KR20030013599A

KR20030013599A - 터보차저를 이용한 이지알시스템

Info

Publication number: KR20030013599A
Application number: KR1020010047682A
Authority: KR
Inventors: 허행표
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-02-15

Abstract

본 발명은 터보차저를 이용한 이지알 시스템에 관한 것으로서,

종래의 이지알시스템은 엔진이 저부하 영역에서 구동할때 터보차저의 콤프레서 출구 압력보다 터빈 입구의 배기가스 압력이 더 높게되어 그 압력차이에 의해 이지알파이프를 통해 배기가스의 재순환이 자연스럽게 정상적으로 이루어지게되나, 엔진이 고부하영역에서 구동하게되면 콤프레서의 출구측 압력이 터빈의 입구측 압력보다 더 높게되므로 인해 이지알밸브를 개방시키더라도 이지알파이프를 통해서 배기가스의 순환이 정상적으로 이루어지지 않게되어 엔진의 연소온도가 매우 높아지고, 이로인해 Nox의 발생량이 많아지는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 배기매니폴드와 배기파이프를 연결하는 별도의 보조배기파이프를 형성하고, 상기 보조배기파이프를 통과하는 배기가스의 배기압을 이용하여 이지알파이프를 통과하는 배기가스의 재순환을 촉진시키는 이지알터보차저를 형성하므로서, 엔진이 고부하영역에서 운전할때에도 이지알터보차저의 동작에 의해 배기가스가 흡기측으로 원활하게 재공급됨에 따라 Nox 의 발생량을 억제할 수 있고, 이지알터보차저가 배기가스의 배기압을 동력원으로 사용함에 따라 별도의 동력을 공급하지 않아도 되므로 엔진의 출력특성에 악영향을 미치지 않도록 한 터보차저를 이용한 이지알 시스템에 관한 것이다.

Description

터보차저를 이용한 이지알시스템{EGR system using turbo charger}

본 발명은 터보차저를 이용한 이지알 시스템에 관한 것으로서, 특히 엔진이 고부하영역에서 운전할때에도 이지알터보차저의 동작에 의해 배기가스가 흡기측으로 원활하게 재공급됨에 따라 Nox의 발생량을 억제할 수 있고, 이지알터보차저가 배기가스의 배기압을 동력원으로 사용함에 따라 별도의 동력을 공급하지 않아도 되므로 엔진의 출력특성에 악영향을 미치지 않도록 한 터보차저를 이용한 이지알 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 EGR(Exhaust Gas Recirculation)시스템이라 함은 흡기계통으로 배기가스의 일부를 재순환시켜서 연소할때의 최고 온도를 낮추어 Nox의 발생을 억제하는 장치를 말한다.

도 1 은 종래의 EGR 시스템을 도시한 것으로서,

흡기관(4)을 통해 유입된 흡기가 흡기매니폴드(2)를 통해 엔진(1)으로 공급되고, 엔진(1)의 연소동작에 의해 발생된 배기가스가 배기매니폴드(3)를 통해 배기파이프(7)로 배출되며, 배기가스의 배기압에 의해 회전하는 터빈(12)과 동축상에 형성되면서 회전하여 흡기관(4)으로 유입되는 흡기를 과급하는 콤프레서(13)로서 구성된 터보차저(11)가 형성되어 있다.

그리고, 배기매니폴드(3)의 일측에는 믹서(6)를 통해 흡기측과 연결되는 이지알파이프(9)가 형성되고, 이지알파이프(9)의 입구측에는 흡기측으로의 배기가스의 재순환을 단속하기위한 이지알밸브(8)가 형성되어 있으며, 이지알파이프(9)의 도중에는 재순환되는 배기가스의 온도를 낮춰주기위한 이지알쿨러(10)가 형성되어 있다.

또한, 흡기관(4)의 도중에는 콤프레서(13)에 의해 과급된 흡기를 낮은온도로 냉각시켜주기 위한 인터쿨러(5)가 장착되어 있다.

