KR101071873B1 - Recirculating exhaust gas system using vortex tube - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 부하상태, 배기가스의 압력상태 등에 따라 배기가스의 재순환율을 능동적으로 제어함으로써 엔진의 출력성능, 연비 등을 향상시킴과 더불어 배출가스를 저감시킬 수 있는 볼텍스 튜브를 이용한 배기가스재순환시스템에 관한 것이다.

본 발명은, 흡기매니폴더 및 배기매니폴더를 가지고, 상기 흡기매니폴드에는 흡기관이 연결되며, 상기 배기매니폴드에는 배기관이 연결되는 엔진; 상기 흡기관에 연결되는 압축기 및 상기 배기관의 도중에 설치되는 터빈을 가진 터보차저; 입구, 저온출구, 고온출구를 가진 볼텍스튜브; 상기 배기관의 일측에서 연장되고, 상기 볼텍스튜브의 입구에 연결되는 제1EGR배관; 상기 볼텍스튜브의 저온출구에서 연장되는 저온가스배관; 상기 저온가스배관의 일측지점에서 분기되어 상기 압축기의 상류측으로 연결되는 제2EGR배관; 상기 저온가스배관의 일측지점에서 분기되어 상기 터빈의 하류측으로 연결되는 바이패스배관; 상기 볼텍스튜브의 고온출구에서 상기 배기관으로 연장되는 고온가스배관; 상기 제1EGR배관 상에 설치되는 제1EGR밸브; 및 상기 제2EGR배관 상에 설치되는 제2EGR밸브;를 포함한다.

Figure R1020090076702

흡기, 배기, 볼텍스튜브, 저온가스배관, 고온가스배관, 바이패스배관

The present invention improves the output performance, fuel efficiency, and the like of the engine by actively controlling the recirculation rate of the exhaust gas according to the load state of the engine, the pressure state of the exhaust gas, and the like. It relates to a recycling system.

The present invention has an intake manifold and an exhaust manifold, an intake pipe connected to the intake manifold, and an exhaust pipe connected to the exhaust manifold; A turbocharger having a compressor connected to the intake pipe and a turbine installed in the middle of the exhaust pipe; Vortex tube with inlet, cold outlet and hot outlet; A first EGR pipe extending from one side of the exhaust pipe and connected to an inlet of the vortex tube; A low temperature gas pipe extending from the low temperature outlet of the vortex tube; A second EGR pipe branched at one side point of the low temperature gas pipe and connected to an upstream side of the compressor; A bypass pipe branched at one point of the low temperature gas pipe and connected to a downstream side of the turbine; A hot gas pipe extending from the hot outlet of the vortex tube to the exhaust pipe; A first EGR valve installed on the first EGR pipe; And a second EGR valve installed on the second EGR pipe.

Figure R1020090076702

Intake, Exhaust, Vortex Tube, Low Temperature Gas Pipeline, Hot Gas Pipeline, Bypass Pipe

Description

볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템{RECIRCULATING EXHAUST GAS SYSTEM USING VORTEX TUBE}Exhaust gas recirculation system using vortex tube {RECIRCULATING EXHAUST GAS SYSTEM USING VORTEX TUBE}

본 발명은 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 부하상태, 배기가스의 압력상태 등에 따라 배기가스의 재순환율을 능동적으로 제어함으로써 엔진의 출력성능, 연비 등을 향상시킴과 더불어 배출가스를 저감시킬 수 있는 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an exhaust gas recirculation system using a vortex tube, and more particularly, to actively control the recirculation rate of the exhaust gas according to the load state of the engine, the pressure of the exhaust gas, and the like, thereby improving the engine output performance, fuel economy, and the like. In addition, the present invention relates to an exhaust gas recirculation system using vortex tubes that can reduce emissions.

일반적으로 디젤엔진은 가솔린엔진에 비하여 연료의 소모가 적고 효율이 좋다고 알려져 있다. 통상 40%정도의 효율을 내고 있으며, 이는 디젤엔진의 고압축비에 따른 것이다. 최근의 엔진에서는 보다 큰 출력을 얻을 수 있도록 터보차저(Turbo-charge)와 인터쿨러(Inter cooler) 등을 추가로 구비한다. In general, diesel engines are known to consume less fuel and have better efficiency than gasoline engines. Normally 40% efficiency, which is due to the high compression ratio of the diesel engine. In recent engines, turbochargers, inter coolers, and the like are additionally provided to obtain greater power.

이와 같이 터보차저를 적용한 엔진은 터보차저의 압축기에 의해 배기가스나 외부공기를 흡입하여 압축시키고, 이때 발생된 과급공기(고온의 압축공기)를 엔진측으로 공급한다. 하지만, 급속히 압축된 공기는 터보차저의 열과 그 압축과정에서 발생하는 열을 흡수하여 밀도가 낮아지게 되고, 결과적으로 엔진 연소실 내의 충전 효율을 떨어뜨린다. 이에, 인터쿨러를 사용함으로써 과급공기를 냉각하여 높은 밀도를 얻을 수 있으며, 그 결과 보다 많은 공기를 엔진 연소실 내로 흡입시켜 높은 출력을 얻을 수 있다. In this way, the engine to which the turbocharger is applied sucks and compresses exhaust gas or external air by the compressor of the turbocharger, and supplies the boost air (high temperature compressed air) generated at this time to the engine side. However, the rapidly compressed air absorbs the heat of the turbocharger and the heat generated during the compression process, resulting in a low density, resulting in a decrease in the charging efficiency in the engine combustion chamber. Accordingly, by using the intercooler, the supercharged air can be cooled to obtain a high density. As a result, more air can be sucked into the engine combustion chamber to obtain a high output.

