KR20160118649A - Power plant with exhaust gas recirculation system - Google Patents

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KR20160118649A
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왕태중
황승권
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두산인프라코어 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a power device including an exhaust gas recirculation system. The power device including an exhaust gas recirculation system according to an embodiment of the present invention comprises: an engine which discharges exhaust gas containing nitrogen oxide; an exhaust flow path through which the exhaust gas discharged from the engine moves; an intake flow path through which air for combustion is supplied to the engine; a supercharger (turbocharger) which includes a turbine installed on the exhaust flow path and rotated by the pressure of the exhaust gas, and a compressor installed on the intake flow path and pushing the air to the engine; and an exhaust differential pressure generation unit which is provided on the exhaust flow path adjacent to a turbine inlet of the supercharger.

Description

배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치{POWER PLANT WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM}[0001] POWER PLANT WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM [0002]

본 발명의 실시예는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기가스의 재순환율을 증가시킨 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치에 관한 것이다.An embodiment of the present invention relates to a power unit including an exhaust gas recirculation system, and more particularly to a power unit including an exhaust gas recirculation system with an increased recirculation rate of the exhaust gas.

가솔린, 디젤, 및 천연가스 등의 화석 연료를 사용하는 동력 장치, 즉 엔진은 승용차, 버스, 트럭, 중장비, 건설기계, 선박, 발전기 등의 주 동력원으로 널리 사용되고 있다.BACKGROUND ART [0002] Power systems or engines using fossil fuels such as gasoline, diesel, and natural gas are widely used as main power sources for passenger cars, buses, trucks, heavy equipment, construction machines, ships, and generators.

엔진의 출력 향상을 위해 엔진에 요구되는 비출력밀도(specific power density)는 지속적으로 증가하고 있다. 이에, 엔진의 비출력밀도를 높이는 중요한 수단인 과급기(turbocharger)가 장착된 엔진의 비중도 점점 증가하고 있다.The specific power density required for the engine to improve the output of the engine is continuously increasing. Therefore, the weight of the engine equipped with the turbocharger, which is an important means of increasing the power output density of the engine, is increasing.

엔진에 장착되어 사용되는 과급기는 엔진에서 배출된 배기가스가 갖는 압력으로 회전하는 터빈(turbine)과 터빈의 회전력으로 엔진의 실린더에 공기를 압축하여 밀어 넣는 압축기(compressor) 그리고 터빈과 압축기를 연결하는 샤프트를 포함한다.The supercharger, which is mounted on the engine, is a turbine that rotates by the pressure of the exhaust gas discharged from the engine, a compressor that compresses air into the cylinder of the engine by the rotational force of the turbine, Shaft.

또한, 화석연료를 사용하는 동력 장치의 배기가스에 대해 전세계적으로 매우 급격한 환경규제가 강화되고 있으며, 특히 질소산화물(NOx)은 대기로 배출되어 광화학 스모그를 발생시키는 등 인체에 미치는 해악이 크므로 매우 엄격히 규제되고 있다.In addition, enormous environmental regulations have been intensified around the world for the exhaust gas of power units using fossil fuels. Particularly, since nitrogen oxide (NOx) is discharged into the atmosphere, harmful to the human body such as photochemical smog is generated It is very strictly regulated.

이에, 엔진의 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시켜 환경규제에 대응하기 위하여 배기가스 재순환(EGR, Exhaust Gas Recirculation) 시스템이 적용된 동력 장치의 사용도 증가되고 있다.Accordingly, the use of a power unit to which exhaust gas recirculation (EGR) system is applied is also increasing in order to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the engine and to cope with environmental regulations.

배기가스 재순환 시스템은 엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 엔진의 실린더에 흡기를 공급하는 흡기 유로로 되돌려 엔진의 연소 온도를 낮추고 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감시킨다.The exhaust gas recirculation system returns a part of the exhaust gas discharged from the engine to the intake passage that supplies intake air to the cylinder of the engine, thereby lowering the combustion temperature of the engine and reducing the generation amount of nitrogen oxides (NOx).

엔진에 재순환된 배기가스를 공급하기 위해서는 배기 유로와 흡기 유로 간의 압력차를 발생시켜 배기가스가 재순환 유로를 따라 이동할 수 있어야 한다. 즉, 배기 유로와 흡기 유로 간의 압력차가 클수록 배기가스 재순환 시스템의 효율이 증가된다.In order to supply the exhaust gas recirculated to the engine, a pressure difference between the exhaust passage and the intake passage must be generated so that the exhaust gas can move along the recirculation passage. That is, the greater the pressure difference between the exhaust passage and the intake passage, the greater the efficiency of the exhaust gas recirculation system.

