KR19980047133A

KR19980047133A - 배기 가스 재순환 장치(egr 시스템)

Info

Publication number: KR19980047133A
Application number: KR1019960065576A
Authority: KR
Inventors: 장성기
Original assignee: 박병재; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-09-15

Abstract

본 발명은 종래의 배기 가스 재순환 장치가 배기압이 흡기압보다 낮을 경우에는 배기 매니폴드로부터 EGR 가스가 흡기 매니폴드로 이동되지 않고 오히려 흡기 매니폴드의 신기가 배기 매니폴드로 공급되는 문제점이 있기 때문에, 터보 차저를 통과하지 않고 우회되는 배기 가스가 지나는 배기 가스 우회 파이프(61)와, 상기 EGR 파이프(54)와 배기 가스 우회 파이프(61)를 연결하는 연결 파이프(62)와, 상기 EGR 파이프(54)와 배기 가스 우회 파이프(61)에 걸쳐 설치된 터보 차저 펌프(63)와, 상기 배기 가스 우회 파이프(61)와 연결 파이프(62)의 연결부에 설치된 제1밸브(64)와, 상기 EGR 파이프(54)에 설치되어 상기 제1밸브(64)가 배기 가스를 터보 차저 펌프(63) 방향으로 연통시킬 때 EGR 파이프(54)를 오픈시키는 제2밸브(65)와, 상기 제1밸브(64) 및 제2밸브(65)를 제어하는 밸브 컨트롤러(66)와, 흡기압과 배기압을 비교하여 상기 밸브 컨트롤러(66)에 밸브 제어 신호를 보내는 ECU(67)로 구성된 EGR 펌프 구조가 포함됨으로써, 흡기압에 비해 배기압이 낮더라도 터보 차저 펌프(63)가 EGR 가스를 가압하여 흡기 매니폴드(51)로 공급함으로써 엔진(50)의 전 구동 구간에 걸쳐 사용이 가능하므로 차량의 외부로 배출되는 배기 가스 속의 질소 함유량의 총량을 줄일 수 있는 배기 가스 재순환 장치에 관한 것이다.

Description

배기 가스 재순환 장치(EGR 시스템)

본 발명은 배기 가스의 일부를 재순환시켜 연소시의 최고 온도를 낮춤으로써 질소 산화물의 발생을 저감시키기는 배기 가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recircul- ation system)에 관한 것으로서, 특히 터보 차저가 사용되는 디젤 기관에서 배기압이 흡기압에 비해 낮을 경우라도 배기 가스의 압력을 이용하여 EGR 가스를 가압함으로써 엔진의 전 동작 구간에 걸쳐 유해 가스의 양을 저감시킬 수 있는 배기 가스 재순환 장치에 관한 것이다.

종래의 배기 가스 재순환 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스가 통과되는 배기 매니폴드(12)와, 상기 배기 매니폴드(12)의 배기 가스중 일부가 흡기 매니폴드(11)로 재순환되는 통로인 EGR 파이프(14)와, 상기 EGR 파이프(14)의 중간에 설치되어 EGR 가스의 흐름을 단속하는 EGR 밸브(13)와, 부압을 이용하여 상기 EGR 밸브(13)를 작동시키는 부압 발생부(15)로 구성되어 있다.

이때, 상기 부압 발생부(15)는 엔진(10)의 외측에 별도로 설치된 진공 펌프가 사용되거나, 스로틀 바디에서 발생되는 부압을 이용하기도 한다.

상기와 같이 구성된 종래의 배기 가스 재순환 장치는 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스를 EGR 파이프(14)를 통해 재순환시켜 연소실의 온도를 낮춤으로써 배기 가스중의 질소 산화물 함유량을 저감시키게 된다.

엔진(10)에서 배출되는 배기 가스는 배기 매니폴드(12)를 통해 빠져 나가게 되는데, 그 중 일부가 상기 EGR 파이프(14)를 통해 흡기 매니폴드(11)로 재순환된다. 이때, 상기 EGR 밸브(13)가 부압 발생부(15)에서 발생된 부압에 의해 작동되어 EGR 파이프(14)로 흐르는 배기 가스를 단속하게 된다.

EGR 파이프(14)를 통해 재순환된 EGR 가스는 신기와 함께 엔진(10)의 연소실에 공급되어 연료를 연소시키게 되는데, EGR 가스는 이미 연소가 된 상태이므로 연소되지 않아 엔진의 이론상 폭발에 비해 작은 폭발이 일어나게 한다. 따라서, 연소실의 온도는 내려가게 되고, 연소실의 온도 저하로 질소 산화물의 발생이 억제되기 때문에 차량의 외부로 배출되는 배기 가스중의 질소 산화물의 농도는 저하되게 된다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 배기 가스 재순환 장치는 배기압이 흡기압보다 낮을 경우에는 배기 매니폴드(12)로부터 EGR 가스가 흡기 매니폴드(11)로 이동되지 않고 오히려 흡기 매니폴드(11)의 신기가 배기 매니폴드로(12) 공급되는 문제점이 있다.

