KR102257507B1 - 배기가스 재순환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 냉각기(1)를 구비하는 배기가스 재순환 시스템에 관한 것으로서, 이 경우 흐름 방향으로 상기 배기가스 냉각기 다음에는 응축기(2)가 장치되어 있으며, 상기 응축기는 신선 공기(7)에 의해 관류 된다.

Description

배기가스 재순환 시스템{EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM}
본 발명은 배기가스 재순환 시스템(exhaust gas recirculation system)에 관한 것이다.
배기가스 재순환 영역에서 해결해야할 특별 과제는, 재순환되는 배기가스가 수증기를 포함하고, 이때 이러한 수증기는 응축될 수 있을뿐만 아니라 엔진, 또는 예를 들면 터보 과급기의 압축기 휠(compressor wheel) 또는 커넥팅 로드(connecting rod) 또는 크랭크 샤프트(crankshaft)와 같은 주변 부품들을 손상시킬 수 있다는 것이다. 이러한 현상은 특히 엔진이 식은 상태(cold engine)에서 발생한다.
US 2016/0115861 A1호에는 배기가스 재순환 시스템이 공지되어 있으며, 이 경우 상기 배기가스 재순환 시스템은 엔진 냉각수에 의해 관류 되는 응축기를 구비한 배기가스 냉각기(exhaust gas cooler)를 포함한다. 또한, MTZ 06/2015(22페이지 이하)에는, 배기가스를 신선 공기(fresh air)와 혼합하고, 응축물을 배출하는 장치가 기술되어 있다.
이러한 배경에서 본 발명의 과제는, 응축물과 관련하여 발생하는 문제점들을 최소한으로 감소시킬 수 있고 구조가 단순한 배기가스 재순환 시스템을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위의 청구항 1에 기술된 배기가스 재순환 시스템에 의해서 해결된다.
따라서 배기가스 냉각기는 흐름 방향으로 하류에 장치된 응축기를 구비하고, 이러한 응축기는 신선 공기에 의해 관류 된다. 신선 공기를 이용함으로써, 흐름 방향으로 하류에 응축기가 장치된 상기 배기가스 냉각기가 매우 단순한 구조로 설계될 수 있다. 특히, 배기가스가 미리 냉각됨으로써 온도 안정성(temperature stability)과 관련하여 응축기에서 요구되는 요구 사항들이 비교적 쉽게 달성될 수 있다. 이러한 점은 신선 공기 관류 요건에도 해당된다. 특히 바람직하게 응축기를 구비한 배기가스 냉각기는 하나의 구조 유닛을 형성하거나 적어도 이러한 구조 유닛 상에 설치될 수 있다. 특히, 응축기는 컬렉터(collector), 수집 탱크(collection tank) 또는 헤드 탱크(head tank)로도 명명될 수 있는 배기가스 컬렉터 내에 제공될 수 있다. 이러한 점에 있어서 본 발명에 따른 배기가스 재순환 시스템은, 동일한 구조 유닛 내에 배기가스 컬렉터를 포함하는 배기가스 냉각기에서, 신선 공기가 상기 배기가스 컬렉터를 관류할 수 있는 가능성이 커짐으로써 형성될 수 있으며, 그 결과 본 발명에 따른 응축기가 형성된다.
바람직한 개선예들은 추가 청구항들에 기술되어 있다.
응축기는 응축물을 분리하기 위해 신선 공기에 의해 관류 되는 하나 이상의 관(pipe)을 구비할 수 있고, 이때 이러한 관의 축은 기본적으로 수평으로 진행될 수 있으며, 결과적으로 응축물이 아래쪽에 모이게 되고 배출구를 통해 응축기에서 배출될 수 있다.
더 나아가, 상기 관축이 기본적으로 배기가스의 유동 방향에 수직으로 진행 되는 실시 형태의 경우 매우 우수한 결과가 예상된다.
응축과 관련하여 계속 냉각되는 배기가스에서 신선 공기 관으로의 열전달을 더욱 쉽게 하기 위해서는 상기 신선 공기 관이 리브(rib)들을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 응축기의 경우, 탱크로 이어지는 배출구를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 탱크는 바람직한 방식으로 응축물을 저장하기 위해 사용된다.
특히, 탱크는 바람직하게 엔진의 신선 공기 측 및/또는 내연 기관의 배기가스 배출구와 연결될 수 있으므로, 작동 상태에 따라, 탱크의 응축물을 특정 작동 상황에서 연소 챔버로 재순환시킬 수 있고 - 이러한 점은 엔진의 효율을 높이며 -, 또는 예를 들어 배기가스 컬렉터가 응축물을 수증기로 증발시킬 수 있도록 충분히 가열된 작동 상태에서 응축물과 상기 수증기를 배기가스에 부가할 수 있는 옵션(들)이 주어지며, 그 결과 상기 수증기가 차량에서 사라진다. 이와 같이 응축물이 연소 챔버로 재순환될 경우 연비는 물론 배기가스 배출이 감소된다.
마지막으로 응축기가 바람직하게 배기가스 냉각기의 배기가스 컬렉터 내에 제공되어 있음으로써 더욱 콤팩트한 구조에서 본 발명에 따른 기능이 달성된다.
하기에서는 본 발명의 실시예가 도면을 참조해서 더욱 상세히 설명된다. 도면부에서:
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 냉각기의 개략적인 측면도이고;
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 냉각기의 개략적인 저면도이며;
도 3은 제1 작동 상태에서 도시한 회로도이고; 그리고
도 4는 제2 작동 상태에서 도시한 회로도이다.
도 1에서 알 수 있듯이, 재순환되는 배기가스(9)는 맨 먼저 배기가스 냉각기(1)를 관류한 다음 응축기(2)를 관류한다. 도시된 예에서 상기 응축기는 기본적으로 하우징을 둘러싸는 공간에 의해 형성되며, 신선 공기 관(3)은 이러한 공간을 통해 가이드 되며, 상기 신선 공기 관의 지름은 설명한 응축기 하우징의 치수보다 단지 약간 작다. 상기 응축기 하우징의 바닥부에는 응축물 배출을 위한 배출구(4)가 위치한다. 흐름 방향으로 응축기 다음에 장치된 배기가스 재순환 밸브는 도면 부호 5로 표시되며, 이러한 배기가스 재순환 밸브는 수증기가 제거된 건조한 상태의 배기가스를 조절한다. 앞서 언급한 하우징은 흐름 방향으로 배기가스 냉각기(1) 다음에 배치된 배기 가스 컬렉터의 하우징일 수 있다. 특히, 배기가스 냉각기(1)는 배기가스가 통과하는 다수의 분리된 관 또는 채널을 가질 수 있고, 이러한 경우 개개의 배기가스 흐름은 기술된 배기가스 컬렉터 영역에 모인다.
도 2의 저면도에는, 추가로 리브(8)들이 표시되어 있으며, 이러한 리브들은 신선 공기 관(3) 상에 바람직하게는 이러한 신선 공기 관의 둘레를 완전히 둘러싸는 방식으로 그리고/또는 배기가스 유동 방향에 평행하게 형성되어 있을 수 있다. 도 2의 저면도에서는 또한, 신선 공기 관(3)이 응축기의 하우징을 완전히 관통하여 연장되는 것을 알 수 있다. 도면 부호 7은 신선 공기의 유동을 나타낸다. 이 경우 도시된 바람직한 배열체에 따르면, 상기 신선 공기 유동(7)이 기본적으로 배기가스의 유동에 수직으로 진행된다.
도 3에는 추가로 탱크(11)가 도시되어 있고, 이러한 탱크는 응축기(2)의 배출구(4)와 연결되어 있으며, 그 결과 라인(10)을 통해 응축물이 상기 탱크(11) 내에 모일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 응축물은 상기 탱크에서 연소 챔버로 재순환될 수 있다. 또한, 도 3에는 표시된 바에 따르면, 엔진이 배기가스 터보 과급기(12)를 구비할 수 있으며, 이러한 배기가스 터보 과급기는 유동 방향으로 촉매기(catalyst)(13) 앞에 위치한다. 도 3에 나타나 있듯이, 충전될 신선 공기가 재순환되는 배기가스를 함유한 후에, 흐름 방향으로 배기가스 냉각기 다음에 장치된 본 발명에 따른 응축기는 특히, 재순환되는 배기가스가, 수증기가 제거된 건조한 상태가 되므로 그가 가진 영향력을 발휘하고, 원래 함유되어 있던 수증기가 배기가스 터보 과급기의 압축기 휠의 손상을 일으키지 않을 수 있다.
도 4에는 대안적인 회로도가 도시되어 있으며, 이 경우에도 마찬가지로 응축물이 탱크(11) 내에 모이게 되며, 그러나 이러한 탱크로부터는 응축물이 증발되고 차량에서 배출되는 배기가스에 부가된다. 이 외에 나머지 구조는 도 3의 구조와 일치한다.

