KR101836489B1 - 배기가스 재순환장치의 쿨러 보호장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 본체에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기파이프로부터 분기되는 이지알파이프에 재순환 배기가스를 냉각하도록 이지알 쿨러를 구비하고, 주브레이크를 보조하는 제동력을 발생시키도록 배기브레이크를 구비하는 배기가스 재순환장치에서 이지알 쿨러를 보호하는 장치에 있어서, 상기 이지알쿨러의 입구단과 이지알파이프사이를 연결하면서 재순환 배기가스의 통로를 형성하는 밸브하우징 :상기 밸브하우징에 왕복이동가능하게 조립되는 작동축의 선단에 상기 이지알쿨러의 입구와 일정간격을 두고 이격되는 차단판을 구비하고, 상기 밸브하우징을 통과하는 배기가스의 압력에 의해서 상기 이지알쿨러의 입구에 상기 차단판을 밀착시켜 상기 이지알쿨러의 입구를 차단하도록 제어하는 엑추에이터 ;를 포함하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치를 제공한다.

Description

배기가스 재순환장치의 쿨러 보호장치 {Device for Protecting the Cooler of Exhaust Gas Recirculation}

본 발명은 배기브레이크와 연동하는 배기가스 재순환장치의 쿨러를 보호하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 배기브레이크의 작동시 이지알 쿨러에 전달되는 배기가스의 피크배압을 근본적으로 차단하여 폭발위험성을 방지하고, 고온의 배기가스에 의한 이지알 쿨러의 내구성을 향상시키고, 차량출발시 터보랙을 예방하도록 배기체적을 감소시켜 차량응답성을 향상시킬 수 있는 배기가스 재순환장치의 쿨러 보호장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 또는 천연가스엔진은 강화되는 배기가스에 대한 환경규제를 만족시키기 위해서 터보챠저를 구동하고 배기가스를 재순환하기 위한 배기가스재순환장치(EGR: Exhaust Gas Recirculation) 또는 선택저감촉매(SCR: Selective Catalyst Reduction)를 배기계와 연관되도록 구성하였다.

그리고, 배기규제가 강화되면 될수록 배기가스의 온도는 지속적으로 상승되고 있으며 부품의 전자화도 지속적으로 증가되는데 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도증대는 곧바로 부품의 내구력을 저하시키는 요인으로 작용하였다.

특히, 천연가스 엔진의 경우 유로6 배기규제를 충족하기 위해서 배기가스재순환장치를 필수적으로 적용될 것으로 예상되며, 배기스가스 온도가 850도 수준인 경우 기존의 디젤엔진에 적용되는 배기가스재순환장치와 다르게 쿨러의 출측라인에 이지알밸브를 설치함으로써 이지알밸브를 쿨러의 입측 라인에 설치하여 차량응답성을 높이하고자 하는 핫 사이드 재순환배기장치(Hot Side EGR)보다 밸브조립체의 내구성을 향상시켜 밸브조립체를 보호할 수 있도록 콜드 사이드 재순환장치(Cold Side EGR)의 적용이 요구되고 있다.

도 1은 일반적으로 콜드 사이드 배기가스 재순환장치를 도시한 개략도로서, 엔진 본체(1)의 배기매니폴드를 통해 배출되는 배기가스에 의해 구동되는 터보차져(3)를 구비하고, 상기 터보차져(3)의 압축기(3a)를 통해 흡기매니폴드로 공급되는 고안,고압의 압축공기를 냉각시키도록 상기 흡기매니폴드와 연결되는 흡기파이프(4)에 인터쿨러(2)를 구비하며, 상기 터보차져(3)의 터빈(3b)과 연결되는 배기파이프로부터 분기되는 이지알파이프(5)에 고온 고압의 배기가스를 냉각하는 이지알쿨러(6)를 구비하고, 상기 이지알 쿨러(6)의 출측 재순환되는 배기가스의 순환량을 조절하는 이지알밸브(9)를 구비한다.

이에 따라, 상기 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스 중 일부는 이지알파이프(5)의 이지알쿨러(6)를 통해 냉각처리된 다음 상기 흡기매니폴드를 통해 엔진으로 재순환 공급된다.

한편, 상기 터보차져(3)로부터 연장된 배기파이프에는 차량의 주 브레이크를 보조하는 배기브레이크(7)가 설치됨으로써 상기 배기브레이크(7)가 작동되면 배기가스의 배압이 높아지고, 이러한 배압은 엔진에 작용하여 제동력을 발생시켜 주 브레이크의 제동력을 보조하게 된다.

