KR20180046041A

KR20180046041A - 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치

Info

Publication number: KR20180046041A
Application number: KR1020160140773A
Authority: KR
Inventors: 최건호
Original assignee: 현대위아 주식회사
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2018-05-08

Abstract

본 발명은 배기가스 재순환 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고열의 재순환 배기가스가 실린더 헤드에 곧바로 유입되지 않고, 유입된 공기와 혼합된 후 실린더 헤드에 유입되게 함으로써, 실린더헤드, 벨브트레인계 부품 등의 열팽창으로 인한 고장을 방지할 수 있는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치에 관한 것이다.

Description

실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치{EGR device for cylinder block inner circulation type}

일반적으로, 배기가스에 포함된 질소산화물(nitrous oxide; NOx)은 산성비의 원인이 될 뿐 아니라 눈과 호흡기를 자극하며 식물을 고사시킨다. 이러한 NOx는 주요한 대기오염물질로 규제되고 있으며, 이러한 NOx의 배출을 줄이기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.

배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부(예를 들어 5~20%)를 다시 연소실 내측으로 순환되게 하여 엔진의 연비 및 열 효율을 향상시키고 배기가스를 저감시킬 수 있는 장점을 지닌다.

도 1은 종래의 배기가스 재순환 시스템(한국 공개특허, 10-2008-0098843호)을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 배기가스 재순환 시스템은 냉각수가 흐르는 워터 자켓(water jacket, 12a)이 형성된 실린더 블록(12); 상기 실린더 블록(12)에 결합되며, 실린더의 흡기구에 연결된 흡기 매니폴드 러너(intake manifold runner)와 실린더의 배기구에 연결된 배기 매니폴드 러너(exhaust manifold runner)가 형성되어 있는 실린더 헤드(11); 상기 실린더 블록(12) 내에 형성되어 있으며 상기 배기 매니폴드 러너에 연결되어 재순환되는 배기가스를 공급 받는 제1재순환 가스 통로(13); 상기 실린더 헤드(11) 내에 형성되어 있으며 일단은 상기 제1재순환 가스 통로(13)에 연결되고 타단은 상기 흡기 매니폴드 러너에 연결되어 있는 제2재순환 가스 통로(14); 상기 재2재순환 가스 통로(14)에 장착되어 있으며 상기 흡기 매니폴드 러너에 재순환 배기가스의 공급을 조절하는 재순환 밸브(15); 그리고 상기 재순환 밸브(15)의 개폐를 조절하는 엔진 제어 유닛(16);을 포함하여 이루어지며, 실린더 블록(12) 내에 형성된 워터자켓(12a)의 냉각수에 의해 재순환 배기가스를 냉각함으로써 별도의 냉각장치가 필요없어 제작원가를 절감시킬 수 있는 장점을 지닌다.

하지만, 종래의 배기가스 재순환 시스템은 재순환 배기가스가 상기 제2 재순환 가스통로(14)를 통해 실린더 헤드(11)를 통과하게 되는 구조로, 상기 재순환 배기가스는 상기 워터자켓(12a)의 냉각수에 의해 냉각이 되더라도, 여전히 실린더헤드의 온도보다 높아 서로 다른 열팽장계수를 지니는 실린더헤드, 밸브트레인 계 부품 등에 고장을 발생시키는 원인이된다.

