KR950002474B1 - Exhast gas return apparatus of internal combustion engine - Google Patents

Abstract

The device comprises a cyclone part and a return part of exhaust gas. The cyclone part seperates the floating dust from the exhaust gas by injecting the exhaust gas from the exhaust pipe through cyclone pipe (20). The hopper (13) of the cyclone part is linked to the return part by the connection pipe (14). So, the return part has the floating dust going back into the cylinder. The pipe (20) has the fixed curvature to transfer the movement of gas through the exhaust pipe (12) to the cyclone part.

Description

내연기관의 배기가스 귀환장치Exhaust gas return device of internal combustion engine

제 1 도는 종래기술에 의한 배기가스 귀환장치의 구성을 개략적으로 도시하는 개략구성도.1 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of an exhaust gas return device according to the prior art.

제 2 도는 본 발명에 의한 배기가스 귀환장치의 구성을 도시하는 사시도.2 is a perspective view showing the configuration of an exhaust gas return device according to the present invention;

제 3 도는 본 발명의 배기가스 귀환장치와 엔진의 연결상태를 도시하는 개략설명도.3 is a schematic explanatory diagram showing a connection state between an exhaust gas return device and an engine of the present invention;

제 4 도는 엔진의 흡기행정시 본 발명에서의 셔틀밸브의 위치를 도시하는 상태도.4 is a state diagram showing the position of the shuttle valve in the present invention during the intake stroke of the engine.

제 5 도는 엔진의 배기행정, 압축행정 및 폭발행정에서의 제 4 도의 상태도.5 is a state diagram of FIG. 4 in an exhaust stroke, a compression stroke and an explosion stroke of an engine.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 제 1 사이클론 20 : 사이클론 연결파이프10: first cyclone 20: cyclone connection pipe

30 : 배기가스 귀환부 40 : 제 2 사이클론30: exhaust gas return unit 40: second cyclone

50 : 셔틀밸브부50: shuttle valve

본 발명은 내연기관의 실린더에서 배기밸브를 통해 배출되는 배기가스의 유속에너지를 이용하여 탄소입자등의 입자부유물을 분리하여 직접 실린더에 재주입함으로써 배기가스중에 입자부유물과 질소산화물(NOx)이 포함되어 배기되는 것을 방지할 수 있는 내연기관의 배기가스 귀환장치에 관한 것이다.The present invention includes particles and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas by separating and re-injecting the particle suspended matter such as carbon particles directly into the cylinder using the flow rate energy of the exhaust gas discharged through the exhaust valve from the cylinder of the internal combustion engine. The present invention relates to an exhaust gas return device of an internal combustion engine that can be prevented from being exhausted.

일반적으로 자동차용 엔진과 같은 내연기관에 있어서는 실린더내에서의 배기행정에 의해 배기되는 배기가스 속에 탄소입자등의 입자부유물과 질소산화물이 함유되어 있으므로 이러한 입자부유물과 질소산화물이 외부로 배출될 경우 대기를 오염시키고, 특히 생물의 발육에 피해를 주는 등의 문제가 있었다.In general, internal combustion engines such as automobile engines contain nitrogen oxides and particle floats such as carbon particles in the exhaust gas exhausted by the exhaust stroke in the cylinder. Pollution and, in particular, damage to the development of living things.

특히, 디젤엔진의 경우에는 매연발생이 심하기 때문에 공기오염의 문제가 심각하였다.In particular, in the case of diesel engines, the problem of air pollution was serious because of the generation of soot.

따라서 이러한 문제를 해소하기 위하여 종래에는 도면 제 1 도에서 도시하는 바와 같이 엔진(1)의 배기파이프(2)와 흡기파이프(5)사이에 배기가스 귀환시스템(3)을 채용하고 있었는 바, 이 종래의 시스템에 의하면 배기가스중의 입자부유물과 질소산화물이 귀환시스템(3)을 통해 흡기파이프(5)로 들어가서 흡기되는 공기 및 연료와 섞여 엔진으로 귀환되도록 되어 있다.Therefore, in order to solve such a problem, the exhaust gas return system 3 has been conventionally employed between the exhaust pipe 2 and the intake pipe 5 of the engine 1 as shown in FIG. According to the conventional system, the particle suspended matter and the nitrogen oxide in the exhaust gas enter the intake pipe 5 through the return system 3 and are mixed with the intake air and fuel to be returned to the engine.

