KR20060058275A - 디젤 엔진의 이지알율 향상장치 - Google Patents

디젤 엔진의 이지알율 향상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 NOx의 배출저감을 위한 디젤 엔진에 장착되는 EGR 시스템의 성능의 향상될 수 있도록 하기 위한 디젤 엔진의 EGR율 향상장치에 관한 것으로,
배기 매니폴드로 배출되는 배기가스의 일부가 흡기 매니폴드 측으로 유도되도록 하기 위한 메인 EGR 라인이 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 간에 형성되고, 상기 메인 EGR 라인의 도중에 EGR 가스의 온도를 낮추기 위한 메인 EGR 쿨러가 형성되는 디젤 엔진의 EGR 장치에 있어서,
상기한 메인 EGR 쿨러의 전방 메인 EGR 라인의 도중과 메인 EGR 쿨러 후방의 메인 EGR 라인의 도중에 각각 양단이 접속되는 서브 EGR 라인과; 상기한 메인 EGR 라인에서 서브 EGR 라인의 분지부에 형성되어, 상기 메인 EGR 라인을 흐르는 EGR 가스의 일부가 서브 EGR 라인으로 흐르는 것을 단속하기 위한 입구 개폐 밸브와; 상기 서브 EGR 라인의 도중에 유입되는 EGR 가스의 압력을 설정압력으로 저장되도록 형성되는 EGR 저장탱크와; 상기 EGR 저장탱크의 후방 서브 EGR 라인의 도중에 상기 EGR 저장탱크 내에 저장된 EGR 가스가 메인 EGR 라인으로 흐르는 것을 단속하기 출구 개폐 밸브와; 상기한 출구 개폐 밸브의 후방 서브 EGR 라인의 도중에 EGR 가스의 온도를 낮추기 위해 장착되는 서브 EGR 쿨러와; 상기한 EGR 저장탱크에 마련된 압력센서의 압력측정값에 따라서 상기 입출구 개폐 밸브의 개폐동작을 제어하기 위한 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
EGR 라인, 서브 EGR 라인, EGR 저장탱크

Description

디젤 엔진의 이지알율 향상장치{EGR system of the diesel engine}
도 1은 본 발명에 의한 디젤 엔진 EGR 시스템의 구성도.
도 2는 엔진 일반적인 운전시의 본 발명에 의한 EGR 시스템의 작동상태도.
도 3은 EGR 저장탱크에 EGR 가스가 저장된 상태의 EGR 시스템의 작동상태도.
도 4는 엔진의 고출력 운전시의 본 발명에 의한 EGR 시스템의 작동상태도.
도 5는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 엔진 11 : 흡기 매니폴드
12 : 배기 매니폴드 13 : 터보차저
20 : 메인 EGR 라인 22 : 메인 EGR 쿨러
23 : 리드 밸브 30 : 서브 EGR 라인
40 : EGR 저장탱크 41 : 압력센서
42 : 입구 개폐 밸브 44 : 출구 개폐 밸브
46 : 서브 EGR 쿨러 50 : 제어부
본 발명은 디젤 엔진의 EGR율 향상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 NOx의 배출저감을 위한 디젤 엔진에 장착되는 EGR 시스템의 성능의 향상될 수 있도록 하기 위한 디젤 엔진의 EGR율 향상장치에 관한 것이다.
엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 흡기계로 환류시켜 실린더 안의 연소가스 온도를 떨어뜨림으로서 NOx의 생성이 억제되도록 하는 시스템을 EGR 시스템이라고 한다.
도 5는 일반적인 디젤 엔진을 개략적으로 표시한 도면으로서, 엔진(10)의 일측에는 흡기 매니폴드(11)로 유입되는 흡입공기를 배기가스 압력을 이용하여 가압시키기 위한 터보차저(13)가 엔진(10)의 일측에 형성된다. 터보차저(13)의 터빈(14) 측으로는 배기 매니폴드(12)에서 배출되는 배기가스가 터빈(14)을 통과한 후 배기계로 유도되고, 상기 터빈(14)과 함께 구동되는 콤프레서(15)가 흡입공기를 가압하여 흡기 매니폴드(11)로 유입될 수 있도록 구성된다. 한편, 상기한 콤프레서(15)를 통과하며 가압된 흡입공기의 온도를 낮추기 위한 인터쿨러(16)가 상기한 터보차저(13)와 흡기 매니폴드(11) 사이를 연결하는 흡기라인(16)의 도중에 마련되어 있다.
