KR20200095450A - 다기통 엔진의 흡기 구조 - Google Patents

다기통 엔진의 흡기 구조 Download PDF

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KR20200095450A
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마사타카 우치보리
마코토 시모노
아이 이케타니
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얀마 파워 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

다기통 엔진에 있어서, 간단하며 또한 합리적인 구성을 채용하면서, EGR 가스가 대략 균질하게 확산된 혼합 가스를 신기로서 각 흡기 포트에 분배하여 각 기통에 흡기시켜서, EGR율의 편차에 기인하는 배기 이미션의 악화를 억제하는 기술을 제공한다. 각 흡기 포트(12)로 통하는 복수의 신기 분배구(25)가 개구되는 신기 분배실(20)과 가스 수집실(30)을 구비하고, 가스 수집실(30)이, 신기 분배실(20)로 통하는 제 1 연통구(7a)가 개구하는 연통 영역(30B)과, 공기 도입구(31a) 및 EGR 가스 도입구(32a)가 개구됨과 아울러 공기(A)와 EGR 가스(R)의 혼합 가스(M)의 통류 방향을 따라 연통 영역(30B)보다 상류측에 위치하는 제 1 혼합 영역(30A)과, 혼합 가스(M)의 통류 방향을 따라 연통 영역(30B)보다 하류측에 위치하는 제 2 혼합 영역(30C)을 갖는다.

Description

다기통 엔진의 흡기 구조
본 발명은 복수의 기통에 흡기되는 신기(新氣)에 대하여 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 환류시키는 다기통 엔진의 흡기 구조에 관한 것이다.
소위 EGR을 행하는 다기통 엔진에 있어서, 신기에 있어서의 EGR 가스의 확산이 충분하게 행해지지 않을 경우에는, 신기에 있어서의 EGR 가스의 환류 비율인 EGR율의 각 기통간에서의 편차나 변동이 생기고, 그것에 기인해서 배기 가스 중의 NOx 농도가 증가하는 등의 배기 이미션의 악화가 발생한다.
종래의 다기통 엔진으로서, 신기에 있어서의 EGR 가스의 확산을 촉진시키기 위한 기구를 구비한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조.). 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 다기통 엔진에서는, 공기를 도입하는 공기 도입관의 흡기 챔버로의 접속부의 외주부를 따라 EGR 가스가 도입되는 배기 분산실이 형성된다. 또한, 흡기 챔버의 공기 도입관 출구의 주위를 따라 배기 분산실의 토출구가 개구되어 있다. 이 구성에 의해, 신기의 큰 맥동에 기인하는 EGR 가스의 역류를 방지하면서, 도입 공기를 둘러싸도록 EGR 가스를 흡기 챔버에 도입함으로써 공기와 EGR 가스의 혼합의 촉진이 도모되고 있다.
일본 특허공개 평 10-131812호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 다기통 엔진에서는, 복수의 기통의 각 흡기 포트로 통하는 복수의 신기 분배구가 개구되는 흡기 챔버에 있어서, 공기와 EGR 가스의 각각이 도입되어 합류해서 혼합 가스가 생성된다. 그 때문에, 설령 그것들의 혼합을 촉진시켰을 경우여도, 혼합이 불충분한 단계에서 혼합 가스가 신기로서 각 흡기 포트에 유입되어 각 기통에 흡기될 가능성이 있다. 또한, 이와 같은 다기통 엔진에서는, 흡기 챔버를 실린더 헤드에 부착되는 흡기 매니폴드 내의 공간으로서 형성함과 아울러, 그 흡기 매니폴드에 있어서 흡기 챔버로의 공기 도입관의 접속부 주위에 배기 분산실을 형성한다는 점에서, 상기 흡기 매니폴드의 구조가 복잡한 것이 되어 비용 상승의 요인이 된다.
이 실정을 감안하여, 본 발명의 주된 과제는, EGR을 행하는 다기통 엔진에 있어서, 간단하며 또한 합리적인 구성을 채용하면서, EGR 가스가 대략 균질하게 확산된 혼합 가스를 신기로서 각 흡기 포트에 분배하여 각 기통에 흡기시켜서, EGR율의 편차에 기인하는 배기 이미션의 악화를 억제하는 기술을 제공하는 점에 있다.
본 발명의 제 1 특징 구성은, 복수의 기통에 흡기되는 신기에 대하여 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 환류시키는 다기통 엔진의 흡기 구조로서,
상기 복수의 기통의 각 흡기 포트로 통하는 복수의 신기 분배구가 개구되는 신기 분배실과,
상기 공기가 도입되는 공기 도입구와, 상기 EGR 가스가 도입되는 EGR 가스 도입구와, 상기 신기 분배실로 통하는 제 1 연통구가 개구되는 가스 수집실을 형성하고,
상기 가스 수집실이, 상기 제 1 연통구가 개구되는 연통 영역과, 상기 공기 도입구 및 상기 EGR 가스 도입구가 개구됨과 아울러 상기 공기와 상기 EGR 가스의 혼합 가스의 통류 방향을 따라 상기 연통 영역보다 상류측에 위치하는 제 1 혼합 영역과, 상기 혼합 가스의 통류 방향을 따라 상기 연통 영역보다 하류측에 위치하는 제 2 혼합 영역을 갖는 점에 있다.
본 구성에 의하면, EGR을 행하는 다기통 엔진에 있어서, 복수의 신기 분배구에 대하여 신기를 분배하기 위한 신기 분배실에 추가해서, 상기 신기 분배실에 대하여 제 1 연통구를 통해 연통함과 아울러 공기와 EGR 가스가 도입되는 가스 수집실이 형성되어 있다. 즉, 가스 수집실에서는 공기에 대하여 EGR 가스가 합류됨으로써 공기와 EGR 가스의 혼합 가스가 생성되고, 그 혼합 가스가 제 1 연통구로부터 신기 분배실에 도입된 후에, 신기로서 각 신기 분배구에 분배되어 각 흡기 포트로부터 각 기통에 흡기되게 된다.
