KR20160007885A - 엔진의 배기가스 재순환의 분배성 개선 장치 - Google Patents

엔진의 배기가스 재순환의 분배성 개선 장치 Download PDF

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Abstract

배기 파이프의 하나의 부분에서 재순환되는 제1이지알 가스와 배기 파이프의 다른 하나의 부분에서 재순환되는 제2이지알 가스를 복수 개의 엔진 실린더에 공급하는 배기가스 재순환 (Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치에 있어서, 복수 개의 흡기 포트들을 포함하며 흡기 포트들을 통해 복수 개의 엔진 실린더들과 연결되는 흡기 매니폴드, 제1이지알 가스를 흡기 매니폴드로 직접 공급하는 제1이지알 가스 파이프, 제2이지알 가스를 상기 흡기 매니폴드로 직접 공급하는 제2이지알 가스 파이프, 그리고 흡기 매니폴드에 일체로 장착되어 제1이지알 가스 또는 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러를 포함하는 이지알 장치가 개시된다.

Description

엔진의 배기가스 재순환의 분배성 개선 장치{Apparatus Improving Distributivity of Exhaust Gas Recirculation of an Engine}
본 발명은 배기가스 재순환의 분배성을 개선하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수랭식 인터쿨러가 적용된 엔진의 배기가스 재순환 장치 및 배기가스 재순환 장치의 필수 구성요소이며 배기가스 재순환 장치의 분배성을 개선하는 흡기 매니폴드에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진에서는 보다 큰 출력을 얻을 수 있도록 터보차저(turbocharger)와 인터쿨러(intercooler) 등을 추가로 구비한다.
이와 같이 터보차저를 적용한 디젤엔진은 터보차저의 압축기에 의해 배기가스나 외부 공기를 흡입하여 압축시키고, 이때 발생된 과급공기(고온의 압축공기)를 엔진 측으로 공급한다.
하지만, 급속히 압축된 공기는 터보차저의 열과 그 압축과정에서 발생하는 열을 흡수하여 밀도가 낮아지게 되고, 결과적으로 엔진 실린더 내의 충전효율을 떨어뜨린다.
이에, 인터쿨러를 사용함으로써 과급공기를 냉각하여 높은 밀도를 얻을 수 있으며, 그 결과 보다 많은 공기를 엔진 실린더 내로 흡입시켜 높은 출력을 얻을 수 있다.
더불어서, 디젤엔진에는 대기 오염물질 중의 하나인 질소산화물(NOx)의 배출을 줄이기 위해 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 장치가 장착된다.
질소산화물은 고압, 고온 시에 산소와 질소가 결합하여 발생하는 유해 가스이므로, 이를 억제하기 위하여 배기가스 재순환(이하 이지알) 장치는 대기 중으로 배출되는 배기가스 일부를 흡기계통 측에 공급하여 최고 연소 온도를 낮추고, 산소 공급을 줄여 질소산화물의 생성을 저감시킨다.
도1은 터보차저와 공랭식 인터쿨러가 구비된 종래의 이지알 장치의 개략도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 이지알 장치는 고온의 배기가스를 재순환시켜야 하므로 이를 냉각하기 위한 이지알쿨러를 구비하는 것이 일반적이다. 상기 이지알쿨러에는 배기 매니폴드(exhaust manifold) 측 이지알밸브에 연결되어 곧바로 흡기 매니폴드(intake manifold) 측으로 흐르는 고압의 배기가스를 냉각시키는 고압 이지알쿨러(high pressure EGR cooler; HP-EGR cooler)와 터보차저의 터빈과 촉매 컨버터 등을 차례로 통과하며 압력이 낮아진 배기가스 중 일부를 외부 공기와 혼합 직전에 냉각시키는 저압 이지알쿨러(low pressure EGR cooler; LP-EGR cooler)가 있다.