따라서, 배기 유로와 흡기 유로 사이에 충분한 차압을 생성하기 위하여 배가 유로의 압력을 높일 목적으로 과급기에 기존 보다 상대적으로 작은 사이즈의 터빈을 적용하고 있다.Therefore, in order to increase the pressure of the double-flow passage in order to generate a sufficient differential pressure between the exhaust passage and the intake passage, a turbine of a relatively smaller size than the existing one is applied to the turbocharger.

하지만, 과급기의 터빈 사이즈가 작아지면서 그에 따라 압축기의 사이즈 또한 작아지게 되고, 이는 엔진의 실린더 내로 유입되는 흡입 공기량의 저감을 가져오므로, 엔진의 출력을 저하시키게 되는 문제점이 발생한다.However, as the turbine size of the turbocharger becomes smaller, the size of the compressor also becomes smaller. This leads to a reduction in the amount of intake air flowing into the cylinder of the engine, thereby causing a problem that the output of the engine is lowered.

본 발명의 실시예는 과급기의 성능을 유지하면서 배기가스의 재순환율을 효과적으로 향상시킬 수 있는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a power unit including an exhaust gas recirculation system that can effectively improve the recirculation rate of the exhaust gas while maintaining the performance of the supercharger.

본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 질소산화물을 함유한 배기가스를 배출하는 엔진과, 상기 엔진이 배출한 배기가스가 이동하는 배기 유로와, 상기 엔진에 연소용 공기를 공급하는 흡기 유로와, 상기 배기 유로 상에 설치되어 배기가스가 갖는 압력으로 회전하는 터빈과 상기 흡기 유로 상에 설치되어 상기 터빈의 회전력으로 상기 엔진에 공기를 밀어 넣는 압축기를 포함하는 과급기(turbo charger), 그리고 상기 과급기의 터빈 입구에 인접한 상기 배기 유로에 마련된 배기 차압 발생부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a power unit including an exhaust gas recirculation system includes an engine for exhausting an exhaust gas containing nitrogen oxides, an exhaust flow path through which the exhaust gas discharged from the engine moves, A turbine rotating on the basis of the pressure of the exhaust gas provided on the exhaust passage, and a compressor installed on the intake passage for pushing air into the engine by the rotational force of the turbine, charger), and an exhaust pressure difference generating portion provided in the exhaust passage adjacent to the turbine inlet of the supercharger.

상기한 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 배기 차압 발생부와 상기 과급기를 거치기 전의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 흡기 유로에 합류하는 재순환 유로를 더 포함할 수 있다.The power unit including the exhaust gas recirculation system may further include a recirculation passage branched from the exhaust passage before passing through the exhaust pressure difference generating unit and the turbocharger and joined to the intake passage.

상기 배기 차압 발생부는 벤튜리 튜브(venturi tube)일 수 있다.The exhaust pressure difference generating portion may be a venturi tube.

이때, 상기 배기 벤튜리 튜브는 입구와 단면적이 최소인 소경부를 연결하는 단면적 수축 구간과 상기 소경부와 출구를 연결하는 단면적 팽창 구간을 포함할 수 있다. 그리고 상기 단면적 수축 구간과 상기 단면적 팽창 구간은 에어포일(airfoil) 형상의 유선형으로 형성되어 상기 배기 벤튜리 튜브를 통과하는 배기가스의 저항 및 압력손실이 최소화할 수 있다.In this case, the exhaust venturi tube may include a sectional area contracting section connecting the inlet and the small diameter section having the smallest sectional area, and a sectional area expanding section connecting the small diameter section and the outlet. The cross sectional area contraction section and the cross sectional area expansion section may be formed in a streamlined shape of an airfoil shape so that the resistance and pressure loss of the exhaust gas passing through the exhaust venturi tube can be minimized.

또한, 상기 배기 벤튜리 튜브의 출구와 상기 터빈의 입구는 크기 및 형상이 일치하며 서로 직결될 수 있다.In addition, the outlet of the exhaust venturi tube and the inlet of the turbine are in the same size and shape and can be directly connected to each other.

또한, 상기한 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 배기 벤튜리 튜브의 출구와 상기 터빈의 입구 사이를 연결하는 연결 부재를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 연결 부재는 상기 배기 벤튜리 튜브의 출구와 크기 및 형상이 일치하는 입구와 상기 터빈의 입구와 크기 및 형상이 일치하는 출구를 가질 수 있다. 또한, 상기 연결 부재는 입구 형상에서 출구 형상으로 점진적으로 변화하는 모양으로 형성될 수 있다.In addition, the power unit including the exhaust gas recirculation system may further include a connecting member for connecting between the outlet of the exhaust venturi tube and the inlet of the turbine. And the connecting member may have an inlet coinciding in size and shape with the outlet of the exhaust venturi tube and an outlet coinciding in size and shape with the inlet of the turbine. Further, the connecting member may be formed in a shape gradually changing from an inlet shape to an outlet shape.

