KR100993761B1

KR100993761B1 - 배기가스 재순환 장치

Info

Publication number: KR100993761B1
Application number: KR1020040109996A
Authority: KR
Inventors: 고장혁
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2010-11-11
Also published as: KR20060071454A

Abstract

본 발명은 배기가스 재순환 장치에 관한 것으로서, 이에 본 발명은 배기매니폴드(30)와 흡기매니폴드(20)를 연결하는 EGR 파이프(40)와, 상기 EGR 파이프(40)에 구비되어 라디에이터(80)를 통과시킨 냉각수를 유입시켜 배기가스와 열교환이 이루어지도록 하는 EGR 쿨러(60)를 갖는 배기가스 재순환 장치에 있어서, 상기 EGR 쿨러(60)에는 소정의 직경을 갖는 복수개로서 이루어지는 냉각 파이프(70)의 일단이 삽입되고, 타단은 라이에이터(80)의 전방에 위치되도록 함으로써 재순환 배기가스의 냉각 효율이 더욱 증대되도록 하여 엔진(10)의 출력 향상 및 스모크를 더욱 저감시킬 수 있도록 하며, 특히 간소화한 구성에 따라 제작 부품이나 공정수 절감에 의해 비교적 경제적이면서 손쉬운 제작이 되도록 하는데 특징이 있다.

배기가스, EGR, EGR 쿨러, 스모크

Description

배기가스 재순환 장치{Exhaust Gas Recirculation}

도 1은 종래의 배기가스 재순환 장치를 도시한 평면도,

도 2는 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치를 도시한 평면도.

※ 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 엔진

20 : 흡기매니폴드

30 : 배기매니폴드

40 : EGR 파이프

50 : EGR 밸브

60 : EGR 쿨러

70 : 냉각 파이프

80 : 라디에이터

본 발명은 배기가스 재순환 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 EGR 쿨 러에 소구경인 냉각 파이프가 복수로 일단이 연결되고, 타단은 라디에이터의 전방에 위치되도록 하여 엔진 냉각수과 재순환 배기가스의 열교환에 이어 재차 재순환 배기가스를 효율적으로 냉각시킴으로써 냉각 효율을 증대시켜 엔진의 출력 향상과 스모크를 저감시킬 수 있도록 하는 배기가스 재순환 장치에 관한 것이다.

일반적으로 배기가스 재순환 장치는 흡기계통으로 배기가스의 일부를 재순환시켜서 연소할 때의 최고 온도를 낮추어 NOχ 의 발생을 억제하는 장치이며, 그 대책으로 연소가 끝난 배기가스의 일부를 연소실 내로 유입시켜 연소 가능 혼합기의 유입을 줄임으로써 최고 연소 온도를 낮추어 NOχ 를 줄이는 장치이다.

흡기관에 되돌려 보내지는 배기가스의 조절은 스로틀 밸브 부근의 부압이나 배기관 내의 배기압에 의해 제어되는 이지알 밸브에 의해 이루어지게 되는데 보통 이를 약칭해서 EGR(Exhaust Gas Recirculation)이라고도 한다.

EGR 장착 엔진에서 고온의 배기가스를 흡기에 혼입시키게 되면 흡기온도가 상승하면서 체적효율이 저하되기 때문에 엔진의 출력, 연비 등의 성능이 악화되는 동시에 경우에 따라서는 연소가 악화되면서 배기가스 속의 다른 유해성분의 증가를 초래하는 등의 문제가 있다.

이에 EGR 가스를 냉각함으로써 흡기온도를 저하시켜 체적효율의 상대적인 향상을 도모하고, 엔진의 출력, 연비 및 배출가스 성능을 개선하도록 하는 재순환 배기가스 냉각장치(이하 EGR 쿨러라 함)가 이미 제안되어 실용화되고 있다.

도 1은 EGR 쿨러가 구비되는 EGR을 개략적으로 도시한 것으로서, EGR은 통상 흡기매니폴드(2)와 배기매니폴드(3)를 연결하는 이지알 파이프(4)에 재순환되는 배 기가스의 량을 제어 및 단속하는 이지알 밸브(5)로 이루어지는 구성이나 흡기매니폴드(2)로 공급되는 배기가스가 지나치게 높은 온도를 나타내면서 흡기매니폴드(2)에서 조기 연소등과 같은 문제가 초래되므로 배기가스의 온도를 좀더 낮추어주기 위하여 이지알 파이프(4) 중간에 내부로 엔진(1)측 냉각수가 순환될 수 있도록 하는 EGR 쿨러(6)가 구비되도록 하는 것이다.

