KR20110135968A - 연소 기관의 재순환 배기 가스 냉각 장치 - Google Patents

연소 기관의 재순환 배기 가스 냉각 장치 Download PDF

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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은, 차량(1) 연소 기관(2)의 재순환 배기 가스를 냉각시키기 위한 냉각 장치에 관한 것이다. 냉각 장치는 제1 EGR 냉각기(14) 및 복귀관(11)의 배기 가스가 제1 냉각 단계를 받게 되는 제1 EGR 냉각기(14)를 통과하도록 구성된 구동 수단(15,31), 복귀관(11)의 배기 가스가 제2 냉각 단계를 받도록 구성된 적어도 한 개의 추가적인 EGR 냉각기(19,20)를 포함한다. 냉각 장치는 가열된 공기가 제1 EGR 냉각기(14)로부터 배기관(4)으로 유인되도록 구성된 공기 배관(4)을 포함하고 상기 공기 배관(4)의 규모는 제1 EGR 냉각기(14)부터 터빈(5)과 배기 처리 컴포넌트(18a,18b) 사이에 위치한 배기관(4)까지 이른다.

Description

연소 기관의 재순환 배기 가스 냉각 장치{ARRANGEMENT FOR COOLING OF RECIRCULATING EXHAUST GASES OF A COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 특허청구범위의 청구항 제1항의 전제부에 따른 연소 기관의 재순환 배기 가스를 냉각하기 위한 장치에 관한 것이다.
배기 가스 재순환 (EGR: exhaust gas recirculation) 기술은 연소 기관의 배기관 안의 배기 가스의 일부를 재순환시키는 공지 기술이다. 재순환되는 배기 가스는 복귀관을 통해 유인되어 연소 기관 인입 공기와 혼합되고, 이 혼합체는 연소 기관의 실린더에 이르게 된다. 인입 공기에 배기 가스를 더하게 되면 연소 온도가 낮아지고, 그에 따른 한 가지 결과로서 배기 가스 안의 질소 산화물(NOx)의 함유량을 줄이게 되는 결과를 가져다준다. 이 기술은 오토 엔진(Otto engine)과 디젤 엔진(Diesel engine)에서도 사용된다. 연소 기관에 공급될 수 있는 배기 가스의 양은 배기 가스의 압력과 온도에 의해 좌우된다. 배기 가스가 연소 기관에 이르기 전에 가급적 많은 양의 배기 가스를 연소기관으로 공급해야 배기 가스의 효과적인 냉각 효과를 볼 수 있다. 공지 기술에서는 하나 이상의 EGR 냉각기를 사용해 재순환되는 배기 가스를 냉각시키고서 그 냉각된 배기 가스를 연소 기관으로 보내는 것이다.
연소 기관, 일례로 디젤 엔진이 작동 중일 때, 배기 가스의 온도는 섭씨 150도 내지 600도의 범위에 있게 된다. 배기 가스의 온도는 연소 기관에 가해지는 부하에 따라 달라진다. 연소 기관의 냉각 시스템이 재순환 배기 가스를 냉각시키기 위해 사용되는 경우, 연소 기관이 큰 부하를 받게 될 때 그에 상응하여 냉각 시스템이 받는 부하도 최고조에 달할 것이다. 중차량(heavy vehicle)의 경우, 연소 기관의 냉각 시스템은 일반적으로 그 차량에서 냉각이 필요한 다른 부분, 일례로 유압식 감속기의 오일 냉각 시스템을 위해서도 사용된다. 그러므로 연소 기관의 냉각 시스템이 받게 되는 부하를 줄이는 것이 바람직하다.
미국 특허 출원 공개 공보 US 2008/0256949호에서는, 재순환 배기 가스가 차량 엔진 공간에 설치된 공랭식 EGR 냉각기에서 제1 단계의 냉각을 거치게 되는 배기 가스 재순환 장치에 대해 언급하고 있다. 이를 위해, 팬(fan)이 차가운 공기류를 EGR 냉각기를 통과하게 불어넣게 된다. 그 후 재순환 배기 가스는 저온 냉각 시스템의 냉매에 의해 냉각되는 제2 단계의 냉각을 받는다. 이 경우, 엔진 공간 내의 공기는 재순환 배기 가스가 제1 단계의 냉각을 받게 하기 위하여 사용된다. 재순환 배기 가스는 매우 고온에 있기 때문에, 엔진 공간 내 공기는 적어도 부분적으로라도 아주 고온으로 가열된다. 고온의 공기는 가까이에 있는 엔진 내의 부품들을 손상시킬 수 있다.
