KR100444442B1

KR100444442B1 - 디젤엔진의 배기가스 오염 저감시스템

Info

Publication number: KR100444442B1
Application number: KR10-2001-0050402A
Authority: KR
Inventors: 최민선
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2004-08-16
Also published as: KR20030016705A

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 오염 저감시스템에 관한 것으로, 배기가스 재 순환 장치의 작동 시 물 입자를 함유시켜 유입되는 혼합기의 온도를 낮추어 연소가스의 최고온도를 저하시키면서 오염물질의 농도를 저감함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배기가스에 의해 구동되어 유입되는 외부공기를 압축해 인터쿨러(4)와 공기연결라인(3)을 통해 엔진(6)으로 공급하는 과급기가 연결되는 흡·배기인테이크(5,7)사이를 연결하여 배기가스를 흡기인테이크(5)쪽으로 순환시키는 바이패스라인(90)의 양단에 구비된 제1·2개폐기(70,80)를 제어하는 분배기(30)와, 이 분배기(30)에 공급라인(50)을 매개로 연결된 진공펌프(40), 상기 분배기(30)로 제어신호를 보내는 신호라인(60)을 매개로 연결되면서 운전자가 밟는 페달신호와 엔진 회전수(RPM)신호 및 흡기라인(1)을 흐르는 공기량을 제어하는 유량검출기(10)의 개도량 신호를 받는 제어기(20) 및 이 제어기(20)의 제어신호에 따라 상기 바이패스라인(90)으로 물을 분사하는 물분사수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

디젤엔진의 배기가스 오염 저감시스템{Exhaust contamination gas decreasing system in diesel engine}

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 오염 저감시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필요시 물을 혼합하여 연소되는 배기가스내 오염물질의 양을 저감할 수 있도록 된 디젤엔진의 배기가스 오염 저감시스템에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진의 배기 가스 중에는 CO, HC, 및 NOx(질소화합물)등과 같은 유해 성분이 다량 포함되어 있는데, 이중 NOx는 연소 온도가 높아지면 NOx의 양도 증가하는 특성을 갖고 있어 이 NOx양을 줄이기 위해서는 엔진의 연소 온도를 저감시키는 다양한 방법이 실시되고 있는 실정이다.

이와 같이, 오염물질인 NOx의 양을 줄이기 위해서는 통상 배기 가스 재순환(EGR)장치를 이용하는 방법이 널리 사용되는바, 이와 같은 배기 가스 재 순환장치는 연소 후 배출되는 배기 가스의 일부를 흡입 혼합기에 포함시켜 연소실로 유입시킴으로써 혼합기의 자체 공연비는 변화시키지 않으면서혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키는 특성을 갖게 된다.

즉, 상기 EGR은 엔진의 운전 상태에 따라서, NOx의 양을 저감시킬 필요가 있을 때, 배기 가스의 일부를 EGR 밸브를 통하여 흡기 인테이크에 제공하여 혼합기와 함께 연소실로 유입시키면, 상기 연소실로 유입된 배기 가스는 불활성 가스로서 흡입 가스의 체적은 변화하지 않으므로 상대적으로 혼합기의 밀도가 저하되어 화염의 전파 속도를 저하시킴으로써 연소속도가 저하되고, 이에 따라 연소 온도의 상승을 방지하여 NOx의 발생을 억제하게 된다.

이와 같은 배기 가스 재 순환장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(6)에 장착된 배기인테이크(7)에 연결된 배기라인(9)을 통해 배출되는 배기가스에 의해 구동되는 터빈(8)을 매개로 흡기라인(1)을 통해 유입되는 외부공기를 압축하는 컴프레셔(2)로 이루어진 과급기와, 이 과급기에서 엔진(6)에 장착된 흡기인테이크(5)로 이어지는 연결라인(3)에 구비된 인터쿨러(4), 상기 흡·배기인테이크(5,7)가 구비되는 엔진헤드에 내장되어 이들 사이를 연결하여 배기가스를 흡기인테이크(5)쪽으로 순환시키는 바이패스라인(90)의 양단에 구비된 제1·2개폐기(70,80)를 제어하는 분배기(30), 이 분배기(30)에 공급라인(50)을 매개로 연결된 진공펌프(40) 및 상기 분배기(30)로 제어신호를 보내는 신호라인(60)을 매개로 연결되면서 운전자가 밟는 페달신호와 엔진 회전수(RPM)신호 및 흡기라인(1)을 흐르는 공기량을 제어하는 유량검출기(10)의 개도량 신호를 받는 제어기(20)로 이루어진다.