즉, 도 1b에 도시된 바와 같이 동일 rpm으로 회전되는 엔진에서는 엔진 토크가 증가됨에 따라 배기압과 흡기압이 증가되는데, 흡기압은 배기압에 비해 훨신 빠르게 증가된다. 따라서, 엔진 토크가 일정 위치에 다다르면 배기압과 흡기압이 일치하게 되고 이후에는 흡기압이 배기압에 비해 높아지므로, 배기 가스 재순환 장치를 사용할 수 없는 EGR 불가 영역이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배기압에 의해 구동되는 EGR 펌프를 사용하여 배기압이 흡기압보다 낮을 경우라도 배기 가스의 재순환이 이루어지도록 구성됨으로써 엔진의 전 구동 구간에 걸쳐 사용이 가능한 배기 가스 재순환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 종래의 배기 가스 재순환 장치가 개략적으로 도시된 구성도이고,

도 1b는 종래의 EGR 영역이 도시된 도면으로서 동일 rpm에서의 엔진 토크-압력선도이며,

도 2는 본 발명에 의한 배기 가스 재순환 장치가 개략적으로 도시된 구성도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

50 : 엔진 51 : 흡기 매니폴드

52 : 배기 매니폴드 53 : EGR 밸브

54 : EGR 파이프

61 : 배기 가스 우회 파이프 62 : 연결 파이프

63 : 터보 차저 펌프 63a : EGR 터빈

63b : EGR 컴프레서 63c : 회전축

64 : 제1밸브 65 : 제2밸브

66 : 밸브 컨트롤러 67 : ECU

본 발명은 배기 매니폴드의 배기 가스중 일부가 흡기 매니폴드로 재순환되는 통로인 EGR 파이프와, 상기 EGR 파이프의 중간에 설치되고 부압 발생부의 부압에 의해 작동되어 EGR 가스의 흐름을 단속하는 EGR 밸브를 포함하여 구성된 배기 가스 재순환 장치에 있어서, 상기 EGR 파이프의 중간에 설치되어 EGR 가스를 가압하는 EGR 펌프 구조가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 EGR 펌프 구조는 터보 차저를 통과하지 않고 우회되는 배기 가스가 지나는 배기 가스 우회 파이프와, 상기 EGR 파이프와 배기 가스 우회 파이프를 연결하는 연결 파이프와, 상기 EGR 파이프와 배기 가스 우회 파이프에 걸쳐 설치된 터보 차저 펌프와, 상기 배기 가스 우회 파이프와 연결 파이프의 연결부에 설치된 제1밸브와, 상기 EGR 파이프에 설치되어 상기 제1밸브가 배기 가스를 터보 차저 방향으로 연통시킬 때 EGR 파이프를 오픈시키는 제2밸브와, 상기 제1밸브 및 제2밸브를 제어하는 밸브 컨트롤러와, 흡기압과 배기압을 비교하여 상기 밸브 컨트롤러에 밸브 제어 신호를 보내는 ECU로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 배기 가스 재순환 장치는 도 2에 도시된 바와 같이 배기 매니폴드(52)의 배기 가스중 일부가 흡기 매니폴드(51)로 재순환되는 통로인 EGR 파이프(54)와, 상기 EGR 파이프(54)의 중간에 설치되고 부압 발생부의 부압에 의해 작동되어 EGR 가스의 흐름을 단속하는 EGR 밸브(53)와, 터보 차저를 통과하지 않고 우회되는 배기 가스가 지나는 배기 가스 우회 파이프(61)와, 상기 EGR 파이프(54)와 배기 가스 우회 파이프(61)를 연결하는 연결 파이프(62)와, 상기 EGR 파이프(54)와 배기 가스 우회 파이프(61)에 걸쳐 설치된 터보 차저 펌프(63)와, 상기 배기 가스 우회 파이프(61)와 연결 파이프(62)의 연결부에 설치된 제1밸브(64)와, 상기 EGR 파이프(54)에 설치되어 상기 제1밸브(64)가 배기 가스를 터보 차저 펌프(63) 방향으로 연통시킬 때 EGR 파이프(54)를 오픈시키는 제2밸브(65)와, 상기 제1밸브(64) 및 제2밸브(65)를 제어하는 밸브 컨트롤러(66)와, 흡기압과 배기압을 비교하여 상기 밸브 컨트롤러(66)에 밸브 제어 신호를 보내는 ECU(67)로 구성된다.

이때, 상기 제1밸브(64)는 배기 가스 우회 파이프(61)를 흐르는 배기 가스를 연결 파이프(62)와 터보 차저 펌프(63)중 어느 한방향으로 공급하는 3방향 밸브가 사용되고, 상기 터보 차저 펌프(63)는 상기 배기 가스 우회 파이프(61)를 흐르는 배기 가스에 의해 회전되는 EGR 터빈(63a)과, 상기 EGR 터빈(63a)과 동일 회전축(63c)으로 연결되어 EGR 파이프(54)를 흐르는 EGR 가스를 가압하는 EGR 컴프레서(63b)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 배기 가스 재순환 장치는 배기 매니폴드(52)를 통해 배출되는 배기 가스의 일부를 흡기 매니폴드(51)에 재순환시키고, 흡기압에 비해 배기압이 낮을 경우 터보 차저 펌프(63)를 이용하여 EGR 가스를 가압하여 흡기 매니폴드(51)로 재순환시키게 된다.

