KR20170059498A - 배기매니폴드 및 egr쿨러 일체형 실린더헤드 - Google Patents

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Abstract

복수개의 배기포트가 결합되는 결합부와 복수의 결합부가 결합되어 연장되는 연장부로 구성된 배기매니폴드; 상기 배기매니폴드와 인접되게 마련되는 워터자켓; 및 상기 워터자켓과 연통되고, 상기 배기매니폴드의 연장부를 외측에서 감싸는 형상으로 마련되는 EGR쿨러;를 포함하는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드가 소개된다.

Description

배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드 {CYLINDER HEAD-INTEGRATED EXHAUST MANIFOLD AND EGR COOLER}
본 발명은 차량의 엔진에 있어서, 엔진의 실린더헤드에 배기매니폴드와 EGR쿨러를 삽입하여 일체형으로 형성하는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드에 관한 것이다.
통상적으로 배기매니폴드는 실린더헤드와 별개의 부품으로 개발되어 부착됨으로써, 엔진 전체의 성능과 내구성에 큰 영향을 미칠 뿐만 아니라 차량 전체에 열해를 끼칠 수 있기 때문에 차량 전체의 패키지에 있어서 주요 고려 인자가 되고 있다.
상기한 배기매니폴드는 그 자체를 수용할 수 있는 공간을 엔진 룸 내에 확보해야 할 뿐만 아니라 주변부품에 열해를 끼치지 않도록 주변부품과의 사이에 충분한 간격을 필요로 한다.
또한, 상기한 배기매니폴드는 배기매니폴드 후방에 장착되는 촉매가 신속하게 활성화될 수 있도록 촉매가 엔진에 충분히 가깝게 배치되도록 고려되어야 한다. 따라서, 배기매니폴드와 엔진을 컴팩트하게 배치할 필요가 있다.
즉, 배기매니폴드를 별개의 구조물로 헤드에 부착하는 경우에 별도의 배기매니폴드의 장착공간이 마련되어야 할 뿐만 아니라 열해 방지용 열 차단수단이 함께 부착되어야 하므로 촉매와의 거리를 가깝게 하기 위해서는 제한된 공간 안에 상기 배기매니폴드를 장착하여야만 한다.
결국, 이러한 제한된 공간안에 배기매니폴드를 배치하기 위해서 배기매니폴드의 형상을 급격히 변경할 수 밖에 없다. 이러한 배기매니폴드의 급격한 형상 변경은 성능, 촉매와의 거리, 열적 내구성 등에서 어느 정도 손실을 감수할 수 밖에 없으며, 이와 같이 배기 매니폴드 형상에 급격한 곡률 변화를 줄 경우에 열 피로에 의해 응력 집중부에서 균열이 발생하는 문제점이 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2010-0060646 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진의 실린더헤드에 배기매니폴드 및 EGR쿨러를 삽입하여 일체로 구성함으로써, 레이아웃 및 원가가 절감되는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드는 복수개의 배기포트가 결합되는 결합부와 복수의 결합부가 결합되어 연장되는 연장부로 구성된 배기매니폴드; 상기 배기매니폴드와 인접되게 마련되는 워터자켓; 및 상기 워터자켓과 연통되고, 상기 배기매니폴드의 연장부를 외측에서 감싸는 형상으로 마련되는 EGR쿨러;를 포함한다.
상기 배기매니폴드는 복수개가 마련되되, 복수의 배기포트가 소정의 간격으로 일직선상에 위치되도록 배치될 수 있다.
상기 워터자켓은 상기 배기포트의 상하측에 각각 위치될 수 있다.
상기 EGR쿨러는 하방이 개방된 역"U"자형일 수 있다.
상기 복수의 배기매니폴드의 연장부는 상하로 배치되고, 상기 EGR쿨러는 상기 연장부의 외측을 감싸도록 형성됨으로써, 상기 실린더헤드에 일체로 형성될 수 있다.
상기 EGR쿨러의 외측에는 상기 EGR쿨러가 장착되는 하우징이 마련될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드에 따르면 실린더헤드에 배기매니폴드와 EGR쿨러를 삽입하여 일체로 형성함으로써, 종래에 EGR쿨러의 쿨링핀을 스테인레스(SUS) 외부에 브레이징 용접하여 적용하므로 상대적으로 원가가 높은 편이었으나, 상기와 같은 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드는 EGR쿨러의 하우징을 실린더헤드와 동일한 소재를 이용할 수 있으므로, 레이아웃이 간단해지며 원가절감이 가능한 장점이 있다.
또한, 실린더헤드의 배기매니폴드 장착면과 EGR쿨러의 연결부위를 실린더헤드 소재를 이용하여 파이프를 삭제하거나 전체적인 파이프의 길이를 단축함으로써, 조립공수가 삭제되므로, 원가절감이 가능하다.
