KR20080047047A - 여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진의 배기 재순환 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤엔진의 냉각수 온도가 낮은 조건일때, 즉 낮은 연소실 온도에서도 구동할 수 있는 배기 재순환 장치에 관한 것이다.

본 발명은 디젤엔진의 흡기다기관과 배기다기관 사이에 구축된 배기가스 재순환 장치에 있어서, 상기 배기다기관에서 상기 흡기다기관으로 재순환경로에 상기 배기가스에 포함된 아황산가스를 여과하는 여과필터가 더 설치된 것을 특징으로 하는 여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치에 관한 것이다.

본 발명을 통해서 아황산가스가 제거된 신선한 배기가스를 흡기다기관으로 재순환시켜 낮은 냉각수온도 조건에서도 배기가스 재순환장치의 가동율을 높여 궁극적으로는 배기가스 저감량을 높일 수가 있다.

EGR, 배기 재순환장치, 여과필터, 아황산가스, 압력센서

Description

여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치 {Exhaust gas recirculation apparatus installed gas filter}

도 1은 종래기술에 따른 디젤엔진 배기 재순환 장치의 구성도이다.

도 2은 본 발명의 실시예에 따른 여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치의 구성도이다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 여과필터 전후에 압력센서가 추가로 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 여과필터 후에 압력센서가 추가로 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치의 구성도이다.

*도면중 주요 부분에 사용된 부호의 설명

20 : 흡기다기관

30 : 배기다기관

40 : EGR 밸브

50 : EGR 덕트

60 : 여과필터

70, 71 : 압력센서

본 발명은 디젤엔진의 배기 재순환 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 엔진의 냉각수 온도가 낮은 조건일때, 즉 낮은 연소실 온도에서도 구동할 수 있는 배기 재순환 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 디젤엔진 배기 재순환 장치의 구성도이며 도시한 바와 같이, 에어클리너(15)를 통과한 공기가 흡기밸브(17)를 통해 실린더(10) 내부로 유입되어 피스톤(13)이 구동되면서 공기가 배기밸브(18)를 거쳐 배기가스가 배출되는 일반적인 디젤 엔진에 배기가스 재순환 장치(EGR : Exhaust gas recirculation apparatus)가 장착되어 있는 것을 나타내고 있다.

일반적으로 배기가스 재순환장치는 디젤엔진의 배기가스를 줄이기 위한 수단으로 일반화되고 있는 장치이다. 배기가스 재순환장치는 배기가스의 배출절감을 목적으로 배기다기관(30)으로 배출된 배기가스가 EGR 덕트(50)를 경유하여 흡기다기관(20)으로 재유입하여 연소되도록 한다.

즉, 실린더(10)내 연소실에서 연소된 배기가스가 엔진 배기밸브(18)를 통해 대기로 배출하게 되는데, 이때 배기가스중의 배출가스 총량을 줄일 목적으로 배출되는 배기가스량의 일부를 엔진 흡기다기관(20)으로 재유입시켜 연소시킴으로써 배기가스 총량을 줄이게 된다.

배기가스가 300°C 이상이 되면 배기가스가 산소와 반응하여 아황산 개 스(SO₃)를 발생시킨다. 이러한 SO₃는 황산염(Sulfur)을 생성하여, 재순환 통로에 설치된 배기개스 재순환장치(EGR) 및 연소실 벽에 도달되어 연소실을 조기 부식시켜, 엔진의 조기 마모를 초래하여 엔진의 수명을 단축시키게 된다는 문제점을 갖는다.

이러한 문제점을 방지하기 위해, 배기가스 재순환은 엔진 냉각수온도는 아황산 가스가 발생되지 않도록 적정온도 이상에서만 배기가스 재순환장치를 작동하도록 하여 냉각수 온도에 관계없이 항상 작동시킬 수 있는 여건이 되지 못한다는 또 다른 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 엔진내부의 연소실 온도가 아황산 가스가 발생되는 낮은 온도에서도 배기가스의 재순환장치를 항상 작동시킬 수만 있다면 배기가스는 더 줄일 수 있다.

본 발명은 아황산가스가 제거된 신선한 배기가스를 흡기다기관으로 재순환시켜 낮은 냉각수온도 조건에서도 배기 재순환장치를 순환시켜 배기가스 재순환장치의 가동율을 높여 궁극적으로는 배기가스 저감량을 높이는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적은 디젤엔진의 흡기다기관과 배기다기관 사이에 구축된 배기가스 재순환 장치에 있어서, 상기 배기다기관에서 상기 흡기다기관으로 재순환경로에 상 기 배기가스에 포함된 아황산가스를 여과하는 여과필터가 더 설치된 것을 특징으로 하는 여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치에 의해 달성된다.