그러나 이러한 형식의 종래 시스템에 의하면 배기파이프(2)를 유동하는 배기가스중의 입자부유물과 질소산화물이 흡기파이프(5)를 거쳐 엔진내로 유입되는 동안 배기가스의 온도가 엔진의 온도보다 상당히 하강하여 물이나 다른 용제등이 액화되어 끈끈한 외막을 갖는 입자를 생성하게 되고, 이에 따라 이 끈끈한 입자들이 흡기밸브 및 실린더헤드의 밸브시트 등에 부착되어 밸브의 작동상태를 불량하게 하거나, 엔진의 실린더 내벽에 부착되어 엔진의 성능을 저해하는 문제가 발생되고, 아울러 귀환시스템 자체의 순화회로가 길어서 시스템의 제어가 어려워지는 문제를 야기하였다.However, according to the conventional system of this type, the temperature of the exhaust gas drops considerably lower than the engine temperature while the particulate matter and nitrogen oxides in the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 2 flow into the engine through the intake pipe 5. Water or other solvents liquefy to produce particles with a sticky outer membrane. These sticky particles are then attached to the intake valves and valve seats of the cylinder head, resulting in poor valve operation, or to the cylinder inner wall of the engine. As a result, a problem of impairing the performance of the engine occurs, and a problem in that the control of the system becomes difficult due to the long circuit of the feedback system itself.

따라서 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 엔진 실린더의 배기파이프에 직접 연결된 사이클론 장치를 이용하여 입자부유물을 사이클론 원리로 배기가스로 부터 분리하고, 배기가스로 부터 분리된 입자부유물을 많이 포함하는 귀환가스를 엔진의 실린더에 재주입함으로써 배기가스중에 입자부유물과 질소산화물이 포함되는 것을 방지할 수 있는 내연기관의 배기가스 귀환장치를 제공하려는 것으로, 상세하게는 배기가스의 유속에 의한 원심력 및 중력에 의해 배기가스로 부터 탄소입자등의 입자부유물을 분리할 수 있도록 엔진의 배기부에 연결되고 서로 측면 직각상태로 연결되는 2개의 사이클론을 갖는 내연기관의 배기가스 귀환장치를 제공하려는 것이다.Therefore, in the present invention, in order to solve the above problems, by using a cyclone device directly connected to the exhaust pipe of the engine cylinder, the particle floatation is separated from the exhaust gas on the basis of the cyclone, and includes a lot of particle floatation separated from the exhaust gas. The present invention provides an exhaust gas return device for an internal combustion engine that can prevent particle inclusions and nitrogen oxides from being contained in the exhaust gas by re-injecting the return gas into the cylinder of the engine. Specifically, the centrifugal force and gravity caused by the flow rate of the exhaust gas It is an object of the present invention to provide an exhaust gas return device for an internal combustion engine having two cyclones which are connected to an exhaust part of an engine and are connected to each other at right angles so as to separate particle adducts such as carbon particles from the exhaust gas.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 배기가스 귀환장치는 엔진의 배기부측에 사이클론 연결파이프를 통해 직접 연결되고 횡방향으로 배치되며 원심력에 의한 입자의 분리를 1차로 실시하는 제 1 사이클론과, 이 제 1 사이클론의 배기부와 직접 연결되어 제 1 사이클론으로 부터 전달되는 배기가스를 원심력과 중력을 이용하여 배기가스로 부터 입자부유물을 2차로 분리하여 호퍼연결파이프를 통해 분리된 입자부유물을 제 1 사이클론으로 귀환시키는 수직배치의 제 2 사이클론과, 상기 제 1 사이클론의 호퍼와 연결파이프를 통해 일단이 연결되고 아울러 셔틀밸브를 통해 엔진의 실린더 내부와 연통되는 배기가스 귀환부와, 이 배기가스 귀환부에 직접 연결되어 엔진의 배기행정시는 배기가스의 귀환을 차단하고, 흡기행정시에 배기가스의 귀환을 허용하는 셔틀밸브로 이루어지게 된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, the exhaust gas return device of the present invention is directly connected to the exhaust side of the engine through a cyclone connection pipe and is disposed in the transverse direction, and performs separation of particles by centrifugal force primarily. Particles which are directly connected to the first cyclone and the exhaust part of the first cyclone and the exhaust gas delivered from the first cyclone are separated from the exhaust gas by using centrifugal force and gravity, and are separated through the hopper connecting pipe. A second cyclone in a vertical arrangement for returning the float to the first cyclone, an exhaust gas return part connected at one end through a hopper and a connection pipe of the first cyclone, and in communication with an inside of the cylinder of the engine through a shuttle valve; Directly connected to the exhaust gas return section, the engine shuts off the return of exhaust gas during the exhaust stroke, and exhausts during the intake stroke. It is composed of a shuttle valve to allow the return of the switch.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 배기가스 귀환장치의 적절한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the exhaust gas return device of the present invention.