또한, 가스 수집실에 있어서, 혼합 가스의 통류 방향을 따라 상류측에는 공기 도입구 및 EGR 가스 도입구가 개구되는 제 1 혼합 영역이 형성되어 있고, 그 제 1 혼합 영역의 하류측에는 제 1 연통구가 개구되는 연통 영역이 형성되어 있으며, 또한, 그 연통 영역의 하류측에는 제 2 혼합 영역이 형성되어 있다. 그리고, 가스 수집실의 상류측에 위치하는 제 1 혼합 영역에서는, 생성된 직후의 혼합 가스가 연통 영역을 향하는 흐름이 형성되게 된다. 한편, 가스 수집실의 하류측에 위치하는 제 2 혼합 영역에서는, 제 1 연통구로부터 유출되지 않고 연통 영역을 통과한 혼합 가스가 리턴해서 재차 연통 영역을 향하는 흐름이 형성되게 된다. 또한, 가스 수집실의 중간부에 위치하는 연통 영역에서는, 제 1 혼합 영역으로부터 도달한 혼합 가스와 제 2 혼합 영역으로부터 도달한 혼합 가스의 충돌이 생기게 된다.
이상의 점으로부터, 가스 수집실의 제 2 혼합 영역에서는, 혼합 가스의 흐름을 리턴시킨다고 하는 간단하며 또한 합리적인 구성에 의해, 공기에 대한 EGR 가스의 혼합이 촉진되게 된다. 또한, 가스 수집실의 연통 영역에서는, 혼합 가스를 충돌시킨다고 하는 간단하며 또한 합리적인 구성에 의해, 공기에 대한 EGR 가스의 혼합이 한층 더 촉진되게 된다. 따라서, 가스 수집실의 연통 영역에는 충분히 혼합된 공기와 EGR 가스의 혼합 가스가 존재하게 된다. 그리고, 충분히 혼합된 혼합 가스를 제 1 연통구로부터 신기 분배실에 도입시켜서, 신기로서 각 흡기 포트에 분배하여 각 기통에 흡기시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해 EGR을 행하는 다기통 엔진에 있어서, 간단하고 또한 합리적인 구성을 채용하면서, EGR 가스가 대략 균질하게 확산된 혼합 가스를 신기로서 각 흡기 포트에 분배하여 각 기통에 흡기시켜서, EGR율의 편차에 기인하는 배기 이미션의 악화를 억제하는 기술을 제공할 수 있다.
본 발명의 제 2 특징 구성은, 상기 신기 분배실이 실린더 헤드의 측면부에 형성된 오목 형상의 내부 공간이고,
상기 가스 수집실이 상기 신기 분배실의 개방부를 덮는 상태로 상기 실린더 헤드의 측면부에 부착된 컬렉터의 내부 공간이며,
상기 실린더 헤드의 측면부와 상기 컬렉터의 부착면부 사이에 개재되어 상기 신기 분배실과 상기 가스 수집실을 칸막이함과 아울러, 상기 제 1 연통구가 형성된 칸막이판을 구비한 점에 있다.
본 구성에 의하면, 실린더 헤드의 측면부에 신기 분배실이 오목 형상의 내부 공간으로서 형성되어 있으므로, 상기 실린더 헤드는 별체의 흡기 매니폴드의 설치를 생략할 수 있다. 또한, 신기 분배실을 덮는 상태로 실린더 헤드의 측면부에, 상기 흡기 매니폴드와 같이 복잡한 분기 유로를 가질 필요가 없는 단순한 형상의 컬렉터를 부착하는 것만으로, 그 컬렉터의 내부 공간을 가스 수집실로서 이용할 수 있다. 또, 실린더 헤드의 측면부와 컬렉터의 부착면부 사이에 제 1 연통구를 갖는 칸막이판을 개재한다고 하는 간단한 구성을 채용하는 것만으로, 실린더 헤드측의 신기 분배실과 컬렉터측의 가스 수집실을 적합하게 칸막이하면서 그것들을 제 1 연통구에서 연통시킬 수 있다. 그리고, 이와 같은 구성을 채용함으로써, 칸막이판에 형성되는 제 1 연통구의 사이즈나 형상이나 위치 등을 간단히 변경할 수 있고, 그것에 의해 가스 수집실에 있어서의 공기와 EGR 가스의 혼합 상태를 적합한 것으로 간단하게 조정할 수 있다.
본 발명의 제 3 특징 구성은, 상기 신기 분배실이 실린더 헤드의 측면부에 형성된 오목 형상의 내부 공간이며,
상기 가스 수집실이 상기 신기 분배실의 개방부를 덮는 상태로 상기 실린더 헤드의 측면부에 부착된 컬렉터의 내부 공간이며,
상기 실린더 헤드의 측면부에 대한 상기 컬렉터의 부착부에 부착용 볼트가 내삽되는 보스부가 복수 형성되고,
상기 복수의 보스부의 외주부가 상기 가스 수집실의 내벽면에 형성되는 혼합 촉진용의 볼록부로서 구성되어 있는 점에 있다.
본 구성에 의하면, 공기에 대하여 EGR 가스가 합류해서 혼합 가스가 생성되는 가스 수집실의 내벽면에 혼합 촉진용의 볼록부가 형성되어 있으므로, 혼합 가스의 흐름이 볼록부를 따라 흐름으로써 발생하는 난류 등에 의해, 상기 혼합 가스에서의 공기와 EGR 가스의 혼합을 한층 더 촉진시킬 수 있다.