차량의 배기관은, 배기 가스가 대기로 방출되기 전에 차량의 배기관에 배기 가스를 후처리 하기 위한 컴포넌트를 하나 이상 포함하는 것이 일반적이다. 이러한 컴포넌트 중 하나는 질소산화물(NOx)을 배기 가스에서 제거하기에 적합한 촉매제일 수 있다. 그러나 대부분의 촉매제는 최저 허용 온도에서 사용되어야만 배기 가스에서 질소산화물을 최적으로 제거하는 효과를 발휘할 수 있다. 예를 들어, 선택적 촉매 환원법(SCR: selective catalystic reduction)에 사용되는 촉매제는 일례로 대략 섭씨 200도의 온도가 필요하게 된다. 배기 가스 후처리를 위한 디젤 엔진의 다른 컴포넌트는 배기 가스 안의 매연 입자들을 차단하고 태우는 입자 필터이다. 이 입자 필터도 마찬가지로 최저 허용 온도에 있어야 만족스런 기능을 발휘한다.
과급 연소 기관 안의 배기 가스는 터빈을 통해 유인된다. 터빈 안에서 배기 가스가 에너지를 발산할 때, 가스의 압력과 온도는 줄어들게 된다. 연소 기관의 작동 상태에서, 터빈을 지난 배기 가스의 온도는, 촉매제가 최저 허용 온도를 유지할 수 없어 배기 가스를 최적으로 정화시키는 효과를 유지할 수 없을 정도로 낮을 수 있다.
본 발명의 목적은 제1 EGR 냉각기에서 재순환 배기 가스를 냉각시킴으로써 발생하는 따뜻한 공기를 연소 기관의 배기 처리를 촉진시킬 수 있게 활용하는 공랭식 EGR 냉각기를 포함하는, 도입부에서 언급된 것과 같은 종류의 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 청구항 제1항의 특징부에 명시된 특징들로 특정지어지는, 도입부에 언급한 종류의 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 장치는 이러한 공랭식 제1 EGR 냉각기에 의해 배기가스를 제1 단계에서 양호하게 냉각시키는 효과를 발휘한다. 이곳에서 배기 가스는 제2 EGR 냉각기로 보내지기 전에 비교적 저온까지 냉각될 수 있다. 이렇게 함으로써 제2 EGR 냉각기에서 재순환 냉각 가스를 냉각시키는 냉각 시스템의 부하는 현저히 줄어든다. 그러므로 배기관의 배기 가스는 터빈을 통해 팽창하게 되면 감소된 온도를 취하게 된다. 일부 작동 상황에서 터빈을 통과한 배기 가스의 온도는 배기 처리 컴포넌트의 최저 허용 온도를 유지하지 못하는 수준 이하로 떨어진다. 그러나 복귀관으로 들어가는 재순환 배기 가스는 터빈 상류측 위치에서 배기관으로부터 나오므로, 그 온도는 상기 온도보다 고온에 있게된다. 재순환 배기 가스를 냉각시키는 공기는 재순환 배기 가스의 온도까지 가온된다. 바람직하게 설계된 제1 EGR 냉각기에서 공기는 터빈 하류측 배기관의 배기 가스의 온도보다 높은 온도로 가온된다. 이 가열된 공기를 터빈 하류측 배기관으로 유인하면, 배기 가스에는 가열된 온도를 그리고 배기 처리 컴포넌에는 증가된 온도를 제공한다. 대부분의 배기 처리 컴포넌트는 배기 처리 기능을 최적으로 발휘하기 위해서 최저 허용 온도를 필요로 하게 된다. 배기 처리 컴포트를 위하여 본 발명에 의해 달성된 온도 상승은 연소 기관이 작동하는 시간 중 상당 시간 동안 배기 처리 컴포넌트가 최적으로 할 수 있게 하는 영향을 미친다. 엔진 공간의 가열된 공기가 배기관으로 유인되면 그 엔진 공간 내의 공기가 온도에 민감한 엔진 공간의 부품들에 손상을 야기하는 수준으로까지 가열되는 것이 방지된다
본 발명의 실시예에 따르면 구동 수단은 팬이다. 팬은 제1 EGR 냉각기 부근 또는 공기 배관의 적당한 지점에 위치할 수 있다. 팬은 적절한 공기 흐름을 제공하여 이 공기 흐름이 제1 EGR 냉각기를 통과하여 배기관으로 들어갈 수 있도록 설계된다. 선택적으로, 구동 수단은 공기관의 유출구 인근의 배기관에 위치한 배출 펌프일 수 있다. 배기 가스가 이러한 배출 펌프 장치를 통과하면 배기관 근처의 공기 배관에서는 배출 펌프 장치에 의해 부압이 발생한다. 그러므로 제1 EGR 냉각기를 거쳐 배기관으로 유인되는 공기 흐름을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 공기 배관은 대기 온도의 공기가 EGR 냉각기 방향으로 흡인되도록 구성된 유입구를 포함한다. 