제 2 도는 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 귀환장치의 일실시예를 사시도로 나타내는 것이며, 제 3 도는 제 2 도의 귀환장치와 내연기관(이하, 엔진이라 한다)과의 연결상태를 도시하는 개략도이다. 이들 도면에 따르면, 본 발명의 귀환장치는 엔진의 실린더 헤드(11)에 형성된 배기파이프(12)와 사이클론 연결파이프(20)를 통해 연결되어지는 제 1 사이클론(10)을 구비하고 있다. 여기서, 엔진의 배기파이프(12)와 제 1 사이클론(10)을 연결시키기 위한 연결파이프(20)는 제 1 사이클론(10)의 측부에 연결되며, 설치갯수는 엔진의 실린더 수와 동일하게 한다. 본 실시예에서는 4개의 실린더 수를 갖는 4기통 엔진을 도시하고 있으므로 이에 대응하여 4개의 연결파이프(20)가 구비되고 있다. 또한, 4개의 실린더에서 배기파이프(12)를 통한 배기가스가 제 1 사이클론(10)에 한방향으로 엇비슷하게 들어갈 수 있도록 제 1 사이클론(10)에 대한 연결파이프(20)의 연결상태는 제 2 도에 도시하는 것처럼 독특한 구조를 갖는다. 즉, 사이클론의 효과를 증대시키기 위해 4개의 연결파이프(20)중 가운데 위치하는 2개의 연결파이프는 제 1 사이클론(10)의 측부에 최단거리로 연결되고, 양측에 위치하는 연결파이프들은 경사형상으로 연결되면서 제 2 도에 도시되는 바와 같이 가운데 연결파이프의 위치에 대응하는 가운데 위치로 제 1 사이클론(10)의 또다른 측부에 연결되도록 되어 있다. 따라서 4개의 실린더에서 순차적인 폭발행정에 의해 만들어진 고압압축공기가 연속적으로 제 1 사이클론(10)의 중앙부쪽에 모아지면서 이 사이클론(10)내에서 유속에 의한 원심력을 발생시키고, 이에 따라 배기가스가 사이클론(10) 내에서 회전할 수 있게 된다.FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of an exhaust gas return device of the internal combustion engine according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram showing a connection state between the return device of FIG. 2 and the internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine). to be. According to these drawings, the feedback device of the present invention has a first cyclone 10 connected through an exhaust pipe 12 and a cyclone connection pipe 20 formed in the cylinder head 11 of the engine. Here, the connecting pipe 20 for connecting the exhaust pipe 12 of the engine and the first cyclone 10 is connected to the side of the first cyclone 10, the number of installation is equal to the number of cylinders of the engine. In the present embodiment, a four-cylinder engine having four cylinders is shown. Therefore, four connecting pipes 20 are provided correspondingly. In addition, the connection state of the connecting pipe 20 to the first cyclone 10 is connected to the first cyclone 10 so that the exhaust gas through the exhaust pipe 12 in the four cylinders can enter the first cyclone 10 in one direction. As shown in the figure has a unique structure. That is, in order to increase the effect of the cyclone, two connecting pipes located in the middle of the four connecting pipes 20 are connected to the side of the first cyclone 10 at the shortest distance, and the connecting pipes located at both sides are inclined. As shown in FIG. 2, it is connected to another side of the first cyclone 10 at the center position corresponding to the position of the center connection pipe. Therefore, the high-pressure compressed air produced by the sequential explosion stroke in the four cylinders is continuously collected at the center portion of the first cyclone 10 to generate centrifugal force due to the flow velocity in the cyclone 10, and thus the exhaust gas is cyclone. It becomes possible to rotate in (10).

또한, 엔진에 대해 수평하게 배치되는 상기 제 1 사이클론(10)의 호퍼측(13)은 연결파이프(14)를 통해 배기가스 귀환부(30)의 측부에 연결된다. 이 배기가스 귀환부(30)는 반원통형의 공간을 갖는 것으로, 제 1 사이클론(10)의 하부에 배치되며, 입자부유물과 질소산화물등의 부유물이 많이 함유되는 귀환가스(이 귀환가스는 제 1 사이클론(10)의 호퍼측(13)에서 전달된다)를 실린더 헤드(11)를 통해 실린더 내부로 귀환시키는 장치이며, 이 귀환부(30)의 측부평면부에는 4개의 실린더에 대응할 수 있도록 4개의 귀환포트(31)가 형성되어진다.In addition, the hopper side 13 of the first cyclone 10 arranged horizontally with respect to the engine is connected to the side of the exhaust gas return unit 30 through a connecting pipe 14. The exhaust gas return unit 30 has a semi-cylindrical space and is disposed below the first cyclone 10, and includes a return gas containing a large amount of suspended solids such as particle floatation and nitrogen oxide (the return gas is the first gas). Is a device for returning the cyclone 10 from the hopper side 13 to the inside of the cylinder through the cylinder head 11, and the side planar portion of the feedback portion 30 is provided with four cylinders corresponding to four cylinders. Return port 31 is formed.

