KR101334493B1 - 차량 내연 기관으로의 배기가스 부분 흐름의 재순환 방법 - Google Patents

차량 내연 기관으로의 배기가스 부분 흐름의 재순환 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 부분 흐름이 내연 기관(1)의 배기가스 출구(1a) 뒤에서 제1 부분 흐름 라인(2a), 그 뒤에 배치된 제1 밸브(3), 제1 밸브 출구(5) 및 재순환 라인(7)을 거쳐 내연 기관(1)에 공급되거나 또는 우선 배기가스 잔류량과 함께 배기 라인(14)을 통해 전달되고, 이어서 부분 흐름이 배기 라인(14)에 연결된 제2 부분 흐름 라인(2b), 그 뒤에 배치된 제2 밸브(4), 제2 밸브 출구(6) 및 재순환 라인(7)을 거쳐 내연 기관(1)으로 다시 공급되며, 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)가 배기가스 조건에 따라 개방 또는 밀폐되는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이 방법을 구현하기 위한 장치에 관한 것이다.

Description

차량 내연 기관으로의 배기가스 부분 흐름의 재순환 방법{METHOD FOR RECIRCULATING A SUB-STREAM OF EXHAUST GAS TO AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 배기가스 부분 흐름을 차량 내연 기관으로 재순환시키는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이 방법을 구현하기 위한 장치에 관한 것이다.
배기가스의 부분 흐름을 내연 기관으로 재순환시키기 위한 방법은 이미 알려져 있다. 독일 특허 DE-PS 196 80 305 C2에는 내연 기관용 배기가스 재순환 시스템이 공개되어 있다. 이 시스템에서는 엔진에서 발생된 배기가스의 일부가 엔진 배기 라인에서부터 엔진 흡기 라인으로 재순환되며, 이 배기가스 재순환 시스템은 엔진 배기 라인 뒤에서 재순환 라인을 포함한다. 재순환 라인은 바이패스 라인 및 내장된 냉각기를 구비한 냉각기 라인으로 분할된다. 바이패스 라인 및 냉각기 라인은 그 단부에서 각각 하나의 밸브를 포함하는데, 그 뒤에서 바이패스 라인 및 냉각기 라인이 다시 하나의 통합 라인으로 다시 합쳐진다. 이 라인을 통해 배기가스 부분 흐름이 다시 엔진에 도달된다. 하지만 이 방법에서는 일반적으로 제공되지 않는 비교적 큰 설치 공간이 필요하다는 단점이 있다.
유사한 장치는 일본 특허 JP 2001 152855 A에 공개되어 있는데, 이 특허에서는 배기가스 재순환을 위해 제1 및 제2 부분 흐름 라인이 제공되며, 제2 부분 흐름 라인은 촉매변환장치 뒤에 연결되고 분기된 배기가스량의 냉각을 위해 냉각기를 포함한다.
따라서 본 발명의 목적은 비교적 적은 설치 공간을 필요로 하는, 차량 내연 기관으로의 배기가스 부분 흐름의 재순환 방법을 제공하는 것이다. 또한 본 발명은 이 방법을 구현하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 배기가스 부분 흐름을 차량 내연 기관으로 재순환시키는 방법을 통해 달성되는데, 이 방법에서는 부분 흐름이 내연 기관의 배기가스 출구 뒤에서 제1 부분 흐름 라인, 그 뒤에 배치된 제1 밸브, 제1 밸브 출구 및 재순환 라인을 거쳐 내연 기관에 공급되거나 또는 우선 배기가스 잔류량과 함께 배기 라인으로 전달되고, 이어서 부분 흐름이 배기 라인에 연결된 제2 부분 흐름 라인, 그 뒤에 배치된 제2 밸브, 제2 밸브 출구 및 재순환 라인을 거쳐 내연 기관으로 공급되며, 제1 밸브 및 제2 밸브가 배기가스 조건에 따라 개방 또는 밀폐되며, 그리고 이러한 본 발명의 경우에는 제2 부분 흐름 라인이 제1 부분 흐름 라인보다 길게 실시되므로, 냉각기를 사용하지 않는 경우에는 필요한 냉각 출력이 오로지 그 길이에 적합한 치수를 갖는 제2 부분 흐름 라인을 통해 구현된다. 제1 밸브뿐 아니라 제2 밸브도 서로 병렬로 연결되며 가동 시 냉각된다. 놀랍게도, 냉각기를 사용하지 않는 경우에도 배기가스 부분 흐름을 차량 내연 기관으로 재순환시키는 방법이 매우 간단하고 바람직한 방식으로 구현되는 것으로 밝혀졌다. 제2 부분 흐름 라인이 제1 부분 흐름 라인보다 긴 길이를 갖는다는 것만으로도, 배기가스에서 부분 흐름의 바람직한 냉각 효과가 달성된다. 또한 요구되는 냉각 출력이 오로지 제2 부분 흐름 라인을 통해 구현되는 경우에도 내연 기관을 위해 우수한 공연비가 조절된다. 제2 부분 흐름 라인의 길이는 공학적으로 적합한 치수로 결정된다.