대기 온도의 공기로 재순환 배기 가스를 냉각시킨다면 매우 효과적인 냉각효과를 기대할 수 있다. 공기 배관의 유입구는 차량의 차륜 하우징에 위치할 수 있다. 여기서, 비교적 길이가 짧은 공기관은 차륜 하우징을 거쳐 제1 EGR 냉각기까지 확장될 수 있다. 또는, 공기 배관의 유입구는 차량의 전방에 위치할 수 있다. 이 경우, 공기 배관에 이물질이 들어가지 않도록 창살이나 유사한 것을 공기관의 유입구에 씌워야 한다. 제1 EGR 냉각기는 차량 엔진 공간에 유리하게 위치한다. 엔진 작동 중에는 공기가 대기의 공기에 비해 상대적으로 고온에 있지만, 제1 EGR 냉각기안의 배기 가스는 엔진 공간의 공기보다 현저히 더 높은 온도에 있기 때문에 허용 범위 내에서는 냉각처리에 사용될 수 있다. 이 경우, 공기관은 제1 EGR 냉각기부터 배기관의 상기 위치까지만 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 배기 처리 컴포넌트는 촉매제이다. 촉매제는 최적의 기능을 발휘하기 위해서 비교적 고온을 필요로 한다. 배기관 상류에서 가열된 공기가 더해진 배기 가스에 촉매제를 주입하면 촉매제 온도가 증가하고, 그에 따른 결과로써 연소 기관 작동 중 상당한 시간 동안 최적의 질소 산화물 제거의 효과를 발휘한다. 선택적으로, 배기 처리 컴포넌트는 입자 필터일 수 있다. 디젤 엔진에서는 입자 필터를 사용해 배기 가스의 매연 입자들을 제거한다. 입자 필터에 차단된 입자들을 태우기 위해서는 입자 필터가 충분한 고온에 있어야 한다. 배기관 상류에서 가열된 공기가 더해진 배기 가스에 입자 필터가 사용되면 차단된 입자들의 연소가 증가한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 재순환 배기 가스는 연소 기관 냉각 시스템의 냉매를 활용한 제2 냉각 단계를 받게 된다. 연소 기관을 냉각시키는 냉각시스템은 이미 존재하고 있는 냉각 시스템으로써, 이 역시 재순환 배기 가스 냉각을 위해서도 유리하게 사용된다. 정상 작동 중, 연소 기관의 냉각 시스템의 냉매는 섭씨 80도 내지 100도에 있게 된다. 그러므로 이 냉매는 이에 근접한 온도로 재순환 배기 가스를 냉각시키기 위해서 사용될 수 있다. 이 경우, 재순환 배기 가스는 이미 제1 냉각 단계를 받은 상태이므로 연소 기관의 냉각 시스템은 결과적으로 무리 없는 부하를 받는다. 이 냉각 시스템의 주된 용도는 연소 기관의 냉각이므로 다른 냉각 듀티의 부하까지 너무 많이 받아서는 안 되는데, 그렇지 않을 경우에는 연소 기관을 위한 냉각 효과에 이상이 올 수 있기 때문이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 장치는 연소 기관의 작동 중, 연소 기관 냉각 시스템의 냉매보다 저온에 있는 냉매를 이용하여 재순환 배기 가스에 제3 단계의 냉각을 가하는 제3 EGR 냉각기를 포함한다. 연소 기관에 사용되는 냉매의 온도는 섭씨 80도 내지 100도에 있게 되므로 제2 EGR 냉각기의 냉매의 온도에 근접한 온도까지만 재순환 배기 가스를 냉각시킬 수 있다. 보통은 이 온도보다 낮은 온도까지 재순환 배기 가스가 냉각되어야 바람직하다. 이를 위해, 냉매가 연소 기관의 냉각 시스템의 냉매보다 낮은 온도에 있는 저온 냉각 시스템의 냉매를 이용하여 재순환 배기 가스를 제3 EGR 냉각기에서 냉각시킨다. 이러한 저온 냉각 시스템은 대기 온도에 있는 공기를 이용해서 냉각 시스템의 냉매를 식히는 라디에이터 장치를 포함한다. 따라서 저온 냉각 시스템의 냉매는 대기의 공기 온도에 근접한 온도를 취할 수 있다. 재순환 배기 가스는 연소 기관에 공기와 혼합되어 주입되기 전에 상당히 저온까지 냉각된다. 선택적으로, 배기 가스는 공랭식 EGR 냉각기를 사용한 제3 EGR 냉각기에서 제3 냉각 단계를 받을 수 있는데, 이 경우, 배기 가스는 대기의 온도에 있는 공기로 냉각된다는 이점이 있다.
