KR20050064027A

KR20050064027A - 자동차의 배기가스 재순환장치

Info

Publication number: KR20050064027A
Application number: KR1020030095296A
Authority: KR
Inventors: 김진복
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-06-29

Abstract

본 발명은 배기가스 재순환장치에 관한 것으로, 엔진 냉각수온을 검출하는 냉각수온센서(21)와, 엔진 회전수를 검출하는 엔진RPM센서(23)와, EGR쿨러(10)의 입구챔버(11a)에서 출구챔버(11c)쪽으로의 분사방향을 갖도록 EGR파이프(3)상에 장착되는 인젝터(25)와, 상기 EGR쿨러(10)의 냉각수공급파이프(15)상에 장착되는 냉각수솔레노이드밸브(27)와, 상기 냉각수온센서(21)와 상기 엔진RPM센서(23)로부터 신호를 전달받아 상기 인젝터(25)의 분사시기 및 상기 냉각수솔레노이드밸브(27)의 개폐시기를 제어하는 콘트롤러(29)를 더 포함하도록 구성되어져, 엔진의 냉간시 EGR쿨러(10)의 신속한 작동이 가능하게 되어 질소산화물의 발생억제 기능이 극대화되게 되고, 아울러 배기관(12)에 퇴적된 카본 덩어리가 편리하게 제거되도록 된 것이다.

Description

자동차의 배기가스 재순환장치{exhaust gas recirculation of vehicle}

본 발명은 배기가스 재순환장치에 관한 것으로, 특히 엔진의 냉간시 EGR쿨러로 유입되는 냉각수의 공급을 차단하여 EGR쿨러의 작동이 신속하게 이루어질 수 있도록 함은 물론, 배기관에 퇴적된 카본 덩어리의 제거가 이루어질 수 있도록 하여 성능이 감소되는 것을 예방할 수 있도록 하는 배기가스 재순환장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 배출가스는 연소실의 혼합기 또는 미연소가스가 엔진의 크랭크케이스로부터 새어나오는 블로바이가스(Blow-byGas)와, 연료탱크 내의 연료가 증발하여 대기 중으로 방출되는 연료증발가스 및, 배기계통으로 배출되는 배기가스 등이 있다.

이러한, 자동차의 배출가스는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있는 바, 연소과정에서 발생하는 상기 3원소 중 일산화탄소와 탄화수소에 대하여 질소산화물은 항상 반대의 인과관계를 가지고 있다.

즉, 실용적인 출력범위에서 일산화탄소와 탄화수소가 가장 감소하는 시점에 질소산화물은 가장 많이 발생하는데, 이러한 질소산화물은 연료가 완전연소 할수록, 즉 엔진이 고온일수록 질소산화물의 발생량은 증가하게 된다.

배기가스 재순환장치(이하 EGR 이라 함)는 상기 배출가스 중 배기가스를 흡기계로 재순환시켜 실린더 내의 연소온도를 낮춤으로써 질소산화물(NOx)의 발생을 억제하는 장치이다.

즉, 배기가스 재순환장치는 엔진의 냉각수온 60℃ 이상이면서 엔진 회전수가 1800rpm 이상일 때 EGR콘트롤밸브를 개방시켜 배기가스의 일부를 흡기계통에 되돌리고, 이에 따라 혼합기가 연소할 때 최고 온도를 낮게 함으로써 질소산화물(NOx)의 생성량을 적게 하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 배기가스 재순환장치는, 불완전 연소된 엔진오일 입자를 포함한 배기가스가 EGR쿨러를 통과할 때, 상기 불완전 연소된 엔진오일 입자는 EGR쿨러를 순환하는 냉각수에 의해 급속히 냉각되면서 EGR쿨러의 배기관 출구쪽에 카본(carbon) 덩어리로서 퇴적되는 문제점이 있었다.