차량의 구동시 엔진의 냉시동 초기에 EGR밸브의 작동시 냉각수가 EGR가스를 쿨링시키면서 냉각수 온도가 상승되어 상대적으로 배기가스 온도 손실량이 작아지므로 촉매 전단으로 유입되는 배기가스온도가 상대적으로 높아서 촉매 활성화 온도를 상대적으로 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 냉시동 초기에 실린더헤드에서 EGR쿨러로 작동되는 부분에 솔레노이드 밸브를 설치하고, 냉시동 초기에는 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 냉각수가 흐르지 않도록 제어하여 냉각수 순환으로 인한 배기가스 온도손실을 최소화하여 촉매 전단에 유입되는 배기가스 온도 저감을 최소화하여 촉매 활성화 온도상승 시간을 단축하여 에미션(Emission)을 개선을 할 수 있다. 혹은 솔레노이드밸브 대신 통합유량 가변제어밸브를 이용하여 냉시동 초기에는 냉각수가 흐르지 않도록 제어할 수도 있다.
또한, EGR통로의 파이프를 제거하거나 종래 대비 짧게하여 연결통로의 길이 단축을 통해 차압을 최소화할 수 있어, 저속/저부하 영역까지 EGR 적용이 가능하여 흡입효율을 높여 엔진의 효율을 증대시키고, 연비를 향상시키는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 배기매니폴드와 EGR쿨러를 상세하게 도시한 도면.
도 3은 EGR가스와 냉각수의 흐름을 나타낸 간략도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 배기매니폴드(100)와 EGR쿨러(700)를 상세하게 도시한 도면이며, 도 3은 EGR가스와 냉각수의 흐름을 나타낸 간략도이다.
본 명세서에서는 직렬 4기통 엔진의 실린더헤드에 관해 도시하고 설명하나, 다른 형식의 엔진에도 얼마든지 적용 가능할 것이다. 또한, 배기매니폴드가 실린더헤드에 일체로 삽입되는 내용은 기 공지된 내용이므로, 본 명세서에서는 상세한 설명은 생략하고, 본 발명에 해당하는 실린더헤드에 EGR쿨러가 일체로 결합(삽입)되는 부분을 집중적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드는 복수개의 배기포트(110)가 결합되는 결합부(130)와 복수의 결합부(130)가 결합되어 연장되는 연장부(150)로 구성된 배기매니폴드(100); 상기 배기매니폴드(100)와 인접되게 마련되는 워터자켓(300); 및 상기 워터자켓(300)과 연통되고, 상기 배기매니폴드(100)의 연장부(150)를 외측에서 감싸는 형상으로 마련되는 EGR쿨러(700);를 포함한다.
상기 배기포트(110)는 1실린더에 2개가 마련된다. 따라서, 상기 엔진이 4기통이므로, 상기 배기포트(110)는 총 8개가 마련된다. 상기 배기포트(110)는 실린더별로 2개씩 짝을 이루어 하나로 결합되는 결합부(130)를 형성한다. 상기 결합부(130)는 2개가 모여 하나의 연장부(150)를 형성한다. 특히, 도 2에 도시한 것처럼 상기 배기매니폴드(100)는 2번,3번 실린더의 배기포트(110)가 모여 하나의 배기매니폴드(100)를 형성하고, 1번, 4번 실린더의 배기포트(110)가 모여 또 다른 하나의 배기매니폴드(100)를 형성하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기한 배기매니폴드(100)는 상기 배기포트(110)가 소정의 간격으로 일직선상에 위치되도록 배치된다. 또한, 상기 2번, 3번 실린더의 배기매니폴드(100) 연장부(150)와 1번, 4번 실린더의 배기매니폴드(100) 연장부(150)는 상하로 배치되는 것이 설계나 제작, 공간활용 등에 있어 유리할 것이다.
상기 배기매니폴드(100)는 상기 엔진의 연소실에서 연소된 고온의 배기가스가 통과하기 때문에 냉각이 필요하므로, 상기 배기매니폴드(100)와 인접된 부분에는 상기 워터자켓(300)이 마련된다. 상기 워터자켓(300)은 상기 배기매니폴드(100)와 마찬가지로 상기 실린더헤드(1000)에 삽입되되, 상기 배기포트(110)의 상하측에 각각 위치되어 상기 배기매니폴드(100)를 냉각하는 것이 빠른 냉각을 위해 바람직할 것이다.
통상적으로 상기 배기매니폴드(100)의 연장부(150)는 차량의 전방측으로 돌출되는 형상을 가지게 된다. 따라서, 상기 워터자켓(300)과 연통되고, 하방이 개방된 역"U"자 형상의 상기 EGR쿨러(700)가 상기 연장부(150)의 외측을 감싸는 형상으로 마련됨으로써, 상기 실린더헤드(1000)에 상기 EGR쿨러(700)를 일체로 형성할 수 있는 것이다.
즉, 종래에 상기 2번, 3번 실린더의 배기매니폴드(100)와 상기 1번, 4번 배기매니폴드(100) 사이에 개재되던 워터자켓을 삭제하고, 하측 워터자켓(300)의 용량과 면적을 증대시킴으로써, 냉각효과는 유지하면서 상기 EGR쿨러(700)를 상기 실린더헤드(1000)에 삽입할 수 있게 되는 것이다.