발명의 바람직한 실시예들은 다음과 같은 실시예들로 첨부 도면을 참조하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 발명의 제1 실시예에 의한 디젤 엔진의 재순환 배기 가스 냉각 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 발명의 제2 실시예에 의한 디젤 엔진의 재순환 배기 가스 냉각 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 배출 펌프를 상세하게 도시한 도면이다.
도 1은 개략적으로 묘사된 차량(1)의 동력 공급을 위한 과급 연소 기관의 도면이다. 본 실시예에서는 디젤 엔진(2)을 연소 기관의 예로 들고 있다. 디젤 엔진(2)은 중차량(1)에 동력을 공급한다. 디젤 엔진(2)의 실린더로부터 배출되는 배기 가스는 배기 매니폴드(3)를 통과하여 배기관(4)으로 연결된다. 디젤 엔진(2)은 터빈(5)과 압축기(6)로 구성된 터보 유닛을 포함한다. 기압보다 높은 압력의 배기관(4)의 배기 가스는 초기에 터빈(5)으로 보내진다. 그러므로 터빈(5)에 추진 동력이 제공되고, 이 동력은 연결부를 거쳐 전달된다. 압축기(6)는 이 동력을 사용해 공기를 압축하고, 압축된 공기는 공기 필터(7)를 통과하여 공기 유입 배관(8)으로 들어간다. 유입 배관 내의 공기는 초기에는 제1 냉매 냉각식 급기 냉각기(9)에 의해 냉각된다. 공기는 연소 기관 냉각 시스템의 냉매를 활용한 상기 급기 냉각기(9)에서 냉각된다. 그 후에 압축된 공기는 제2 냉매 냉각식 급기 냉각기(10)에서 냉각된다. 상기 제2 급기 냉각기(10)에서 공기는 저온 냉각 시스템의 냉매에 의해 냉각된다.
본 발명의 장치는 배기관(4)의 배기 가스 일부분의 재순환에 영향을 미치는 복귀관(11)을 포함한다. 복귀관(11)의 규모는 터빈(5) 상류 지점에 위치한 배기관(4)부터 유입 배관(8)에 이른다. 복귀관(11)은 배기흐름을 정지시킬 수 있는 EGR 밸브(12)를 포함한다. 배기관(4)부터 유입 배관(8)까지 복귀관(11)을 거치는 배기량을 무단적으로 조절하기 위해 EGR 밸브(12)가 사용된다. 제어장치(13)는 디젤 엔진(12)의 현 작동 상태의 정보에 기준하여 EGR 밸브(12)를 제어하도록 구성된다. 복귀관(11)은 배기 가스자 제1 단계의 냉각 단계을 받게 구성된 제1 공랭식 EGR 냉각기(14)를 포함한다. 팬(15)은 공기흐름을 제1 EGR 냉각기(14)를 통과하게 구동시키는 데 사용된다. 팬(15)은 공기 배관(16)에 적용된다. 공기 배관(16)은 차량(1)의 차륜 하우징(17)안의 유입구(16a) 및 소음기(18)의 상류와 터빈(5)의 하류에 위치한 배기관(4)안의 유출구(16b)를 포함한다. 소음기(18)는 배기 가스의 질소산화물 제거를 위한 촉매제(18a) 형태의 배기 처리 컴포넌트 및 재순환 배기 가스의 매연 입자 제거를 위한 입자 필터(18b)를 포함한다. 이어서, 복귀관(11)의 배기 가스는 제2 EGR 냉각기(19)에서 연소 기관 냉각 시스템의 냉매에 의해 냉각된다. 바지막으로 상기 배기 가스는 제3 EGR 냉각기(20)에서 저온 냉각 시스템의 냉매에 의해 냉각된다.