상기와 같이 배기관 출구측에 퇴적된 카본 덩어리는 제거작업이 어려워 그대로 방치되는 것이 일반적이며, 이에 따라 시간이 경과될수록 퇴적량이 증가하여 결국 배기관의 출구를 밀폐시키게 됨으로써, 배기가스 재순환장치는 그 기능이 저하되거나 또는 기능이 마비되는 문제점이 발생하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, EGR쿨러의 배기관에 퇴적된 카본 덩어리가 압축공기의 분사력에 의해 편리하게 제거될 수 있도록 하여 성능이 저하되는 것을 예방할 수 있도록 하고, 아울러 엔진의 냉간시에는 EGR쿨러로 유입되는 냉각수의 공급을 차단하여 EGR쿨러의 작동이 신속하게 이루어질 수 있도록 함으로써 질소산화물의 발생억제 기능을 극대화시킬 수 있도록 하는 배기가스 재순환장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배기가스 재순환장치는, 엔진 냉각수온을 검출하는 냉각수온센서와, 엔진 회전수를 검출하는 엔진RPM센서와, EGR쿨러의 입구챔버에서 출구챔버쪽으로의 분사방향을 갖도록 EGR파이프상에 장착되는 인젝터와, 상기 EGR쿨러의 냉각수공급파이프상에 장착되는 냉각수솔레노이드밸브와, 상기 냉각수온센서와 상기 엔진RPM센서로부터 신호를 전달받아 상기 인젝터의 분사시기 및 상기 냉각수솔레노이드밸브의 개폐시기를 제어하는 콘트롤러를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 재순환장치(EGR)의 개략적인 구성도로서, 배기가스 재순환장치의 일반적인 구성은 도시된 바와 같이, 엔진(1)으로부터 배기매니폴드(2)를 통해 배출되는 배기가스의 일부가 EGR파이프(3)를 통해 흡기매니폴드(4)로 재순환되는 구성으로 되어 있으며, 상기 EGR파이프(3)의 소정부위에는 EGR양을 조절하는 EGR콘트롤밸브(5)가 장착되는 구조로 되어 있다.

여기서, 도 1에 도시된 미설명부호 6은 흡기매니폴드(4)로 유입되는 공기를 정화시키는 에어클리너이고, 미설명부호 7은 배기매니폴드(2)로부터 배출되는 배기가스의 유해물질을 감소시키는 촉매컨버터를 나타낸 것이다.

그리고, 상기 EGR파이프(3)에는 재순환되는 배기가스의 온도를 낮추기 위한 쿨러(10; 이하 EGR쿨러 라고 함)가 장착되는데, 상기 EGR쿨러(10)는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 양단이 상기 EGR파이프(3)와 연결되는 원통형상의 하우징(11)과, 이 하우징(11)의 내부에 설치되는 다수개의 배기관(12)으로 구성된다.

여기서, 상기 하우징(11)의 내부공간은 복수개의 격판부재(13,14)에 의해 보통 세 개의 챔버(11a,11b,11c)로 분리되는데, 상기 제1격판부재(13) 및 제2격판부재(14)는 하우징(11)의 양측부에 설치되며, 이로 인해 상기 하우징(11)의 내부공간은 입구챔버(11a)와 중간챔버(11b) 및 출구챔버(11c)로 분리된다.

그리고, 상기 하우징(11)내에 설치되는 다수개의 배기관(12)은 그 양단이 상기 제1,2격판부재(13,14)를 각각 관통하여 입구챔버(11a)와 출구챔버(11c)내에 위치하도록 설치되고, 이에 따라 상기 입구챔버(11a)로 유입된 배기가스는 상기 배기관(12)을 통해 출구챔버(11c)로 이동된 후 EGR파이프(3)를 통해 흡기매니폴드(4)로 재순환되는 과정을 거치게 된다.

또한, 상기 중간챔버(11b)에는 냉각수가 충진되어 배기관(12)을 통해 이동하는 배기가스의 온도를 낮추게 되는데, 상기 냉각수는 중간챔버(11b)에 연결된 냉각수공급파이프(15)를 통해 공급되었다가 냉각수배출파이프(16)를 통해 배출되는 경로를 갖게 된다.

이에 따라, 상기 배기배니폴드(2)에서 EGR파이프(3)로 재순환되는 배기가스는 EGR쿨러(10)의 하우징(11)을 통과하는 과정상에서 냉각수에 의해 온도가 최대한 낮춰지게 되고, 이렇게 온도가 낮춰진 배기가스는 다시 EGR파이프(3)를 통해 흡기매니폴드(4)로 공급되어 혼합기가 연소할 때 최고 온도를 낮춤으로써 질소산화물(NOx)의 생성량을 저감시키게 된다.

한편, 본 발명에 따른 배기가스 재순환장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진 냉각수온을 검출하는 냉각수온센서(21)와, 엔진 회전수를 검출하는 엔진RPM센서(23)와, EGR쿨러(10)의 입구챔버(11a)에서 출구챔버(11c)쪽으로의 분사방향을 갖도록 EGR파이프(3)상에 장착되는 인젝터(25)와, 상기 EGR쿨러(10)의 냉각수공급파이프(15)상에 장착되는 냉각수솔레노이드밸브(27)와, 상기 냉각수온센서(21)와 상기 엔진RPM센서(23)로부터 신호를 전달받아 상기 인젝터(25)의 분사시기 및 상기 냉각수솔레노이드밸브(27)의 개폐시기를 제어하는 콘트롤러(29)를 더 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 인젝터(25)는 압축공기를 분사하게 되는데, 상기의 압축공기는 공기압축기(31)를 통해 공기탱크(33)에 저장된 압축공기를 사용하게 된다.