본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 과급기의 성능을 유지하면서 배기가스의 재순환율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the power unit including the exhaust gas recirculation system can effectively improve the recirculation rate of the exhaust gas while maintaining the performance of the supercharger.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 사용된 배기 벤튜리 튜브와 과급기의 터빈이 연결된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치에 사용된 배기 벤튜리 튜브와 과급기의 터빈이 연결된 상태를 도시한 도면이다.1 is a configuration diagram showing a power unit including an exhaust gas recirculation system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a state where the exhaust venturi tube used in FIG. 1 and the turbine of the supercharger are connected.
3 is a view showing a state where a turbine of an exhaust venturi tube used in a power unit including an exhaust gas recirculation system according to a second embodiment of the present invention is connected to a turbine of a supercharger.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

또한, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in the various embodiments, components having the same configuration are denoted by the same reference symbols in the first embodiment. In the other embodiments, only components different from those in the first embodiment will be described.

도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.The drawings are schematic and not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive. And to the same structure, element or component appearing in more than one drawing, the same reference numerals are used to denote similar features.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.The embodiments of the present invention specifically illustrate ideal embodiments of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected. Thus, the embodiment is not limited to any particular form of the depicted area, but includes modifications of the form, for example, by manufacture.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)를 설명한다. 도 2는 도 1의 점선으로 표시된 부분을 중심으로 나타낸 도면이다.Hereinafter, a power unit 101 including an exhaust gas recirculation system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 and 2. Fig. Fig. 2 is a view showing a portion centered on a dotted line in Fig. 1. Fig.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 엔진(200), 배기 유로(610), 흡기 유로(620), 과급기(300), 및 배기 차압 발생부(510)를 포함한다.1, a power unit 101 including an exhaust gas recirculation system according to the first embodiment of the present invention includes an engine 200, an exhaust passage 610, an intake passage 620, a supercharger 300, , And an exhaust pressure difference generation portion (510).

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 재순환 유로(650), 재순환 밸브(457), 재순환 쿨러(458), 및 흡기 쿨러(428)를 더 포함할 수 있다.The power unit 101 including the exhaust gas recirculation system according to the first embodiment of the present invention further includes a recirculation passage 650, a recirculation valve 457, a recirculation cooler 458, and an intake cooler 428 can do.

엔진(200)은 폭발 행정이 발생하는 실린더를 하나 이상 포함한다. 일례로, 엔진(200)은 디젤 엔진일 수 있으며, 차량 및 건설 기계 등에 주동력원으로 사용될 수 있다.The engine 200 includes at least one cylinder in which an explosion stroke occurs. For example, the engine 200 may be a diesel engine, and may be used as a main power source for vehicles and construction machines.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서, 엔진(200)은 질소산화물(NOx)와 같은 환경 규제 물질을 함유한 배기가스를 배출한다.Further, in the first embodiment of the present invention, the engine 200 exhausts exhaust gas containing an environmentally regulating substance such as nitrogen oxides (NOx).

배기 유로(610)는 엔진(200)의 배기가스를 배출시킨다. 즉, 엔진(200)이 배출한 배기가스는 배기 유로(610)를 따라 이동한다.The exhaust passage 610 discharges the exhaust gas of the engine 200. That is, the exhaust gas discharged from the engine 200 moves along the exhaust flow path 610.

흡기 유로(620)는 엔진(200)에 흡기를 공급한다. 즉, 흡기 유로(620)는 엔진(200)에 연소용 공기를 공급한다.The intake passage 620 supplies intake air to the engine 200. That is, the intake passage 620 supplies combustion air to the engine 200.

과급기(turbo charger, 300)는 엔진(200)의 실린더와 연결되어 엔진(200)의 실린더에 연소용 공기를 밀어 넣는다.A turbocharger 300 is connected to the cylinder of the engine 200 to push the combustion air into the cylinder of the engine 200.

구체적으로, 과급기(300)는 배기 유로(610) 상에 설치되어 배기가스가 갖는 압력으로 회전하는 터빈(310)과 흡기 유로(620) 상에 설치되어 터빈(610)의 회전력으로 엔진(200)에 공기를 밀어 넣는 압축기(320)를 포함한다.The supercharger 300 is installed on the exhaust passage 610 and is installed on the turbine 310 and the intake passage 620 that are rotated by the pressure of the exhaust gas and is rotated by the rotational force of the turbine 610, And a compressor (320) for pushing air in.

또한, 과급기(300)는 터빈(310)과 압축기(320)를 연결하여 회전 동력을 전달하는 샤프트(330)를 더 포함한다.The turbocharger 300 further includes a shaft 330 connecting the turbine 310 and the compressor 320 to transmit rotational power.