본 발명의 바람직한 형태에서는, 제1 밸브 및 제2 밸브의 개방 및 닫힘이 센서를 통해 모니터링된다. 이와 관련하여 변동하는 배기가스 조건에 매우 신속하게 반응할 수 있는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 목적은 이 방법을 구현하기 위한 장치를 통해 달성되는데, 이 장치는 내연 기관의 배기가스 출구 뒤에 배치된 제1 부분 흐름 라인 및 배기 라인에 연결된 제2 부분 흐름 라인을 포함하는데, 제1 부분 흐름 라인은 재순환 라인과 연결된 제1 밸브 출구를 포함하는 제1 밸브와 연결되고, 제2 부분 흐름 라인은 재순환 라인과 연결된 제2 밸브 출구를 포함하는 제2 밸브와 연결되며, 냉각기를 사용하지 않는 경우에는 필요한 냉각 출력이 오로지 제2 부분 흐름 라인을 통해 구현되도록, 제2 부분 흐름 라인이 제1 부분 흐름 라인보다 긴 길이를 갖는다. 또한 배기 라인도 내연 기관의 배기가스 출구 바로 뒤에 배치된다. 배기가스 출구의 단부에서 이 라인은 배기 라인과 제2 부분 흐름 라인으로 분할된다. 이 장치를 통해 배기가스 부분 흐름이 배기가스 조건에 따라 냉각 효과를 갖는 제2 부분 흐름 라인으로만 최적의 조건으로 냉각되고, 이와 동시에 설치 공간을 절약할 수 있는데, 그 이유는 넓은 공간을 차지하는 냉각기가 필요치 않기 때문이다.
본 발명의 다른 바람직한 형태에서는, 배기가스 조건에 따라 제1 밸브 및 제2 밸브의 구동 상태를 모니터링하는 센서가 배치된다. 센서에서는 밸브 플랩의 각각의 위치가 연속적으로 측정되므로, 변하는 배기가스 조건에 비교적 신속하게 반응할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에서는, 제1 밸브 및 제2 밸브가 센서와 함께 밸브 유닛 내에 배치된다. 바람직하게도 하나의 유닛으로의 제1 밸브, 제2 밸브 및 센서의 통합은 일반적으로 차량에서 요구되는 바와 같이 설치 공간을 더욱 감소시키는 효과를 갖는다.
또한 바람직하게도 선조립된 밸브 유닛의 사용도 적합한데, 이는 양산을 통한 제조 공정에 유리하다.
본 발명의 다른 형태에서는, 밸브 유닛이 냉각수 입구 및 냉각수 출구를 포함한다. 이와 관련하여 바람직하게도 제1 밸브 및 제2 밸브의 공동의 냉각이 액체 냉매를 통해 구현될 수 있다. 일반적으로 물 혼합물이 액체 냉매로서 사용된다. 또한 바람직하게도 액체 냉매는 밸브 유닛에서 예를 들어 라디에이터 코일을 통해 전달되고 이는 좁은 공간에서도 이루어질 수 있다.
아래에서 본 발명은 도면을 근거로 상세히 및 예시적으로 설명된다.
도면은 배기가스 부분 흐름을 차량 내연 기관으로 재순환시키는 방법에 대한 공정 흐름도를 나타낸다.