또한, 종래의 배기가스 재순환 시스템의 재순환 배기가스는 실린더 헤드를 통과하여 곧바로 흡기포트로 유입되기 때문에, 유입되는 공기와 적절히 혼합될 수 없어 연소 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 실린더 헤드에 고열의 재순환 배기가스가 곧바로 유입되지 않고, 재순환 배기가스가 유입된 공기와 혼합된 후, 실린더 헤드에 유입되게 함으로써, 실린더헤드, 벨브트레인계 부품 등의 열팽창으로 인한 고장을 방지할 수 있는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 재순환배기 가스가 흡기매니폴드를 거쳐 연소실로 유입되게 함으로써, 유입되는 공기와 충분히 혼합되어 연소 성능을 향상시킬 수 있는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 냉각수가 흐르는 워터 자켓과, 상기 워터 자켓과 인접한 위치에 구비되며 재순환되는 배기가스가 통과되는 배기가스 순환 자켓이 형성된 실린더 블록; 상기 실린더 블록에 결합되며, 흡기 포트와 배기 포트가 형성된 실린더 헤드; 유입된 기체가 상기 흡기 포트 및 상기 흡기 포트를 순차적으로 통과한 후 외부로 배출되게 하는 흡배기 배관; 상기 흡배기 배관에 설치되어, 상기 흡기 포트로 기체가 유입되게 하는 흡기 매니폴드; 일측은 상기 흡배기 배관의 타측에 연결되고, 타측은 상기 배기가스 순환 자켓에 연결되는 제1 재순환 가스 배관; 일측은 상기 배기가스 순환 자켓에 연결되고, 타측은 상기 흡배기 배관의 일측에 연결되는 제2 재순환 가스 배관; 및 상기 제2 재순환 가스 배관에 설치되어 재순환 배기가스의 공급을 조절하는 재순환 밸브;를 포함하고, 상기 재순환 배기가스는 상기 제1 재순환 가스 배관, 상기 배기가스 순환 자켓 및 상기 제2 재순환 가스 배관을 순차적으로 거쳐 상기 흡배기 배관의 일측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 흡배기 배관에 설치되며, 상기 배기 포트를 통해 배기되는 배기가스의 유해 물질을 제거하는 촉매 컨버터;를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 재순환 밸브는 인가전압에 따라 릴리프 밸브가 가변 제어된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 흡기 매니폴드는 상기 제2 재순환 가스배관이 연결되는 상기 흡배기 배관의 일측과 상기 흡기 포트의 사이 위치에 설치되어, 상기 재순환 배기가스와 유입 공기가 상기 흡기 매니폴드를 통과한 후, 상기 실린더 헤드의 흡기 포트에 유입되게 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 배기가스 순환자켓은 상기 워터 자켓의 외측면을 감싸되, 상기 워터 자켓과 소정 간격 이격되도록 구비된다.

또한, 본 발명은 본 발명의 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치가 설치된 엔진을 더 제공한다.

또한, 본 발명은 본 발명의 엔진이 설치된 차량을 더 제공한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치에 의하면, 실린더 헤드에 고열의 재순환 배기가스가 곧바로 유입되지 않고, 재순환 배기가스가 유입된 공기와 혼합된 채, 실린더 헤드로 유입되게 함으로써, 실린더헤드, 벨브트레인계 부품 등의 열팽창으로 인한 고장을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치에 의하면, 재순환배기 가스가 흡기매니폴드를 거쳐 연소실로 유입되게 함으로써, 유입되는 공기와 충분히 혼합되어 연소 성능을 향상시킬 수 있는 장점을 지닌다.

도 1은 종래의 배기가스 재순환 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치는 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 실린더 블럭 내부로 재순환시키기 위한 장치로서, 실린더 블록(110), 실린더 헤드(120), 흡배기 배관(130), 흡기 매니폴드(140), 제1 재순환 가스배관(150), 제2 재순환 가스배관(160) 및 재순환 밸브(170)을 포함하여 이루어진다.

상기 실린더 블록(110)은 냉각수가 흐르는 워터 자켓(111)과 상기 워터 자켓(111)과 인접한 위치에 구비되며, 재순환되는 배기가스가 통과되는 배기가스 순환자켓(112)이 구비된다.

또한, 상기 배기가스 순환자켓(112)은 상기 워터 자켓(111)의 외측면을 감싸되, 상기 워터 자켓(111)과 소정 간격 이격되도록 구비되는 것이 바람직하다.

