KR100527167B1 - 자동차 배기가스 재순환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 배기가스 재순환장치에 관한 것으로써, 흡기매니폴드로 재 순환되는 고온(1000℃)의 배기가스가 충분하게 냉각된 상태로 공급될 수 있도록 하여 연소실의 연소효율을 극대화하고 질소산화물의 발생량을 억제할 수 있도록 한 자동차의 배기가스 재순환장치를 제공코자 한 것이다.

즉, 본 발명은 배기매니폴드(2)에서 흡기매니폴드(3) 쪽으로 배기가스가 냉각된 상태로 공급될 수 있도록 밀폐된 파이프형 냉각조(4)의 길이방향으로 수 개의 냉각관(5)을 배관하고 냉각조(4) 양측으로는 배기매니폴드(2)와 흡기매니폴드(3)에 각각 일단이 결합된 배기가스공급관(6)을 배관하며, 냉각조(4) 상하측으로는 냉각수가 순환되는 냉각수순환관(7)을 배관한 자동차 배기가스 재순환장치(1)에 있어서, 냉각조(4)의 길이방향으로 배관되는 수 개의 냉각관(5)에는 축직각 방향으로 핀결합공(8)을 형성하고, 각 핀결합공(8)에는 서로 다른 각도로 수 개의 핀(9)을 결합하여 용접으로 밀폐되게 고정함으로써, 냉각관(5)을 통해 이동하는 배기가스가 와류 이동되도록 한 것이다.

Description

자동차 배기가스 재순환장치{Apparatus for exhaust gas recirculation of car}

본 발명은 자동차의 배기가스 재순환장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 흡기매니폴드로 재 순환되는 고온(1000℃)의 배기가스가 충분하게 냉각된 상태로 공급될 수 있도록 하여 연소실의 연소효율을 극대화하고 질소산화물의 발생량을 억제할 수 있도록 하여 연소효율을 극대화 할 수 있도록 한 자동차의 배기가스 재순환장치를 제공코자 한 것이다.

일반적으로 자동차 배기가스는 연소실의 혼합기나 미연소가스가 엔진의 크랭크케이스로 새어나오는 블로바이가스(Blow-byGas), 연료탱크 내의 연료가 증발하여 대기 중으로 방출되는 연료증발가스, 그리고 배기계통으로 배출되는 배기가스 등이 있다.

이러한 자동차 배기가스는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있으며, 이러한 유해물질은 엔진의 작동조건, 공기비, 점화시기, 점화장치, 혼합기장치 등 제반 사항에 따라 그 배출특성이 달라지게 되며, 특히 질소산화물(NOX)의 경우에는 연소실의 온도와 압력이 높은 동시에 공기 과잉상태일 때 주로 발생한다. 그런데, 질소산화물은 실린더 연소실내에서의 연소온도가 낮아지게 되면 그 발생량이 현저하게 감소하게 되는 데, 이점을 이용하여 혼합기의 연소시에 질소산화물의 생성을 억제하기 위한 기술로 배기가스 재순환(EGR : ExhaustGas Recirculation)장치가 개발되어 있다.

상기한 배기가스 재순환장치(1)는 배기매니폴드(manifold)(2)를 통하여 배기되는 배기가스의 일부를 흡기매니폴드(3)로 재 순환시켜 연소효율을 향상시킬 수 있도록 한 것으로 이의 일반적인 구성은 도 1,2에 도시된 바와 같이 배기매니폴드(2)에서 흡기매니폴드(3) 쪽으로 배기가스가 냉각된 상태로 공급될 수 있도록 밀폐된 파이프형 냉각조(4)의 길이방향으로 수 개의 냉각관(5)을 배관하고 냉각조(4) 양측으로는 배기매니폴드(2)와 흡기매니폴드(3)에 각각 일단이 결합된 배기가스공급관(6)을 배관하며, 냉각조(4) 상하측으로는 냉각수가 순환되도록 냉각수순환관(7)을 배관한 구성이다.

도면중 미설명 부호 10은 엔진을 도시한 것이고, 11은 연소실을 도시한 것이다.

그러나 상기와 같이 구성되는 배기가스 재순환(1)의 경우 배기매니폴드(2) 측에서 흡기매니폴드(3) 측으로 이동하는 배기가스가 냉각관(5)을 통과할 때 배기가스가 자연스럽게 통과하게 되어 냉각이 원활하게 이루어지지 못하게 된다.