이와같이 구성된 종래 이지알 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.

엔진(1)이 구동하면 이 엔진(1)에서 배출되는 배기가스가 배기매니폴드(3)와배기파이프(7)를 통해 배출되며, 이과정에서 배기파이프(7)상에 설치되어있는 터빈(12)이 회전하게된다.

이에따라, 상기 터빈(12)과 동축상에 형성되어 있는 콤프레서(13)가 회전하면서 흡기관(4)으로 유입되는 흡기를 과급하게되므로서, 흡기매니폴드(2)를 통해 엔진(1)으로 공급되는 흡기는 저온, 고압의 상태를 유지하게되어 디젤엔진에서의 연소효율이 높아지게된다.

한편, 상기와같이 엔진이 동작할때 이지알밸브(8)가 개방되면 배기가스의 일부분이 이지알파이프(9)를 통해 믹서(6)로 공급되어 흡기측으로 재순환되므로서, 엔진의 연소온도가 과도하게 상승하는 것을 막아주게 되는 것이다.

그러나, 종래의 이지알시스템은 엔진이 저부하 영역에서 구동할때 터보차저의 콤프레서 출구 압력보다 터빈 입구의 배기가스 압력이 더 높게되어 그 압력차이에 의해 이지알파이프를 통해 배기가스의 재순환이 자연스럽게 정상적으로 이루어지게되나, 엔진이 고부하영역에서 구동하게되면 콤프레서의 출구측 압력이 터빈의 입구측 압력보다 더 높게되므로 인해 이지알밸브를 개방시키더라도 이지알파이프를 통해서 배기가스의 순환이 정상적으로 이루어지지 않게되어 엔진의 연소온도가 매우 높아지고, 이로인해 Nox의 발생량이 많아지는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 배기매니폴드와 배기파이프를 연결하는 별도의 보조배기파이프를 형성하고, 상기 보조배기파이프를 통과하는 배기가스의 배기압을 이용하여 이지알파이프를 통과하는 배기가스의 재순환을 촉진시키는 이지알터보차저를 형성하므로서, 엔진이 고부하영역에서 운전할때에도 이지알터보차저의 동작에 의해 배기가스가 흡기측으로 원활하게 재공급됨에 따라 Nox 의 발생량을 억제할 수 있고, 이지알터보차저가 배기가스의 배기압을 동력원으로 사용함에 따라 별도의 동력을 공급하지 않아도 되므로 엔진의 출력특성에 악영향을 미치지 않도록 한 터보차저를 이용한 이지알 시스템을 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은,

흡기관을 통해 유입된 흡기가 흡기매니폴드를 통해 엔진으로 공급되고, 엔진의 연소동작에 의해 발생된 배기가스가 배기매니폴드와 배기파이프를 통해 배출되며 상기 배기매니폴드의 일측에는 흡기측으로의 배기가스 재순환을 위한 이지알파이프가 흡기측과 연결되도록 형성되어 있는 것에 있어서,

상기 배기매니폴드의 일측과 배기파이프의 중간부분을 연결하는 보조배기파이프와;

상기 보조배기파이프의 도중에 설치되어 보조배기파이프를 통과하는 배기가스의 배기압에 의해 회전하는 이지알터빈과, 상기 이지알터빈과 동축상에 결합된 상태로 이지알파이프 상에 설치되어 이지알터빈의 회전시 연동하여 이지알파이프를 통한 배기가스의 재순환을 촉진시키는 이지알콤프레서로 구성된 이지알터보차저; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 이지알 터빈의 후단에 보조배기파이프를 선택적으로 개폐시키기 위한 밸브를 더 구성하며, 또한 상기 밸브의 개폐동작을 제어하는 수단으로서, 엔진 구동시 엔진의 부하정도를 판단하고, 그 부하상태가 고부하일때 상기 밸브를개방시켜 이지알터보차저가 동작하도록 하는 제어부를 더 구성한 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래의 이지알시스템을 보인 도면.

