KR20220096860A - 내연기관의 배기가스 재순환 장치 - Google Patents

내연기관의 배기가스 재순환 장치 Download PDF

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지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 배기가스를 재순환시킬 때, 재순환가스의 추출과 공급을 기존의 배기 및 흡기 경로를 거치지 않고 별도로 독립된 경로를 통하여 추출하고 공급함으로써, 운전 조건에 알맞은 배기가스 재순환만을 위한 별도의 정밀 제어가 가능하고, 흡기계통에 재순환 가스에 포함된 미세입자의 부착이나 그에 따른 화재 위험을 줄일 수 있도록 한 내연기관의 배기가스 재순환 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 재순환 장치는, 배기밸브(10)와 흡기밸브(20)가 설치된 실린더(2); 상기 배기밸브(10) 측으로부터 연장되어 연소후 배기가스를 배출하는 배기 다기관(12); 상기 배기 다기관(12)에 연결되어 배기가스를 모으기 위한 확장된 용적을 제공하는 배기가스 리시버(14); 상기 배기가스 리시버(14)로부터 연장되어 배기가스를 외부로 배출하는 배기관(16); 별도의 압력관으로 이루어져서 EGR 가스를 저류하는 EGR 리시버(100); 상기 실린더(2)로부터 별도로 연장되어 상기 EGR 리시버(100)에 연결되며, 상기 실린더(2)로부터 EGR 가스를 취출하여 EGR 리시버(100)로 보내거나, EGR 리시버(100)에 저류된 EGR 가스를 실린더(2)로 취입하는 EGR 취입취출 유로(200); 그리고 상기 EGR 취입취출 유로(200)에 설치되어 EGR 가스의 취입 및 취출 운전에 따라 EGR 취입취출 유로(200)를 개폐하는 EGR 취입취출 밸브(210);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관의 배기가스 재순환 장치{Exhaust Gas Recirculation System for Internal Combustion Engine}
본 발명은 내연기관의 배기가스 재순환 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기가스를 재순환시킬 때, 재순환가스의 추출과 공급을 기존의 배기 및 흡기 경로를 거치지 않고 별도로 독립된 경로를 통하여 추출하고 공급함으로써, 운전 조건에 알맞은 배기가스 재순환만을 위한 별도의 정밀 제어가 가능하고, 흡기계통에 재순환 가스에 포함된 미세입자의 부착이나 그에 따른 화재 위험을 줄일 수 있도록 한 내연기관의 배기가스 재순환 장치에 관한 것이다.
배기가스 재순환(EGR, Exhaust Gas Recirculation) 시스템은, 실린더에서 배출되는 배기가스의 일부를 추출하여 흡기에 혼합시켜서 연소실로 다시 재순환시킴으로써, 실린더 내 연소온도를 낮추어 연소 과정에서 미리 질소산화물(NOx)의 발생을 억제하거나 연비를 향상시키는 기술이다.
일반적인 배기가스 재순환 시스템은, 배기관으로부터 배기가스 재순환 라인을 분기하여 흡기관으로 연결하고, 재순환 라인에 재순환 가스 냉각기를 및 재순환 밸브(EGR valve)를 설치하여, 재순환 밸브가 개방됨에 따라 배기관으로부터 추출된 일부의 배기가스가 재순환 가스 냉각기를 통과하여 냉각된 다음 재순환 밸브를 거쳐 흡기관으로 들어가며, 흡기관(또는 흡기 포트)에서 흡기와 혼합된 다음 흡기밸브를 통해 연소실로 들어가게 된다.
통상적으로, 배기가스 재순환 시스템은 터보차저를 가진 엔진에 주로 채용되는데, 터보차저는 배기가스의 에너지를 이용하여 터빈을 회전시키고 터빈의 회전에 의해 압축기를 구동하며, 압축기의 구동에 의해 흡기를 압축하여 연소실에 공급함으로써 충전효율을 높여 출력을 증가시킨다. 재순환 배기가스는 터보차저의 터빈 하류측 또는 상류측에서 추출한다.