한편, 최근 들어 유럽의 EURO-3 또는 EURO-4와 같은 배기가스 규제 경향에 맞추어 터보 디젤엔진에서 배출되는 배기가스 속의 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등을 포함한 배기가스의 일부를 재순환시켜 그 함량을 더욱 감소시키기 위한 다양한 시스템이 제시되고 있다. 그 중에서 대표적인 것이 배기가스 재순환시스템(Exhaust Gas Recirculation System; EGR System)이다.On the other hand, in accordance with the recent trend of restricting exhaust gases such as EURO-3 or EURO-4 in Europe, exhaust gas containing carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas emitted from turbo diesel engines. Various systems have been proposed for recycling a portion of to further reduce its content. A representative one of them is an exhaust gas recirculation system (EGR system).

하지만, 종래의 배기가스 재순환시스템은 재순환되는 배기가스의 매연을 저감시키지 못하고, 배기가스의 압력 상태 등에 따라 배기가스의 재순환율(EGR rate)을 능동적으로 제어하지 못하며, 또한 재순환되는 배기가스의 온도를 저감시키는 데 한계가 있었다.However, the conventional exhaust gas recirculation system does not reduce the soot of the recycled exhaust gas, does not actively control the EGR rate of the exhaust gas according to the pressure state of the exhaust gas, and also the temperature of the exhaust gas to be recycled. There was a limit to reducing the

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 배기라인 및 터보차저의 압축기 사이에 볼텍스튜브, 제1 및 제2 EGR밸브 등을 설치함으로써 배기가스의 재순환가스율을 능동적으로 제어할 수 있고, 이를 통해 엔진의 출력성능, 토크, 연비 등을 향상시킴과 더불어 배출가스를 대폭 저감시킬 수 있는 볼텍스 튜브를 이용한 배기가스재순환시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above, and by providing a vortex tube, a first and a second EGR valve, etc. between the exhaust line and the compressor of the turbocharger, it is possible to actively control the recycle gas rate of the exhaust gas. In addition, the purpose of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation system using a vortex tube that can significantly reduce exhaust gas while improving engine output performance, torque and fuel economy.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템은, Exhaust gas recirculation system using a vortex tube according to the present invention for achieving the above object,

흡기매니폴더 및 배기매니폴더를 가지고, 상기 흡기매니폴드에는 흡기관이 연결되며, 상기 배기매니폴드에는 배기관이 연결되는 엔진;An engine having an intake manifold and an exhaust manifold, an intake pipe connected to the intake manifold, and an exhaust pipe connected to the exhaust manifold;

상기 흡기관에 연결되는 압축기 및 상기 배기관의 도중에 설치되는 터빈을 가진 터보차저;A turbocharger having a compressor connected to the intake pipe and a turbine installed in the middle of the exhaust pipe;

입구, 저온출구, 고온출구를 가진 볼텍스튜브;Vortex tube with inlet, cold outlet and hot outlet;

상기 배기관의 일측에서 연장되고, 상기 볼텍스튜브의 입구에 연결되는 제1EGR배관;A first EGR pipe extending from one side of the exhaust pipe and connected to an inlet of the vortex tube;

상기 볼텍스튜브의 저온출구에서 연장되는 저온가스배관;A low temperature gas pipe extending from the low temperature outlet of the vortex tube;

상기 저온가스배관의 일측지점에서 분기되어 상기 압축기의 상류측으로 연결 되는 제2EGR배관;A second EGR pipe branched at one point of the low temperature gas pipe and connected to an upstream side of the compressor;

상기 저온가스배관의 일측지점에서 분기되어 상기 터빈의 하류측으로 연결되는 바이패스배관;A bypass pipe branched at one point of the low temperature gas pipe and connected to a downstream side of the turbine;

상기 볼텍스튜브의 고온출구에서 상기 배기관으로 연장되는 고온가스배관; A hot gas pipe extending from the hot outlet of the vortex tube to the exhaust pipe;

상기 제1EGR배관 상에 설치되는 제1EGR밸브; 및 A first EGR valve installed on the first EGR pipe; And

상기 제2EGR배관 상에 설치되는 제2EGR밸브;를 포함한다. And a second EGR valve installed on the second EGR pipe.

상기 압축기에는 외기를 흡입하는 흡입관이 설치되고, 상기 제2EGR배관은 상기 흡입관에 연결되는 것을 특징으로 한다. The compressor is provided with a suction pipe for sucking outside air, and the second EGR pipe is connected to the suction pipe.

상기 볼텍스튜브는 케이싱, 제너레이터, 고온가스 튜브를 포함하고, 상기 케이싱은 입구 및 저온출구를 가지며, 상기 고온가스 튜브는 고온출구를 가지고, 상기 고온출구의 단부에는 고온챔버가 설치되며, 상기 고온챔버 내에는 스로틀밸브가 상기 고온출구에 인접하여 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다. The vortex tube includes a casing, a generator, and a hot gas tube, the casing has an inlet and a cold outlet, the hot gas tube has a hot outlet, and a hot chamber is installed at an end of the hot outlet, and the hot chamber is provided. The throttle valve is characterized in that it is installed to be movable adjacent to the high temperature outlet.

상기 고온가스배관은 상기 터빈의 하류측 배기관에 연결되고, 상기 고온가스배관에는 상기 배기관 내의 배기가스가 상기 고온가스배관 내로 역류됨을 방지하는 제1조절밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다. The hot gas pipe is connected to the downstream exhaust pipe of the turbine, the hot gas pipe is characterized in that the first control valve is installed to prevent the exhaust gas in the exhaust pipe back flow into the hot gas pipe.

상기 바이패스배관은 상기 터빈의 하류측 배기관에 연결되고, 상기 바이패스배관에는 제2조절밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다. The bypass pipe is connected to the downstream exhaust pipe of the turbine, characterized in that the bypass pipe is provided with a second control valve.

상기 제1 및 제2 EGR배관 각각에는 제1 및 제2 서지탱크가 설치되는 것을 특징으로 한다. Each of the first and second EGR pipes is characterized in that the first and second surge tank is installed.