도1을 참조하면, 공랭식 인터쿨러는 흡기 매니폴드와 분리되어 있으므로 고압 이지알쿨러를 통과한 배기가스, 즉 고압 이지알 가스와 공랭식 인터쿨러를 통과한, 저압 이지알 가스 및 외부 공기의 혼합 가스가 서로 혼합되는 시간 및 공간이 충분히 확보될 수 있다. 이하, 고압 이지알 가스는 제1이지알 가스로, 저압 이지알 가스와 외기의 혼합 가스는 제2이지알 가스로 칭하기로 한다. 제2이지알 가스는 외기만으로 구성될 수도 있다. 제2이지알 가스는 저압 이지알쿨러를 통과한 저압 이지알 가스가 흡입 공기와 만나 터보차저의 컴프레서(compressor)에서 압축된 후 흡기 매니폴드로 공급된다.
터보차저에 수랭식 인터쿨러가 채용되는 경우에는 이지알 장치가 도1과 같은 구조를 갖추기 어려워 새로운 구조가 요구된다.
현재 터보차저가 구비된 엔진의 대다수는 공랭식 인터쿨러를 활용하고 있다. 최근에 이르러 냉각 효율을 높이고 응답성을 향상시키기 위하여 흡기루트를 짧게 만드는 수랭식 인터쿨러가 적용되기 시작했다. 그런데 수랭식 인터쿨러 적용 시 이지알 가스들이 혼합되는 공간이 협소하고 혼합 시간이 매우 짧아 이지알의 분배성이 악화되는 경우가 발생한다.
이지알 분배성이란 제1이지알 가스와 제2이지알 가스가 적절히 혼합되면서 엔진의 각 실린더로 균일하게 공급될 수 있는 성질을 의미한다. 만일 이지알 분배성이 악화되면 각 실린더 별로 일정치 않은 양의 혼합 가스 또는 잘 섞이지 않은 혼합 가스가 공급되고 이에 따라 연소 효율, 연소 안정성 또는 운전 정숙도가 나빠질 수 있다.
본 발명의 목적은 개선된 이지알 분배성을 가지는 이지알 장치 또는 이지알 가스 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 배기 파이프의 하나의 부분에서 재순환되는 제1이지알 가스와 배기 파이프의 다른 하나의 부분에서 재순환되는 제2이지알 가스를 복수 개의 엔진 실린더에 공급하는 배기가스 재순환 (Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치에 있어서, 복수 개의 흡기 포트들을 포함하며 상기 흡기 포트들을 통해 상기 복수 개의 엔진 실린더들과 연결되는 흡기 매니폴드, 상기 제1이지알 가스를 상기 흡기 매니폴드로 직접 공급하는 제1이지알 가스 파이프, 상기 제2이지알 가스를 상기 흡기 매니폴드로 직접 공급하는 제2이지알 가스 파이프, 그리고 상기 흡기 매니폴드에 일체로 장착되어 상기 제1이지알 가스 또는 상기 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러를 포함하는 이지알 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이지알 장치는 공기와의 열교환으로 상기 수랭식 인터쿨러의 냉각수를 냉각하는 저온 라디에이터 그리고 상기 수랭식 인터쿨러와 상기 저온 라디에이터를 유체적으로 연통하는 냉각수 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에 있어서는 배기 파이프의 하나의 부분에서 재순환되는 제1이지알 가스와 배기 파이프의 다른 하나의 부분에서 재순환되는 제2이지알 가스를 받고, 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스를 복수 개의 엔진 실린더로 공급하도록 된 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 흡기 매니폴드는 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스를 흡기 포트들에 분배하여 공급하도록 된 이지알 가스 공급실을 포함하고, 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스는 서로 수직에 가까운 방향으로 상기 이지알 가스 공급실에 공급되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 흡기 매니폴드에서 상기 제1이지알 가스는 고압의 배기가스이고, 상기 제2이지알 가스는 외기 또는 외기와 저압의 배기가스의 혼합 가스이며, 상기 이지알 가스 공급실은 상기 흡기 포트들과 연통되도록 형성된 복수 개의 흡기홀들을 포함하고, 상기 복수 개의 흡기홀들의 단면적의 법선은 상기 제2이지알 가스의 흐름 방향과 일치 또는 평행할 수 있다.