그러나, 이러한 종래의 배기가스 재순환장치에서 상기 이지알쿨러(6)는 재순환공급되는 배기가스의 가스흐름상 850도의 고온 배기가스에 항상 노출되기 때문에 고온의 배기가스 열에 의한 내구성이 저하되고, 출발가속시 터보랙의 원인이 되는 배기체적(Dead Volume)이 증대되어 차량응답성을 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 주브레이크를 보조하는 배기브레이크(7)의 작동시 이지알파이프(5)측으로 전달되는 배기가스의 배압에 기인하는 피크배압에 의해 쿨러내에의 폭발위험성이 높아지게 되었다.

이러한 폭발의 위험성을 개선하기 위해서 배기브레이크를 리타더와 같은 고가의 보조브레이크로 대체하는 경우 엔진의 제조원가를 상승시키기 때문에 리타더와 같은 보조브레이크를 채용하기 곤란하였다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 배기브레이크의 작동시 이지알 쿨러에 전달되는 배기가스의 피크배압을 근본적으로 차단하여 폭발위험성을 방지하고, 고온의 배기가스에 의한 이지알 쿨러의 내구성을 향상시키고, 차량출발시 터보랙을 예방하도록 배기체적을 감소시켜 차량응답성을 향상시킬 수 있는 배기가스 재순환장치의 쿨러 보호장치를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진 본체에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기파이프로부터 분기되는 이지알파이프에 재순환 배기가스를 냉각하도록 이지알 쿨러를 구비하고, 주브레이크를 보조하는 제동력을 발생시키도록 배기브레이크를 구비하는 배기가스 재순환장치에서 이지알 쿨러를 보호하는 장치에 있어서, 상기 이지알쿨러의 입구단과 이지알파이프사이를 연결하면서 재순환 배기가스의 통로를 형성하는 밸브하우징 : 상기 밸브하우징에 왕복이동가능하게 조립되는 작동축의 선단에 상기 이지알쿨러의 입구와 일정간격을 두고 이격되는 차단판을 구비하고, 상기 밸브하우징을 통과하는 배기가스의 압력에 의해서 상기 이지알쿨러의 입구에 상기 차단판을 밀착시켜 상기 이지알쿨러의 입구를 차단하도록 제어하는 엑추에이터 ;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치를 제공한다.

바람직하게, 상기 엑추에이터는 에어가 채워지는 내부공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스의 내부공간을 분할하도록 배치되고, 상기 작동축의 일단이 연결되는 다이아프램 및 상기 이지알쿨러로부터 차단판이 멀어지도록 다이아프램을 탄력지지하는 탄성부재를 포함한다.

더욱 바람직하게, 상기 케이스는 외부공기가 유입되는 에어유입구를 갖는 제1케이스와, 상기 작동축의 왕복운동을 안내하는 부싱부재를 구비하는 제2케이스를 포함한다.

더욱 바람직하게, 상기 다이아프램은 외측테두리가 상기 케이스의 내측면에 고정되어 케이스의 내부공간을 분할하도록 배치된다.

더욱 바람직하게, 상기 케이스에는 상기 다이아프램에 일단이 접하는 탄성부재의 타단이 접하도록 접촉판을 구비하는 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 작동축은 상기 차단판의 일측면 중앙으로부터 일정길이 연장되는 연장축과, 상기 연장축과 일단부가 나사결합되고 상기 다아이프램에 타단이 연결고정되는 연결축을 포함한다.

바람직하게 상기 작동축은 상기 밸브하우징에 구비되는 안내부의 안내공에 왕복이동가능하게 조립된다.

바람직하게, 상기 엑추에이터는 상기 밸브하우징에 조립되는 연결브라켓의 브라켓베이스에 고정설치된다.

바람직하게, 상기 엑추에이터는 그 외부면을 일정간격을 두고 감싸 고온의 열로부터 보호할 수 있도록 방열덮개를 구비한다.

바람직하게, 상기 이지알 쿨러의 출측에는 상기 이지알쿨러의 유출구를 통한 배기가스의 순환공급량을 조절하도록 전자식 이지알밸브를 구비한다.