상기 제1EGR배관 내에는 압력센서가 설치되고, 상기 압력센서, 제1 및 제2 EGR밸브, 상기 볼텍스튜브에는 제어기가 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다. A pressure sensor is installed in the first EGR pipe, and a controller is electrically connected to the pressure sensor, the first and second EGR valves, and the vortex tube.

상기 저온가스배관의 일측에서 분기되는 제3EGR배관을 더 포함하고, 상기 제3EGR배관은 흡기관측으로 연결되며, 상기 제3EGR배관에는 제3EGR밸브가 설치되며, 상기 제3EGR밸브는 제어기에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 한다. The third EGR pipe further branched from one side of the low temperature gas pipe, the third EEG pipe is connected to the intake pipe side, the third EEG pipe is provided with a third EEG valve, the third EEG valve is electrically connected to the controller It is characterized by.

상기 제3EGR배관의 도중에는 제3서지탱크가 설치되는 것을 특징으로 한다. A third surge tank is installed in the middle of the third EGR pipe.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 볼텍스튜브의 입구에 인접하여 제1EGR밸브를 설치하고, 압축기의 상류측에 제2EGR밸브를 설치하며, 제1 및 제2 EGR밸브의 개폐작동을 제어기에 의해 개별적으로 제어함으로써 볼텍스튜브 내로 유입되는 재순환가스의 압력을 극대화할 수 있고, 이를 통해 볼텍스튜브는 에너지분리 및 물질분리의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. According to the present invention as described above, the first EGR valve is provided adjacent to the inlet of the vortex tube, the second EGR valve is installed upstream of the compressor, and the opening and closing operations of the first and second EGR valves are individually controlled by the controller. By controlling the pressure of the recycle gas flowing into the vortex tube can be maximized, through which the vortex tube has the advantage of increasing the efficiency of energy separation and material separation.

또한, 본 발명은 저온가스배관에서 분기된 제2EGR배관이 압축기의 상류 즉, 압축기의 흡입관에 연결됨에 따라 압축기 및 제2EGR배관 사이에는 높은 압력차이가 발생하며, 이를 통해 배기가스의 높은 재순환율(high EGR rate)을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the present invention, a high pressure difference occurs between the compressor and the second EGR pipe as the second EGR pipe branched from the low temperature gas pipe is connected upstream of the compressor, that is, the suction pipe of the compressor. There is an advantage that can easily implement a high EGR rate).

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템을 도시한다. 1 to 2 illustrate an exhaust gas recirculation system using a vortex tube according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명의 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템은, 흡기매니폴드(11) 및 배기매니폴드(12)를 가진 엔진(10), 상기 엔진(10)의 배기관(13)과 소통가능하게 설치된 볼텍스튜브(20), 터빈(51) 및 압축기(52)를 가진 터보차저(50)를 포함한다. As shown, the exhaust gas recirculation system using the vortex tube of the present invention communicates with an engine 10 having an intake manifold 11 and an exhaust manifold 12, and an exhaust pipe 13 of the engine 10. A turbocharger 50 having a vortex tube 20, a turbine 51, and a compressor 52, possibly installed.

엔진(10)은 그 내부에 복수의 실린더실을 가지고, 이 실린더실 내에서 연료와 공기의 혼합가스가 연소됨으로써 동력을 발생시킨다. 흡기매니폴드(11)는 엔진(10) 내의 실린더실로 연료와 공기의 혼합가스를 공급하고, 배기매니폴드(12)는 엔진(10) 내에서 연소된 배기가스를 배기계측으로 배출시킨다. The engine 10 has a plurality of cylinder chambers therein, and generates power by burning a mixed gas of fuel and air in the cylinder chambers. The intake manifold 11 supplies a mixed gas of fuel and air to the cylinder chamber in the engine 10, and the exhaust manifold 12 discharges the exhaust gas combusted in the engine 10 to the exhaust measurement.

흡기매니폴드(11)에는 흡기관(14)이 연결되고, 이 흡기관(14)에는 인터쿨러(15) 등이 설치된다. An intake pipe 14 is connected to the intake manifold 11, and an intercooler 15 is installed in the intake pipe 14.

배기매니폴드(12)에는 배기계의 배기관(13)이 연결되고, 이 배기관(13)을 통해 배기가스가 외부로 배출되며, 배기관(13)에는 배기가스 후처리장치(18; DPF, CPF 등) 등이 설치된다. The exhaust manifold 12 is connected to the exhaust pipe 13 of the exhaust system, and exhaust gas is discharged to the outside through the exhaust pipe 13, and the exhaust pipe aftertreatment device 18 (DPF, CPF, etc.) is provided to the exhaust pipe 13. Etc. are installed.

터보차저(50)는 터빈(51) 및 압축기(52)를 포함하고, 터빈(51)은 배기관(13)의 도중에 설치되며, 터빈(51)은 배기관(13)을 통과하는 배기가스의 에너지(압력, 온도 등)에 의해 회전 구동한다. 이 터빈(51)에는 샤프트(53)를 매개로 압축기(52)가 연결되고, 압축기(52)는 흡기관(14)의 단부에 설치된다. 압축기(52)에는 외기를 흡입하는 흡입관(52a)이 연결되고, 이 흡입관(52a)의 단부에는 이물질을 여과하는 필터(52b)가 설치된다. 터빈(51)의 회전구동력이 샤프트(53)를 통해 압축기(52)로 전달됨에 따라 압축기(52)는 흡입된 공기를 압축한다. The turbocharger 50 includes a turbine 51 and a compressor 52, the turbine 51 is installed in the middle of the exhaust pipe 13, the turbine 51 is the energy of the exhaust gas passing through the exhaust pipe 13 ( Pressure, temperature, etc.) to drive rotation. The turbine 51 is connected to the turbine 51 via the shaft 53, and the compressor 52 is provided at the end of the intake pipe 14. The compressor 52 is connected with a suction pipe 52a for sucking outside air, and a filter 52b for filtering foreign substances is provided at an end of the suction pipe 52a. As the rotational driving force of the turbine 51 is transmitted to the compressor 52 through the shaft 53, the compressor 52 compresses the sucked air.