특허문헌 1 내지 3을 포함하여 종래의 다양한 배기가스 재순환 시스템들은, 기존의 배기 라인(배기 포트, 배기 다기관, 배기 챔버 또는 배기관)이나 흡기 라인(흡기 포트, 흡기 다기관, 흡기 챔버 또는 흡기관)에 재순환 라인을 연결한 구성을 채용하고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1은 기존의 배기 라인의 여러 지점에서 배기가스 순환라인을 분기한 후 냉각기를 거쳐 기존의 흡기 매니폴드 상류 측의 흡기관에 합류시킨 형태이다.
또한, 특허문헌 2 및 3은, 기존의 배기관의 한 지점에서 배기가스 순환라인을 분기하여 별도로 마련된 재순환 매니폴드(또는 챔버)에 모은 후, 기존의 2개의 흡기밸브 중 하나의 흡기밸브를 통해 실린더에 들여보내는 형태이다.
이처럼, 종래의 배기가스 재순환 시스템은, 기존의 배기 라인(및 배기 밸브)이나 흡기 라인(및 흡기 밸브)을 이용하거나 거쳐야 하기 때문에, 실린더별로 재순환 가스를 균일하게 공급하는데에 한계가 있고, 그에 따라 재순환 가스의 추출량 및 공급량의 계량을 엔진 운전 상태에 알맞게 정밀하게 제어하기가 어렵다.
또한, 기존의 흡, 배기 계통에서 재순환 가스를 추출하고 다시 유입시킴에 따라, 흡, 배기 계통 내에 그을음과 같은 파티클의 부착이나, 그 부착에 따른 흡기 유동 특성의 악화 및 흡, 배기 계통 내에서의 예상치 못한 파티클 연소에 의한 화재의 위험이 존재한다.
또한, 특허문헌 2는, 재순환 가스를 EGR 매니폴드에서 전용의 EGR 포트(및 밸브)를 통해 연소실로 유입시킨다. 전용의 EGR 포트는 2개의 배기 포트(및 밸브) 중 하나를 희생하여 사용하는 것이므로, 전체적인 포트(및 밸브)의 구성이, 2개의 흡기 포트(및 밸브)와 1개의 EGR 유입 포트(및 밸브), 그리고 1개의 배기 포트(및 밸브)로 이루어진다. 이것은 본래 2개인 배기 포트(및 밸브) 중 1개의 배기 포트(및 밸브)를 희생하여 재순환 가스 유입 포트로 활용하는 것이어서, 결국에는 흡기 측에 3개의 포트(및 밸브)를 가지지만 배기 측에는 1개의 포트(및 밸브)만을 가질 수밖에 없어 흡기와 배기의 균형을 맞추기가 어렵다.
또한, 특허문헌 3은, 배기 매니폴드로부터 배기가스의 일부를 추출하여 재순환 가스 챔버에 수집한 다음, 재순환 가스 챔버로부터 각 실린더의 배기가스 유입밸브로 직접 들여보내도록 한 것이다. 특허문헌 3의 배기가스 유입밸브는 실린더마다 재순환 가스를 유입하기 위한 전용의 밸브로서, 이것은 2개의 배기 밸브 중 하나를 희생하여 재순환 가스 유입 밸브로 활용한 것이므로, 전체적인 포트(및 밸브)의 구성이, 2개의 흡기 밸브와 1개의 배기 밸브, 그리고 1개의 재순환 가스 유입 밸브로 이루어진다. 이것은 본래 2개인 배기 밸브 중 1개의 배기 밸브를 희생하여 재순환가스 전용의 유입 포트로 활용하는 것이어서, 결국에는 흡기 측에 3개의 포트(및 밸브)를 가지지만 배기 측에는 1개의 포트(및 밸브)만을 가질 수밖에 없어 흡기와 배기의 균형을 맞추기가 어렵다.
대한민국 등록특허공보 제10-1518013호 공보(2015.04.28.) 미국특허 US7,472,696호 공보(2009.01.06.) 미국특허 US8,146,572호 공보(2012.04.03.)