도 2 는 본 발명의 이지알시스템을 보인 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 2 : 흡기매니폴드

3 : 배기매니폴드 6 : 믹서

9 : 이지알파이프 11 : 터보차저

20 : 보조배기파이프 21 : 밸브

22 : 이지알터빈 23 : 이지알콤프레서

24 : 이지알터보차저 25 : 제어부

첨부된 도면 도 2 는 상기 목적달성을 위한 본 발명의 터보차저를 이용한 이지알 시스템을 도시한 것으로서, 이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 설명에 있어서 종래와 동일 구성요소에 대해서는 동일부호 처리하여 중복설명을 피했다.

본 발명의 가장 큰 특징은 이지알 파이프(9)를 통한 배기가스의 재순환동작을 촉진시키기 위해 별도의 이지알터보차저(24)를 구성한 것이다.

상기 이지알터보차저(24)의 설치를 위해 본 발명에서는 도 2 에 도시된 바와같이 배기매니폴드(3)의 일측으로부터 배기파이프(7)의 후단을 연결하는 별도의 보조배기파이프(20)를 형성하였다.

보조배기파이프(20)은 배기파이프(7)에 설치되는 터보차저(11)의 터빈(12) 후단에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 보조배기파이프(20)와 이지알파이프(9)상에 이지알터보차저(24)를 설치한다.

즉, 보조배기파이프(20)의 도중에는 보조배기파이프(20)를 통과하는 배기가스의 배기압에 의해 회전하는 이지알터빈(22)를 형성하고, 이지알파이프(9)상에는 회전하여 이지알파이프(9)를 통과하는 배기가스의 흡기측 재순환을 촉진시키기 위한 이지알콤프레서(23)를 설치하되, 상기 이지알터빈(22)과 이지알콤프레서(23)가 동축상에 형성되도록 하여 배기가스의 배기압에 의해 이지알터빈(22)이 회전할때 이와연동하여 이지알콤프레서(23)가 회전하도록 하였다.

한편, 상기 이지알터빈(22)이 형성된 보조배기파이프(20)의 후단에는 보조배기파이프(20)를 선택적으로 개폐하기위한 밸브(21)를 형성하며, 이 밸브(21)는 제어부(25)의 제어에 의해 개폐되도록 하였다.

상기 제어부(25)는 각종 센서들(예를들면, 회전수센서, 스로틀밸브 개도각센서, 흡기량센서 등)로부터 공급되는 정보로서 엔진의 운전영역이 고부하상태인지 저부하상태인지를 판단하고, 그 판단결과 엔진이 고부하영역이라고 판단되면 상기 밸브(21)를 개방시키도록 프로그램 한다.

그리고, 제어부(25)의 엔진 운전영역 판단은 일반적으로 엔진제어에 적용되는 사항이므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이와같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 저부하영역에서 운전하는 경우를 설명하면,

엔진이 저부하영역에서 운전하게되면, 제어부(25)는 현재 엔진(1)이 저부하영역에서 운전하는 것으로 판단하고, 밸브(21)를 닫아주게 된다.

상기 밸브(21)가 닫히게됨에 따라 배기가스는 보조배기파이프(20)를 통해 이동하지 않게되고, 이에따라 이지알터빈(12)과 이지알콤프레서(13)가 회전하지 않게된다.

엔진이 저부하영역일경우에는 상기 이지알터보차저(24)가 구동하지 않더라도터보차저(11)의 터빈(12) 입구측 압력이 콤프레서(13)의 출구측 압력보다 높은 상태이므로 이지알파이프(9)를 통한 배기가스의 재순환동작이 원활히 이루어지게된다.

한편, 엔진이 고부하영역에서 운전하게되면, 제어부(25)는 현재 엔진(1)이 고부하영역에서 운전하는 것으로 판단하고, 밸브(21)를 개방시킨다.