이와 같이, 과급기(300)는 엔진(200)의 배기가스가 갖는 압력으로 터빈(310)을 돌려 엔진(200)에 새로운 외부 공기를 압축하여 공급함으로써, 엔진(200)의 출력을 향상시킨다.Thus, the turbocharger 300 boosts the output of the engine 200 by rotating the turbine 310 with the pressure of the exhaust gas of the engine 200 to compress and supply new external air to the engine 200.

재순환 유로(650)는 엔진(200)에서 배기 유로(610)로 배출된 배기가스의 일부를 흡기 유로(620)로 재순환(exhaust gas recirculation, EGR)시킨다.The recirculation passage 650 recirculates a part of the exhaust gas discharged from the engine 200 to the exhaust passage 610 to exhaust gas recirculation (EGR) to the intake passage 620.

본 발명의 제1 실시예에서, 재순환 유로(650)는 엔진(200)에서 배출되어 과급기(300)를 거치기 전의 배기 유로(610)에서 분기되어 흡기 유로(620)에 합류한다. 이때, 재순환 유로(650)는 과급기(300)의 압축기(320)를 거쳐 엔진(200)으로 향하는 흡기 유로(620)에 합류한다.In the first embodiment of the present invention, the recirculation flow path 650 is branched from the exhaust flow path 610 before being discharged from the engine 200 and passing through the turbocharger 300, and joins the intake flow path 620. At this time, the recirculation passage 650 joins the intake passage 620 to the engine 200 via the compressor 320 of the supercharger 300.

즉, 본 발명의 제1 실시예에서 사용된 배기가스 재순환 시스템은 고압 재순환 유로(High-Pressure EGR Loop)를 갖는다.That is, the exhaust gas recirculation system used in the first embodiment of the present invention has a high-pressure EGR loop.

하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 재순환 유로(650)는 해당 기술분야에서 통상의 기술자에게 공지된 바에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다.However, the first embodiment of the present invention is not limited thereto, and the recirculation flow path 650 may be formed in various structures as known to those skilled in the art.

재순환 밸브(457)는 재순환 유로(650) 상에 설치되어 재순환 유로(650)를 통해 재순환되는 배기가스의 유량을 조절한다.The recirculation valve 457 is provided on the recirculation passage 650 to regulate the flow rate of the exhaust gas recirculated through the recirculation passage 650.

재순환 쿨러(458)는 재순환 유로(650)에 설치되어 재순환 유로(650)를 통과하는 배기가스의 온도를 낮춘다.The recirculation cooler 458 is installed in the recirculation flow path 650 to lower the temperature of the exhaust gas passing through the recirculation flow path 650.

흡기 쿨러(428)는 과급기(300)의 압축기(320)와 엔진(200) 사이의 흡기 유로(620) 상에 마련되어 과급기(300)의 압축기(320)가 엔진(200)에 밀어 넣는 연소용 공기의 온도를 냉각시킨다.The intake air cooler 428 is provided on the intake air flow path 620 between the compressor 320 of the turbocharger 300 and the engine 200 so that the compressor 320 of the turbocharger 300 pressurizes the combustion air Lt; / RTI >

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는, 도시하지는 않았으나, 엔진(200) 및 재순환 밸브(457)의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 이때, 제어부는 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 다양한 전자 제어 장치(electronic control unit, ECU)일 수 있다.The power unit 101 including the exhaust gas recirculation system according to the first embodiment of the present invention may further include a control unit for controlling the operation of the engine 200 and the recirculation valve 457 . At this time, the control unit may be various electronic control units (ECUs) known to those skilled in the art.

배기 차압 발생부(510)는 과급기(300)의 터빈(310) 입구에 인접한 배기 유로(610)에 마련된다.The differential pressure generating portion 510 is provided in the exhaust passage 610 adjacent to the inlet of the turbine 310 of the supercharger 300.

구체적으로, 배기 차압 발생부(510)는 배기 유로(610)와 재순환 유로(650)의 분기점과 과급기(300)의 터빈(310) 사이의 배기 유로(610) 상에 마련될 수 있다.The differential pressure generating portion 510 may be provided on the exhaust passage 610 between the branch point of the exhaust passage 610 and the recirculation passage 650 and the turbine 310 of the turbocharger 300.

배기 차압 발생부(510)는 엔진(200)과 배기 차압 발생부(510) 사이의 배기 유로(610)의 배기압을 증가시켜 재순환 유로(650)로 재순환되는 배기가스의 재순환율을 높일 수 있다.The differential pressure generating portion 510 can increase the exhaust pressure of the exhaust passage 610 between the engine 200 and the differential pressure generating portion 510 to increase the recirculation rate of the exhaust gas recirculated to the recirculation passage 650 .

본 발명의 제1 실시예에서, 배기 차압 발생부(510)는 배기 벤튜리 튜브(exhaust venturi tube)일 수 있다.In the first embodiment of the present invention, the differential pressure generating portion 510 may be an exhaust venturi tube.