제 2 도를 참조하면, 이 배기가스 귀환부(30)는 제 1 사이클론(10)의 하부에서 이 사이클론(10)과 거의 평행하게 배치되며, 귀환포트(31)가 각 실린더헤드에 설치된 셔틀밸브부(50)와 연통될 수 있도록 귀환포트(31)가 설치된 측부 평면부가 실린더 헤드에 밀착되어 면접하게 된다.Referring to FIG. 2, the exhaust gas return portion 30 is disposed substantially parallel to the cyclone 10 at the bottom of the first cyclone 10, and a return valve 31 is provided at each cylinder head. The side plane portion, in which the feedback port 31 is installed, is in close contact with the cylinder head so as to be in communication with the portion 50 to be interviewed.

이때, 실린더로 부터 배기되는 배기가스가 고온상태의 압축가스이므로 사이클론 연결파이프(20), 제 1 사이클론(10) 그리고 배기가스 귀환부(30)는 주물성형하여 일체형으로 제작함으로서 고온의 배기가스에도 효과적으로 작동할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 이때 도면에서는 도시하지 않았으나 상기 일체형 주물의 외형은 열응력에 알맞도록 설계하고, 내부의 형상은 제 2 도에서 도시하고 있는 바와같이 구성하면 장치의 원만한 기능과 공간활용면에서 뛰어난 장점을 제공할 수 있을 것이다.At this time, since the exhaust gas exhausted from the cylinder is a compressed gas in a high temperature state, the cyclone connection pipe 20, the first cyclone 10, and the exhaust gas return unit 30 are cast and manufactured in one piece, so that the exhaust gas of the cyclone connection pipe 20 is also formed. It is desirable to be able to operate effectively. In this case, although not shown in the figure, the integrated casting external shape is designed to be suitable for thermal stress, and the internal shape is configured as shown in FIG. It can provide excellent advantages in terms of space utilization.

상기 제 1 사이클론(10)의 내부에는 이 제 1 사이클론(10)의 내부에서 사이클론효과로 입자부유물이 분리된 1차 정제된 배기가스를 배기하기 위한 배기구(15)가 마련되며, 이 배기구(15)의 외부측 단부는 제 2 사이클론(40)의 내부로 진입되어 있다.An exhaust port 15 is provided inside the first cyclone 10 for exhausting the primary purified exhaust gas from which the particle floatation is separated by a cyclone effect inside the first cyclone 10. The outer end of the) enters into the second cyclone 40.

제 2 도에서 자세히 도시되는 것처럼, 제 2 사이클론(40)은 엔진에 대해 수직으로 설치되며, 따라서 제 2 사이클론(40)과 제 1 사이클론(10)의 상대적 배치상태도 서로 직각 연결되는 배치상태를 나타낸다. 또한, 제 2 사이클론(40)의 직경은 제 1 사이클론(10)의 직경에 비해 상대적으로 크며, 제 1 사이클론(10)이 실린더로 부터의 배기가스의 유속에 의한 원심력만으로 배기가스중의 입자부유물을 걸르는 것에 비해 제 2 사이클론(40)의 경우에는 수직배치에 의한 중력이 작용하여 배기가스의 유속에 의한 원심력 및 중력의 상호작용에 의해 배기가스중의 입자부유물을 걸르도록 되어 있다.As shown in detail in FIG. 2, the second cyclone 40 is installed perpendicular to the engine, and thus the arrangement of the second cyclone 40 and the first cyclone 10 is also perpendicular to each other. Indicates. In addition, the diameter of the second cyclone 40 is relatively large compared to the diameter of the first cyclone 10, the first cyclone 10 is a particle suspended matter in the exhaust gas only by centrifugal force due to the flow rate of the exhaust gas from the cylinder. In the case of the second cyclone 40, the gravity of the vertical arrangement acts to filter the particle floatation in the exhaust gas by the interaction of the centrifugal force and gravity caused by the flow rate of the exhaust gas.

상기 제 2 사이클론(40)의 호퍼(41)는 연결파이프(42)를 통해서 제 1 사이클론(10)의 측부에 연결되어 배기가스로 부터 걸러진 입자부유물들을 제 1 사이클론(10)측으로 보내 이 제 1 사이클론(10)을 통해 배기가스 귀환부(30)로 보내지도록 한다.The hopper 41 of the second cyclone 40 is connected to the side of the first cyclone 10 through a connecting pipe 42 to send the particle suspended matters filtered from the exhaust gas to the first cyclone 10 side. It is sent to the exhaust gas return unit 30 through the cyclone (10).