또한, 가스 수집실이 실린더 헤드의 측면부에 오목 형상의 내부 공간으로서 형성된 신기 분배실의 개방부를 덮는 상태로 부착된 컬렉터의 내부 공간이므로, 실린더 헤드의 측면부에 대한 컬렉터의 부착부에 부착용 볼트가 내삽되는 보스부를 복수 설치하고, 그 보스부의 외주부를 상기 가스 수집실의 내벽면에 형성되는 혼합 촉진용의 볼록부로서 이용할 수 있다.
본 발명의 제 4 특징 구성은, 상기 가스 수집실의 제 2 혼합 영역과 상기 신기 분배실을 연통시킴과 아울러 상기 제 1 연통구보다 소경으로 형성된 제 2 연통구를 구비한 점에 있다.
본 구성에 의하면, 가스 수집실의 제 2 혼합 영역과 신기 분배실을 연통시키는 제 2 연통구가 형성되어 있기 때문에, 제 2 혼합 영역과 신기 분배실 사이에서 제 2 연통구를 통해서 적당하게 가스 교환이 행해지게 된다. 따라서, 가스 수집실에 있어서, 제 1 혼합 영역으로부터 연통 영역을 통과해서 도달한 혼합 가스의 흐름이 리턴되는 제 2 혼합 영역에서의 EGR 가스의 체류에 기인하는 디포짓의 생성을 억제할 수 있다. 또한, 제 2 혼합 영역을 신기 분배실에 연통시키는 제 2 연통구의 크기가, 연통 영역을 신기 분배실에 연통시키는 제 1 연통구의 크기보다 소경으로 형성되어 있으므로, 연통 영역에 존재하는 혼합이 충분하게 촉진된 혼합 가스를 제 1 연통구로부터 신기 분배실로 유입시키면서, 제 2 혼합 영역에 존재하는 혼합이 불충분한 혼합 가스가 제 2 연통구로부터 신기 분배실로 유입되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명의 제 5 특징 구성은, 상기 제 1 혼합 영역이 상기 제 1 연통구의 중심축 방향에 교차하는 방향을 따라 상기 혼합 가스가 흐르는 영역이며,
상기 제 2 혼합 영역이 상기 제 1 혼합 영역에서의 상기 혼합 가스의 통류 방향을 따라 상기 연통 영역보다 안쪽에 위치하는 영역인 점에 있다.
본 구성에 의하면, 가스 수집실에 있어서 제 1 혼합 영역으로부터 제 1 연통구가 개구되는 연통 영역에 대하여, 제 1 연통구의 중심축 방향에 교차하는 방향을 따라 혼합 가스가 유입되므로, 그 제 1 혼합 영역으로부터 연통 영역으로 유입된 혼합 가스의 대부분을, 그 혼합 가스의 통류 방향을 따라 연통 영역보다 안쪽에 있는 제 2 혼합 영역에 대하여, 통류 방향을 변화시키지 않고 양호하게 유입시켜서, 그 혼합 가스에서의 공기와 EGR 가스의 혼합을 한층 더 촉진시킬 수 있다. 또한, 제 1 연통구로부터 신기 분배실에 유입되는 혼합 가스는, 가스 수집실의 연통 영역에 있어서 통류 방향을 변화시켜서 제 1 연통구를 통과한 것으로 되기 때문에, 그 통류 방향의 변화시에 있어서도 혼합을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 제 6 특징 구성은, 상기 제 1 혼합 영역이 상기 EGR 가스 도입구로부터 도입된 EGR 가스가 상기 혼합 가스의 통류 방향을 따라 통류함과 아울러, 상기 통류하는 EGR 가스에 대하여 상기 공기 도입구로부터 도입된 신기를 상기 혼합 가스의 통류 방향과 교차하는 방향을 따라 합류시키는 영역인 점에 있다.
본 구성에 의하면, 가스 수집실의 제 1 혼합 영역에 있어서, 혼합 가스의 통류 방향을 따라 제 1 연통구가 개구되는 연통 영역을 향해서 통류하는 EGR 가스에 대하여, 상기 EGR 가스의 통류 방향과 교차하는 방향으로 공기를 합류시킬 수 있다. 즉, 공기와 EGR 가스의 각각이 서로 교차하는 방향으로 합류하기 때문에 그것들의 혼합이 촉진된다. 또한, EGR 가스와 비교해서 대유량인 공기가, 연통 영역을 향하는 EGR 가스의 통류 방향에 대하여 교차하는 방향을 따라서, 공기 도입구로부터 가스 수집실로 유입되기 때문에, 그 유입된 공기가 EGR 가스와 합류한 직후에 가스 수집실의 내벽에 충돌하고, 그 충돌에 의해 발생하는 난류에 의해 공기와 EGR 가스의 혼합을 한층 더 촉진시킬 수 있다.
도 1은 다기통 엔진의 실린더 헤드 부분의 사시도이다.
도 2는 다기통 엔진의 실린더 헤드 부분의 평단면도이다.
도 3은 다기통 엔진의 흡기 구조 부분의 측면도이다.
도 4는 다기통 엔진의 흡기 구조 부분의 분해 사시도이다.
도 5는 컬렉터 및 칸막이판의 분해 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6은 컬렉터 및 칸막이판의 조립 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 컬렉터의 개방부측의 측면도이다.
본 발명에 따른 다기통 엔진의 흡기 구조의 실시형태에 대해서 도 1∼도 7 에 의거하여 설명한다.
본 실시형태의 다기통 엔진(이하, 「본 엔진」으로 약칭할 경우가 있다.)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 4개의 기통(10)을 직렬로 배열하여 구비한 엔진 본체(1)를 구비한 직렬 4기통형의 디젤 엔진으로서 구성되어 있다. 또한 본 엔진은, 각 기통(10)에 흡기되는 신기에 대하여 배기 가스(E)의 일부를 EGR 가스(R)로서 환류시키는 EGR을 행하는 것으로서 구성되어 있다.
