KR20130073650A - 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템에 관한 것으로, 엔진 냉간시 고온의 배기가스를 바이패스 경로를 통해 엔진으로 재순환시킴으로써, 엔진의 연소 효율을 개선하여, 냉간시 발생되는 유해한 미연소 배기가스를 저감시키고, 예열시간을 단축시킬 수 있으며, 바이패스 경로를 이용한 배기가스 재순환을 적용하여 냉각 경로 내측의 미세관을 배기가스가 통과할 때 발생되는 압력 손실에 따른 EGR률 저감을 보상하기 위한 스로틀 밸브의 작동을 저감시킬 수 있게 된다.

Description

배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템{Exhaust Gas Recirculation cooler and the system therewith}

본 발명은 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템에 관한 것이다.

차량에 탑재되는 대부분의 디젤엔진(diesel engine)에는 배기가스 규제에 대응하기 위해 배기가스 재순환(EGR; Exhaust Gas Recirculation) 시스템이 설치된다.

상기 배기가스 재순환 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 엔진과 연결된 흡기 매니폴더를 통해 재공급함으로써 엔진의 연소 온도를 내리고, 질소 산화물(NOx)의 발생량을 저감시킬 수 있다. 그러나 배기가스는 고온 고압으로, 냉각 없이 고온의 상태로 엔진으로 재공급할 경우, 배기가스 재순환 시스템의 본래 목적인 질소 산화물의 발생량 저감의 효과가 미비할 수 있다.

즉, 배기가스 재순환 시스템은 냉각수가 순환하는 열교환기를 통해 배기가스의 온도를 저감시킨 후, 흡기 매니폴더를 통해 엔진으로 재공급하여 질소 산화물의 발생량을 저감시킨다.

그러나 엔진이 냉간시에는 열교환기를 통해 냉각된 배기가스가 엔진으로 공급되어, 엔진의 예열이 지연될 수 있으며, 이로 인해 불안전 연소가 발생되어 배기가스가 증가될 수 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진 냉간시 고온의 배기가스를 바이패스 경로를 통해 엔진으로 재순환시킴으로써, 엔진)의 연소 효율을 개선하여, 냉간시 발생되는 유해한 미연소 배기가스를 저감시키고, 예열시간을 단축시킬 수 있는 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 엔진이 예열되기 이전과 같은 냉간시, 바이패스 경로를 통해 배기가스를 엔진으로 재순환시킴으로, 냉각 경로 내측의 미세관을 배기가스가 통과할 때 발생되는 압력 손실에 따른 EGR률 저감을 보상하기 위한 스로틀 밸브의 작동을 저감시킬 수 있는 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템은 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 개재되어, 상기 배기 매니폴드에서 유입된 배기가스를 열교환기를 통해 냉각하여 상기 흡기 매니폴드로 재순환 시키는 냉각 경로와, 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 개재되어, 배기매니폴드에서 유입된 배기 가스를 흡기 매니폴드로 재순환 시키는 바이패스 경로와, 상기 배기 매니폴드와 연결되는 상기 냉각 경로와 바이패스 경로 사이에 개재되어, 상기 냉각 경로와 상기 바이패스 경로 중에서 배기가스의 유입 경로를 결정하는 유동 제어 밸브를 포함할 수 있다.

상기 열 교환기는 상기 냉각 경로 내에 구비되고, 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구와 연결되어, 상기 냉각 경로를 통해 재순환 되는 배기가스를 냉각 시킬 수 있다.

상기 유동 제어 밸브는 상기 배기 매니폴드와 상기 냉각 경로 사이를 차단하고 상기 배기 매니폴드와 상기 바이패스 경로 사이를 개방하는 제1개도상태이거나, 상기 배기 매니폴드와 상기 냉각 경로 사이를 개방하고 상기 배기 매니폴드와 상기 바이패스 경로 사이를 차단하는 제2개도상태일 수 있다.

상기 유동 제어 밸브는 엔진 예열 및 냉간시에 상기 배기 매니 폴더로 유입된 배기가스를 상기 바이 패스 경로를 통해 재순환시키기 위해 제1개도 상태로 유지될 수 있다.