제 2 도에 도시되는 바와 같이 4개의 실린더에서 나오는 배기가스들이 제 1 사이클론(10)내에서 충분한 원심력을 발생시킬 수 있도록 상기 사이클론 연결파이프(20)의 형상은 부드럽게 구부려진 곡선파이프의 형상으로 되어 있으며, 이때 실린더내와 상기 연결파이프(20)를 연결시키는 배기파이프(12)의 형상도 배기밸브(16)의 구조때문에 일반적으로 소정의 곡률반경을 갖는 곡선파이프로 이루어지기 때문에 이로 인해 배기가스가 상당한 원운동량을 갖게 되므로 배기되는 고압의 배기가스는 배기파이프(12)와 사이클론 연결파이프(20)의 곡선형상에 의해 제 1 사이클론(10)내로 별다른 저항의 발생없이 상당한 유속으로 진입될 수 있다.As shown in FIG. 2, the shape of the cyclone connecting pipe 20 is in the shape of a smoothly curved pipe so that the exhaust gases from the four cylinders can generate sufficient centrifugal force in the first cyclone 10. In this case, the shape of the exhaust pipe 12 connecting the cylinder and the connecting pipe 20 is also made of a curved pipe having a predetermined radius of curvature due to the structure of the exhaust valve 16. Due to the considerable circular momentum, the high-pressure exhaust gas exhausted can enter the first cyclone 10 at a considerable flow rate without any resistance by the curved shape of the exhaust pipe 12 and the cyclone connecting pipe 20.

또한, 상기 배기가스 귀환부(30)는 상술한 바와같이 엔진의 실린더헤드(11)와 밀착되도록 설계되었으며, 이처럼 귀환부(30)의 측부 평면과 엔진의 실린더헤드(11)가 서로 밀착되면 이 귀환부(30)의 온도를 실린더의 온도와 거의 동일하게 유지할 수 있으며, 아울러 엔진의 작동에 의해 발생되는 진동에 영향을 받지 않고, 최대의 공간을 확보할 수 있는 장점이 있다.In addition, the exhaust gas return unit 30 is designed to be in close contact with the cylinder head 11 of the engine as described above, and if the side plane of the return unit 30 and the cylinder head 11 of the engine are in close contact with each other, The temperature of the feedback unit 30 can be maintained almost the same as the temperature of the cylinder, and also has the advantage of ensuring the maximum space without being affected by vibration generated by the operation of the engine.

상기 배기가스 귀환부(30)와 엔진의 온도를 동일하게 유지시키면 귀환부(30)내로 진입하는 부유물을 많이 포함하고 있는 귀환가스(이 가스에는 특히 탄소입자의 함유량이 높다)의 온도가 실린더내의 온도와 많은 차이가 발생되지 않고, 이에따라 귀환가스내의 탄소입자 등의 부유물에 있어 물이나 그외의 가용물질들이 액화되어서 일어나는 상기 부유물에의 끈끈한 외막형성을 방지할 수 있게 된다.When the temperature of the exhaust gas return unit 30 and the engine are maintained at the same temperature, the temperature of the return gas containing a large amount of suspended matter entering the return unit 30 (particularly, the content of carbon particles is high) is increased in the cylinder. There is no significant difference with temperature, and accordingly, it is possible to prevent sticky outer film formation on the float caused by liquefaction of water or other soluble substances in the suspended matter such as carbon particles in the return gas.

따라서 이처럼 끈끈한 외막을 갖는 부유물이 셔틀밸브부(50)의 셔틀밸브(51)와 밸브시트(52)에 부착되어 발생되는 밸브작동의 불량성이나 상기 부유물이 엔진의 실린더 내벽에 달라붙어 발생하는 엔진성능의 저하와 같은 문제를 일으키지 않게 된다.Therefore, the poor performance of valve operation caused by the float having the sticky outer film attached to the shuttle valve 51 and the valve seat 52 of the shuttle valve unit 50 or the engine performance caused by the float floating on the cylinder inner wall of the engine. It does not cause a problem such as deterioration.

결국 본 발명의 장치에서는 종래의 장치와는 달리 귀환가스의 온도가 급격히 하강하지 않으므로 장치의 성능저하나 엔진의 성능저하와 같은 문제발생을 효과적으로 해소할 수 있는 것이다.As a result, in the apparatus of the present invention, unlike the conventional apparatus, since the temperature of the return gas does not drop rapidly, problems such as deterioration of the performance of the apparatus or deterioration of the engine can be effectively solved.

