KR20200090732A - 엔진 - Google Patents

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KR20200090732A
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egr gas
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유 마츠이
마사토 기시우라
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얀마 파워 테크놀로지 가부시키가이샤
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Abstract

엔진 (1) 은, 배기 매니폴드 (6) 와, 흡기 매니폴드 (5) 와, 배기 매니폴드 (6) 로부터의 EGR 가스를 흡기 매니폴드 (5) 에 공급하는 EGR 장치 (18) 를 구비하고, 배기 매니폴드 (6) 에 형성된 하향으로 돌출되는 장착부 (62) 에, 하방을 향해 연장되는 EGR 쿨러 (20) 의 상단이 장착되어 있다.

Description

엔진
본 발명은, EGR 장치를 구비하는 엔진에 관한 것이다.
배기의 일부를 흡기로 환류시키는 EGR 장치를 구비하는 엔진이 알려져 있다. EGR 장치는, 연소 후의 산소 농도가 낮은 배기 (EGR 가스) 를 흡기로 환류시킴으로써 연소 온도를 저하시키고, 이 연소 온도의 저하에 의해 질소 산화물의 발생을 억제한다. 일반적으로는, EGR 가스는, EGR 쿨러에 의해 냉각된 후, 흡기로 환류된다.
하기 특허문헌 1 에는, 실린더 블록의 측면에 EGR 쿨러를 구비하고, EGR 쿨러의 EGR 가스 입구측의 플랜지가 배기 매니폴드에 의해 지지되고, EGR 쿨러의 EGR 가스 출구측의 플랜지가 배기 매니폴드와는 별도 부재인 배기 연락관에 의해 지지되는 구조가 개시되어 있다. 또, 하기 특허문헌 2 에는, EGR 쿨러를 2 개의 밴드로 배기 매니폴드의 외측면에 고정시키는 구조가 개시되어 있다.
일본 특허공보 제6067092호 일본 특허공보 제3633824호
특허문헌 1 에서는, EGR 가스 입구측과 EGR 가스 출구측을 지지하는 부품이 상이하기 때문에, 부품마다의 열 신장의 차이로 인해 EGR 쿨러의 플랜지에 응력이 가해진다. 또, 특허문헌 2 에서는, EGR 쿨러를 지지하기 위한 밴드를 복수 준비할 필요가 있어, 부품 점수가 증가하여 비용이 증대할 우려가 있다.
그래서, 본 발명은 상기 과제를 감안하여, 열 신장에 의한 EGR 쿨러의 플랜지에 가해지는 응력을 억제하며, 또한 부품 점수를 삭감할 수 있는 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 엔진은, 배기 매니폴드와, 흡기 매니폴드와, 상기 배기 매니폴드로부터의 EGR 가스를 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 EGR 장치를 구비하고,
상기 배기 매니폴드에 형성된 하향으로 돌출되는 장착부에, 하방을 향해 연장되는 EGR 쿨러의 상단이 장착되어 있는 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 EGR 쿨러로부터 상기 흡기 매니폴드에 연장되는 EGR 배관의 일부가, 상기 배기 매니폴드의 내부에 형성되어 있는 것이어도 된다.
본 발명에 있어서, 상기 EGR 쿨러는, EGR 가스를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부로의 EGR 가스의 유입을 제어하는 전환 밸브를 구비하고,
상기 전환 밸브는, 상기 배기 매니폴드로부터의 EGR 가스의 온도가 소정 온도 이하인 경우, 상기 냉각부로의 EGR 가스의 유입을 저지하고, 상기 배기 매니폴드로부터의 EGR 가스의 온도가 소정 온도보다 높은 경우, 상기 냉각부로의 EGR 가스의 유입을 허가하는 것이어도 된다.
본 발명에 있어서, 상기 장착부는, 상기 배기 매니폴드로부터의 EGR 가스를 상기 EGR 쿨러에 공급하기 위한 제 1 개구와, 상기 EGR 쿨러로부터의 EGR 가스를 상기 EGR 배관에 공급하기 위한 제 2 개구를 구비하는 것이어도 된다.
본 발명에 있어서, 상기 EGR 쿨러의 상단에는, EGR 가스가 공급되는 공급구와, EGR 가스가 배출되는 배출구가 형성되어 있고, 상기 EGR 쿨러는, 상기 공급구와 상기 배출구에 접속되는 U 자상의 경로를 내부에 구비하는 것이어도 된다.