배기관(13)의 일측에는 배기가스의 일부(이하, '재순환가스'라 함)를 엔진(10)의 흡기매니폴드(11)측으로 재순환시키기 위한 제1EGR배관(31)이 분기되고, 이 제1EGR배관(31)은 볼텍스튜브(20)의 입구(27)측에 소통가능하게 연결된다. At one side of the exhaust pipe 13, a first EGR pipe 31 is branched to recycle a part of the exhaust gas (hereinafter referred to as 'recirculation gas') to the intake manifold 11 side of the engine 10. The pipe 31 is communicatively connected to the inlet 27 side of the vortex tube 20.

그리고, 제1EGR배관(31)에는 제1EGR밸브(41)가 설치되고, 제1EGR밸브(41)는 후술하는 제어기(45)에 전기적으로 접속되며, 제어기(45)에 의해 제1EGR밸브(41)의 개폐작동이 제어된다. In addition, a first EGR valve 41 is installed in the first EGR pipe 31, and the first EGR valve 41 is electrically connected to a controller 45 to be described later, and the first EGR valve 41 is provided by the controller 45. The opening and closing operation of is controlled.

또한, 제1EGR배관(31)의 도중에는 제1서지탱크(61)가 설치되고, 제1서지탱크(61)에 의해 엔진의 급격한 회전수 및 부하 변동 등에 순간적으로 대응할 수 있도록 충분한 재순환가스를 확보할 수 있다.In addition, the first surge tank 61 is installed in the middle of the first EGR pipe 31, and the first surge tank 61 can secure sufficient recycle gas so as to cope with the sudden rotation speed and load fluctuation of the engine in an instant. Can be.

볼텍스튜브(20)는 케이싱(21), 제너레이터(23), 고온가스 튜브(25)를 포함한다. The vortex tube 20 includes a casing 21, a generator 23, and a hot gas tube 25.

케이싱(21)은 그 내부에 중공부를 가지고, 그 외주면 일측에 입구(27)가 구비되며, 이 입구(27)에는 제1EGR배관(31)이 소통되게 연결된다. 입구(27)를 통해 배기가스의 일부 즉, 재순환가스가 케이싱(21) 내로 유입된다. The casing 21 has a hollow portion therein, and an inlet 27 is provided at one side of the outer circumferential surface thereof, and the first EGR pipe 31 is connected in communication with the inlet 27. A part of the exhaust gas, that is, recycle gas, is introduced into the casing 21 through the inlet 27.

제너레이터(23)는 그 일단에 재순환가스가 통과하는 복수의 노즐(23a)을 가지고, 그 중심부에 디퓨저 형상의 중공부(23b)를 가진다. 중공부(23b)의 일단에는 볼텍스 챔버(23c)가 형성되고, 중공부(23b)의 타단에는 저온출구(28)가 형성된다. 볼텍스 챔버(23c)의 일단개구는 고온가스 튜브(25)와 소통하고, 볼텍스 챔버(23c) 의 타단개구는 저온출구(28)와 소통한다. 이 제너레이터(23)에 의해 입구(27)를 통해 유입된 재순환가스에는 볼텍스가 생성되고, 이렇게 생성된 볼텍스에 의해 저온가스(LV) 및 고온가스(HV)로 분리되며, 재순환가스 내의 입자상물질 등은 볼텍스의 원심력에 의해 분리될 수 있다. The generator 23 has a plurality of nozzles 23a through which recycle gas passes at one end thereof, and has a hollow portion 23b having a diffuser shape at the center thereof. A vortex chamber 23c is formed at one end of the hollow part 23b, and a low temperature outlet 28 is formed at the other end of the hollow part 23b. One end opening of the vortex chamber 23c communicates with the hot gas tube 25, and the other end opening of the vortex chamber 23c communicates with the low temperature outlet 28. Vortex is generated in the recycle gas introduced through the inlet 27 by the generator 23, and is separated into the low temperature gas (LV) and the hot gas (HV) by the generated vortex, and the particulate matter in the recycle gas. Can be separated by the centrifugal force of the vortex.

제너레이터(23)의 맞은편에는 슬리브(22)가 배치되고, 이 슬리브(22)는 그 내부에 디퓨저 형상의 중공부(22b)를 가진다. A sleeve 22 is disposed opposite the generator 23, and the sleeve 22 has a hollow portion 22b having a diffuser shape therein.

고온가스 튜브(25)는 그 일단이 슬리브(22)의 중공부(22b) 및 제너레이터(23)의 중공부(23b)와 소통되게 연결되고, 그 타단에 고온출구(29)가 형성되며, 이 고온출구(29)측에는 고온챔버(26)가 설치된다. 고온챔버(26)는 그 직경이 고온가스 튜브(25) 보다 크게 형성되고, 제너레이터(23)에 의해 자연재생온도(600~650℃) 이상으로 상승한 고온가스(HV)는 고온챔버(26) 내에 일시 수용된 후에 배기관(13)을 통과하면서 배기가스 후처리장치(18) 등을 거쳐 외부로 배출된다.One end of the hot gas tube 25 is connected in communication with the hollow portion 22b of the sleeve 22 and the hollow portion 23b of the generator 23, and a hot outlet 29 is formed at the other end thereof. The high temperature chamber 26 is installed at the high temperature outlet 29 side. The hot chamber 26 has a diameter larger than that of the hot gas tube 25, and the hot gas HV raised by the generator 23 above the natural regeneration temperature (600 to 650 ° C.) is contained in the hot chamber 26. After being temporarily received, it is discharged to the outside via the exhaust gas aftertreatment device 18 and the like while passing through the exhaust pipe 13.

