KR101509817B1 - 엔진 내 ｅｇｒ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 흡기포트를 가지는 엔진에서 연소실 내의 EGR가스 성층화를 용이하게 구현할 수 있도록 함으로써, 압축착화 기관인 디젤엔진에서 유해 배기물질이면서 서로 상반관계에 있는 질소산화물과 soot를 동시에 저감시킬 수 있도록 한다.

탄젠셜포트, 헬리컬포트, 흡기매니폴드, 유량제어밸브

Description

엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치{Separating type Intake Manifold Apparatus for Stratifying of Exhaust Gas Recirculation in Engine}

본 발명은 EGR 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 재순환되는 EGR가스가 연소실 내에서 그 위치에 따라 농도가 다른 성층화를 이루도록 하는 흡기 매니폴드 장치에 관한 것이다.

일반적으로 직접분사식 압축착화 기관에서는 질소산화물의 저감을 위해 연소실 내에 배기가스를 재순환 시키는 기술로서 EGR(Exhaust Gas Recirculation)을 사용하고 있다. 연소실 내의 배기가스 농도가 높아질수록 연소 화염의 온도가 낮아지고, 산소의 농도가 낮아지기 때문에, 배기가스를 재순환시키면 고온 조건과 높은 산소 농도 조건에서 쉽게 발생되는 질소산화물을 저감시키는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 EGE장치가 구비된 엔진에서는, 직접분사식 기관 의 연소 과정에서 생성되는 soot를 충분히 산화시킬 산소 농도가 부족하게 되어, soot의 배출은 오히려 늘어나는 경향이 있다.

이러한 기존 EGR 기술의 한계를 개선하여 질소산화물과 soot의 동시 저감을 위해 연소실 내의 EGR 농도를 성층화하는 기술이 제안되어 있다.

즉, 기존 EGR 기술에서는 2개의 흡기 밸브를 가진 직접분사식 압축착화기관에 대해, 두 흡기관에 동일한 EGR률을 적용했지만, 이에 비해 성층화 EGR 기술은 한쪽 흡기관에는 높은 EGR률을 다른 쪽 흡기관에는 낮은 EGR률을 적용하여, 연소실 흡기의 스월유동에 의해 피스톤 상사점 근방에서 배기가스의 분포가 불균일하게 형성되도록 함으로써, 결과적으로 피스톤 상사점 근방에서의 EGR가스 성층화를 이루도록 하는 것이다.

상기와 같은 EGR가스 성층화는 흡기 유동 및 흡기관 별 EGR 농도를 조절에 의해, 압축과정 말기의 연료 분사 시점에서 연소가 일어나는 부분에 EGR 농도를 높게 유지할 수 있고, 이에 따라 질소산화물을 저감시키면서 산소 농도가 높은 부분의 연소 참여를 통해 soot의 산화를 촉진시킴으로써 질소산화물과 soot 배출물의 동시 저감 효과를 기대할 수 있다. 또한 기존의 EGR 기술에 비해 더 적은 EGR률로도 동일한 수준의 질소산화물 저감 효과를 기대할 수 있기 때문에 연료량 증가에 따른 산소 부족으로 인해 EGR이 적용되지 못하던 고부하 조건에 대해서 EGR 적용의 범위를 넓힐 수 있게 된다.

그러나, 종래의 EGR장치를 구비한 엔진은 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 흡기매니폴드(500)에 각 실린더(502)의 두 개 이상의 흡기포트(504)가 함께 연결되어 있고, 상기 흡기매니폴드에 EGR가스가 공급되도록 함으로써, 실질적으로 성층화 EGR을 구현하기 곤란한 구조를 가지고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 복수개의 흡기포트를 가지는 엔진에서 연소실 내의 EGR가스 성층화를 용이하게 구현할 수 있도록 함으로써, 압축착화 기관인 디젤엔진에서 유해 배기물질이면서 서로 상반관계에 있는 질소산화물과 soot를 동시에 저감시킬 수 있도록 한 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치는

각각 복수개의 흡기포트를 구비한 복수개의 실린더와;

각 실린더의 복수의 흡기포트들이 적어도 2개 이상으로 서로 격리된 공기 유동로를 형성하도록 각 실린더의 흡기포트들을 각각 연통시키는 복수의 흡기매니폴드와;

상기 복수의 흡기매니폴드에 각각 연결되는 EGR파이프와;

