KR20130049992A - 배기가스재순환용 과급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스재순환용 과급 시스템에 관한 것으로, 엔진과 연결되는 배기관을 포함하여 엔진으로부터 배기가스를 공급받는 터빈; 상기 터빈과 축으로 연결되되, 상기 엔진과 연결되는 흡기관을 포함하여, 외부로 부터 유입된 흡입공기를 압축시켜 상기 흡기관을 통해 상기 엔진으로 공급하는 압축기; 상기 배기관으로부터 분기되는 분기관을 포함하며, 상기 엔진과 연통되어 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유해물질을 제거하여 상기 엔진으로 재유입시키는 배기가스 재순환 어셈블리; 및 상기 흡기관과 상기 배기관을 연통하는 연통관;을 포함하는 것을 특징으로 하며, 질소산화물 배출을 감소시키는 배기가스 재순환을 이용하면서도, 엔진의 정상 운전 범위에 있을 수 있어, 엔진의 효율을 저하시키지 않을 수 있는 배기가스재순환용 과급 시스템을 제공한다.

Description

배기가스재순환용 과급 시스템{Turbo-charging system for exhaust gas recirculation}

본 발명은 배기가스재순환용 과급 시스템에 관한 것이다.

디젤엔진(이하 엔진)은 연소실에 유입된 공기를 고온 고압으로 압축하고 보다 큰 압력의 연료를 분사 및 미립화시켜 점화시킨 후 배기가스를 방출한다. 이때, 엔진은 연료의 효율을 상승시키기 위하여, 공기를 미리 압축하여 연소실에 공급한다. 이를 위해, 엔진에서 배출되는 배기가스 압력을 이용해 공기를 압축해 주입하는 과급기(Turbo Charger)가 엔진에 연결된다.

여기서, 엔진은 엔진회전수에 따라서 공기가 항상 과잉 공급되므로 유해물질인 질소산화물이 다량으로 배출된다.

그러나, 환경문제에 대한 규제에 의해, 유해물질을 제거할 필요가 있다. 따라서, 엔진의 배기가스를 다시 흡기 쪽으로 재순환시켜 연소시의 배기가스 내에 존재하는 유해물질을 저감시키기도 한다.

여기서, 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR) 어셈블리가 엔진에 연결되어, 배기가스의 일부를 흡입공기에 공급함으로써, 연소실 온도와 압력을 떨어뜨려 질소산화물의 생성을 억제할 수 있다.

한편, 배기가스 재순환 어셈블리를 엔진에 연결하면, 과급기의 운전 특성이 변해 과급기의 이상운전 상태인 서지(surge)가 발생할 수 있다.

이를 방지하기 위해, 운전 범위가 넓은 과급기를 사용하여야 하나, 이러한 과급기의 내부 구조를 변경하거나 신규 개발하는 경우 고비용이 발생하며, 엔진의 효율이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 배기가스를 재순환시켜 질소산화물 배출을 감소시키면서, 적은 비용으로 이상운전 상태를 방지할 수 있는 배기가스재순환용 과급 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배기가스재순환용 과급 시스템은, 엔진과 연결되는 배기관을 포함하여 엔진으로부터 배기가스를 공급받는 터빈; 상기 터빈과 축으로 연결되되, 상기 엔진과 연결되는 흡기관을 포함하여, 외부로 부터 유입된 흡입공기를 압축시켜 상기 흡기관을 통해 상기 엔진으로 공급하는 압축기; 상기 배기관으로부터 분기되는 분기관을 포함하며, 상기 엔진과 연통되어 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유해물질을 제거하여 상기 엔진으로 재유입시키는 배기가스 재순환 어셈블리; 및 상기 흡기관과 상기 배기관을 연통하는 연통관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 연통관은, 상기 배기가스 재순환 어셈블리의 구동 여부에 따라, 상기 흡기관과 상기 배기관을 연통시키는 바이패스밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스밸브는 상기 배기가스 재순환 어셈블리의 구동시 상기 흡기관과 상기 배기관을 연통시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 배기가스재순환용 과급 시스템은 압축기, 터빈, 배기가스 재순환 어셈블리 및 연통관을 포함하도록 구성되고, 질소산화물 배출을 감소시키는 배기가스 재순환을 이용하면서도, 엔진의 정상 운전 범위에 있을 수 있어, 엔진의 효율을 저하시키지 않는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스재순환용 과급 시스템의 EGR밸브가 폐쇄된 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스재순환용 과급 시스템의 EGR밸브가 개방된 상태를 도시한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스재순환용 과급 시스템(100)의 EGR밸브(129)가 폐쇄된 상태를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스재순환용 과급 시스템(100)의 EGR밸브(129)가 개방된 상태를 도시한 도면이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 배기가스재순환용 과급 시스템(100)에 대해 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 배기가스재순환용 과급 시스템(100)은, 압축기(113), 터빈(111), 배기가스 재순환 어셈블리(120) 및 연통관(130)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