보다 상세하게는, 상기 실린더헤드(1000)에 상기 배기매니폴드(100)의 연장부(150) 외측으로 하우징(900)을 마련하고, 상기 하우징(900)에 상기 EGR쿨러(700)를 삽입함으로써, 상기 실린더헤드(1000)에 상기 EGR쿨러(700)를 일체형으로 형성할 수 있는 것이다. 또한, 상기 하우징(900)에는 상기 EGR쿨러(700)로 EGR가스를 유입 및 배출하기 위한 EGR가스 입구(710) 및 EGR가스 출구(730)가 형성되어야 하는데, 상기 하우징(900)에 상기 EGR가스 입구(710) 및 출구(730)가 형성된 커버를 별물로 형성하여 결합할 수 있다. 따라서, 도 3에서처럼 상기 워터자켓(300)의 냉각수입구(310)를 통해 유입된 냉각수가 상기 EGR쿨러(700)를 지나면서 온도가 상승되어 상기 냉각수 출구(330)를 통해 배출되는 것이다.
상기 EGR가스의 통로는 상기 실린더헤드(1000)의 소재를 이용하거나 연결부위를 간단하게 파이프(미도시)를 구성하여 연결이 가능하다. 소재로 가공된 부위는 씰링캡(미도시) 등을 적용하여 냉각수의 리크를 개선할 수 있을 것이다.
따라서, 종래에는 EGR쿨러(700)의 쿨링핀을 스테인레스(SUS) 외부에 브레이징 용접하여 적용하므로 상대적으로 원가가 높은 편이었으나, 상기와 같은 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드는 EGR쿨러(700)의 하우징(900)을 실린더헤드(1000)와 동일한 소재를 이용할 수 있으므로, 레이아웃이 간단해지며 원가절감이 가능한 장점이 있다.
또한, 실린더헤드(1000)의 배기매니폴드(100) 장착면과 EGR쿨러(700)의 연결부위를 실린더헤드(1000) 소재를 이용하여 파이프를 삭제하거나 전체적인 파이프의 길이를 단축함으로써, 조립공수가 삭제되므로, 원가절감이 가능하다.
차량의 구동시 엔진의 냉시동 초기에 EGR밸브(미도시)의 작동시 냉각수가 EGR가스를 쿨링시키면서 냉각수 온도가 상승되어 상대적으로 배기가스 온도 손실량이 작아지므로 촉매 전단으로 유입되는 배기가스온도가 상대적으로 높아서 촉매 활성화 온도를 상대적으로 높일 수 있는 효과가 있다. 또한, 냉시동 초기에 실린더헤드(1000)에서 EGR쿨러(700)로 작동되는 부분에 솔레노이드 밸브(미도시)를 설치하고, 냉시동 초기에는 솔레노이드 밸브를 폐쇄하여 냉각수가 흐르지 않도록 제어하여 냉각수 순환으로 인한 배기가스 온도손실을 최소화하여 촉매 전단에 유입되는 배기가스 온도 저감을 최소화하여 촉매 활성화 온도상승 시간을 단축하여 에미션(Emission)을 개선을 할 수 있다. 혹은 솔레노이드밸브 대신 통합유량 가변제어밸브(미도시)를 이용하여 냉시동 초기에는 냉각수가 흐르지 않도록 제어할 수도 있다.
또한, EGR통로의 파이프를 제거하거나 종래 대비 짧게하여 연결통로의 길이 단축을 통해 차압을 최소화할 수 있어, 저속/저부하 영역까지 EGR 적용이 가능하여 흡입효율을 높여 엔진의 효율을 증대시키고, 연비를 향상시키는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 배기매니폴드
110 : 배기포트
130 : 결합부
150 : 연장부
300 : 워터자켓
700 : EGR쿨러
900 : 하우징

Claims (6)

  1. 복수개의 배기포트가 결합되는 결합부와 복수의 결합부가 결합되어 연장되는 연장부로 구성된 배기매니폴드;
    상기 배기매니폴드와 인접되게 마련되는 워터자켓; 및
    상기 워터자켓과 연통되고, 상기 배기매니폴드의 연장부를 외측에서 감싸는 형상으로 마련되는 EGR쿨러;를 포함하는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기매니폴드는 복수개가 마련되되, 복수의 배기포트가 소정의 간격으로 일직선상에 위치되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 워터자켓은 상기 배기포트의 상하측에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 EGR쿨러는 하방이 개방된 역"U"자형인 것을 특징으로 하는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 배기매니폴드의 연장부는 상하로 배치되고, 상기 EGR쿨러는 상기 연장부의 외측을 감싸도록 형성됨으로써, 상기 실린더헤드에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 EGR쿨러의 외측에는 상기 EGR쿨러가 장착되는 하우징이 마련되는 것을 특징으로 하는 배기매니폴드 및 EGR쿨러 일체형 실린더헤드.
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