KR20080007980A - 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치 - Google Patents
배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 안출 목적은 디젤차량의 고속/고부하의 운전 영역에서 고온의 배기가스를 이용하여 EGR 쿨러내에 다량으로 축적되는 매연을 연소시켜 제거함으로써, EGR 쿨러의 냉각 효율을 증대하고, 이로부터 배기가스중 포함되는 질소산화물 및 스모그의 함유량을 줄일 수 있도록 하는 데 있다.
전술한 바의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 디젤엔진(10)의 배기관로(12)로부터 분지된 EGR 관로(14)와; 상기 EGR 관로(14)로부터 흡기관로(18)에 연결된 흡기측 연통관로(16); 상기 EGR 관로(14)로부터 상기 배기관로(12)에 연결된 재생관로(20); 상기 EGR 관로(14)중에서 배기가스의 유동방향과 유동량 및 배기가스의 냉각을 위해 각각 순차적으로 설치된 EGR 밸브(22)와 EGR 쿨러(24); 상기 EGR 관로(14)와 상기 흡기측 연통관로(16) 및 상기 재생관로(20) 사이의 분기점에 설치되는 재생밸브(26); 상기 EGR 쿨러(24)에 대한 재생시기를 검출하는 재생시기 검출부 및; 상기 재생시기 검출부를 매개로 검출되는 배기가스의 온도와 엔진 회전수를 매개로 상기 EGR 쿨러(24)에 대한 재생을 위해, 상기 EGR 밸브(22)와 상기 재생밸브(26)의 개폐를 각각 조절하는 제어부(32)를 포함하는 것을 특징으로 한다..
Description
도 1은 종래 EGR 쿨러의 외관 및 단면 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치의 구성과 정상 모드시 동작 상태를 도시한 도면.
도 3은 EGR 쿨러의 재생 모드시 지연시간 동안의 동작 상태를 도시한 도면.
도 4는 EGR 쿨러의 재생 모드시 지연시간 경과후 동작 상태를 도시한 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10-디젤엔진 12-배기관로
14-EGR 관로 16-흡기측 연통관로
18-흡기관로 20-재생관로
22-EGR 밸브 24-EGR 쿨러
26-재생밸브 28-온도측정센서
30-크랭크 축 포지션센서 32-제어부
본 발명은 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 EGR 쿨러내에 축적되는 매연을 고온의 배기가스를 이용하여 제거함으로써, EGR 쿨러의 냉각 효율의 증대와 그로 인해 질소산화물 및 스모그의 배출을 줄일 수 있도록 하는 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 엔진에 있어 연소후 배출되는 배기가스중 포함되는 유해성분의 저감을 위한 대책의 일환으로 배기가스 재순환 장치(EGR;exhaust gas recirculation)가 있는 바, 상기 배기 가스 재순환 장치는 기관의 가동시 배기계통을 거쳐 배출되는 배기가스중 일부를 다시 흡기계통으로 재유입시킴으로써, 연소실내 새로운 혼합기의 충진율을 낮춰 폭발 행정시 연소온도를 낮춤으로써 배기가스 중 특히 질소 산화물(NOx)의 배출량을 줄이도록 된 것이다.
그런데, 연소후 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 그 온도가 높기 때문에 EGR 관로를 통해 흡기 매니폴드로 유입되면, 외기의 온도는 배기가스와의 직접적인 혼합으로 인해 상승하게 되고, 온도가 상승된 외기가 연소실내에서 연료와 혼합되어 연소되면 연소후 배출되는 배기가스중 질소산화물 및 스모그의 증가를 초래하는 문제가 있어 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 배기가스 재순환 장치에 엔진의 흡기계통으로 재유입되는 배기가스의 온도를 낮추기 위해 EGR 쿨러를 적용하였는 바, 종래 EGR 쿨러는 도 1에 도시된 바와 같이, 원통 형상이면서 양측 선단에 냉각수의 유입과 유출을 도모하는 입/출력포트(1a,1b)를 갖춘 몸체(1)와, 상기 몸체(1)의 내 부에서 다발형태로 배치되어 내부에 배기가스의 유동을 허용하는 다수의 튜브(3)를 갖춘 구조로 되어 있다.
