KR20020055738A - 디젤 엔진용 이지알 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진용 이지알(EGR: Exhaust Gas Recirculation) 시스템에 관한 것으로서,

종래의 기계식 EGR 시스템은 기계식 EGR 밸브가 흡기계의 부압에 연동하여 EGR 가스량을 조절하기 때문에 엔진의 여러 운전조건(엔진부하, 속도)에 따라 신속하게 정확한 EGR 가스량을 제어하기 어려우며 배기가스 중의 불순물에 의한 부식 혹은 점착 등으로 인한 내구성 과 신뢰성이 하락하는 문제가 발생하고 있으며, 상기 기계식 EGR 시스템의 문제점을 해결하기위해 제안된 전자식 EGR 시스템은 엔진 운전조건(엔진부하, 속도)에 따라 EGR 밸브를 개폐하여 일정양의 배기가스를 흡기포트측으로 재공급하는 것으로, 이러한 전자식 EGR 시스템 역시 흡기포트 내의 압력이 충분하지 않을 경우 EGR 가스를 흡기포트 측으로 공급하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 연소실과 EGR포트를 통해 연통되는 별도의 EGR탱크를 구비하고, 상기 EGR포트를 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브를 형성하여 고부하 운전시 팽창행정 말기에 솔레노이드밸브를 개방시켜 일정양의 배기가스가 EGR탱크에 저장되도록 하고 이후 흡기행정에서 솔레노이드밸브를 다시 개방시켜 EGR탱크에 저장되어있는 배기가스가 연소실로 공급되어 재연소되도록 하므로서, 엔진 운전조건에 따라 적절히 대처하여 EGR 기능을 구현함에 따라 NOx의 배출량을 현저히 감소시킬 수 있으며, 또 배기가스가 흡기포트 측으로 재공급되지 않음에 따라 MAP센서를 이용하여 엔진으로 공급되는 정확한 양의 공기를 측정할 수 있도록 한 디젤엔진용 이지알 시스템에 관한 것이다.

Description

디젤엔진용 이지알 시스템{EGR system for diesel engine}

본 발명은 디젤엔진용 이지알(EGR: Exhaust Gas Recirculation) 시스템에 관한 것으로서, 특히 엔진 운전조건에 따라 적절히 대처하여 EGR 기능을 구현함에 따라 NOx의 배출량을 현저히 감소시킬 수 있으며, 또 배기가스가 흡기포트 측으로 재공급되지 않음에 따라 MAP센서를 이용하여 엔진으로 공급되는 정확한 양의 공기를 측정할 수 있도록 한 디젤엔진용 이지알 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 EGR시스템이란 배기가스 재순환장치로서 연소 후의 배기가스를 제어밸브를 이용하여 흡기포트에 다시 공급하는 방식으로 구동된다.

EGR 가스는 신기와 섞여 연소실 내로 흡입되어 연소실에서의 연소동작시 최고온도를 낮추어주어 NOx의 발생량을 감소시키게되며, 또 EGR 시스템을 적용하게되면 NOx의 발생량을 감소시키는 것 이외에도 흡기 행정시 흡기포트 내의 압력 증가를 통해 흡기행정의 펌핑손실을 줄여 연비향상의 효과를 기대할 수 있다.

이러한 EGR 시스템은 기계식 EGR 밸브를 이용하는 기계식과 전자제어되는 전자밸브를 이용한 전자식이 사용된다.

기계식 EGR 시스템은 기계식 EGR 밸브가 흡기계의 부압에 연동하여 EGR 가스량을 조절하기 때문에 엔진의 여러 운전조건(엔진부하, 속도)에 따라 신속하게 정확한 EGR 가스량을 제어하기 어려우며 배기가스 중의 불순물에 의한 부식 혹은 점착 등으로 인한 내구성 과 신뢰성이 하락하는 문제가 발생하고 있다.

상기 기계식 EGR 시스템의 문제점을 해결하기위해 제안된 것이 전자식 EGR 시스템으로서, 이 전자식 EGR 시스템은 엔진 운전조건(엔진부하, 속도)에 따라 EGR 밸브를 개폐하여 일정양의 배기가스를 흡기포트측으로 재공급하는 것으로, 이러한전자식 EGR 시스템 역시 흡기포트 내의 압력이 충분하지 않을 경우 EGR 가스를 흡기포트 측으로 공급하기가 매우 어려운 문제점이 있었다.