더욱 바람직하게, 상기 엑추에이터는 상기 전자식 이지알 밸브에 구비되는 구성부품중 어느 하나의 한계온도를 기준값으로 설정하거나 상기 엑추에이터에 구비되는 구성부품 중 어느 하나의 한계온도를 기준값으로 설정하여 상기 기준값보다 높은 온도의 배기가스가 이지알쿨러의 내부로 공급되지 않도록 차단판을 유입구에 밀착시킨다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 배기브레이크의 작동시 이에 연동하여 이지알쿨러의 유입구에 차단판을 밀착시켜 재순환 배기가스의 공급유로를 차단함으로써 고온고압의 배기가스가 이지알 쿨러의 내부로 유입되지 않기 때문에 고온고압의 배기가스에 의한 이지알 쿨러의 폭발을 예방할 수 있다.

또한, 차량출발시 재순환 배기가스를 사용하지 않는 구간에서 이지알쿨러의 유입구에 차단판을 밀착시켜 배기가스의 공급유로를 차단함으로써 배기체적을 감소시킬 수 있기 때문에 터보랙을 방지하여 차량의 응답성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적으로 콜드 사이드 배기가스 재순환장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치를 도시한 설치상태도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치를 도시한 작동상태도로서,
a)는 배기브레이크 작동시 또는 터보랙 보상시 작동상태
b)는 정상주행시 작동상태이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치(100)는 도 2 내지 도 4a와 4b에 도시한 바와 같이, 배기브레이크와 연동하여 배기브레이크 작동시 배기가스의 배압피크가 이지알 쿨러내로 전달되는 것을 차단하여 쿨러내에서의 폭발사고를 방지하여 보호하도록 밸브하우징(110)과 엑추에이터(120)를 포함한다.

상기 밸브하우징(110)은 배기파이프로부터 분기되어 재순환되는 고온의 배기가스를 냉각하는 이지알쿨러(6)의 입구단에 일단이 접하여 연결되고, 상기 이지알파이프(5)에 타단이 연결되어 상기 이지알 쿨러(6)의 입구단으로 재순환 배기가스가 공급되는 통로를 형성하는 것이다.

이러한 밸브하우징(110)은 상기 이지알쿨러(6)와 이지알파이프(5)사이를 연통연결하는 엘보우형 관부재로 이루어질 수 있다.

상기 엑추에이터(120)는 상기 밸브하우징(110)에 왕복이동가능하게 조립되는 작동축(122)의 선단에 상기 이지알쿨러(6)의 유입구(6a)와 일정간격을 두고 이격되는 차단판(121)을 포함한다.

상기 밸브하우징(110)의 내부를 통과하는 배기가스의 압력에 의해서 상기 이지알쿨러(6)의 유입구에 상기 차단판(121)을 밀착시켜 배기가스의 공급흐름을 차단하여 고온고압의 배기가스가 이지알쿨러(6)의 내부로 전달되는 것을 일시적으로 차단제어하는 것이다.

이러한 엑추에이터(120)는 외부공기가 유입되어 채워지도록 일정크기의 내부공간을 갖는 케이스(123)와, 상기 케이스(123)의 내부공간을 분할하도록 배치되고, 상기 작동축(122)의 일단이 연결되는 다이아프램(124) 및 상기 이지알쿨러(6)로부터 차단판(121)이 멀어지도록 다이아프램(124)을 일측으로 탄력지지하는 탄성부재(125)를 포함한다.

여기서, 상기 케이스(123)는 미도시된 레큘레이터로붜 일정세기의 공기압으로 외부공기가 강제 유입되도록 적어도 하나의 에어유입구(123c)를 갖는 제1케이스(123a)와, 상기 작동축(122)의 왕복운동을 안내하는 부싱부재(123d)를 구비하는 제2케이스(123b)를 포함하며, 상기 제1케이스(123a)와 제2케이스(123b)사이의 결합부위에 상기 다이아프램(124)의 외측테두리가 맞물려 위치고정되는 것이다.

상기 제2케이스(123b)에는 상기 다이아프램(124)에 일단이 접하는 탄성부재(125)의 타단이 접하도록 접촉판(123e)을 구비하는 것이 바람직하며, 상기 부싱부재(123d)는 상기 접촉판에 형성되는 고정박스에 수용되어 위치고정된다.

