KR20020054178A - 배기가스 재순환 장치 - Google Patents

Abstract

배기가스 재순환(EGR; Exhausted Gas Recirculation) 장치가 개시된다. 개시된 배기가스 재순환 장치는, 엔진의 일측에 설치된 배기 매니폴드와; 상기 배기 매니폴드를 지난 배기가스가 지나면서 배기가스의 온도와 압력이 낮아지도록 상기 배기 매니폴드의 일측에 설치된 터보차저 터빈과; 상기 터보차저 터빈과 연결되어 상기 터보타저 터빈을 통과한 배기가스가 지나도록 설치된 배기 파이프와; 상기 배기 파이프의 일측에 설치되어 상기 배기 파이프로 유입된 배기가스에 플라즈마 반응을 가해 배기가스중의 유해물질을 저감시키는 플라즈마 반응기와; 상기 플라즈마 반응기를 통과한 배기가스가 상기 엔진의 흡기 매니폴드로의 재순환이 이루어지도록 상기 배기 파이프와 연결 설치된 EGR 파이프;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 배기가스의 배출이 감소하고, 성능이 향상되는 이점이 있다.

Description

배기가스 재순환 장치{EXHAUSTED GAS RECIRCULATION APPARATUS}

본 발명은 배기가스 재순환(EGR; Exhausted Gas Recirculation) 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 플라즈마(plasma) 반응을 이용하여 배기가스의 유해물질 배출량을 감소시키고 성능이 향상되도록 그 구조가 개선된 배기가스재순환 장치에 관한 것이다.

배기가스 재순환 장치는, 배기가스 중의 질소산화물(이하, NOx라 함)을 감소시키는 수단으로서 배기가스의 일부를 흡기 계통에 다시 돌려보내어 혼합기가 연소할 때 최고온도를 낮추어 NOx의 생성량을 적게 한다. 흡기관에 되돌려 보내지는 배기가스의 조절은 스로틀 밸브 부근의 부압이나 배기관 내의 배기압에 의해 제어되는 컨트롤 밸브(또는 이지알(EGR)밸브)에 의해 이루어진다. 보통 이를 약칭해서 EGR이라고 한다.

이와 같이 종래의 배기가스 재순환 장치의 경우, 배기가스의 직접 흡기 배급으로 NOx의 저감은 이루어지지만, 입자상 물질 또는 입자상 물질(Particulate Matter)이 증가된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 설치된 EGR 쿨러(cooler)의 경우 입자상 물질의 발생이 상대적으로 감소하지만, NOx 저감 효율이 감소하는 문제점이 있다.

상기 EGR 쿨러는 냉각수를 엔진 블록에서 공급받아야 하기 때문에 부가적으로 파이프가 설치되어야 하고 엔진 설계상 좋지 않은 영향을 끼친다.

그리고 디젤엔진의 경우, NOx와 입자상 물질이 배기가스의 가장 큰 부분을 차지한다. 이러한 디젤엔진에 있어서 NOx는 일반적으로 배기가스 재순환 장치에 의해 저감시키지만 EGR 가스가 연소실 내로 흡입되면 입자상 물질의 발생량이 증가하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 플라즈마 반응기를 배기관의 일측에 설치하여 N0x와 입자상 물질을 동시에 저감시킬 수 있도록 한 배기가스 재순환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치의 구성을 나타낸 개략적인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치에 설치된 플라즈마 반응기의 개략적인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

20. 플라즈마 반응기

21. 하우징

22. 전극

23. 고전압 펄스 제너레이터

24. 절연부재

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배기가스 재순환 장치는, 엔진의 일측에 설치된 배기 매니폴드와; 상기 배기 매니폴드를 지난 배기가스가 지나면서 배기가스의 온도와 압력이 낮아지도록 상기 배기 매니폴드의 일측에 설치된 터보차저 터빈과; 상기 터보차저 터빈과 연결되어 상기 터보타저 터빈을 통과한 배기가스가 지나도록 설치된 배기 파이프와; 상기 배기 파이프의 일측에 설치되어 상기 배기 파이프로 유입된 배기가스에 플라즈마 반응을 가해 배기가스중의 유해물질을 저감시키는 플라즈마 반응기와; 상기 플라즈마 반응기를 통과한 배기가스가 상기 엔진의 흡기 매니폴드로의 재순환이 이루어지도록 상기 배기 파이프와 연결 설치된 EGR 파이프;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치를 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다. 여기에서는 일반적인 배기가스 재순환 장치의 구성 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 구성만을 설명하기로 한다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치는, 엔진(10)의 일측에 설치된 배기 매니폴드와, 상기 배기 매니폴드를 지난 배기가스가 지나면서 배기가스의 온도와 압력이 낮아지도록 상기 배기 매니폴드의 일측에 설치된 터보차저터빈(12)과, 상기 터보차저 터빈(12)과 연결되어 이 터보타저 터빈(12)을 통과한 배기가스가 지나도록 설치된 배기 파이프(13)와, 상기 배기 파이프(13)의 일측에 설치되어 배기 파이프(13)로 유입된 배기가스에 플라즈마 반응을 가해 배기가스중의 유해물질을 저감시키는 플라즈마 반응기(20)와, 상기 플라즈마 반응기(20)를 통과한 배기가스가 흡기 매니폴드로의 재순환이 이루어지도록 배기 파이프(13)와 연결 설치된 EGR 파이프(15)를 포함하여 구성된다.

