KR20170041300A - 배기가스 열회수 장치 - Google Patents

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Abstract

배기가스의 정화를 위해 엔진의 배기측에 설치되는 DPF; 상기 DPF 후단에 마련되어 배기가스를 재순환시키도록 마련된 LP-EGR 밸브; 상기 LP-EGR 밸브로 유입된 배기가스를 냉각시키는 LP-EGR 쿨러; 일측은 상기 DPF 후단의 배기관과 연결되고, 타측은 상기 LP-EGR 쿨러와 연결되는 서브라인; 및 상기 배기관과 상기 서브라인 사이에 개폐 가능하도록 마련되어, 상기 DPF로부터 배출되는 배기가스의 이동을 가이드하는 열회수 밸브;를 포함하는 배기가스 열회수 장치가 소개된다.

Description

배기가스 열회수 장치 {HEAT RECOVERY APPARATUS OF EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스의 열을 회수하여 엔진의 웜업시간을 단축할 수 있도록 하는 배기가스 열회수 장치에 관한 것이다.
터보차지되는 엔진 시스템은 기계적 동력으로 변환시키기 위해 공기와 연료를 연소시키는 연소실들, 유입가스를 상기 연소실들로 전달하는 유입 서브시스템, 및 엔진 배기 서브시스템을 구비한 엔진들을 포함한다. 상기한 터보차저 엔진은 주로 디젤 자동차에 적용되며, 이들 디젤자동차의 주된 대기오염 물질은 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(Particulate matter)이다. 따라서, 이들 배기 유해 물질들은 디젤자동차 배기가스 규제의 주요한 대상 물질이 되고 있다.
상기 배기 서브시스템들은 일반적으로 배기가스를 상기 엔진 연소실로부터 제거하고, 엔진 배기 소음을 억제시키며, 엔진 연소 온도가 높아질수록 증가하는 질소 산화물(NOx)과 배기가스 입자를 감소시킨다. 배기가스는 배기가스 서브시스템에서 배출되어 외기(fresh air)와의 혼합을 위한 유입 서브시스템으로 유입된 다음, 엔진으로 종종 재순환된다. 배기가스 재순환은 비활성 가스의 양을 증가시킴과 아울러 부수적으로 유입가스 내의 산소를 감소시킴으로써, 엔진 연소 온도를 감소시켜 NOx 생성을 감소시킨다.
이처럼 질소산화물(NOx) 저감을 위한 배기가스 재순환 장치 (EGR; Exhaust Recirculation)는 연소 후 배출되는 배기가스의 일부를 흡입 혼합기에 포함시켜 연소 실로 유입시킴으로써, 혼합기의 자체 공연비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키는 특성을 갖게 된다.
즉, 상기 EGR 장치는 엔진의 운전 상태에 따라 NOx와 같은 에미션(Emission)을 저감시킬 필요가 있을 때, 배기가스의 일부를 EGR 밸브를 통하여 흡기측에 제공하여 혼합기와 함께 연소실로 유입시키면, 상기 연소실로 유입된 배기가스는 불활성 가스로서 흡입 가스의 체적은 변화하지 않으므로 상대적으로 혼합기의 밀도가 저하되어 화염의 전파 속도를 저하시킴으로써 연소속도가 저하되고, 이에 따라 연소 온도의 상승을 방지하여 NOx와 같은 에미션(Emission)의 발생을 줄여 주게 된다.
이러한 EGR은 터보차저의 터빈을 지난 배기가스를 컴프레셔 전단의 흡기통로로 재순환시키는 저압 EGR(LP-EGR : low pressure EGR)과 배기관과 터빈 사이에서 배기가스를 추출하여 컴프레셔 및 인터쿨러를 지난 흡기통로로 재순환시키는 고압 EGR(HP-EGR : high pressure EGR)로 나뉠 수 있다.
상기한 LP-EGR 시스템은 터보챠저 후단의 EGR 가스를 재순환시켜 터보 효율을 증대하여 연비를 개선시키며, DPF 후단의 배기가스를 LP-EGR 쿨러 및 인터쿨러를 거쳐 재순환되므로 많은 양의 EGR 가스의 사용이 가능하여 Nox를 저감하는 효과가 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1998-046346 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진이 웜업되는 시간을 줄여 연비를 개선하고, 배기가스를 통해 대기로 배출되는 유해물질을 저감하는 배기가스 열회수 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배기가스 열회수 장치는 배기가스의 정화를 위해 엔진의 배기측에 설치되는 DPF; 상기 DPF 후단에 마련되어 배기가스를 재순환시키도록 마련된 LP-EGR 밸브; 상기 LP-EGR 밸브로 유입된 배기가스를 냉각시키는 LP-EGR 쿨러; 일측은 상기 DPF 후단의 배기관과 연결되고, 타측은 상기 LP-EGR 쿨러와 연결되는 서브라인; 및 상기 배기관과 상기 서브라인 사이에 개폐 가능하도록 마련되어, 상기 DPF로부터 배출되는 배기가스의 이동을 가이드하는 열회수 밸브;를 포함한다.
상기 열회수 밸브는 상기 열회수 밸브를 개폐하도록 하는 동작부;를 더 포함할 수 있다.
상기 동작부는 진공식 액추에이터일 수 있다.
상기 열회수 밸브는 상기 엔진의 냉간시 상기 배기관을 폐쇄하여 상기 DPF를 통과한 배기가스가 상기 LP-EGR 쿨러를 통과하도록 함으로써, 상기 LP-EGR 쿨러 냉각수의 온도를 상승시켜 높은 온도의 냉각수를 상기 엔진에 전달할 수 있다.
상기 열회수 밸브는 상기 엔진의 온간시 상기 서브라인을 폐쇄하여 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 상기 배기관과 상기 LP-EGR 쿨러측으로 분배되어 배출되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배기가스 열회수 장치에 따르면 엔진의 배기측 DPF를 통과한 배기가스를 엔진의 웜업 이전에는 LP-EGR 쿨러측으로 모두 보내어 LP-EGR 쿨러의 냉각수의 온도를 높이고, 온도가 높아진 냉각수를 다시 엔진의 히터코어측으로 보냄으로써, 웜업시간을 단축하여 연비가 개선되고, 차량의 난방성능을 개선할 수 있으며, 배기가스의 형대로 대기에 배출되는 유해물질을 저감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 열회수 장치를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 배기가스 열회수 장치가 엔진에 장착된 것을 도시한 도면.