이에 따라, 상기 배기브레이크(7)의 작동시 상기 밸브하우징(110)을 통하여 일정압력, 5bar이상의 배압을 발생시키는 배기가스가 이지알쿨러(6)측으로 전달되면, 상기 차단판(121)은 이지알쿨러의 유입구(6a)에 접하여 차단하도록 이동되면서 작동축(122)이 도면상 우측으로 전진작동되기 때문에 상기 탄성부재(125)는 탄성복원력을 갖도록 신장되고, 상기 다이아프램(124)도 탄성복원력을 갖도록 변형된다.

이어서, 상기 배기브레이크(7)의 작동중단에 의하여 상기 밸브하우징(110)의 내부를 통과하는 배기가스의 배압제거되면, 상기 다이아프램(124)및 탄성부재(125)의 탄성복원력에 의해서 도면상 좌측으로 후진복귀되어 상기 이지알쿨러(6)의 유입구(6b)를 개방하도록 이격된다.

또한, 상기 작동축(122)은 상기 차단판(121)의 일측면 중앙으로부터 일정길이 연장되는 연장축(122a)과, 상기 연장축(122a)과 일단부가 나사결합되고 상기 다아이프램(124)에 타단이 연결고정되는 연결축(122b)을 포함한다.

이에 따라, 상기 차단판(121)과 상기 이지알쿨러의 유입구(6a)간의 간격을 조절하고자 하는 경우, 상기 연장축(122a)과 나사결합되는 연결축(122b)간의 연결부위를 길게 연장하고, 짤게 축소하여 상기 간격을 조절할 수 있는 것이다.

또한, 상기 작동축(122)은 상기 밸브하우징(110)에 구비되는 안내부(115)의 안내공(115a)에 왕복이동가능하게 조립된다.

그리고, 상기 엑추에이터(120)는 상기 밸브하우징(110)에 형성된 브라켓베이스(132)에 조립되는 대략 "ㄷ"단면상의 연결브라켓(130)과 교체가능하도록 고정설치된다.

여기서, 상기 엑추에이터(120)의 외부면을 일정간격을 두고 감싸 외부환경으로부터 전달되는 고온의 열로부터 보호할 수 있도록 방열덮개(140)를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 이지알쿨러(6)에서 냉각된 재순환 배기가스가 배출되는 이지알 쿨러(6)의 후단인 출측에는 상기 이지알쿨러의 유출구를 통한 배기가스의 순환공급량을 조절하도록 전자식 이자알밸브(140)를 구비할 수 있다.

이러한 구성을 갖는 쿨러보호장치(100)를 이지알파이프(5)와 이지알쿨러(6)사이에 조립한 상태에서, 배기파이프를 통하여 배출되는 배기가스 통로를 차단하여 배기브레이크(7)가 작동되면, 상기 밸브하우징(110)의 내부공간으로 배기가스의 배압이 전달되고, 전달되는 배기가스의 피크압력이 엑추에이터(120)의 케이스(123)내에 배치된 탄성부재(125)의 탄성력보다 커지게 된다.

이러한 경우, 상기 이지알쿨러(6)의 유입구로부터 이격되어 있던 차단판(121)이 이지알쿨러(6)측으로 강제이동되면서 유입구(6a)와 접하여 이를 통하여 고온의 배기가스가 유입되는 것을 차단함으로써 고온의 배기가스가 이지알쿨러의 내부로 유입되어 폭발(burst)을 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.

또한, 재순환가스를 엔진본체내로 재순환공급하지 않는 구간인 1200rpm에서도 차단판의 작동에 의해서 배기가스의 공급유로를 차단하도록 이지알쿨러의 유입구에 밀착됨으로써 터보랙(turbo lag)을 방지하도록 배기체적을 감소시켜 차량응답성을 향상시킬 수 있는 것이다.

반대로, 상기 배기브레이크(7)의 작동이 중단되거나 재순환 배기가스를 사용하게 되는 구간에서는 이지알 쿨러(6)의 유입구(6a)로부터 차단판(121)이 이격되도록 하여 재순환가스를 정상적으로 이지알쿨러내로 공급하여 냉각시킨 후 엔진본체측으로 재순환공급하며, 이때, 상기 전자식 이지알밸브(140)도 재순환 배기가스의 재순환 공급흐름이 이루어지도록 개방작동된다.

한편, 상기 엑추에이터(120)에 연결된 차단판(121)의 밸브작동은 온도한계조건에 따라 다단으로 제어될 수 있다.

