KR20130124176A - 자동차 엔진으로부터 배기 가스를 재순환하기 위한 장치, 및 상기 장치의 이용 방법 - Google Patents

자동차 엔진으로부터 배기 가스를 재순환하기 위한 장치, 및 상기 장치의 이용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 엔진(1)으로부터의 배기 가스를 재순환시키기 위한 장치에 관한 것으로, EGR 라인으로 불리는 제 1 배기 가스 재순환 라인(9), 상기 재순환되는 배기 가스의 냉각을 보장하기 위해 상기 EGR 라인(9)에 설치된 제 1 열 교환기(10), 및 상기 가스로부터 발생하는 응축물(condensate)의 pH의 제한을 허용하는 상기 배기 가스를 위한 처리 수단(11)을 포함한다. 상기 처리 수단(11)은 상기 배기 가스의 통로를 따라 상기 제 1 교환기(10)의 상류에 설치되고, 상기 교환기(10)는 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금으로 제조된 열 교환기 번들(bundle)을 포함한다.

Description

자동차 엔진으로부터 배기 가스를 재순환하기 위한 장치, 및 상기 장치의 이용 방법{DEVICE FOR RECIRCULATING EXHAUST GAS FROM THE ENGINE OF AN AUTOMOBILE, AND USE OF SUCH A DEVICE}
본 발명은 자동차의 엔진으로부터의 배기 가스의 재순환을 위한 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 디젤 엔진에 이용된다.
현재, 오염 방출물을 감소하기 위해, 엔진으로부터 배기 가스의 일부를 추출하고 이를 엔진 공기 흡입 회로 내로 재주입시키는 것이 알려져 있다. 이는 통상 EGR(Exhaust Gas Recirculation; 배기 가스 재순환)으로 불린다. 실린더의 정확한 충전을 보장하고 흡입 라인의 엘리먼트(elements)를 보호하기 위해, 재순환되는 가스는 EGR 교환기(exchangers)로 알려진 교환기를 이용하여 냉각된다.
재순환되는 가스에 함유된 물의 높은 비율 때문에, EGR 교환기에서 응축 현상(condensation phenomena)이 발생한다. 이 응축은 특히 엔진에 의해 연소되지 않고 배기 라인 내로 옮겨지는 탄화수소의 분해 때문의 종종 자연 산성(acidic)과 어그레시브(aggressive)에 의한 것이다. 이 결과는 응축물과 접촉하여 교환기의 구성부품에 산성 침범(attack)으로 초래된다.
또한 이러한 산성은 그들 라인을 따라 재순환되는 가스가 다른 가스와 혼합되지 않는 배기 가스 재순환 라인에서 더 높고, 재순환되는 가스가 외부 공기와 혼합될 수 있는 엔진을 향해 그들 이동의 나머지에 있을 때에 알카리 응축물을 더 많이 생성한다는 것이 주목된다.
EGR 교환기에서 발생하기 쉬운 응축물의 산성에 관한 위험성을 제한하기 위해, 이는 스테인리스 스틸의 EGR 교환기를 이용할 필요성이 일반적으로 고려된다. 그들은 높은 물질 두께를 갖는 캐스트(cast) 알루미늄으로 또한 만들 수 있다. 이들 해결은 열 교환기의 성능, 특히 열적 성능을 제한하고 그들의 비용을 증가시킨다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목적은 자동차의 엔진으로부터 배기 가스의 재순환을 위한 장치에 있으며, EGR로 불리는 제 1 배기 가스 재순환 라인, 재순환되는 배기 가스의 냉각을 보장하기 위해 상기 EGR 라인에 설치되는 제 1 열 교환기, 및 상기 가스로부터 발생하는 응축물의 pH의 제한을 허용하는 배기 가스용 처리 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 처리 수단은 배기 가스의 통로를 따라 상기 제 1 교환기의 상류에 설치되고, 상기 교환기는 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금으로 제조된 열 교환기 번들(bundle)을 포함한다.
이러한 처리 장치를 제공함으로써, EGR 교환기에서 발생하기 쉬운 응축물의 산성은 배기 가스가 상기 교환기를 통과하기 전에 감소되는 것이 주목된다. 따라서, 이는 EGR 교환기를 설치하는 가능성이 있고, 여기서 구성부품은 앞서와 같이 부식에 대한 높은 성능을 더 이상 요구하지 않는다. 따라서, 그들은 열적 성능의 관점에서 최적합화될 수 있고 더 낮은 비용을 가질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면,
- 상기 번들은 롤링(rolling)에 의해 얻어지는 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금의 구성부품을 포함한다.