즉, 종래의 EGR 시스템 대부분이 배기계와 흡기계의 압력차이를 이용해서 배기가스의 일정양을 흡기계 측으로 재공급하는 것인데, 터보차저에 의해 과급된 흡기가 흡기포트 측으로 공급될 경우에는 흡기포트의 압력과 배기포트의 압력이 별차이가 나지않게되면서 EGR 가스가 흡기측으로 잘 공급되지 못하는 문제점이 발생하는 것이다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 연소실과 EGR포트를 통해 연통되는 별도의 EGR탱크를 구비하고, 상기 EGR포트를 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브를 형성하여 고부하 또는 고속 운전시 팽창행정 말기에 솔레노이드밸브를 개방시켜 일정양의 배기가스가 EGR탱크에 저장되도록 하고 이후 흡기행정에서 솔레노이드밸브를 다시 개방시켜 EGR탱크에 저장되어있는 배기가스가 연소실로 공급되어 재연소되도록 하므로서, 엔진 운전조건에 따라 적절히 대처하여 EGR 기능을 구현함에 따라 NOx의 배출량을 현저히 감소시킬 수 있으며, 또 배기가스가 흡기포트 측으로 재공급되지 않음에 따라 MAP센서를 이용하여 엔진으로 공급되는 정확한 양의 공기를 측정할 수 있도록 한 디젤엔진용 이지알 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

흡기포트와 배기포트를 구비한 연소실과, 상기 흡기포트를 개폐하는 흡기밸브와, 상기 배기포트를 개폐하는 배기밸브를 포함하여 구성된 디젤엔진에 있어서,

상기 연소실과 연통되는 EGR 포트를 가지며, 일정양의 배기가스를 저장하는 EGR 탱크와;

ECU로부터 입력되는 제어신호에 의해 동작하여 상기 EGR 포트를 개폐하는 솔레노이드밸브와;

엔진 고부하 또는 고속 운전시 팽창행정 말기에 솔레노이드밸브를 개방시켜 일정압의 배기가스가 EGR 탱크에 저장되도록 하고, 배기행정에는 솔레노이드밸브를 닫아주며, 흡기행정시 솔레노이드밸브를 개방시켜 EGR탱크에 저장되어있는 배기가스가 흡기와함께 연소실로 공급되도록 하는 ECU; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 EGR 탱크와 배기파이프를 연결하는 배출관과;

상기 배출관의 도중에 설치되어 배출관을 개폐하는 밸브와;

EGR 탱크 내의 압력을 감지하는 압력센서; 를 더 포함하여 구성하고,

ECU는 상기 압력센서에서 감지되는 EGR탱크 내의 압력값이 설정치보다 높을경우 밸브를 개방시켜 EGR탱크 내의 압력이 조절되도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명의 디젤엔진용 이지알 시스템을 보인 도면.

도 2 는 본 발명에서 배기가스 저장과정을 보인 도면.

도 3 은 본 발명에서 배기과정을 보인 도면.

도 4 는 본 발명에서 흡기와 함께 배기가스가 연소실로 공급되는 과정을 보

인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연소실 2 : 흡기포트

3 : 배기포트 4 : 흡기밸브

5 : 배기밸브 7 : 배기파이프

8 : 촉매변환기 9 : EGR포트

10 : EGR탱크 11 : 솔레노이드밸브

12 : ECU 13 : 배출관

14 : 밸브 15 : 압력센서

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 4 를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도면부호 1 은 연소실을 나타내며, 이 연소실(1)에는 흡기의 유입을 위한 흡기포트(2)와 배기가스의 배출을 위한 배기포트(3)가 각각 형성되어 있고, 상기 흡기포트(2)에는 흡기밸브(4)가 형성되며, 배기포트(3)에는 배기밸브(5)가 형성되어있다.

연소실(1) 내부에는 엔진의 각 운전영역에 따라 상하로 왕복운동하는 피스톤(6)이 장착되어 있다.

그리고, 배기포트(3)를 통해 배출된 배기가스는 배기파이프(7)를 통해 배출되는데, 배기파이프(7)의 도중에는 배기가스에 포함되어있는 유해성분을 정화시키는 촉매변환기(8)가 설치되어 있다.