상기 실린더 헤드(120)는 상기 실린더 블록(110)에 결합되며, 흡기 포트(121) 및 배기 포트(122)가 형성된다.

상기 흡배기 배관(130)은 유입되는 기체가 상기 흡기 포트(121) 및 상기 배기 포트(122)를 순차적으로 통과한 후 외부로 배출되게 한다.

상기 흡기 매니 폴드(140)는 상기 흡배기 배관(130)에 설치되어, 상기 흡기 포트(121)로 기체가 유입되게 한다.

이때, 상기 흡기 매니 폴드(140)는 상기 흡배기 배관(130)의 일측(131)과 상기 흡기 포트(121) 사이 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

이는 후술할 제2 재순환 가스배관(160)을 통해 유입되는 재순환 배기가스와 상기 흡배기 배관(130)의 일측(131)을 통해 유입되는 공기가 충분히 혼합될 수 있게 하기 위함이다.

상기 제1 재순환 가스 배관(150)은 일측(151)이 상기 흡배기 배관(130)의 타측(132)에 연결되고, 타측은(152)은 상기 배기 가스 순환 자켓(112)의 일측에 연결된다.

즉, 상기 제1 재순환 가스 배관(150)은 상기 흡배기 배관(130)을 통해 배출되는 배기가스 중 일부를 상기 실린더 블럭(110) 내부에 구비된 배기가스 순환 자켓(112)로 유입되게 한다.

이때, 상기 배기가스 순환 자켓(112)에 유입된 고열의 재순환 배기가스는 상기 워터 자켓(111)의 냉각수와 열교환되어 상기 냉각수의 온도를 상승시킨다.

또한, 상기 재순환 배기가스는 상기 워터 자켓(111)의 냉각수에 의해 열교환되더라도, 여전히 실린더 헤드(120)의 온도 보다 높은 고열 상태이다.

상기 제2 재순환 가스 배관(160)은 일측(161)이 상기 배기 가스 순환 자켓(112)의 타측에 연결되며 타측(162)은 상기 흡배기 배관(130)의 일측(131)과 연결된다.

즉, 상기 제2 재순환 가스 배관(160)은 상기 배기가스 순환 자켓(112)으로 유입된 배기가스를 상기 흡배기 배관(130)의 일측(131)으로 유입되게 한다.

상기 재순환 밸브(160)는 상기 제2 재순환 가스 배관(160)의 소정 위치에 설치되어, 재순환 배기가스의 공급량을 제어한다.

또한, 상기 재순환 밸브(160)는 인가전압에 따라 릴리프 밸브가 가변 제거되게 하여, 재순환 배기가스의 공급량을 용이하게 제어할 수 있다.

이에 따라, 상기 흡배기 배관(130)을 통해 배출되는 배기가스 중 일부, 다시 말해, 재순환 배기가스는 상기 제1 재순환 배관(150)을 통해 상기 배기가스 순환자켓(112)으로 거친 후, 상기 제2 재순환 배관(160)으로 유입되며, 상기 재순환 밸브(170)에 의해 공급량이 조절되어 상기 흡배기 배관(130)의 일측(131)으로 유입된다.

이후, 상기 흡배기 배관(130)의 일측(131)으로 유입된 재순환 배기가스는 상기 흡기 매니폴드(140)에 의해 유입되는 공기와 혼합된 후, 상기 실린더 헤드(120)의 흡기 포트(121)로 유입되게 된다.

다시 말해, 고열의 재순환 배기가스는 상기 실린더 블록(110)만을 통과하며, 상기 실린더 헤드(120)에는 재순환 배기가스와 유입되는 공기가 혼합되어 충분히 냉각된 재순환 배기가스와 유입 공기의 혼합 기체가 유입되게 되는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치는 실린더 헤드(110)에 고열의 재순환 배기가스가 곧바로 유입되지 않고, 재순환 배기가스가 유입된 공기와 혼합되어 유입되게 함으로써, 실린더 헤드, 벨브 트레인계 부품 등의 열팽창에 영향을 주지 않으므로, 이로 인한 고장을 방지할 수 있게 되는 것이다.

