 2 again through the recirculation flow path 4. [ The exhaust gas recirculated through the recirculation flow path 4 is mixed with the incoming air from the outside through the intake line 2 and supplied to the combustion chamber of the cylinder block 1. [ A recirculation valve (5) is provided on the recirculation flow path (4) to regulate the flow rate of the recirculated exhaust gas. The recirculation cooler 7 is installed in the recirculation flow path 4 to lower the temperature of the exhaust gas passing through the recirculation flow path 4. The recirculation flow rate sensor 6 measures the flow rate of the exhaust gas recirculated through the recirculation flow path 4. The exhaust gas recirculation system reduces the generation of nitrogen oxides (NOx) by reducing the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber.

그런데, 배기가스 재순환 시스템을 구비하기 위해서는 기존의 엔진에 재순환 유로(4), 재순환 밸브(5), 재순환 유량센서(6), 재순환 쿨러(7) 등을 추가로 설치해야만 한다. 이에 따라 엔진의 레이아웃이 복잡해지고, 협소한 엔진룸으로 인하여 배기가스 재순환 시스템의 설치 자체가 불가능한 경우도 발생한다. 또한, 부품의 추가로 인하여 제조 및 유지보수 비용이 증가하는 문제도 있다. However, in order to provide the exhaust gas recirculation system, the recirculation flow path 4, the recirculation valve 5, the recirculation flow rate sensor 6, the recirculation cooler 7, and the like must be additionally installed in the existing engine. As a result, the layout of the engine becomes complicated, and the exhaust gas recirculation system itself can not be installed due to a narrow engine room. Also, there is a problem that manufacturing and maintenance costs increase due to the addition of parts.

KRKR 10-2012-005992810-2012-0059928 AA

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 재순환 유로 및 재순환 밸브와 같은 배기가스 재순환을 위한 별도의 부재를 추가로 설치하지 않고도 배기가스 재순환을 구현할 수 있는 디젤 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a diesel engine capable of realizing exhaust gas recirculation without additionally providing a separate member for exhaust gas recirculation such as a recirculation passage and a recirculation valve do.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 적어도 둘의 실린더를 포함하는 실린더블록; 상기 적어도 둘의 실린더의 배기 포트들로부터 각각 연장되는 배기 매니폴드; 및 상기 실린더 내부의 배기가스를 배출시키기 위해 상기 배기 포트를 개방하는 배기 밸브를 포함하고, 엔진의 1사이클 동안, 상기 배기 밸브는 배기 행정시 상기 배기 포트를 1회 개폐시키는 1차 개폐 후, 상기 배기 매니폴드의 압력이 상기 배기 밸브가 속하는 상기 실린더 내부의 압력보다 클 때 상기 배기 포트를 적어도 1회 더 개폐시키는 2차 개폐를 수행한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a cylinder block including at least two cylinders; An exhaust manifold extending from the exhaust ports of the at least two cylinders, respectively; And an exhaust valve for opening the exhaust port to exhaust exhaust gas inside the cylinder, wherein, during one cycle of the engine, after the exhaust valve is first opened and closed to open and close the exhaust port once during an exhaust stroke, Closing the exhaust port at least once when the pressure of the exhaust manifold is greater than the pressure inside the cylinder to which the exhaust valve belongs.

상기 2차 개폐시, 상기 배기 밸브는 상기 배기 매니폴드와 상기 배기 밸브가 속하는 상기 실린더 내부의 압력차이가 가장 클 때 상기 배기 포트를 최대로 개방시킬 수 있다.The exhaust valve can open the exhaust port to the maximum when the pressure difference between the exhaust manifold and the cylinder to which the exhaust valve belongs is greatest.