연소 기관(2)은 종래의 방식에 따라 순환 냉매를 포함하는 냉각 시스템에 의해서 냉각된다. 냉각 시스템의 냉매는 냉매 펌프(21)에 의해 순환된다. 냉매의 주된 흐름은 연소 기관(2)을 통과하여 순환된다. 연소 기관(2)의 냉각 후, 냉매는 관(22)을 통해 냉각 시스템의 온도 조절 장치(23)로 유인된다. 온도 조절 장치(23)는 냉매가 작동 표준 온도에 도달하면 냉각을 위해서 냉매를 라디에이터(24)로 유인하도록 구성된다. 라디에이터(24)는 차량(1)의 전방에 설치된다. 냉각 시스템에서 소량의 냉매는 연소 기관(2)이 아닌 두 평행 관(25a, 25b)으로 나뉜 관(25)을 통해 순환된다. 관(25a)은 압축된 공기가 제1 냉각 단계를 받도록 냉매를 제1 급기 냉각기(9)로 유인한다. 제1 급기 냉각기(9)는 역류성 열교환기의 형태를 취한다. 압축된 공기와 냉매는 공랭식 냉각기(9)를 통해 서로 반대 방향으로 흐른다. 이것으로 공랭식 냉각기(9)안에서 냉매의 유입 온도 부근의 온도로 압축된 공기를 냉각하는 것이 가능하다. 관(25b)은 냉매를 제2 EGR 냉각기(19)로 유인하고 여기서 재순환 배기 가스는 제1 냉각 단계를 받는다. 제2 EGR 냉각기(19)는 역류성 열교환기의 형태를 취한다. 제2 EGR 냉각기(19)를 통과하여 재순환 배기 가스와 냉매는 서로 반대 방향으로 흐른다. 이것으로 제2 EGR 냉각기(19)에서 냉매의 유입 온도와 근접한 온도로 재순환 배기 가스가 냉각되는 것이 가능하다. 제1 충전식의 공랭식 냉각기(9)에서 공기를 냉각 시킨 냉매와 제2 EGR 냉각기(19)에서 배기 가스를 냉각시킨 냉매는 관(25)에서 재결합하여 다른 관(22)으로 유인된다. 가열된 냉매는 이 관(22)을 통과하여 라디에이터(24)로 유인된다.
저온 냉각 시스템은 차량(1)의 주변부에서 라디에이터(24) 전방에 설치된 라디에이터 요소(26)를 포함한다. 이 경우에서, 상기 주변부는 차량(1)의 전방(1a)에 위치한다. 팬(27)은 대기의 공기 흐름이 라디에이터(24)와 라디에이터의 컴포넌트(26)를 통과하도록 구성된다. 냉각 장치의 컴포넌트(26)가 라디에이터(24)앞에 위치하여 냉각 장치 컴포넌트(26)의 냉매는 대기 온도에 근접한 온도까지 냉각될 수 있다. 냉각 장치의 컴포넌트(26)의 저온 냉매는 펌프(29)에 의해 관(28)을 포함하는 저온 냉각 시스템을 순환한다. 관(28)은 두개의 평행관(28a, 28b)으로 나뉜다. 압축된 공기가 받는 제2 냉각 단계를 위해서 냉매는 관(28a)을 통해 제2 급기 냉각기(10)로 유인된다. 제2 급기 냉각기(10)는 역류형 열교환기의 형태를 취한다. 재순환 배기 가스가 받게 되는 제2 냉각 단계를 위해서 냉매는 다른과(28b)를 통해 제3 EGR 냉각기(20)로 유인된다. 제3 EGR 냉각기(20) 역시 역류성 열교환기의 형태를 취한다. 이것으로 재순환 배기 가스를 제3 EGR 냉각기(20) 냉매의 유입 온도에 근접한 온도로 냉각 시킬 수 있다. 냉매가 제2 공랭식 냉각기(10)와 제3 EGR 냉각기(20)를 통과하면 두개의 관(28a, 28b)은 재결합 한다. 냉매는 그 후에 냉각되기 위해 관(28)을 통해 냉각 장치 컴포넌트(26)로 유인된다.