여기서, 상기 분배기(30)는 제어기(20)의 신호를 개별적으로 받도록 솔레노이드타입의 제1·2밸브(31,32)와 이 밸브(31,32)에서 제1·2개폐기(70,80)로 이어지는 가압라인(31',32')이 각각 연결되어진다.

또한, 상기 진공펌프(40)의 공급라인(50)과 제어기(20)의 신호라인(60)도 상기 분배기(30)의 제1·2밸브(31,32)에 각각 개별적으로 연결되어짐은 물론이다.

한편, 상기 제어기(20)는 별도의 컴퓨터를 이용할 수 도 있지만 바람직하게는 ECU를 이용함은 물론이다.

이에 따라, 제어기(20)로 전송되는 유량검출기(10)의 유량신호와 가속페달의 답입량 신호 및 엔진(6)의 운전조건에 따른 회전수(RPM)의 신호 에 따라 설정된 로직에 의해 처리된 결과를 분배기(30)의 제1·2밸브(31,32)로 각각 연결된 제1·2신호라인(61,62)을 통해 전송하게 된다.

즉, 상기 제어기(20)의 신호를 받은 분배기(30)의 제1·2밸브(31,32)는 진공펌프(40)의 제1·2공급라인(51,52)을 통해 진공압을 전달받아 바이패스라인(90)의 양단에 구비된 제1·2개폐기(70,80)를 적절하게 조작하여 배기인테이크(7)를 통해 배출되는 배기가스를 흡기인테이크(5)쪽으로 순환시켜 혼합기의 밀도를 희박하게 하여 배기가스내 오염물질의 생성을 저감시키게 된다.

그러나, 이와 같은 배기가스 재 순환 장치는 과급기의 컴프레서(8)쪽으로 고압의 배기가스를 유입하여 작동되므로 결국, 상기 장치의 작동 가능영역이 배기압과 흡기압의 차에 의해 결정되어 비록, 소형 디젤엔진의 경우 약 40% - 50%범위까지 가능하나 대부분의 중·대형 엔진의 경우 상당히 좁은 영역에서만 작동이 가능하다는 단점이 있게 된다.

이에 따라, 디젤엔진의 배기가스 오염물질의 제거를 위해 반드시 필요한 배기가스 재 순환 장치의 적용 영역확대가 절실히 요구되지만, 이는 현실적으로 가능성이 희박하게 되므로 상기 배기가스 재 순환 장치를 일부 가능한 적용 영역에서 작동함과 더불어 엔진(6)으로 유입되는 혼합기의 온도를 낮추어 연소가스의 최고온도를 저하시키는 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 배기가스 재 순환 장치의 작동 시 물 입자를 함유시켜 유입되는 혼합기의 온도를 낮추어 연소가스의 최고온도를 저하시키면서 오염물질의 농도를 저감함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, EGR쿨러가 설치되면서 엔진 헤드의 외부로 노출되어 배기가스를 흡기인테이크쪽으로 순환시키는 바이패스라인과, 이 바이패스라인의 양단에 구비된 제1·2개폐기를 제어하는 분배기, 이 분배기에 공급라인을 매개로 연결된 진공펌프, 상기 분배기로 제어신호를 보내는 신호라인을 매개로 연결되면서 운전자가 밟는 페달신호와 엔진 회전수신호 및 흡기라인을 흐르는 공기량을 제어하는 유량검출기의 개도량 신호를 받는 제어기 및 이 제어기의 제어신호에 따라 상기 바이패스라인으로 물을 분사하는 물분사수단으로 이루어지되,상기 물분사수단은 상기 바이패스라인으로 이어진 공급라인의 끝단에 구비된 노즐을 매개로 물을 공급하는 워터탱크와, 엔진의 크랭크샤프트와 유체클러치로 연결되어 상기 워터탱크로부터 물을 펌핑하여 송출하는 펌프, 제어기의 제어신호에 따라 상기 공급라인을 개·폐하는 개폐밸브 및 이 개폐밸브부위의 압력이 초과 상승되면 탱크내로 복귀시키는 가압밸브로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 디젤엔진의 배기가스 재 순환 시스템의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진의 배기가스오염 저감시스템

