KR100962862B1 - 배기가스 유로 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진이 이미션 영역에서 저속으로 운전될 때에는 웨이스트 게이트 터보차저와 웜 업 촉매컨버터 사이의 배기가스 유로의 통로면적을 좁게 하는 반면에 엔진이 이미션 영역을 벗어나서 고속으로 운전될 때에는 배기가스 유로의 통로면적을 넓게 하여 연비를 향상시키도록 한 배기가스 유로 조절장치를 제공하기 위해, 터보차저에서 배출되는 배기가스가 직각으로 방향 전환하여 촉매컨버터로 유입되게 하는 배기가스 유로와, 이 유로의 배기가스 통로면적을 조절하는 통로면적 조절수단을 구비한다.

터보차저, 촉매컨버터, 유로, 제어밸브

Description

배기가스 유로 조절장치{Exhaust gas passage adjusting device}

본 발명은 차량의 배기가스 유로 조절장치에 관한 것으로, 특히 웨이스트 게이트 터보차저와 웜 업 촉매컨버터 사이의 배기가스 유로를 엔진의 운전 영역에 따라 자동적으로 조절하는 배기가스 유로 조절장치에 관한 것이다.

종래 차량의 디젤엔진은 뛰어난 연비, 출력 등에도 불구하고, 그 특성상 공기 과잉률이 큰 상태에서 연소가 이루어지기 때문에 배기가스 중에는 가솔린 엔진과 달리 일산화탄소와 탄화수소의 배출량이 적은 반면에 질소산화물과 그을음과 같은 입자성 물질이 상당히 배출되는 단점을 가지고 있으므로, 이러한 디젤엔진의 배기가스 유해성분을 저감시키기 위해 WCC(Warm up Catalytic Converter) 후처리 장치가 차량에 적용되고 있다.

한편 디젤엔진을 탑재한 차량에서는 배기가스를 이용하여 흡입공기를 압축시켜 공급하여 디젤엔진의 출력향상과 가속성능향상을 도모하고, 연비를 개선하기 위해 웨이스트 게이트 터보차저(Waste Gate Turbocharger; WGT)가 적용되고 있다.

도 1에는 상기와 같은 WCC와 WGT가 적용된 디젤엔진의 배기계가 개략적으로 도시되어 있는 바, 즉 엔진(11)의 배기매니폴드에 웨이스트 게이트 터보차저(12)가 배기가스를 공급받도록 연결되고, 상기 웨이스트 게이트 터보차저의 배기가스 출구에는 배기가스를 공급받아 유해성분을 정화시키는 웜 업 촉매컨버터(13)가 접속되며, 상기 웜 업 촉매컨버터(13)를 통해 정화되어 배출되는 배기가스는 머플러(14)를 거쳐서 소음이 저감된 상태로 배기파이프(15)를 통해 차량의 외부로 배출되게 된다.

상기와 같이 웨이스트 게이트 터보차저와 웜 업 촉매컨버터가 엔진에 순차적으로 연결된 상태에서 엔진룸의 레이아웃에 따라 웨이스트 게이트 터보차저와 웜 업 촉매컨버터 사이의 거리는 제한될 뿐만 아니라 그 변경도 용이하지 않고, 또한 엔진룸의 레이아웃에 따라 웜 업 촉매컨버터의 입구부 형상이 결정되며, 이 입구부 형상에 따라 엔진의 운전 영역에 대해 배기가스의 유동 분포를 고려하여 촉매의 형상이 결정되며, 촉매의 형상은 엔진의 전 운전 영역에 대해 고려하게 된다.

그리고 배기가스를 규제하게 되는 엔진의 운전 영역인 이미션(Emission) 영역에서 배기가스의 유동이 불균일해지는 경우가 발생하고, 이로 인해 LOT(Light Off Time) 이상의 조건에서도 일산화탄소의 발생량이 증가하며, 웜 업 촉매컨버터가 노후화될 때에 배기가스의 유동집중영역에서 정화효율이 급감함에 따라 이를 개선하기 위해 촉매의 로딩량을 증가시키고 있었다.