디젤 엔진(2)의 작동 중, 배기 가스는 디젤 엔진(2)으로부터 흘러나와 배기관(4) 안으로 유인된다. 대부분의 디젤 엔진(2)은 작동상태에서 배기관(4)의 배기 가스의 일부분이 복귀관(11)으로 유인되도록 제어장치(24)의 EGR 밸브(12)를 열어둔다. 디젤 엔진(2)의 작동 상태에 따라 복귀관(11)에 유인되는 배기 가스의 온도는 보통 섭씨 150도에서 600도의 범위에 있게 된다. 복귀관(11)의 재순환 배기 가스는 차륜 하우징(17)의 유입구(16a)와 공기 배관(16)에 의해 흡입되어 팬(15)으로 추진된 공기를 사용한 제1 냉각 단계인 제1 EGR 냉각기(14)를 통과한다. 이물질이나 입자가 공기 배관(16)으로 유입되는 것을 방지하기 위해 유입구(16a)는 창살이나 유사한 것으로 씌워진다. 차륜 하우징으로부터 공기 배관(16)을 통해 유인된 공기는 대체로 대기 온도를 유지한다. 팬은 공기가 제1 EGR 냉각기(14)를 통과하도록 공기를 추진한다. 일례로 제1 EGR 냉각기(14)를 떠나는 시점의 재순환 배기 가스의 온도는 섭씨 150도 내지 200도에 있도록 공기 냉각된다. 따라서 이에 상응하도록 제1 EGR 냉각기(14)에서 재순환 배기 가스를 냉각시키는 공기는 가열된다. 여기서 공기는 제1 EGR 냉각기(14)로 유인되는 재순환 배기 가스의 유입 온도에 근접한 온도까지 가열된다. 가열된 공기는 촉매제(18a)와 입자 필터(18b)를 포함하는 소음기(18)의 상류 지점 및 터빈(5)의 하류 지점에 위치한 배기관(4)에 배치된 유출구(16b)를 통해 공기 배관(16)으로부터 빠져나온다. 배기 가스가 터빈(5)에서 팽창된 후에 배기 가스의 온도는 감소한다. 터빈(5)의 하류 지점에서 배기관의 배기 가스의 온도는 공기 배관(16)의 따뜻한 공기보다 현저히 낮다. 배기관(4)의 배기 가스가 촉매제(18a)와 입자 필터(18b)에 도달할 때, 배기관(4)으로 유인되는 이 따뜻한 공기는 배기 가스의 온도를 높여준다. 그러므로 이 따뜻한 공기를 추가하면 촉매제(18a)와 입자 필터(18b)의 작동 온도가 증가한다. 촉매제(18a)와 입자 필터(18b)는 최저 허용 온도 이하에서 배기 가스 처리 기능에 제한을 받는다. 배기관(4)에 따뜻한 공기를 더하면 촉매제(18a)와 입자 필터(18b)의 작동온도가 증가하며, 이것의 결과로 최저 허용 온도 이하로 감소되는 빈도수가 줄어든다.
