KR20090006630A - Mixing device structure for recirculation exhaust gas in automobile - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차의 재순환 배기가스(EGR GAS) 혼합장치 구조에 관한 것으로, 특히 재순환 배기가스와 신기가 만나는 지점에 벨 형상의 파이프(관)을 장착하여, 엔진의 각 연소실로 유입되는 재순환 배기가스 농도를 균등하게 하여 각 기통별 연소특성이 동일한 조건으로 이루어지게 함으로써, 엔진제어 정밀도 향상 및 제어 자유도를 향상시켜 배기가스 규제에 대응할 수 있도록 한 재순환 배기가스 혼합장치 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the structure of a recirculating exhaust gas (EGR GAS) mixing device of an automobile. Particularly, a bell-shaped pipe (pipe) is mounted at a point where the recirculating exhaust gas meets new air, and the recirculated exhaust gas flowing into each combustion chamber of the engine is provided. The present invention relates to a structure of a recirculating exhaust gas mixing device that can cope with exhaust gas regulation by improving engine control accuracy and control degree of freedom by equalizing concentrations so that combustion characteristics of each cylinder are made under the same conditions.
자동차 배출가스에 대한 규제가 점점 강화되고 있는 추세하에 이에 대한 여러가지 기술들이 개발되어지고 있다. 이들중의 하나가 배기가스의 재순환장치(Exhaust Gas Recirculator ; 이하 '이지알(EGR)'이라 함)를 적용하는 것이다.As the regulations on automobile emissions are being tightened, various technologies are being developed. One of them is to apply an exhaust gas recirculator (hereinafter referred to as 'EGR').
상기 이지알은 산화질소(NOx)의 배출을 제어하기 위해 연소가 끝난 배기가스의 일부를 연소실로 재유입시키는 것으로서, 배기가스의 CO2 와 H2O 등과 같은 불활성 가스가 흡기의 일부와 치환되어 혼입됨으로써 혼합기의 열용량이 증대되어 실린더 내 연소가스의 온도상승을 억제하며, 공기 과잉률을 낮추어 열 산화질소의 생 성을 억제함으로써 전체 산화질소의 발생량을 줄이는 방법이다.In order to control nitrogen oxide (NOx) emission, the EZR reintroduces a part of the combustion exhaust gas into the combustion chamber, and an inert gas such as CO 2 and H 2 O of the exhaust gas is replaced with a part of the intake air to be mixed with the mixer. It is a method of reducing the total amount of nitrogen oxides by increasing the heat capacity of the gas to suppress the temperature rise of the combustion gas in the cylinder, and to suppress the production of thermal nitric oxide by lowering the excess air ratio.
배기가스의 규제가 엄격해짐에 따라 이를 만족하기 위해선 엔진기술 뿐만 아니라 엔진의 각 부품의 품질이 우수해야만 한다.As exhaust gas regulations become more stringent, not only engine technology but also the quality of each part of the engine must be excellent.
특히 상기 이지알을 적용하는 것은 연소과정에 중요한 역할을 담당하므로 각 기통간에 고르게 혼합되어 연소실로 흡입되는 것이 중요하다. 각 기통간 편차가 크면 각 기통에서 배출되는 배기가스가 일정하지 않으며 이는 엔진을 제어하는데 많은 어려움을 초래하는 요인이 되고, 이로 인해 배기가스 규제 대응에도 한계가 있는 것이다.In particular, since the application of the EZR plays an important role in the combustion process, it is important that the cylinders are evenly mixed and sucked into the combustion chamber. If the deviation between cylinders is large, the exhaust gas emitted from each cylinder is not constant, which causes a lot of difficulties in controlling the engine, thereby limiting the response to exhaust gas regulation.