또한 웨이스트 게이트 터보차저는 저속 고부하 운전 조건에서 부스트 압력이 양호하게 형성되나 저속 저부하 영역에서는 터보차저의 전단과 흡기매니폴드의 압력차가 작아서 배기가스 재순환율이 감소하게 되고, 이미션 영역에서 엔진이 저속 저부하로 운전될 때에 질소산화물의 발생이 과다하여 EGR(Exhaust Gas Recirculation)가스를 증대시킬 수 없으며, 엔진이 고속으로 운전될 때에는 질소산화물의 발생을 과도하게 감소시켜 차량의 연비를 악화시키게 되는 등의 결점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 엔진이 이미션 영역에서 저속으로 운전될 때에는 웨이스트 게이트 터보차저와 웜 업 촉매컨버터 사이의 배기가스 유로의 통로면적을 좁게 하는 반면에 엔진이 이미션 영역을 벗어나서 고속으로 운전될 때에는 배기가스 유로의 통로면적을 넓게 하여 연비를 향상시키도록 한 배기가스 유로 조절장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 터보차저에서 배출되는 배기가스가 직각으로 방향 전환하여 촉매컨버터로 유입되게 하는 배기가스 유로와, 이 유로의 배기가스 통로면적을 조절하는 통로면적 조절수단을 구비한다.

바람직하기로는 상기 통로면적 조절수단이 상기 유로의 내부로 진입하여 상기 통로면적을 줄어들게 하거나 혹은 상기 유로의 외부로 후퇴하여 상기 통로면적이 확장되게 하는 밸브바디를 구비한 제어밸브를 갖춘 것을 특징으로 한다.

상기 제어밸브가 상기 밸브바디에 연결된 플런저를 구비한 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 한다.

상기 통로면적 조절수단이 엔진이 저속으로 운전될 때에 상기 통로면적이 좁 아지게 하고, 엔진이 고속으로 운전될 때에는 상기 통로면적이 넓어지게 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 유로가 상기 터보차저와 수평하게 연결된 수평 유로와, 이 수평 유로에 직각방향으로 연결된 수직 유로를 구비하고; 상기 수직 유로에는 상기 수평 유로와 접속된 입구와, 상기 촉매컨버터의 입구에 접속되면서 상기 입구에 대해 180도로 방향이 전환된 출구 및, 상기 입구와 출구를 연결하는 연결통로를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배기가스 유로 조절장치에 의하면, 엔진이 이미션 영역에서 저속으로 운전될 때에는 웨이스트 게이트 터보차저와 웜 업 촉매컨버터 사이의 배기가스 유로의 내부로 제어밸브를 진입시켜 배기가스의 통로면적이 좁아지게 함으로써, 배압이 증대되어 터보차저의 전단과 흡기매니폴드 사이의 압력차가 증대됨에 따라 EGR가스량이 증가하면서 배기가스 중의 질소산화물의 성분을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 연비를 향상시킬 수 있고, 또한 웨이스트 게이트 터보차저에서 유출되어 웜 업 촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 유동 방향이 직각으로 변경됨과 더불어 유동 길이가 증대됨에 따라 웜 업 촉매컨버터의 내부에서 배기가스의 유동과 온도분포가 균일해짐에 따라 일산화탄소의 발생량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 촉매컨버터에 일산화탄소의 배출량을 줄이기 위한 촉매 로딩량을 증가시킬 필요가 없으므로 촉매컨버터의 원가를 저감시킬 수 있으며, 엔진이 이미션 영역을 벗어나서 고속으로 운전될 때에는 웨이스트 게이트 터보차저와 웜 업 촉매컨버터 사 이의 배기가스 유로의 내부로 진입된 제어밸브를 외부로 후퇴시켜 배기가스의 통로면적이 넓어지게 함으로써, 배기가스 유로의 통로면적을 넓게 하여 배기가스의 배압이 줄어들면서 유동이 원활해져 엔진의 출력 및 연비가 향상되는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 2에는 본 발명에 따른 배기가스 유로 조절장치가 엔진의 저속으로 운전될 때의 작동 상태가 도시되어 있는 바, 즉 엔진(1)의 배기매니폴드에 웨이스트 게이트 터보차저(2)가 배기가스를 공급받아 작동할 수 있도록 연결되고, 상기 터보차저(2)를 구동한 배기가스의 유해 성분을 정화시키는 웜 업 촉매컨버터(3)는 배기가스 유로(4)를 매개로 상기 웨이스트 게이트 터보차저(2)와 접속되어 있다.

상기 배기가스 유로(4)는 상기 웨이스트 게이트 터보차저(2)에 접속된 수평 유로(4a)와, 이 수평 유로에 직각방향으로 접속된 수직 유로(4b)를 구비하여 상기 웨이스트 게이트 터보차저를 구동한 배기가스가 도 2에서 화살표로 도시한 바와 같이 상기 수평 유로(4a)를 통해 유입된 다음에 직각으로 방향을 전환하여 수직 유로(4b)로 유입된 이후에 상기 웜 업 촉매컨버터(3)로 진입하게 되어 배기가스의 유동이 균일해지게 된다.