본 발명에 의하면, EGR 쿨러가 배기 매니폴드에 대해 1 개 지점에서만 지지되어 있기 때문에, 열 신장에 의한 EGR 쿨러의 플랜지에 가해지는 응력을 억제할 수 있다. 또, 별도 복수의 밴드 등을 사용하여 EGR 쿨러를 지지할 필요가 없기 때문에, 부품 점수를 삭감할 수 있다.
도 1 은, 본 실시형태에 관련된 엔진의 사시도이다.
도 2 는, 본 실시형태에 관련된 엔진의 사시도이다.
도 3 은, 배기 매니폴드 및 EGR 쿨러의 분해 사시도이다.
도 4 는, 배기 매니폴드의 상면도, 정면도, 및 저면도이다.
도 5 는, EGR 쿨러를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
우선, 도 1 및 도 2 를 참조하면서, 엔진 (1) 의 개략 구조에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 크랭크축 (2) 과 평행한 양 측부를 좌우, 냉각팬 (8) 의 배치측을 전측, 플라이휠 하우징 (9) 의 배치측을 후측으로, 배기 매니폴드 (6) 의 배치측을 좌측, 흡기 매니폴드 (5) 의 배치측을 우측으로, 헤드 커버 (7) 의 배치측을 상측, 오일팬 (11) 의 배치측을 하측으로 칭하고, 이것들을 편의적으로, 엔진 (1) 에 있어서의 사방 및 상하의 위치 관계의 기준으로 하고 있다.
농업 기계나 건설·토목 기계와 같은 작업 기계에 탑재되는 원동기로서의 엔진 (1) 은, 엔진 출력축인 크랭크축 (2) 과 피스톤 (도시 생략) 을 내장한 실린더 블록 (3) 을 구비하고 있다. 실린더 블록 (3) 상에는 실린더 헤드 (4) 가 탑재되어 있다. 실린더 헤드 (4) 의 우측면에 흡기 매니폴드 (5) 가 배치되고, 실린더 헤드 (4) 의 좌측면에 배기 매니폴드 (6) 가 배치되어 있다. 실린더 헤드 (4) 의 상면측은 헤드 커버 (7) 로 덮여 있다. 실린더 블록 (3) 의 전후 양 측면으로부터, 크랭크축 (2) 의 전후 양 단측을 돌출시키고 있다. 엔진 (1) 의 전면측에 냉각팬 (8) 이 형성되어 있다. 크랭크축 (2) 의 전단측으로부터 냉각팬용 V 벨트를 통해 냉각팬 (8) 에 회전 동력이 전달된다.
엔진 (1) 의 후면측에 플라이휠 하우징 (9) 이 형성되어 있다. 플라이휠 하우징 (9) 내에, 플라이휠 (10) 이 크랭크축 (2) 의 후단측에 축 지지된 상태로 수용되어 있다. 엔진 (1) 의 회전 동력은, 크랭크축 (2) 으로부터 플라이휠 (10) 을 통해 작업 기계의 작동부에 전달된다. 실린더 블록 (3) 의 하면에는, 엔진 오일을 저류하는 오일팬 (11) 이 배치되어 있다. 오일팬 (11) 내의 엔진 오일은, 실린더 블록 (3) 내의 오일 펌프 (도시 생략) 를 통해 엔진 (1) 의 각 윤활부에 공급되고, 그 후, 오일팬 (11) 으로 되돌아간다.
실린더 블록 (3) 의 우측면에 있어서의 흡기 매니폴드 (5) 의 하방에는 연료 공급 펌프 (13) 가 형성되어 있다. 또, 엔진 (1) 에는, 전자 개폐 제어형의 연료 분사 밸브를 갖는 4 기통분의 인젝터 (14) 를 구비하고 있다. 각 인젝터 (14) 의 연료 분사 밸브를 개폐 제어함으로써, 커먼 레일 내의 고압의 연료가 각 인젝터 (14) 로부터 엔진 (1) 의 각 기통에 분사된다.