본 발명에서는 상기 연소실(1)과 연통되는 일정크기의 EGR 탱크(10)를 구비한다.

상기 EGR 탱크(10)는 EGR포트(9)를 통해 연소실(1)과 연통되도록 형성되어 있고, 상기 EGR포트(9)의 입구측에는 ECU(12)의 제어신호에 따라 개폐되는 솔레노이드밸브(11)가 형성된다.

ECU(12)는 엔진의 운전조건, 즉, 엔진이 고부하상태 또는 고속으로 운전될때 엔진의 팽창행정 말기에 상기 솔레노이드밸브(11)를 개방하여 일정양의 배기가스가 EGR 탱크(10)에 저장되도록 하고, 이후 흡기행정에서 솔레노이드밸브(11)를 다시 열어주어 연소실(1)로 유입되는 흡기와 함께 상기 EGR 탱크(10)에 저장되어있는 배기가스가 연소실(1)로 공급되도록 한다.

연소실(1)에 배기가스가 흡기와 함께 공급된 상태에서 연소되면 그만큼 연소온도가 낮아지면서 NOx의 발생량이 감소하게된다.

ECU(12)는 1번 실린더의 상사점을 감지하는 TDC센서, 스로틀밸브의 개도각을 감지하는 TPS센서, 연소실에 공급되는 공기량을 감지하는 MAP센서 등으로부터 감지되는 결과로서 현재 엔진의 운전상태를 판단하고, 그 판단결과 엔진이 고부하상태 또는 고속으로 운전하고 있는 것으로 판단되면 상기 솔레노이드밸브(11)를 개폐하여 일정양의 배기가스가 흡기행정에서 연소실에 공급될 수 있도록 한다.

상기 EGR 탱크(10)와 배기파이프(7)의 사이에는 별도의 배출관(13)이 형성된다.

배출관(13)은 EGR 탱크(10) 내부의 배기가스 압력이 너무 높을 경우 EGR 탱크(10)에 저장되어있는 배기가스를 배기파이프(7) 측으로 배출하여 EGR 탱크(10)의 내부 압력이 적정한 수준으로 유지되도록 하는 것으로서, 상기 배출관(13)의 도중에는 ECU(12)의 제어신호에 따라 개폐되는 밸브(14)가 형성되며, EGR 탱크(10)에는 EGR 탱크(10) 내부의 압력을 감지하여 전기신호로서 ECU(12)에 공급하는 압력센서(15)가 형성된다.

상기 ECU(12)는 압력센서(15)에서 감지되는 EGR 탱크(10) 내부의 압력이 설정치 보다 높을 경우 상기 밸브(14)를 개방시켜 일정양의 배기가스가 배기파이프(7)로 배출되어 EGR 탱크(10) 내부의 압력이 적정한 수준으로 유지되도록 하는 것이다.

상기 배출관(13)은 촉매 변환기(8)의 입구쪽 배기파이프(7)에 연결되도록 하여 배출관(13)을 통해 배출된 배기가스가 촉매변환기(8)를 통과하면서 유해물질이 정화된 상태로 배출될 수 있도록 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과같다.

먼저, 엔진이 구동하면, ECU(12)는 각종 센서들로부터 입력되는 감지값으로현재의 운전상태를 판단하고, 그 판단결과 엔진이 고부하 또는 고속으로 운전되고 있는 것으로 판단되면 EGR 모드를 시작한다.

엔진이 고부하 또는 고속으로 운전되면 그만큼 엔진의 회전수가 높아지면서 엔진으로 공급되는 공기와 연료의 양이 많아지면서 연소온도가 높아지고, 이과정에서 NOx의 발생량이 증가하게된다.

EGR 모드가 시작되면, ECU(12)는 엔진의 팽창행정 말기에 도 2 와같이 솔레노이드 밸브(11)를 열어주어 일정양의 배기가스가 EGR 포트(9)를 통해 EGR 탱크(10)에 저장되도록 한다.

엔진이 배기행정을 시작하면 ECU(12)는 도 3 과같이 솔레노이드밸브(11)를 닫아주면서 배기밸브(5)가 열리도록 하여 연소실(1)에 남아있는 배기가스가 배기포트(3)를 통해 배출되도록 한다.

