KR20110062132A - 디젤 엔진의 녹스 저감 장치 - Google Patents

디젤 엔진의 녹스 저감 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 녹스 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중의 녹스를 저감시키기 위한 엘피-이지알(LP-EGR: Low Pressure Exhaust Gas Recirculation) 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 디젤 엔진의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스를 흡기 매니폴드로 재순환시켜 배기가스 중의 녹스를 저감시키기 위한 디젤 엔진의 녹스 저감장치에 있어서, 상기 디젤 엔진의 배기관과 흡기관 사이에 개재되는 터보 차저, 상기 터보 차저의 터빈 전단에 설치되는 디젤 입자상 물질 필터(DPF: Diesel Particulate matter Filter), 상기 디젤 입자상 물질 필터의 후단에 설치되는 메인 머플러 및 상기 메인 머플러를 경유하여 배출되는 배기가스를 상기 터보 차저로 재순환시킬 수 있도록 설치되는 서지 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 녹스 저감 장치를 제공한다.
디젤 엔진, LP-EGR 라인, 메인 머플러, 송풍기, 서지 탱크

Description

디젤 엔진의 녹스 저감 장치{APPARATUS FOR DECREASING NITROGEN OXIDE IN DIESEL ENGINE}
본 발명은 디젤 엔진의 녹스 저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 중의 녹스를 저감시키기 위한 엘피-이지알(LP-EGR: Low Pressure Exhaust Gas Recirculation) 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 배기가스 재순환(EGR)은 디젤 엔진에서 연소되어 배출된 배기 가스의 일부를 엔진의 흡기측을 경유하여 연소실로 재유입하도록 함으로써 연소 가능한 신기의 양, 즉 산소농도를 감소시켜 최고 연소온도 저하 및 녹스(NOx: 질소 산화물)을 희석시킬 수 있는 이산화탄소(CO2)의 증가로 녹스의 발생을 억제하는 시스템이다.
이러한 녹스의 저감을 배기가스 재순환 기술로서, LP-EGR(Low Pressure Exhaust Gas Recirculation) 시스템을 예로 들 수 있는데, 종래 기술에 따른 LP-EGR 시스템은 디젤 엔진의 배기관과 흡기관 사이에 터보 차져가 설치되고, 배기관에 디젤 입자상 물질 필터(DPF: Diesel Particulate matter Filter)가 설치되며, 디젤 입자상 물질 필터의 후단과 터보 차져의 흡기 측을 연결하는 EGR 파이프가 구 비된다.
그리고, 상기 EGR 파이프에는 EGR을 쿨링하기 위한 EGR 쿨러가 설치되고, EGR의 유량을 조절하기 위한 EGR 밸브가 설치된다.
즉, 상기 LP-EGR 시스템은 EGR을 디젤 엔진의 흡기 매니폴드 보다 이전인 터보 차져의 흡기측 전단에 유입시키는 구조로서 이루어진다.
따라서, 상기와 같은 LP-EGR 시스템은 공기와 EGR 가스가 엔진에 유입되기 전에 혼합되어 엔진 기통당 EGR 분배성이 개선되고, 디젤 입자상 물질 필터의 후단에서 배기가스가 유입되어 수트(soot)가 제거된 상태의 배기가스가 순환되며, 터보 차져의 흡기 부압이 고부하로 갈수록 낮아 디젤 입자성 물질 필터의 후단과 터보 차져 흡기 측의 부압 차이를 이용하여 고부하 영역에서의 EGR 유량 증대가 용이하다.
이를 위해 종래 기술에 따른 LP-EGR 시스템은 디젤 입자성 물질 필터의 후단과 터보 차져 흡기 측의 부압 차이를 이용하기 위해 디젤 입자성 물질 필터의 후단에 배압 밸브를 설치하고 있다.
상기 배압 밸브는 디젤 입자성 물질 필터의 후단에서 밸브 조정을 통해 배압을 증가시켜 EGR의 유량 증대를 도모하게 된다.
그런데, 종래 기술에서는 디젤 엔진의 배기 매니폴드로부터 배출되는 배기 가스가 디젤 입자상 물질 필터의 전단에서 도면에 점선으로 표시된 경로를 통해 디젤 엔진의 흡기 매니폴드로 유입됨에 따라, 디젤 입자상 물질 필터의 자연 재생을 유도하지 못하게 되어 그 디젤 입자상 물질 필터의 크기가 커지게 되고, 이로 인해 제작 원가가 상승하게 된다는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 종래 기술에서는 배기가스가 디젤 입자상 물질 필터를 통과하기 전에 터보 차져의 터빈 측으로 유입됨에 따라, 그 터빈 특히 VGT(Variable Geometry Turbocharger) 터보 차져의 무빙(Moving)계 스틱킹(Sticking)이 증가하게 되고, 터보 차져로 유입되는 배기가스의 유동이 균일하지 못하여 터빈 운전 시 불균일한 진동이 발생하게 되는 문제점도 내포하고 있다.