상기 2차 개폐는, 크랭크각이 430도 내지 450도일 때 또는 상기 크랭크각이 550도 내지 570도일 때 상기 배기 밸브가 최대 리프트량을 가지도록 수행될 수 있다.The secondary opening and closing can be performed so that the exhaust valve has a maximum lift amount when the crank angle is 430 to 450 degrees or when the crank angle is 550 to 570 degrees.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 엔진의 1사이클 동안 배기 밸브가 1차 개폐 후 다시 한번 배기 포트를 개폐시키는 2차 개폐에 의해 배기가스가 연소실로 다시 유입됨으로써, 별도의 배기가스 재순환 유로 및 관련 부품을 구비할 필요 없이 배기가스 재순환을 구현할 수 있는 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, the exhaust gas flows back into the combustion chamber by the second opening and closing of the exhaust port once again after the exhaust valve is first opened and closed for one cycle of the engine, There is an effect that the exhaust gas recirculation can be realized without having to provide parts.

또한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 2차 개폐시 배기 매니폴드와 실린더 내부의 압력차이가 가장 클 때 리프트량이 최대가 됨으로써, 충분한 양의 배기가스 재순환을 구현할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, when the pressure difference between the exhaust manifold and the inside of the cylinder during the second opening and closing operation is greatest, the lift amount is maximized, thereby achieving a sufficient exhaust gas recirculation.

도 1은 배기가스 재순환 시스템을 구비하는 엔진 시스템의 일례이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진에 있어서 1사이클 동안의 배기 밸브의 1차 개폐시의 밸브 리프트 및 2차 개폐시의 밸브 리프트, 배기 매니폴드의 압력 변화, 실린더 내부의 압력 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 도 3에 도시된 복수의 2차 개폐 사례들에 대한 EGR률 및 성능 저감률을 나타내는 그래프이다.
1 is an example of an engine system having an exhaust gas recirculation system.
2 is a diagram showing the overall configuration of a diesel engine according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the relationship between the valve lift during the first opening and closing of the exhaust valve and the valve lift during the second opening and closing of the exhaust valve during one cycle of the diesel engine according to the embodiment of the present invention and the pressure change in the exhaust manifold, FIG.
4 is a graph showing the EGR rate and the performance reduction rate for the plurality of secondary opening and closing cases shown in FIG.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진의 전체적인 구성을 도시하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진은 실린더블록(10), 흡기 라인(20), 흡기 매니폴드(22), 흡기 포트(24), 흡기 밸브(26), 배기 라인(30), 배기 매니폴드(32), 배기 포트(34), 배기 밸브(36), 피스톤(16), 커넥팅로드(18), 크랭크축(40)을 포함할 수 있다.2 is a diagram showing the overall configuration of a diesel engine according to an embodiment of the present invention. 2, a diesel engine according to an embodiment of the present invention includes a cylinder block 10, an intake line 20, an intake manifold 22, an intake port 24, an intake valve 26, The intake valve 30, the exhaust manifold 32, the exhaust port 34, the exhaust valve 36, the piston 16, the connecting rod 18, and the crankshaft 40.

실린더블록(10)에는 적어도 둘의 실린더(12)가 구비된다. 복수의 실린더(12)는 특정한 패턴으로 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진은, 예컨대 I형, V형 엔진 등과 같이 다양한 형식의 엔진일 수 있다. 각 실린더(12)에는 피스톤(16)이 슬라이딩 가능하게 삽입되고, 실린더(12) 내부에는 연소실(14)이 형성된다. 각 실린더(12)의 연소실(14)에는 적어도 하나의 흡기 포트(24) 및 적어도 하나의 배기 포트(34)가 형성된다. 흡기 포트(24)를 통해 공기 또는 공기와 연료의 혼합가스가 연소실(14)로 유입될 수 있고, 배기 포트(34)를 통해 배기가스가 연소실(14)로부터 배출될 수 있다. At least two cylinders (12) are provided in the cylinder block (10). The plurality of cylinders 12 can be arranged in a specific pattern. The diesel engine according to an embodiment of the present invention may be an engine of various types such as an I-type and V-type engine. A piston (16) is slidably inserted into each cylinder (12), and a combustion chamber (14) is formed inside the cylinder (12). At least one intake port (24) and at least one exhaust port (34) are formed in the combustion chamber (14) of each cylinder (12). Air or a mixed gas of air and fuel can be introduced into the combustion chamber 14 through the intake port 24 and the exhaust gas can be exhausted from the combustion chamber 14 through the exhaust port 34. [