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 재순환가스의 추출과 공급을 기존의 배기 및 흡기 경로를 거치지 않고 별도로 독립된 경로를 통하여 추출하고 공급함으로써, 운전 조건에 알맞은 배기가스 재순환만을 위한 별도의 정밀 제어가 가능하도록 하는 한편, 흡기계통에 재순환 가스에 포함된 미세입자의 부착을 방지하여, 그에 따른 흡기계통의 흡기 유동특성의 변화나 화재 위험을 줄일 수 있도록 한 내연기관의 배기가스 재순환 장치를 제공하는 것에 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 재순환 장치는, 배기밸브(10)와 흡기밸브(20)가 설치된 실린더(2); 상기 배기밸브(10) 측으로부터 연장되어 연소후 배기가스를 배출하는 배기 다기관(12); 상기 배기 다기관(12)에 연결되어 배기가스를 모으기 위한 확장된 용적을 제공하는 배기가스 리시버(14); 상기 배기가스 리시버(14)로부터 연장되어 배기가스를 외부로 배출하는 배기관(16); 별도의 압력관으로 이루어져서 EGR 가스를 저류하는 EGR 리시버(100); 상기 실린더(2)로부터 별도로 연장되어 상기 EGR 리시버(100)에 연결되며, 상기 실린더(2)로부터 EGR 가스를 취출하여 EGR 리시버(100)로 보내거나, EGR 리시버(100)에 저류된 EGR 가스를 실린더(2)로 취입하는 EGR 취입취출 유로(200); 그리고 상기 EGR 취입취출 유로(200)에 설치되어 EGR 가스의 취입 및 취출 운전에 따라 EGR 취입취출 유로(200)를 개폐하는 EGR 취입취출 밸브(210);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 재순환 장치에서, 상기 EGR 리시버(100)에는, EGR 리시버(100) 내부의 EGR 가스의 압력이 설정 압력을 초과하는 경우 개방 동작되어 EGR 가스를 배출하기 위한 EGR 체크밸브(110)가 설치되고, 상기 EGR 체크밸브(110)의 출구로부터 상기 배기관(16)을 연결하는 EGR 배출관(112)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 재순환 장치에서, 상기 EGR 취입취출 유로(200)는, 상기 실린더(2)로부터 EGR 가스를 취출하여 상기 EGR 리시버(100)로 보내기 위한 EGR 취출 유로(200a)와, 상기 EGR 리시버(100)로부터 EGR 가스를 상기 실린더(2)로 보내기 위한 EGR 취입 유로(200b)로 이루어지고, 상기 EGR 취입취출 밸브(210)는, 상기 EGR 취출 유로(200a)에 설치되는 EGR 취출 밸브(210a)와, 상기 EGR 취입 유로(200b)에 설치되는 EGR 취입 밸브(210b)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 재순환 장치에서, 상기 EGR 취출 밸브(210a)와 EGR 취입 밸브(210b)는, 캠축(30)에 기계적으로 연동하는 기계적 밸브 또는 EGR 컨트롤러(50)의 제어에 의해 구동하는 전자제어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 재순환 장치에서, 상기 EGR 취입 밸브(210b)는 EGR 컨트롤러(50)의 제어에 의해 구동하는 전자제어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 재순환 장치에서, 상기 EGR 리시버(100)의 외부에는 냉각수를 순환시키기 위한 냉각관(300)이 씌워지고, 상기 냉각관(300)의 일단 측에는, 상기 냉각관(300)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 도입관(310) 및 냉각수 도입밸브(312)이 설치되고, 상기 냉각관(300)의 타단 측에는, 상기 냉각관(300)을 순환한 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 도출관(320) 및 냉각수 도출밸브(322)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 재순환 장치에 의하면, EGR 가스의 추출과 공급을 배기 다기관(12), 배기가스 리시버(14), 흡기 다기관(22), 흡기 리시버(24) 등과 같은 기존의 배기 및 흡기 경로를 거치지 않고, EGR 리시버(100), EGR 취입취출 유로(200) 및 EGR 취입취출 밸브(210)라고 하는 별도로 독립하여 제공되는 경로를 통하여 추출하고 공급할 수 있다.
이와 같이, 배기가스 재순환만을 위한 별도의 EGR 가스 취입취출 경로를 구축함으로써, EGR 가스의 취출과 취입시기 및 유량에 대해 정밀제어를 할 수가 있다.
