KR101836282B1 - 차압 센서를 구비한 배기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 차압 센서를 구비한 배기 시스템은 외부로부터 신기를 수용하여 터보 차져에 공급하는 흡기 파이프; 매연여과필터(DPF)를 통과한 EGR 가스를 상기 신기와 혼합되도록 상기 터보 차져의 상류에 공급하는 배기 파이프; 및 상기 매연여과필터의 전단 및 후단의 압력차를 측정하는 차압 센서; 을 포함하되, 상기 차압 센서는 상기 매연여과필터의 후단에 배치된 상기 배기 파이프에 직접 장착될 수 있다.

Description

차압 센서를 구비한 배기 시스템{EXHAUST SYSTEM WITH DIFFERENTIAL PRESSURE SENSOR}
본 발명은 차압 센서를 구비한 배기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스 후처리 장치의 전후 압력차를 측정하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템에 관한 것이다.
유럽을 비롯한 세계 각 국에서는 배기가스와 관련된 환경 정책을 시행하고 있다. 이러한 환경 정책에 수반하는 각종 규정에 부합하기 위하여, 디젤엔진의 차량에는 배기가스 절감을 위한 매연여과필터(Diesel Particulate Filter, DPF)가 설치된다. DPF는 배기가스 중의 매연물질을 포집하고 일정량 이상이 퇴적되면 배기 온도를 상승하게 하여 퇴적된 매연물질을 연소시켜 배기가스를 제거하는 장치이다.
디젤엔진의 차량에는 배기가스를 재순환하기 위한 배기가스 재순환(EGR, Exhaust Gas Recirculation) 장치가 적용되는데, 통상 위 EGR 장치는 DPF를 갖춘 배기 시스템과 함께 구비된다.
최근 디젤 차량에 적용되는 EGR 장치는 고부하 영역에서 작동하는 높은 엔진 성능을 구현하기 위하여 HP-EGR 장치(High-Pressure EGR) 외에 LP-EGR 장치((Low-Pressure EGR)가 추가적으로 요구된다.
LP-EGR은 흡기 매니폴드보다 상류에 구비되는 터보차져의 전단에 EGR을 유입하게 하는 방식으로, 흡기 매니폴드에 직접 EGR을 유입하게 하는 HP-EGR(High-Pressure EGR)을 보강하게 된다.
한편, LP-EGR 장치의 매연물질을 감지하기 위하여 차압센서가 적용된다. LP--R 장치의 DPF는 위 차압센서에서 감지한 차압과 엔진의 운행 조건에 따라 재생될 수 있다.
도 4는 종래 기술에 의한 차압 센서 및 이를 적용한 배기 시스템의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 종래 기술에 의한 배기 시스템은 엔진(10), 엔진(10)의 하류에 구비되는 DPF(20), DPF(20)의 전후단의 압력을 측정하는 차압센서(30)가 구비된다. 즉, 위 엔진(10)에서 배출된 배기 가스는 DPF(20)를 통과하게 되고, 이 때 차압 센서(30)는 DPF(20)의 전단 및 후단에 연결된 한 쌍의 호스(31, 33)를 통하여 엔진(10)에서 배출된 배기 가스의 압력과 DPF(20)를 통과한 배기 가스의 압력을 측정하여 그 차압 값을 계산할 수 있는 것이다.
그런데, 이러한 구성에 의하며, DPF(20)의 전단 및 후단에 설치한 한 쌍의 호스(31, 33)를 통하여 높은 온도의 배기 가스나 응축수 등이 차압 센서(30)에 유입될 수 있다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 차압 센서(30)의 위치가 엔진(10), DPF(20)보다 연직방향 상측으로 일정 간격 이격되어야 하고, 이 때, 위 한 쌍의 호스(31, 33)는 안정적으로 압력을 측정하기 위하여 항시 상측으로 향하는 상태(A1)가 되어야 한다. 만일, 위 한 쌍의 호스(31, 33)의 중간부가 하측으로 굴곡이 있는 상태(A2)가 되면, 위 굴곡이 있는 부분(41)으로 응축수가 고이게 되어 정밀한 압력 측정이 어려워지게 되는 한편, 차압 센서는 오염될 수 있다.