엔진(90) 내부로 연료가 주입된 후에 배기가스는 엔진(90)에서 연소되어 배출되고, 배출된 배기가스가 터빈(111)과 압축기(113)를 구동하도록 배기관(111A)을 거쳐 터빈(111)으로 도입된다.

터빈(111)은 엔진(90)과 연결되는 배기관(111A)을 포함하여 배기가스를 공급받는다. 그리고 터빈(111)은 공급받은 배기가스에 의해 구동된다. 이는, 엔진(90)에서 연소된 배기가스가 터빈(111)으로 유입되어, 배기가스가 가지는 열 에너지에 의해, 터빈(111) 내에 자유롭게 지지된 터빈(111)의 휠이 회전됨으로써 이루어지는 것이다.

이때, 터빈(111)에 내장된 휠의 회전 토크는, 압축기(113)의 휠로 전달된다.

한편, 터빈(111)으로부터 배출된 배기가스는 대기 중으로 방출될 수 있다.

여기서, 본 실시예의 터빈(111)으로부터 방출되는 배기가스는 외부로 모두 유출될 수 있다. 한편, 엔진(90)에서 연소된 배기가스만 터빈(111)으로 유입되거나, 압축기(113)에서 압축된 압축공기의 일부가 후술되는 연통관(130)을 통해 배기가스와 합해져 터빈(111)으로 유입될 수도 있다.

압축기(113)는 터빈(111)과 축(114)으로 연결되어, 터빈(111)의 구동력이 압축기(113)로 전달되어 구동될 수 있다.

이때, 압축기(113)에는 외부로부터 흡입공기가 유입되는데, 압축기(113)에 내장된 휠의 회전에 의해서 유입된 흡입공기가 압축되어 과급공기가 된다. 압축기(113)에서 압축되어 고온이 된 과급공기는, 도면에 도시되지는 않았으나 별도의 중간냉각기에서 냉각된 후, 엔진(90)과 연결되는 흡기관(113A)을 통해 엔진(90)으로 유입될 수 있다.

배기가스 재순환 어셈블리(120)는 배기관(111A)으로부터 분기되는 분기관(121)을 포함하며, 엔진(90)과 연통되어 엔진(90)으로부터 배출되는 황산화물이나 매연을 제거한 배기가스를 엔진(90)으로 재유입시킨다.

여기서, 배기가스 재순환 어셈블리(120)는 세척기(123), 쿨러(125), 블로어(127) 및 EGR밸브(129)를 포함할 수 있다.

세척기(123)는 분기관(121)에 연결되며, 엔진(90)에서 배출되는 배기가스에 포함된 황산화물이나 매연을 액체를 사용해서 씻어 제거할 수 있다.

쿨러(125)는 세척기(123)의 하류에 구비되어, 세척기(123)를 거친 배기가스를 냉각시킨다. 여기서, 쿨러(125)는 블로어(127)의 손상을 방지할 수 있도록, 예를 들어 30℃ 내지 40℃의 분포로 배기가스의 온도를 낮춘다. 이때, 쿨러(125)는 물을 냉매로 이용하여 배기가스와 열교환이 행해져 배기가스를 냉각시킬 수 있다.

블로어(127)는 쿨러(125)의 하류에 구비되어, 쿨러(125)를 경로하는 배기가스를 엔진(90)으로 강제 유입시킨다. 이는, 압축기(113)에서 배출되는 고압의 과급공기에 비하여 쿨러(125)를 경유한 배기가스의 압력이 상대적으로 낮아 강제적인 이동이 필요하기 때문이다.

EGR밸브(129)는 블로어(127)의 하류에 구비되어, 엔진(90)에서 배기된 배기가스의 재순환을 유도 및 차단한다.