엔진(50)에서 배출되는 배기 가스는 배기 매니폴드(52)를 통해 빠져 나가게 되는데, 그 중 일부가 상기 배기 가스 우회 파이프(61) 또는 EGR 파이프(54)를 통해 흡기 매니폴드(51)로 재순환된다.

배기압이 흡기압보다 높을 경우에는 ECU(67)가 밸브 컨트롤러(66)를 제어하여 제2밸브(65)를 클로즈시키고 제1밸브(64)를 연결 파이프(62)로 연통시키게 된다. 따라서, 배기 가스의 일부가 상기 연결 파이프(62)를 통해 EGR 파이프(54)로 이동되고, EGR 밸브(53)의 개폐에 따라 흡기 매니폴드로(51)의 공급 여부가 결정된다.

배기압이 흡기압에 비해 낮을 경우에는 ECU(67)가 밸브 컨트롤러(66)를 제어하여 제2밸브(65)를 오픈시키고 제1밸브(64)를 터보 차저 펌프(63)로 연통시켜 터보 차저 펌프(63)를 작동시키게 된다. 터보 차저 펌프(63)는 배기 가스 우회 파이프(61)를 흐르는 배기 가스에 의해 EGR 터빈(63a)이 회전되고, 상기 EGR 터빈(63a)과 동일 회전축(63c)으로 연결된 EGR 컴프레서(63b)가 회전되면서 EGR 파이프(54)를 흐르는 EGR 가스를 가압하게 된다. 터보 차저 펌프(63)에 의해 가압된 EGR 가스는 EGR 파이프(54)를 따라 이동되면서 EGR 밸브(54)의 개폐에 따라 흡기 매니폴드로(51)의 공급 여부가 결정된다.

따라서, 배기 가스의 압력이 흡기 압력에 비해 낮더라도 EGR 가스가 터보 차저 펌프(63)에 의해 가압되어 EGR 파이프(54)를 따라 이동되므로 실제로 흡기 매니폴드(51)에 공급되는 EGR 가스의 압력은 흡기압에 비해 높아지게 된다. 결국, 흡기 매니폴드(51)와 EGR 파이프(54)의 압력차에 의해 EGR 가스가 흡기 매니폴드(51)로 재순환되게 되는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 배기 가스 재순환 장치는 엔진 토크가 상승되어 흡기압에 비해 배기압이 낮아지더라도 터보 차저 펌프가 EGR 가스를 가압하여 흡기 매니폴드로 공급함으로써 엔진의 전 구동 구간에 걸쳐 사용이 가능하므로 차량의 외부로 배출되는 배기 가스 속의 질소 함유량의 총량이 줄어드는 이점이 있다.

Claims

배기 매니폴드의 배기 가스중 일부가 흡기 매니폴드로 재순환되는 통로인 EGR 파이프와, 상기 EGR 파이프의 중간에 설치되고 부압 발생부의 부압에 의해 작동되어 EGR 가스의 흐름을 단속하는 EGR 밸브를 포함하여 구성된 배기 가스 재순환 장치에 있어서,

상기 EGR 파이프의 중간에 설치되어 EGR 가스를 가압하는 EGR 펌프 구조가 포함된 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 EGR 펌프 구조는 터보 차저를 통과하지 않고 우회되는 배기 가스가 지나는 배기 가스 우회 파이프와, 상기 EGR 파이프와 배기 가스 우회 파이프를 연결하는 연결 파이프와, 상기 EGR 파이프와 배기 가스 우회 파이프에 걸쳐 설치된 터보 차저 펌프와, 상기 배기 가스 우회 파이프와 연결 파이프의 연결부에 설치된 제1밸브와, 상기 EGR 파이프에 설치되어 상기 제1밸브가 배기 가스를 터보 차저 방향으로 연통시킬 때 EGR 파이프를 오픈시키는 제2밸브와, 상기 제1밸브 및 제2밸브를 제어하는 밸브 컨트롤러와, 흡기압과 배기압을 비교하여 상기 밸브 컨트롤러에 밸브 제어 신호를 보내는 ECU로 구성된 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제1밸브는 배기 가스 우회 파이프를 흐르는 배기 가스를 연결 파이프와 터보 차저 펌프중 어느 한방향으로 공급하는 3방향 밸브인 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 터보 차저 펌프는 상기 배기 가스 우회 파이프를 흐르는 배기 가스에 의해 회전되는 EGR 터빈과, 상기 EGR 터빈과 동일 회전축으로 연결되어 EGR 파이프를 흐르는 EGR 가스를 가압하는 EGR 컴프레서로 구성된 것을 특징으로 하는 배기 가스 재순환 장치.