이와 같이 고온가스(HV)는 제너레이터(23)에 의해 자연재생온도 이상으로 상승함에 따라 별도의 촉매장치, 연료분사에 의한 연소기구 등에 의한 가열없이도 배기가스 내의 입자상 물질을 용이하게 연소(재생)시킬 수 있다. As the hot gas HV rises above the natural regeneration temperature by the generator 23, the particulate matter in the exhaust gas can be easily burned (regenerated) without heating by a separate catalyst device, a combustion mechanism by fuel injection, or the like. Can be.

고온챔버(26) 내에는 스로틀밸브(26a, throttle valve)가 이동가능하게 설치된다. 스로틀밸브(26a)는 고온가스 튜브(25)의 고온 출구(29)와 인접하고, 스로틀밸브(26a)의 타단에는 액츄에이터(26b)가 설치되며, 이 액츄에이터(26b)는 제어기(45)측에 전기적으로 접속된다. 제어기(45)에 의해 액츄에이터(26b)가 제어됨에 따라 스로틀밸브(26a)가 적절히 조절되어 고온출구(29)의 개도량이 제어될 수 있 다.In the high temperature chamber 26, a throttle valve 26a is installed to be movable. The throttle valve 26a is adjacent to the hot outlet 29 of the hot gas tube 25, and an actuator 26b is provided at the other end of the throttle valve 26a, and this actuator 26b is provided on the controller 45 side. Electrically connected. As the actuator 26b is controlled by the controller 45, the throttle valve 26a can be appropriately adjusted so that the opening amount of the high temperature outlet 29 can be controlled.

이러한 볼텍스튜브(20)의 에너지분리 및 물질분리의 작용을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the action of energy separation and material separation of the vortex tube 20 as follows.

배기매니폴드(12)를 통해 배출되는 일부의 배기가스 즉, 재순환가스가 볼텍스튜브(20) 내로 유입되면, 볼텍스튜브(20)에 의해 볼텍스로 변환된 재순환가스는 저온가스(LV) 및 고온가스(HV)로 분리되고(에너지 분리작용), 재순환가스 내의 각종 입자상물질(soot, PM 등)은 볼텍스의 원심력에 의해 분리된다(물질 분리작용). When some of the exhaust gas discharged through the exhaust manifold 12, that is, the recycle gas flows into the vortex tube 20, the recycle gas converted into the vortex by the vortex tube 20 is a low temperature gas LV and a high temperature gas. (HV) is separated (energy separation action), and various particulate matter (soot, PM, etc.) in the recycle gas is separated by centrifugal force of vortex (material separation action).

볼텍스튜브(20)의 저온출구(28)에는 저온가스배관(34)이 연결되고, 저온가스배관(34)은 그 일측지점에서 제2EGR배관(32) 및 바이패스배관(33)으로 분기된다. 제2EGR배관(32)은 압축기(52)의 상류측, 즉 압축기(52)의 흡입관(52a)측에 연결됨으로써 볼텍스튜브(20)에 의해 분리된 저온가스는 흡입되는 외기와 함께 압축기(52) 내로 유입된 후에 압축기(53)에 의해 압축되어 흡기관(14) 및 흡기매니폴드(11)를 통해 엔진(10) 내로 유입된다. A low temperature gas pipe 34 is connected to the low temperature outlet 28 of the vortex tube 20, and the low temperature gas pipe 34 branches to the second EGR pipe 32 and the bypass pipe 33 at one side thereof. The second EGR pipe 32 is connected to an upstream side of the compressor 52, that is, the suction pipe 52a side of the compressor 52, so that the low temperature gas separated by the vortex tube 20 is sucked into the compressor 52. After entering, it is compressed by the compressor 53 and introduced into the engine 10 through the intake pipe 14 and the intake manifold 11.

이와 같이, 본 발명은 배기가스가 볼텍스튜브(20)의 에너지분리 및 물질분리작용에 의해 분리된 저온가스가 압축기(52)의 상류측으로 소통하는 구조로 구성됨에 따라 압축기(52) 및 제2EGR배관(32) 사이에는 높은 압력차이가 발생하며, 이를 통해 배기가스의 높은 재순환율(high EGR rate)을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다. As described above, the present invention is composed of a structure in which the exhaust gas is separated by the energy separation and the material separation action of the vortex tube 20 so as to communicate with the upstream side of the compressor 52, the compressor 52 and the second EGR pipe. There is a high pressure difference between the 32, through which there is an advantage that can easily implement a high recycle rate (high EGR rate) of the exhaust gas.

또한, 제2EGR배관(32)의 도중에는 제2서지탱크(62)가 설치되고, 제2서지탱크(62)에 의해 엔진의 흡기관(14)에서 발생하는 흡기압력의 변동에 의한 영향을 최 소화할 수 있는 장점이 있다. In addition, a second surge tank 62 is provided in the middle of the second EGR pipe 32, and the second surge tank 62 minimizes the influence of fluctuations in the intake air pressure generated in the intake pipe 14 of the engine. There is an advantage to this.

한편, 볼텍스튜브(20)에 의해 분리된 저온가스의 공급량이 많을 경우, 잉여의 저온가스에 의해 볼텍스튜브(20)의 저온출구(28)측에 배압이 발생할 수 있고, 이러한 저온가스의 배압에 의해 볼텍스튜브(20)의 에너지분리 및 물질분리의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 이에 저온가스배관(34)에서 분기된 바이패스배관(33)은 터빈(51)의 하류측 배기관(13)에 연결되고, 이 바이패스배관(33)을 통해 배기관(13)측으로 바이패스시킴으로써 저온가스의 배압에 의해 볼텍스튜브(20)의 에너지분리 및 물질분리 효율이 저하됨을 방지할 수 있다. On the other hand, when the supply amount of the low-temperature gas separated by the vortex tube 20 is large, back pressure may occur on the low-temperature outlet 28 side of the vortex tube 20 by the excess low-temperature gas. As a result, the efficiency of energy separation and material separation of the vortex tube 20 may be affected. The bypass pipe 33 branched from the low temperature gas pipe 34 is connected to the downstream exhaust pipe 13 of the turbine 51, and bypasses the low temperature gas by bypassing the exhaust pipe 33 to the exhaust pipe 13 side. Due to the back pressure of the gas, it is possible to prevent the energy separation and material separation efficiency of the vortex tube 20 from being lowered.