본 발명은 상기 여과필터에 의해 여과되는 아황산 가스의 포집으로 인한 여과필터의 막힘을 방지하기 위해 상기 여과필터 전후, 또는 여과필터 후에 압력센서를 더 구비하도록 구성할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 디젤 엔진 배기 재순환 장치는 디젤 엔진의 일측에 설치되는 흡입공기가 유입되는 흡기다기관(20)과, 상기 흡기 다기관(20)과 상기 엔진의 타측에 설치되어 연소가스를 배기하는 배기 다기관(30)과, 상기 엔진에서 연소가스를 배기하는 배기 다기관(30)의 소정의 위치에서 분기 형성되는 EGR 덕트(50)와, 상기 EGR 덕트(50)의 압력차에 의해 구동되는 EGR밸브(40)와, 재순환되는 배기가스에 포함된 아황산가스를 여과시킬 수 있는 여과필터(60)로 구성된다.

여과필터(60)는 여과 효율 (particle mass and number), 내열성(녹는점), 열팽창율, 열충격 및 기계적 강도, 입자상물질(PM) 포집 및 재(ash) 누적에 의한 배압특성, 황 성분등에 의해 부식되지 않고 고온에서 산화되지 않는 등의 내화학성, 가격 등을 고려하여 선택되어야 한다. 상기 여과필터(60)에는 현재 배기시스템에서 보편적으로 사용되고 있는 필터로서 월-플로우 모노리스(Wall-Flow Monoliths) 필 터가 사용될 수 있다. 상기 월-플로우 모노리스(Wall-Flow Monoliths)필터의 경우 여러 채널이 번갈아가며 한쪽씩 막혀있는 형태로 되어 있고, 각 채널의 벽이 필터로 사용된다.

또한, 여과필터(60)로서 세라믹 필터가 사용될 수 있다. 세라믹 필터의 경우 디젤 배출가스 중의 유해한 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상물질(PM)등 물질들이 촉매가 코팅된 세라믹필터를 통과할 때 코팅된 촉매와 반응하여 무해한 이산화탄소(CO2), 물(H2O)로 변환시키고 또한 세라믹필터에 포집된 입자상물질은 차량의 운행중에 발생하는 배기열 등에 의하여 연속적으로 산화됨으로 하여 필터를 재생할 수 있다.

이밖에도, 여과필터(60)로서 상기 세라믹 필터의 한 종류로 크로스 플로우(Cross Flow) 필터가 사용될 수 있는데, 상기 필터는 포집된 입자상물질(PM)을 세라믹 필터 내에서 직접 태워 재생시키지 않고, 외부로 털어내어 연소시키는 방식으로 되어있다. 세라믹 필터에 입자상물질(PM)이 포집되면 필터 후면에서 압축공기를 배기가스 유동의 반대방향으로 불어주며 이때 포집된 입자상물질(PM)이 90도 방향인 아래로 털려 떨어지며 이것을 별도로 모아서 태워준다. 구조가 복잡하긴 하지만 필터에서 직접 재생시키지 않기 때문에 장치 수명에는 매우 유리하다.

본 발명의 경우 사용될 수 있는 여과필터는 상기의 예에 한정되지는 않으며 당업자가 변경가능한 범위내에서 얼마든지 치환가능한 것은 자명할 것이다.

본 발명의 특징과 직접적인 관련이 없는 ERG밸브의 개폐제어에 관련된 구성에 대한 기재는 생략한다.

배기밸브(18)를 통해 배출된 배기가스는 배기다기관(30)을 통해 EGR 턱트(50)로 유입된 후 재순환되어 흡기다기관(20)을 거쳐 흡기밸브(17)를 통해 다시 유입되게 된다. 이러한 배기가스의 재순환경로, 즉 배기가스가 배출되어 재순환되는 배기다기관(30)으로부터 흡기다기관(20)으로의 순환 경로인 EGR 덕트(50)에 여과필터(60)가 장착되도록 구성한다.

도시된 바와 같이 EGR 덕트(50)에 상기의 여과필터(60)를 설치함으로써 배기다기관(30)으로 배출되는 배기가스에 포함된 아황산가스 및 이물질을 여과하여 신선한 배기가스를 다시 흡기다기관(20)으로 재유입시키도록 구성된다.

