KR101704239B1 - 자동차용 egr 가스 믹싱 장치 - Google Patents

자동차용 egr 가스 믹싱 장치 Download PDF

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Abstract

자동차용 EGR 가스 믹싱 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스 재순환 장치로부터의 EGR 가스와 신기를 스월(swirl)를 이용하여 용이하게 혼합시킬 수 있도록 한 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 흡기 매니폴드의 EGR 가스 합류부에 EGR 가스에 와류를 부여할 수 있는 헬리컬 포트 파이프를 장착하거나, 헬리컬 포트 파이프와 함께 와류의 강도를 조절할 수 있는 탄젠셜 포트 파이프를 장착하여, 배기가스 재순환 장치로부터의 EGR 가스를 신기와 용이하게 혼합시킬 수 있도록 한 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

자동차용 EGR 가스 믹싱 장치{Device for mixing EGR gas and fresh air}
자동차용 EGR 가스 믹싱 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스 재순환 장치로부터의 EGR 가스와 신기를 스월(swirl)를 이용하여 용이하게 혼합시킬 수 있도록 한 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치에 관한 것이다.
자동차의 배기가스 배출 규제에 따라 질소산화물 등의 배기가스를 저감시키는 여러 기술이 개발되고 있으며, 그 중 하나의 기술이 배기가스 중의 일부를 엔진의 흡기측으로 재순환시켜 배기가스 속에 포함되어 있는 NOx 등의 배출을 감소시킬 수 있는 배기가스 재순환 장치(EGR, Exhaust Gas Recirculation)를 들 수 있다.
상기 배기가스 재순환 장치는 배기라인을 흐르는 배기가스의 일부를 EGR 밸브를 통하여 흡기 매니폴드쪽으로 바이패스시켜서 신기(fresh air)와 함께 연소실로 공급함으로써, 연소온도의 상승을 방지하여 NOx와 같은 에미션(Emission)의 발생을 줄여주는 역할을 한다.
첨부한 도 7은 종래의 EGR 가스가 흡기 매니폴드내의 신기와 혼합되는 상태를 도시한 도면이다.
도 7에서 보듯이, 흡기 매니폴드(10)에는 EGR 가스 유입구(12)가 형성되고, EGR 가스 유입구(12)와 일치하는 흡기 매니폴드(10)의 내경면에는 그 둘레방향을 따라 EGR 가스 분배홈(14)이 형성된다.
특히, 상기 흡기 매니폴드(10)의 내경면에는 복수의 EGR 가스 토출홀(16)이 형성된 믹싱 링(18)이 장착되는 바, 이 믹싱 링(18)은 EGR 가스 분배홈(14)을 커버하는 동시에 EGR 가스 분배홈(14)의 바닥면 서로 이격되는 상태가 된다.
이때, 상기 믹싱 링(18)의 EGR 가스 토출홀(16)은 EGR 가스 분배홈(14)과 일치되면서 믹싱 링(18)의 둘레방향을 따라 등간격을 이루며 관통 형성된다.
따라서, 상기 흡기 매니폴드(10)를 통하여 신기가 흐르는 상태에서, EGR 가스 유입구(12)를 통하여 유입된 EGR 가스가 EGR 가스 분배홈(14)을 따라 흐르는 동시에 믹싱 링(18)에 형성된 EGR 가스 토출홀(16)을 통하여 흡기 매니폴드(실질적으로는 믹싱 링의 내경공간)내로 토출됨으로써, EGR 가스가 신기와 혼합되어진다.
이때, 상기 EGR 가스는 믹싱 링(18)에 형성된 복수의 EGR 가스 토출홀(16)을 통하여 여러방향으로 토출되므로, 믹싱 링(18)내를 통과하는 신기와 여러방향에서 혼합될 수 있다.
그러나, 위와 같이 믹싱 링을 이용하는 경우, EGR 가스가 여러방향에서 신기를 향하여 토출되지만, 서로 간의 혼합(mixing) 효율은 다소 떨어지는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 흡기 매니폴드의 EGR 가스 합류부에 EGR 가스에 와류를 부여할 수 있는 헬리컬 포트 파이프를 장착하거나, 헬리컬 포트 파이프와 함께 와류의 강도를 조절할 수 있는 탄젠셜 포트 파이프를 장착하여, 배기가스 재순환 장치로부터의 EGR 가스를 신기와 용이하게 혼합시킬 수 있도록 한 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: EGR 가스 재순환 라인이 연결되는 흡기 매니폴드의 EGR 가스 합류부에 EGR 가스를 와류 흐름으로 변화시켜서 신기와 원활한 혼합이 이루어지도록 한 헬리컬 포트 파이프를 하나 또는 두 개 이상 장착하여서 된 것을 특징으로 하는 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 제공한다.