이처럼, 종래 기술에 의한 차압 센서(30)는 차압 센서(30)가 오염되거나 열해가 생기는 것을 방지하기 위하여, 그 배치상의 한계를 가질 수 밖에 없으며, DPF(20)의 전 후단에 한 쌍의 호스(31, 33)를 설치하여야 하기 때문에 원가가 증대되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, DPF 후단과 차압 센서를 직접 체결한 구조를 가진 차압 센서 및 이를 구비한 배기 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 차압 센서를 구비한 배기 시스템은 외부로부터 신기를 수용하여 터보 차져에 공급하는 흡기 파이프; 매연여과필터(DPF)를 통과한 EGR 가스를 상기 신기와 혼합되도록 상기 터보 차져의 상류에 공급하는 배기 파이프; 및 상기 매연여과필터의 전단 및 후단의 압력차를 측정하는 차압 센서; 을 포함하되, 상기 차압 센서는 상기 매연여과필터의 후단에 배치된 상기 배기 파이프에 직접 장착될 수 있다.
상기 차압 센서는 상기 매연여과필터의 상류 측과 연결되는 제1압력 밸브; 및 상기 매연여과필터의 하류 측과 연결되는 제2압력 밸브;를 포함하되, 상기 제2압력 밸브는 상기 배기 파이프에 지면에 수평한 방향으로 장착되고, 상기 제1압력 밸브는 상기 차압 센서에서 연직방향 하측으로 연장 형성될 수 있다.
상기 배기 파이프의 측부에는 그 내측이 개구된 기둥 형상으로 수평 방향으로 연장된 밸브 수용부가 형성되고, 상기 제2압력 밸브가 상기 밸브 수용부의 내측에 삽입 장착되도록, 상기 밸브 수용부의 내주면은 상기 제2압력 밸브의 외주면에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제2압력 밸브에는 실링홀이 그 외주면을 따라 형성되고, 상기 실링홀에는 상기 제2압력 밸브와 상기 밸브 수용부 사이의 실링성을 높이도록 실링 부재가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 실링 부재는 탄성 소재로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 밸브 수용부의 일면에는 상기 배기 파이프 측으로 관통되도록 제1직경을 갖는 제1홀이 형성되고, 상기 밸브 수용부의 타면에는 상기 제2압력 밸브를 수용하도록 제2직경을 갖는 제2홀이 형성되며, 상기 배기 파이프와 상기 제1, 2홀은 서로 연통되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1홀의 제1직경은 상기 제2홀의 제2직경보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1, 2홀은 지면에 수평한 방향으로 연장 형성되며, 상기 제1홀의 바닥면은 상기 제2홀의 바닥면보다 상측으로 단차지도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 차압 센서에는 상기 제2압력 밸브와 인접하도록 센서 소자가 구비되고, 상기 차압 센서가 상기 밸브 수용부에 삽입된 상태에서, 상기 센서 소자는 상기 제 2홀과 밸브 통로를 통해 서로 연통되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 밸브 통로의 최하측단은 응축수의 배출이 용이하도록 상기 제1통로의 최상측단보다 상측에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 의한 차압 센서 및 이를 구비한 배기시스템에 의하면, 차압 센서를 DPF 후단의 배기 라인에 직접 체결함으로써 하나의 호스와 하나의 니플에 해당되는 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 상하 방향으로 연장되도록 구성할 수 밖에 없었던 한 쌍의 호스 중에 하나의 호스를 제거함으로써 보다 설계상의 자유도가 높아지게 되는 한편 작업이 보다 용이하여 생산성이 향상될 수 있다. 이와 더불어, 차압 센서가 DPF의 후단에 직접 체결됨으로써 보다 안정적으로 차압 센서가 고정될 수 있게 되는 한편, DPF의 후단의 호스가 제거되고 차압 센서가 직접 배기 라인에 체결됨으로써, DPF 후단의 압력을 보다 정밀하게 감지할 수 있다.