그리고, 본 실시예에서는 EGR 밸브와 배압 밸브가 분산 배치됨에 따라, 전체 장치의 구조가 복잡해지고, 밸브 작동의 신뢰성이 저하된다는 문제점을 내포하고 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 실린더 내부의 압력에 따라 배기가스 재순환량을 감소시키며, 소음 및 진동이 최적화 되는 상태까지 배기가스 재순환량을 조절함으로써 엔진의 품질을 향상시킬 수 있는 내연기관의 연소압력에 따른 배기가스 재순환량 제어방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 녹스 저감 장치는 디젤 엔진의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스를 흡기 매니폴드로 재순환시켜 배기가스 중의 녹스를 저감시키기 위한 디젤 엔진의 녹스 저감장치에 있어서, 상기 디젤 엔진의 배기관과 흡기관 사이에 개재되는 터보 차저, 상기 터보 차저의 터빈 전단에 설치되는 디젤 입자상 물질 필터(DPF: Diesel Particulate matter Filter), 상기 디젤 입자상 물질 필터의 후단에 설치되는 메인 머플러 및 상기 메인 머플러를 경유하여 배출되는 배기가스를 상기 터보 차저로 재순환시킬 수 있도록 설치되는 서지 탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인 머플러와 상기 서지 탱크 사이에 연결되는 LP-EGR라인이 배치되고, 이러한 LP-EGR라인에는 송풍기가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서지 탱크는, 하우징, 상기 하우징의 내부로 배기가스가 유입되도록 설치되는 유입 파이프, 상기 유입 파이프로부터 유입된 배기가스가 상기 하우 징의 외부로 배출되도록 후단에 설치되는 배출 파이프, 상기 유입 파이프와 상기 배출관의 사이에 설치되어서, 배기가스가 경유하기 위한 이너 파이프, 상기 이너 파이프의 하류 측에 설치되어서 이너 파이프의 하류단을 개폐할 수 있도록 설치되는 제1 개폐 밸브, 상기 유입 파이프의 하류 측에 설치되어서 유입 파이프의 하류단을 개폐할 수 있도록 설치되는 제2 개폐 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유입 파이프, 배출 파이프 및 이너 파이프의 외주면에는 관통형성되는 복수개의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 송풍기는 상기 메인 머플러로부터 유입되는 유입관, 상기 유입관으로부터 유입된 배기가스에 의해 회전되도록 회전축이 형성되고, 이러한 회전축의 외주면에 형성되는 복수개의 블레이드 및 상기 블레이드에 의해 원심력을 이용하여 배기가스가 지름방향으로 배출되도록 형성되는 배기가스 출구를 포함하고, 상기 회전축에 연동되는 기어가 배치되고, 이러한 기어는 별도로 구비되는 모터에 의해서 구동되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 내연기관의 연소압력에 따른 배기가스 재순환량 제어방법에 의하면 실린더 내부의 압력에 따라 소음 및 진동이 최적화되는 상태까지 배기가스 재순환량을 감소시킴으로써 엔진의 품질향상을 기대할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤 엔진의 녹스 저감 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤 엔진의 녹스 저감 장치에 적용되는 송풍기의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤 엔진의 녹스 저감 장치에 적용되는 서지 탱크의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤 엔진의 녹스 저감 장치는 디젤 엔진(100)의 배기 매니폴드(110)에서 배출되는 배기 가스를 흡기 매니폴드(120)로 재순환시켜 배기가스 중의 녹스(NOx)를 저감시키는 EGR 시스템에 적용된다.
즉, 상기 디젤 엔진의 녹스 저감 장치는 EGR을 디젤 엔진(100)의 흡기 매니폴드(120)보다 이전인 터보 차저(130)의 흡기 측 전단에 유입시키는 구조인 LP-EGR시스템에 적용된다.
여기서, 상기와 같은 LP-EGR 시스템은 공기와 EGR가스가 디젤 엔진(100)에 유입되기 전에 혼합되어 엔진 기통당 EGR 분배성이 개선되고, 디젤 입자상 물질 필터(DPF: Diesel particulate matter Filter)(140: 이하에서는 편의상 "DPF"라고 한다)의 후단에서 배기가스가 유입되어 수트(soot)가 제거된 상태의 배기가스가 순환되고, 터보 차저(130)의 흡기 부압이 고부하로 갈수록 낮아 DPF(140)의 후단과 터 보 차저(130) 흡기 측의 부압 차이를 이용하여 고부하 영역에서의 EGR유량 증대가 용이하다는 잇점이 있다.