흡기 라인(20)은 각 실린더(12)의 흡기 포트(24)들과 각각 연결되는데, 흡기 라인(20)과 복수의 흡기 포트(24)들 사이에는 흡기 매니폴드(22)가 형성된다. 배기 라인(30)은 각 실린더의 배기 포트(34)들과 각각 연결되는데, 배기 라인(30)과 복수의 배기 포트(34)들 사이에는 배기 매니폴드(32)가 형성된다. 흡기 매니폴드(22)는 흡기 라인(20)으로부터 분기되어 각 실린더의 흡기 포트(24)까지 연장될 수 있고, 배기 매니폴드(32)는 각 실린더의 배기 포트(34)들로부터 연장되어 배기 라인(30)에 합류될 수 있다. 흡기 라인(20)을 통해 공급되는 공기 또는 공기와 연료의 혼합가스는 흡기 라인(20)을 통해 이동한 후 흡기 매니폴드(22)에서 분배되어 각 실린더(12)의 연소실(14)로 유입될 수 있다. 또한, 각 실린더(12)의 연소실(14)로부터 배출되는 배기가스는 배기 매니폴드(32)를 통해 배기 라인(30)으로 합류될 수 있다. 흡기 밸브(26) 및 배기 밸브(36)는 흡기 포트(24) 및 배기 포트(34)를 각각 개방 및 폐쇄시킨다. 흡기 포트(24) 및 배기 포트(34)가 개방되면 공기 및 배기가스가 연소실(14)로 흡입 및 배출될 수 있고, 흡기 포트(24) 및 배기 포트(34)가 폐쇄되면 공기 및 배기가스는 연소실(14)로 유입되거나 배출될 수 없다.The intake line 20 is connected to the intake ports 24 of each cylinder 12 and the intake manifold 22 is formed between the intake line 20 and the plurality of intake ports 24. [ An exhaust line 30 is connected to the exhaust ports 34 of each cylinder and an exhaust manifold 32 is formed between the exhaust line 30 and the plurality of exhaust ports 34. The intake manifold 22 may be branched from the intake line 20 to extend to the intake port 24 of each cylinder and the exhaust manifold 32 may extend from the exhaust ports 34 of each cylinder, (30). ≪ / RTI > The air supplied through the intake line 20 or a mixed gas of air and fuel flows through the intake line 20 and is distributed from the intake manifold 22 to the combustion chamber 14 of each cylinder 12 . The exhaust gas discharged from the combustion chamber 14 of each cylinder 12 may be joined to the exhaust line 30 through the exhaust manifold 32. [ The intake valve 26 and the exhaust valve 36 open and close the intake port 24 and the exhaust port 34, respectively. When the intake port 24 and the exhaust port 34 are opened, air and exhaust gas can be sucked and discharged into the combustion chamber 14, and when the intake port 24 and the exhaust port 34 are closed, Can not enter or exit the combustion chamber (14).