엔진 본체(1)의 상면부에는 실린더 헤드(2)가 설치되어 있다. 실린더 헤드(2)의 일방측의 측면부(2a)에는, 주로 도 2에 나타내는 바와 같이, 평면에서 볼 때에 있어서의 복수의 기통(10)의 배열 방향(이하, 「기통 배열 방향」이라고 부른다.)을 따라 연장되는 오목 형상의 내부 공간인 신기 분배실(20)이 형성되어 있다. 또한, 이 신기 분배실(20)에는 4개의 기통(10)의 각 흡기 포트(12)로 통하는 4개의 신기 분배구(25)가 바깥쪽을 향해서 개구되는 상태로 형성되어 있다. 이와 같이, 신기 분배실(20)이 실린더 헤드(2)의 내부 공간으로서 형성되어 있으므로, 실린더 헤드(2)와는 별체의 흡기 매니폴드의 설치가 생략되어 있다.
실린더 헤드(2)에 있어서 신기 분배실(20)이 형성된 측의 측면부(2a)에는, 상기 신기 분배실(20)의 개방부를 덮는 상태로 컬렉터(3)가 부착되어 있다. 이 컬렉터(3)의 내부에는 가스 수집실(30)이 형성되어 있다. 즉, 컬렉터(3)는 흡기 매니폴드와 같이 복잡한 분기 유로를 내부에 갖는 것이 아니라, 실린더 헤드(2)측의 면에 개방하는 오목 형상 공간으로서 가스 수집실(30)을 형성한 단순한 형상의 것으로서 구성되어 있다.
한편, 실린더 헤드(2)의 타방측의 측면부(2b)에는, 복수의 기통(10)의 각 배기 포트(14)로 통하는 4개의 배기 유출구(27)가 형성되어 있다. 이 배기 유출구(27)가 형성된 측의 실린더 헤드(2)의 측면부(2b)에는, 상기 배기 유출구(27)에 접속하는 상태로 배기 매니폴드(8)가 부착되어 있다. 이 배기 매니폴드(8)의 내부에는 기통 배열 방향을 따라 연장되는 배기 가스 집합실(80)이 형성되어 있다.
그리고, 이러한 종류의 다기통 엔진에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 공기(A)와 EGR 가스(R)가 컬렉터(3) 내부의 가스 수집실(30)에 도입되어서 합류하고, 상기 가스 수집실(30)에서 공기(A)와 EGR 가스(R)의 혼합 가스(M)가 생성된다. 그 혼합 가스(M)는 실린더 헤드(2) 내부의 신기 분배실(20)에 유입되어, 신기로서 각 신기 분배구(25)에 분배되고, 각 흡기 포트(12)를 통해 각 기통(10)에 흡기된다.
한편, 각 기통(10)으로부터 각 배기 포트(14)를 통해서 배출된 배기 가스(E)는, 각 배기 유출구(27)로부터 배기 매니폴드(8) 내부의 배기 가스 집합실(80)에 도입된다. 이 배기 가스 집합실(80)에 도입된 배기 가스(E)의 대부분은, 배기 가스 집합실(80)에 개구되는 배기 가스 배출구(81)로부터 배기 가스 처리부(도시 생략)로 보내져서 적당히 무해화 처리가 실시된 후에 대기로 방출된다.
또한, 배기 가스 집합실(80)에 도입된 배기 가스(E)의 일부는, EGR 가스(R)로서 배기 매니폴드(8)에 설치된 EGR 가스 인출관부(82)를 통해서 EGR 가스 관로(29)로 인출된다. 이 인출된 EGR 가스(R)는 EGR 가스 도입관(5) 및 EGR 제어 밸브(6)(도 1 및 도 3 참조)를 통해서 컬렉터(3) 내부의 가스 수집실(30)에 도입된다.
본 엔진에는 간단하며 또한 합리적인 구성의 급기 구조가 채용되어 있다. 이와 같은 급기 구조를 채용함으로써, EGR 가스(R)가 대략 균질하게 확산된 혼합 가스(M)를 신기로서 각 흡기 포트(12)에 분배하여 각 기통(10)에 흡기시켜서, EGR율의 편차에 기인하는 배기 이미션의 악화를 억제할 수 있다. 그 흡기 구조의 상세에 대해서 이하에 설명을 추가한다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 신기 분배실(20)이 형성된 측의 실린더 헤드(2)의 측면부(2a)와 컬렉터(3)의 부착면부(3a) 사이에는 강판제의 칸막이판 (7)이 개재되어 있다. 이 칸막이판(7)에는 제 1 연통구(7a) 및 그것보다 소경의 제 2 연통구(7b)가 형성되어 있다. 즉, 실린더 헤드(2)의 내부 공간으로서 형성된 신기 분배실(20)과, 컬렉터(3)의 내부 공간으로서 형성된 가스 수집실(30)은, 제 1 연통구(7a) 및 제 2 연통구(7b)에 의해 서로 연통하면서 상기 칸막이판(7)에 의해 서로 칸막이되게 된다.
또한, 칸막이판(7)에 있어서, 제 1 연통구(7a) 및 제 2 연통구(7b)의 사이즈나 형상이나 수나 형성 위치 등에 대해서는 적당하게 변경할 수 있다. 이것들을 변경함으로써 가스 수집실(30)에 있어서의 공기(A)와 EGR 가스(R)의 혼합 상태를 적합한 것으로 간단하게 조정할 수 있다.