도 3은 도 2에 따른 물 분사용 노즐의 부분 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 흡기라인 2 : 컴프레서

3 : 공기연결라인 4 : 인터쿨러

5 : 흡기인테이크 6 : 엔진

7 : 배기인테이크 8 : 터빈

9 : 배기라인 10 : 유량검출기

20 : 제어기 30 : 분배기

30',31',32' : 가압라인 31 : 제1밸브

32 : 제2밸브 40 : 진공펌프

50 : 공급라인 51,52 : 제1·2라인

60 : 신호라인 61,62 : 제1·2신호라인

70,80 : 제1·2개폐기 90 : 바이패스라인

90' : EGR쿨러

100 : 워터탱크 110 : 펌프

120 : 개폐밸브 130 : 공급라인

140 : 노즐 150 : 가압밸브

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진의 배기가스오염 저감시스템를 도시한 것인바, 본 발명은 배기가스에 의해 구동되어 유입되는 외부공기를 압축해 인터쿨러(4)와 공기연결라인(3)을 통해 엔진(6)으로 공급하는 과급기가 연결되는 흡·배기인테이크(5,7)사이를 연결하여 배기가스를 흡기인테이크(5)쪽으로 순환시키는 바이패스라인(90)의 양단에 구비된 제1·2개폐기(70,80)를 제어하는 분배기(30)와, 이 분배기(30)에 공급라인(50)을 매개로 연결된 진공펌프(40), 상기 분배기(30)로 제어신호를 보내는 신호라인(60)을 매개로 연결되면서 운전자가 밟는 페달신호와 엔진 회전수(RPM)신호 및 흡기라인(1)을 흐르는 공기량을 제어하는 유량검출기(10)의 개도량 신호를 받는 제어기(20) 및 이 제어기(20)의 제어신호에 따라 상기 바이패스라인(90)으로 물을 분사하는 물분사수단으로 이루어진다.

여기서, 상기 물분사수단은 상기 바이패스라인(90)으로 이어진 공급라인(130)의 끝단에 구비된 노즐(140)을 매개로 물을 공급하는 워터탱크(100)와, 엔진의 크랭크샤프트와 유체클러치로 연결되어 상기 워터탱크(100)로부터 물을 펌핑하여 송출하는 펌프(110), 제어기(20)의 제어신호에 따라 상기 공급라인(130)을 개·폐하는 개폐밸브(120) 및 이 개폐밸브(120)부위의 압력이 초과 상승되면 탱크(100)내로 복귀시키는 가압밸브(150)로 이루어진다.

그리고, 상기 노즐(140)은 도 3에 도시된 바와 같이 핀틀노즐을 사용하게 된다.

또한, 상기 바이패스라인(90)은 EGR쿨러(90')가 설치되면서 엔진 헤드의 외부로 노출되도록 배기인테이크(7)의 후단부와 흡기인테이크(5)의 전단부 사이를 연결하여 배기가스와 물을 흡기인테이크(5)쪽으로 순환시키게 된다.

이하 본 발명의 작동을 상세히 설명한다.

먼저, 전술한 종래의 경우와 같이 혼합기의 밀도를 희박하게 하여 배기가스의 오염물질 생성을 줄이게 되는데 즉, 제어기(20)가 유량검출기(10)의 유량신호와 가속페달의 답입량 신호 및 엔진(6)의 운전조건에 따른 회전수(RPM)의 신호 에 따라 설정된 로직에 의해 처리된 결과를 분배기(30)로 보내게 되면, 상기 제어기(20)의 신호를 받은 분배기(30)가 진공펌프(40)의 진공압을 전달받아 바이패스라인(90)의 양단에 구비된 제1·2개폐기(70,80)를 적절하게 조작하여 배기인테이크(7)를 통해 배출되는 배기가스를 흡기인테이크(5)쪽으로 순환시켜 혼합기의 밀도를 희박하게 하여 배기가스내 오염물질의 생성을 저감시키게 된다.