상기 유동 제어 밸브는 엔진 온도가 기준 온도 이상이거나 엔진 정지시에 제2개도 상태로 유지될 수 있다.

본 발명에 의한 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템은 엔진 냉간시 고온의 배기가스를 바이패스 경로를 통해 엔진으로 재순환시킴으로써, 엔진)의 연소 효율을 개선하여, 냉간시 발생되는 유해한 미연소 배기가스를 저감시키고, 예열시간을 단축시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템은 엔진이 예열되기 이전과 같은 냉간시, 바이패스 경로를 통해 배기가스를 엔진으로 재순환시킴으로, 냉각 경로 내측의 미세관을 배기가스가 통과할 때 발생되는 압력 손실에 따른 EGR률 저감을 보상하기 위한 스로틀 밸브의 작동을 저감시킬 수 있게 된다.

도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 도시한 구조도이다.
도 2는 도 1의 배기가스 재순환 시스템에서 배기가스 재순환 쿨러를 도시한 구조도이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 순환 시스템을 도시한 구조도가 도시되어 있다.

도 1에서 도시된 바와 같이 배기가스 순환 시스템(100)은 이지알 밸브(110), 제1이지알 파이프(120), 냉각 경로(130), 바이패스 경로(140), 유동 제어 밸브(150) 및 제2이지알 파이프(160)를 포함할 수 있다.

여기서, 냉각 경로(130), 바이패스 경로(140) 및 유동 제어 밸브(150)는 재순환 냉각 쿨러(1)의 구성으로, 그 구성이 도 2에 확대 도시되어 있다.

상기 제1이지알 파이프(120)는 엔진(10)의 배기 매니폴드(12)에 연결되며, 제2이지알 파이프(160)는 흡기 매니폴드(11)와 연결된다. 또한 제1이지알 파이프(120)와 제2이지알 파이프(160) 사이에는 재순환 냉각 쿨러(1)가 개재된다. 즉, 엔진(10)의 배기 매니폴드(12)로 배출되는 배기가스는 제1이지알 파이프(120)를 통해 재순환 냉각 쿨러(1)로 공급되고, 재순환 냉각 쿨러(1)에서 배출되는 배기가스는 제2이지알 파이프(160)를 통해 흡기 매니폴드(11)로 재순환 되어 공급된다.

이하에서는 도 1의 배기가스 순환 시스템(100)을 도 2에 도시된 재순환 냉각 쿨러(1)의 구성을 참조하여 설명하고자 한다.

우선, 이지알 밸브(110)는 엔진(10)의 흡기 매니폴드(11)와 연결된 제2이지알 파이프(160)에 장착될 수 있다. 또한 이지알 밸브(110)는 재순환 냉각 쿨러(1)의 후단에 연결된다. 즉, 이지알 밸브(110)는 제2이지알 파이프(160)와 재순환 냉각 쿨러(1) 사이에 개재되어, 재순환 냉각 쿨러(1)와 제2이지알 파이프(160) 사이를 개방 또는 차단 한다.

상기 이지알 밸브(110)는 개도가 증가되어, 제2이지알 파이프(160)와 재순환 냉각 쿨러(1) 사이를 개방시킬 수 있다. 상기 이지알 밸브(110)는 개방되면, 흡기 매니폴드(11)와 배기 매니폴드(12) 사이의 압력 차이에 의해, 엔진(10)의 배기 매니폴드(12)로 배출되는 배기가스를 재순환 냉각 쿨러(1)를 통해 흡기 매니폴드(11)로 재순환시킨다.

상기 제1이지알 파이프(120)는 재순환 냉각 쿨러(1)와 배기 매니폴드(12)사이에 개재된다. 즉, 제1이지알 파이프(120)는 이지알 밸브(110)가 개방되면, 배기 매니폴드(12)로 배출되는 엔진(10)의 배기가스를 재순환 냉각 쿨러(1)로 전달한다.

상기 재순환 냉각 쿨러(1)는 원통형상의 케이스 내측이 길이 방향으로 두 개의 경로를 갖도록 분리될 수 있으며, 일측 경로는 냉각 경로(130)가 되며 이의 반대측 경로는 바이패스 경로(140)가 된다. 그리고 재순환 냉각 쿨러(1)는 제1이지알 파이프(120)와 연결되어 배기가스가 유입되는 유입단(1a)과, 제2이지알 파이프(160)와 연결되어 배기가스를 재순환하도록 배출하는 배출단(1b)을 구비한다.