도 1 은 종래의 일반적인 자동차 배기가스의 재순환 경로를 도시한 도면이고,1 is a view showing a recirculation path of a conventional general vehicle exhaust gas,
도 2a 는 종래의 흡기관과 상기 흡기관 측으로 신기와 재순환 배기가스가 유입되는 유입부의 구조를 도시한 사시도이며,FIG. 2A is a perspective view illustrating a structure of a conventional intake pipe and an inlet of which fresh air and recycle exhaust gas flow into the intake pipe side;
도 2b 는 상기 도 2a 에서의 단면 A-A 에서의 재순환 배기가스와 신기가 만나는 곳에서의 재순환 배기가스의 농도분포를 도시하고 있다.FIG. 2B shows the concentration distribution of the recycle exhaust gas at the point where the recycle exhaust gas and the fresh air in section A-A in FIG. 2A meet.
도시된 바와 같이, 종래에는 이지알 쿨러(80)와 이지알 밸브(60)를 통과한 재순환 배기가스(b)가 흡기관(10)에서 신기(a)와 혼합되어 엔진 연소실(40)로 보내어진다.As shown, in the related art, the recycle exhaust gas b passed through the
신기(a)와 재순환 배기가스(b)가 만나는 곳에서, 신기(a)가 유입되는 통로의 한 방향에 대해 수직 방향에서만 재순환 배기가스(b)가 유입되므로, 이지알 통로 근처에서는 재순환 배기가스(b)의 농도가 짙고, 반대편에서는 농도가 엷어지게 된 다. 특히 재순환 배기가스(b) 양이 적을 때에는 흡기관(10)으로 유입되는 재순환 배기가스(b)의 유속/유량이 적으므로 흡기관(10) 중앙으로 나아가지 못하고, 재순환 배기가스(b)가 흡기관 벽면을 타고 흡기관(10) 각 부위에서의 재순환 배기가스(b) 농도가 더욱 불균일하게 된다. 이것은 각 엔진 기통에 유입되는 재순환 배기가스(b)의 농도차가 커지게 되어, 유해배출가스, 특히 산화질소(NOx) 배출량이 각 엔진 기통간에 균일하지 않아 배출가스의 규제 만족을 위해서는 많은 어려움이 따르게 된다.At the point where the fresh air (a) and the recycle exhaust gas (b) meet, the recycle exhaust gas (b) flows only in the direction perpendicular to the one direction of the passage where the fresh air (a) flows in, so the recycle exhaust gas is near the Izial passage. The concentration in (b) is high, and on the other side, the concentration becomes thin. In particular, when the amount of recycle exhaust gas (b) is small, the flow rate / flow rate of the recycle exhaust gas (b) flowing into the intake pipe (10) is small, and therefore, the recycle exhaust gas (b) does not proceed to the center of the intake pipe (10). The concentration of the recycled exhaust gas b in each part of the
참고로, 디젤엔진에서 배출되는 유해가스는 크게, CO, PM, NOx 로, 이들 중에 CO 는 후처리 장치인 촉매의 활성온도를 낮춤(귀금속양 증대)으로써 줄일 수 있으며, PM 은 NOx 와 트레이드 오프(trade off) 관계이나 유럽의 배출가스 규제(EURO4/EURO5) 있어서, PM 은 DPF(디젤입자상 물질필터)의 적용으로 거의 90% 이상 줄일 수 있다. NOx 는 이를 제거하거나 줄일 수 있는 여러 방법들이 연구되고 있으나, 현재까지 가장 유용한 것이 이지알로서, 규제가 심해질수록 이지알의 양을 늘려야 하나 연소실로 유입되는 이지알 농도가 균일하지 않으면, 연소후 생성되는 NOx 가 균일하지 않아 배기가스 규제에 대응하기 어려워지게 된다.For reference, the harmful gases emitted from diesel engines are largely CO, PM, and NOx. Among them, CO can be reduced by lowering the active temperature of the catalyst, which is a post-treatment device (increase in precious metal), and PM is traded off with NOx. In trade off relations or in European emission regulations (EURO4 / EURO5), PM can be reduced by almost 90% by the application of diesel particulate filter (DPF). NOx has been studied in various ways to remove or reduce it. However, the most useful one so far is EZR, which is required to increase the amount of IZAL as the regulation gets more severe. Since NOx is not uniform, it becomes difficult to cope with exhaust gas regulation.