상기 EGR파이프로부터 상기 복수의 흡기매니폴드로 공급되는 EGR가스의 양을 조절할 수 있도록 구비된 EGR밸브수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치 제어방법은

상기 EGR밸브수단으로, 연소실의 분무 연소 개시 위치에 EGR가스가 높은 농도를 형성하도록, EGR가스의 유동을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 복수개의 흡기포트를 가지는 엔진에서 연소실 내의 EGR가스 성층화를 용이하게 구현할 수 있도록 함으로써, 압축착화 기관인 디젤엔진에서 유해 배기물질이면서 서로 상반관계에 있는 질소산화물과 soot를 동시에 저감시킬 수 있도록 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명 실시예는 각각 복수개의 흡기포트(1)를 구비한 복수개의 실린더(3)와; 각 실린더의 복수의 흡기포트들이 적어도 2개 이상으로 서로 격리된 공기 유동로를 형성하도록 각 실린더의 흡기포트들을 각각 연통시키는 복수의 흡기매니폴드(5)와; 상기 복수의 흡기매니폴드에 각각 연결되는 EGR파이프(7)와; 상기 EGR파이프로부터 상기 복수의 흡기매니폴드로 공급되는 EGR가스의 양을 조절할 수 있도록 구비된 EGR밸브수단을 포함하여 구성된다.

상기 EGR파이프(7)는 엔진의 배기측으로부터 연결되는 하나의 메인EGR 파이프(7-1)로부터 상기 각 흡기매니폴드(5)로 분지되어 연결되는 분지EGR파이프(7-2)로 이루어진다.

즉, 본 발명에서는 배기관으로부터 하나의 메인EGR파이프(7-1)로 배기가스를 순환시켜서, 상기 각 분지EGR파이프(7-2)로 각각의 흡기매니폴드(5)로 공급할 수 있도록 구성한 상태에서, 각 흡기매니폴드로 공급되는 EGR가스의 유동을 각각 제어할 수 있도록 함으로써, 연소실내의 EGR가스 성층화를 구현하도록 한 것이다.

본 실시예에서 상기 EGR밸브수단은 상기 각 분지EGR파이프(7-2)에 각각 설치된 유량제어밸브(9)로 구성하였다.

즉, 상기 유량제어밸브(9)로 각 분지EGR파이프(7-2)로 공급되는 EGR가스의 양을 제어하면, 연소실 내에서는 각각 다른 농도의 EGR가스를 함유한 공기가 서로 다른 흡기포트를 통해 유입되어 스월과 텀블 등에 의해 연소실의 각 위치마다 EGR가스의 농도가 다르게 분포되어 성층화가 구현되도록 하는 것이다.

참고로 각 흡기매니폴드(5)에는 스로틀밸브(11)가 각각 구비되어 있다.

물론, 상기 연소실의 성층화 형태는, 연소실의 분무 연소 개시 위치에서의 EGR가스 농도가 연소실의 다른 위치보다 더 높도록 EGR가스 농도 분포를 형성하는 것이 질소산화물의 저감에 바람직한 바, 상기한 바와 같은 상태가 되도록 상기 EGR밸브수단으로 EGR가스의 유동을 조절하게 된다.

물론, 상기한 바와 같은 EGR가스 성층화가 이루어지면, 상기한 바와 같은 질소산화물 저감 이외에도, 산소 농도가 높은 부분의 연소 참여를 통해 soot의 산화를 촉진시키게 된다.

상기 각 흡기매니폴드(5)는 각 실린더의 동일한 흡기포트(1)들 사이를 연통시키도록 설치되되, 각 실린더(3)의 흡기포트(1)들 중 하나씩과 연통되도록 설치되어 있다.

즉, 상기 각 실린더(3)에는 2개씩의 흡기포트(1)가 구비되는데, 이들 중 하나는 탄젠셜포트(1-T)이고 나머지 하나는 헬리컬포트(1-H)이며, 상기 흡기매니폴드(5)는 상기 각 실린더의 탄젠셜포트에 연통된 흡기매니폴드와 상기 각 실린더의 헬리컬포트에 연통된 흡기매니폴드로 이루어진 것이다.