하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 배기 차압 발생부(510)는 오리피스 또는 격판 구조를 포함할 수도 있다.However, the first embodiment of the present invention is not limited to this, and the differential pressure generating portion 510 may include an orifice or a diaphragm structure.

이하, 본 명세서에서 배기 차압 발생부(510)는 배기 벤튜리 튜브(exhaust venturi tube)라 한다.Hereinafter, the exhaust pressure difference generation portion 510 is referred to as an exhaust venturi tube.

본 발명의 제1 실시예에서, 배기 벤튜리 튜브(510)는 터빈(310) 입구의 단면적과 동일한 크기의 출구 단면적을 갖다. 그리고 배기 벤튜리 튜브(510)의 출구와 터빈(310)의 입구는 크기 및 형상이 일치하며 서로 직결된다.In the first embodiment of the present invention, the exhaust venturi tube 510 has an exit cross-sectional area that is the same as the cross-sectional area of the inlet of the turbine 310. [ The outlet of the exhaust venturi tube 510 and the inlet of the turbine 310 coincide in size and shape and are directly connected to each other.

구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에서, 배기 벤튜리 튜브(510)는 입구와 단면적이 최소인 소경부를 연결하는 단면적 수축 구간과, 단면적이 최소인 소경부와 출구를 연결하는 단면적 팽창 구간을 포함한다. 그리고 배기 벤튜리 튜브(510)의 입구 단면적과 출구 단면적은 실질적으로 동일하다. 여기서, 실질적으로 동일하다는 것은 설계 및 제조 상의 오차를 고려하여 동일함을 의미한다.Specifically, in the first embodiment of the present invention, the exhaust venturi tube 510 has a sectional area shrinkage section connecting the inlet and the small-diameter section having the smallest sectional area, and a sectional area expansion section connecting the small- . And the inlet cross-sectional area and the outlet cross-sectional area of the exhaust venturi tube 510 are substantially the same. Here, substantially the same means that they are the same in consideration of design and manufacturing errors.

또한, 배기 벤튜리 튜브(510)의 단면적 수축 구간과 단면적 팽창 구간은 유선형으로 형성된다.In addition, the cross-sectional area of the exhaust venturi tube 510 and the cross-sectional area expansion are formed in a streamlined shape.

그리고 배기 벤튜리 튜브(510)는 원통 또는 다각통 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 배기 벤튜리 튜브(510)의 단면적 수축 구간과 단면적 팽창 구간이 형성하는 유선형은 배기 벤튜리 튜브(510)의 길이 방향으로 임의의 단면에서 나타날 수 있다.The exhaust venturi tube 510 may be formed in a variety of shapes such as a cylinder or a polygonal tube. The streamlined type formed by the section of the venturi tube 510 in the contracted section and the cross- And may appear in any cross-section in the longitudinal direction.

구체적으로, 에어포일 형상의 유선형은 배기 벤튜리 튜브(510)를 길이 방향으로 여러 각도로 절개하였을 때, 적어도 하나 이상의 단면에서 나타날 수 있다. 즉, 배기 벤튜리 튜브(510)의 중심을 기준으로 한 배기 벤튜리 튜브(510)의 길이 방향 단면 형상은 전부 또는 일부가 에어포일 형상의 유선형을 가질 수 있다More specifically, the airfoil-shaped streamlined shape may appear in at least one of the cross sections when the exhaust venturi tube 510 is cut at various angles in the longitudinal direction. That is, the exhaust venturi tube 510 having the center of the exhaust venturi tube 510 may have a longitudinal cross-sectional shape in a streamlined shape in whole or in part as an airfoil

이와 같이, 입구로부터 단면적이 좁아졌다가 다시 확대되는 배기 벤튜리 튜브(510)는 과급기(300)의 터빈(310) 사이즈는 동일하게 유지하면서 엔진(200)과 배기 벤튜리 튜브(510) 사이의 배기 유로(610)의 배기압을 효과적으로 증가시킬 수 있다.In this way, the exhaust venturi tube 510, whose cross-sectional area is narrowed from the inlet and is enlarged again, is positioned between the engine 200 and the exhaust venturi tube 510 while maintaining the size of the turbine 310 of the turbocharger 300 The exhaust pressure of the exhaust passage 610 can be effectively increased.

하지만, 배기가스가 배기 벤튜리 튜브(510)를 통과하는 동안 수축(Converging)과 팽창(Diverging)을 하면서 공기역학적(Aerodynamic)으로 배기가스가 지닌 총에너지의 손실이 발생하게 되고 이는 터빈(310)이 발생시킬 수 있는 운동 에너지를 감소시켜 최종적으로 엔진(200)의 출력 및 연비 손실을 가져올 수 있다.However, as the exhaust gas passes through the exhaust venturi tube 510, a loss of total energy of the exhaust gas due to aerodynamic is generated while converging and diverging, Thereby reducing the output of the engine 200 and the fuel consumption loss.