본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진은 1사이클이 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정으로 이루어지는 엔진일 수 있다. 각 실린더(12)의 피스톤(16)은 폭발 행정시 발생되는 폭발력에 의해 실린더(12) 내를 상하운동하며, 피스톤(16)의 상하 운동에 의해 피스톤(16)과 커넥팅로드(18)로 연결되는 크랭크축(40)은 회전한다. 이때, 각 실린더(12)의 폭발 타이밍은 서로 다를 수 있다. The diesel engine according to an embodiment of the present invention may be an engine in which one cycle consists of four strokes of suction, compression, explosion, and exhaust. The piston 16 of each cylinder 12 moves up and down in the cylinder 12 by the explosive force generated in the explosion stroke and is connected to the piston 16 and the connecting rod 18 by the up and down movement of the piston 16. [ The crankshaft 40 is rotated. At this time, the explosion timings of the cylinders 12 may be different from each other.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진에 있어서 1사이클 동안의 배기 밸브 의 1차 개폐시의 밸브 리프트 및 2차 개폐시의 밸브 리프트, 배기 매니폴드의 압력 변화, 실린더 내부의 압력 변화를 나타내는 그래프이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(32)의 압력은 일정하게 유지되는 것이 아니라 각 실린더(12)의 배기 행정에 의해 주기적으로 오르내리는데, 이를 배기 맥동 현상이라고 한다. 도 3에서는 크랭크축(40)이 720도 회전하여 1사이클이 진행되는 동안 배기 매니폴드(32)에는 배기 맥동이 6회 발생하는 것을 볼 수 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤 엔진이 6개의 실린더를 가지는 6기통 엔진이기 때문에 나타나는 현상으로서, 일반적으로 배기 매니폴드(32)에는 1사이클 동안 실린더(12)의 개수와 동일한 횟수로 배기 맥동이 발생한다. 예컨대, 4기통 엔진에서는 1사이클 동안 배기 맥동이 4회 발생하는 것이 일반적이다. 그러나, 이는 각 실린더의 점화 순서, 실린더의 배치 형태, 배기 밸브 리프트 타이밍에 따라 달라질 수 있다. 3 is a graph showing the relationship between the valve lift during the first opening and closing of the exhaust valve and the valve lift during the second opening and closing of the exhaust valve during one cycle of the diesel engine according to the embodiment of the present invention and the pressure change in the exhaust manifold, FIG. 3, the pressure of the exhaust manifold 32 is not maintained constant but is periodically increased or decreased by the exhaust stroke of each cylinder 12, which is referred to as an exhaust pulsation phenomenon. In FIG. 3, it can be seen that the exhaust pulsation occurs six times in the exhaust manifold 32 while the crankshaft 40 rotates by 720 degrees and one cycle proceeds. This is because the diesel engine according to an embodiment of the present invention is a six-cylinder engine having six cylinders. Generally, in the exhaust manifold 32, Lt; / RTI > For example, in a four-cylinder engine, exhaust pulsation generally occurs four times during one cycle. However, this may vary depending on the ignition sequence of each cylinder, the arrangement of the cylinders, and the exhaust valve lift timing.

배기 밸브(36)는 엔진의 1사이클 동안 배기 포트(34)를 적어도 2회 개폐시킨다. 배기 밸브(36)가 배기 행정시 배기 포트(34)를 개폐시키는 동작을 1차 개폐로 정의하고, 엔진의 1사이클 동안 1차 개폐 이후 다시 배기 밸브(36)가 배기 포트(34)를 개폐시키는 동작을 2차 개폐로 정의한다. The exhaust valve 36 opens and closes the exhaust port 34 at least twice during one cycle of the engine. The opening and closing of the exhaust port 34 during the exhaust stroke is defined as a primary opening and closing of the exhaust valve 36. The exhaust valve 36 opens and closes the exhaust port 34 again after the primary opening and closing for one cycle of the engine The operation is defined as secondary opening and closing.

1차 개폐는 배기 행정시에 수행되고, 1차 개폐에 의해 연소에 의해 발생된 배기가스의 통상적인 배기가 이루어진다. 다시 말해, 배기 행정시 배기 밸브(36)의 1차 개폐에 의해 배기 포트(34)가 개방되었다가 폐쇄되는데, 배기 포트(34)가 개방되는 동안 연소에 의해 발생되는 배기가스가 배기 포트(34)를 통해 배출된다. The primary opening and closing is performed at the time of the exhaust stroke, and the normal exhaust of the exhaust gas generated by the combustion by the primary opening and closing is performed. In other words, the exhaust port 34 is opened and closed by the primary opening and closing of the exhaust valve 36 during the exhaust stroke. When the exhaust gas generated by the combustion while the exhaust port 34 is opened is exhausted to the exhaust port 34 .