상기 흡기 매니폴드는 상기 제1이지알 가스 또는 상기 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러를 더 포함할 수 있으며, 상기 수랭식 인터쿨러는 상기 흡기 매니폴드에 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 에에 있어서는 배기 파이프의 하나의 부분에서 재순환되는 제1이지알 가스와 배기 파이프의 다른 하나의 부분에서 재순환되는 제2이지알 가스를 받고, 상기 제1이지알 가스와 제2이지알 가스를 복수 개의 엔진 실린더로 공급하도록 된 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 흡기 매니폴드는 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스를 흡기 포트들에 분배하여 공급하도록 된 이지알 가스 공급실을 포함하고, 상기 이지알 가스 공급실은 상기 흡기 포트들과 연통되도록 형성된 복수 개의 흡기홀(intake hole)들과, 상기 각 엔진 실린더 당 적어도 하나 이상이 형성되며 상기 제1이지알 가스를 분배하여 상기 복수 개의 엔진 실린더로 공급하도록 된 분배홀(distributing hole)들이 형성된 이지알 분배부(distributing portion)를 포함하는 흡기 매니폴드가 제공될 수 있다.
상기 흡기 매니폴드는 상기 이지알 분배부의 상기 분배홀들에 대응하여 같은 개수의 공급홀(supplying hole)들이 형성되고 서로 대응하는 각각의 상기 분배홀과 상기 공급홀의 일부분이 겹쳐질 수 있도록 장착되는 이지알 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 이지알 분배부와 상기 이지알 플레이트 간에는 가스가 새지 않도록 하는 고무 패킹 또는 가스켓이 포함될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 흡기 매니폴드는 상기 분배홀들과 상기 공급홀들의 겹치는 면적을 변화시키거나 상기 분배홀들이 상기 이지알 플레이트에 의해 폐쇄될 수 있도록 상기 이지알 플레이트의 운동을 발생시키는 모터 그리고 상기 모터와 상기 이지알 플레이트에 연결되어 상기 모터의 작동에 따라 상기 이지알 플레이트의 직선 운동을 발생시키는 링커를 더 포함할 수 있다.
상기 흡기 매니폴드에 있어서, 상기 제1이지알 가스 파이프의 출구는 상기 이지알 분배부의 중앙 상부 또는 하부 측에 연결되고, 상기 공급홀들은 상기 이지알 플레이트의 양단으로부터 중앙부로 갈수록 더 작은 크기를 가지도록 형성될 수 있다.
이 경우 상기 흡기 매니폴드는 상기 제1이지알 가스 또는 상기 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러를 더 포함할 수 있으며, 상기 수랭식 인터쿨러는 상기 흡기 매니폴드에 일체로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 운전 조건 별로 이지알 분배성이 향상되므로 연소 효율, 연소 안정성 또는 운전 정숙도가 좋아지고 배출 가스(emission)가 개선되며 이지알 가스의 공급 유무를 제어할 수 있으므로 이지알밸브를 대체하는 것이 가능해진다.
도1은 터보차저와 공랭식 인터쿨러가 구비된 종래의 이지알 장치의 개략도이다.
도2는 터보차저와 수랭식 인터쿨러가 구비된 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 장치의 개략도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 장치가 장착된 엔진의 저속 저부하 운전 조건에서 이지알율(EGR rate)의 증가에 따른 각 실린더 별 압력 및 열방출율의 변화를 도시하는 그래프이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드와 이지알 가스 공급실을 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드에서 이지알 플레이트와 이지알 분배부 간 상대 위치를 변화시키기 위한 구조를 나타낸 개략도이다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 플레이트와 이지알 분배부 간 운전 조건 별 상대 위치를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이러한 실시 예는 본 발명에 따른 일 실시 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다 할 것이다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 구성요소의 이름이 해당 구성요소의 기능을 한정하지 않는다.
배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR)은 이하 이지알로 표기하기로 한다.
도2는 터보차저와 수랭식 인터쿨러가 구비된 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 장치의 개략도이다
이하, 고압 이지알 가스는 제1이지알 가스로, 저압 이지알 가스와 외기의 혼합 가스는 제2이지알 가스로 칭하기로 한다. 제2이지알 가스는 외기만으로 구성될 수도 있다. 제2이지알 가스는 저압 이지알쿨러를 통과한 저압 이지알 가스가 흡입 공기와 만나 터보차저의 컴프레서(compressor)에서 압축된 후 제2이지알 가스 파이프(2)를 통해 흡기 매니폴드(40)로 직접 공급될 수 있다. 제1이지알 가스는 배기 파이프의 이지알 밸브(45)를 통해 흡기 매니폴드(40)에 연결된 제1이지알 가스 파이프(1)로 공급될 수 있다. 이와 같이 흡기 매니폴드(40)에 직접 공급된 제1이지알 가스와 제2이지알 가스는 복수 개의 흡기 포트(3)들을 통해 복수 개의 엔진 실린더에 공급된다. 상기 흡기 포트(3)들의 개수와 상기 엔진 실린더의 개수는 다를 수 있으며 일반적으로 상기 흡기 포트(3)의 개수가 상기 엔진 실린더의 개수 보다 많거나 같다.