도 1는 본 발명의 실시 예에 따른 차압 센서를 구비한 배기 시스템의 사시도이다.
도 2은 본 발명의 실시 예에 따른 차압 센서의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차압 센서를 구비한 배기 시스템의 단면도이다.
도 4는 종래기술에 의한 의한 차압 센서 및 이를 적용한 배기 시스템의 구성도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 엔진 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1는 본 발명의 실시 예에 따른 차압 센서를 구비한 배기 시스템의 사시도이고, 도 2은 본 발명의 실시 예에 따른 차압 센서의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 차압 센서를 구비한 배기 시스템의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 의한 배기 시스템은 외부로부터 신기(fresh air)를 수용하여 터보 차져(130)에 공급하는 흡기 파이프(110)와, DPF(140)를 통과한 EGR 가스를 터보 차져(130)의 상류에 유입시키는 배기 파이프(120)와, 위 흡기 파이프(110)와 배기 파이프(120)의 합류 지점에서 혼합된 신기와 배기가스의 압력을 배가하는 터보 차져(130)를 포함한다.
또한, DPF(140)의 후단(하류)에는 DPF(140)의 전단(상류) 및 후단의 압력차를 측정하는 차압 센서(200)가 장착된다. 이 차압 센서(200)는 배기 파이프(120)의 일측에 형성된 밸브 수용부(125)에 삽입 장착될 수 있다. 밸브 수용부(125)에는 DPF(140)의 후단 압력을 측정할 수 있도록 배기 파이프(120)와 연통되는 제1홀(127)과, 차압 센서(200)를 수용하는 제2홀(129) 그 내측에 형성되어 있다(도 3참조).
도 2를 참조하면, 차압 센서(200)는 센서 하우징(210)과, 센서 하우징(210)의 측면에 형성되며 DPF(140)의 상류에 형성된 배기 파이프(120)와 호스(도시하지 않음)로 연결되는 제1압력 밸브(230), 그리고 위 센서 하우징(210)의 일면에 형성되며 DPF(140)의 하류에 형성된 배기 파이프(120)에 직접 삽입 장착되는 제2압력 밸브(220)를 포함한다.
센서 하우징(210)는 그 내측에 배치된 센서 칩과, 센서 칩이 안착되는 센서 셀 등을 포함한 센서 소자(260)를 보호하는 기능을 수행한다.
제1압력 밸브(230)는 DPF(140)의 상류 측 배기 파이프(120)와 하나의 호스로 연결되어, 차압 센서(200)가 DPF(140)의 상류 측의 압력을 감지할 수 있게 한다. 한편, 차압 센서(200)가 배기 파이프(120)에 장착될 때, 제1압력 밸브(230)는 연직 방향 하측으로 연장된다. 이에 따라, 제1압력 밸브(230)에 장착되는 호스에 굴곡이 생기거나, 응축수가 호스 내측에 고이는 것을 방지할 수 있다.
제2압력 밸브(220)는 DPF(140)의 하류 측 배기 파이프(120)와 직접 체결된다. 따라서, 차압 센서(200)는 DPF(140)의 하류 측의 압력을 감지할 수 있고, 앞서 감지한 DPF(140)의 상류 측의 압력 사이의 차이값을 계산하여, 이를 제어부(도시하지 않음)에 전달한다. 제어부는 차압센서(200)에서 측정된 DPF(140)의 상류 및 하류의 압력 차이가 설정값 이상인 경우 매연 필터를 재생하게 할 수 있고, 인젝터로 연료를 후 분사함으로써 매연필터 내부에 포집된 수트(soot)를 연소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 제2압력 밸브(220)는 배기 파이프(120)에 삽입 장착되어 별도의 니플을 요하지 않는다. 이에 대하여는 도 3을 참조로 이하에서 더욱 자세히 설명하기로 한다.