그리고, 상기의 공기압축기(31)는 엔진의 동력을 전달받아 구동되어지며 또한 구동시기는 상기 콘트롤러(29)에 의해 제어될 수도 있음은 물론이다.

따라서, 엔진의 냉각수온이 60℃ 미만상태 즉 엔진 냉간시에는 배기가스 재순환장치의 작동이 멈춰진 상태(EGR콘트롤밸브가 밀폐된 상태)이므로 배기가스는 흡기매니폴드(4)로 재순환되는 과정을 거치지 않고 그냥 배기계통을 통해 대기로 배출된다.

이에 따라, 배기가스 재순환장치의 작동조건이 빠른 시간내에 도달하도록 콘트롤러(29)의 제어에 의해 냉각수솔레노이드밸브(27)가 밀폐됨으로써 냉각수의 공급이 차단되고, 동시에 인젝터(25)를 통해 압축공기가 EGR쿨러(10)의 입구챔버(11a)쪽으로 강하게 분사되어 진다.

상기와 같이 압축공기가 분사되어지면 배기관(12)의 출구쪽(출구챔버측에 위치한 배기관의 끝부분)에 퇴적된 카본(carbon) 덩어리가 원활하게 제거되어지며, 제거된 카본 덩어리는 이후 배기가스 재순환장치의 작동시 EGR파이프(3)를 통해 흡기매니폴드(4)로 유입되어지게 된다.

그리고, 엔진의 냉각수온이 60℃ 이상이나 엔진 회전수가 1800rpm 이하일 때에는 콘트롤러(29)의 제어에 의해 냉각수솔레노이드밸브(27)를 개방시켜 EGR쿨러(10)의 작동에 대비하게 된다.

또한, 상기의 조건에서는 인젝터(25)를 통한 압축공기의 분사작동이 지속되도록 하여 카본 덩어리의 제거작업을 계속해서 수행하게 된다.

그리고, 엔진의 냉각수온이 60℃ 이상이고 엔진 회전수가 1800rpm 이상일 때에는 배기가스 재순환장치가 정상적으로 작동하게 되고, 이에 따라 냉각수솔레노이드밸브(27)는 콘트롤러(29)의 제어에 의해 지속적인 개방상태를 유지하게 되고, 상기 인젝터(25)를 통한 압축공기의 분사작동은 콘트롤러(29)의 제어에 의해 종료되게 된다.

이후에는, 엔진의 냉각수온 및 회전수에 따라 상기와 같은 동작을 반복 수행하면서 배기가스 재순환장치의 기능을 극대화시키게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 배기가스 재순환장치는 엔진의 냉간시 EGR쿨러(10)로 유입되는 냉각수의 공급을 차단시킬 수 있도록 하여 EGR쿨러(10)의 신속한 작동이 가능하게 됨으로써 질소산화물의 발생억제 기능을 극대화시킬 수 있게 되고, 또한 배기관(12)에 퇴적된 카본 덩어리가 압축공기의 분사력에 의해 편리하게 제거됨으로써 배기가스 재순환장치의 성능저하를 예방할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 배기가스 재순환장치는, 엔진의 냉간시 EGR쿨러의 신속한 작동이 가능하게 되어 질소산화물의 발생억제 기능이 극대화되게 되고, 아울러 배기관에 퇴적된 카본 덩어리가 편리하게 제거됨으로써 전체적으로 성능이 향상되는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 재순환장치(EGR)의 개략적인 구성도,

도 2와 도 3은 도 1에 사용되는 EGR쿨러의 사시도 및 종단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

3 - EGR파이프 10 - EGR쿨러

11a - 입구챔버 11c - 출구챔버

15 - 냉각수공급파이프 21 - 냉각수온센서

23 - 엔진RPM센서 25 - 인젝터

27 - 냉각수솔레노이드밸브 29 - 콘트롤러

Claims

엔진 냉각수온을 검출하는 냉각수온센서(21)와,

엔진 회전수를 검출하는 엔진RPM센서(23)와,

EGR쿨러(10)의 입구챔버(11a)에서 출구챔버(11c)쪽으로의 분사방향을 갖도록 EGR파이프(3)상에 장착되는 인젝터(25)와,

상기 EGR쿨러(10)의 냉각수공급파이프(15)상에 장착되는 냉각수솔레노이드밸브(27)와,

상기 냉각수온센서(21)와 상기 엔진RPM센서(23)로부터 신호를 전달받아 상기 인젝터(25)의 분사시기 및 상기 냉각수솔레노이드밸브(27)의 개폐시기를 제어하는 콘트롤러(29)를 더 포함하여 구성되는 배기가스 재순환장치.