- 배기 가스를 위한 상기 처리 수단은 배기 가스를 위한 산화 촉매(oxidation catalyst)를 포함한다.
- 상기 엔진은 엔진 배기 라인을 포함하고, 상기 배기 라인은 상기 배기 가스에 의해 구동될 수 있는 터빈을 포함하며, 상기 제 1 EGR 라인은 상기 터빈의 상류에 상기 배기 라인과 연통할 수 있고, 상기 처리 수단은 상기 제 1 EGR 라인을 따라 배치된다.
- 상기 엔진은 엔진 배기 라인을 포함하고, 상기 배기 라인은 상기 배기 가스에 의해 구동될 수 있는 터빈을 포함하며, 상기 제 1 EGR 라인은 상기 터빈의 하류에 상기 배기 라인과 연통할 수 있도록 설치되고, 상기 처리 수단은 상기 배기 라인을 따라, 특히 상기 터빈의 하류에 배치될 수 있도록 설치된다.
- 상기 장치는 또는 제 2 배기 가스 재순환 라인을 포함하고, 상기 제 2 EGR 라인은 상기 터빈의 상류에 상기 배기 라인과 연통할 수 있다.
- 상기 장치는 상기 제 2 라인 내로 통과하는 재순환되는 배기 가스를 냉각하기 위해 상기 제 2 EGR 라인 상에 설치된 제 2 열 교환기를 포함한다.
- 상기 제 2 교환기는 스테인리스 스틸로 제조된 열 교환기 번들을 포함한다.
- 상기 처리 수단은 상기 교환기의 상류에 상기 제 2 EGR 라인을 따라 또한 설치되고, 상기 제 2 교환기는 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금으로 제조된 열 교환기 번들을 포함한다.
본 발명은 또한 식물성(vegetable origin) 연료, 표준 유럽 디젤(standard European diesel) 및/또는 가스 및/또는 석탄의 연료로 상술한 바와 같은 장치의 이용에 관한 것이다. 사실 이들 연료에 대해, 본 발명에 따른 장치를 이용하여 얻어진 응축물의 산성의 감소는 더 효율적이다.
본 발명은 제한할 의도 없이 첨부된 도면을 참조하여 단지 정보를 제공하는 하기 설명에 비추어 더 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 제 1 예시적인 실시예를 도식적으로 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 장치의 제 2 예시적인 실시예를 도식적으로 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 장치의 제 3 예시적인 실시예를 도식적으로 도시하는 도면.
여러 도면들에 도시된 바와 같이, 본 발명은 예를 들어 공기 흡입 라인(2) 및/또는 배기 라인(3)을 갖는 차량의 엔진(1)에 적용된다. 흡입 라인(2)은 엔진에 흡입 공기, 특히 신선한 공기를 공급하게 한다. 배기 라인(3)은 챔버 내로 도입된 연료와 흡입 공기의 반응에 의해, 엔진의 연소실(4)에서 일어나는 연소에 의해 발생된 배기 가스를 배출하게 한다.
엔진은 예를 들어 흡입 라인(2)으로부터 연소실(4) 내로 흡입 공기를 분배하는 흡입 매니폴드(5)와, 연소실(4)로부터 배기 라인(3)을 향해 흡입 공기를 안내하기 위해 배기 가스를 수집하는 배기 매니폴드(5')를 포함한다.
터보압축기(turbocompressor)(6)는 배기 라인(3)을 통과하는 배기 가스의 운동 에너지에 의해 흡입 공기의 압축을 허용하도록 또한 설치될 수 있다. 상기 터보압축기는 예를 들어 상기 배기 가스에 의해 구동될 수 있는 터빈(7) 및/또는 상기 터빈(7)에 의해 구동되고 흡입 라인(2)을 통과하는 흡입 공기를 압축하도록 의도된 압축기(8)를 포함한다. 따라서, 터빈(7)은 배기 라인(3)의 레벨에 설치되고, 압축기(8)는 흡입 라인(2)의 레벨에 설치되며, 터빈(7)과 압축기(8)는 압축기(8)가 터빈(7)에 의해 구동되도록 함께 기계적으로 연결된다.
흡입 라인(2)은 차지 공기가 엔진(1) 내로 도입되기 전에 이를 통과하는 차지 공기(charge air)를 냉각하는 과급(supercharging) 공기 냉각기(12)를 포함할 수 있다. 상기 과급 공기 냉각기(12)는 압축기(8)의 하류에 설치된다.
배기 라인(3)은 배기 가스로부터 오염 방출물의 감소를 허용하는 입자 필터(particle filter)(13)를 포함할 수 있다. 상기 입자 필터(13)는 터빈(7)의 하류에 설치된다.