이에, 본 발명의 제1 실시예에서는, 배기 벤튜리 튜브(510)의 단면적 수축 구간과 단면적 팽창 구간이 형성하는 유선형은 공기역학적으로 유동의 저항 및 압력손실이 최소화된 형상인 비행기 날개 단면의 에어포일(airfoil) 형상을 따르는 형태로 적용할 수 있다.Accordingly, in the first embodiment of the present invention, the streamlined shape formed by the sectional area expansion area and the sectional area expansion area of the exhaust venturi tube 510 is an aerodynamic shape in which the resistance and the pressure loss of the flow are minimized, It can be applied in a form conforming to an airfoil shape.

구체적으로, 배기 차압 발생부(510)의 단면적 수축 구간(ES)과 단면적 팽창 구간(CS)이 형성하는 유선형의 프로파일은 도 3과 아래의 수학식 1로 산출하여 설계함으로써, 배기가스가 배기 차압 발생부(510)를 통과하면서 유발되는 공기역학적 손실을 최소화할 수 있다.
Specifically, the streamline profile formed by the cross sectional area ES and the cross sectional area expansion section CS of the differential pressure differential generating part 510 is calculated and designed by using the equation (1) and the following equation (1) It is possible to minimize the aerodynamic loss caused by passing through the generating portion 510.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, yt는 도 3에 나타난 배기 차압 발생부(520)가 갖는 유선형의 높이이다. x는 배기 차압 발생부(520)의 입구로부터 출구 방향 깊이이고, c는 배기 차압 발생부(520)의 전체 길이이다. 그리고 t(두께)는 아래 수학식 2를 통해 산출된다.
Here, yt is the streamlined height of the exhaust pressure difference generation portion 520 shown in Fig. x is the depth from the inlet to the outlet of the differential pressure generating portion 520, and c is the total length of the differential pressure generating portion 520. And t (thickness) is calculated by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

t = 2 x(곱하기) yt / c
t = 2 x (times) yt / c

전술한 바와 같은 수학식 1에 따른 배기 차압 발생부(510)의 형상은 미국의 국립 항공 자문 위원회(National Advisory Committee for Aeronautics, NACA)에서 공개한 4-digit NACA 에어포일(Airfoil) 관계식에 의해 정해지는 좌표를 따라 설계된 것이다.The shape of the differential pressure difference generator 510 according to Equation 1 as described above is determined by the 4-digit NACA airfoil relationship disclosed by the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) It is designed according to the losing coordinates.

하지만, 본 발명의 제1 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 배기 차압 발생부(510)의 형상은 1-digit, 6-digit, 7-digit, 8-digit NACA 에어포일 관계식을 포함하여 다른 형태의 에어포일 관계식을 따라 설계될 수 있다.However, the first embodiment of the present invention is not limited to this, and the shape of the differential pressure generating portion 510 may be different from that of the first embodiment, including 1-digit, 6-digit, 7-digit and 8-digit NACA airfoil relational expressions. Can be designed along the airfoil relationship.

또한, 배기 벤튜리 튜브(510)의 형상은 에어포일 형상뿐만 아니라 임의의 곡선 또는 직선 형태를 포함할 수도 있다. In addition, the shape of the exhaust venturi tube 510 may include any curved or straight shape as well as an airfoil shape.

또한, 배기 벤튜리 튜브(510)의 단면적 수축 구간과 단면적 팽창 구간이 형성하는 유선형의 프로파일은 배기 벤튜리 튜브(510)의 전체 구간 또는 일부 구간에만 적용될 수도 있다.In addition, the streamlined profile formed by the cross-sectional area of the exhaust venturi tube 510 and the cross-sectional area of the exhaust venturi 510 may be applied only to the whole or a part of the exhaust venturi tube 510.

또한, 배기 유로(610)의 배기 배압을 높여 배기가스 재순환율을 증가시키기 위하여 배기 벤튜리 튜브(510)를 적용하더라도, 배기 벤튜리 튜브(510)의 적용으로 배기 유로(610)의 직경이 인위적으로 줄어들게 되면, 과급기(300)의 터빈(310)에 공급되는 배기가스의 조건이 변화하여 본래 최적으로 설계된 터빈(310)의 입구 직경 조건과 다르게 터빈(310)이 동작하게 되므로 터빈(310)의 효율이 감소하게 되고, 이는 엔진(200)의 출력 및 연비 손실을 가져오게 된다.Even if the exhaust venturi tube 510 is applied to increase the exhaust gas recirculation rate by increasing the exhaust back pressure of the exhaust gas passage 610, the diameter of the exhaust gas passage 610 can be increased by artificial The condition of the exhaust gas supplied to the turbine 310 of the turbocharger 300 changes so that the turbine 310 is operated differently from the inlet diameter condition of the turbine 310 which is designed optimally, The efficiency is decreased, which leads to an output of the engine 200 and a fuel consumption loss.