본 발명의 실시 예에 따른 이지알 장치는 상기 흡기 매니폴드(40)에 일체로 장착되어 상기 제1이지알 가스 또는 상기 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러를 포함한다.
상기 이지알 장치는 공기와의 열교환으로 상기 수랭식 인터쿨러의 냉각수를 냉각하는 저온 라디에이터(50) 그리고 상기 수랭식 인터쿨러와 상기 저온 라디에이터(50)를 유체적으로 연통하는 냉각수 라인(70)을 더 포함할 수 있다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 장치가 장착된 엔진의 저속 저부하 운전 조건에서 이지알율(EGR rate)의 증가에 따른 각 실린더 별 압력 및 열방출율의 변화를 도시하는 그래프이다.
도3을 참조하면, 저속 저부하 운전 조건에서 이지알율이 49%에서 56%로 증가 시 2번 및 3번 실린더의 연소 안정성이 악화되는 것을 볼 수 있다. 이 때의 이지알율은 CO2 분석법에 의하여 이지알 가스가 많이 공급되는 실린더를 기준으로 계산한 것이다. 즉, 2번과 3번 실린더의 크랭크 각도 변화에 따른 압력 및 열방출율이 급격히 하락하였으며 이에 따라 엔진의 연비 악화 및 운전 정숙도에도 악영향을 미칠 수 있다. 이는 실린더 별로 불균일한 거동이 발생하기 때문이다. 여기서, 이지알율은 이지알 가스의 질량 대 이지알 가스와 외부 공기 질량의 합의 비율을 나타낸다. 이지알율이 높을수록 이지알 가스의 상대적인 공급량이 커지는 것이다. 따라서 두 그래프 상단에 나타난 외부 공기 질량이 56kg/h에서 52.5kg/h로 줄어듦에 따라 이지알율은 상승한 것이다.
따라서, 이지알율의 상승 시 2번과 3번 실린더와 1번과 4번 실린더 간 이지알 가스 분배성이 악화됨을 이해할 수 있다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드와 이지알 가스 공급실을 도시한 도면이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 장치는 흡기 매니폴드(40), 제1이지알 가스 파이프(1), 제2이지알 가스 파이프(2), 그리고 수랭식 인터쿨러(도시되지 않음)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 흡기 매니폴드(40)는 복수 개의 흡기 밸브들의 개수만큼의 통로들을 형성하는 흡기 포트(3)들을 포함하며 상기 흡기 포트(3)들을 통해 복수 개의 엔진 실린더들과 연결된다. 도4는 4개의 실린더를 가진 4기통 엔진의 경우를 도시하며 각 실린더 마다 2개의 흡기 밸브가 존재하여 모두 8개의 흡기 포트(3)가 형성되어 있다.
상기 제1이지알 가스 파이프(1)는 제1이지알 가스를 상기 흡기 매니폴드(40)로 직접 공급하는 통로이다.
상기 제2이지알 가스 파이프(2)는 제2이지알 가스를 상기 흡기 매니폴드(40)로 직접 공급하는 통로이다.
상기 흡기 매니폴드(40)는 이지알 가스 공급실(10)을 포함할 수 있다. 상기 이지알 가스 공급실(10)은 상기 제1이지알 가스 파이프(1)와 상기 제2이지알 가스 파이프(2)의 출구에 연결됨으로써 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스를 받아서 상기 흡기 포트(3)들에 분배하여 공급하도록 되어 있다. 상기 이지알 가스 공급실(10)에는 상기 제1이지알 가스와 제2이지알 가스가 혼합될 수 있도록 혼합 공간이 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1이지알 가스 파이프(1)를 통해 공급되는 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스 파이프(2)를 통해 공급되는 제2이지알 가스는 상기 이지알 가스 공급실(10)에서 만나 혼합되면서 상기 흡기 매니폴드(40)에 공급될 수 있다. 결국 이러한 혼합 가스는 상기 흡기 포트(3)들을 통해 각각의 실린더에 공급된다. 상기 이지알 가스 공급실(10)은 상기 흡기 매니폴드(40)에 일체로 형성되거나 장착될 수 있다.