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 배기가스 및 냉각수의 흐름을 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배기가스 열회수 장치에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 열회수 장치(1000)를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 배기가스 열회수 장치(1000)가 엔진(100)에 장착된 것을 도시한 도면이다. 또한, 도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 배기가스 및 냉각수의 흐름을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배기가스 열회수 장치는 배기가스의 정화를 위해 엔진(100)의 배기측에 설치되는 DPF(200); 상기 DPF(200) 후단에 마련되어 배기가스를 재순환시키도록 마련된 LP-EGR 밸브(300); 상기 LP-EGR 밸브(300)로 유입된 배기가스를 냉각시키는 LP-EGR 쿨러(350); 일측은 상기 DPF(200) 후단의 배기관(500)과 연결되고, 타측은 상기 LP-EGR 쿨러(350)와 연결되는 서브라인(600); 및 상기 배기관(500)과 상기 서브라인(600) 사이에 개폐 가능하도록 마련되어, 상기 DPF(200)로부터 배출되는 배기가스의 이동을 가이드하는 열회수 밸브(700);를 포함한다.
본 발명의 상기 엔진(100)에는 고압 배기가스 재순환 라인(HP-EGR SYSTEM)과 저압 배기가스 재순환 라인(LP-EGR SYSTEM)이 마련된다. 그러나 본 발명의 일실시예에 따른 배기가스 열회수 장치(1000)는 상기 DPF(200)의 후단에 마련된 상기 LP-EGR 시스템측에 마련되므로, 상기 HP-EGR 시스템측에 관한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 DPF(200)는 상기 엔진(100)으로부터 배출되는 배기가스의 정화를 위해 마련되고, 상기 LP-EGR 밸브(300)는 상기 DPF(200)로부터 유입되는 배기가스를 상기 LP-EGR 쿨러(350)를 통해 냉각시킨 후 다시 흡기(900, 보다 상세하게는 터보차저(TC)의 컴프레서)측으로 공급한다. 본 발명의 배기가스 열회수 장치(1000)는 상기 LP-EGR 밸브(300)측에 상기 열회수 밸브(700)와 상기 서브라인(600)이 추가되는 것이다. 따라서, 상기 열회수 밸브(700)와 상기 서브라인(600)에 의해 상기 엔진(100)의 온도에 따라 상기 DPF(200)를 통과한 배기가스가 상기 배기관(500)으로 바로 배출되거나 혹은 상기 LP-EGR 쿨러(350)를 통과한 후 냉각수의 온도를 높인 후 배출되도록 구성된 것이다.
보다 상세하게 살펴보면, 상기 서브라인(600)의 일측은 상기 DPF(200) 후단의 상기 배기관(500)과 연결되고, 타측은 상기 LP-EGR 쿨러(350)와 연결된다. 또한, 상기 열회수 밸브(700)는 상기 배기관(500)과 상기 서브라인(600) 사이에 개폐 가능하도록 마련된다. 따라서, 상기 열회수 밸브(700)가 상기 배기관(500)과 상기 서브라인(600) 중 하나를 선택적으로 개방함으로써, 상기 DPF(200)로부터 배출되는 배기가스가 모두 상기 LP-EGR 쿨러(350)를 통과한 후 배출될 것인지, 아니면 상기 DPF(200)로부터 상기 배기관(500)과 상기 LP-EGR 쿨러(350)측으로 분배되어 배출될 것인지 선택되게 된다.
도 3 내지 도 4를 통해 상기 열회수 밸브(700)의 동작을 살펴보도록 한다. 상기 엔진(100)의 온도가 소정의 기준값 미만인 경우, 상기 열회수 밸브(700)는 상기 배기관(500)을 폐쇄하여 상기 엔진(100)으로부터 배출되어 상기 DPF(200)를 통과한 배기가스를 상기 LP-EGR 쿨러(350)측으로 모두 배출한다. 본 명세서에서는 상기 엔진 온도의 기준값을 상기 엔진(100)이 웜업 전(냉간시)인지 아니면 웜업후(온간시)인지를 기준으로 하는 경우를 예를 들어 설명하도록 한다.
도 3은 상기 엔진(100)의 냉간시 상기 열회수 밸브(700)의 동작을 도시한 것으로서, 상기 열회수 밸브(700)는 상기 배기관(500)을 폐쇄하여 상기 DPF(200)를 통과한 배기가스가 상기 LP-EGR 쿨러(350)를 통과하도록 가이드한다. 따라서, 상기 LP-EGR 쿨러(350)를 통과한 냉각수는 배기가스에 의해 온도가 상승되게 되고, 이러한 방법으로 온도가 높아진 냉각수는 상기 엔진(100)측의 히터코어(400)로 유입되어 상기 엔진(100)의 온도가 높아지는 것을 돕는다. 그러므로 엔진(100)이 웜업에 걸리는 시간이 단축되어 연비가 개선되고, 차량의 난방성능을 개선할 수 있으며, 배기가스로 대기에 배출되는 유해물질을 저감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 도 4는 상기 엔진(100)의 온간시 상기 열회수 밸브(700)의 동작을 도시한 것으로서, 상기 열회수 밸브(700)는 상기 서브라인(600)을 폐쇄함으로써, 종래와 같이 상기 엔진(100)에서 배출되는 배기가스가 상기 배기관(500)과 상기 LP-EGR 쿨러(350)측으로 분배되어 배출되도록 한다.
따라서, 상기 열회수 밸브(700)는 플랩인 것이 바람직할 것이다. 또한, 상기 열회수 밸브(700)는 상기 열회수 밸브(700)를 개폐하도록 하는 동작부(800);를 더 포함할 수 있다. 그러므로 상기 동작부(800)의 동작에 의해 상기 열회수 밸브(700)가 작동될 수 있다. 상기 동작부(800)는 진공식 액추에이터 혹은 모터에 의해 동작하는 액추에이터일 수 있으나, 특별히 한정하는 것은 아니며, 상기 열회수 밸브를 개폐할 수 있는 구조이면 얼마든지 적용 가능하다.
그러므로 상기와 같이 본 발명의 바람직한 배기가스 열회수 장치에 따르면, 엔진의 배기측 DPF를 통과한 배기가스를 엔진의 웜업 이전에는 LP-EGR 쿨러측으로 모두 보내어 LP-EGR 쿨러의 냉각수의 온도를 높이고, 온도가 높아진 냉각수를 다시 엔진의 히터코어측으로 보냄으로써, 웜업시간을 단축하여 연비가 개선되고, 차량의 난방성능을 개선할 수 있으며, 배기가스의 형대로 대기에 배출되는 유해물질을 저감할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 엔진
200 : DPF
300 : LP-EGR 밸브
350 : LP-EGR 쿨러
400 : 히터코어
500 : 배기관
600 : 서브라인
700 : 열회수 밸브
800 : 동작부
900 : 흡기측
1000 : 열회수 장치