제2압력 밸브(220)는 원통형상으로 형성될 수 있으며, 센서 하우징(210)의 일면으로부터 밸브 수용부(125) 측으로 돌출되도록 형성된다. 그리고, 제2압력 밸브(220)는 배기 파이프(120)에 형성된 밸브 수용부(125)에 삽입 장착될 수 있다. 이처럼, 제2압력 밸브(220)를 통하여 차압 센서(200)를 직접 배기 파이프(120)에 연결함으로써, 제2압력 밸브(220)와 배기 파이프(120)를 연결하기 위한 하나의 호스와, 니플을 제거할 수 있다. 따라서, 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
제2압력 밸브(220)의 반경 외측에는 실링홀(221)이 형성될 수 있고, 이 실링홀(221)에는 배기 가스 또는 이물질이 제2압력 밸브(220) 외측으로 새어나오는 것을 방지하도록 실링 부재(225)가 구비될 수 있다. 이 실링 부재(225)는 탄성 소재로 이루어질 수 있으며, 제2압력 밸브(220)가 밸브 수용부(125)에 결합시 반경 내측으로 눌리게 되어 그 탄력성으로 제2압력 밸브(220)와 밸브 수용부(125)의 결합성을 높일 수 있다.
제2압력 밸브(220)의 내측에는 센서 소자(260)가 구비되고, 센서 소자(260)에 의하여 DPF(140)를 통과한 배기 파이프(120) 내측의 배기 가스의 압력이 측정된다. 이를 위해, 배기 파이프(120)와 밸브 수용부(125) 사이에는 제1, 2홀(127, 129)이 형성된다.
제1홀(127)은 밸브 수용부(125)의 일면과 배기 파이프(120) 내측을 관통하도록 형성되고, 제2홀(129)은 밸브 수용부(125)의 타면에 형성되며, 제2압력 밸브(220)를 수용하도록 되어 있다. 이 제1, 2홀(127, 129)은 차압 센서(200)의 센서 소자(260)와 밸브 통로(265)를 통하여 상호간에 연통하도록 되어 있다.
제1홀(127)과 제2홀(129)는 각각 제1직경(D1)과 제2직경(D2)을 가지며, 제1직경(D1)은 제2직경(D2)보다 작게 설정된다. 따라서, 제1직경(D1)을 가진 제1홀(127)에 의하여 배기 파이프(120)를 흐르는 배기 가스의 유입량을 최소화할 수 있다.
또한, 도 3에서 도시된 바와 같이, 좁은 공간인 제1홀(127)을 통과한 배기가스가 넓은 공간을 가진 제2홀(129)에 다다르면서, 배기 가스가 흐르는 공간이 급격히 증대된다. 이로 인해, 점선으로 표시(GS)한 바와 같이, 제2홀(129)에는 배기 가스의 유동 텀블이 발생된다.
즉, 제1홀(127)의 좁은 공간을 따라 수평 방향으로 유입되는 배기 가스는 넓은 공간의 제2홀(129)로 들어가면서 와류를 형성하며 유동하게 된다. 따라서, 이물질이 제1홀(127)을 따라 유입되더라도 위 와류에 의하여 제2홀(129)의 상하 방향으로 유동하기 때문에, 밸브 통로(265)를 따라 센서 하우징(210) 내측의 센서 소자(260)로 직접 전달되는 것이 현저히 억제된다. 이는, 차압 센서(200)를 장시간 사용하더라도, 센서 소자(260)의 안정성 및 성능은 기대 수준으로 유지할 수 있게 한다.
이 때, 밸브 수용부(125)는 배기 파이프(120)의 측부로부터 지면과 수평하여 형성되어 있으며, 이 밸브 수용부(125)에 결합되는 제2압력 밸브(220)도 지면과 수평하게 배치된다. 따라서, 배기 가스는 상하로 와류를 형성하며 유동할 수 있고, 이물질은 중력방향으로 떨어지게 되어 제2홀(129)의 바닥면(129a)에 퇴적되는 것이다. 그리고, 제2압력 밸브(220)가 지면과 수평하게 연장된 상태에서, 제1압력 밸브(220)는 연직방향 하측으로 연장된다. 따라서, 제1압력 밸브(220)에 장착된 호스가 자연스럽게 중력방향을 향하게 함으로써, 호스에 굴곡이 생기거나 그 내측에 응축수가 고이는 현상을 억제한다.