2차 개폐는 1차 개폐의 완료 후 흡입 행정의 시작부터 압축 행정의 끝 사이에 수행될 수 있는데, 특정 배기 밸브(36)가 속하는 실린더(12)의 압력보다 배기 매니폴드(32)의 압력이 클 때 해당 배기 밸브(36)가 배기 포트(34)를 개폐시키도록 구성된다. 상기와 같이, 복수의 실린더(12)가 구비되고, 배기가스가 배기 매니폴드(32)를 통해 배출되는 엔진에서는 어느 하나의 실린더의 배기 밸브(36)가 닫혀있더라도 다른 실린더로부터 배출되는 배기가스에 의해 배기 매니폴드(32)에 배기 맥동이 발생한다. 또한, 배기 매니폴드(32)는 각 실린더(12)의 배기 포트(34)와 연결되기 때문에 배기 매니폴드(32)의 압력 변화는 각 실린더(12)의 배기 포트(34)에 그대로 작용한다. 따라서, 배기 매니폴드(32)의 압력이 실린더(12)의 압력보다 클 때 수행되는 2차 개폐에 의해 연소실(14)로부터 배기 매니폴드(32)로 배출된 배기가스의 일부가 다시 연소실(14)로 유입된다. 즉, 2차 개폐시 배기 밸브(36)가 배기 포트(34)를 개방시키면, 배기 매니폴드(32)와 실린더(12) 사이의 압력차이로 인하여 압력이 큰 배기 매니폴드(32)로부터 압력이 작은 실린더(12)로 배기가스가 다시 유입된다. 이와 같은 2차 개폐는 1사이클 동안 적어도 1회 수행되며, 엔진의 특성에 따라서는 2회 이상 수행될 수도 있다.The secondary opening and closing can be performed between the start of the intake stroke and the end of the compression stroke after completion of the primary opening and closing of the cylinder 12. The pressure of the exhaust manifold 32 is lower than the pressure of the cylinder 12 to which the specific exhaust valve 36 belongs And the exhaust valve 36 is configured to open and close the exhaust port 34 when it is large. As described above, in the engine in which the plurality of cylinders 12 are provided and the exhaust gas is exhausted through the exhaust manifold 32, even if the exhaust valve 36 of one of the cylinders is closed, the exhaust gas discharged from the other cylinder So that exhaust pulsation occurs in the exhaust manifold (32). Since the exhaust manifold 32 is connected to the exhaust port 34 of each cylinder 12, the pressure change of the exhaust manifold 32 acts on the exhaust port 34 of each cylinder 12 as it is. A part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 14 to the exhaust manifold 32 by the second opening and closing performed when the pressure of the exhaust manifold 32 is larger than the pressure of the cylinder 12 is again supplied to the combustion chamber 14 ). That is, when the exhaust valve 36 opens the exhaust port 34 at the time of the second opening / closing, the pressure from the exhaust manifold 32, which has a large pressure due to the pressure difference between the exhaust manifold 32 and the cylinder 12, The exhaust gas flows back into the small cylinder 12 again. Such secondary opening and closing is performed at least once during one cycle, and may be performed twice or more depending on the characteristics of the engine.