이러한 디젤 엔진의 녹스 저감장치는 종래 기술과 달리, DPF(140)의 후단에서 밸브 조정으로 배압에 의해 EGR을 공급하는 배압 밸브를 삭제할 수 있는 구조로서 이루어진다.
이를 위해 본 실시예에 의한 디젤 엔진의 녹스 저감장치는 기본적으로, 디젤 엔진(100)의 배기 매니폴드(110)와 흡기 매니폴드(120) 사이에 터보 차저(130)를 설치하여 디젤 엔진(100)의 배기 매니폴드(110)로부터 배출되는 배기가스로 터빈을 돌려 동축상의 임펠러를 구동시킴으로써 외기를 압축하여 디젤 엔진(100)의 연소실로 공급하게 된다.
그리고, 상기 배기 매니폴드(110)에는 배기가스 내의 입자상 물질과 녹스를 저감시키기 위한 DPF(140)가 설치된다. 아울러, 상기 DPF(140)의 후단과 연결되도록 메인 머플러(150)가 설치된다.
또한, 상기 메인 머플러(150)와 상기 터보 차저(130)의 흡기 측을 연결하는 LP-EGR 라인(L)이 구비되며, 그 LP-EGR 라인(L) 상에는 송풍기(160) 및 서지 탱크(170)가 순차적으로 설치된다.
본 실시예에서는 EGR 유동에 의한 자연적인 차압 형성으로서 종래 기술에서와 같은 배압 밸브를 삭제하기 위해, 상기 DPF(140)의 후단에서 상기 메인 머플러(150)를 거친 배기가스를 대기로 방출하는 배기 라인(E)으로부터 분지되어서 상기 LP-EGR 라인(L)에 연결되므로 배기가스는 상기 송풍기(160)를 경유하고, 상기 서지 탱크(170)로 유입된다.
여기서, 상기 송풍기(160)에는 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 배기 라인(E)으로부터 분지되어 유동되는 배기가스가 유입되도록 유입구(161)가 형성된다.
상기 유입구(161)는 회전축(162)의 외주면에 형성되고, 회전축(162)을 중심으로 회전하는 블레이드(163)에 의해 원심력이 발생하므로 상기 배기가스는 배출구(164) 측으로 유동한다.
이때, 상기 회전축(162)은 별도로 구비되는 모터(165)에 의해 구동되며, 이러한 모터(165)의 구동 기어(166)에 맞물려 회전하는 피동 기어(167)에 의해 상기 회전축(162)이 회전되도록 형성한다.
한편, 상기 송풍기()에 의해 이송되는 배기가스는 서지 탱크(170)의 내부로 유입된다.
상기 서지 탱크(170)는 Long route에 따른 응답성 향상의 기능을 하게 된다.
또한, 상기 서지 탱크(170)의 상류단에는 원웨이 체크 밸브(180)를 설치함으로써 공급된 배기가스의 역류를 막는 기능을 하도록 한다.
상기 서지 탱크(170)는 도 3에 도시한 바와 같이, 내부에 공간을 형성하는 하우징(171)이 구비된다.
상기 하우징(171)의 내부는 복수개의 격벽(172)에 의하여 복수개의 챔버(173)로 각각 구획된다.
상기 격벽(172)은 복수개의 홀을 갖는 다공판으로 이루어짐으로써 이를 통하여 배기가스가 유동되도록 하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 하우징(171)의 내부로 배기가스가 유입되기 위한 유입 파이프(174)의 일단이 상기 하우징(171)의 내부에 삽입되고, 이러한 유입 파이프(174)의 하류 측을 경유하는 배기가스가 상기 하우징(171)의 바깥으로 빠져나갈 수 있도록 일단이 하우징(171)의 내부에 삽입되고 타단이 외부로 돌출되는 배출 파이프(175)가 구비된다.
즉, 상기 유입 파이프(174) 및 상기 배출 파이프(175)는 상기 격벽(172)을 엇갈리도록 관통하는 형태로 배치된다.
또한, 상기 유입 파이프(174)의 하류단과 상기 배출 파이프(175)의 상류단의 사이에는 이너 파이프(176)가 개재된다.
이때, 상기 이너 파이프(176)의 하류단에는 제1 개폐 밸브(177)가 설치된다.