즉, 냉각관(5)으로 유입되어 이동하는 배기가스는 표면 경계층의 발달로 인해 냉각관 중심부에 비해 냉각관 표면부의 배기재순환가스의 속도가 현저히 감소됨은 물론이고 냉각관(5)과 접하는 외측은 신속히 냉각이 이루어지나 냉각관(5)과 접하지 않는 내측은 냉각이 이루어지지 않은 상태에서 흡기매니폴드(3)로 공급되게 되므로 냉각효율이 떨어지고 그로 인해 배기가스 재순환장치(1)의 기능이 원활치 못하였다.

그리고 장시간 사용 시 이동되는 배기가스 속도저하로 인해 냉각관(5) 내부에 검댕(PM soot)의 표면 흡착이 발생되고 이러한 표면 흡착으로 인해 냉각관(5)의 직경이 좁아짐으로 인해 배기가스가 원활하게 공급되지 못하여 냉각능력이 저하되는 등의 여러 문제점이 있었다.

이에 본 발명자는 상기한 바와 같은 종래의 배기가스 재순환장치가 갖는 제반 문제점을 일소코자 연구 개발한 것이다.

본 발명에서는 냉각관에 수 개의 핀을 결합하여 냉각관을 통과하는 배기가스가 냉각관 내부에서 난류현상에 의해 균일한 속도로 와류 이동될 수 있게 함으로써, 냉각관과의 마찰 극대화로 냉각효율을 높이고, 냉각관 내부에 검댕이 달라붙는 것을 방지할 수 있게 하여 흡기매니폴드로 공급되는 배기가스의 온도를 효과적으로 저하시켜 연소실내에서의 연소온도를 낮아지게 하여 질소산화물의 발생량이 현저하게 감소되도록 함에 본 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 냉각관 발췌 사시도, 도 4는 본 발명에 의한 배기가스 흐름을 보이기 위한 냉각관 단면도 등을 도시한 것으로서, 이하에서 본 발명의 구성을 설명하기로 한다.

본 발명은 도 1,2에 도시된 바와 같이 배기매니폴드(2)에서 흡기매니폴드(3) 쪽으로 배기가스가 냉각된 상태로 공급될 수 있도록 밀폐된 파이프형 냉각조(4)의 길이방향으로 수 개의 냉각관(5)을 배관하고 냉각조(4) 양측으로는 배기매니폴드(2)와 흡기매니폴드(3)에 각각 일단이 결합된 배기가스공급관(6)을 배관하며, 냉각조(4) 상하측으로는 냉각수가 순환되는 냉각수순환관(7)을 배관한 자동차 배기가스 재순환장치(1)를 구성함에 있어서, 냉각조(4) 내부의 냉각관(5) 구성을 연구 개발하여 냉각관(5)을 통과하는 배기가스의 온도저하가 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.

본 발명에서는 냉각조(4)의 길이방향으로 배관되는 수 개의 냉각관(5)에는 축직각 방향으로 핀결합공(8)을 형성하고, 각 핀결합공(8)에는 서로 다른 각도로 수 개의 핀(9)을 결합하여 용접 등의 방법으로 고정한 구성이다.

상기와 같이 냉각관(5)에 결합되는 핀(9)은 도시된 바와 같이 길이를 짧게 하여 각 냉각관(5)에 별도로 결합하여 사용하거나, 또는 도 5에 도시된 바와 같이 핀(9)의 길이를 길게 하여 적어도 1개 이상의 이웃하는 냉각관(5)에 동시에 결합되도록 함으로 해서 이웃하는 냉각관(5)과의 거리를 일정하게 유지하여 제작의 편리성을 제공하며, 또한 핀(9)을 통해 배기가스의 냉각을 이루어지게 한 것이다.