아울러 배기가스 귀환부(30)에 최대의 공간을 확보하게 되면 엔진으로 부터 배기가스가 나오는 배기타이밍과, 귀환가스를 실린더내로 귀환시키는 귀환타이밍 사이의 차이를 완화시킬 수 있는 장점을 제공하게 되나, 경우에 따라서 4개의 실린더가 동일한 배기가스 귀환부(30)로 부터 귀환가스를 공급받는 본 발명장치의 구성에 따라 상기 타이밍 차이가 서로 상쇄될 수 있으므로 상기 귀환부(30)의 최대 공간 확보가 불필요할 수도 있다.In addition, securing the maximum space in the exhaust gas return unit 30 provides an advantage of alleviating the difference between the exhaust timing of the exhaust gas from the engine and the return timing of returning the return gas into the cylinder. In some cases, the timing difference may be canceled with each other according to the configuration of the present invention, in which four cylinders receive the return gas from the same exhaust gas return unit 30, so that it is unnecessary to secure the maximum space of the return unit 30. You may.

이하에서는 상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 배기가스 귀환장치의 작동을 설명한다.Hereinafter, the operation of the exhaust gas return device of the present invention having the structure as described above will be described.

먼저, 엔진의 배기파이프(12)를 통해 4개의 엔진실린더로 부터 순차적으로 제 1 사이클론(10)으로 유입되는 배기가스는 제 2 사이클론(40)으로 부터 연결파이프(42)를 통해서 들어오는 입자부유물이 많이 포함된 배기가스(이 가스는 이전의 사이클론 분리에 의해 분리된 입자부유물을 많이 포함하고 있다)와 혼합되어 배기가스의 유속에 의한 원심력에 의해 발생되는 사이클론 효과로 탄소입자등의 부유물이 제 1 사이클론(10)의 벽에 부딪쳐 배기가스로 부터 분리되고, 이렇게 분리된 입자부유물은 호퍼(13)와 연결파이프(14)를 통해 배기가스 귀환부(30)로 들어가고 귀환포트(31)와 실린더헤드(11)에 설치된 셔틀밸브부(50)를 통해서 실린더 내부로 귀환된다. 이때 엔진의 실린더 내부는 흡기행정 상태이므로 상기 셔틀밸브부(50)의 셔틀밸브(51)는 밸브시트(52)로 부터 이탈되어 하강되므로(제 4 도 참조)이 이 밸브부(50)의 연통구(53)를 통해 귀환가스가 실린더 내부로 귀환될 수 있는 것이다.First, the exhaust gas flowing into the first cyclone 10 sequentially from the four engine cylinders through the exhaust pipe 12 of the engine is a particle float coming from the second cyclone 40 through the connecting pipe 42. Due to the cyclone effect generated by centrifugal force caused by the flow rate of the exhaust gas, it is mixed with a large amount of exhaust gas (this gas contains a large amount of particle suspended matter separated by the previous cyclone separation). The cyclone 10 is separated from the exhaust gas by hitting the wall of the cyclone 10. The separated particle floats into the exhaust gas return unit 30 through the hopper 13 and the connecting pipe 14, and returns the return port 31 and the cylinder head. It returns to the inside of the cylinder through the shuttle valve part 50 provided in (11). At this time, since the inside of the cylinder of the engine is in the intake stroke state, the shuttle valve 51 of the shuttle valve part 50 is separated from the valve seat 52 and lowered (see FIG. 4). The return gas can be returned to the inside of the cylinder through the sphere (53).

반대로 엔진의 배기행정, 압축행정, 폭발행정에서는 실린더 내부의 압력이 상기 귀환부(30)의 압력보다 높게 상승된 상태이므로 셔틀밸브(51)는 제 5 도에 도시되는 것처럼 밸브시트(52)에 밀착상승되어 귀환가스의 실린더내로의 귀환을 차단하도록 한다.On the contrary, in the exhaust stroke, the compression stroke, and the explosion stroke of the engine, since the pressure inside the cylinder is higher than the pressure of the feedback unit 30, the shuttle valve 51 is connected to the valve seat 52 as shown in FIG. Closely elevated to block the return of the return gas into the cylinder.