한편, 제1홀(127)의 바닥면(127a)은 제2홀(129)의 바닥면(129a)보다 상측으로 높이차를 두고 형성된다. 따라서, 배기 가스의 하측 방향으로의 와류 발생이 보다 용이하게 되고, 제2홀(129)의 바닥면(129a)의 측벽이 형성됨으로써 이물질이 포집되는 것을 원활하게 한다.
또한, 제2홀(129)의 바닥면(129a)으로부터 제1홀(127)의 상면까지의 높이(H1)는 제2홀(129)의 바닥면(129a)으로부터 밸브 통로(265)의 하면까지의 높이(H2)보다 작게 설정된다. 따라서, 제1홀(127)로 유입된 이물질이 밸브 통로(265)로 유입되는 것을 방지한다. 이와 더불어, 배기 가스의 높은 온도가 냉각됨에 따라 응축수가 발생하게 될 경우, 이 응축수를 실선으로 표시(WS)한 바와 같이, 밸브 통로(265)로부터 제1홀(127)까지 용이하게 배출할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
110: 흡기 파이프
120: 배기 파이프
125: 밸브 수용부
127, 129: 제1홀, 제2홀
130: 터보 차져
140: DPF
200: 차압 센서
210: 센서 하우징
220: 제2압력 밸브
221: 실링 홀
225: 실링 부재
230: 제1압력 밸브
260: 센서 소자

Claims (10)

  1. 외부로부터 신기를 수용하여 터보 차져에 공급하는 흡기 파이프;
    매연여과필터(DPF)를 통과한 배기 가스 중의 일부를 상기 신기와 혼합되도록 상기 터보 차져의 상류에 공급하는 배기 파이프; 및
    상기 매연여과필터의 전단 및 후단의 압력차를 측정하는 차압 센서;
    를 포함하되,
    상기 차압 센서는 상기 매연여과필터의 후단에 배치된 상기 배기 파이프에 직접 장착되며,
    상기 차압 센서는
    상기 매연여과필터의 상류 측과 연결되는 제1압력 밸브; 및
    상기 매연여과필터의 하류 측과 연결되는 제2압력 밸브;
    를 포함하되,
    상기 배기 파이프의 측부에는 밸브 수용부가 형성되고,
    상기 제2압력 밸브가 상기 밸브 수용부의 내측에 삽입 장착되는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 수용부는 그 내측이 개구된 기둥 형상으로 수평 방향으로 연장되고,
    상기 밸브 수용부의 내주면은 상기 제2압력 밸브의 외주면에 대응되는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2압력 밸브는 상기 배기 파이프에 지면에 수평한 방향으로 장착되고, 상기 제1압력 밸브는 상기 차압 센서에서 연직방향 하측으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2압력 밸브에는 실링홀이 그 외주면을 따라 형성되고,
    상기 실링홀에는 상기 제2압력 밸브와 상기 밸브 수용부 사이의 실링성을 높이도록 실링 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실링 부재는 탄성 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 밸브 수용부의 일면에는 상기 배기 파이프 측으로 관통되도록 제1직경을 갖는 제1홀이 형성되고, 상기 밸브 수용부의 타면에는 상기 제2압력 밸브를 수용하도록 제2직경을 갖는 제2홀이 형성되며, 상기 배기 파이프와 상기 제1, 2홀은 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1홀의 제1직경은 상기 제2홀의 제2직경보다 작은 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1, 2홀은 지면에 수평한 방향으로 연장 형성되며,
    상기 제1홀의 바닥면은 상기 제2홀의 바닥면보다 상측으로 단차지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 차압 센서에는 상기 제2압력 밸브와 인접하도록 센서 소자가 구비되고, 상기 차압 센서가 상기 밸브 수용부에 삽입된 상태에서, 상기 센서 소자는 상기 제 2홀과 밸브 통로를 통해 서로 연통되는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 밸브 통로의 최하측단은 응축수의 배출이 용이하도록 상기 제1홀의 최상측단보다 상측에 형성되는 것을 특징으로 하는 차압 센서를 구비한 배기 시스템.
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