또한, 흡기계통에 재순환 가스에 포함된 미세입자가 부착되는 것이 방지됨으로써, 흡기계통의 흡기 유동특성의 변화나 화재 위험을 줄일 수가 있다.
또한, EGR 리시버(100)에 냉각관(300)을 부가함으로써, 냉각수에 의해 EGR 리시버(100) 내의 EGR 가스의 온도를 운전에 적합한 온도로 유지할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 재순환 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 EGR 취입취출 밸브를 구동하기 위한 구동 장치의 예를 보여주는 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 재순환 장치를 나타내는 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 EGR 취입취출 밸브를 구동하기 위한 구동 장치의 예를 보여주는 구성도이다.
도 5는, 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 재순환 장치를 나타내는 구성도이다.
도 6은, 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 EGR 취입취출 밸브를 구동하기 위한 구동 장치의 예를 보여주는 구성도이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서, 본 발명의 내연기관의 배기가스 재순환 장치의 실시예를 자세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1에는, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 재순환 장치를 나타내는 구성도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 엔진은 기통수에 해당하는 복수의 실린더(2)를 구비한다. 각 실린더(2)에는 배기밸브(10)와 흡기밸브(20)가 설치된다. 도면에서는 배기밸브(10)와 흡기밸브(20)가 각각 2개씩 설치된 형태의 엔진(예; DOHC 엔진)을 도시하였지만, 하나씩 설치된 형태의 엔진(예; SOHC 엔진)이어도 좋다.
또한, 배기밸브(10) 측으로부터는 배기 다기관(12)(배기 포트를 포함할 수 있다)이 연장되어 연소 후 배기가스를 배출하도록 되어 있고, 배기 다기관(12)에는 배기가스 리시버(14)가 연결되어 있다.
배기가스 리시버(14)는 배기가스를 모으기 위한 확장된 용적을 제공함으로써, 복수의 기통수별 배기 다기관(12)으로부터 배기행정 시마다 시간차이를 가지고 배출되는 배기가스의 펄스 파를 큰 용적 내에 가두어 펄스 파들의 피크(peak) 압력을 진정시키는 한편 축압(蓄壓)의 역할을 수행한다.
배기가스 리시버(14)로부터는 배기관(16)이 연결되어, 배기가스 리시버(14)의 배기가스를 외부로 배출한다.
배기관(16)의 도중에는 터보차저(18)를 구비할 수 있다. 터보차저(18)는, 배기가스가 가지는 에너지를 이용하여 터빈(T)을 회전시키고, 터빈(T)에 의해 압축기(C)를 구동하여, 외부 공기를 압축하여 흡기계통으로 보낸다.
흡기밸브(20) 측으로부터는 흡기 다기관(22)(흡기 포트를 포함할 수 있다)이 연장되어 실린더(2)에 흡기를 유입시킬 수 있도록 되어 있고, 흡기 다기관(22)에는 흡기 리시버(24)가 연결되어 각 흡기 다기관(22)으로 흡기를 공급할 수 있게 되어 있다.
흡기 리시버(24)에는 외부 공기를 공급하기 위한 흡기관(26)이 연결된다. 이 흡기관(26)은, 전술한 터보차저(18)의 압축기(C) 출구에 연결되어, 압축기(C)에서 압축된 고압의 흡기를 공급할 수 있다.
본 발명에서, 엔진에는 전술한 배기가스 리시버(14)와 배기가스 리시버(14)와는 별도로, 소정의 용적을 가진 압력관으로 이루어지는 EGR 리시버(100)가 별도로 설치된다. EGR 리시버(100)는, 실린더(2)의 배기 행정 시, 배기가스의 일부를 EGR 가스로서 취출하여 저류(貯留)시키기 위한 것이다.
실린더(2)로부터 EGR 가스를 취출하여 EGR 리시버(100)에 보내기 위한 EGR 취입취출 유로(200)가, 전술한 배기 다기관(12)과 흡기 다기관(22)과는 별도로, 실린더(2)로부터 연장되어 EGR 리시버(100)에 연결된다. 이하, EGR 리시버(100)에 저류되는 재순환용 배기가스를 'EGR 가스'라고 칭한다.