한편, 2차 개폐시의 배기 밸브(36)의 리프트량은 1차 개폐시의 배기 밸브(36)의 리프트량보다 더 작은 것이 일반적이다. 이때, 리프트량은 배기 밸브(36)가 배기 포트(34)를 개방시키기 위해 상측 또는 하측으로 이동하는 정도를 의미한다. 따라서, 2차 개폐시 연소실(14)로 재유입되는 배기가스의 양이 충분하지 않을 수 있다. 이 경우, 리프트량을 증가시키거나 2차 개폐 횟수를 늘림으로써 배기가스 재순환률(EGR률)을 높일 수 있다.On the other hand, the lift amount of the exhaust valve 36 at the time of the second opening and closing is generally smaller than the lift amount of the exhaust valve 36 at the time of the first opening and closing. At this time, the lift amount means the degree to which the exhaust valve 36 moves upward or downward to open the exhaust port 34. [ Therefore, the amount of the exhaust gas re-flowing into the combustion chamber 14 during the second opening and closing may be insufficient. In this case, the exhaust gas recirculation rate (EGR rate) can be increased by increasing the lift amount or by increasing the number of secondary open / close operations.

또한, 충분한 양의 배기가스 재순환이 일어나기 위해서는 배기 매니폴드(32)와 배기 밸브(36)가 속하는 실린더(12) 내부의 압력차이가 가장 클 때 리프트량이 최대가 되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 배기 매니폴드(32)와 배기 밸브(36)가 속하는 실린더(12) 내부의 압력차이가 가장 클 때 배기 밸브(36)는 배기 포트(34)를 최대로 개방시키는 것이 바람직하다.Further, in order to cause a sufficient amount of exhaust gas recirculation, it is desirable that the lift amount is maximized when the pressure difference within the cylinder 12 to which the exhaust manifold 32 and the exhaust valve 36 belong is greatest. In other words, it is preferable that the exhaust valve 36 opens the exhaust port 34 to the maximum when the pressure difference between the exhaust manifold 32 and the cylinder 12 to which the exhaust valve 36 belongs is the largest.

도 4는 도 3에 도시된 복수의 2차 개폐 사례들에 대한 EGR률 및 성능 저감률을 나타내는 그래프이다. 도 4에는, 2차 개폐가 서로 다른 크랭크각에서 개별적으로 수행되었을 때의 EGR률 및 성능 저감률이 도시된다. 도 3 및 4에 나타난 바와 같이, 복수의 2차 개폐 사례(case)들은 모두 배기 매니폴드(32)의 압력이 배기 밸브(36)가 속하는 실린더(12) 내부의 압력보다 클 때 수행되었더라도, 배기 매니폴드(32)와 실린더(12) 내부의 압력차이가 가장 클 때 밸브 리프트량이 가장 큰 3번 및 15번 사례가 EGR률은 크면서도 성능저감률은 낮은 것을 확인할 수 있다.4 is a graph showing the EGR rate and the performance reduction rate for the plurality of secondary opening and closing cases shown in FIG. FIG. 4 shows the EGR rate and the performance reduction rate when the secondary opening and closing is performed separately at different crank angles. As shown in Figs. 3 and 4, even when the plurality of secondary open / close cases are all performed when the pressure of the exhaust manifold 32 is larger than the pressure inside the cylinder 12 to which the exhaust valve 36 belongs, When the difference in pressure between the manifold 32 and the cylinder 12 is greatest, it can be seen that the EGR rate is large and the performance reduction rate is low in the case of No. 3 and No. 15 where the valve lift amount is largest.

배기 매니폴드(32)와 실린더(12) 내부의 압력차이가 가장 큰 시점은 엔진의 특성에 따라 다를 수 있다. 예컨대, 6기통 엔진의 경우 배기 밸브(36)의 1차 개폐 타이밍과 배기 매니폴드(32)의 체적 및 러너(runner)의 길이에 따라 배기 맥동의 위상차가 발생하지만, 일반적으로 크랭크각이 430도 내지 450도일 때 또는 크랭크각이 550도 내지 570도일 때 최대 리프트량을 가지도록 2차 개폐가 수행되면 큰 EGR률을 얻을 수 있으면서도 성능저감률은 낮출 수 있다.The timing at which the pressure difference between the exhaust manifold 32 and the cylinder 12 is greatest may vary depending on the characteristics of the engine. For example, in the case of a six-cylinder engine, the phase difference of the exhaust pulsation occurs depending on the primary open / close timing of the exhaust valve 36, the volume of the exhaust manifold 32, and the length of the runner. Generally, To 450 degrees or when the crank angle is in the range of 550 to 570 degrees, a large EGR rate can be obtained and the performance reduction rate can be lowered.