볼텍스튜브(20)의 고온챔버(26)에는 고온출구(29)와 소통가능한 고온가스배관(35)이 연결되고, 고온가스배관(35)은 터빈(51)의 하류측 배기관(13)으로 연장된다. 고온가스배관(35)에는 제1조절밸브(36)가 설치되고, 제1조절밸브(36)는 배기관(13)에서 고온가스배관(35)으로 배기가스가 역류됨을 방지하도록 설치된다. 예컨대, 재순환가스의 순환량이 상대적으로 적을 경우 배기가스후처리장치(18)에 의해 배기관(13) 내의 배압이 높아짐에 따라 배기관(13) 내의 배기가스가 고온가스배관(35)으로 역류될 가능성이 있기 때문이다. The hot chamber 26 of the vortex tube 20 is connected to a hot gas pipe 35 which can communicate with the hot outlet 29, and the hot gas pipe 35 extends to the downstream exhaust pipe 13 of the turbine 51. do. The first control valve 36 is installed in the hot gas pipe 35, and the first control valve 36 is installed to prevent the exhaust gas from flowing back from the exhaust pipe 13 to the hot gas pipe 35. For example, when the amount of circulation of the recycle gas is relatively small, there is a possibility that the exhaust gas in the exhaust pipe 13 flows back into the hot gas pipe 35 as the back pressure in the exhaust pipe 13 is increased by the exhaust gas aftertreatment device 18. Because there is.

또한, 바이패스배관(33)에는 제2조절밸브(37)가 설치되고, 제2조절밸브(37)는 배기관(13)에서 바이패스배관(33) 내로 배기가스가 역류됨을 방지하도록 설치된다. 예컨대, 배기가스의 재순환량이 상대적으로 적을 경우 배기가스후처리장치(18)에 의해 배기관(13) 내의 배압이 높아지면 배기가스가 바이패스배관(33)으로 역류될 가능성이 있기 때문이다. In addition, a second control valve 37 is installed in the bypass pipe 33, and the second control valve 37 is installed to prevent the exhaust gas from flowing back from the exhaust pipe 13 into the bypass pipe 33. For example, when the amount of recycle of the exhaust gas is relatively small, when the back pressure in the exhaust pipe 13 is increased by the exhaust gas aftertreatment device 18, the exhaust gas may flow back into the bypass pipe 33.

제어기(45)에는 제1 및 제2 EGR밸브(41, 42), 볼텍스튜브(20)의 액츄에이터(26b)가 전기적으로 접속되고, 제1EGR배관(31) 내에는 압력센서(46)가 설치되며, 이 압력센서(46)는 제어기(45)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 본 발명이 차량의 엔진시스템에 적용될 경우 제어기(45)는 도 1과 같이 차량의 ECU측에 전기적으로 접속될 수도 있다. The controller 45 is electrically connected to the first and second EGR valves 41 and 42 and the actuator 26b of the vortex tube 20, and a pressure sensor 46 is installed in the first EGR pipe 31. This pressure sensor 46 is electrically connected to the controller 45. In addition, when the present invention is applied to the engine system of the vehicle, the controller 45 may be electrically connected to the ECU side of the vehicle as shown in FIG. 1.

이러한 구성에 의해, 제어기(45)는 외부 신호 또는 내장된 프로그램 등을 통해 배기가스의 재순환작동을 적용할지를 판단하고, 배기가스의 재순환작동을 적용하는 것으로 판단되면 제1 및 제2 EGR밸브(41, 42)를 폐쇄한 상태로 유지한다. With this configuration, the controller 45 determines whether to apply the recirculation operation of the exhaust gas through an external signal or a built-in program, and if it is determined that the recirculation operation of the exhaust gas is to be applied, the first and second EGR valves 41 , 42) remain closed.

한편, 제어기(45)가 배기가스의 재순환작동을 적용하는 것으로 판단하면, 제1EGR밸브(41)를 개방하고, 이에 압력센서(46)는 재순환가스의 압력을 감지한다. 이에, 제어기(45)는 그 감지된 압력신호에 따라 최적의 분리효율을 갖도록 스로틀밸브(26a)의 이동량 및 고온출구(29)의 개도량을 조절할 수 있다. 이때, 제1EGR밸브(41)의 개도량을 적절히 조절함으로써 볼텍스튜브(20) 내로 유입되는 재순환가스의 압력을 용이하게 극대화시킬 수 있고, 이에 볼텍스튜브(20)는 재순환가스의 에너지분리 및 물질분리 효율을 대폭 향상시킬 수 있다. On the other hand, if it is determined that the controller 45 applies the recirculation operation of the exhaust gas, the first EGR valve 41 is opened, and the pressure sensor 46 senses the pressure of the recirculated gas. Thus, the controller 45 may adjust the amount of movement of the throttle valve 26a and the amount of opening of the high temperature outlet 29 to have an optimum separation efficiency according to the sensed pressure signal. At this time, by appropriately adjusting the opening amount of the first EGR valve 41, it is possible to easily maximize the pressure of the recycle gas flowing into the vortex tube 20, the vortex tube 20 is energy separation and material separation of the recycle gas The efficiency can be greatly improved.