즉, 상기 튜브(3)를 통해 유동되는 배기가스는 상기 다수의 다발형태의 튜브(3)를 수용하는 상기 몸체(1)의 내부를 유동하는 냉각수에 의해 냉각되어진다. 상기와 같은 쿨러의 효율이 높을수록 배기가스의 온도를 많이 저하시킬 수 있어 질소산화물 및 스모그의 배출을 더욱 줄일 수 있게 되었다.
그러나, EGR 쿨러내에 디젤엔진의 배기가스중 포함된 매연성분은 쿨러의 냉각작용에 의해 쿨러내에 퇴적되기 때문에 쿨러의 냉각효율은 점차 악화되고, 이와 같이 효율이 악화된 EGR 쿨러에서는 초기 의도와는 달리 EGR 가스를 충분히 냉각시키지 못하게 되므로 배기가스중 질소산화물 및 스모그의 함유량이 다시 증가하게 되는 문제가 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 디젤차량의 고속/고부하의 운전 영역에서 고온의 배기가스를 이용하여 EGR 쿨러내에 다량으로 축적되는 매연을 연소시켜 제거함으로써, EGR 쿨러의 냉각 효율을 증대하고, 이로부터 배기가스중 포함되는 질소산화물 및 스모그의 함유량을 줄일 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 디젤엔진의 배기관로로부터 분지된 EGR 관로와;
상기 EGR 관로로부터 흡기관로에 연결된 흡기측 연통관로;
상기 EGR 관로로부터 상기 배기관로에 연결된 재생관로;
상기 EGR 관로중에서 배기가스의 유동방향과 유동량 및 배기가스의 냉각을 위해 각각 순차적으로 설치된 EGR 밸브와 EGR 쿨러;
상기 EGR 관로와 상기 흡기측 연통관로 및 상기 재생관로 사이의 분기점에 설치되어 배기가스의 유동경로를 조절하는 재생밸브;
상기 EGR 쿨러에 대한 재생시기를 판단하기 위해 배기가스의 온도와 엔진 회전수를 검출하는 재생시기 검출부 및;
상기 재생시기 검출부를 매개로 검출되는 배기가스의 온도와 엔진 회전수를 매개로 상기 EGR 쿨러에 대한 재생을 위해, 상기 EGR 밸브와 상기 재생밸브의 개폐를 각각 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디젤엔진(10)의 배기 매니폴드(10a)측에 연소후 생성되는 배기가스의 대기중 배출을 위해 배기관로(12)가 연결되고, 상기 배기관로(12)중 소정 부위에는 EGR 관로(14)가 분지되게 설치되며, 상기 EGR 관로(14)에는 이로부터 흡기측 연통관로(16)가 분지되어 흡기관로(18)가 연결되도록 설치되는 한편, 상기 흡기관로(18)는 상기 디젤엔진(10)의 흡기 매니폴드(10b)측에 연결된다.
상기 EGR 관로(14)에는 상기 흡기측 연통관로(16)와 별도의 재생관로(20)가 설치되어, 이 재생관로는 상기 배기관로(12)와 연결된다. 상기 EGR 관로(14)중에는 배기가스의 유동방향과 유동량 및 배기가스의 냉각을 위한 EGR 밸브(22)와 EGR 쿨러(24)가 각각 순차적으로 설치된다.
이 경우, 상기 EGR 밸브(22)는 상기 EGR 관로(14)를 통해 유동되는 배기가스의 유동을 허용 내지 차단시키는 2-웨이 밸브로 이루어진다.
상기 EGR 관로(14)와 상기 흡기측 연통관로(16) 및 상기 재생관로(20) 사이의 분기점에는 상기 EGR 관로(14)를 통해 유동하는 배기가스의 유동경로를 상기 흡기측 연통관로(16) 내지 상기 재생관로(20)중 어느 하나로 선택적으로 조절하는 재생밸브(26)가 설치된다.
이 경우, 상기 재생밸브(26)는 상기 EGR 관로(14)와 상기 흡기측 연통관로(16) 및 상기 재생관로(20) 사이의 분기점에서 상기 EGR 관로(14)를 통해 유동되는 배기가스를 차단하거나, 상기 흡기측 연통관로(16)로의 유동을 허용하거나, 상기 재생관로(20)로의 유동을 허용하도록 하는 3-웨이 밸브로 이루어진다.
재생시기 검출부는 상기 EGR 쿨러(24)에 대한 재생의 시기를 판단하기 위해 상기 배기관로(12)를 통해 유동되는 배기가스의 온도와 상기 디젤엔진(10)의 회전수를 각각 검출한다.