Claims (7)

  1. 배기가스가 통과하는 다수의 분리된 관 및 상기 다수의 분리된 관을 통과한 배기가스를 모으는 컬렉터를 포함하는 배기가스 냉각기; 및
    상기 컬렉터를 관통하여 연장되는 신선 공기 관(3)으로 형성되어 상기 컬렉터 내에 제공되어 있고 신선 공기(fresh air)(7)에 의해 관류되는 응축기(2);를 포함하고,
    상기 응축기(2)는 탱크(tank)(11)로 가이드 되는 배출구(4)를 구비하고,
    상기 다수의 분리된 관을 통과한 후에도 배기가스에 함유되어 있는 수분이 상기 컬렉터 내의 상기 신선 공기 관(3)에 의해 응축되고 상기 배출구(4)를 통해 상기 탱크(11)로 배출되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 냉각기(1)를 구비한 배기가스 재순환 시스템(exhaust gas recirculation system).
  2. 제1항에 있어서, 상기 신선 공기 관(3)은 신선 공기(7)에 의해 관류 되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 냉각기(1)를 구비한 배기가스 재순환 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 신선 공기 관(3)의 축이 기본적으로 배기가스(9)의 유동 방향에 수직으로 진행되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 냉각기(1)를 구비한 배기가스 재순환 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 신선 공기 관(3)이 리브(rib)(8)들을 구비하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 냉각기(1)를 구비한 배기가스 재순환 시스템.
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