그리고 유입단(1a)으로 유입된 배기가스는 상기 냉각 경로(130)와 바이패스 경로(140) 중 어느 하나를 통과하여, 배출단(1b)을 통해 엔진(10)으로 재순환된다.

상기 냉각 경로(130)는 경로 내측에 유입단(1a)을 통해 유입된 배기가스를 냉각시키기 위한 열교환기(131)를 구비한다. 상기 열교환기(131)는 냉각수 유입구(132) 및 냉각수 배출구(133)와 연결된다. 상기 냉각수 유입구(132)로 유입된 냉각수는 열교환기(131)를 순환하여 냉각수 배출구(133)로 배출되어, 열교환기(131)이 구비된 냉각 경로(130) 내측으로 유입되는 배기가스를 냉각 시킬 수 있다.

즉, 상기 냉각 경로(130)는 유입단(1a)을 통해 내측으로 유입된 배기가스를, 내측에 구비된 열교환기(131)를 통해 냉각하여, 배출단(1b)을 통해 엔진(10)의 흡기 매니폴드(11)로 재순환 시킨다.

상기 냉각 경로(130)는 바이패스 경로(140)와 동일한 경로폭을 갖을 경우, 내측에 구비된 열교환기(131)로 인해, 배기가스의 유동 저항에 의한 압력 손실이 더 클 수 있다. 이때 유동 저항 감소를 위해 별도로, 엔진(10)으로 유입되는 공기의 압력 조절을 위해 스로틀 밸브의 개도를 제어하는 작동이 요구된다.

상기 바이패스 경로(140)는 유입단(1a)을 통해 내측으로 유입된 배기가스를, 별도의 냉각 없이 배출단(1b)을 통해 엔진(10)의 흡기 매니폴드(11)로 재순환 시킨다. 상기 바이패스 경로(140)는 내측에 별도의 구성요소가 구비되지 않으므로, 배기가스의 압력 손실을 방지할 수 있으므로, 스로틀 밸브 작동을 저감시킬 수 있다.

그리고 상기 재순환 냉각 쿨러(1)의 유입단(1a)에는 배기 매니폴드(12)로 배출된 배기가스가 냉각 경로(130)와 바이패스 경로(140)중 어느 하나로 유입되도록 경로 결정을 위한 유동 제어 밸브(150)가 더 개재된다.

상기 유동 제어 밸브(150)는 재순환 냉각 쿨러(1)의 유입단(1a)에 개재되어, 이지알 밸브(110)가 개방되었을 경우, 배기가스가 냉각 경로(130)와 바이패스 경로(140) 중 어느 하나로 유입되도록 배기가스 경로를 결정할 수 있다.

상기 유동 제어 밸브(150)는 배기 매니폴드(12)와 연결된 제1이지알 파이프(120)와 냉각 경로(130) 사이를 차단하고, 제1이지알 파이프(120)와 바이패스 경로(140) 사이를 개방하는 제1개도 상태(A)일 수 있다. 또는 상기 유동 제어 밸브(150)는 배기 매니폴드(12)와 연결된 제1이지알 파이프(120)와 바이패스 경로(140) 사이를 차단하고, 제1이지알 파이프(120)와 냉각 경로(130) 사이를 개방하는 제2개도 상태(B)일 수 있다.

상기 유동 제어 밸브(150)는 엔진(10)이 예열이 완료되기 이전의 냉간시 배기 매니폴드(12)로 배출되는 배기가스가, 별도의 냉각 없이 바이패스 경로(140)를 통해 흡기 매니폴드(11)를 통해 엔진(10)으로 재순환되도록 제1개도 상태(A)로 유지된다. 또한 유동 제어 밸브(150)는 엔진(10)의 예열이 완료되어 기준온도 이상이 되면, 배기 매니폴드(12)로 배출되는 배기가스가 냉각 경로(130)를 통해 냉각 후, 흡기 매니폴드(11)를 통해 엔진(10)으로 재순환되도록 제2개도 상태(B)로 유지된다.