상기 EGR 취입취출 유로(200)는, 실린더(2)로부터 EGR 가스를 취출하여 EGR 리시버(100)로 보내는 한편, EGR 리시버(100)에 저류된 EGR 가스를 실린더(2)로 취입시키는 역할을 수행한다.
이러한 EGR 취입취출 유로(200)에는, EGR 가스의 취입 및 취출 운전에 따라 EGR 취입취출 유로(200)를 개폐하는 EGR 취입취출 밸브(210)가 설치된다. EGR 취입취출 유로(200)는 상시 닫혀있다가 배기행정과 흡기행정 시에 열린다. 예를 들어, 하나의 실린더(2)에서 배기행정과 흡기행정은 소정의 위상차를 가지는데, 배기행정 시에 EGR 취입취출 밸브(210)를 열면, 그 배기가스의 높은 압력에 의해 배기가스의 일부가 EGR 취입취출 유로(200)로 유입되어 EGR 리시버(100)에 저류(저장)된다. 또한, 흡기행정 시에 EGR 취입취출 밸브(210)를 열면, 피스톤의 하강에 따른 실린더(2) 내의 저압 유도 작용과 흡기의 공급압력에 의하지 않더라도 저장된 EGR 리시버(100)에 저장된 EGR 가스의 높은 압력에 의해 실린더(2)로 유입된다.
EGR 취입취출 밸브(210)의 개폐 동작은, EGR 컨트롤러(50)의 제어에 의해 수행될 수 있고, 캠축(30)에 기계적으로 연동하여 수행될 수도 있다(추후 자세하게 설명한다).
본 발명에서, EGR 리시버(100)에는 EGR 체크밸브(110)를 설치할 수 있다. 또한, EGR 체크밸브(110)의 출구로부터 배기관(16)을 연결하는 EGR 배출관(112)을 설치할 수 있다.
만일, 터보차저(18)가 있는 엔진이라면, EGR 배출관(112)은, 터보차저(18) 전단(배기가스 흐름을 기준으로 상류 측)의 배기관(16)에 연결되는 EGR 배출관(112a)으로 구성하여도 좋고, 터보차저(18) 후단(배기가스 흐름을 기준으로 하류 측)의 배기관(16)에 연결되는 EGR 배출관(112b)으로 구성하여도 좋다.
상기 EGR 체크밸브(110)는, EGR 리시버(100) 내부의 EGR 가스의 압력이 설정 압력을 초과하는 경우 개방 동작되어 EGR 가스를 배출한다. EGR 리시버(100) 내의 EGR 가스의 설정 압력은, 실린더의 배기 피크 압력보다 낮도록 하여 배기 피크 압력과 EGR 리시버(100) 내의 압력차에 의해 EGR 리시버(100)로 쉽게 유입될 수 있도록 하는 동시에, 흡기 행정시 실린더(2) 내의 압력보다 높게 하여 EGR 리시버(100) 내부의 압력과 실린더(2)의 압력차에 의해 EGR 가스가 EGR 리시버(100)로부터 실린더(2) 안으로 쉽게 유입될 수 있도록 하는 압력이다.
한편, EGR 리시버(100)의 외부에는 냉각관(300)을 설치할 수 있다. 냉각관(300)은, EGR 리시버(100)의 외부에 지름방향을 간격을 유지하여 씌워진다. EGR 리시버(100)와 냉각관(300) 사이의 공간은 냉각수가 흐르는 공간을 제공한다.
냉각관(300) 내부에 냉각수를 공급하는 것에 의해, EGR 리시버(100) 내의 EGR 가스의 온도를 흡기의 온도와 비슷한 수준으로 낮출 수 있다.
냉각관(300)의 일단 측에는, 냉각관(300)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 도입관(310) 및 냉각수 도입밸브(312)가 설치된다. 냉각관(300)의 타단 측에는, 냉각관(300)을 순환한 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 도출관(320) 및 냉각수 도출밸브(322)가 설치된다.
냉각수 도입밸브(312) 및 냉각수 도출밸브(322)는 EGR 컨트롤러(50)에 의해 제어될 수 있다.