그런 다음, 제어기(45)는 압력센서(46)에 의한 압력신호 및 스로틀밸브(26a)의 개도량 등을 적절히 확인하면서 제2EGR밸브(42)의 개도량을 제어함으로써 에너지분리 및 물질분리된 저온가스를 엔진(10)의 조건에 맞도록 엔진(10)측으로 공급할 수 있다. Then, the controller 45 controls the opening amount of the second EGR valve 42 by appropriately checking the pressure signal by the pressure sensor 46 and the opening amount of the throttle valve 26a, and the like. The gas can be supplied to the engine 10 side in accordance with the conditions of the engine 10.

그리고, 제1 및 제2 조절밸브(36, 37)는 체크밸브로 구성되어 배기관(13) 내 의 배기가스가 고온가스배관(35) 및 바이패스배관(33)으로 역류됨을 방지할 수 있다. In addition, the first and second control valves 36 and 37 may be configured as check valves to prevent the exhaust gas in the exhaust pipe 13 from flowing back into the hot gas pipe 35 and the bypass pipe 33.

이와 달리, 제1 및 제2 조절밸브(36, 37)는 전자밸브로 이루어지고, 제1 및 제2 조절밸브(36, 37)에 제어기(45)가 전기적으로 접속된 구조로 구성될 수 있다. 이에, 제어기(45)는 고온가스배관(35) 및 바이패스배관(33)을 통과하는 유량이 적을 경우 제1 및 제2 조절밸브(36, 37)를 폐쇄하여 배기관(13) 내의 배기가스가 고온가스배관(35) 및 바이패스배관(33) 내로 역류됨을 방지할 수 있다. Alternatively, the first and second control valves 36 and 37 may be configured as solenoid valves, and the controller 45 may be electrically connected to the first and second control valves 36 and 37. . Thus, the controller 45 closes the first and second control valves 36 and 37 when the flow rate passing through the hot gas pipe 35 and the bypass pipe 33 is small, so that the exhaust gas in the exhaust pipe 13 is closed. It is possible to prevent backflow into the hot gas pipe 35 and the bypass pipe 33.

이상과 같은 본 발명은 저온가스배관(34)에서 분기된 제2EGR배관(32)이 압축기(52)의 상류 즉, 압축기(52)의 흡입관(52a)에 연결됨에 따라 압축기(52) 및 제2EGR배관(32) 사이에는 높은 압력차이가 발생하며, 이를 통해 배기가스의 높은 재순환율(high EGR rate)을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다. In the present invention as described above, the second EGR pipe 32 branched from the low temperature gas pipe 34 is connected to the upstream of the compressor 52, that is, the suction pipe 52a of the compressor 52, and thus the compressor 52 and the second EGR pipe. There is a high pressure difference between the pipes 32, through which there is an advantage that can easily implement a high recycle rate (high EGR rate) of the exhaust gas.

또한, 본 발명은 볼텍스튜브(20)의 입구(27)에 인접하여 제1EGR밸브(41)를 설치하고, 압축기(52)의 상류측에 제2EGR밸브(42)를 설치하며, 제1 및 제2 EGR밸브(41, 42)의 개폐작동을 제어기(45)에 의해 개별적으로 제어함으로써 볼텍스튜브(20) 내로 유입되는 재순환 배기가스의 압력을 극대화할 수 있고, 이를 통해 볼텍스튜브(20)는 에너지분리 및 물질분리의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.  In addition, in the present invention, the first EGR valve 41 is provided adjacent to the inlet 27 of the vortex tube 20, and the second EGR valve 42 is provided upstream of the compressor 52. By controlling the opening and closing operations of the 2 EGR valves 41 and 42 individually by the controller 45, the pressure of the recycle exhaust gas flowing into the vortex tube 20 can be maximized, and thus the vortex tube 20 energy There is an advantage to increase the efficiency of separation and material separation.

도 3은 본 발명의 변형 실시예에 따른 배기가스재순환시스템을 도시한 것으로, 본 실시예는 저온가스배관(34)의 일측에서 분기되는 제3EGR배관(63)을 더 포함하고, 제3EGR배관(63)은 흡기관(14)측으로 연결된다. 제3EGR배관(63)에는 제3EGR밸브(65)가 설치되며, 제3EGR밸브(65)는 제어기(45)에 전기적으로 접속되며, 제어 기(45)에 의해 제3EGR밸브(65)의 개폐작동이 제어된다.Figure 3 shows an exhaust gas recirculation system according to a modified embodiment of the present invention, the embodiment further comprises a third EGR pipe 63 branching on one side of the low temperature gas pipe 34, the third ERG pipe ( 63 is connected to the intake pipe 14 side. A third EGR valve 65 is installed in the third EGR pipe 63, the third ERG valve 65 is electrically connected to the controller 45, and the opening and closing operation of the third EGR valve 65 is performed by the controller 45. This is controlled.

이에, 엔진의 구동조건에 따라 제3EGR밸브(65)의 개폐작동이 제어됨으로써 볼텍스튜브(20)에서 분리된 저온가스는 압축기(52)측으로 이송되지 않고, 흡기관(14)측으로 직접 바이패스될 수도 있다. Accordingly, the opening and closing operation of the third EGR valve 65 is controlled according to the driving conditions of the engine, so that the low temperature gas separated from the vortex tube 20 is not transferred to the compressor 52 side, and is directly bypassed to the intake pipe 14 side. It may be.

그리고, 제3EGR배관(63)의 도중에는 제3서지탱크(64)가 설치될 수 있고, 제3서지탱크(64)에 의해 엔진의 급격한 회전수 및 부하 변동에 순간적으로 대응할 수 있도록 충분한 재순환가스가 확보될 수 있으며, 또한 엔진의 구동조건에 따라 재순환가스를 압축기(52)의 상류와 흡기관(14)측으로 분배 공급하여 최적의 엔진 성능을 구현함과 더불어 배출가스의 저감을 도모할 수 있다. In addition, a third surge tank 64 may be installed in the middle of the third EGR pipe 63, and sufficient recycle gas may be provided by the third surge tank 64 to cope with the sudden rotational speed and load fluctuation of the engine instantly. In addition, according to the driving conditions of the engine, the recirculated gas can be distributed and supplied upstream of the compressor 52 and the intake pipe 14 to realize the optimum engine performance and reduce the emission gas.