본 발명에 따른 장치는 EGR 라인이라고 불리는 제 1 배기 가스 재순환 라인(9)과, 재순환되는 배기 가스의 냉각을 보장하기 위해 상기 EGR 라인에 설치된 제 1 열 교환기(10)를 포함한다. 상기 EGR 라인은 흡입 라인(2)의 레벨에서 개방된다. 재순환되는 배기 가스 및/또는 흡입 공기의 유동은 다양한 밸브를 거치게 된다.
상기 열 교환기(10)는 예를 들어 자동차 냉각 회로로부터 글리콜(glycol)을 갖는 냉각 유체, 특히 물과 배기 가스 사이에서 열을 교환하는 물 교환기로 알려진 교환기이다. 이를 위해, 교환기는 냉각 유체를 위한 제 1 회로와 재순환되는 배기 가스를 위한 제 2 회로를 한정하는, 상세히 도시하지 않은 열 교환기 번들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 회로는 열적 교환 연결부를 갖는다. 용어 열 교환기 번들은 특히 교환기를 통과하는 배기 가스와 접촉하는 번들의 모든 구성부품을 나타낸다.
더욱이 본 발명에 따른 장치는 상기 가스로부터 발생하는 응축물의 pH를 제한하는 배기 가스를 위한 처리 수단(11)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 처리 수단(11)은 배기 가스의 통로를 따라 상기 제 1 교환기(10)의 상류에 설치되고, 상기 교환기의 상기 열 교환기 번들은 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금으로 제조된다. 사실, 상기 처리 수단을 하류측에 설치함으로써, 이는 교환기를 위한 스테인리스 스틸의 구성부품을 이용하기 위한 필요성이 더 이상 없다. 따라서, 알루미늄은 개선된 열적 성능과 감소된 비용을 달성할 수 있게 이용될 수 있다.
알루미늄 및/또는 알루미늄 합금의 구성부품은 롤링에 의해 얻어지는 것을 이용할 수 있다. 따라서, 교환기 번들은 상기 물질로 제조된 플레이트를 포함하고, 상기 플레이트는 배기 가스 순환 패널과 냉각 액체 순한 패널을 교대로 한정하기 위해 적층된다.
배기 가스를 위한 처리 수단(11)은 예를 들어 두 방향 촉매(two-way catalyst)로 불리는 배기 가스 산화 촉매를 포함한다. 이러한 촉매는 연소되지 않은 탄화수소를 이산화 탄소와 물로 산화한다.
도 1에 도시된 제 1 실시예에 따르면, 상기 제 1 EGR 라인(9)은 상기 압축기(7)의 상류에 상기 배기 라인(3)과 연통할 수 있도록 설치된다. 그런 다음, 상기 처리 수단(11)은 예를 들어 상기 제 1 EGR 라인(9)을 따라 배치된다. 이 실시예에서, EGR 라인은 예를 들어 압축기(8) 또는 과급 공기 냉각기(12)의 하류에 흡입 라인(2) 내로 개방된다.
도 2 및 도 3의 실시예에 대응하는 다른 실시예에 따르면, 제 1 EGR 라인(9)은 상기 터빈(7) 또는 입자 필터(13)의 하류에 상기 배기 라인(3)과 연통할 수 있도록 설치된다. 그런 다음, 상기 처리 수단(11)은 예를 들어 상기 배기 라인(3)을 따라, 특히 상기 터빈(7)의 하류에, 예를 들어 입자 필터(13)의 상류에 배치된다. 이러한 형상에서, 따라서 세 방향 촉매(three-way catalyst)는 터빈(7)을 통과하는 배기 가스의 전체를 처리한다.
EGR 라인(9)은 예를 들어 압축기(8)의 상류에 상기 흡입 라인 내로 개방된다.
도 2의 실시예에 대응하는 제 1 변형 예에 따르면, 다른 EGR 라인이 설치되지 않는다.
다른 변형 예에 따르면, 제 2 배기 가스 재순환 라인(14)이 설치될 수 있다. 상기 제 2 EGR 라인은 상기 터빈(7)의 상류에 배기 라인(3)과 연통할 수 있게 설치된다. 제 2 열 교환기(15)는 상기 제 2 라인(14) 내로 통과하는 재순환되는 배기 가스를 냉각하기 위해 상기 제 2 EGR 라인(14) 상에 설치된다. 상기 제 2 EGR 라인은 예를 들어 압축기(8) 또는 과급 공기 냉각기(12)의 하류에 흡입 라인 내로 개방된다.