이후, 흡기행정이 시작되면 ECU(12)는 도 4 와같이 흡기밸브(4)를 열어주면서 동시에 솔레노이드밸브(11)를 열어주어 연소실(1) 내부에 흡기와함께 일정양의 배기가스가 공급되도록 한다.

흡기행정에서 솔레노이드밸브(11)가 열렸을때 EGR 탱크(10) 내의 배기가스가 연소실(1) 측으로 공급되는 원리는 흡기행정에서 EGR 탱크(10) 내부의 압력이 연소실(1) 내부의 압력보다 높기 때문이다.

상기 설명과같이 연소실(1) 내부에 흡기와 배기가스가 혼합된 상태에서 연소동작이 이루어지면 그만큼 연소온도가 낮아지면서 NOx의 발생량이 감소하게되는 것이다.

ECU(12)의 상기 설명과같은 제어과정이 반복시행되면서 계속해서 일정양의 배기가스가 EGR탱크(10)에 저장되었다가 흡기행정에서 연소실(1)로 공급되어 NOx의 발생량이 감소하게된다.

이상에서 설명한 바와같은 본 발명에 의하면, EGR 모드에서 배기가스가 연소실에 직접 공급됨에 따라 흡기포트로 유입되는 흡기압에 관계없이 EGR 가스가 연소실에 공급될 수 있게되어 최적의 EGR 가스량을 조절할 수 있게될뿐만 아니라 EGR 효과를 높일 수 있고, 또 EGR 가스가 흡기포트 측으로 공급되지 않음에 따라 MAP센서를 사용하여 흡기량을 정확하게 산출할 수 있게되어 보다 정확하게 엔진 동작을 제어할 수 있게된다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 연소실과 EGR포트를 통해 연통되는 별도의 EGR탱크를 구비하고, 상기 EGR포트를 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브를 형성하여 고부하 또는 고속 운전시 팽창행정 말기에 솔레노이드밸브를 개방시켜 일정양의 배기가스가 EGR탱크에 저장되도록 하고 이후 흡기행정에서 솔레노이드밸브를 다시 개방시켜 EGR탱크에 저장되어있는 배기가스가 연소실로 공급되어 재연소되도록 하므로서, 엔진 운전조건에 따라 적절히 대처하여 EGR 기능을 구현함에 따라 NOx의 배출량을 현저히 감소시킬 수 있으며, 또 배기가스가 흡기포트 측으로 재공급되지 않음에 따라 MAP센서를 이용하여 엔진으로 공급되는 정확한 양의 공기를 측정할 수 있도록 한 디젤엔진용 이지알 시스템를 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 흡기포트(2)와 배기포트(3)를 구비한 연소실(1)과, 상기 흡기포트(2)를 개폐하는 흡기밸브(4)와, 상기 배기포트(3)를 개폐하는 배기밸브(5)를 포함하여 구성된 디젤엔진에 있어서,

   상기 연소실(1)과 연통되는 EGR 포트(9)를 가지며, 일정양의 배기가스를 저장하는 EGR 탱크(10)와;

   ECU(12)로부터 입력되는 제어신호에 의해 동작하여 상기 EGR 포트(9)를 개폐하는 솔레노이드밸브(11)와;

   엔진 고부하 또는 고속 운전시 팽창행정 말기에 솔레노이드밸브(11)를 개방시켜 일정압의 배기가스가 EGR 탱크(10)에 저장되도록 하고, 배기행정에는 솔레노이드밸브(11)를 닫아주며, 흡기행정시 솔레노이드밸브(11)를 개방시켜 EGR탱크(10)에 저장되어있는 배기가스가 흡기와함께 연소실(1)로 공급되도록 하는 ECU(12); 로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 이지알 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 EGR 탱크(10)와 배기파이프(7)를 연결하는 배출관(13)과;

   상기 배출관(13)의 도중에 설치되어 배출관(13)을 개폐하는 밸브(14)와;

   EGR 탱크(10) 내의 압력을 감지하는 압력센서(15); 를 더 포함하여 구성하고,

   ECU(12)는 상기 압력센서(15)에서 감지되는 EGR탱크(10) 내의 압력값이 설정치보다 높을경우 밸브(14)를 개방시켜 EGR탱크(10) 내의 압력이 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 이지알 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 배출관(13)은 촉매변환기(8)의 입구측 배기파이프(7)에 연결되는 것을 특징으로하는 디젤엔진용 이지알 시스템.