상기와 같이, 본 발명은 엔진의 1사이클 동안 배기 밸브(36)가 1차 개폐 후 다시 한번 배기 포트(34)를 개폐시키는 2차 개폐에 의해 배기가스가 연소실로 다시 유입됨으로써, 별도의 배기가스 재순환 유로 및 관련 부품을 구비할 필요 없이 배기가스 재순환을 구현할 수 있으며, 이에 따라 NOx의 발생이 감소된다.As described above, according to the present invention, the exhaust gas flows back into the combustion chamber by the second opening and closing of the exhaust port 34 once after the exhaust valve 36 is opened and closed once during one cycle of the engine, The exhaust gas recirculation can be realized without having to include the recirculation flow path and the related parts, thereby reducing the generation of NOx.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. . Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

10: 실린더블록 12: 실린더
14: 연소실 16: 피스톤
18: 커넥팅로드 20: 흡기 라인
22: 흡기 매니폴드 24: 흡기 포트
26: 흡기 밸브 30: 배기 라인
32: 배기 매니폴드 34: 배기 포트
36: 배기 밸브 40: 크랭크축
10: cylinder block 12: cylinder
14: combustion chamber 16: piston
18: connecting rod 20: intake line
22: intake manifold 24: intake port
26: intake valve 30: exhaust line
32: exhaust manifold 34: exhaust port
36: exhaust valve 40: crankshaft

Claims (3)

적어도 둘의 실린더를 포함하는 실린더블록;
상기 적어도 둘의 실린더의 배기 포트들로부터 각각 연장되는 배기 매니폴드; 및
상기 실린더 내부의 배기가스를 배출시키기 위해 상기 배기 포트를 개방하는 배기 밸브를 포함하고,
엔진의 1사이클 동안, 상기 배기 밸브는 배기 행정시 상기 배기 포트를 1회 개폐시키는 1차 개폐 후, 상기 배기 매니폴드의 압력이 상기 배기 밸브가 속하는 상기 실린더 내부의 압력보다 클 때 상기 배기 포트를 적어도 1회 더 개폐시키는 2차 개폐를 수행하는 디젤 엔진.
A cylinder block including at least two cylinders;
An exhaust manifold extending from the exhaust ports of the at least two cylinders, respectively; And
And an exhaust valve for opening the exhaust port to exhaust exhaust gas inside the cylinder,
The exhaust valve according to claim 1, wherein, during one cycle of the engine, when the pressure of the exhaust manifold is greater than a pressure inside the cylinder to which the exhaust valve belongs, the exhaust valve A diesel engine for performing a second opening and closing operation for opening and closing at least one time.
제1항에 있어서,
상기 2차 개폐시, 상기 배기 밸브는 상기 배기 매니폴드와 상기 배기 밸브가 속하는 상기 실린더 내부의 압력차이가 가장 클 때 상기 배기 포트를 최대로 개방시키는 디젤 엔진.
The method according to claim 1,
Wherein the exhaust valve opens the exhaust port to the maximum when the pressure difference between the exhaust manifold and the cylinder to which the exhaust valve belongs is greatest.
제1항에 있어서,
상기 2차 개폐는, 크랭크각이 430도 내지 450도일 때 또는 상기 크랭크각이 550도 내지 570도일 때 상기 배기 밸브가 최대 리프트량을 가지도록 수행되는 디젤 엔진.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary opening and closing is performed so that the exhaust valve has a maximum lift amount when the crank angle is 430 to 450 degrees or when the crank angle is 550 to 570 degrees.
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