도 2에는, 본 발명의 제1실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 EGR 입출구 밸브를 구동하기 위한 구동 장치의 예를 보여주는 구성도가 되어 있다.
도 2는, EGR 취입취출 밸브(210)를 캠축(30)에 기계적으로 연동시킨 구성의 예를 보여준다.
즉, 캠축(30)에는 흡, 배기 캠(도시 생략)과는 별도로 EGR 취입취출 캠(32)을 구비할 수 있다.
EGR 취입취출 캠(32)과 EGR 취입취출 밸브(210)는, 작동 로드 기구(34)에 의해 연결된다. 작동 로드 기구(34)는 흡, 배기 밸브의 작동 기구와 기술적으로 동일하게 구성할 수 있다. EGR 취입취출 캠(32)을 배기 캠과 별도의 캠으로 구성하면, 배기 캠과 캠 프로파일을 달리하여 배기밸브 및 흡기밸브의 작동과 상이한 개방시점 및 상이한 개방시간으로 자유롭게 설정할 수 있다. 예를 들어, EGR 취입취출 밸브(210)의 개방시기를, 배기 행정에서 배기가스의 압력이 최고점(피크 압력)이 되는 시기에 열리도록 하면, 배기가스의 높은 압력을 이용하여 EGR 리시버(100)에 저장할 수 있다. EGR 취입취출 밸브(210)의 개방시기를, 흡기 행정 초기(예; 밸브 오버 랩 기간이 끝나는 시점)에 열리도록 하면, 실린더(2) 내의 부압을 최대한 이용할 수 있음과 아울러 EGR 가스와 흡기의 혼합성을 향상시킬 수 있다.
또는, EGR 취입취출 캠(32)은 배기 캠을 이용할 수 있다. 예를 들어, 배기 캠의 폭을 연장하여 EGR 취입취출 캠(32)까지 맞물리게 한 구조로 이루어질 수 있다. 또는 배기 캠의 폭을 연장하되, EGR 취입취출 캠(32)에 맞물리는 부분의 캠 프로파일을 배기 캠의 캠 프로파일과 다르게 성형할 수도 있다.
이와 같이 이루어진 본 발명은, 배기행정이 개시되면, 배기밸브(10)가 열려 실린더(2) 내의 배기가스가 배기 다기관(12)을 통해 배출된다. 배기밸브(10)의 개방과 함께 EGR 취입취출 밸브(210)가 열리면 실린더(2) 내의 배기가스의 압력에 의해 배기가스 중의 일부의 가스가 EGR 가스로서 EGR 취입취출 유로(200)로 유입되어 EGR 리시버(100)에 저류된다.
만일, EGR 리시버(100)내의 EGR 가스의 압력이 EGR 체크밸브(110)에 설정된 압력을 초과하면, EGR 체크밸브(110)가 열려 EGR 리시버(100) 내의 EGR 가스는 EGR 체크밸브(110)를 통해 EGR 배출관(112)으로 빠져나간다. EGR 배출관(112)으로 나간 EGR 가스는 배기관(16)에 합류하여 배기가스와 함께 외부로 배출된다.
또한, 흡기행정이 시작되면, 흡기밸브(20)가 열려 흡기 리시버(24)의 흡기가 흡기 다기관(22) 및 흡기밸브(20)를 통해 실린더(2) 안으로 유입된다.
이때, EGR 취입취출 밸브(210)가 열리면, EGR 리시버(100) 내의 높은 압력과 실린더(2) 내의 낮은 압력에 따른 압력 차이에 의해, EGR 리시버(100) 내에 높은 압력으로 저류되어 있던 EGR 가스가 EGR 취입취출 유로(200)를 따라 실린더(2) 안으로 공급된다. EGR 가스의 유입량은, EGR 취입취출 밸브(210)의 개방 시간에 의해 조절된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, EGR 가스의 추출과 공급을 배기 다기관(12), 배기가스 리시버(14), 흡기 다기관(22), 흡기 리시버(24) 등과 같은 기존의 배기 및 흡기 경로를 거치지 않고, EGR 리시버(100), EGR 취입취출 유로(200) 및 EGR 취입취출 밸브(210)라고 하는 별도로 독립하여 제공되는 경로를 통하여 추출하고 공급한다.