특히, 상기 헬리컬 포트 파이프는 EGR 가스가 유입되는 직선흐름관과, EGR 가스를 EGR 가스 합류부로 토출시키는 나선형 흐름관이 일체로 된 구조로 구비된 것임을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 EGR 가스 합류부에 헬리컬 포트 파이프와 함께 EGR 가스의 직선 흐름을 유도하여 와류 강도를 조절하는 탄젠셜 포트 파이프가 장착된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 헬리컬 포트 파이프와 탄젠셜 포트 파이프의 입구에는 스월비 조절밸브가 더 장착된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 스월비 조절밸브는 배기가스 압력 및 EGR 밸브 개도량에 따라 결정되는 EGR 가스 유량에 의하여 그 개도가 조절되거나, EGR 가스 재순환라인에 장착된 EGR 가스유량 측정센서의 EGR 가스 유량 측정값에 의하여 그 개도가 조절되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 헬리컬 포트 파이프와 탄젠셜 포트 파이프는 흡기 매니폴드의 EGR 가스 합류부에 형성된 커플러에 주조에 의하여 일체로 성형되거나, 별도의 부품으로 제작하여 조립되는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 배기가스 재순환 라인으로부터 흡기 매니폴드의 EGR 가스 합류부로 공급되는 EGR 가스에 와류를 부여하여 신기와의 원활한 혼합을 유도함으로써, EGR 가스와 신기 간의 혼합 효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, EGR 가스에 대한 와류 강도를 탄젠셜 포트 파이프를 이용하여 조절할 수 있으므로, EGR 가스의 큰 와류 강도에 의하여 신기의 본래 흐름력이 저하되는 현상을 방지할 수 있다.
셋째, 스월비 조절밸브를 이용하여 EGR 가스량의 많고 적음에 상관없이 항상 EGR 가스에 충분한 와류를 부여할 수 있으므로, 항상 EGR 가스와 신기 간의 원활한 혼합이 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 사시도,
도 4 및 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치의 스월비 조절밸브에 대한 개폐 작동 상태를 도시한 측면도,
도 7은 종래의 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
제1실시예
첨부한 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따르면 EGR 가스 재순환 라인이 연결되는 흡기 매니폴드(10)의 EGR 가스 합류부(11), 즉 EGR 가스가 신기와 만나는 지점에 EGR 가스를 와류(swirl) 흐름으로 변화시켜서 신기와 원활한 혼합이 이루어지도록 한 단일형 헬리컬 포트 파이프(20)가 장착된다.
상기 헬리컬 포트 파이프(20)는 흡기 매니폴드(10)의 EGR 가스 합류부(11)에 형성된 커플러(13)에 주조에 의하여 일체로 성형되거나, 별도의 부품으로 제작되어 일체로 조립될 수 있다.
바람직하게는, 상기 헬리컬 포트 파이프(20)는 일종의 스월 파이프로서 직선관 형태로 채택될 수 있고, 더욱 바람직하게는 곡선관 형태로 구비될 수 있다.
특히, 상기 헬리컬 포트 파이프(20)는 유입되는 EGR 가스에 대하여 와류를 부여하기 위한 구조로서, 그 선단부는 EGR 가스의 원활한 유입을 위하여는 직선흐름관(22)으로 형성되고, 후단부는 EGR 가스가 EGR 가스 합류부(11)를 향하여 와류를 형성시키며 토출되도록 나선형으로 비틀림된 나선형 흐름관(24)으로 형성된다.
따라서, 배기가스 재순환 라인으로부터의 EGR 가스가 헬리컬 포트 파이프(20)의 직선흐름관(22)으로 유입된 후, 나선형 흐름관(24)을 통과하면서 와류를 형성하게 되고, 이렇게 와류가 부여된 EGR 가스는 흡기 매니폴드(10)의 EGR 가스 합류부(11)로 토출되어 신기와 혼합된다.
이렇게 EGR 가스에 와류를 부여하여 신기가 흐르는 EGR 가스 합류부에 공급함으로써, EGR 가스와 신기 간의 원활한 혼합을 유도할 수 있고, 결국 EGR 가스와 신기 간의 혼합 효율 향상 및 에미션 저감 효율 향상을 이룰 수 있다.