실린더 블록 (3) 의 전면측에는, 냉각수 공급용의 냉각수 펌프 (15) 가 배치되어 있다. 크랭크축 (2) 의 회전 동력에 의해, 냉각팬용 V 벨트를 통해, 냉각팬 (8) 과 함께 냉각수 펌프 (15) 가 구동된다. 작업 기계에 탑재되는 라디에이터 (도시 생략) 내의 냉각수는, 냉각수 펌프 (15) 의 구동에 의해, 실린더 블록 (3) 및 실린더 헤드 (4) 에 공급되어, 엔진 (1) 을 냉각시킨다. 엔진 (1) 의 냉각에 기여한 냉각수는 라디에이터로 되돌려진다. 또한, 냉각수 펌프 (15) 의 상방에 얼터네이터 (16) 가 배치되어 있다.
흡기 매니폴드 (5) 에는, 흡기 스로틀 부재 (17) 가 연결되어 있다. 에어 클리너 (도시 생략) 에 흡입된 신기 (新氣) (외부 공기) 는, 에어 클리너에서 제진 및 정화된 후, 흡기 스로틀 부재 (17) 를 통해 흡기 매니폴드 (5) 에 이송되고, 엔진 (1) 의 각 기통에 공급된다.
흡기 매니폴드 (5) 의 상부에는, EGR 장치 (18) 가 배치되어 있다. EGR 장치 (18) 는, 엔진 (1) 의 배기 가스의 일부 (배기 매니폴드 (6) 로부터의 EGR 가스) 를 흡기 매니폴드 (5) 에 공급하는 장치로, 배기 매니폴드 (6) 에 EGR 쿨러 (20) 를 개재하여 접속하는 EGR 배관 (21) 과, EGR 배관 (21) 에 흡기 매니폴드 (5) 를 연통시키는 EGR 밸브 케이스 (19) 를 구비하고 있다.
EGR 밸브 케이스 (19) 의 하향의 개구 단부가, 흡기 매니폴드 (5) 로부터 상향으로 돌출되는 입구부에 볼트로 체결되어 있다. 또, EGR 밸브 케이스 (19) 의 우향의 개구 단부가, EGR 배관 (21) 의 출구측에 연결되어 있다. EGR 밸브 케이스 (19) 내에 수용되어 있는 EGR 밸브 부재 (도시 생략) 의 개도를 조절함으로써, EGR 배관 (21) 으로부터 흡기 매니폴드 (5) 로의 EGR 가스의 공급량이 조절된다. EGR 밸브 부재는, EGR 밸브 케이스 (19) 에 장착된 액추에이터 (22) 에 의해 구동된다.
에어 클리너로부터 흡기 스로틀 부재 (17) 를 통해 흡기 매니폴드 (5) 에 공급되는 신기와, 배기 매니폴드 (6) 로부터 EGR 밸브 케이스 (19) 를 통해 흡기 매니폴드 (5) 에 공급되는 EGR 가스 (배기 매니폴드 (6) 로부터 배출되는 배기 가스의 일부) 가, 흡기 매니폴드 (5) 내에서 혼합된다. 이와 같이, 배기 매니폴드 (6) 로부터 배출된 배기 가스의 일부를 흡기 매니폴드 (5) 경유로 엔진 (1) 으로 환류시킴으로써, 연소 온도를 저하시켜, 엔진 (1) 으로부터의 질소 산화물 (NOX) 의 배출량을 저감시키고 있다.
EGR 배관 (21) 은, EGR 쿨러 (20) 와 EGR 밸브 케이스 (19) 에 접속된다. EGR 배관 (21) 은, 실린더 헤드 (4) 의 우측에 배치된 제 1 EGR 배관 (21a) 과, 실린더 헤드 (4) 의 후단부에 형성된 제 2 EGR 배관 (21b) 과, 실린더 헤드 (4) 의 좌측에 배치된 제 3 EGR 배관 (21c) 을 구비하고 있다.
제 1 EGR 배관 (21a) 은, 전체적으로 L 자상의 파이프이다. 제 1 EGR 배관 (21a) 은, 입구측이 제 2 EGR 배관 (21b) 의 출구측에 연결되고, 출구측이 EGR 밸브 케이스 (19) 에 연결되어 있다.
제 2 EGR 배관 (21b) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이 실린더 헤드 (4) 의 후단부에 좌우 방향으로 관통하도록 형성되어 있다. 즉, 제 2 EGR 배관 (21b) 과 실린더 헤드 (4) 는 일체화되어 있다. 제 2 EGR 배관 (21b) 은, 입구측이 제 3 EGR 배관 (21c) 의 출구측에 연결되고, 출구측이 제 1 EGR 배관 (21a) 의 입구측에 연결되어 있다.