또한, 칸막이판(7)의 외주 가장자리부와, 실린더 헤드(2)의 측면부(2a)나 컬렉터(3)의 부착면부(3a) 사이에는 개스킷(72)이 개재되어 있다. 또한, 칸막이판(7)을 개스킷 기능을 갖는 재질로 구성하면, 별도 추가한 개스킷(72)을 생략할 수도 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 실린더 헤드(2)의 내부 공간으로서 형성된 신기 분배실(20)은, 기통 배열 방향을 따라 연장되는 공간으로서 형성되어 있다. 따라서, 칸막이판(7)에 형성된 제 1 연통구(7a)로부터 기통 배열 방향에 직교하는 방향을 따라 도입된 혼합 가스(M)는, 기통 배열 방향을 따른 방향으로 통류 방향을 변화시킨 후에 각 신기 분배구(25)에 분배되게 된다.
도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 컬렉터(3)의 상면부에는 공기 도입관(4)이 접속되는 접속부(31)나, EGR 제어 밸브(6)가 접속되는 접속부(32)가 설치되어 있다. 그리고, 주로 도 5 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 그 컬렉터(3)의 내부 공간으로서 형성된 가스 수집실(30)의 천장면부에는, 공기 도입관(4)으로부터 공기(A)가 도입되는 공기 도입구(31a)나, 공기 도입관(4)으로부터 EGR 가스(R)가 도입되는 EGR 가스 도입구(32a)가 개구되어 있다. 이들 공기 도입구(31a) 및 EGR 가스 도입구(32a)는 어느 것이나, 공기(A) 및 EGR 가스(R)를 연직 하향으로 도입하는 개구가 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 컬렉터(3)의 내부 공간으로서 형성된 가스 수집실(30)은, 실린더 헤드(2) 내부의 신기 분배실(20)의 바깥쪽에 인접함과 아울러, 상기 신기 분배실(20)과 마찬가지로 기통 배열 방향을 따라 연장되는 공간으로서 형성되어 있다. 즉, 가스 수집실(30)에 있어서, 공기(A) 및 EGR 가스(R)가 공기 도입구(31a) 및 EGR 가스 도입구(32a)의 각각으로부터 연직 하향으로 도입된다. 그리고, 그 도입된 공기(A) 및 EGR 가스(R)는, 가스 수집실(30)의 저면부에 충돌해서 기통 배열 방향을 따른 방향(도 2에 있어서 부호 FM으로 나타내는 방향)으로 통류 방향을 변화시킨 후에, 가스 수집실(30)을 통류하게 된다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 컬렉터(3)에 있어서 EGR 가스 도입구(32a)는 기통 배열 방향을 따른 가스 수집실(30)의 일방측의 단부에 인접해서 개구되어 있다. 또한, 컬렉터(3)에 있어서, 공기 도입구(31a)는 그 EGR 가스 도입구(32a)에 대하여 기통 배열 방향을 따라 중앙부측에 인접해서 개구되어 있다. 즉, 가스 수집실(30)에 있어서, EGR 가스 도입구(32a)로부터 연직 하향으로 도입된 EGR 가스(R)가 통류 방향을 기통 배열 방향을 따른 방향(도 7에 있어서 부호 FR로 나타내는 방향)으로 변화시켜서 통류한다. 또한, 그 기통 배열 방향을 따라 통류하는 EGR 가스(R)에 대하여 도입된 공기(A)가 공기 도입구(31a)로부터 연직 하향의 방향(도 7에 있어서 부호 FA로 나타내는 방향)을 따라 합류되어서 혼합 가스(M)가 생성된다. 그리고, 그 혼합 가스(M)가 기통 배열 방향(도 7에 있어서 부호 FM으로 나타내는 방향)을 따라서 통류하게 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 컬렉터(3) 내부의 가스 수집실(30)과 실린더 헤드(2) 내부의 신기 분배실(20)을 연통시키는 제 1 연통구(7a)는, 평면에서 볼 때에 있어서 기통 배열 방향으로 평행한 칸막이판(7)에 형성되어 있다. 따라서, 가스 수집실(30)에 있어서의 혼합 가스(M)의 통류 방향은 제 1 연통구(7a)의 중심축(A7a) 방향에 직교하고, 기통 배열 방향을 따른 방향으로 된다.
도 2 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 컬렉터(3) 내부의 가스 수집실(30)은, 연통 영역(30B)과, 제 1 혼합 영역(30A)과, 제 2 혼합 영역(30C)을 갖는 것으로 된다. 연통 영역(30B)은 칸막이판(7)의 제 1 연통구(7a)가 개구된다. 제 1 혼합 영역(30A)은, 공기 도입구(31a) 및 EGR 가스 도입구(32a)가 개구됨과 아울러 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)을 따라 연통 영역(30B)보다 상류측에 위치한다. 또한, 제 2 혼합 영역(30C)은, 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)을 따라 연통 영역(30B)보다 하류측에 위치한다. 즉, 가스 수집실(30)에는 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)을 따라 상류측으로부터 순서대로 제 1 혼합 영역(30A)과 연통 영역(30B)과 제 2 혼합 영역(30C)이 형성되어 있다.
가스 수집실(30)의 가장 상류측에 위치하는 제 1 혼합 영역(30A)에서는, EGR 가스 도입구(32a)로부터 도입된 EGR 가스(R)가 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)인 기통 배열 방향을 따라 통류한다. 또한, 그 통류하는 EGR 가스(R)에 대하여 공기 도입구(31a)로부터 도입된 공기(A)가 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)인 기통 배열 방향과 교차하는 연직 하향의 방향(FA)을 따라 합류하여 혼합 가스(M)가 생성된다. 그리고, 그 생성된 직후의 혼합 가스(M)가, 제 1 연통구(7a)의 중심축(A7a) 방향에 대략 직교해서 교차하는 기통 배열 방향인 통류 방향(FM)을 따라 연통 영역(30B)을 향해서 흐르게 된다.