상기 수직 유로(4b)는 상기 수평 유로(4a)와 접속된 입구(4ba)와, 상기 웜 업 촉매컨버터의 입구에 접속되면서 상기 입구(4ba)에 대해 180도로 방향이 전환된 출구(4bb) 및, 상기 입구(4ba)와 출구(4bb)를 연결하는 연결통로(4bc)를 구비하고 있다.

상기 연결통로(4bc)의 내부에는 연결통로(4bc)의 통로면적을 조절하는 제어밸브(5)가 설치된다.

상기 제어밸브(5)는 상기 연결통로의 통로면적 만큼의 크기를 가지는 밸브바디(5a)와, 이 밸브바디(5a)를 진입 혹은 후퇴시키도록 상기 밸브바디(5a)에 연결된 플런저(5b)를 구비한 솔레노이드 밸브로 구성된다.

상기 제어밸브(5)는 엔진제어유니트(ECU)의 출력단에 접속되어 엔진제어유니트의 제어신호를 인가받아 조절 작동된다.

엔진이 저속으로 운전될 때에 상기 엔진제어유니트는 상기 제어밸브에 제어전류를 인가하고, 이에 따라 제어밸브의 플런저는 돌출해서 상기 밸브바디(5a)를 연결통로의 내부로 진입시키도록 밀어주게 되어, 상기 연결통로의 통로면적이 밸브바디(5a)에 의해 줄어들게 된다.

따라서 상기 웨이스트 게이트 터보차저로부터 유출되는 배기가스의 배압이 증대되어 터보차저의 전단과 흡기매니폴드 사이의 압력차가 증대됨에 따라 EGR가스량이 증가하여 배기가스 중의 질소산화물의 성분을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 연비를 향상시킬 수 있게 된다.

또한 상기 웨이스트 게이트 터보차저에서 유출되어 웜 업 촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 유동 방향이 직각으로 변경되어 배기가스의 유동이 균일해짐에 따라 촉매컨버터에 일산화탄소의 배출량을 줄이기 위한 촉매 로딩량을 증가시킬 필요가 없으므로 촉매컨버터의 원가를 저감시킬 수 있게 된다.

한편 엔진이 고속으로 운전될 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이 상기 엔진제어유니트가 상기 제어밸브에 인가한 제어전류를 차단하면 제어밸브는 그 자체의 스프링과 같은 복귀수단에 의해 돌출한 플런저를 후퇴시키고, 이에 따라 상기 밸브바디도 함께 연결통로의 내부에서 후퇴되면서 연결통로의 통로면적이 넓혀지게 된다.

따라서 터보차저에서 유출되는 배기가스의 배압이 줄어들면서 배기가스의 유동이 원활해져 엔진의 출력 및 연비가 향상되게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 배기장치의 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 배기가스 유로 조절장치가 엔진의 저속 운전시의 작동 상태도,

도 3은 본 발명에 따른 배기가스 유로 조절장치가 엔진의 고속 운전시의 작동 상태도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-엔진 2-웨이스트 게이트 터보차저

3-웜 업 촉매컨버터 4-유로

5-제어밸브

Claims (5)

1. 터보차저에서 배출되는 배기가스가 직각으로 방향 전환하여 촉매컨버터로 유입되게 하는 배기가스 유로와, 이 유로의 배기가스 통로면적을 조절하는 통로면적 조절수단을 구비한 배기가스 유로 조절장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 통로면적 조절수단이 상기 유로의 내부로 진입하여 상기 통로면적을 줄어들게 하거나 혹은 상기 유로의 외부로 후퇴하여 상기 통로면적이 확장되게 하는 밸브바디를 구비한 제어밸브를 갖춘 것을 특징으로 하는 배기가스 유로 조절장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제어밸브가 상기 밸브바디에 연결된 플런저를 구비한 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 배기가스 유로 조절장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 통로면적 조절수단이 엔진이 저속으로 운전될 때에 상기 통로면적이 좁아지게 하고, 엔진이 고속으로 운전될 때에는 상기 통로면적이 넓어지게 조절하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유로 조절장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 유로가 상기 터보차저와 수평하게 연결된 수평 유로와, 이 수평 유로에 직각방향으로 연결된 수직 유로를 구비하고; 상기 수직 유로 에는 상기 수평 유로와 접속된 입구와, 상기 촉매컨버터의 입구에 접속되면서 상기 입구에 대해 180도로 방향이 전환된 출구 및, 상기 입구와 출구를 연결하는 연결통로를 구비한 것을 특징으로 하는 배기가스 유로 조절장치.

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