KR101294548B1 - 디젤 엔진의 ｅｇｒ 쿨러 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 디젤 엔진의 EGR(Exhaust-Gas Recirculation) 쿨러에 관한 것으로서, 내부에 EGR(Exhaust-Gas Recirculation) 유로가 형성되고, EGR 가스가 통과하는 복수의 튜브가 마련되어 상기 각 튜브 사이로 냉각수가 흐르는 쿨러 케이싱과; 상기 쿨러 케이싱 내에 장착되며, 연료 분사기와 상기 연료 분사기로부터 분사된 연료를 점화시키는 점화기를 가지는 능동형 재생방식 버너를 포함하여, 상기 쿨러 케이싱 내부에 퇴적된 그을음을 포함한 입자상 물질이 상기 능동형 재생방식 버너에 의해 연소되는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 내부에 퇴적된 그을음을 포함한 입자상 물질을 연소시켜 냉각 성능이 향상될 수 있다.

Description

디젤 엔진의 ＥＧＲ 쿨러{EXHAUST-GAS RECIRCULATION COOLER OF DIESEL ENGINE}
도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 EGR 쿨러가 적용된 차량의 개략 구성도이고,
도 2는 도 1의 디젤 엔진의 EGR 쿨러를 확대 도시한 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
3 : 흡기 라인 4 : EGR 라인
5 : 배기 매니폴드 측 배기 라인 7 : EGR 쿨러 측 배기 라인
20 : 디젤 엔진 30 : EGR 쿨러
31 : 쿨러 케이싱 32 : 튜브
40 : 연료 분사기 41 : 점화기
43 : 보염기 45 : 능동형 재생방식 버너
70 : 디젤 미립자 필터
본 발명은, 디젤 엔진의 EGR 쿨러에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 내부 에 퇴적된 그을음을 포함한 입자상 물질을 연소시켜 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 디젤 엔진의 EGR 쿨러에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤 엔진의 경우 배기가스 규제에 따른 배기가스 절감을 위해 EGR(Exhaust-Gas Recirculation) 시스템을 널리 적용하고 있다. 즉, EGR 시스템이란 연소실에서 연소된 후 배출되는 배기가스를 흡기 라인 측으로 재순환시켜 배기가스를 절감하기 위한 것이다. 이러한 EGR 시스템은 냉각수를 이용하여 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러와, 운전 조건에 따라 ECU 연산에 의해 EGR 가스의 유량을 조절하는 EGR 밸브 등으로 구성된다.
EGR 쿨러의 내부에는 대략 20여개의 가는 튜브로 채워져 있는데, 이 튜브 속으로 EGR 가스가 통과하게 되고, 튜브와 튜브 사이에 냉각수가 흐르면서 EGR 가스와 열교환 됨으로써 EGR 가스가 냉각되는 것이다.
그러나, 시간이 흐를수록 EGR 쿨러 내에 배기가스 그을음 등이 퇴적됨에 따라 냉각수와 EGR 가스와의 열전달 효율이 저하되어, 전체적으로 EGR 쿨러의 냉각 성능이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 내부에 그을음 등을 포함한 입자상 물질을 연소시켜 냉각 성능이 향상될 수 있는 디젤 엔진의 EGR 쿨러를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 디젤 엔진의 EGR(Exhaust-Gas Recirculation) 쿨러에 있어서, 내부에 EGR(Exhaust-Gas Recirculation) 유로가 형성되고, EGR 가 스가 통과하는 복수의 튜브가 마련되어 상기 각 튜브 사이로 냉각수가 흐르는 쿨러 케이싱과; 상기 쿨러 케이싱 내에 장착되며, 연료 분사기와 상기 연료 분사기로부터 분사된 연료를 점화시키는 점화기를 가지는 능동형 재생방식 버너를 포함하여, 상기 쿨러 케이싱 내부에 퇴적된 그을음을 포함한 입자상 물질이 상기 능동형 재생방식 버너에 의해 연소되는 것에 의해 달성된다.
여기서, 상기 연료 분사기로 공급되는 연료는 배기 매니폴드에서 배출된 배기가스로서, 배기가스 내 잔존 산소량을 이용하여 입자상 물질을 연소시키는 것이 바람직하다.