즉, 공기(A)와 EGR 가스(R)의 각각이 서로 교차하는 방향에서 합류하기 때문에 그것들의 혼합이 촉진된다. 또한, EGR 가스(R)와 비교해서 대유량인 공기(A)가, 연통 영역(30B)을 향하는 EGR 가스(R)의 통류 방향(FM)에 대하여 교차하는 방향(FA)을 따라서, 공기 도입구(31a)로부터 가스 수집실(30)로 유입해서 EGR 가스(R)에 합류한다. 그 때문에, 그 유입된 공기(A)가 EGR 가스(R)와 합류한 직후에 가스 수집실(30)의 내벽에 충돌하고, 그 충돌에 의해 발생하는 난류에 의해 공기(A)와 EGR 가스(R)의 혼합이 한층 더 촉진된다.
또한, 이 제 1 혼합 영역(30A)에 있어서, 공기(A)의 도입량이 EGR 가스(R)의 도입량보다 크기 때문에, EGR 가스(R)는 천장부 부근으로 감아 올려진다. 이것으로, 연통 영역(30B)을 향하는 혼합 가스(M)에서는 상방일수록 EGR 가스(R)의 농도가 높은 상태가 된다.
가스 수집실(30)의 중간부에 위치하는 연통 영역(30B)에서는, 제 1 연통구(7a)가 평면에서 볼 때에 있어서 기통 배열 방향으로 평행한 칸막이판(7)에 형성되어 있다. 이것으로부터, 혼합 가스(M)의 일부가 제 1 혼합 영역(30A)으로부터 기통 배열 방향인 통류 방향(FM)을 따라 도달한다. 그 도달한 혼합 가스(M)의 일부는, 그 흐름과 직교하는 방향으로 중심축(A7a)을 갖는 제 1 연통구(7a)로부터 신기 분배실(20)측으로 유출되지 않고, 상기 연통 영역(30B)을 통과해서 제 2 혼합 영역(30C)을 향해서 흐르게 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 1 혼합 영역(30A)으로부터 연통 영역(30B)에 도달한 혼합 가스(M)에서는 상방일수록 EGR 가스(R)의 농도가 높다. 따라서, 그 혼합 가스(M) 중의 EGR 가스(R)를 적극적으로 제 2 혼합 영역(30C)으로 보내기 위해서는, 상기 제 1 연통구(7a)를 하방측에 형성할 수 있다. 또한, 제 1 연통구(7a)를 하방측에 형성함으로써 저부 부근에서의 EGR 가스(R)의 체류에 기인하는 디포짓의 생성이 적합하게 억제되게 된다.
가스 수집실(30)의 가장 하류측에 위치하는 제 2 혼합 영역(30C)에서는, 연통 영역(30B)을 통과한 혼합 가스(M)가 도달하고, 그 혼합 가스(M)가 리턴하여 재차 연통 영역(30B)을 향하는 흐름이 형성되게 된다. 따라서, 연통 영역(30B)에서는 제 1 혼합 영역(30A)으로부터 도달한 혼합 가스(M)와 제 2 혼합 영역(30C)으로부터 도달한 혼합 가스(M)의 충돌이 생기고, 그 충돌한 혼합 가스(M)가 제 1 연통구(7a)로부터 신기 분배실(20)로 유출되게 된다.
가스 수집실(30)에 있어서 상술한 바와 같은 혼합 가스(M)의 흐름이 형성됨으로써, 가스 수집실(30)의 제 2 혼합 영역(30C)에서는 혼합 가스(M)의 흐름을 리턴시킨다고 하는 간단하며 또한 합리적인 구성에 의해, 공기(A)에 대한 EGR 가스(R)의 혼합이 촉진되게 된다. 또한, 가스 수집실(30)의 연통 영역(30B)에서는 혼합 가스(M)를 충돌시킨다고 하는 간단하며 또한 합리적인 구성에 의해, 공기(A)에 대한 EGR 가스(R)의 혼합이 한층 더 촉진되게 된다. 따라서, 가스 수집실(30)의 연통 영역(30B)에는 충분히 혼합된 공기(A)와 EGR 가스(R)의 혼합 가스(M)가 존재하게 된다. 그리고, 충분히 혼합된 혼합 가스(M)가 칸막이판(7)의 제 1 연통구(7a)로부터 신기 분배실(20)로 유입되고, 그것이 신기로서 각 흡기 포트(12)에 분배되어서 각 기통(10)에 흡기되게 된다.
제 2 혼합 영역(30C)은 제 1 혼합 영역(30A)에서의 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)인 기통 배열 방향을 따라 연통 영역(30B)보다 안쪽에 위치하는 영역으로 되어 있다. 이것으로부터, 가스 수집실(30)에 있어서, 제 1 혼합 영역(30A)으로부터 기통 배열 방향인 통류 방향(FM)을 따라 통류하여 연통 영역(30B)에 도달한 혼합 가스(M)는, 통류 방향을 변화시키지 않고 양호하게 제 2 혼합 영역(30C)을 향하게 할 수 있다. 이것에 의해, 가능한 한 많은 혼합 가스(M)가 제 2 혼합 영역(30C)에 유입되어, 그 혼합 가스(M)에서의 공기(A)와 EGR 가스(R)의 혼합이 한층 더 촉진되게 된다.
또한, 연통 영역(30B)에 있어서, 혼합 가스(M)는 통류 방향을 대략 직각으로 변화시킨 후에 제 1 연통구(7a)로부터 신기 분배실(20)측으로 유출된다. 이와 같은 통류 방향의 변화시에 있어서도 혼합 가스(M)에 있어서의 혼합이 촉진되게 된다.