도4의 왼쪽 그림에서 이지알 가스 공급실(10)은 본 발명의 실시 예에 따른 외부 형상 전부를 도시한 것이 아니고 제1이지알 가스 파이프(1)를 통해 공급된 제1이지알 가스가 흐르는 유동 경로만 도시한 것이다. 이를 통해 제1이지알 가스의 유동 형태를 전체적으로 이해할 수 있고 흡기 포트(3)와 상기 이지알 가스 공급실(10)의 연결부가 잘 나타나도록 하였다.
도4의 오른쪽 상부 그림은 제2이지알 가스의 유입부가 잘 나타나도록 바라본 이지알 가스 공급실(10)의 사시도이다. 이 그림을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 가스 공급실(10)은 상기 흡기 포트(3)들과 연통되도록 형성된 복수 개의 흡기홀(11, intake hole)들과, 상기 각 엔진 실린더 당 적어도 하나 이상이 형성되며 상기 제1이지알 가스를 분배하여 상기 복수 개의 엔진 실린더로 공급하도록 된 분배홀(15a, 15b, 15c, 15d, distributing hole)들이 형성된 이지알 분배부(15, distributing portion)를 포함할 수 있다.
상기 분배홀들(15a, 15b, 15c, 15d)은 복수 개의 흡기 밸브들의 개수만큼, 즉 흡기 포트(3)의 개수만큼 형성될 수도 있다. 도4 및 도5에는 4개의 실린더 개수만큼 4개의 분배홀들(15a, 15b, 15c, 15d)이 형성되는 경우가 도시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드(40)는 상기 이지알 분배부(15)의 상기 분배홀(15a, 15b, 15c, 15d)들에 대응하여 같은 개수의 공급홀(20a, 20b, 20c, 20d, supplying hole)들이 형성되고 서로 대응하는 각각의 상기 분배홀과 상기 공급홀의 일부분이 겹쳐질 수 있도록 장착되는 이지알 플레이트(20)를 더 포함할 수 있다.
상기 이지알 플레이트(20)는 직선 운동을 통해 서로 대응하는 각각의 상기 분배홀과 상기 공급홀의 겹쳐지는 부분의 면적을 변화시킬 수 있다. 또한 상기 이지알 플레이트(20)는 일 방향으로 일정 거리 이동 시에는 모든 분배홀들을 폐쇄할 수 있도록 형성될 수 있다.
도4의 오른쪽 하단 그림에서 보는 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면 상기 이지알 플레이트(20)의 중앙에 가까운 쪽 공급홀들은 상대적으로 중앙으로부터 더 멀리 떨어진 공급홀들에 비해 그 크기가 더 작을 수 있다. 이는 상기 제1이지알 가스 파이프(1)의 출구가 상기 이지알 분배부(15)의 중앙 상부를 향해 연결되기 때문이다. 즉, 상기 이지알 분배부(15)의 중앙 상부에서 가까운 분배홀일수록 흡기 포트(3)와 연결되는 유로의 길이가 짧아져 유동 저항이 작으므로 더 많은 양의 제1이지알 가스가 상기 이지알 가스 공급실(10)로 공급되게 된다. 따라서, 상기 이지알 플레이트(20)의 중앙에 가까운 공급홀들을 작게 형성함으로써 먼 쪽 공급홀들을 통한 제1이지알 가스 공급량과 균형을 맞추기 위함이다. 이는 도3에서 가운데 부분에 위치한 2번 및 3번 실린더가 더 높은 이지알율을 나타냈던 이유이기도 하다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드(40)에서는 이지알 가스 공급량의 불균형을 해소하여 이지알 분배성을 개선하는 효과가 발생한다.