제 3 EGR 배관 (21c) 은, 배기 매니폴드 (6) 의 내부에 형성되어 있다. 즉, 제 3 EGR 배관 (21c) 과 배기 매니폴드 (6) 는 일체화되어 있다. 제 3 EGR 배관 (21c) 및 제 2 EGR 배관 (21b) 을 배기 매니폴드 (6) 및 실린더 헤드 (4) 와 일체화함으로써, 공간 절약화로 이어지고, 나아가 외부의 충격을 받기 어려워진다.
도 3 은, 배기 매니폴드 (6) 및 EGR 쿨러 (20) 의 분해 사시도이다. 도 4 는, 배기 매니폴드 (6) 의 상면도, 정면도, 및 저면도이다. 배기 매니폴드 (6) 는, 각 기통의 배기 포트로부터의 배기 가스를 하나로 집합시켜 배기관에 배출하는 집합부 (61) 와, 집합부 (61) 의 후단으로부터 하향으로 돌출되는 장착부 (62) 와, 장착부 (62) 로부터 후방으로 연장되는 EGR 배관부 (63) 를 구비하고 있다. 상기의 제 3 EGR 배관 (21c) 은, EGR 배관부 (63) 에 형성되어 있다.
배기 매니폴드 (6) 의 장착부 (62) 는, 배기 매니폴드 (6) 로부터의 EGR 가스를 EGR 쿨러 (20) 에 공급하기 위한 제 1 개구 (62a) 와, EGR 쿨러 (20) 로부터의 EGR 가스를 제 3 EGR 배관 (21c) 에 공급하기 위한 제 2 개구 (62b) 를 구비하고 있다. 제 1 개구 (62a) 와 제 2 개구 (62b) 는, 전후 방향으로 나란히 배치되어 있다. 장착부 (62) 의 내부에는, 집합부 (61) 를 제 1 개구 (62a) 에 연통시키는 EGR 가스 취출 유로 (62c) 가 형성되어 있다.
EGR 쿨러 (20) 는, 상하 방향으로 연장되는 대략 사각 기둥상을 이루고 있다. EGR 쿨러 (20) 는, 배기 매니폴드 (6) 에 형성된 하향으로 돌출되는 장착부 (62) 에 장착되어 있다. EGR 쿨러 (20) 의 상단은, 장착부 (62) 에 볼트 체결되어 있다. 본 실시형태에서는, 실린더 (도시 생략) 의 축선 방향과 평행 (종배치) 이 되도록, 배기 매니폴드 (6) 에 외팔보 지지되어 있다.
EGR 쿨러 (20) 의 상단에는, 배기 매니폴드 (6) 로부터 EGR 가스가 공급되는 공급구 (20a) 와, EGR 가스가 제 3 EGR 배관 (21c) 에 배출되는 배출구 (20b) 를 구비하고 있다. 공급구 (20a) 와 배출구 (20b) 는, 전후 방향으로 나란히 배치되어 있고, 공급구 (20a) 는, 배기 매니폴드 (6) 의 제 1 개구 (62a) 에 연결되고, 배출구 (20b) 는, 배기 매니폴드 (6) 의 제 2 개구 (62b) 에 연결되어 있다. 또, EGR 쿨러 (20) 의 내부에는, 공급구 (20a) 와 배출구 (20b) 에 접속되는 U 자상의 경로가 형성되어 있다. EGR 가스는, 공급구 (20a) 로부터 하방으로 진행한 후에 U 턴하여, 상방으로 진행하여 배출구 (20b) 를 향한다. 이로써, 공급구 (20a) 로부터 EGR 쿨러 (20) 에 공급된 EGR 가스는, U 자상의 경로를 거쳐 배출구 (20b) 로부터 배출된다.
또, EGR 쿨러 (20) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 후방에서 보았을 때 기어 케이스 커버 (23) 와 오버랩되어 있다. 기어 케이스 커버 (23) 는, 플라이휠 하우징 (9) 과 대향하여 형성되고, 플라이휠 하우징 (9) 과 함께 캠 기어 (도시 생략) 를 전후에서 덮고 있다. 기어 케이스 커버 (23) 와 플라이휠 하우징 (9) 으로 캠 기어를 덮음으로써, 차음 (遮音) 되어 기어 노이즈를 저감시킬 수 있다. EGR 쿨러 (20) 는, 기어 케이스 커버 (23) 와 오버랩되어 있음으로써, 외부의 (특히 후방으로부터의) 충격으로부터 보호된다.