이 경우, 상기 재생시기 검출부는 상기 EGR 밸브(22)의 전단에 위치하는 상기 EGR 관로(14)에 설치되어 배기가스의 온도를 검출하는 온도측정센서(28)와, 상기 디젤엔진(10)의 회전수를 검출하도록 크랭크 축(도시안됨)에 설치된 크랭크 축 포지션센서(30)로 이루어진다.
제어부(32)는 상기 재생시기 검출부의 온도측정센서(28)와 크랭크 축 포지션센서(30)를 통해 각각 검출되는 배기가스의 온도와 엔진 회전수를 매개로 상기 EGR 쿨러(24)에 대한 재생을 위해, 상기 EGR 밸브(22)와 상기 재생밸브(24)의 개폐를 각각 조절한다.
이 경우, 상기 제어부(32)는 상기 재생시기 검출부의 온도측정센서(28)와 크랭크 축 포지션센서(30)를 통해 검출되는 배기가스의 온도와 엔진 회전수에 따른 상기 EGR 쿨러(24)에 대한 재생 모드의 구현시기를 맵 데이터로 저장하도록 되어 있다.
즉, 상기 제어부(32)는 배기가스의 온도 변화 대비 엔진 회전수의 변화에 따른 각 구간의 영역에서 배기관로(12)를 통한 배기가스의 정상적인 배출을 도모하는 정상 모드와, EGR 밸브(22)와 재생밸브(26)의 동작을 매개로 EGR 쿨러(24)내에 축적된 매연의 연소를 위한 재생 모드에 대한 각각의 제어 영역을 맵 데이터화하여 저장하고 있다.
한편, 디젤엔진(10)에 있어 일반 운전조건에서 배기가스의 온도는 EGR 밸브(22)와 EGR 쿨러(24)에 퇴적된 매연을 연소시키기에 부족한 수준의 낮은 온도(250~400℃)이다.
이에 반해, 에미션 영역이나 고속/고부하의 영역에서 배기가스의 온도는 매연의 연소에 충분한 온도인 600℃ 이상이다.
그러나, 에미션 영역에서는 질소 산화물의 저감을 위해 분사시기를 상당히 지연시키기 때문에 매연의 연소후 배기가스(연소에 의해 매연이 제거된 배기가스)를 대기중으로 배출시키기 위해서는 추가의 연소 매칭이 필요하므로, 본원에 따른 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치에서는 에미션 영역을 제외하고 고속/고부하의 영역에서만 매연의 제거가 이루어질 수 있도록 하는 제어를 시행한다.
아울러, 디젤엔진(10)을 탑재하고 있는 상용 차량의 경우 주행의 특성상 화물의 적재후 가속을 최대로 하여 운행하는 경우가 많으므로, 고속/고부하의 영역에서 본 발명에 따른 매연 제거장치의 동작이 빈번하게 이루어질 것이고, 특히 상용 차량에서 최고 속도가 형성되는 운전 영역이 최대 출력을 지난 영역에서 형성되므로, 최고 속도로의 주행중 본 발명의 매연 제거장치의 사용에 매우 적합한 조건이 형성된다.
이하, 본 발명에 따른 배기가스 재순환장치용 쿨러의 매연 제거장치의 동작을 설명한다.
상기 제어부(32)는 재생시기 검출부를 통해 검출되는 배기가스의 온도와 엔진의 회전수가 정상 모드에 해당되면, 상기 EGR 밸브(22)를 개방시키고, 상기 재생밸브(26)의 제어를 통해 EGR 관로(14)와 흡기측 연통관로(16) 사이를 교통시켜 배기관로(12)를 통해 배출되는 배기가스를 상기 디젤엔진(10)의 흡기 매니폴드(10b)측으로 공급시키게 된다.
또한, 상기 재생시기 검출부를 통해 검출되는 정보로부터 상기 EGR 쿨러(24)의 재생 모드라고 판단되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(32)는 소정의 설정된 지연시간 동안에 걸쳐 상기 EGR 밸브(22)를 개방시킴과 더불어 상기 재생밸 브(26)를 폐쇄시켜 배기가스의 유동을 차단하게 된다.
이에 따라, 상기 EGR 관로(14)내에 있는 고온의 배기가스는 EGR 쿨러(24)에 축적된 매연을 연소시키게 된다.