Claims (5)

  1. 배기가스의 정화를 위해 엔진의 배기측에 설치되는 DPF;
    상기 DPF 후단에 마련되어 배기가스를 재순환시키도록 마련된 LP-EGR 밸브;
    상기 LP-EGR 밸브로 유입된 배기가스를 냉각시키는 LP-EGR 쿨러;
    일측은 상기 DPF 후단의 배기관과 연결되고, 타측은 상기 LP-EGR 쿨러와 연결되는 서브라인; 및
    상기 배기관과 상기 서브라인 사이에 개폐 가능하도록 마련되어, 상기 DPF로부터 배출되는 배기가스의 이동을 가이드하는 열회수 밸브;를 포함하는 배기가스 열회수 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열회수 밸브는 상기 열회수 밸브를 개폐하도록 하는 동작부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 열회수 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 동작부는 진공식 액추에이터인 것을 특징으로 하는 배기가스 열회수 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 열회수 밸브는 상기 엔진의 냉간시 상기 배기관을 폐쇄하여 상기 DPF를 통과한 배기가스가 상기 LP-EGR 쿨러를 통과하도록 함으로써, 상기 LP-EGR 쿨러 냉각수의 온도를 상승시켜 높은 온도의 냉각수를 상기 엔진에 전달하는 것을 특징으로 하는 배기가스 열회수 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 열회수 밸브는 상기 엔진의 온간시 상기 서브라인을 폐쇄하여 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 상기 배기관과 상기 LP-EGR 쿨러측으로 분배되어 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 배기가스 열회수 장치.
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