또한, 제 1 연통구(7a)의 형상은, 원형, 타원형, 직사각형 등 적당하게 설정할 수 있지만, 본 실시형태에서는 유로 면적을 가능한 한 크게 하면서 균질한 흐름을 생성하기 위해서 긴 구멍 형상으로 되어 있다. 이것으로, 제 1 연통구(7a)로부터 신기 분배실(20)로 유입되는 혼합 가스(M)의 유속을 가능한 한 저하시키면서 균질한 것으로 해서, 상기 신기 분배실(20)에 있어서의 각 신기 분배구(25)로의 편류가 방지되어 있다.
실린더 헤드(2)의 측면부(2a)에 있어서의 신기 분배실(20)의 개방부의 외주 가장자리부 및 컬렉터(3)의 부착면부(3a)에 있어서의 가스 수집실(30)의 개방부의 외주 가장자리부에는, 복수의 보스부(22, 36)가 형성되어 있다. 그 복수의 보스부(22, 36)에 의해 실린더 헤드(2)와 컬렉터(3)가 결합된다. 그리고, 이들 보스부(22, 36)의 외주부는, 신기 분배실(20) 및 가스 수집실(30)의 각각의 내벽면인 저면 및 천장면에 있어서 안쪽으로 돌출하는 혼합 촉진용의 볼록부(21, 35)로서 형성되어 있다. 즉, 가스 수집실(30) 및 신기 분배실(20)에 있어서, 혼합 가스(M)가 복수의 볼록부(21, 35)가 형성된 저부와 천장면 사이를 기통 배열 방향을 따라 통류하게 된다. 이것으로, 볼록부(21, 35)의 근방에서는 혼합 가스(M)가 통류함으로써 난류가 생기고, 이 난류에 의해 혼합 가스(M)에서의 공기(A)와 EGR 가스(R)의 혼합이 촉진되게 된다.
가스 수집실(30)의 제 2 혼합 영역(30C)에서는, 제 1 혼합 영역(30A)으로부터 연통 영역(30B)을 통과하여 도달한 혼합 가스(M)의 흐름이 리턴되므로, 그대로라면 예를 들면 저부 부근에 있어서 EGR 가스(R)가 체류하고, 그것에 기인해서 디포짓이 생성되기 쉬워진다. 그래서, 칸막이판(7)의 제 2 혼합 영역(30C)에 임하는 부분의 예를 들면 하방측에는, 제 1 연통구(7a)보다 소경의 제 2 연통구(7b)가 개구되어 있고, 이 제 2 연통구(7b)에 의해 제 2 혼합 영역(30C)과 신기 분배실(20)이 연통되어 있다. 즉, 제 2 혼합 영역(30C)과 신기 분배실(20)이 소경의 제 2 연통구(7b)로 연통되어 있으므로, 그들 제 2 혼합 영역(30C)과 신기 분배실(20) 사이에서, 제 2 연통구(7b)를 통해서 적당하게 가스 교환이 행해진다. 이것으로, 제 2 혼합 영역(30C)에 있어서의 EGR 가스(R)의 체류가 억제되어서 디포짓의 생성이 적합하게 방지되게 된다. 또한, 제 2 연통구(7b)가 제 1 연통구(7a)보다 소경이기 때문에, 제 2 혼합 영역(30C)에 존재하는 혼합이 불충분한 혼합 가스(M)가 제 2 연통구(7b)로부터 신기 분배실(20)로 유입되는 것이 적합하게 억제되어 있다.
〔다른 실시형태〕
본 발명의 다른 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 각 실시형태의 구성은 각각 단독으로 적용하는 것에 한하지 않고, 다른 실시형태의 구성과 조합해서 적용하는 것도 가능하다.
(1) 상기 실시형태에서는 본 엔진을 직렬 4기통형의 디젤 엔진으로서 구성했지만, 기통의 수나 배치 상태 및 연료의 종류 등에 대해서는 적당하게 변경해도 개의치 않는다.
(2) 상기 실시형태에서는 신기 분배실(20)을 실린더 헤드(2)의 내부 공간으로서 형성함과 아울러, 그 신기 분배실(20)에 각 흡기 포트(12)로 통하는 복수의 신기 분배구(25)를 형성함으로써 흡기 매니폴드의 설치를 생략했다. 그러나, 실린더 헤드(2)의 측면부(2a)에 복수의 신기 분배구를 형성하고, 그들 신기 분배구에 접속하는 상태로 흡기 매니폴드를 부착하도록 구성해도 개의치 않는다.
(3) 상기 실시형태에서는 실린더 헤드(2)에 있어서 신기 분배실(20)이 형성 된 측의 측면부(2a)에, 제 1 연통구(7a) 등을 형성한 칸막이판(7)을 개재시켜서 컬렉터(3)를 부착하고, 그 컬렉터(3)의 내부에 신기 분배실(20)에 대하여 제 1 연통구(7a)를 통해서 연통하는 가스 수집실(30)을 형성했다. 그러나, 이들 제 1 연통구(7a)나 가스 수집실(30)의 구성에 대해서는 적당하게 개변할 수 있다. 예를 들면, 가스 수집실을 신기 분배실에 대하여 이간시켜서 배치하고, 이것들을 연통관으로 접속해서, 상기 연통관의 가스 수집실에 대한 접속구를 제 1 연통구로 하여도 개의치 않는다.
(4) 상기 실시형태에서는 가스 수집실(30)의 개방부의 외주 가장자리부에 형성된 복수의 보스부(36)의 외주부를, 가스 수집실(30)의 각각의 저면 및 천장면에 있어서 안쪽으로 돌출하는 혼합 촉진용의 볼록부(21, 35)로서 형성했다. 그러나, 이와 같은 혼합 촉진용의 볼록부에 대해서는 적당하게 생략 또는 개변할 수 있다. 예를 들면, 보스부(36)와는 관계없이, 혼합 촉진에 적합한 위치에 볼록부를 배치해도 개의치 않는다.