그러나 본 발명의 제1 실시예에서는, 배기 벤튜리 튜브(510)가 터빈(310) 입구의 단면적과 동일한 크기의 출구 단면적을 갖는다. 뿐만 아니라, 배기 벤튜리 튜브(510)의 출구와 터빈(310)의 입구는 크기 및 형상이 일치하며 서로 직결된다. 이에, 배기 벤튜리 튜브(510)를 설치하더라도 터빈(310)의 효율 저하를 억제할 수 있다.However, in the first embodiment of the present invention, the exhaust venturi tube 510 has an exit cross-sectional area of the same size as the cross-sectional area of the inlet of the turbine 310. In addition, the outlet of the exhaust venturi tube 510 and the inlet of the turbine 310 coincide in size and shape and are directly connected to each other. Thus, even if the exhaust venturi tube 510 is installed, the efficiency of the turbine 310 can be prevented from being lowered.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 과급기(300)의 크기와 성능을 유지하면서 배기가스의 재순환율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.With this configuration, the power unit 101 including the exhaust gas recirculation system according to the first embodiment of the present invention can effectively improve the recirculation rate of the exhaust gas while maintaining the size and performance of the turbocharger 300.

구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에서는, 배기 벤튜리 튜브(510)의 설치에 따른 터빈(310)의 효율 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.Specifically, in the first embodiment of the present invention, the efficiency reduction of the turbine 310 due to the installation of the exhaust venturi tube 510 can be effectively suppressed.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치를 설명한다.Hereinafter, a power unit including the exhaust gas recirculation system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에서, 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 배기 벤튜리 튜브(510)의 출구와 터빈(310)의 입구 사이를 연결하는 연결 부재(753)를 더 포함한다.3, the power unit including the exhaust gas recirculation system includes a connecting member 753 (not shown) for connecting between the outlet of the exhaust venturi tube 510 and the inlet of the turbine 310, ).

구체적으로, 연결 부재(753)는 배기 벤튜리 튜브(510)의 출구와 크기 및 형상이 일치하는 입구와 터빈(310)의 입구와 크기 및 형상이 일치하는 출구를 가지고 배기 벤튜리 튜브(510)의 출구와 터빈(310)의 입구를 연결한다.Concretely, the connecting member 753 is connected to the exhaust venturi tube 510 with an inlet whose size and shape coincide with the outlet of the exhaust venturi tube 510 and an outlet whose size and shape match the inlet of the turbine 310, And the inlet of the turbine 310.

또한, 연결 부재(753)는 입구 형상에서 출구 형상으로 점진적으로 변화하는 모양으로 형성될 수 있다.Further, the connecting member 753 may be formed in a shape gradually changing from the inlet shape to the outlet shape.

배기 벤튜리 튜브(510)는 원통 또는 다각통 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으므로, 배기 벤튜리 튜브(510)의 출구 형상이 터빈의 입구 형상과 상이할 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에서는, 연결 부재(753)가 배기 벤튜리 튜브(510)의 출구 형상과 터빈(310)의 입구 형상과 상이한 경우에 이를 일치시켜 연결하므로, 배기 벤튜리 튜브(510)의 설치에 따른 터빈(310)의 효율 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.Since the exhaust venturi tube 510 may be formed in various shapes such as a cylinder or a polygonal tube, the outlet shape of the exhaust venturi tube 510 may be different from the shape of the inlet of the turbine. In the second embodiment of the present invention, when the connecting member 753 is connected to the outlet vent shape of the exhaust venturi tube 510 and the inlet shape of the turbine 310, The efficiency reduction of the turbine 310 due to the installation of the turbine 310 can be effectively suppressed.

또한, 연결 부재(753)는 입구 형상에서 출구 형상으로 점진적으로 변화하는 모양으로 형성되므로, 배기가스가 연결 부재(753)를 통과하면서 공기역학적(Aerodynamic)으로 배기가스가 지닌 총에너지의 손실이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.Since the connecting member 753 is formed in a shape gradually changing from the inlet shape to the outlet shape, a loss of the total energy of the exhaust gas due to the aerodynamic phenomenon occurs when the exhaust gas passes through the connecting member 753 Can be minimized.

전술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 연결 부재(753)를 제외하고 제1 실시예와 동일하다.As described above, the power unit including the exhaust gas recirculation system according to the second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment except for the connecting member 753.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 과급기(300)의 크기와 성능을 유지하면서 배기가스의 재순환율을 효과적으로 향상시킬 수 있다.With this configuration, the power unit including the exhaust gas recirculation system according to the second embodiment of the present invention can effectively improve the recirculation rate of the exhaust gas while maintaining the size and performance of the turbocharger 300.