상기 플라즈마 반응기(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배기 파이프(13)의 일측에 배기가스가 지나도록 설치된 하우징(21)과, 상기 하우징(21)에 내에 설치된 전극(electrode)(22)과, 상기 전극(22)에 연결되어 전기가 인가되도록 하여 하우징 내에 코로나 방전(corona discharge)이 이루어지도록 하는 고전압 펄스 제너레이터(high voltage pulse generator)(23)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 전극(22)은 하우징(21)의 길이 방향으로 설치되고, 이렇게 설치된 전극(22)은 하우징(21)의 양 단부에 설치된 세라믹(ceramic)부재(24)에 의해 고정되며, 이에 따라 전극(22)의 절연이 이루어진다.

상기 플라즈마 반응기(20)에는, 도면에는 도시되지는 않았지만, 전력을 공급하기 위한 배터리 및 전력공급장치가 설치되고, 이 전력공급장치는 차량의 ECU와 연결되어 제어된다.

한편, 도 1에서 상기 EGR 파이프를 지난 재순환 배기가스는 에어필터(air filter)(16)를 지난 에어와 함께 파이프(17)를 지나 터보차저 콤프레셔(18)를 거치게 된다. 그리고 상기 터보차저 콤프레셔(18)는 인터쿨러(19)를 지나 흡기 매니폴드로 유입된다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다. 여기에서는 일반적인 배기가스 재순환 장치의 작용 설명은 생략하고, 본 발명의 특징에 따른 작용만을 설명하기로 한다.

도면을 다시 각각 참조하면, 상기 엔진(10)의 배기 매니폴드를 지난 배기가스는 터보차저 터빈(12)을 통과하고, 이 터보차저 터빈(12)을 지난 배기가스는 온도와 압력이 낮아지게 되고, 본 발명의 특징부인 플라즈마 반응기(20)를 지나게 된다.

상기 플라즈마 반응기(20)는 저온의 플라즈마를 사용하고, 고전압 저전류를 사용한다. 따라서 상기 플라즈마 반응기(20)에 고전압을 인가하게 되면 공기중의 분자가 이온화되기 때문에, 이로 인해 더욱 활성화가 이루어지게 된다.

이렇게 활성화된 상태로 인하여 배기가스중의 예컨대 NO 성분은 NO2 변환되며 입자상 물질은 분해된다. 이에 따라 배기가스중에 플라즈마 반응을 가하게 되면 유해성분이 저감된다.

이렇게 저감된 배기가스의 일부는 상기 EGR 파이프(15)를 통하여 에어필터(16) 후 터보차저 콤프레셔(18) 전에 주입된다. 이는 터보차저 터빈(12)을 통과하면서 배기가스의 압력이 낮아져서 흡기 매니폴드로의 직접 주입이 어려워지기 때문이다. 이후 재순환 배기가스는 대기중에서 흡입된 공기와 혼합되어 터보차저 콤프레서(18)를 통과하고, 인터쿨러(19)를 거쳐 흡기 매니폴드로 주입된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

플라즈마 반응기를 통하여 배기가스중의 NOx 및 입자상 물질과 유해물질의 대부분이 제거되므로 엔진, EGR 밸브 및 파이프의 내구 성능이 향상된다.

그리고 플라즈마 반응기를 통과한 배기가스는 이미 상당 수준 냉각된 상태이므로 예컨대 EGR 쿨러를 장착한 효과가 있다.

또한 배기가스의 배출이 감소하면서 성능에는 영향을 미치지 않는 반면, 터보차저의 효율은 배기가스의 100%의 에너지를 사용하므로 높아진다.

그리고 종래의 EGR 파이프의 엔진 설치 공정이 감소하고, 특히 실린더 헤드 내에 EGR 통로가 있는 엔진의 경우, 실린더 헤드 제조공정이 간단해지고, 엔진 장착 레이아웃 측면에서도 우수하다.

또한 고가의 배기가스 저감장치를 별도로 사용하지 않고, 배기계의 가스를 사용하므로 원가절감에 도움이 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하여 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야만 한다.

Claims (4)

1. 엔진의 일측에 설치된 배기 매니폴드와;

   상기 배기 매니폴드를 지난 배기가스가 지나면서 배기가스의 온도와 압력이 낮아지도록 상기 배기 매니폴드의 일측에 설치된 터보차저 터빈과;

   상기 터보차저 터빈과 연결되어 상기 터보타저 터빈을 통과한 배기가스가 지나도록 설치된 배기 파이프와;

   상기 배기 파이프의 일측에 설치되어 상기 배기 파이프로 유입된 배기가스에 플라즈마 반응을 가해 배기가스중의 유해물질을 저감시키는 플라즈마 반응기와;

   상기 플라즈마 반응기를 통과한 배기가스가 상기 엔진의 흡기 매니폴드로의 재순환이 이루어지도록 상기 배기 파이프와 연결 설치된 EGR 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 반응기는,

   상기 배기 파이프의 일측에 배기가스가 지나도록 설치된 하우징과;

   상기 하우징에 내에 설치된 전극과;

   상기 전극에 연결되어 전기가 인가되도록 하여 상기 하우징 내에 코로나 방전이 이루어지도록 하는 고전압 펄스 제너레이터;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전극은 상기 하우징의 길이 방향으로 설치된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전극은 상기 하우징의 양 단부에 설치된 세라믹 부재에 의해 고정되며, 절연되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 장치.