단, 상기 이지알 분배부(15)가 상기 이지알 가스 공급실(10)의 하부에 형성되거나 장착되는 경우에는 상기 제1이지알 가스 파이프(1)의 출구는 상기 이지알 분배부(15)의 중앙 하부를 향해 연결될 수도 있으며 이에 따라 상기 이지알 플레이트(20)의 장착 구조가 대칭적으로 적절히 변경될 수 있음은 자명하므로 자세한 설명은 생략한다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드에서 이지알 플레이트와 이지알 분배부 간 상대 위치를 변화시키기 위한 구조를 나타낸 개략도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드(40)는 상기 분배홀들(15a, 15b, 15c, 15d)과 상기 공급홀들(20a, 20b, 20c, 20d)의 겹치는 면적을 변화시키거나 상기 분배홀들(15a, 15b, 15c, 15d)이 상기 이지알 플레이트(20)에 의해 폐쇄되도록 상기 이지알 플레이트(20)의 운동을 제어하기 위해 장착되는 모터(30)와 상기 모터(30)와 상기 이지알 플레이트(20)에 연결되어 상기 모터(30)의 작동에 따라 상기 이지알 플레이트(20)의 직선 운동을 발생시키는 링커(25)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 모터(30)의 회전 운동이 상기 링커(25)에 의해 직선 운동으로 전환됨으로써 상기 이지알 플레이트(20)가 직선 운동을 할 수 있는 등 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 전환하는 기술은 통상의 기술자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략한다.
도4의 오른쪽 하단에 나타낸 바와 같이 도5에서도 상기 이지알 플레이트(20) 중앙에 가까운 공급홀들(20b, 20c)은 먼 공급홀들(20a, 20d)에 비해 작게 형성됨을 알 수 있다. 단, 분배홀들(15a, 15b, 15c, 15d)은 일정한 크기로 형성될 수 있다. 이는 상기 이지알 플레이트(20)의 움직임을 통해 이지알 가스 공급의 분배성을 조절할 수 있기 때문이다. 아울러, 상기 공급홀들은 상기 이지알 플레이트(20)의 중앙을 기준으로 모양이 서로 대칭을 이룰 수 있다.
도4 및 도5를 참조하여, 제1이지알 가스와 제2이지알 가스의 상기 흡기 매니폴드(40)에의 공급 방향에 관해 설명하면 다음과 같다.
상기 흡기 매니폴드(40)는 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스를 흡기 포트(3)들에 분배하여 공급하도록 된 이지알 가스 공급실(10)을 포함하며 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스는 서로 수직에 가까운 방향으로 상기 이지알 가스 공급실(10)에 공급될 수 있다. 이는 작은 혼합 공간 및 짧은 혼합 시간에 불구하고 효과적인 혼합이 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.
상기 제1이지알 가스는 고압의 배기가스이고, 상기 제2이지알 가스는 외기 또는 외기와 저압의 배기가스의 혼합 가스이며, 상기 이지알 가스 공급실(10)은 상기 흡기 포트(3)들과 연통되도록 형성된 복수 개의 흡기홀(11)들을 포함하고, 상기 복수 개의 흡기홀(11)들의 단면적의 법선은 상기 제2이지알 가스의 흐름 방향과 일치 또는 평행한 것을 특징으로 할 수 있다. 이는 도4 및 도5의 상기 이지알 가스 공급실(10)의 사시도에 도시되어 있다. 즉, 제1이지알 가스는 상기 이지알 플레이트(20)의 중앙부 상단으로 유입되어 공급홀들과 분배홀들을 차례로 통과하여 제1이지알 가스의 흐름 방향과 수직하게 유입되는 제2이지알 가스와 만나 혼합되고 상기 흡기 포트(3)들에 공급된다.
도6은 본 발명의 실시 예에 따른 이지알 플레이트와 이지알 분배부 간 운전 조건 별 상대 위치를 도시한 도면이다.
여기서 이지알 플레이트(20)의 좌우에는 연장부가 존재하는데 도면 작성의 편의상 좌우 연장부는 잘라내고 도시하였다. 즉, 상기 이지알 플레이트(20)의 좌우 양단에는 길이 방향으로 공급홀이 뚫려 있지 않은 플레이트 연장부가 존재할 수 있다. 이를 통해 우측 방향으로 일정 거리 이동 시 4개의 분배홀들(15a, 15b, 15c, 15d) 모두가 폐쇄될 수 있다. 이 상황은 도6의 (c)에 나타나 있다.