구체적으로, 본 발명의 제2 실시예에서는, 연결 부재(753)를 사용하여 배기 벤튜리 튜브(510)의 설치에 따른 터빈(310)의 효율 저하를 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.Specifically, in the second embodiment of the present invention, the efficiency of the turbine 310 due to the installation of the exhaust venturi tube 510 can be more effectively suppressed by using the connecting member 753.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

101: 배기가스 재순환 시스템을 포함하는 동력 장치
200: 엔진
300: 과급기
310: 터빈
320: 압축기
428: 흡기 쿨러
457: 재순환 밸브
458: 재순환 쿨러
510: 배기 차압 발생부
610: 배기 유로
620: 흡기 유로
650: 재순환 유로
753: 연결 부재101: Power unit including exhaust gas recirculation system
200: engine
300: supercharger
310: Turbine
320: compressor
428: Intake cooler
457: Recirculation valve
458: recirculation cooler
510: Exhaust gas pressure generating portion
610:
620:
650: Recirculation flow path
753: connecting member

Claims (6)

질소산화물을 함유한 배기가스를 배출하는 엔진;
상기 엔진이 배출한 배기가스가 이동하는 배기 유로;
상기 엔진에 연소용 공기를 공급하는 흡기 유로;
상기 배기 유로 상에 설치되어 배기가스가 갖는 압력으로 회전하는 터빈과 상기 흡기 유로 상에 설치되어 상기 터빈의 회전력으로 상기 엔진에 공기를 밀어 넣는 압축기를 포함하는 과급기(turbo charger); 및
상기 과급기의 터빈 입구에 인접한 상기 배기 유로에 마련된 배기 차압 발생부
를 포함하는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
An engine for exhausting an exhaust gas containing nitrogen oxide;
An exhaust passage through which the exhaust gas discharged from the engine moves;
An intake air flow path for supplying combustion air to the engine;
A turbocharger installed on the exhaust passage and rotated by a pressure of the exhaust gas; and a compressor installed on the intake passage and pushing air into the engine by the rotational force of the turbine; And
An exhaust pressure differential pressure generating unit provided in the exhaust passage adjacent to the turbine inlet of the turbocharger,
And an exhaust gas recirculation system including the exhaust gas recirculation system.
제1항에 있어서,
상기 배기 차압 발생부와 상기 과급기를 거치기 전의 상기 배기 유로에서 분기되어 상기 흡기 유로에 합류하는 재순환 유로를 더 포함하는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising a recirculation passage branched from the exhaust passage before joining the exhaust pressure difference generation portion and the turbocharger and joined to the intake passage.
제2항에 있어서,
상기 배기 차압 발생부는 벤튜리 튜브(venturi tube)인 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the exhaust differential pressure generating portion is a venturi tube.
제3항에 있어서,
상기 배기 벤튜리 튜브는 입구와 단면적이 최소인 소경부를 연결하는 단면적 수축 구간과 상기 소경부와 출구를 연결하는 단면적 팽창 구간을 포함하며,
상기 단면적 수축 구간과 상기 단면적 팽창 구간은 에어포일(airfoil) 형상의 유선형으로 형성되어 상기 배기 벤튜리 튜브를 통과하는 배기가스의 저항 및 압력손실이 최소화한 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
The method of claim 3,
Wherein the exhaust venturi tube includes a sectional area shrinkage section connecting the inlet and the small diameter section having the smallest cross sectional area and a sectional area expansion section connecting the small diameter section and the outlet,
Wherein the cross-sectional area contraction section and the cross-sectional area expansion section are formed in a streamlined shape of an airfoil shape so as to minimize resistance and pressure loss of the exhaust gas passing through the exhaust venturi tube. Device.
제3항에 있어서,
상기 배기 벤튜리 튜브의 출구와 상기 터빈의 입구는 크기 및 형상이 일치하며 서로 직결된 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
The method of claim 3,
Wherein the outlet of the exhaust venturi tube and the inlet of the turbine are identical in size and shape and include an exhaust gas recirculation system directly connected to each other.
제3항에 있어서,
상기 배기 벤튜리 튜브의 출구와 상기 터빈의 입구 사이를 연결하는 연결 부재를 더 포함하고,
상기 연결 부재는 상기 배기 벤튜리 튜브의 출구와 크기 및 형상이 일치하는 입구와 상기 터빈의 입구와 크기 및 형상이 일치하는 출구를 가지며,
상기 연결 부재는 입구 형상에서 출구 형상으로 점진적으로 변화하는 모양으로 형성된 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
The method of claim 3,
Further comprising a connecting member connecting between an outlet of the exhaust venturi tube and an inlet of the turbine,
The connecting member having an inlet coinciding in size and shape with the outlet of the exhaust venturi tube and an outlet coinciding in size and shape with the inlet of the turbine,
Wherein said connecting member comprises an exhaust gas recirculation system formed in a shape that gradually changes from an inlet shape to an outlet shape.
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