도 5 는, EGR 쿨러 (20) 의 단면도를 모식적으로 나타낸 것으로, (a) 는 전환 밸브 (201) 를 닫은 상태를 나타내고, (b) 는 전환 밸브 (201) 를 연 상태를 나타내고 있다. 도면 중의 화살표는, EGR 가스의 흐름을 나타내고 있다.
EGR 쿨러 (20) 는, EGR 가스를 냉각시키는 냉각부 (20c) 와, 냉각부 (20c) 로의 EGR 가스의 유입을 제어하는 전환 밸브 (201) 를 구비하고 있다. 냉각부 (20c) 는, EGR 쿨러 (20) 의 하부에 형성되어 있고, 냉각수 펌프 (15) 의 구동에 의해 주위에 냉각수가 공급되어, 냉각부 (20c) 를 통과하는 EGR 가스를 냉각시킬 수 있다.
전환 밸브 (201) 는, 배기 매니폴드 (6) 로부터의 EGR 가스의 온도가 소정 온도 이하인 경우, 도 5(a) 와 같이 냉각부 (20c) 로의 유로를 닫아, 냉각부 (20c) 로의 EGR 가스의 유입을 저지한다. 이로써, EGR 가스가 저온시에는, 냉각부 (20c) 에 EGR 가스가 공급되지 않기 때문에, 조기 난기 (暖機) 를 가능하게 할 수 있다. 한편, 배기 매니폴드 (6) 로부터의 EGR 가스의 온도가 소정 온도보다 높은 경우, 전환 밸브 (201) 는, 도 5(b) 와 같이 냉각부 (20c) 로의 유로를 열어, 냉각부 (20c) 로의 EGR 가스의 유입을 허가한다. 이로써, EGR 가스가 고온시에는, 냉각부 (20c) 에 EGR 가스를 공급함으로써 EGR 가스의 온도를 적절히 제어할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 도면에 기초하여 설명하였지만, 구체적인 구성은 이들 실시형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시형태의 설명뿐만 아니라 특허청구범위에 의해 나타내어지고, 나아가 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
1 : 엔진
3 : 실린더 블록
4 : 실린더 헤드
5 : 흡기 매니폴드
6 : 배기 매니폴드
18 : EGR 장치
20 : EGR 쿨러
20c : 냉각부
21 : EGR 배관
62 : 장착부
201 : 전환 밸브

Claims (5)

  1. 배기 매니폴드와, 흡기 매니폴드와, 상기 배기 매니폴드로부터의 EGR 가스를 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 EGR 장치를 구비하고,
    상기 배기 매니폴드에 형성된 하향으로 돌출되는 장착부에, 하방을 향해 연장되는 EGR 쿨러의 상단이 장착되어 있는, 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 EGR 쿨러로부터 상기 흡기 매니폴드에 연장되는 EGR 배관의 일부가, 상기 배기 매니폴드의 내부에 형성되어 있는, 엔진.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 EGR 쿨러는, EGR 가스를 냉각시키는 냉각부와, 상기 냉각부로의 EGR 가스의 유입을 제어하는 전환 밸브를 구비하고,
    상기 전환 밸브는, 상기 배기 매니폴드로부터의 EGR 가스의 온도가 소정 온도 이하인 경우, 상기 냉각부로의 EGR 가스의 유입을 저지하고, 상기 배기 매니폴드로부터의 EGR 가스의 온도가 소정 온도보다 높은 경우, 상기 냉각부로의 EGR 가스의 유입을 허가하는, 엔진.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 장착부는, 상기 배기 매니폴드로부터의 EGR 가스를 상기 EGR 쿨러에 공급하기 위한 제 1 개구와, 상기 EGR 쿨러로부터의 EGR 가스를 상기 EGR 배관에 공급하기 위한 제 2 개구를 구비하는, 엔진.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 EGR 쿨러의 상단에는, EGR 가스가 공급되는 공급구와, EGR 가스가 배출되는 배출구가 형성되어 있고, 상기 EGR 쿨러는, 상기 공급구와 상기 배출구에 접속되는 U 자상의 경로를 내부에 구비하는, 엔진.
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