상기 핀(9)의 개수는 필요에 따라 가감할 수 있음은 당연하다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 자동차 배기가스 재순환장치(1)는 배기되는 배기가스의 일부를 흡기매니폴드(3)로 공급하여 연소실(11)의 온도를 낮추어 질소산화물의 발생량을 최소화하는 용도로 사용되는 것으로서, 배기가스가 배기가스공급관(6)을 따라서 흡기매니폴드(3)로 공급되는 중도에 냉각조(4)를 통과하면서 냉각되게 되는 바,

본 발명에 의하면 냉각조(4) 내에 배관되어 있는 냉각관(5)에 축직각 방향으로 수 개의 핀(9)이 서로 다른 각도로 결합되어 있으므로 도 4에 도시된 바와 같이 냉각관(5)을 통과하는 배기가스가 핀(9)과 부딪쳐 난류현상이 일어나면서 균일한 속도로 와류 이동하게되어 배기가스가 냉각관(5)과의 마찰이 원활하여 냉각이 효과적으로 이루어지게고, 냉각관(5) 내부에 검댕(soot)이 달라붙는 것을 방지하게 되므로 종래의 재순환장치에 비해 우수한 냉각능력을 가질 수 있다.

즉, 종래에는 냉각관(5)을 통하여 이동하는 배기가스가 저항 없이 이동하게 되어 냉각관(5)과 접하는 측은 온도가 급격히 저하되고 냉각관(5)과 접하지 않는 측은 온도 저하가 이루어지지 않은 상태로 흡기매니폴드(3)에 공급되나, 본 발명에서는 냉각관(5)을 통과하는 배기가스가 냉각관(5) 내에서 핀(9)에 의해 와류되면서 배기가스 전체가 냉각관(5)과 접촉되면서 균일한 속도로 이동함으로 이동되는 배기가스가 충분한 온도저하가 이루어진 상태로 흡기매니폴드(3)로 이동하게 되므로 연소실(11) 내의 온도를 효과적으로 낮추어 질소산화물의 발생량을 최소화 할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이 구성 및 작용되는 본 발명의 자동차 배기가스 재순환장치(1)는 냉각관(5)에 수 개의 핀(9)을 다양한 각도로 결합하는 간단한 구성으로 냉각관(5)을 통과하는 배기가스가 냉각관(5) 내에서 균일한 속도의 난류 상태로 이동하여 배기가스와 냉각관(5) 간의 열 교환이 충분히 이루어지도록 함으로서 흡기매니폴드(3)를 통해 연소실(11)로 재 공급되는 배기가스의 온도를 저하시키고, 냉각관(5) 내부에 검댕이 달라붙는 것을 방지하여 항상 최적의 상태로 냉각된 배기가스를 연소실(11)로 공급할 수 있어 연소실(11) 내의 온도를 효과적으로 저하시켜 연소효율을 향상, 질소산화물의 발생률도 저감 등과 같은 다수의 효과를 득할 수 있는 매우 우수한 발명이다.

도 1은 자동차 배기가스 재순환장치의 개략적인 구성도

도 2는 종래의 자동차 배기가스 재순환장치의 냉각조 구성 단면도

도 3은 본 발명에 적용되는 냉각관 발췌 사시도

도 4는 본 발명에 의한 배기가스 흐름을 보이기 위한 냉각관 단면도

도 5은 본 발명에 적용되는 다른 실시예의 냉각관 결합상태를 보인 사시도

☞ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ☜

1:(자동차) 배기가스 재순환장치 2:배기매니폴드

3:흡기매니폴드 4:냉각조

5:냉각관 6:배기가스공급관

7:냉각수순환관 8:핀결합공

9:핀

Claims (2)

1. 배기매니폴드(2)에서 흡기매니폴드(3) 쪽으로 배기가스가 냉각된 상태로 공급될 수 있도록 밀폐된 파이프형 냉각조(4)의 길이방향으로 수 개의 냉각관(5)을 배관하고 냉각조(4) 양측으로는 배기매니폴드(2)와 흡기매니폴드(3)에 각각 일단이 결합된 배기가스공급관(6)을 배관하며, 냉각조(4) 상하측으로는 냉각수가 순환되는 냉각수순환관(7)을 배관한 자동차 배기가스 재순환장치(1)에 있어서,

   상기 냉각조(4)의 길이방향으로 배관되는 수 개의 냉각관(5)에는 축직각 방향으로 핀결합공(8)을 형성하고,

   상기 각 핀결합공(8)에는 서로 다른 각도로 수 개의 핀(9)을 결합하여 용접으로 밀폐되게 고정한 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 재순환장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 핀(9)은 적어도 1개 이상의 이웃하는 냉각관(5)과 동시에 결합되도록 한 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 재순환장치.