즉, 낮은 연소실 온도에서 발생하여 배출된 아황산가스가 재순환시 엔진 내부의 연소실 벽에 유입되어 연소실의 조기 부식을 초래하여 적정온도 이상의 연소실 온도에서 배기 재순환 장치를 구동할 수 있었던 작동한계를 여과필터(60)에 의해 아황산가스를 제거함으로써 낮은 냉각수온도 조건에서도 배기가스 재순환장치의 가동율을 높이도록 구성한 것이다.

그러나, 여과필터(60)의 경우 엔진오일과 경유연료 중의 중금속, 무기질 및 재(Ash)성분은 정화되지 않고 여과필터(60) 내에 계속 축적되어 배압이 증가하게 되므로 차량마다 주기적인 청소를 해 줘야 한다. 또한 상기 흡기다기관(20)으로 연결되는 통로인 EGR 덕트(50)에 여과 필터(60)를 설치함에 따라, 여과필터(60)에서 여과되는 아황산 가스의 포집으로 인해 여과 필터(60)가 점점 막히게 되므로 여과필터를 주기적으로 점검 및 청소하는 것이 필요하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 여과필터 전후에 압력센서가 추가로 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치의 구성도를 나타낸다.

여과 필터(60)가 막히게 되면 배기가스 재순환이 불가능해지므로 여과필터(60)의 막힘정도를 감지할 수 있도록 도시된 바와 같이 여과필터(60) 전/후의 EGR덕트(50)에 압력센서(70, 71)를 각각 설치하여 재순환장치로 배출되는 배기가스의 압력의 변화를 판단할 수 있도록 구성된다.

EGR덕트(50)를 통해 재순환 되는 배기가스는 여과필터(60)로 유입되는데, 이 경우 필터가 막힘에 따라 여과필터(60) 전에 설치된 압력센서(70)의 압력값보다 여과필터(60)를 지나서 설치된 압력센서(71)의 압력값은 더 높아지게 된다.

사용시간이 증가함에 따라 여과필터(60)는 막히게 되므로, 여과필터(60) 전/후의 압력센서(70, 71)에 의한 압력의 차이를 판단하여 여과필터(60)의 압력이 규정 이상의 압력에 도달시 여과필터(60)를 청소 또는 교체하여 배기 재순환장치의 본래의 기능을 충분히 발휘하도록 할 수 있다.

또 다른 실시예로서 도 4에 도시된 바와 같이, 압력센서를 여과필터를 통과한 후에만 설치하도록 할 수 있다.

이 경우에는 여과필터(60)를 설치하여 재순환 배기가 통과할 때의 초기압력을 기준으로 하여, 사용시간이 증가함에 따라 여과필터(60)가 막힘에 따라 압력센서(71)에 의해 측정된 배기압력의 차이가 기준 압력이상 될 경우에 여과필터(60)를 청소 또는 교체할 수 있다.

상기에서 여과필터(60)의 교체 및 청소의 기준이 되는 압력값은 엔진마다 규정압력이 상이할 수 있음으로 특정하여 규정하지는 않았으나, 당해 기술분야에서 필터교체의 기준이 되는 일반적인 압력에 상응하여 판단할 수 있다.

이상 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

본 발명은 재순환 배기가스에 포함된 아황산가스를 여과시킬 수 있는 여과장치를 설치함으로써 흡기다기관으로 유입되는 배기가스에 포함된 아황산가스를 여과하여 아황산가스가 제거된 신선한 배기가스를 흡기로 재순환시켜, 낮은 냉각수온도 조건에서도 배기 재순환장치를 항상 작동시킬 수가 있어 가동율을 높여 궁극적으로는 종래의 배기가스 재순환장치에 비해 배기가스 저감량을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 여과필터의 전후에 압력센서를 더 설치함으로써 여과필터의 청소 또는 교체시기를 판단할 수 있도록하여 배기 재순환장치가 원활하게 구동할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 디젤엔진의 흡기다기관과 배기다기관 사이에 구축된 배기가스 재순환 장치에 있어서,

   상기 배기다기관에서 상기 흡기다기관으로 재순환경로에 상기 배기가스에 포함된 아황산가스를 여과하는 여과필터가 더 설치된 것을 특징으로 하는 여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 여과필터에 의해 여과되는 아황산 가스의 포집으로 인한 상기 여과필터의 막힘을 방지하기 위해 상기 여과필터 전후에 압력센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 여과필터에 의해 여과되는 아황산 가스의 포집으로 인한 상기 여과필터의 막힘을 방지하기 위해 상기 여과필터 후에 압력센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 여과필터가 설치된 디젤엔진 배기 재순환 장치.

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