이처럼 배기가스 재순환만을 위한 별도의 EGR 가스 취입취출 경로를 구축함으로써, EGR 가스의 취출과 취입시기 및 유량에 대해 정밀제어를 할 수 있게 된다. 또한, 흡기계통에 재순환 가스에 포함된 미세입자가 부착되는 것이 방지됨으로써, 흡기계통의 흡기 유동특성의 변화나 화재 위험을 줄일 수가 있다.
또한, EGR 리시버(100)에 냉각관(300)을 부가함으로써, 냉각수에 의해 EGR 리시버(100) 내의 EGR 가스의 온도를 운전에 적합한 온도로 유지할 수 있다.
<실시예 2>
도 3에는, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 재순환 장치를 나타내는 구성도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 제2실시예에 따른 배기가스 재순환 장치가 제1실시예에 따른 배기가스 재순환 장치와 다른 점은, EGR 취입취출 유로(200)와 EGR 취입취출 밸브(210)의 구성이다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2실시예의 EGR 취입취출 유로(200)는, 실린더(2)로부터 EGR 가스를 취출하여 EGR 리시버(100)로 보내기 위한 EGR 취출 유로(200a)와, EGR 리시버(100)로부터 EGR 가스를 실린더(2)로 보내기 위한 EGR 취입 유로(200b)로 구성된다.
또한, EGR 취입취출 밸브(210)는, EGR 취출 유로(200a)에 설치되는 EGR 취출 밸브(210a)와, EGR 취입 유로(200b)에 설치되는 EGR 취입 밸브(210b)로 구성된다.
이러한 제2실시예는, EGR 가스를 EGR 리시버(100)에 유입시키는 취출 경로와, EGR 리시버(100) 내의 EGR 가스를 실린더(2)에 유입시키는 취입 경로를 별도의 경로로서 제공함으로써, EGR 가스의 취입취출시기 및 취입취출량을 더욱 정밀하게 제어할 수 있다.
도 4에는, 본 발명의 제2실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 EGR 입출구 밸브를 구동하기 위한 구동 장치의 예를 보여주는 구성도가 되어 있다.
도 4는, EGR 취출 밸브(210a)와 EGR 취입 밸브(210b)를 캠축(30)에 기계적으로 연동시킨 구성의 예를 보여준다.
즉, 캠축(30)에는 흡, 배기 캠(도시 생략)과는 별도로 EGR 취출 밸브(210a) 구동용 EGR 취출 캠(32a)을 구비하는 한편 EGR 취입 밸브(210b) 구동용 EGR 취입 캠(32b)을 구비할 수 있다.
EGR 취출 캠(32a)과 EGR 취입 캠(32b)은 각각 작동 로드 기구(34)를 통해 EGR 취출 밸브(210a)와 EGR 취입 밸브(210b)에 연결된다.
그 외의 다른 기술적 사항들은 전술한 제1실시예와 동일하다.
<실시예 3>
도 5에는, 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 재순환 장치를 나타내는 구성도가 도시되어 있고, 도 6에는 본 발명의 제3실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 EGR 입출구 밸브를 구동하기 위한 구동 장치의 예를 보여주는 구성도가 되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제3실시예에 따른 배기가스 재순환 장치가 제2실시예에 따른 배기가스 재순환 장치와 다른 점은, EGR 취입 밸브(210b)의 구성이다.
즉, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제3실시예의 EGR 취입 밸브(210b)는, EGR 컨트롤러(50)의 제어에 의해 구동하는 전자제어밸브(예; 전자제어 솔레노이드밸브)로 구성된다.
EGR 취입 밸브(210b)를 전자제어밸브로 구성함으로써, EGR 컨트롤러(50)를 통해 실린더(2)에 공급되는 EGR 가스를 운전 조건에 가장 알맞은 시기와 양으로 더욱 정밀하게 제어할 수가 있다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 것과 다르게, EGR 취출 밸브(210a)도 전자제어밸브로 구성하여도 좋다.