도시하지 않은 제 1 예시적인 실시예에 따르면, 상기 제 2 교환기(15)는 스테인리스 스틸로 제조된 열 교환기 번들을 포함한다.
도 3에 대응하는 제 2 예시적 실시예에 따르면, 처리 수단(11), 특히 제 2 두 방향 촉매는 상기 제 2 교환기(15)의 상류에 상기 제 2 EGR 라인(14)을 따라 또한 설치된다. 그런 다음 상기 교환기(15)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 제조된 열 교환기 번들을 포함한다.
더욱이, 본 발명은 식물성 연료, 특히 소야 오일(콩기름)(soya oil), 팜 오일(야자 기름)(palm oil) 또는 랩시드 오일(rapeseed oil)에 기초한 연료, 또는 바이오매스(biomass)로부터의 연료로 상술한 장치의 이용에 관한 것이다. 연료는 또한 표준 유럽 디젤, 특히 10 ppmS를 갖는 디젤, 또는 가스 또는 석탄으로부터의 연료일 수 있다.
1 : 엔진 2 : 흡입 라인
3 : 배기 라인 4 : 연소실
5 : 흡입 매니폴드 6 : 터보압축기
7 : 터빈 8 : 압축기
9, 14 : EGR(배기 가스 재순환) 라인 10, 15 : 열 교환기
11 : 처리 수단 12 : 과급 공기 냉각기
13 : 입자 필터

Claims (10)

  1. 자동차의 엔진(1)으로부터 배기 가스를 재순환시키기 위한 장치에 있어서,
    EGR 라인으로 불리는 제 1 배기 가스 재순환 라인(9), 재순환되는 배기 가스의 냉각을 보장하기 위해 EGR 라인(9)에 설치된 제 1 열 교환기(10), 및 상기 배기 가스로부터 발생하는 응축물(condensate)의 pH를 제한하는 상기 배기 가스를 위한 처리 수단(11)을 포함하고,
    상기 처리 수단(11)은 상기 배기 가스의 통로를 따라 상기 제 1 교환기(10)의 상류에 설치되고, 상기 제 1 교환기(10)는 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금으로 제조된 열 교환기 번들(bundle)을 포함하는
    배기 가스 재순환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 번들은 롤링(rolling)에 의해 얻어지는 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금의 구성부품을 포함하는
    배기 가스 재순환 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 가스를 위한 처리 수단(11)은 상기 배기 가스를 위한 산화 촉매(oxidation catalyst)를 포함하는
    배기 가스 재순환 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진(1)은 상기 엔진으로부터의 배기 라인(3)을 포함하고, 상기 배기 라인(3)은 상기 배기 가스에 의해 구동될 수 있는 터빈(7)을 포함하며, 상기 제 1 EGR 라인(9)은 상기 터빈(7)의 상류에 상기 배기 라인(3)과 연통할 수 있도록 설치되고, 상기 처리 수단(11)은 상기 제 1 EGR 라인(9)을 따라 배치되는
    배기 가스 재순환 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진(1)은 배기 라인(3)을 포함하고, 상기 배기 라인(3)은 상기 배기 가스에 의해 구동될 수 있는 터빈(7)을 포함하며, 상기 제 1 EGR 라인(9)은 상기 터빈(7)의 하류에 상기 배기 라인(3)과 연통할 수 있도록 설치되고, 상기 처리 수단(11)은 상기 배기 라인(3)을 따라 배치될 수 있도록 설치되는
    배기 가스 재순환 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 2 배기 가스 재순환 라인(14)을 더 포함하고, 상기 제 2 EGR 라인(14)은, 상기 터빈(7)의 상류에 상기 배기 라인(3)과 연통할 수 있으며 상기 제 2 EGR 라인(14) 내로 통과하는 상기 재순환되는 배기 가스를 냉각하기 위한 제 2 열 교환기(15)를 포함하는
    배기 가스 재순환 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 교환기(15)는 스테인리스 스틸로 제조된 열 교환기 번들을 포함하는
    배기 가스 재순환 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 처리 수단(11)은 상기 제 2 교환기(15)의 상류에 상기 제 2 EGR 라인(14)을 따라 또한 설치되고, 상기 제 2 교환기(15)는 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금으로 제조된 열 교환기 번들을 포함하는
    배기 가스 재순환 장치.
  9. 식물성(vegetable origin) 연료를 사용하는, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 장치의 이용 방법.
  10. 표준 유럽 디젤(standard European diesel), 및/또는 가스 및/또는 석탄의 연료를 사용하는, 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 장치의 이용 방법.
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