더 나가가, 재순환 배기가스는 상기 흡기매니폴드(140)를 통과한 후 연소실로 유입되는 구조이므로, 재순환 배기가스가 유입되는 공기와 충분히 혼합될 수 있는 거리 및 시간을 확보할 수 있어 연소 성능을 향상시킬 수 있는 장점을 지닌다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치는 촉매 컨버터(180)를 더 포함할 수 있다.

상기 촉매 컨버터(180)는 상기 흡배기 배관(130)에 설치되되, 상기 배기 포트(122)의 후단에 설치되어, 배기가스의 유해 물질을 제거한다.

이에 따라, 외부로 배출되는 배기가스 및 실린더 블록으로 순환되는 재순환 배기가스는 유해물질이 제거되게 된다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치가 설치된 엔진 및 상기 엔지이 설치된 차량으로 제공될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

110 : 실린더 블록 111 : 워터 자켓
112 : 배기가스 순환자켓 120 : 실린더 헤드
121 : 흡기 포트 122 : 배기 포트
130 : 흡배기 배관 140 : 흡기 매니폴드
150 : 제1 재순환 가스배관 160 : 제2 재순환 가스배관
170 : 재순환 밸브 180 : 촉매 컨버터

Claims

냉각수가 흐르는 워터 자켓과, 상기 워터 자켓과 인접한 위치에 구비되며 재순환되는 배기가스가 통과되는 배기가스 순환 자켓이 형성된 실린더 블록;
상기 실린더 블록에 결합되며, 흡기 포트와 배기 포트가 형성된 실린더 헤드;
유입된 기체가 상기 흡기 포트 및 상기 배기 포트를 순차적으로 통과한 후 외부로 배출되게 하는 흡배기 배관;
상기 흡배기 배관에 설치되어, 상기 흡기 포트로 기체가 유입되게 하는 흡기 매니폴드;
일측은 상기 흡배기 배관의 타측에 연결되고, 타측은 상기 배기가스 순환 자켓에 연결되는 제1 재순환 가스 배관;
일측은 상기 배기가스 순환 자켓에 연결되고, 타측은 상기 흡배기 배관의 일측에 연결되는 제2 재순환 가스 배관; 및
상기 제2 재순환 가스 배관에 설치되어 재순환 배기가스의 공급을 조절하는 재순환 밸브;를 포함하고,
상기 재순환 배기가스는 상기 제1 재순환 가스 배관, 상기 배기가스 순환 자켓 및 상기 제2 재순환 가스 배관을 순차적으로 거쳐 상기 흡배기 배관의 일측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치.
제 1항에 있어서,
상기 흡배기 배관에 설치되며, 상기 배기 포트를 통해 배기되는 배기가스의 유해 물질을 제거하는 촉매 컨버터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치.
제 2항에 있어서,
상기 재순환 밸브는
인가전압에 따라 릴리프 밸브가 가변 제어되는 것을 특징으로 하는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치.
제 3항에 있어서,
상기 흡기 매니폴드는
상기 제2 재순환 가스배관이 연결되는 상기 흡배기 배관의 일측과 상기 흡기 포트의 사이 위치에 설치되어,
상기 재순환 배기가스와 유입 공기가 상기 흡기 매니폴드를 통과한 후, 상기 실린더 헤드의 흡기 포트에 유입되게 하는 것을 특징으로 하는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치.
제 4항에 있어서,
상기 배기가스 순환자켓은
상기 워터 자켓의 외측면을 감싸되, 상기 워터 자켓과 소정 간격 이격되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 실린더블록 내부 순환형 배기가스 재순환 장치가 설치된 엔진.
제 6항의 엔진이 설치된 차량.