또한 유동 제어 밸브(150)는 엔진(10)이 정지하면 바이패스 경로(140)를 차단한 제2개도상태(B)로 유지된다.

상기 제2이지알 파이프(160)는 재순환 냉각 쿨러(1)와 흡기 매니폴드(11)사이에 개재된다. 즉, 제2이지알 파이프(160)는 이지알 밸브(110)가 개방되면, 재순환 냉각 쿨러(1)의 바이패스 경로(140)를 통해 바이패스(bypass)되거나, 냉각 경로(130)를 통해 냉각된 배기가스를 흡기 매니폴드(11)로 전달한다.

이와 같은 재순환 냉각 쿨러(1)를 구비한 배기가스 재순환 시스템(100)은, 엔진(10) 냉간시 고온의 배기가스를 바이패스 경로(140)를 통해 엔진(10)으로 재순환시킴으로써, 엔진(10)의 연소 효율을 개선하여, 냉간시 발생되는 유해한 미연소 배기가스를 저감시킬 수 있다.

또한 재순환 냉각 쿨러(1)를 구비한 배기가스 재순환 시스템(100)은, 엔진(10)이 예열되기 이전엔, 배기가스를 별도의 냉각 없이 바이패스 경로(140)를 통해 엔진(10)으로 공급함으로써, 예열 시간을 단축 시킬 수 있다.

또한 재순환 냉각 쿨러(1)를 구비한 배기가스 재순환 시스템(100)은 엔진(10)이 예열되기 이전과 같은 냉간시, 바이패스 경로(140)를 통해 배기가스를 엔진(10)으로 재순환시킴으로, 냉각 경로 내측의 미세관을 배기가스가 통과할 때 발생되는 압력 손실에 따른 EGR률 저감을 보상하기 위한 스로틀 밸브의 작동을 저감시킬 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 배기가스 재순환 쿨러 및 이를 포함하는 배기가스 재순환 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

100; 배기가스 재순환 시스템 1; 재순환 냉각 쿨러
110; 이지알 밸브 120; 제1이지알 파이프
130; 냉각 경로 140; 바이패스 경로
150; 유동 제어 밸브 160; 제2이지알 파이프

Claims (6)

1. 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 개재되어, 상기 배기 매니폴드에서 유입된 배기가스를 열교환기를 통해 냉각하여 상기 흡기 매니폴드로 재순환 시키는 냉각 경로;
   배기 매니폴드와 흡기 매니폴드 사이에 개재되어, 배기매니폴드에서 유입된 배기 가스를 흡기 매니폴드로 재순환 시키는 바이패스 경로; 및
   상기 배기 매니폴드와 연결되는 상기 냉각 경로와 바이패스 경로 사이에 개재되어, 상기 냉각 경로와 상기 바이패스 경로 중에서 배기가스의 유입 경로를 결정하는 유동 제어 밸브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 쿨러.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 열 교환기는 상기 냉각 경로 내에 구비되고, 냉각수 유입구 및 냉각수 배출구와 연결되어, 상기 냉각 경로를 통해 재순환 되는 배기가스를 냉각 시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 쿨러.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 유동 제어 밸브는
   상기 배기 매니폴드와 상기 냉각 경로 사이를 차단하고 상기 배기 매니폴드와 상기 바이패스 경로 사이를 개방하는 제1개도상태이거나, 상기 배기 매니폴드와 상기 냉각 경로 사이를 개방하고 상기 배기 매니폴드와 상기 바이패스 경로 사이를 차단하는 제2개도상태인 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 쿨러.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 유동 제어 밸브는 엔진 예열 및 냉간시에 상기 배기 매니 폴더로 유입된 배기가스를 상기 바이 패스 경로를 통해 재순환시키기 위해 제1개도 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 쿨러.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 유동 제어 밸브는 엔진 온도가 기준 온도 이상이거나 엔진 정지시에 제2개도 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 쿨러.
6. 청구항 1항 내지 5항 중 어느 하나의 배기가스 재순환 쿨러를 포함하는 배기 가스 재순환 시스템.

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