재순환 배기 가스는 제1 EGR 냉각기(14)에서 냉각된 후 연소 기관 냉각 시스템의 냉매를 사용하여 냉각되기 위해 제2 EGR 냉각기(19)로 유인된다. 이 냉매는 보통 섭씨 80도 내지 100도에 있게 된다. 그러므로 재순환 배기 가스는 제2 EGR 냉각기(19)에서 섭씨 100도 내지 120도로 냉각된다. 마지막으로 재순환 배기 가스는 저온 냉각 시스템의 냉매를 사용하여 냉각되는 제3 냉각 단계를 받기 위해 제3 EGR 냉각기(20)로 유인된다. 저온 냉각 시스템의 냉각 장치의 구성 요소(26)는 냉각 장치 컴포넌트(26)를 통해 추진되는 대기 온도의 공기와 냉각 장치 팬(27)에 의해 냉각된다. 따라서 저온 냉각 시스템의 냉매는 제3 EGR 냉각기(20)에 도달할 때 대기 온도에 근접한 온도에 있게 된다. 재순환 배기 가스는 충전식의 공랭식 냉각기(9,10)를 통해 냉각된 압축공기와 혼합되기 전에 제3 EGR 냉각기(20)에서 그 대기 온도까지 냉각된다. 냉각된 배기 가스와 공기의 혼합물은 디젤 엔진(2)으로 유인된다. 디젤 엔진(2)이 받는 부하가 큰 작동 상황에서는 효과적인 냉각이 필요하다. 이러한 상황에서는 배기 가스 역시 고온에 있게 된다. 초기의 배기 가스의 냉각 단계인 제1 EGR 냉각기(14)는 배기 가스가 연소 기관의 냉각 시스템의 냉매를 사용하여 제2 냉각 단계를 받게 되는 제2 EGR 냉각기(19)에 접어들기 전에 그 온도를 충분히 감소시킨다. 이러한 제1 EGR 냉각기(14)로 인해 연소 기관의 일반 냉각 시스템과 저온 냉각 시스템이 받는 부하가 현저히 감소된다. 제1 EGR 냉각기(14)는 연소 기관(2)에 고정되거나 차량(1)의 엔진 공간(30)위의 차대에 고정된다. 제1 EGR 냉각기(14)에서 배기 가스를 냉칵시키는 것으로 인해 발생하는 가열된 공기는 공기 배관(16)과 배기관(4)을 통해 엔진 공간(30)에서 빠져나온다. 이로써 엔진 공간(30)의 온도는 온도에 예민한 부품들이 손상되는 온도까지 증가하지 않는다.
도 2는 재순환 배기 가스의 냉각을 위해 대체 가능한 형태의 도면이다. 이 경우, 배출 펌프(31)는 공기가 공기 배관(16)과 제1 EGR 냉각기(14)를 통과하도록 사용된다. 이 경우, 공기는 차량(1)의 전방(1a)에서 끌어당겨진다. 공기 배관(16)은 공기 배관(16)에 이물질과 입자들이 유입되는 것을 방지하기 위하여 유입구(16a)에 창살이나 유사한 것을 씌우도록 구성된다. 공기가 제1 EGR 냉각기(14)를 거쳐 재순환 배기가스가 제1 냉각 단계를 받게 한 후에 가열된 공기는 터빈(5)의 하류 지점과 소음기(18)의 상류 지점에 위치한 배기관(4)으로 유인된다. 도 3은 배출 펌프의 설정 방법의 상세한 도면이다. 배기관(4)의 상류 지점과 배출 펌프(31)의 하류 지점의 내부 단면적(A1)은 대체로 일정하다. 배출 펌프(31)는 배기 가스가 배출 펌프 장치(31)를 통과하여 흐를 때 계속해서 감소하는 단면적을 정의하기 위한 노즐(31a)을 포함한다. 노즐(31a)은 배출 펌프 장치(31)의 상류 지점의 배기관의 단면적(A1)에 비해 현저히 작은 단면적(A2)을 가진 배기 가스 유출구를 포함한다. 노즐(31a)의 유출구의 방사상으로 외부에 위치한 유출구(16b)를 통해 공기 배관(16)과 배출 펌프 장치(31)는 연결된다. 유출구(16b)는 배출 펌프 장치(31)의 저압부(31b)로 이어진다. 배출 펌프 장치(31)는 하류에 위치한 노즐(31a) 및 배기류 방향으로 감소하는 단면적(A3)의 수렴부분(31c)을 포함한다. 마지막으로 배출 펌프 장치(31)는 배기류 방향으로 증가하는 단면적(A4)의 확산부분(31d)을 포함한다. 확산부분(31d)의 하류 지점에서 배기관(4)은 기존의 내부 단면적(A1)으로 되돌아간다.