참고로, 도 4에는 상기 실린더(3)에 탄젠셜포트(1-T)와 헬리컬포트(1-H)로 고농도의 EGR가스와 저농도의 EGR가스가 각각 분리되어 공급되는 상태로 상기 유량제어밸브(9)를 제어하여, 상기 탄젠셜포트(1-T)로 유입되는 EGR가스의 농도가 상기 헬리컬포트(1-H)로 유입되는 EGR가스의 농도보다 높도록 제어할 수 있다.

한편, 도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것으로서, 다른 구성은 상기 실시예와 동일하지만, 상기 EGR밸브수단이 다른 구성으로 이루어져 있다. 즉, EGR밸브수단은 상기 메인EGR파이프(7-1)에 설치된 유량제어밸브(9)와, 상기 메인EGR파 이프(7-1)와 상기 분지EGR파이프(7-2)가 연결되는 부위에 설치되어 각 분지EGR파이프로의 EGR가스 유동량을 조절하도록 하는 방향제어밸브(13)로 구성된 것이다.

도 3의 실시예에서는 상기 분지EGR파이프(7-2)가 2개 구비되어 있어서, 이들 분지EGR파이프(7-2)들 사이의 EGR가스 유동량을 조절할 수 있도록, 상기 방향제어밸브(13)는 3-WAY밸브로 구성되어 있는바, 상기 유량제어밸브로 EGR가스의 순환량을 제어하고, 상기 3-WAY밸브로 두 흡기매니폴드 사이의 EGR가스 농도를 차등 제어하도록 하여, 연소실에서의 EGR가스 성층화를 이루게 된다.

즉, 본 실시예의 방향제어밸브는 유동의 방향을 단순 절환하는 것이 사용될 수도 있겠지만, 보다 바람직하게는 각 통로로의 유동량을 연속적으로 변환시킬 수 있는 것이 바람직하다.

도 1은 종래 기술에 의한 EGR장치를 설명한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치를 설명한 도면,

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따라 각 흡기포트로 다른 농도의 EGR가스가 공급되는 상태를 예시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; 흡기포트 1-T; 탄젠셜포트

1-H; 헬리컬포트 3; 실린더

5; 흡기매니폴드 7; EGR파이프

9; 유량제어밸브 11; 스로틀밸브

13; 방향제어밸브

Claims (8)

1. 각각 복수개의 흡기포트를 구비한 복수개의 실린더와;

   각 실린더의 복수의 흡기포트들이 적어도 2개 이상으로 서로 격리된 공기 유동로를 형성하도록 각 실린더의 흡기포트들을 각각 연통시키는 복수의 흡기매니폴드와;

   상기 복수의 흡기매니폴드에 각각 연결되는 EGR파이프와;

   상기 EGR파이프로부터 상기 복수의 흡기매니폴드로 공급되는 EGR가스의 양을 조절할 수 있도록 구비된 EGR밸브수단;을 포함하며,

   상기 각 실린더에는 탄젠셜포트와 헬리컬포트가 구비되고, 상기 탄젠셜포트의 EGR가스 농도가 상기 헬리컬포트의 EGR가스 농도보다 높도록 상기 EGR밸브수단을 제어함으로써 연소실의 분무 연소 개시 위치에서의 상기 EGR가스 농도가 연소실의 다른 위치보다 더 높게 EGR가스 농도 분포를 형성하는 것

   을 특징으로 하는 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 EGR파이프는 엔진의 배기측으로부터 연결되는 하나의 메인EGR파이프로부터 상기 각 흡기매니폴드로 분지되어 연결되는 분지EGR파이프로 이루어진 것

   을 특징으로 하는 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 EGR밸브수단은

   상기 각 분지EGR파이프에 각각 설치된 유량제어밸브로 구성된 것

   을 특징으로 하는 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 EGR밸브수단은

   상기 메인EGR파이프에 설치된 유량제어밸브와;

   상기 메인EGR파이프와 상기 분지EGR파이프가 연결되는 부위에 설치되어 각 분지EGR파이프로의 EGR가스 유동량을 조절하도록 하는 방향제어밸브;

   로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각 흡기매니폴드는 각 실린더의 동일한 흡기포트들 사이를 연통시키도록 설치된 것

   을 특징으로 하는 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 각 흡기매니폴드는 각 실린더의 흡기포트들 중 하나씩과 연통되도록 설치된 것

   을 특징으로 하는 엔진 내 ＥＧＲ 성층화를 위한 분리형 흡기 매니폴드 장 치.
7. 삭제
8. 삭제

Images