상기 연료 분사기와 상기 점화기 사이에는 EGR 가스의 고속 유동에 의해 화염 날림을 방지하는 보염기가 설치된 것이 바람직하다.
상기 입자상 물질이 연소된 후의 배기가스는 배기계의 후단에 설치된 촉매식 디젤 미립자 필터로 유입되어 상기 디젤 미립자 필터를 활성화시키는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 EGR 쿨러가 적용된 차량의 개략 구성도이고, 도 2는 도 1의 디젤 엔진의 EGR 쿨러를 확대 도시한 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 EGR 쿨러(30)가 장착된 차량은 크게 디젤 엔진(20)과, 디젤 엔진(20)의 흡기계 및 배기계와, 배기계 측에 마련되어 배기계로 배출된 배기가스를 흡기계로 재순환시키기 위한 EGR 시스템(30, 51, 52, 53)으로 구성된다. 이에, 외기는 흡기계 측에 마련된 에어 필터(10)를 거쳐 필터링 된 후, 흡기 라인(3)을 통해 흡기 매니폴드(21)로 유입되어 연소실(23)에서 연소된 다음, 배기 매니폴드(22)를 통해 배기 라인(5)으로 배출된다. 그러면, 배기계 측에 구비된 EGR 시스템(30, 51, 52, 53)에 의해 일부는 EGR 라인(4)을 거쳐 흡기 라인(3)으로 재유입되고 나머지는 디젤 미립자 필터(DPF, Diesel Particulate Filter, 70)를 거쳐 외부로 배출된다. 이 때, 배기 매니폴드 측 배기 라인(5)과 디젤 미립자 필터(70) 사이에는 이 배기가스 유동을 이용하여 흡기를 과급시키기 위한 터보 차져(60)가 구비되어 있다.
EGR 시스템은 크게 배기 매니폴드 측 배기 라인(5)으로 배출된 EGR 가스(배기 매니폴드(22)에서 배출된 배기가스 중 일부)를 냉각시키는 EGR 쿨러(30)와, 운전 조건에 따라 ECU 연산에 의해 EGR 가스의 유입량을 조절하는 EGR 밸브(51)와, EGR 쿨러(30)에서 냉각되어 흡기 라인(3)의 외기와 혼합되는 EGR 가스의 배출량을 조절하는 리드 밸브(52)와, EGR 쿨러(30)에서 냉각되어 EGR 쿨러 측 배기 라인(7)으로 배출되는 EGR 가스의 배출량을 조절하는 바이패스 밸브(53) 등으로 구성된다.
EGR 쿨러(30)는 크게 내부에 EGR 유로(30a)가 형성된 쿨러 케이싱(31)과, 쿨러 케이싱(31) 내에 장착되어 쿨러 케이싱(31) 내부에 퇴적된 그을음을 포함한 입자상 물질을 연소시키기 위한 능동형 재생방식 버너(45)를 포함하여 이루어진다.
쿨러 케이싱(31)의 내부에는 EGR 가스를 위한 EGR 유로(30a)가 형성되어 있으며, 냉각수 입구(61)와 냉각수 출구(62) 사이의 위치에는 복수의 튜브(32)가 길이방향으로 설치되어 있다. 이에, 쿨러 케이싱(31) 내부로 유입된 EGR 가스는 복수의 튜브(32) 내부를 지나가는데, 이 때 냉각수 입구(61)를 통해 공급되는 냉각수가 각 튜브(32) 사이를 지나면서 EGR 가스와 열교환된 후 냉각수 출구(62)를 통해 배출됨으로써 EGR 가스가 냉각될 수 있다.
여기서, EGR 쿨러(30)는 일반적으로 중/저속 부분 부하 구간에서 운전되는데, 이 때 저속 고부하 및 고속 고부하 영역에서는 EGR 밸브(51)가 폐쇄되어 EGR 쿨러(30)로 EGR 가스가 유입되지 못한다. 이와 같이 EGR 운전 영역에서는 EGR 가스 온도가 대략 250 ~ 400 ℃ 정도인데, 이 때 쿨러 케이싱(31) 내부에 퇴적된 그을음 등을 포함한 입자상 물질(이하, 입자상 물질이라 칭함)이 연소되기에는 너무 낮은 온도이다. 다시 말해, 입자상 물질은 보통 600 ℃ 이상에서 연소되기 때문에 EGR 가스의 온도로는 연소될 수 없는 것이다. 따라서, 본 발명은 입자상 물질을 능동적으로 연소시키기 위해 능동형 재생방식 버너(45)를 구비하는 점에서 특징이 있다.