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 엔진으로 유입되는 재순환 배기가스와 신기의 혼합비를 일정하게 하여 연소실로 유입되게 하고, 각 기통의 연소특성 및 배출가스 특성, 특히 NOx 양을 균일하게 하여 점점 더 엄격해져 가는 배기가가스 규제에 대응할 수 있는 재순환 배기가스 혼합장치 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, the mixing ratio of the recirculation exhaust gas and the fresh air flowing into the engine is made constant to be introduced into the combustion chamber, the combustion characteristics and exhaust gas characteristics of each cylinder, in particular It is an object of the present invention to provide a recycled exhaust gas mixing device structure in which the amount of NOx is made uniform so that the exhaust gas can cope with increasingly strict gas regulations.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 재순환 배기가스 혼합장치 구조는 연료의 연소에 필요한 신기가 유입되어 연소실로 보내는 흡기관과, 이지알 밸브 또는 이지알 쿨러와 상기 흡기관을 연결하여 배기관의 재순환가스를 상기 흡기관까지 유입되게 하는 이지알 통로를 포함하는 재순환 배기가스 혼합장치 구조에 있어서,Recycling exhaust gas mixing device structure of the present invention for achieving the above object is a recirculation gas of the exhaust pipe by connecting the intake pipe and the inlet pipe to send the fresh air required for the combustion of the fuel to the combustion chamber, and the EZ valve or the EG cooler In the recirculation exhaust gas mixing device structure comprising an EZR passage for introducing the to the intake pipe,
상기 신기와 재순환가스가 만나는 지점에 재순환 배기가스의 농도를 일정하게 하기 위한 이지알 튜브와, 상기 이지알 튜브에 편심되게 재순환 배기가스가 유입되도록 이지알 파이프를 장착함으로써, 각 기통별로 유입되는 재순환 배기가스 농도를 균일하게 하는 것을 특징으로 한다.Recirculation flows in each cylinder by installing an IR tube for maintaining a constant concentration of recycle exhaust gas at a point where the new gas and the recycle gas meet, and an EG tube for introducing recycle exhaust gas eccentrically into the EG tube. It is characterized by making the exhaust gas concentration uniform.
본 발명의 상기 구성중 이지알 파이프는 벨 형상의 관으로서, 끝단이 좁아지는 콘 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.In the above configuration of the present invention, the easy-to-use pipe is a bell-shaped tube, and is preferably formed in a cone shape in which the end is narrowed.
상기 이지알 튜브는 상기 이지알 파이프에 편심되게 삽입되며, 상기 이지알 파이프의 안쪽에 약간 돌출될 정도로 삽입되도록 한다.The EG tube is eccentrically inserted into the EG pipe and is inserted so as to protrude slightly into the EG pipe.
또한, 상기 이지알 튜브는 그 끝단이 신기 유입구 측이 낮고, 신기 출구 측이 높아지도록 경사지게 절단된 구조로 형성되게 하여, 재순환 배기가스의 유입이 와류형으로 유입되도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the end tube is formed in an inclined cut structure such that its end has a low air inlet side and a high air outlet side, so that the inflow of recycle exhaust gas flows into the vortex type.