상기 제1 개폐 밸브(177)는 탄성 부재(미도시)를 구비하여서, 이러한 탄성 부재에 의해 상시 폐쇄상태로 탄성지지되지만, 상기 하우징(171) 내부의 배기가스가 일정 압력 이상이 되면 상기 탄성 부재의 탄성력을 극복하고 상기 이너 파이프(176)의 하류단을 개방시키도록 형성하므로 배기가스를 배출함으로써 그 압력을 조절하게 된다.
한편, 통상적인 압력 하에서는 상기 유입 파이프(174), 배출 파이프(175)의 외주면에는 관통형성되는 관통홀(H1, H2)이 복수개로 구비되고, 이러한 관통홀(H1, H2)을 통하여 배기가스가 상시 유동하도록 한다.
이와 동시에, 상기 유입 파이프(174)의 하류단에는 제2 개폐 밸브(178)가 설치된다.
상기 제2 개폐 밸브(178)는 ON/OFF밸브로 구성되어서 EGR양을 제어할 수 있도록 한다.
이로써, 본 실시예에서는 EGR유동에 의한 자연적인 차압을 형성하여 종래 기술에서와 같은 배압 밸브를 삭제할 수 있으므로, EGR 쿨러()에 응축된 물의 응고에 의한 배압 밸브의 부식, 전기 전자 소자의 손상 등 배압 밸브에 의한 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있으며, 전체 시스템의 구성을 단순화 시킬 수 있게 된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤 엔진의 녹스 저감 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤 엔진의 녹스 저감 장치에 적용되는 송풍기의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤 엔진의 녹스 저감 장치에 적용되는 서지 탱크의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
* 도면에 사용된 주요부분 부호설명 *
100: 디젤 엔진 110: 배기 매니폴드
120: 흡기 매니폴드 130: 터보 차저
140: DPF 150: 메인 머플러
160: 송풍기 161: 유입구
162: 회전축 163: 블레이드
164: 배출구 165: 모터
166: 구동 기어 167: 피동 기어
170: 서지 탱크 171: 하우징
172: 격벽 173: 챔버
174: 유입 파이프 175: 배출 파이프
176: 이너 파이프 177: 제1 개폐 밸브
178: 제2 개폐 밸브 180: 원웨이 체크 밸브

Claims (5)

  1. 디젤 엔진의 배기 매니폴드에서 배출되는 배기 가스를 흡기 매니폴드로 재순환시켜 배기가스 중의 녹스를 저감시키기 위한 디젤 엔진의 녹스 저감장치에 있어서,
    상기 디젤 엔진의 배기관과 흡기관 사이에 개재되는 터보 차저;
    상기 터보 차저의 터빈 전단에 설치되는 디젤 입자상 물질 필터(DPF: Diesel Particulate matter Filter);
    상기 디젤 입자상 물질 필터의 후단에 설치되는 메인 머플러; 및
    상기 메인 머플러를 경유하여 배출되는 배기가스를 상기 터보 차저로 재순환시킬 수 있도록 설치되는 서지 탱크;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 녹스 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 머플러와 상기 서지 탱크 사이에 연결되는 LP-EGR라인이 배치되고, 이러한 LP-EGR라인에는 송풍기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 녹스 저감 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서지 탱크는,
    하우징;
    상기 하우징의 내부로 배기가스가 유입되도록 설치되는 유입 파이프;
    상기 유입 파이프로부터 유입된 배기가스가 상기 하우징의 외부로 배출되도록 후단에 설치되는 배출 파이프;
    상기 유입 파이프와 상기 배출관의 사이에 설치되어서, 배기가스가 경유하기 위한 이너 파이프;
    상기 이너 파이프의 하류 측에 설치되어서 이너 파이프의 하류단을 개폐할 수 있도록 설치되는 제1 개폐 밸브;
    상기 유입 파이프의 하류 측에 설치되어서 유입 파이프의 하류단을 개폐할 수 있도록 설치되는 제2 개폐 밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 녹스 저감 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유입 파이프, 배출 파이프 및 이너 파이프의 외주면에는 관통형성되는 복수개의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 녹스 저감 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 송풍기는,
    상기 메인 머플러로부터 유입되는 유입관;
    상기 유입관으로부터 유입된 배기가스에 의해 회전되도록 회전축이 형성되고, 이러한 회전축의 외주면에 형성되는 복수개의 블레이드; 및
    상기 블레이드에 의해 원심력을 이용하여 배기가스가 지름방향으로 배출되도록 형성되는 배기가스 출구;
    를 포함하고,
    상기 회전축에 연동되는 기어가 배치되고, 이러한 기어는 별도로 구비되는 모터에 의해서 구동되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 녹스 저감 장치.
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