한편, 상기한 흡기 매니폴드(11)로 배기가스의 일부를 순환시켜 배기가스에 포함되는 NOx의 양을 저감시키기 위한 EGR 라인(20)이 배기 매니폴드(12)의 일측과 흡기 매니폴드(11)의 일측 사이에 배관되고, 상기한 EGR 라인(20)의 도중에는 EGR 가스의 냉각을 위한 EGR 쿨러(22)가 형성된다. EGR 라인(20)의 전방측에는 상기한 엔진의 운전영역에 따라서 EGR 가스를 재순환시키는 시점에서만 EGR 라인(20)으로 배기가스가 유도되도록 하기 위한 EGR 밸브(21)가 형성된다. 그리고 상기한 EGR 쿨러(22)의 후방측 EGR 라인(20)에는 EGR 가스의 흐름이 일측으로만 흐르도록 하기 위한 리드 밸브(23)가 형성된다.
그런데 고출력 엔진 개발과 점점 강화되는 환경법규만족 및 연비개선의 목표를 달성하기 위해 터보차저의 컴프레서 아웃측 압력이 대기압의 4배이상으로 설정되므로서, 흡기 매니폴드 측의 압력이 높아져서 EGR 시스템을 통한 EGR가스를 순환시키는 데에는 한계가 있게 된다. 따라서 전통적인 EGR 시스템의 경우에 최고 60%까지 EGR율을 사용하였으나, 최근에 개발된 고출력 엔진에서 적용중인 EGR 시스템은 배기압력파를 이용하여 최대 EGR율은 15~18%가 한계이다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, NOx의 배출저감을 위한 디젤 엔진에 장착되는 EGR 시스템의 성능의 향상될 수 있도록 하기 위한 디젤 엔진의 EGR율 향상장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적의 달성을 위한 수단으로서,
배기 매니폴드로 배출되는 배기가스의 일부가 흡기 매니폴드 측으로 유도되도록 하기 위한 메인 EGR 라인이 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 간에 형성되고, 상기 메인 EGR 라인의 도중에 EGR 가스의 온도를 낮추기 위한 메인 EGR 쿨러가 형성되는 디젤 엔진의 EGR 장치에 있어서,
상기한 메인 EGR 쿨러의 전방 메인 EGR 라인의 도중과 메인 EGR 쿨러 후방의 메인 EGR 라인의 도중에 각각 양단이 접속되는 서브 EGR 라인과;
상기한 메인 EGR 라인에서 서브 EGR 라인의 분지부에 형성되어, 상기 메인 EGR 라인을 흐르는 EGR 가스의 일부가 서브 EGR 라인으로 흐르는 것을 단속하기 위한 입구 개폐 밸브와;
상기 서브 EGR 라인의 도중에 유입되는 EGR 가스의 압력을 설정압력으로 저장되도록 형성되는 EGR 저장탱크와;
상기 EGR 저장탱크의 후방 서브 EGR 라인의 도중에 상기 EGR 저장탱크 내에 저장된 EGR 가스가 메인 EGR 라인으로 흐르는 것을 단속하기 출구 개폐 밸브와;
상기한 출구 개폐 밸브의 후방 서브 EGR 라인의 도중에 EGR 가스의 온도를 낮추기 위해 장착되는 서브 EGR 쿨러와;
상기한 EGR 저장탱크에 마련된 압력센서의 압력측정값에 따라서 상기 입출구 개폐 밸브의 개폐동작을 제어하기 위한 제어부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 디젤 엔진의 EGR율 향상장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 디젤 엔진 EGR 시스템의 구성도이고, 도 2는 엔진 일반적인 운전시의 본 발명에 의한 EGR 시스템의 작동상태도이고, 도 3은 EGR 저장탱크에 EGR 가스가 저장된 상태의 EGR 시스템의 작동상태도이고, 도 4는 엔진의 고출력 운전시의 본 발명에 의한 EGR 시스템의 작동상태도이다.
도면 중에 표시되는 도면부호 30은 본 발명에 의한 구성요소 중 주요부인 서 브 EGR 라인을 지시하는 것이며, 일부의 도면부호는 종래기술의 설명에서 사용된 도면부호가 그대로 인용된다.