상기 이지알 튜브는 흡기관과 연결되는 부위의 직경은 크게 형성되고, 상기 이지알 파이프 내에 장착되는 부위의 직경은 상대적으로 더 작게 형성되도록 한다.The EG tube has a larger diameter of a portion connected to the intake pipe, and a diameter of a portion mounted in the EG pipe is relatively smaller.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 재순환 배기가스혼합장치 구조에 의하면, 자동차 재순환 배기가스와 신기가 만나는 지점에 벨 형상의 파이프를 장착함으로써, 각 연소실로 유입되는 재순환 배기가스 농도를 균등하게 함으로써, 엔진의 각 기통별 연소특성이 동일한 조건으로 이루어지게 할 수 있다. 이에 의해 엔진의 각 기통에서 배출되는 배기가스, 특히 NOx 배출양을 균등하게 할 수 있으며, 이는 점점 더 엄격해져가는 배기가스 규제를 대응함에 있어서, 엔진제어 정밀도 향상 및 제어 자유도를 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.As described above, according to the structure of the recirculation exhaust gas mixing device of the present invention, by equipping the bell-shaped pipe at the point where the recirculation exhaust gas and the recirculation of the vehicle meet, the concentration of the recirculation exhaust gas flowing into each combustion chamber is equalized. Combustion characteristics of each cylinder of the engine can be made to the same conditions. This makes it possible to equalize the amount of exhaust gas emitted from each cylinder of the engine, especially NOx emissions, which has the effect of improving the engine control accuracy and the degree of freedom of control in dealing with the increasingly restrictive exhaust gas regulations. Exert.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a 와 도 3b 는 본 발명에 따른 재순환 배기가스 혼합장치 구조를 도시한 도면으로,3a and 3b is a view showing the structure of the recycle exhaust gas mixing apparatus according to the present invention,
도 3b 는 상기 도 3a 에 도시된 이지알 파이프의 일부를 절개한 사시도이다.FIG. 3B is a perspective view of a portion of the EZR pipe shown in FIG. 3A;
도시된 바와 같이, 본 발명의 재순환 배기가스 혼합장치 구조는 신기(a)와 재순환 배기가스(b)가 만나는 곳에 벨(bell) 형상의 관인 이지알 파이프(50)를 장착한 구조이다. 상기 이지알 파이프(50)는 흡기관(10)에 끼워 장착할 수 있도록 흡기관(10)의 내경보다 작은 직경의 관으로 형성되고, 신기(a)의 유입구보다 출구부가 좁아지도록 그 단부가 콘(cone) 형상을 이루며, 재순환 배기가스가 공기 유동방향에 수직하게, 그리고 상기 이지알 파이프(50)에 접선 방향으로 유입되도록 이지 알 파이프(50)가 삽입되는 입구가 편심되게 형성되어 있다.As shown in the drawing, the recycled exhaust gas mixing device structure of the present invention is a structure in which an easy-to-use bell pipe is installed in the bellows pipe where the regeneration exhaust gas (a) and the recycled exhaust gas (b) meet. The EZR
상기에서 흡기관(10)은 연소에 필요한 신기(재순환 배기가스와 혼합된)가 유입되어 연소실(40)로 보내는 통로가 되고, 재순환 배기가스 통로는 이지알 밸브(60) 또는 이지알 쿨러(cooler)(80)와 흡기관(10)을 연결하여 배기관의 재순환가스를 흡기관(10)까지 유입되게 하는 통로이다.The
도 4a 와 도 4b 는 이지알 파이프와 이지알 튜브의 장착 구조에 의한 신기와 재순환 배기가스의 유동 흐름을 도시한 도면이다.4A and 4B are diagrams showing the flow of fresh air and recycled exhaust gas by the mounting structure of the EG pipe and the EG tube.
도시된 바와 같이, 본 발명에서는 이지알 파이프(50) 끝단이 좁아지는 콘 형상을 이루고 있고, 이지알 튜브(30)를 통해 유입되는 재순환 배기가스가 상기 이지알 파이프(50)의 내측 벽면을 타고 접선방향으로 유입이 이루어지므로 스월(swirl) 현상을 극대화시켜 신기(a)와 재순환 배기가스(b)의 혼합이 보다 잘 이루어지게 된다.As shown, in the present invention, the end of the
도 5a 와 도 5b 는 본 발명에 따라 이지알 튜브의 끝단이 경사지게 한 경우, 이지알 파이프 내부를 흐르는 재순환 배기가스의 흐름 변화를 도시한 도면으로,5a and 5b is a view showing a flow change of the recycle exhaust gas flowing in the inside of the EG pipe when the end of the EG tube inclined in accordance with the present invention,
도 5a 는 이지알 튜브의 끝단이 일자형인 경우이고, 도 5b 는 이지알 튜브의 끝단이 경사지게 형성된 경우이다.FIG. 5A illustrates a case in which the ends of the easy tube are straight, and FIG. 5B illustrates a case where the ends of the easy tube are inclined.