그 외의 다른 기술적 사항들은 전술한 제2실시예와 동일하다.
이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
2: 실린더
10: 배기밸브
12: 배기 다기관
14: 배기가스 리시버
16: 배기관
18: 터보차저
20: 흡기밸브
22: 흡기 다기관
24: 흡기 리시버
26: 흡기관
30: 캠축
32: EGR 취입취출 캠
32a: EGR 취출 캠
32b: EGR 취입 캠
50: EGR 컨트롤러
100: EGR 리시버
110: EGR 체크밸브
112a: EGR 배출관
112b: EGR 배출관
200: EGR 취입취출 유로
200a: EGR 취출 유로
200b: EGR 취입 유로
210: EGR 취입취출 밸브
210a: EGR 취출 밸브
210b: EGR 취입 밸브
300: 냉각관
310: 냉각수 도입관
312: 냉각수 도입밸브
320: 냉각수 도출관
322: 냉각수 도출밸브

Claims (7)

  1. 배기밸브(10)와 흡기밸브(20)가 설치된 실린더(2);
    상기 배기밸브(10) 측으로부터 연장되어 연소후 배기가스를 배출하는 배기 다기관(12);
    상기 배기 다기관(12)에 연결되어 배기가스를 모으기 위한 확장된 용적을 제공하는 배기가스 리시버(14);
    상기 배기가스 리시버(14)로부터 연장되어 배기가스를 외부로 배출하는 배기관(16);
    별도의 압력관으로 이루어져서 EGR 가스를 저류하는 EGR 리시버(100);
    상기 실린더(2)로부터 별도로 연장되어 상기 EGR 리시버(100)에 연결되며, 상기 실린더(2)로부터 EGR 가스를 취출하여 EGR 리시버(100)로 보내거나, EGR 리시버(100)에 저류된 EGR 가스를 실린더(2)로 취입하는 EGR 취입취출 유로(200); 및
    상기 EGR 취입취출 유로(200)에 설치되어 EGR 가스의 취입 및 취출 운전에 따라 EGR 취입취출 유로(200)를 개폐하는 EGR 취입취출 밸브(210);를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 EGR 리시버(100)에는, EGR 리시버(100) 내부의 EGR 가스의 압력이 설정 압력을 초과하는 경우 개방 동작되어 EGR 가스를 배출하기 위한 EGR 체크밸브(110)가 설치되고,
    상기 EGR 체크밸브(110)의 출구로부터 상기 배기관(16)을 연결하는 EGR 배출관(112)이 설치되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 EGR 취입취출 유로(200)는, 상기 실린더(2)로부터 EGR 가스를 취출하여 상기 EGR 리시버(100)로 보내기 위한 EGR 취출 유로(200a)와, 상기 EGR 리시버(100)로부터 EGR 가스를 상기 실린더(2)로 보내기 위한 EGR 취입 유로(200b)로 이루어지고,
    상기 EGR 취입취출 밸브(210)는, 상기 EGR 취출 유로(200a)에 설치되는 EGR 취출 밸브(210a)와, 상기 EGR 취입 유로(200b)에 설치되는 EGR 취입 밸브(210b)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 EGR 취출 밸브(210a)와 EGR 취입 밸브(210b)는, 캠축(30)에 기계적으로 연동하는 기계적 밸브 또는 EGR 컨트롤러(50)의 제어에 의해 구동하는 전자제어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 EGR 취입 밸브(210b)는 EGR 컨트롤러(50)의 제어에 의해 구동하는 전자제어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 EGR 취출 밸브(210a)와 EGR 취입 밸브(210b)는 모두, EGR 컨트롤러(50)의 제어에 의해 구동하는 전자제어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 EGR 리시버(100)의 외부에는 냉각수를 순환시키기 위한 냉각관(300)이 씌워지고,
    상기 냉각관(300)의 일단 측에는, 상기 냉각관(300)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 도입관(310) 및 냉각수 도입밸브(312)이 설치되고,
    상기 냉각관(300)의 타단 측에는, 상기 냉각관(300)을 순환한 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 도출관(320) 및 냉각수 도출밸브(322)가 설치되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 재순환 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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