도6의 (a)는 저속 저부하 운전 조건에서의 상기 이지알 플레이트(20)와 상기 이지알 분배부(15)의 상대 위치를 나타낸다.
저속 저부하 운전 조건은 이지알 효과가 크게 필요하지 않은 운전 영역이고 도3에서 나타난 바와 같이 2번과 3번 실린더의 이지알 가스 공급량이 늘어나면 연소 안정성 및 운전 정숙도에 문제가 발생할 수 있는 운전 영역이므로, 상기 이지알 플레이트(20) 중앙에 가까운 작은 크기의 공급홀들(20b, 20c)이 분배홀들(15b, 15c)에 일부만 겹쳐짐으로써 이지알 가스가 통과할 수 있는 구멍의 크기가 최소화되도록 상기 이지알 플레이트(20)의 이동 거리가 제어된다.
도6의 (b)는 고속 고부하 운전 조건에서의 상기 이지알 플레이트(20)와 상기 이지알 분배부(15)의 상대 위치를 나타낸다.
고속 고부하 운전 조건은 이지알 효과가 크게 나타나는 운전 영역이므로 (a)에서와 같이 상기 이지알 플레이트(20)의 중앙에서 먼 공급홀들(20a, 20d) 전체가 대응하는 분배홀들(15a, 15d)에 겹쳐질 뿐만 아니라 상기 이지알 플레이트(20)의 중앙에서 가까운 공급홀들(20b, 20c)도 대응하는 분배홀들(15b, 15c)에 전체가 겹쳐짐으로써 이지알 가스가 통과할 수 있는 구멍의 크기가 최대화 되도록 상기 이지알 플레이트(20)의 이동 거리가 제어된다. 이 때에는 상기 공급홀들(20a, 20b, 20c, 20d)의 크기 전체가 뚫려 있게 되며, 상기 이지알 플레이트(20)의 중앙에서 가까운 공급홀들(20b, 20c)의 크기가 먼 공급홀들(20a, 20d)의 크기 보다 작으므로 4개의 공급홀들(20a, 20b, 20c, 20d)을 통과하는 이지알 가스의 유동 저항이 거의 비슷해진다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 상기 이지알 플레이트(20)의 중앙 상부에서 고압 이지알 가스가 공급되어 양 방향으로 분배되기 때문이다.
따라서, 상기 분배홀들(15a, 15b, 15c, 15d)의 크기는 고정한 채 상기 공급홀들(20a, 20b, 20c, 20d)의 위치와 크기를 튜닝하고 상기 이지알 플레이트(20)의 이동 거리를 제어함으로써 모든 운전 영역 별로 대처가 가능하고 이지알 분배성을 개선할 수 있다. 도6의 (c)에서와 같이 제1이지알 가스의 공급 전체를 폐쇄할 수도 있게 되어 이지알 밸브(45, 도2 참조)를 대체하는 것도 가능하다. 이에 따라 원가 및 중량 절감의 효과도 거둘 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 흡기 매니폴드(40)는 제2이지알 가스 파이프(2)와 이지알 가스 공급실(10) 사이에 장착되어 제1이지알 가스 또는 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이 때 상기 수랭식 인터쿨러는 상기 흡기 매니폴드(40)에 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 실시 예는 이에 한정되지 않으며 공랭식 인터쿨러가 적용되는 경우 또는 인터쿨러가 장착되지 않는 경우에도 본 발명의 실시 예에 따른 상기 흡기 매니폴드(40)가 활용될 수 있다.
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.