상기한 서브 EGR 라인(30)은 종래기술에 의해 구성된 EGR 시스템에 추가되는 것으로, 메인 EGR 쿨러(22)의 전후방에 각각 양단이 접속되어 메인 EGR 라인(20)의 일측으로 새로운 EGR 라인이 나란하게 형성되는 것이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에서와 같이 6기통 엔진(10)의 경우에 2개로 형성되는 각각의 배기 매니폴드(12)에서 인출되는 2개의 메인 EGR 라인(20)의 도중에서 상기한 서브 EGR 라인(30)의 전단이 접속되고, 상기한 메인 EGR 쿨러(22)의 후방을 지나 배관되는 메인 EGR 라인(20)의 도중에 서브 EGR 라인(30)의 다른 일단이 접속되는 것이다.
한편, 상기한 서브 EGR 라인(30)의 도중에는 내부로 입력되는 EGR 가스가 설정된 압력(예를 들어, 7 bar)으로 소정량 저장될 수 있도록 하는 EGR 저장탱크(40)가 형성된다. 즉, 상기한 EGR 저장탱크(40)의 입구측으로는 2개의 서브 EGR 라인(30)의 일끝단이 접속되는 것이고, 그 출구측으로는 1개의 서브 EGR 라인(30)이 일측 끝단이 접속되는 것이다.
그리고 상기한 서브 EGR 라인(30)을 통해 EGR 저장탱크(40)로 메인 EGR 라인(20)을 흐르는 EGR 가스가 흐르는 것을 단속하기 위한 입구 개폐 밸브(42)가 상기한 메인 EGR 라인(20)으로부터 분지되는 2개의 서브 EGR 라인(30) 입구측에 각각 형성된다.
상기한 EGR 저장탱크(40)의 상부 일측에는 그 내부에 저장되는 EGR 가스의 압력을 측정하기 위한 압력센서(41)가 마련되며, 이 압력센서(41)에서 측정되는 압력값은 제어부(50)로 입력되어 상기 제어부(50)에서 EGR 저장탱크(40) 내의 EGR 가스의 압력에 따라서 상기 입구 개폐 밸브(42)의 개폐를 제어하도록 구성된다. 입구 개폐 밸브(42)는 별도의 서보 모터나 유공압 장치들에 의해서 작동되도록 형성된다.
또한, 상기한 EGR 저장탱크(40)의 후방측 서브 EGR 라인(30)의 도중에는 상기한 제어부(50)의 제어에 의해서 개폐가 단속되어 상기 EGR 저장탱크(40)에 소정 압력으로 저장된 EGR 가스를 메인 EGR 라인(20)의 후방측으로 유도되는 것을 제어하기 위한 출구 개폐 밸브(44)가 형성된다.
상기한 출구 개폐 밸브(44)의 후방측 서브 EGR 라인(30)의 도중에는 EGR 가스의 온도를 낮추기 위한 서브 EGR 쿨러(46)가 형성된다.
또한, 상기한 메인 EGR 쿨러(22)와 서브 EGR 쿨러(46)를 통과한 후 메인 EGR 라인(20)을 따라 흡기 매니폴드(11) 측으로 흐르는 EGR 가스의 역류를 방지하기 위한 리드 밸브(23)가 상기한 메인 EGR 라인(20)에 서브 EGR 라인(30)이 접속된 후방 측에 형성된다.
특히, 상기한 제어부(50)에서는 엔진의 폭발행정 직후에 배기 밸브가 열리는 순간 연소가스의 압력이 높을 때 상기 EGR 저장탱크(40)에 배기가스가 충진되도록 설정되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 일반적인 EGR 시스템에 서브 EGR 라인(30) 및 EGR 저장탱크(40)를 추가로 형성하는 이유는 점차 고출력화되는 엔진(10)에서 충분한 EGR 효과를 얻 을 수 있도록 할 뿐만 아니라, 점차 강화되는 배기가스 배출규제에도 부합되도록 하기 위한 것이다.
한편, 상기한 제어부(50)에는 엔진 회전수, EGR율, 엔진부하정도, 흡입공기량 등 운전의 제어에 필요한 정보가 각종 센서로부터 입력되도록 구성된다.
이상과 같이 본 발명에 적용된 EGR 시스템의 작동상태를 이하에 설명한다.
엔진의 일반적인 운전영역에서는 도 2와 같이 서브 EGR 라인(30)의 전방측에 마련된 입구 개폐 밸브(42)가 닫혀진 상태가 되어 메인 EGR 라인(20)을 통과하는 EGR 가스는 메인 EGR 쿨러(22)에서 온도가 낮춰진 후, 리드 밸브(23)를 지나 흡기 매니폴드(11)로 입력된다. 이렇게 흡기 매니폴드(11) 측으로 입력된 EGR 가스는 터보차저(13)에서 가압되어 들어온 흡입공기와 혼합되어 연소실에서 연소되는 과정에서 배출가스에 포함되는 NOx의 량을 줄인다.