이 경우, 상기 재생밸브(26)를 폐쇄시키는 지연시간은 상기 EGR 쿨러(24)내에 축적된 매연의 연소에 필요한 시간이고, 이는 상기 제어부(32)에 의해 조절된다.
이어, 소정의 설정된 지연시간이 경과되면, 상기 제어부(32)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 EGR 관로(14)와 상기 재생관로(20) 사이를 연통시키도록 상기 재생밸브(26)의 개폐를 제어하게 되고, 이에 따라 배기가스는 상기 재생관로(20)를 통해 배기관로(12)로 유동되어 대기중으로 방출된다.
이때, 상기 EGR 쿨러(24)내 매연의 연소후 배기가스의 온도가 설정치 이하로 떨어지거나 엔진의 회전수가 에미션 영역으로 복귀되면, 상기 제어부(32)는 상기 재생밸브(26)를 다시 정상모드의 작동상태로 복귀시키게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치에 의하면, 디젤엔진(10)에서 배기 매니폴드(10a)로부터 EGR 관로(14)를 통해 흡기 매니폴드(10b)로 재순환되는 배기가스의 온도를 EGR 쿨러(24)를 통해 낮춤에 있어, EGR 쿨러(24)내에 퇴적되는 매연을 고온의 배기가스를 이용하여 연소시켜 제거함으로써, EGR 쿨러(24)의 냉각 효율을 높일 수 있다.
아울러, 상기 EGR 쿨러(24)의 냉각 효율의 증대에 따라 배기가스의 온도 저하를 크게 도모할 수 있고, 이로 인해 질소산화물 및 스모그의 배출을 더욱 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
Claims (6)
- 디젤엔진(10)의 배기관로(12)로부터 분지된 EGR 관로(14)와;상기 EGR 관로(14)로부터 흡기관로(18)에 연결된 흡기측 연통관로(16);상기 EGR 관로(14)로부터 상기 배기관로(12)에 연결된 재생관로(20);상기 EGR 관로(14)중에서 배기가스의 유동방향과 유동량 및 배기가스의 냉각을 위해 각각 순차적으로 설치된 EGR 밸브(22)와 EGR 쿨러(24);상기 EGR 관로(14)와 상기 흡기측 연통관로(16) 및 상기 재생관로(20) 사이의 분기점에 설치되어 배기가스의 유동경로를 조절하는 재생밸브(26);상기 EGR 쿨러(24)에 대한 재생시기를 판단하기 위해 배기가스의 온도와 엔진 회전수를 검출하는 재생시기 검출부 및;상기 재생시기 검출부를 매개로 검출되는 배기가스의 온도와 엔진 회전수를 매개로 상기 EGR 쿨러(24)에 대한 재생을 위해, 상기 EGR 밸브(22)와 상기 재생밸브(26)의 개폐를 각각 조절하는 제어부(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 재생시기 검출부는 상기 EGR 관로(14)중에 설치되어 배기가스의 온도를 검출하는 온도측정센서(28)와, 상기 디젤엔진(10)의 회전수를 검출하는 크랭크 축 포지션센서(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매 연 제거장치.
- 청구항 2에 있어서,상기 온도측정센서(28)는 상기 EGR 관로(14)중에서 상기 EGR 밸브(22)의 전단에 설치된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 제어부(32)는 상기 재생시기 검출부로부터 검출되는 배기가스의 온도와 엔진 회전수에 따라 상기 EGR 쿨러(24)에 대한 재생 모드의 구현시기를 맵 데이터로 저장하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 제어부(32)는 정상 모드시 상기 EGR 밸브(22)와 상기 재생밸브(26)를 개방시켜 배기가스를 상기 EGR 관로(14)와 상기 흡기측 연통관로(16)를 통해 상기 흡기관로(18)로 유동시키고, 재생 모드시 상기 EGR 밸브(22)의 개방후 지연시간 동안 상기 재생밸브(26)를 폐쇄시키며, 지연시간의 경과후 상기 재생밸브(26)를 개방시켜 배기가스를 상기 재생관로(20)를 통해 상기 배기관로(12)로 유동시켜 대기중으로 방출시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치.
- 청구항 5에 있어서,상기 지연시간은 상기 EGR 쿨러(24)내에 축적된 매연의 연소에 필요한 시간으로 설정된 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환장치용 쿨러내 매연 제거장치.
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2006
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