제2실시예
첨부한 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따르면 EGR 가스 재순환 라인이 연결되는 흡기 매니폴드(10)의 EGR 가스 합류부(11), 즉 EGR 가스가 신기와 만나는 지점에 EGR 가스를 와류 흐름으로 변화시켜서 신기와 원활한 혼합이 이루어지도록 한 이중형 헬리컬 포트 파이프(20)가 장착된다.
본 발명의 제2실시예는 상기한 제1실시예와 그 구성이 동일하고, 단지 헬리컬 포트 파이프(20)를 나란히 2개 장착시킨 점에 특징이 있다.
이렇게 상기 헬리컬 포트 파이프(20)를 제1헬리컬 포트 파이프(20a)와 제2헬리컬 포트 파이프(20b)를 포함하는 더블형 구조로 설치함으로써, EGR 가스에 보다 큰 와류를 형성시킬 수 있다.
이러한 본 발명의 제2실시예에 따른 EGR 가스 믹싱 장치는 상기한 제1실시예에 따른 믹싱 장치와 작동 흐름이 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제3실시예
첨부한 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 사시도이다.
본 발명의 제3실시예는 EGR 가스 재순환 라인이 연결되는 흡기 매니폴드(10)의 EGR 가스 합류부(11), 즉 EGR 가스가 신기와 만나는 지점에 헬리컬 포트 파이프(20)와 함께 EGR 가스의 직선 흐름을 유도하여 와류 강도를 조절하는 탄젠셜 포트 파이프(tangential port pipe, 30)가 나란히 장착된 점에 특징이 있다.
상기 탄젠셜 포트 파이프(30)는 일반 파이프로서 직선관 또는 곡선관 형태로 구비될 수 있고, 전체 유체 흐름 공간이 일정한 직경을 이룸에 따라 유체에 대한 와류를 형성하지 않는 구조로 구비된다.
마찬가지로, 상기 탄젠셜 포트 파이프(30)도 흡기 매니폴드(10)의 EGR 가스 합류부(11)에 형성된 커플러(13)에 주조에 의하여 일체로 성형되거나, 별도의 부품으로 제작되어 조립된다.
따라서, 배기가스 재순환 라인으로부터의 EGR 가스가 헬리컬 포트 파이프(20)의 직선흐름관(22)으로 유입된 후, 나선형 흐름관(24)을 통과하면서 와류를 형성하게 되고, 이렇게 와류가 부여된 EGR 가스는 흡기 매니폴드(10)의 EGR 가스 합류부(11)로 토출되어 신기와 혼합된다.
이때, 상기 헬리컬 포트 파이프(20)를 통하여 EGR 가스 합류부(11)로 토출되는 EGR 가스의 와류 강도가 크면, EGR 가스 합류부(11)를 지나는 신기에 대한 저항으로 작용할 수 있다.
이에, 상기 배기가스 재순환 라인으로부터의 EGR 가스가 헬리컬 포트 파이프(20) 뿐만 아니라, 상기 탄젠셜 포트 파이프(30)를 통과하여 EGR 가스 합류부(11)로 토출되면서 EGR 가스의 와류 강도를 감소시킨다.
즉, 상기 헬리컬 포트 파이프(20)를 통과한 와류 발생 EGR 가스에 상기 탄젠셜 포트 파이프(30)를 통과한 와류 미발생 EGR 가스가 닿으면서 와류 발생 EGR 가스의 와류 강도가 감소될 수 있고, 그에 따라 신기의 본래 흐름력이 저하되는 현상을 방지할 수 있고, EGR 가스와 신기와의 원활한 혼합이 이루어질 수 있다.
제4실시예
첨부한 도 4 및 도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치를 도시한 사시도이다.
본 발명의 제4실시예는 상기한 제3실시예의 구성과 동일하고, 단지 헬리컬 포트 파이프(20)와 탄젠셜 포트 파이프(30)의 입구에는 스월비 조절밸브(40)가 더 장착된 점에 특징이 있다.
도 4 및 도 5에서 보듯이, 상기 스월비 조절밸브(40)는 헬리컬 포트 파이프(20)와 탄젠셜 포트 파이프(30)의 각 입구를 함께 개폐시킬 수 있는 크기로 구비되고, 제어기(미도시됨)의 전기적인 신호에 의하여 그 개도가 조절 가능한 솔레노이드 타입으로 채택될 수 있다.
이때, 상기 스월비 조절밸브(40)는 배기가스 압력 및 EGR 밸브 개도량에 따라 결정되는 EGR 가스 유량에 의하여 그 개도가 조절될 수 있다.