도면에는 배기가스 부분 흐름을 차량 내연 기관(1)으로 재순환시키는 방법에 대한 공정 흐름도가 도시되어 있다. 배기가스는 내연 기관(1)에서부터 우선 배기가스 출구(1a)에 도달한다. 공급된 배기가스가 높은 온도를 갖는 것이 연소 공정에서 이점으로 작용할 수 있다. 이런 경우에는 배기가스의 부분 흐름이 제1 공급 위치(A)에서 제1 부분 흐름 라인(2a)에 도달한다. 이 제1 부분 흐름 라인(2a) 뒤에서 후속 배치된 제1 밸브(3)가 열린다. 배기가스 부분 흐름은 후단에 배치된 제1 밸브(3)를 통해 제1 밸브 출구(5)를 거쳐 가스 입구 라인(1b)에 연결되는 재순환 라인(7)에 도달한다. 배기가스 부분 흐름에 추가적으로 공기가 공급 라인(12)을 거쳐 이 가스 입구 라인(1b)에 공급된다. 이 경우 가스 입구 라인(1b)에 존재하는 가스 혼합물이 직접 내연 기관(1)에 도달한다. 추가적으로 연료가 연료 라인(13)을 거쳐 내연 기관(1)에 공급된다. 내연 기관(1)의 특정한 가동 상태에서는 재순환된 배기가스가 낮은 온도 및 낮은 압력을 갖는 것이 더 바람직하다. 이런 경우에는 배기가스의 부분 흐름이 제1 공급 위치(A)에 있는 배기가스 잔류량과 함께 우선 배기 라인(14)에 도달한다. 이때 제1 밸브(3)는 닫힌 상태이다. 배기 라인(14)은 제2 공급 위치(B)에서 제2 부분 흐름 라인(2b)와 연결되는데, 그 길이는 제1 부분 흐름 라인(2a)의 길이보다 길다. 제1 공급 위치(A)와 제2 공급 위치(B) 사이에는 특히 바람직하게도 배기가스 터보차저(도시되지 않음)가 배치될 수 있는데, 이런 배기가스 터보차저는 온도 및 차압을 더욱 증가시킨다. 이 제2 부분 흐름 라인(2b)을 통해 배기가스 부분 흐름이 배기 라인(14)에서부터 제2 부분 흐름 라인(2b) 뒤에 배치된 개방된 제2 밸브(4) 및 제2 밸브 출구(6)를 거쳐 재순환 라인(7)에 도달하고 가스 입구 라인(1b)을 거쳐 최종적으로 내연 기관(1)에 도달한다. 배기가스 조건에 따른 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)의 개방 및 닫힘은 센서(8)에 의해 모니터링된다. 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)는 센서(8)와 함께 밸브 유닛(9) 내에 배치되는데, 이 밸브 유닛은 냉각수 입구(10) 및 냉각수 출구(11)를 포함한다. 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)의 구동은 마찬가지로 밸브 유닛(9) 내에 배치된 전동 모터(12')를 통해 이루어진다.
본 발명은 차량 내연 기관으로의 배기가스 부분 흐름의 재순환 방법에 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 배기가스 부분 흐름을 차량 내연 기관(1)으로 재순환시키는 방법으로서, 부분 흐름이 내연 기관(1)의 배기가스 출구(1a) 뒤에서 제1 부분 흐름 라인(2a), 그 뒤에 배치된 제1 밸브(3), 제1 밸브 출구(5) 및 재순환 라인(7)을 거쳐 내연 기관(1)에 공급되거나 또는 우선 배기가스 잔류량과 함께 배기 라인(14)을 통해 전달되고, 이어서 부분 흐름이 배기 라인(14)에 연결된 제2 부분 흐름 라인(2b), 그 뒤에 배치된 제2 밸브(4), 제2 밸브 출구(6) 및 재순환 라인(7)을 거쳐 내연 기관(1)으로 공급되며, 제1 밸브(3) 및 제2 밸브(4)가 배기가스 조건에 따라 개방 또는 밀폐되는 방법에 있어서,
    제2 부분 흐름 라인(2b)이 제1 부분 흐름 라인(2a)보다 길게 실시되므로, 냉각기를 사용하지 않는 경우에는 필요한 냉각 출력이 제 1 부분 흐름 라인보다 길이가 긴 제 2 부분 흐름 라인에 의해 구현되며,
    배기가스 조건에 따라 상기 제1 밸브(3) 및 상기 제2 밸브(4)의 구동 상태를 모니터링하는 센서(8)가 배치되며,
    상기 제1 밸브(3) 및 상기 제2 밸브(4)가 상기 센서(8)와 함께 밸브 유닛(9) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 센서(8)는 상기 제1 밸브(3) 및 상기 제2 밸브(4)의 개방 및 닫힘을 모니터링하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 실시를 위한 장치로서, 상기 장치는 내연 기관(1)의 배기가스 출구(1a) 뒤에 배치된 제1 부분 흐름 라인(2a) 및 배기 라인(14)에 연결된 제2 부분 흐름 라인(2b)을 포함하며, 제1 부분 흐름 라인은 재순환 라인(7)과 연결된 제1 밸브 출구(5)를 포함하는 제1 밸브(3)와 연결되고, 제2 부분 흐름 라인은 재순환 라인(7)과 연결된 제2 밸브 출구(6)를 포함하는 제2 밸브(4)와 연결되는 장치에 있어서,
    냉각기를 사용하지 않는 경우에는 필요한 냉각 출력이 오로지 제2 부분 흐름 라인(2b)을 통해 구현되도록, 제2 부분 흐름 라인(2b)이 제1 부분 흐름 라인(2a)보다 긴 길이를 가지며,
    배기가스 조건에 따라 상기 제1 밸브(3) 및 상기 제2 밸브(4)의 구동 상태를 모니터링하는 센서(8)가 배치되며,
    상기 제1 밸브(3) 및 상기 제2 밸브(4)가 상기 센서(8)와 함께 밸브 유닛(9) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서, 상기 밸브 유닛(9)이 하나의 냉각수 입구(10) 및 하나의 냉각수 출구(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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