EGR 쿨러(6)에는 엔진의 냉각수를 냉각하는 라디에이터와 본질적으로 마찬가지의 구조를 가진 플레이트 핀(plate fin)식 및 다관식의 냉각장치가 널리 사용되고 있으나, 배기가스가 EGR 쿨러(6)를 통과할 때의 압력손실이 크고, 소요량의 냉각된 EGR 가스를 엔진에 공급하기 위하여 필요한 EGR 쿨러의 용적 및 중량이 상대적으로 커지는 문제가 있다.

또한 EGR 쿨러(6)는 약 90℃의 냉각수에 의해 고온의 재순환 배기가스를 냉각시키는 방식으로 이루어지나 재순환 배기가스를 냉각시키는 냉각수 역시 약 90℃의 고온이므로 충분한 냉각 성능을 기대할 수가 없는 한계가 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위해 발명한 것으로서, 즉 본 발명은 EGR 쿨러에 추가적으로 소구경의 냉각용 파이프를 다수 설치하여 냉각 성능이 향상되게 함으로써 엔진의 출력 향상과 미연소 유해 가스의 배출량이 저감되도록 하는 배기가스 재순환 장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적 달성을 위하여 본 발명은 배기매니폴드와 흡기매니폴드를 연결하는 EGR 파이프와, 상기 EGR 파이프에 구비되어 라디에이터를 통과시킨 냉각수를 유입시켜 배기가스와 열교환이 이루어지도록 하는 EGR 쿨러를 갖는 배기가스 재순환 장치에 있어서, 상기 EGR 쿨러에는 소정의 직경을 갖는 냉각 파이프의 일단이 삽입되고, 타단은 라이에이터의 전방에 위치되도록 하는 구성이다.

상기의 구성을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치를 개략적으로 도시한 것으로서, 본 발명이 흡기매니폴드(20)와 배기매니폴드(30)를 연결하도록 EGR 파이프(40)를 구비하고, 이 EGR 파이프(40)에는 EGR 밸브(50)와 함께 EGR 쿨러(60)가 구비되도록 하여 배기매니폴드(30)를 통해 배출되는 일부의 배기가스가 흡기매니폴드(20)로 재순환되도록 하는 구성은 종전과 대동소이하다.

이때 EGR 밸브(50)에 의해서는 흡기매니폴드(20)로 재순환되는 배기가스의 양을 제어 및 단속하게 되며, EGR 쿨러(60)에는 엔진(10)에 공급되는 냉각수가 내부를 경유하면서 배기가스와 냉각수간 열교환이 이루어지도록 한다.

특히 EGR 쿨러(60)는 EGR 파이프(40)보다는 보다 외경을 확장시킨 구성으로 형성되도록 하고, 이 내부에는 전기한 바와 같이 냉각수가 경유하여 유동할 수 있도록 하는 냉각수 유동 파이프(미도시)가 형성되도록 한다.

한편 엔진(10)측으로부터 유도되는 냉각수는 엔진(10)으로 공급되기 전의 냉각수를 우회시켜 EGR 쿨러(60)를 지나게 하거나 냉각수의 일부가 EGR 쿨러(60)를 지나서 순환하게 할 수도 있다.

이상과 같은 종전과 같은 구성에서 본 발명은 EGR 쿨러(60)의 내부로 소구경의 냉각 파이프(70)의 일단이 삽입되도록 다수 구비되도록 하고, 이들 냉각 파이프(70)의 타단은 엔진(10)의 전방측으로 구비되는 라디에이터(80)의 전방에 위치되도록 하는 것이다.

이때의 냉각 파이프(70)는 외경이 1/4∼1/2 인치가 되도록 하되 가장 바람직하게는 3/8인치가 되도록 하는 것이다.

그리고 길이는 25∼35㎝ 정도로서 구비되도록 하되 가장 바람직하게는 약 30㎝이다.

특히 이러한 냉각 파이프(70)는 EGR 쿨러(60)의 흡기매니폴드(20)측으로 구비되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

또한 EGR 쿨러(60)에는 이와 같은 냉각 파이프(70)가 약 15개 내외로 장착되도록 하는 것이 보다 바람직하나 장착 갯수를 증가시키는 정도에 따라 재순환 배기가스의 냉각 효과는 증가되므로 흡기매니폴드(20)에 공급되는 배기가스가 최적의 온도가 될 수 있는 갯수로서 구비되게 하는 것이 가장 바람직하다.

상기한 구성에 따른 본 발명의 작용에 대해서 설명하면 다음과 같다.