상기 밸브(21)가 개방됨에 따라 배기가스는 보조배기파이프(20)를 통해 이동하여 배기파이프(7)로 배출되게되는데, 이때 상기 보조배기파이프(20)에 설치되어있는 이지알터빈(22)이 보조배기파이프(20)를 통과하는 배기가스의 배기압에 의해 회전하기시작하고, 이와연동하여 이지알파이프(9)의 도중에 설치되어있는 이지알콤프레서(23) 역시 회전하게 된다.

상기 이지알콤프레서(23)가 회전함에 따라 이지알파이프(9)를 통해 믹서(6) 측으로 이동하는 배기가스의 유속이 빨라지면서 흡기매니폴드(2)로 원활히 재공급되어 엔진의 연소온도가 너무 높아지는 것을 막아주게 된다.

즉, 엔진이 고부하영역에서 운전할때 터빈(12)의 입구측 압력이 콤프레서(13)의 출구측 압력보다 낮아지게되므로 믹서(6)를 통과하는 흡기의 세기가 더 강하게되어 이지알파이프(9)를 통한 믹서(6)로의 배기가스 재유입이 원활히 이루어지지 않았으나 본 발명에서와같이 이지알콤프레서(23)가 회전하여 이지알파이프(9)에서의 배기가스 유동속도를 증가시켜줌에 따라 상기 믹서(6)로의 배기가스 공급이 원활해지게되어 EGR 동작이 정상적으로 이루어지게되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 배기매니폴드와 배기파이프를 연결하는 별도의 보조배기파이프를 형성하고, 상기 보조배기파이프를 통과하는 배기가스의 배기압을 이용하여 이지알파이프를 통과하는 배기가스의 재순환을 촉진시키는 이지알터보차저를 형성하므로서, 엔진이 고부하영역에서 운전할때에도 이지알터보차저의 동작에 의해 배기가스가 흡기측으로 원활하게 재공급됨에 따라 Nox의 발생량을 억제할 수 있고, 이지알터보차저가 배기가스의 배기압을 동력원으로 사용함에 따라 별도의 동력을 공급하지 않아도 되므로 엔진의 출력특성에 악영향을 미치지 않도록 한 터보차저를 이용한 이지알 시스템을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

Claims

흡기관(4)을 통해 유입된 흡기가 흡기매니폴드(2)를 통해 엔진(1)으로 공급되고, 엔진(1)의 연소동작에 의해 발생된 배기가스가 배기매니폴드(3)와 배기파이프(7)를 통해 배출되며 상기 배기매니폴드(3)의 일측에는 흡기측으로의 배기가스 재순환을 위한 이지알파이프(9)가 흡기측과 연결되도록 형성되어 있는 것에 있어서,

상기 배기매니폴드(3)의 일측과 배기파이프(7)의 중간부분을 연결하는 보조배기파이프(20)와;

상기 보조배기파이프(20)의 도중에 설치되어 보조배기파이프(20)를 통과하는 배기가스의 배기압에 의해 회전하는 이지알터빈(22)과, 상기 이지알터빈(22)과 동축상에 결합된 상태로 이지알파이프(9) 상에 설치되어 이지알터빈(22)의 회전시 연동하여 이지알파이프(9)를 통한 배기가스의 재순환을 촉진시키는 이지알콤프레서 (23)로 구성된 이지알터보차저(24); 로 구성된 것을 특징으로 하는 터보차저를 이용한 이지알 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 이지알 터빈(22)의 후단에 보조배기파이프(20)를 선택적으로 개폐시키기 위한 밸브(21)를 더 구성한 것을 특징으로 하는 터보차저를 이용한 이지알 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 밸브(21)의 개폐동작을 제어하는 수단으로서, 엔진 구동시 엔진의 부하정도를 판단하고, 그 부하상태가 고부하일때 상기 밸브(21)를 개방시켜 이지알터보차저가 동작하도록 하는 제어부(25)를 더 구성한 것을 특징으로하는 터보차저를 이용한 이지알 시스템.