1: 제1이지알 가스 파이프 2: 제2이지알 가스 파이프
3: 흡기 포트 10: 이지알 가스 공급실
11: 흡기홀 15: 이지알 분배부
15a, 15b, 15c, 15d: 분배홀 20: 이지알 플레이트
20a, 20b, 20c, 20d: 공급홀 25: 링커
30: 모터 40: 흡기 매니폴드

Claims (10)

  1. 배기 파이프의 하나의 부분에서 재순환되는 제1이지알 가스와 배기 파이프의 다른 하나의 부분에서 재순환되는 제2이지알 가스를 복수 개의 엔진 실린더에 공급하는 배기가스 재순환 (Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치에 있어서,
    복수 개의 흡기 포트들을 포함하며 상기 흡기 포트들을 통해 상기 복수 개의 엔진 실린더들과 연결되는 흡기 매니폴드;
    상기 제1이지알 가스를 상기 흡기 매니폴드로 직접 공급하는 제1이지알 가스 파이프;
    상기 제2이지알 가스를 상기 흡기 매니폴드로 직접 공급하는 제2이지알 가스 파이프; 그리고
    상기 흡기 매니폴드에 일체로 장착되어 상기 제1이지알 가스 또는 상기 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러;
    를 포함하는 이지알 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    공기와의 열교환으로 상기 수랭식 인터쿨러의 냉각수를 냉각하는 저온 라디에이터; 그리고
    상기 수랭식 인터쿨러와 상기 저온 라디에이터를 유체적으로 연통하는 냉각수 라인;
    을 더 포함하는 이지알 장치.
  3. 배기 파이프의 하나의 부분에서 재순환되는 제1이지알 가스와 배기 파이프의 다른 하나의 부분에서 재순환되는 제2이지알 가스를 받고, 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스를 복수 개의 엔진 실린더로 공급하도록 된 흡기 매니폴드에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스를 흡기 포트들에 분배하여 공급하도록 된 이지알 가스 공급실을 포함하고,
    상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스는 서로 수직에 가까운 방향으로 상기 이지알 가스 공급실에 공급되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1이지알 가스는 고압의 배기가스이고, 상기 제2이지알 가스는 외기 또는 외기와 저압의 배기가스의 혼합 가스이며,
    상기 이지알 가스 공급실은 상기 흡기 포트들과 연통되도록 형성된 복수 개의 흡기홀들을 포함하고,
    상기 복수 개의 흡기홀들의 단면적의 법선은 상기 제2이지알 가스의 흐름 방향과 일치 또는 평행한 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는 상기 제1이지알 가스 또는 상기 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러를 더 포함하며,
    상기 수랭식 인터쿨러는 상기 흡기 매니폴드에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  6. 배기 파이프의 하나의 부분에서 재순환되는 제1이지알 가스와 배기 파이프의 다른 하나의 부분에서 재순환되는 제2이지알 가스를 받고, 상기 제1이지알 가스와 제2이지알 가스를 복수 개의 엔진 실린더로 공급하도록 된 흡기 매니폴드에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는 상기 제1이지알 가스와 상기 제2이지알 가스를 흡기 포트들에 분배하여 공급하도록 된 이지알 가스 공급실을 포함하고,
    상기 이지알 가스 공급실은 상기 흡기 포트들과 연통되도록 형성된 복수 개의 흡기홀(intake hole)들과, 상기 각 엔진 실린더 당 적어도 하나 이상이 형성되며 상기 제1이지알 가스를 분배하여 상기 복수 개의 엔진 실린더로 공급하도록 된 분배홀(distributing hole)들이 형성된 이지알 분배부(distributing portion)를 포함하는 흡기 매니폴드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이지알 분배부의 상기 분배홀들에 대응하여 같은 개수의 공급홀(supplying hole)들이 형성되고 서로 대응하는 각각의 상기 분배홀과 상기 공급홀의 일부분이 겹쳐질 수 있도록 장착되는 이지알 플레이트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분배홀들과 상기 공급홀들의 겹치는 면적을 변화시키거나 상기 분배홀들이 상기 이지알 플레이트에 의해 폐쇄될 수 있도록 상기 이지알 플레이트의 운동을 발생시키는 모터; 그리고
    상기 모터와 상기 이지알 플레이트에 연결되어 상기 모터의 작동에 따라 상기 이지알 플레이트의 직선 운동을 발생시키는 링커;
    를 더 포함하는 흡기 매니폴드.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1이지알 가스는 상기 이지알 분배부의 중앙 상부 또는 하부로 유입되고,
    상기 공급홀들은 상기 이지알 플레이트의 양단으로부터 중앙부로 갈수록 더 작은 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드는 상기 제1이지알 가스 또는 상기 제2이지알 가스를 냉각수로 냉각하는 수랭식 인터쿨러를 더 포함하며,
    상기 수랭식 인터쿨러는 상기 흡기 매니폴드에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 흡기 매니폴드.
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