즉 본 발명은 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 일부를 흡기매니폴드(20)로 재순환시켜 흡기매니폴드(20)측의 엔진으로 흡입되는 공기가 이미 소정의 온도로 가열되어 공급되게 함으로써 연소 효율을 향상시키게 된다.

이와 같은 배기 재순환 과정에서 배기 재순환 가스의 온도가 높아지면 가열 효과와 흡입 공기의 증가와 함께 연료 소비율의 감소로 인해 EGR 밸브(50)의 저항성이 저하되므로, EGR 밸브(50)가 조기에 파괴되는 폐단이 있다.

고온의 배기가스에 의해 발생되는 문제를 개선시키기 위하여 EGR 파이프(40) 중간에는 보다 직경을 확장시켜 그 내부로 엔진(10)측 냉각수가 유동하면서 배기가스와 냉각수의 열교환이 이루어질 수 있도록 하는 EGR 쿨러(60)가 구비되도록 하여 이 EGR 쿨러(60)를 통과하면서 흡기매니폴드(20)로 재순환되는 배기가스의 온도가 보다 저하될 수 있도록 한다.

한편 EGR 쿨러(60)에 유도되는 엔진(10)측 냉각수 또한 약 90℃의 고온이므로 냉각 효율이 기대에 미치지 못하게 된다.

이렇게 열교환되는 과정에서 본 발명에서와 같이 소구경의 직경을 갖는 냉각 파이프(70)를 EGR 쿨러(60)와 라디에이터(80)의 전방으로 구비되도록 하면 이 냉각수 파이프(70)를 통해 재차 냉각이 이루어지면서 배기가스의 온도를 적절하게 낮출 수가 있게 된다.

일례로 냉각 파이프(70)는 작동온도 30∼180℃에서 외경이 약 3/8인치에 길이가 30㎝로서 구비하면 이때 냉각 파이프(70)의 열전달 용량은 대략 100W정도가 된다.

따라서 재순환 배기가스의 유량이 약 30g/s를 넘지 않는다고 보고, 냉각 파이프(70)와 재순환 배기가스의 열교환 효율을 편의상 100%로서 가정하면 재순환 배기가스 유량이 최대일 때의 100W 용량의 냉각 파이프(70) 하나당 약 3.3℃의 추가적인 냉각 효과를 얻을 수가 있게 된다.

특히 EGR 쿨러(60)에는 3/8인치의 냉각 파이프(70)를 약 15개 정도는 연결할 수가 있으므로 이러한 냉각 파이프(70)의 장착 갯수를 증가시켜 재순환 배기가스의 냉각 온도를 적절히 조정할 수가 있다.

이렇게 EGR 쿨러(60)에 냉각 파이프(70)를 부가시키도록 하는 구성에 의해서 엔진(10)에서의 출력 향상과 스모크를 저감시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에서의 냉각 파이프(70)는 그 길이나 직경, 갯수 및 설치 각도 등을 적절히 선택할 수가 있으므로 설치가 대단히 편리하고, 별도의 유지 및 보수가 필요치 않아 영구적인 사용이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 EGR 쿨러(60)에의 소구경으로 이루어지는 냉각 파이프(70)가 다수 장착되도록 하는 간단한 구조 개선에 의해 재순환 배기가스의 냉각 효율이 더욱 증대되도록 하면서 엔진(10)의 출력 향상 및 스모크를 더욱 저감시킬 수 있도록 하며, 특히 간소화한 구성에 따라 제작 부품이나 공정수 절감에 의해 비교적 경제적이면서 손쉬운 제작이 되도록 하는 매우 유용한 효과를 제공하게 된다.

Claims

배기매니폴드(30)와 흡기매니폴드(20)를 연결하는 EGR 파이프(40)와, 상기 EGR 파이프(40)에 구비되어 라디에이터(80)를 통과시킨 냉각수를 유입시켜 배기가스와 열교환이 이루어지도록 하는 EGR 쿨러(60)를 갖는 배기가스 재순환 장치에 있어서,

상기 EGR 쿨러(60)에는 소정의 직경을 갖는 복수개로서 이루어지는 냉각 파이프(70)의 일단이 삽입되고, 타단은 라이에이터(80)의 전방에 위치되도록 하는 배기가스 재순환 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각 파이프(70)는 외경이 1/4∼1/2 인치인 배기가스 재순환 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각 파이프(70)는 길이가 25∼35㎝인 배기가스 재순환 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 냉각 파이프(70)는 EGR 쿨러(60)의 흡기매니폴드(20)측으로 구비되는 배기가스 재순환 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 EGR 쿨러(60)에는 상기의 냉각 파이프(70)가 약 15개 내외로 장착되는 배기가스 재순환 장치.