상기 배기가스 압력 및 EGR 밸브 개도량에 따라 결정되는 EGR 가스 유량은 다음의 표 1과 같이 맵데이타로 구성될 수 있고, 제어부에서 맵데이타를 기반으로 스월비 조절밸브(40)의 개도를 조절하게 된다.
Figure 112015072736948-pat00001
또는, 상기 스월비 조절밸브(40)는 EGR 가스 재순환라인에 장착된 EGR 가스유량 측정센서(미도시됨)의 EGR 가스 유량 측정값에 의하여 그 개도가 조절될 수 있다.
상기 유량 측정센서의 EGR 가스 유량 측정값 대비 스월비 조절밸브의 개도를 아래의 표 1와 같이 맵데이타로 구성될 수 있고, 제어부에서 맵데이타를 기반으로 스월비 조절밸브(40)의 개도를 조절하게 된다.
Figure 112015072736948-pat00002
따라서, 배기가스 재순환라인으로부터의 EGR 가스 유량이 적으면, 첨부한 도 6의 (a)에서 보듯이 상기 스월비 조절밸브(40)의 개도를 탄젠셜 포트 파이프(30)에 비하여 헬리컬 포트 파이프(20)쪽이 더 개방되는 개도가 되도록 조절함으로써, 헬리컬 포트 파이프(20)로 들어가는 가스 유량을 더 증대시킬 수 있고, 그에 따라 EGR 가스의 와류 발생으로 인하여 EGR 가스와 신기 간의 혼합이 원활하게 이루어질 수 있다.
반면, 배기가스 재순환라인으로부터의 EGR 가스 유량이 많으면, 헬리컬 포트 파이프(20)를 통과하는 유량이 적어도 충분한 와류(swirl)가 형성되므로, 첨부한 도 6의 (c)에서 보듯이 상기 스월비 조절밸브(40)의 개도를 헬리컬 포트 파이프(20)에 비하여 탄젠셜 포트 파이프(30)쪽이 더 개방되는 개도가 되도록 조절함으로써, 탄젠셜 포트 파이프(30)를 통과하여 EGR 가스 합류부(11)로 토출되는 EGR 가스량을 증가시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 스월비 조절밸브(40)를 이용하여 EGR 가스량의 많고 적음에 상관없이 EGR 가스에 충분한 와류를 부여할 수 있으므로, 항상 EGR 가스와 신기 간의 원활한 혼합이 이루어질 수 있다.
10 : 흡기 매니폴드
11 : EGR 가스 합류부
12 : EGR 가스 유입구
13 : 커플러
14 : EGR 가스 분배홈
16 : EGR 가스 토출홀
18 : 믹싱 링
20 : 헬리컬 포트 파이프
22 : 직선흐름관
24 : 나선형 흐름관
30 : 탄젠셜 포트 파이프
40 : 스월비 조절밸브

Claims (7)

  1. EGR 가스 재순환 라인이 연결되는 흡기 매니폴드의 EGR 가스 합류부에 EGR 가스를 와류 흐름으로 변화시켜서 신기와 원활한 혼합이 이루어지도록 한 헬리컬 포트 파이프를 하나 또는 두 개 이상 장착하되,
    상기 EGR 가스 합류부에 헬리컬 포트 파이프와 함께 EGR 가스의 직선 흐름을 유도하여 와류 강도를 조절하는 탄젠셜 포트 파이프가 장착되고,
    상기 헬리컬 포트 파이프와 탄젠셜 포트 파이프의 입구에는 스월비 조절밸브가 더 장착되며,
    상기 스월비 조절밸브는 배기가스 압력 및 EGR 밸브 개도량에 따라 결정되는 EGR 가스 유량에 의하여 그 개도가 조절되는 것을 특징으로 하는 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 헬리컬 포트 파이프는 EGR 가스가 유입되는 직선흐름관과, EGR 가스를 EGR 가스 합류부로 토출시키는 나선형 흐름관이 일체로 된 구조로 구비된 것임을 특징으로 하는 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 스월비 조절밸브는 EGR 가스 재순환라인에 장착된 EGR 가스유량 측정센서의 EGR 가스 유량 측정값에 의하여 그 개도가 조절되는 것을 특징으로 하는 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 헬리컬 포트 파이프와 탄젠셜 포트 파이프는 흡기 매니폴드의 EGR 가스 합류부에 형성된 커플러에 주조에 의하여 일체로 성형되거나, 별도의 부품으로 제작하여 조립되는 것을 특징으로 하는 자동차용 EGR 가스 믹싱 장치.
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