(5) 상기 실시형태에서는 제 1 혼합 영역(30A)에 있어서 혼합 가스(M)를 제 1 연통구(7a)의 중심축(A7a) 방향에 직교하는 기통 배열 방향인 통류 방향(FM)을 따른 것으로 함과 아울러, 제 2 혼합 영역을, 제 1 혼합 영역(30A)에서의 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)을 따라 연통 영역(30B)보다 안쪽에 위치하는 영역으로 했다. 그러나, 제 1 연통구(7a)의 중심축(A7a) 방향에 대한 제 1 혼합 영역(30A)에서의 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)의 교차 각도에 대해서는, 상기 제 1 혼합 영역(30A)으로부터 연통 영역(30B)에 도달한 혼합 가스(M)의 대부분이 직접 제 1 연통구(7a)로부터 유출되는 것을 적절하게 억제할 수 있는 범위에 있어서 적당히 변경할 수 있다.
(6) 상기 실시형태에서는, 제 1 혼합 영역(30a)에 있어서, 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)을 따라 EGR 가스 도입구(32a)로부터 도입된 EGR 가스(R)를 통류시키면서, 그 EGR 가스(R)에 대하여 혼합 가스(M)의 통류 방향(FM)과 직교하는 방향(FA)을 따라 공기 도입구(31a)로부터 도입된 신기를 합류시키도록 구성했다. 그러나, 제 1 혼합 영역(30a)에 있어서의 EGR 가스(R)와 공기(A)의 합류 상태에 대해서는 적당하게 개변해도 개의치 않는다.
(산업상 이용가능성)
본 발명은 복수의 기통에 흡기되는 신기에 대하여 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 환류시키는 다기통 엔진에 적용할 수 있다.
2 : 실린더 헤드
2a : 측면부
2b : 측면부
3 : 컬렉터
3a : 부착면부
7 : 칸막이판
7a : 제 1 연통구
7b : 제 2 연통구
10 : 기통
12 : 흡기 포트
20 : 신기 분배실
21 : 볼록부
25 : 신기 분배구
30 : 가스 수집실
30A : 제 1 혼합 영역
30B : 연통 영역
30C : 제 2 혼합 영역
30a : 제 1 혼합 영역
31a : 공기 도입구
32ａ : EGR 가스 도입구
A : 공기
E : 배기 가스
M : 혼합 가스
R : EGR 가스

Claims (6)

  1. 복수의 기통에 흡기되는 신기에 대하여 배기 가스의 일부를 EGR 가스로서 환류시키는 다기통 엔진의 흡기 구조로서,
    상기 복수의 기통의 각 흡기 포트로 통하는 복수의 신기 분배구가 개구되는 신기 분배실과,
    상기 공기가 도입되는 공기 도입구와, 상기 EGR 가스가 도입되는 EGR 가스 도입구와, 상기 신기 분배실로 통하는 제 1 연통구가 개구되는 가스 수집실을 구비하고,
    상기 가스 수집실이, 상기 제 1 연통구가 개구되는 연통 영역과, 상기 공기 도입구 및 상기 EGR 가스 도입구가 개구됨과 아울러 상기 공기와 상기 EGR 가스의 혼합 가스의 통류 방향을 따라 상기 연통 영역보다 상류측에 위치하는 제 1 혼합 영역과, 상기 혼합 가스의 통류 방향을 따라 상기 연통 영역보다 하류측에 위치하는 제 2 혼합 영역을 갖는 다기통 엔진의 흡기 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신기 분배실이 실린더 헤드의 측면부에 형성된 오목 형상의 내부 공간이고,
    상기 가스 수집실이 상기 신기 분배실의 개방부를 덮는 상태로 상기 실린더 헤드의 측면부에 부착된 컬렉터의 내부 공간이며,
    상기 실린더 헤드의 측면부와 상기 컬렉터의 부착면부 사이에 개재되어 상기 신기 분배실과 상기 가스 수집실을 칸막이함과 아울러, 상기 제 1 연통구가 형성된 칸막이판을 구비한 다기통 엔진의 흡기 구조.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 신기 분배실이 실린더 헤드의 측면부에 형성된 오목 형상의 내부 공간이고,
    상기 가스 수집실이 상기 신기 분배실의 개방부를 덮는 상태로 상기 실린더 헤드의 측면부에 부착된 컬렉터의 내부 공간이며,
    상기 실린더 헤드의 측면부에 대한 상기 컬렉터의 부착부에 부착용 볼트가 내삽되는 보스부가 복수 형성되고,
    상기 복수의 보스부의 외주부가 상기 가스 수집실의 내벽면에 형성되는 혼합 촉진용의 볼록부로서 구성되어 있는 다기통 엔진의 흡기 구조.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 수집실의 제 2 혼합 영역과 상기 신기 분배실을 연통시킴과 아울러 상기 제 1 연통구보다 소경으로 형성된 제 2 연통구를 구비한 다기통 엔진의 흡기 구조.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합 영역이 상기 제 1 연통구의 중심축 방향에 교차하는 방향을 따라 상기 혼합 가스가 흐르는 영역이며,
    상기 제 2 혼합 영역이 상기 제 1 혼합 영역에서의 상기 혼합 가스의 통류 방향을 따라 상기 연통 영역보다 안쪽에 위치하는 영역인 다기통 엔진의 흡기 구조.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합 영역이, 상기 EGR 가스 도입구로부터 도입된 EGR 가스가 상기 혼합 가스의 통류 방향을 따라 통류함과 아울러, 상기 통류하는 EGR 가스에 대하여 상기 공기 도입구로부터 도입된 신기를 상기 혼합 가스의 통류 방향과 교차하는 방향을 따라 합류시키는 영역인 다기통 엔진의 흡기 구조.
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