그외 나머지 구성은 도 1 및 도 2의 실시예와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략한다. Since the rest of the configuration is the same as the embodiment of Figures 1 and 2, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템을 도시한 도면이다. 1 is a view showing an exhaust gas recirculation system using a vortex tube according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 볼텍스튜브를 도시한 단면도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the vortex tube of FIG. 1. FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *Brief description of symbols for the main parts of the drawings

10: 엔진 11: 흡기매니폴드10: Engine 11: Intake manifold

12: 배기매니폴드 20: 볼텍스튜브12: exhaust manifold 20: vortex tube

Claims (9)

흡기매니폴드 및 배기매니폴드를 가지고, 상기 흡기매니폴드에는 흡기관이 연결되며, 상기 배기매니폴드에는 배기관이 연결되는 엔진;An engine having an intake manifold and an exhaust manifold, an intake pipe connected to the intake manifold, and an exhaust pipe connected to the exhaust manifold; 상기 흡기관에 연결되는 압축기 및 상기 배기관의 도중에 설치되는 터빈을 가진 터보차저;A turbocharger having a compressor connected to the intake pipe and a turbine installed in the middle of the exhaust pipe; 입구, 저온출구, 고온출구를 가지는 볼텍스튜브;A vortex tube having an inlet, a cold outlet, and a hot outlet; 상기 배기관의 일측에서 분기되어 상기 볼텍스튜브의 입구에 연결되는 제1EGR배관;A first EGR pipe branched at one side of the exhaust pipe and connected to an inlet of the vortex tube; 상기 볼텍스튜브의 저온출구에서 연장되는 저온가스배관;A low temperature gas pipe extending from the low temperature outlet of the vortex tube; 상기 저온가스배관의 일측지점에서 분기되어 상기 압축기의 상류측으로 연결되는 제2EGR배관;A second EGR pipe branched at one side point of the low temperature gas pipe and connected to an upstream side of the compressor; 상기 저온가스배관의 일측지점에서 분기되어 상기 터빈의 하류측으로 연결되는 바이패스배관;A bypass pipe branched at one point of the low temperature gas pipe and connected to a downstream side of the turbine; 상기 볼텍스튜브의 고온출구와 소통가능하게 연결되고, 상기 터빈의 하류측으로 연장되는 고온가스배관; A hot gas pipe connected in communication with the high temperature outlet of the vortex tube and extending downstream of the turbine; 상기 제1EGR배관 상에 설치되는 제1EGR밸브; 및 A first EGR valve installed on the first EGR pipe; And 상기 제2EGR배관 상에 설치되는 제2EGR밸브;를 포함하고, And a second EGR valve installed on the second EGR pipe. 상기 압축기에는 외기를 흡입하는 흡입관이 설치되며, 상기 제2EGR배관은 상기 흡입관에 연결되고,The compressor is provided with a suction pipe for sucking outside air, the second EGR pipe is connected to the suction pipe, 상기 고온가스배관은 상기 터빈의 하류측 배기관에 연결되며, 상기 고온가스배관에는 상기 배기관 내의 배기가스가 상기 고온가스배관 내로 역류됨을 방지하는 제1조절밸브가 설치되고, The hot gas pipe is connected to the downstream exhaust pipe of the turbine, the hot gas pipe is provided with a first control valve for preventing the exhaust gas in the exhaust pipe back flow into the hot gas pipe, 상기 바이패스배관은 상기 터빈의 하류측 배기관에 연결되며, 상기 바이패스배관에는 제2조절밸브가 설치되고, The bypass pipe is connected to the downstream exhaust pipe of the turbine, the bypass pipe is provided with a second control valve, 상기 제1 및 제2 EGR배관 각각에는 제1 및 제2 서지탱크가 설치되며, First and second surge tanks are installed in the first and second EGR pipes, respectively. 상기 제1EGR배관 내에는 압력센서가 설치되고, 상기 압력센서, 제1 및 제2 EGR밸브, 상기 볼텍스튜브에는 제어기가 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템.A pressure sensor is installed in the first EGR pipe, and a controller is electrically connected to the pressure sensor, the first and second EGR valves, and the vortex tube. 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 볼텍스튜브는 케이싱, 제너레이터, 고온가스 튜브를 포함하고, 상기 케이싱은 입구 및 저온출구를 가지며, 상기 고온가스 튜브는 고온출구를 가지고, 상기 고온출구의 단부에는 고온챔버가 설치되며, 상기 고온챔버 내에는 스로틀밸브가 상기 고온출구에 인접하여 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템.The vortex tube includes a casing, a generator, and a hot gas tube, the casing has an inlet and a cold outlet, the hot gas tube has a hot outlet, and a hot chamber is installed at an end of the hot outlet, and the hot chamber is provided. An exhaust gas recirculation system using a vortex tube, wherein a throttle valve is installed to be movable adjacent to the high temperature outlet. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 저온가스배관의 일측에서 분기되는 제3EGR배관을 더 포함하고, 상기 제3EGR배관은 흡기관측으로 연결되며, 상기 제3EGR배관에는 제3EGR밸브가 설치되며, 상기 제3EGR밸브는 제어기에 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 볼텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템.Further comprising a third EGR pipe branching from one side of the low temperature gas pipe, the third EEG pipe is connected to the intake pipe side, the third EEG pipe is provided with a third EEG valve, the third EEG valve is electrically connected to the controller Exhaust gas recirculation system using a vortex tube, characterized in that the. 제8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 제3EGR배관의 도중에는 제3서지탱크가 설치되는 것을 특징으로 하는 볼 텍스튜브를 이용한 배기가스재순환시스템.An exhaust gas recirculation system using a vortex tube, wherein a third surge tank is installed in the middle of the third EGR pipe.
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