이와 동시에, 본 발명에 따른 물분사수단은 엔진의 작동에 따라 함께 회전되는 크랭크샤프트에 의해 펌프(110)가 유체클러치를 매개로 함께 회전되면서 워터탱크(100)내의 물을 펌핑하여 탱크(100)내 압력을 생성하게 된다.

이어, 상기 제어기(20)의 설정된 조건에 따라 예를 들어, 엔진의 온도나 회전수(RPM)등을 측정하여 기준치 이상의 오염물질을 생성하는 상황을 인식하게 되면, 본 발명은 엔진으로 유입되는 혼합기의 밀도를 낮추면서 동시에 그 온도를 낮추게 되는데 즉, 상기 제어기(20)가 제어 신호를 발생해 물분사수단의 개페밸브(120)를 열어 상기 바이패스라인(90)에 연결된 공급라인(130)을 통해 물을 공급하게 되고 이에 따라, 상기 공급라인(130)을 통해 물을 공급된 물이 노즐(140)을 통해 분무되면서 바이패스라인(90)의 EGR쿨러(90')를 거쳐 물에 의해 온도가 저감된 배기가스를 흡기인테이크(5)쪽으로 유입되는 혼합기와 섞어주게 되고, 이로 인해 엔진으로 유입되는 혼합기의 밀도가 배기가스의 혼합으로 인해 희박하게 됨과 더불어 배기가스에 혼합된 물에 의해 배기가스의 온도를 낮춘 상태로 연소실로 유입 된다.

즉, 고온의 배기가스를 물을 이용하여 온도를 낮춘 상태로 만든 다음, 이 배기가스를 엔진의 연소실로 유입되는 혼합기와 섞어 혼합기의 밀도와 온도를 동시에 낮추면서 배기가스내 Nox와 PM 및 Co등의 오염물질의 생성을 저감시키게 된다.

한편, 상기 제어기(20)가 혼합기의 온도 저감이 더 이상 필요치 않다고 판단하여 물분사수단의 작동을 멈추기 위해 개페밸브(120)를 닫게 되면, 작동되는 엔진에 의해 회전되는 크랭크샤프트와 함께 지속적으로 회전되는 펌프(110)가 물을 계속해서 펌핑하므로 탱크(100)내의 압력이 상승하게 되지만 이는, 상기 탱크(100)의 압력이 일정 이상으로 상승될 때 탱크(100)에 구비된 가압밸브(150)가 상승된 압력에 의해 열리면서 물을 배출해 순환시켜 주므로 압력상승을 방지하게 됨은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 혼합기에 배기가스를 유입하여 그 밀도를 희박하게 하면서 물을 이용해 그 온도도 함께 낮춘 상태로 엔진으로 유입시켜 혼합기의 농도와 온도의 저감을 동시에 하여 배기가스의 오염물질 생성을 이중으로 저감할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims

EGR쿨러(90')가 설치되면서 엔진 헤드의 외부로 노출되어 배기가스를 흡기인테이크(5)쪽으로 순환시키는 바이패스라인(90)과, 이 바이패스라인(90)의 양단에 구비된 제1·2개폐기(70,80)를 제어하는 분배기(30), 이 분배기(30)에 공급라인(50)을 매개로 연결된 진공펌프(40), 상기 분배기(30)로 제어신호를 보내는 신호라인(60)을 매개로 연결되면서 운전자가 밟는 페달신호와 엔진 회전수(RPM)신호 및 흡기라인(1)을 흐르는 공기량을 제어하는 유량검출기(10)의 개도량 신호를 받는 제어기(20) 및 이 제어기(20)의 제어신호에 따라 상기 바이패스라인(90)으로 물을 분사하는 물분사수단으로 이루어지되,

상기 물분사수단은 상기 바이패스라인(90)으로 이어진 공급라인(130)의 끝단에 구비된 노즐(140)을 매개로 물을 공급하는 워터탱크(100)와, 엔진의 크랭크샤프트와 유체클러치로 연결되어 상기 워터탱크(100)로부터 물을 펌핑하여 송출하는 펌프(110), 제어기(20)의 제어신호에 따라 상기 공급라인(130)을 개·폐하는 개폐밸브(120) 및 이 개폐밸브(120)부위의 압력이 초과 상승되면 탱크(100)내로 복귀시키는 가압밸브(150)로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 오염 저감시스템.
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