즉, 상기 엑추에이터(120)는 상기 전자식 이지알 밸브(140)에 구비되는 기판의 한계온도인 140도를 기준값으로 하여 이보다 높은 고온의 배기가스가 이지알 쿨러(6)를 통하여 상기 전자식 이지알밸브(140)측으로 전달되지 않도록 차단판(121)을 이지알쿨러(6)의 유입구에 밀착시키거나 상기 케이스(123)의 내부에 구비되는 구성부품 중 어느 하나인 다이아프램(124)의 한계온도인 200도를 기준값으로 하여 이보다 높은 고온의 배기가스가 이지알 쿨러(6)의 내부로 공급되지 않도록 상기 차단판(121)을 이지알쿨러(6)의 유입구에 밀착시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 엔진본체 2 : 인터쿨러
3 : 터보차져 4 : 흡기파이프
5 : 배기파이프 6 : 이지알쿨러
7 : 배기브레이크 110 : 밸브하위징
120 : 엑추에이터 121 : 차단판
122 : 작동축 123 : 케이스
124 : 다이아프램 125 : 탄성부재
130 : 연결브라켓 140 : 전자식 이지알밸브

Claims (11)

1. 엔진 본체에서 발생된 배기가스를 배출하는 배기파이프로부터 분기되는 이지알파이프에 재순환 배기가스를 냉각하도록 이지알 쿨러를 구비하고, 주브레이크를 보조하는 제동력을 발생시키도록 배기브레이크를 구비하며, 이지알 쿨러의 출측에는 이지알쿨러의 유출구를 통한 배기가스의 순환공급량을 조절하도록 전자식 이지알밸브를 구비한 배기가스 재순환장치에서 이지알 쿨러를 보호하는 장치에 있어서,
   상기 이지알쿨러의 입구단과 이지알파이프사이를 연결하면서 재순환 배기가스의 통로를 형성하는 밸브하우징; 및
   상기 밸브하우징에 왕복이동가능하게 조립되는 작동축의 선단에 상기 이지알쿨러의 입구와 일정간격을 두고 이격되는 차단판을 구비하고, 상기 밸브하우징을 통과하는 배기가스의 압력에 의해서 상기 이지알쿨러의 입구에 상기 차단판을 밀착시켜 상기 이지알쿨러의 입구를 차단하도록 제어하는 엑추에이터;를 포함하며,
   상기 엑추에이터는 상기 전자식 이지알 밸브에 구비되는 구성부품중 어느 하나의 한계온도를 기준값으로 설정하거나 상기 엑추에이터의 내부에 구비되는 구성부품 중 어느 하나의 한계온도를 기준값으로 설정하여 상기 기준값보다 높은 온도의 배기가스가 이지알쿨러의 내부로 공급되지 않도록 차단판을 유입구에 밀착시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 엑추에이터는 에어가 채워지는 내부공간을 갖는 케이스와, 상기 케이스의 내부공간을 분할하도록 배치되고, 상기 작동축의 일단이 연결되는 다이아프램 및 상기 이지알쿨러로부터 차단판이 멀어지도록 다이아프램을 탄력지지하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 케이스는 외부공기가 유입되는 에어유입구를 갖는 제1케이스와, 상기 작동축의 왕복운동을 안내하는 부싱부재를 구비하는 제2케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 다이아프램은 외측테두리가 상기 케이스의 내측면에 고정되어 케이스의 내부공간을 분할하도록 배치된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 케이스에는 상기 다이아프램에 일단이 접하는 탄성부재의 타단이 접하도록 접촉판을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 작동축은 상기 차단판의 일측면 중앙으로부터 일정길이 연장되는 연장축과, 상기 연장축과 일단부가 나사결합되고 상기 케이스의 내부공간을 분할하도록 배치되어 상기 작동축의 일단이 연결되는 다이아프램에 타단이 연결고정되는 연결축을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
7. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 작동축은 상기 밸브하우징에 구비되는 안내부의 안내공에 왕복이동가능하게 조립되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
8. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 엑추에이터는 상기 밸브하우징에 조립되는 연결브라켓의 브라켓베이스에 고정설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
9. 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 엑추에이터는 그 외부면을 일정간격을 두고 감싸 고온의 열로부터 보호할 수 있도록 방열덮개를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치의 쿨러보호장치.
10. 삭제
11. 삭제

Images