한편, 제 1 사이클론(10)내에서 사이클론 효과에 의해 입자부유물이 걸러진 1차 배기가스는 제 1 사이클론(10)내의 배기구(15)를 통해 제 2 사이클론(40)내부로 진입되며, 제 2 사이클론(40)내부에서 원심력과 중력에 의한 사이클론 효과에 의해 2차 분리가 일어난다. 이때 제 2 사이클론(40)내에서의 배기가스의 유속은 제 1 사이클론(10)에서의 배기가스 유속보다 떨어지므로 원심력의 발생이 제 1 사이클론(10)의 경우보다 감소되나 수직설치에 따른 중력의 영향으로 제 1 사이클론(10)에서와 비슷한 사이클론 효과를 기대할 수 있다.On the other hand, the first exhaust gas in which the particulate matter is filtered by the cyclone effect in the first cyclone 10 enters into the second cyclone 40 through the exhaust port 15 in the first cyclone 10, and the second cyclone (40) Secondary separation occurs due to the cyclone effect of centrifugal force and gravity inside. At this time, since the flow rate of the exhaust gas in the second cyclone 40 is lower than the exhaust gas flow rate in the first cyclone 10, the generation of centrifugal force is reduced than in the case of the first cyclone 10, but the gravity As a result, a cyclone effect similar to that of the first cyclone 10 can be expected.

한편, 상기 제 2 사이클론(40)에서 분리된 입자부유물은 호퍼(41)와 연결파이프(42)를 통해 제 1 사이클론(10)의 내부로 들어가서 실린더의 배기파이프(12)로 부터 들어오는 새로운 배기가스와 섞여 제 1 사이클론내에서의 상기한 분리작동이 이루어지게 된다. 또한 제 2 사이클론(40)내에서 입자부유물이 걸러진 정제된 배기가스는 배기구(43)를 통해 외부로 방출된다.On the other hand, the particle suspended matter separated from the second cyclone 40 enters into the first cyclone 10 through the hopper 41 and the connecting pipe 42 and enters the new exhaust gas from the exhaust pipe 12 of the cylinder. And the separation operation in the first cyclone is achieved. In addition, the purified exhaust gas in which the particulate matter is filtered in the second cyclone 40 is discharged to the outside through the exhaust port 43.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 내연기관의 배기가스 귀환장치에 따르면, 실린더로 부터 순차적으로 들어오는 배기가스로 부터 탄소입자 등과 같은 입자부유물을 원심력과 중력에 의한 사이클론효과로 배기가스로 부터 분리하고, 이 입자부유물을 많이 포함하는 귀환가스를 실린더헤드에 형성된 셔틀밸브와 직접 연결된 배기가스 귀환부를 통해 흡기행정의 실린더 내부로 귀환시킴으로써, 우선 배기가스로 부터 탄소입자 등과 같은 입자부유물을 효과적으로 분리하여 실린더내로 상기 입자부유물을 반복적으로 귀환시킴으로써 대기오염을 효과적으로 방지할 수 있고, 상기 배기가스 귀환부가 실린더헤드에 직접 접촉되어 있는 까닭으로 귀환가스의 온도를 실린더내의 온도와 거의 일치시켜 귀환가스의 온도저하에 따른 입자부유물, 특히 탄소입자에의 끈끈한 외막형성을 저지함으로써 이 끈끈한 입자들이 귀환밸브, 즉 셔틀밸브와 실린더의 내벽에 붙어 본 발명의 장치 및 엔진의 성능을 저하시키는 문제를 해소할 수 있으며, 아울러 디젤엔진의 경우 매연의 발생을 줄일 수 있고, 배기가스가 다수개의 실린더로 부터 순차적으로 사이클론내로 유입되므로 소음의 발생을 억제할 수 있으며, 귀환가스의 순환회로를 짧게 구성함으로써 배기가스 귀환장치의 작동제어를 용이하게 실시할 수 있으며, 또한 불연속적 배기가스 흐름을 연속적 공기 흐름으로 바꿈으로써 소음을 줄이는 머플러 효과를 얻을 수 있는 등의 장점을 제공한다.As described above, according to the exhaust gas return device of the internal combustion engine according to the present invention, from the exhaust gas sequentially coming from the cylinder to separate the particle floatation, such as carbon particles from the exhaust gas by the cyclone effect by centrifugal force and gravity By returning the return gas containing a lot of the particle floats into the cylinder of the intake stroke directly through the exhaust gas return portion directly connected to the shuttle valve formed in the cylinder head, the particle floatation such as carbon particles is effectively separated from the exhaust gas and the cylinder By repeatedly returning the particulate matter to the inside, air pollution can be effectively prevented, and since the exhaust gas return portion is in direct contact with the cylinder head, the temperature of the return gas is almost equal to the temperature in the cylinder, thereby reducing the temperature of the return gas. According to particle floatation, in particular burnt By preventing the formation of sticky outer film on the particles, the sticky particles adhere to the return valves, that is, the shuttle valve and the inner wall of the cylinder, which can solve the problem of deteriorating the performance of the apparatus and engine of the present invention. It is possible to reduce the generation, and to suppress the generation of noise since the exhaust gas is sequentially introduced into the cyclone from a plurality of cylinders, and the operation of the exhaust gas return device can be easily performed by shortening the circulation circuit of the return gas. It also provides advantages such as a muffler effect that reduces noise by replacing a discontinuous exhaust stream with a continuous air stream.