한편, 도 3은 상기한 EGR 저장탱크(40)에 EGR 가스가 저장되고 있는 상태를 도시한 것으로서, 제어부(50)의 제어에 의해서 입구 개폐 밸브(42)가 개방작동되므로서 메인 EGR 라인(20)을 흐르는 EGR 가스의 일부가 상기한 서브 EGR 라인(30)을 통해 EGR 저장탱크(40)에 저장된다. 특히, 제어부(50)에서는 엔진의 폭발행정 후 배기밸브가 열리는 순간 연소가스의 압력이 높을 때 EGR 저장탱크(40)에 EGR 가스가 저장되도록 제어한다. 한편, EGR 저장탱크(40)에 마련된 압력센서(41)에서 측정되는 압력이 설정압력이 될 경우에는 상기한 입구 개폐 밸브(42)가 제어부(50)의 제어에 의해서 닫히게 되므로서, 메인 EGR 라인(20)에서 서브 EGR 라인(30)으로 유 입되는 EGR 가스가 유입되는 것이 차단된다.
그리고 엔진이 고출력 운전영역에서 운전되는 경우에 제어부(50)에서는 상기한 출구 개폐 밸브(42)를 개방시켜 EGR 저장탱크(40)에 저장되어 있던 EGR 가스의 배출을 허용한다. EGR 저장탱크(40)에서 배출된 EGR 가스는 서브 EGR 쿨러(46)에서 온도가 낮혀진 후 메인 EGR 라인(20)을 흐르는 EGR 가스와 함께 혼합되어 엔진(10)의 흡기 매니폴드(11) 측으로 유입되므로서, 흡기 매니폴드(11)로 입력되는 EGR율을 높이게 된다.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면 엔진의 폭발행정 후에 압력이 높은 상태의 연소가스 일부를 EGR 저장탱크에 저장하였다가 엔진의 고출력 운전영역에서 기존의 EGR 라인을 통해 흡기 매니폴드 측으로 입력되는 EGR 가스와 함께 혼합되어 입력되도록 하므로서, 엔진의 고출력 운전영역에서 EGR율을 높여 배출 가스 중에 포함되는 NOx의 발생량을 줄일 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 배기 매니폴드로 배출되는 배기가스의 일부가 흡기 매니폴드 측으로 유도되도록 하기 위한 메인 EGR 라인이 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 간에 형성되고, 상기 메인 EGR 라인의 도중에 EGR 가스의 온도를 낮추기 위한 메인 EGR 쿨러가 형성되는 디젤 엔진의 EGR 장치에 있어서,
    상기한 메인 EGR 쿨러(22)의 전방 메인 EGR 라인(20)의 도중과 메인 EGR 쿨러(22) 후방의 메인 EGR 라인(20)의 도중에 각각 양단이 접속되는 서브 EGR 라인(30)과;
    상기한 메인 EGR 라인(20)에서 서브 EGR 라인(30)의 분지부에 형성되어, 상기 메인 EGR 라인(20)을 흐르는 EGR 가스의 일부가 서브 EGR 라인(30)으로 흐르는 것을 단속하기 위한 입구 개폐 밸브(42)와;
    상기 서브 EGR 라인(30)의 도중에 유입되는 EGR 가스의 압력을 설정압력으로 저장되도록 형성되는 EGR 저장탱크(40)와;
    상기 EGR 저장탱크(40)의 후방 서브 EGR 라인(30)의 도중에 상기 EGR 저장탱크(40) 내에 저장된 EGR 가스가 메인 EGR 라인(20)으로 흐르는 것을 단속하기 출구 개폐 밸브(44)와;
    상기한 출구 개폐 밸브(44)의 후방 서브 EGR 라인(30)의 도중에 EGR 가스의 온도를 낮추기 위해 장착되는 서브 EGR 쿨러(46)와;
    상기한 EGR 저장탱크(40)에 마련된 압력센서(41)의 압력측정값에 따라서 상 기 입출구 개폐 밸브(42,44)의 개폐동작을 제어하기 위한 제어부(50); 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 EGR율 향상장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기한 메인 EGR 쿨러(22) 전방의 메인 EGR 라인(20)은 2개로 분리 형성되며, 상기 2개의 메인 EGR 라인(20)과 하나의 EGR 저장탱크(40)를 연결하는 EGR 저장탱크(40) 전방의 2개의 서브 EGR 라인(30)에는 각각 입구 개폐 밸브(42)가 형성된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 EGR율 향상장치.
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