기 설명한 바와 같이, 이지알 튜브(30)는 재순환 배기가스(a)가 흡기관으로 유입되도록 하는 경로를 이루며, 이지알 파이프(50)에 편심되게 삽입되어진다. 즉, 이지알 튜브(30)는 이지알 파이프(50)의 안쪽에 약간 돌출될 정도로 삽입되고, 단부가 경사지게 절단된 경사부(35)가 형성되어 재순환 배기가스(b)가 쉽게 흡기관으 로 곧바로 유입되지 않도록 한다. 상기 이지알 튜브(30)의 끝단 경사부(35)는 신기가 유입되는 유입구측이 낮고, 신기가 나가는 출구측이 높아지는 형상으로 구성된다.As described above, the
이지알 튜브(30)의 단부가 경사진 도 5b 의 경우는 도 5a 의 경우에 비해 재순환 배기가스(b)가 이지알 파이프 내로 유입되면서 이지알 파이프(50) 내부 벽면을 타고 원형으로 이동하여 와류를 형성한다.In the case of FIG. 5B in which the end of the
도 6 은 본 발명에 따른 이지알 튜브의 구조를 도시한 도면이다.Figure 6 is a view showing the structure of the EG tube according to the present invention.
도시된 본 발명의 이지알 튜브(30) 구조에 있어서, 흡기관(10)과 연결되는 초기부위(31)는 큰 직경(D)으로 형성되고, 흡기관(10) 내의 이지알 파이프(50)에 삽입되는 부위(33)는 좁은 작은 직경(d)으로 형성되게 하여, 재순환 배기가스(a)의 흡기관 유입속도를 증대시키며, 이 증가된 속도가 재순환 배기가스의 스월현상을 증대시켜 혼합이 보다 잘 이루어지게 한다.In the
도 1 은 일반적인 자동차 배기가스의 재순환 경로를 도시한 도면,1 is a view showing a recirculation path of a typical vehicle exhaust gas,
도 2a 는 종래의 흡기관과 상기 흡기관 측으로 신기와 재순환 배기가스가 유입되는 유입부의 구조를 도시한 사시도,Figure 2a is a perspective view showing the structure of a conventional intake pipe and the inlet portion in which fresh air and recycle exhaust gas flows into the intake pipe side;
도 2b 는 상기 도 2a 의 단면 A-A 에서의 재순환 배기가스와 신기가 만나는 곳에서의 재순환 배기가스의 농도분포를 도시한 도면,FIG. 2B is a view showing a concentration distribution of recycle exhaust gas at the point where the recycle exhaust gas and the new gas meet in section A-A of FIG. 2A;
도 3a 와 도 3b 는 본 발명에 따른 재순환 배기가스 혼합장치 구조를 도시한 도면,3a and 3b is a view showing the structure of the recycle exhaust gas mixing apparatus according to the present invention,
도 4a 와 도 4b 는 이지알 파이프와 이지알 튜브의 장착 구조에 의한 신기와 재순환 배기가스의 유동 흐름을 도시한 도면,Figures 4a and 4b is a view showing the flow of the fresh and recycle exhaust gas by the mounting structure of the EG pipe and EG tube;
도 5a 와 도 5b 는 본 발명에 따라 이지알 튜브의 끝단이 경사지게 한 경우의 이지알 파이프 내부를 흐르는 재순환 배기가스의 흐름 변화를 도시한 도면,5a and 5b is a view showing the flow change of the recycle exhaust gas flowing in the inside of the EG pipe when the end of the EG tube inclined in accordance with the present invention,
도 6 은 본 발명에 따른 이지알 튜브의 구조를 도시한 도면임.Figure 6 is a view showing the structure of the EG tube according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 흡기관 30 : 이지알 튜브10: intake pipe 30: easy tube
40 : 엔진(연소실) 50 : 이지알 파이프(관)40: engine (combustion chamber) 50: easy pipe (pipe)
60 : 이지알 밸브 80 : 이지알 쿨러60: easy valve 80: easy cooler
a : 신기(New gas) b : 재순환 배기가스 a: New gas b: Recycle exhaust gas
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015090492A1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | Daimler Ag | Air distributor for an internal combustion engine and air intake system having an air distributor of this type |
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2007
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2015090492A1 (en) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | Daimler Ag | Air distributor for an internal combustion engine and air intake system having an air distributor of this type |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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WITN | Withdrawal due to no request for examination |