능동형 재생방식 버너(45)는 쿨러 케이싱(31) 내부에 장착되며, 복수의 튜브(32) 전방에 설치된 연료 분사기(40)와, 연료 분사기(40) 근처에 마련되어 연료 분사기(40)에서 분사된 연료를 점화시키는 점화기(41)를 포함하여 이루어진다. 이 때, 능동형 재생방식 버너(45)는 강제 재생방식으로 이루어져, 사용자가 원하는 시기에 높은 열원을 임의로 효율적으로 사용할 수 있다.
연료 분사기(40)는 노즐 타입으로 이루어져 있으나, 파이프 타입으로 이루어져 연료가 분사될 수도 있음은 물론이다. 여기서, 연료 분사기(40)로 공급되는 연료로서 배기 매니폴드 측 배기 라인(5)의 배기가스를 이용하는데, 이에 따로 신기를 공급할 필요없이 상기 배기가스 내 잔존 산소량을 이용하여 점화기(41)에 의해 점화될 수 있으므로 신기를 공급하기 위한 별도의 장치가 불필요하므로 제조 원가 가 절감될 수 있다.
점화기(41)는 연료 분사기(40)에서 분사되는 연료를 점화시키기 위한 장치로서, 연료 분사기(40)와 점화기(41) 사이에는 점화시 EGR 가스의 고속 유동에 의해 화염이 날리는 것을 방지하기 위한 보염기(Flame Holder, 43)가 설치되어 화염 안정화에 도움이 될 수 있다.
상기와 같이, 능동형 재생방식 버너(45)를 이용하여 쿨러 케이싱(31) 내에 퇴적된 입자상 물질을 거의 제거할 수 있으므로 EGR 쿨러(30)의 냉각 효율을 증대될 수 있다.
뿐만 아니라, 능동형 재생방식 버너(45)에 의해 가열된 EGR 가스가 바이패스 밸브(53)를 통해 촉매식 디젤 미립자 필터(70)로 유입되면, 고온의 EGR 가스는 디젤 미립자 필터(70)를 활성화시키는데 사용될 수 있으므로 디젤 미립자 필터(70)의 여과 효과를 개선하는 이점이 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 내부에 그을음 등을 포함한 입자상 물질을 연소시켜 냉각 성능이 향상될 수 있는 디젤 엔진의 EGR 쿨러가 제공된다.

Claims (4)

  1. 내부에 EGR(Exhaust-Gas Recirculation) 유로가 형성되고, EGR 가스가 통과하는 복수의 튜브가 마련되어 상기 각 튜브 사이로 냉각수가 흐르는 쿨러 케이싱과;
    상기 쿨러 케이싱 내에 장착되며, 연료 분사기와 상기 연료 분사기로부터 분사된 연료를 점화시키는 점화기를 가지는 능동형 재생방식 버너를 포함하여,
    상기 쿨러 케이싱 내부에 퇴적된 그을음을 포함한 입자상 물질이 상기 능동형 재생방식 버너에 의해 연소되며,
    상기 연료 분사기로 공급되는 연료는 배기 매니폴드에서 배출된 배기가스로서, 배기가스 내 잔존 산소량을 이용하여 입자상 물질을 연소시키고,
    상기 연료 분사기와 상기 점화기 사이에는 EGR 가스의 고속 유동에 의해 화염 날림을 방지하는 보염기가 설치된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 EGR(Exhaust-Gas Recirculation) 쿨러.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 입자상 물질이 연소된 후의 배기가스는 배기계의 후단에 설치된 촉매식 디젤 미립자 필터로 유입되어 상기 디젤 미립자 필터를 활성화시키는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 EGR(Exhaust-Gas Recirculation) 쿨러.
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