배기관(4)의 배기 가스는 배출 펌프 장치(31)에 도달하여 노즐(31a)을 통과할 때, 단면적이 감소되는 부분에서 속도가 증가한다. 그러므로 배기 가스는 증가된 속도로 노즐(31a)을 떠난다. 저압부(31b)의 낮은 정지 압력은 노즐(31a)에 위치한다. 노즐(31a)의 방사상으로 외부에 위치한 유출구(16b)를 통하여 공기는 낮은 정지 압력에 의해 공기 배관(16)으로부터 저압부(31b)로 유인된다. 저압부(31b)로 흡입된 공기는 배기류에 의해 배출 펌프 장치(31)의 수렴부분(31c)으로 유인된다. 수렴부분(31c)에서 공기의 속도는 증가한다. 수렴부분(31c)의 속도 증가는 배출 펌프 장치(31)의 공기를 배기관(4)으로 유인하는 것에 관련하여 효율을 증가시키고 더 나아가 공기 배관(15)과 EGR 냉각기(14)의 효율적인 공기 흐름을 가능하게 한다. 배기 가스와 공기의 속도는 배출 펌프 장치(31)의 확산부분(31d)에서 감소한다. 그 후 배기 가스와 가열된 공기의 혼합물은 배출 펌프 장치(31)를 떠나 단면적(A1)의 배기관(4)을 거쳐 소음기(18)에 도달한다. 이 경우, 배출 펌프 장치(31)에 의해 차량 전방(1a)의 유입구로 흡입되어 공기 배관(16)을 통해 유인되는 공기를 사용한 제1 EGR 냉각기(14)에서 재순환 배기 가스는 제 1 냉각 단계를 받는다. 이 예는 도1의 실시예에 상응한다.
본 발명은 설명된 위 사항들에 대해 제한받지 않으며 청구범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다.

Claims (10)

  1. 연소 기관이 이 연소기관(2)에서 배기 가스를 유도하도록 구성된 배기관(4), 배기관(4) 안에 배치된 터빈(5), 배기관(4) 내의 의도된 배기류 방향에 대하여 터빈(5)의 하류 지점에서 배기관(4)에 설치된 배기 처리 구성 컴포넌트(18a, 18b), 및 배기관(4) 내의 배기류 방향에 대하여 터빈(5)의 상류 지점에 위치하여 배기 가스가 연소 기관(2)으로 재순환시키도록 구성된 복귀관(11)을 포함하는 구성으로 된 차량(1)의 연소 기관(2)의 재순환 배기 가스를 냉각시키는 재순환 배기 가스 냉각 장치로서, 제1 EGR 냉각기(14), 상기 제1 EGR 냉각기(14)에서 제1 단계의 냉각을 받는 복귀관(11) 내의 배기 가스를 냉각시키기 위해 공기가 제1 EGR 냉각기(14)를 통과하게 구동시키도록 구성된 구동 수단(15, 31), 및 복귀관(11)의 배기 가스가 제2 냉각 단계를 받도록 구성된 적어도 하나의 제2 EGR 냉각기(19,20)를 포함하는, 재순환 배기 가스 냉각 장치에 있어서,
    제1 EGR 냉각기(14)로부터 터빈(5)과 배기 처리 구성 컴포넌트(18a, 18b) 사이의 위치에서 적어도 상기 제1 EGR 냉각기(4)로부터 배기관(4)까지 이르는 공기 배관(16)을 포함하고, 상기 공기 배관(16)은 상기 위치에서, 가열된 공기를 제1 EGR 냉각기(14)에서 배기관(4)으로 유도하도록 구성된 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 수단은 공기 배관(16) 내에 또는 근접한 거리에 위치한 팬(15)인 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 구동 수단은 공기 배관(16)의 유출구(16b) 가까이에 위치한 배기관(4) 내에 배치된 배출 펌프(31)인 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공기 배관(16)은 대기의 공기를 흡입하여 EGR 냉각기(14)로 유인하는 유입구(16a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공기 배관의 유입구(16a)는 차량의 차륜 하우징(17)에 위치한 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 공기 배관의 유입구(16a)는 차량의 전방(1a)에 위치한 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  7. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 처리 컴포넌트는 촉매제(18a)인 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  8. 청구항 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 처리 컴포넌트는 입자 필터(18b)인 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재순환 배기 가스는 제2 EGR 냉각기(19)에서 기관 냉각 시스템에서 나온 냉매에 의해 제2 단계의 냉각을 받는 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    연소 기관이 정상 작동 중, 연소 기관의 냉각 시스템의 냉매 온도 보다 더 저온에 있는 냉매를 사용하는 제3 EGR 냉각기(33,36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 재순환 배기 가스 냉각 장치.
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