예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이(점선은 EGR밸브가 폐쇄되어 배기가스가 정체된 상태를 의미하고, 실선은 배기가스가 흐르는 상태를 의미함), EGR밸브(129)가 폐쇄되는 경우, 엔진(90)에서 배기되는 배기가스는 배기관(111A)을 통해 터빈(111)으로 유입되고, 터빈(111)의 구동과 함께 압축기(113)에 의해 외부로부터 유입된 흡입공기가 흡기관(113A)을 통해 엔진(90)으로 유입될 수 있다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이, EGR밸브(129)가 개방되면, 도 1에서와 동일하게 터빈(111)과 압축기(113)를 경로하여 배기가스가 이동될 뿐만 아니라, 추가적으로 배기가스 재순환이 이루어진다.

이는, 배기가스 재순환 어셈블리(120)에서 배기가스가 이동되도록 유로가 개방된 상태가 되는 것이다. 이에 따라, 배기관(111A) 내를 흐르는 배기가스의 일부가 배기가스 재순환 어셈블리(120)의 유로로 유입되도록, 분기관(121)을 경로한다. 그리고 나서, 배기가스는 세척기(123)에서 유해물질이 제거된 후, 쿨러(125)를 지나서 블로어(127)를 통해 흡기관(113A)의 하류로 유도되어 엔진(90)으로 재유입된다.

도 2에 도시한 바와 같이, EGR밸브(129)가 개방되어, 배기가스의 재순환이 이루어지는 경우, 과급 압력과 유량이 줄어들어 과급기의 운전 특성이 변한 이상운전 상태가 발생될 수 있다.

연통관(130)은 이러한 이상운전 상태를 방지하는 구성으로, 압축기(113)를 경로하여 흡기관(113A)에서 배출되는 과급공기의 일부를 배기관(111A)으로 연통시켜, 과급기의 운전 범위를 안전한 영역 내로 이동시킴으로써, 과급 유량과 압력이 줄어도 과급기가 이상운전 상태가 되지 않도록 할 수 있다.

따라서, 연통관(130)은 흡기관(113A)과 배기관(111A)을 연통할 수 있다. 여기서, 연통관(130)은, 배기가스 재순환 어셈블리(120)의 구동 여부에 따라, 흡기관(113A)과 배기관(111A)을 연통시키는 바이패스밸브(131)를 포함할 수 있다.

이때, 바이패스밸브(131)는 배기가스 재순환 어셈블리(120)의 구동시 흡기관(113A)과 배기관(111A)을 연통시킬 수 있다. 이러한, 바이패스밸브(131)는 스텝 모터 등으로 구성되어 개폐를 구동하는 액추에이터를 포함할 수 있다.

바이패스밸브(131)는 배기가스 재순환 어셈블리(120)가 구동시 개방될 수 있으므로, EGR밸브(129)가 개방시 이와 연동하여 개방되도록 제어될 수 있다.

이에 따라, 압축기(113)에서 압축된 과급공기는 엔진(90)으로 모두 유입되지 않고, 연통관(130)을 통해 터빈(111)으로 일부 유입되어, 과급기의 운전 범위를 변경할 수 있다. 즉, 이와 같은 실시예에 따르면, 운전 범위가 넓은 과급기를 사용할 필요가 없어, 엔진의 효율을 저하시키지 않을 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100 : 배기가스재순환용 과급 시스템 111 : 터빈
111A : 배기관 113 : 압축기
113A : 흡기관 114 : 축
120 : 배기가스 재순환 어셈블리 121 : 분기관
123 : 세척기 125 : 쿨러
127 : 블로어 129 : EGR밸브
130 : 연통관 131 : 바이패스밸브

Claims (3)

1. 엔진과 연결되는 배기관을 포함하여 엔진으로부터 배기가스를 공급받는 터빈;
   상기 터빈과 축으로 연결되되, 상기 엔진과 연결되는 흡기관을 포함하여, 외부로 부터 유입된 흡입공기를 압축시켜 상기 흡기관을 통해 상기 엔진으로 공급하는 압축기;
   상기 배기관으로부터 분기되는 분기관을 포함하며, 상기 엔진과 연통되어 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유해물질을 제거하여 상기 엔진으로 재유입시키는 배기가스 재순환 어셈블리; 및
   상기 흡기관과 상기 배기관을 연통하는 연통관;
   을 포함하는 배기가스재순환용 과급 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 연통관은, 상기 배기가스 재순환 어셈블리의 구동 여부에 따라, 상기 흡기관과 상기 배기관을 연통시키는 바이패스밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스재순환용 과급 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 바이패스밸브는 상기 배기가스 재순환 어셈블리의 구동시 상기 흡기관과 상기 배기관을 연통시키는 것을 특징으로 하는 배기가스재순환용 과급 시스템.

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