Claims (5)

내연기관의 배기가스에서 탄소입자등의 입자부유물을 분리하여 기관의 실린더내로 귀환시키기 위한 내연기관용 배기가스 귀환장치에 있어서, 상기 실린더의 배기파이프(12)로 부터 사이클론 연결파이프(20)를 통해 배기가스가 유입되어 이 배기가스로 부터 입자부유물이 분리되는 사이클론수단과, 상기 사이클로수단의 호퍼(13)와 연통되고 실린더의 내측과 셔틀밸브수단(50)을 통해 직접 연결되어 상기 사이클론수단에 의해 분리된 고형부유물을 많이 포함하는 귀환가스를 실린더내로 귀환시키는 배기가스 귀환부(30)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 귀환장치.In an exhaust gas return device for an internal combustion engine, which separates particle floatation such as carbon particles from the exhaust gas of an internal combustion engine and returns it to the cylinder of the engine, the exhaust gas is exhausted from the exhaust pipe 12 of the cylinder through a cyclone connection pipe 20. Cyclone means in which a gas flows in and separates the particle floatation from the exhaust gas, and is in communication with the hopper 13 of the cyclo means, is directly connected through the shuttle valve means 50 and the inside of the cylinder is separated by the cyclone means An exhaust gas return device for an internal combustion engine, characterized by comprising an exhaust gas return part 30 for returning a return gas containing a large amount of solid suspended solids into a cylinder. 제 1 항에 있어서, 상기 사이클론 연결파이프(20)는 실린더의 배기파이프(12)를 통해 배기가스의 원운동량을 상기 사이클론수단에 그대로 전달할 수 있도록 상기 배기파이프(12)의 곡선형상과 부합되는 소정곡률반경의 곡선파이프로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 귀환장치.According to claim 1, wherein the cyclone connecting pipe 20 is a predetermined conforming to the curved shape of the exhaust pipe 12 so that the original momentum of the exhaust gas through the exhaust pipe 12 of the cylinder can be transmitted to the cyclone means as it is. An exhaust gas return device for an internal combustion engine, comprising a curved pipe having a radius of curvature. 제 1 항에 있어서, 상기 사이클론수단은 상기 사이클론 연결파이프(20)와 연결되는 횡방향으로 배치되는 제 1 사이클론(10)과, 상기 제 1 사이클론(10)의 배기구(15)와 연통되고 제 1 사이클론(10)에 대해 직각되게 수직방향으로 배치되는 제 2 사이클론(40)으로 구성되며, 상기 제 1 사이클론(10)의 호퍼(13)는 연결파이프(14)를 통해서 상기 배기가스 귀환부(30)와 연결되고, 상기 제 2 사이클론(40)의 호퍼(41)는 연결파이프(42)를 통해 제 1 사이클론(10)의 측부와 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 귀환장치.The cyclone means of claim 1, wherein the cyclone means communicates with a first cyclone 10 arranged in a lateral direction connected to the cyclone connecting pipe 20, and an exhaust port 15 of the first cyclone 10. It consists of a second cyclone 40 is disposed perpendicular to the cyclone 10 in a vertical direction, the hopper 13 of the first cyclone 10 through the connecting pipe 14 the exhaust gas return unit 30 ) And the hopper (41) of the second cyclone (40) is connected to the side of the first cyclone (10) through a connecting pipe (42). 제 1 항에 있어서, 상기 배기가스 귀환부(30)는 반원통형 공간을 형성하며, 측부평면상에 귀환포트(31)를 구비하여 셔틀밸브수단(50)과 연결되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 귀환장치.The exhaust gas return unit 30 of claim 1, wherein the exhaust gas return unit 30 forms a semi-cylindrical space, and has a return port 31 on a side plane and is connected to the shuttle valve means 50. Gas return. 제 1 항에 있어서, 상기 셔틀밸브수단(50)은 실린더헤드(11)내에 일체로 성형되는 원추형 밸브시트(52)와, 이 밸브시트(52)에 얹혀지는 원추형 셔틀밸브(51)와 실린더 내부로 연통된 연통구(53)로 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 배기가스 귀환장치.2. The shuttle valve means (50) according to claim 1, wherein the shuttle valve means (50) has a conical valve seat (52) integrally formed in the cylinder head (11), a cone shuttle valve (51) mounted on the valve seat (52) and a cylinder interior. Exhaust gas return device for an internal combustion engine, characterized in that consisting of a communication port (53) communicated with.