KR100999646B1 - 배기가스 재순환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템은, 엔진 내부에 형성된 실린더 내로 연소용 공기가 통과하는 흡기 라인, 상기 실린더에서 발생된 배기가스가 통과하는 배기 라인, 상기 배기 라인을 통과하는 배기가스를 상기 흡기 라인으로 재순환시키는 저압 이지알 라인, 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 상기 흡기 라인으로 재순환되는 배기가스에 포함된 유해배기가스 중 HC/CO를 정화하는 정화장치, 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 냉각 기능을 수행하는 이지알쿨러, 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 일물질을 필터링하는 이지알필터, 및 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 재순환 배기가스 흐름을 제어하는 이지알 밸브; 를 포함하고, 상기 흡기 라인과 상기 저압 이지알 라인이 합류하는 지점에서 상기 흡기 라인의 하류측으로 터보차저의 펌프가 장착되고, 상기 배기 라인과 상기 저압 이지알 라인이 분기되는 지점에서 상기 배기 라인의 상류측으로 상기 터보차저의 터빈이 장착된다.
따라서, 이지알시스템으로 HC/CO의 유입이 저감되어 이지알시스템의 열화, 터보차저의 콤퓨레서 손상, 및 엔진제어불안정 등을 개선할 수 있고, 재순환되는 배기가스에 포함된 HC의 저감으로 이지알시스템과 관련된 각종 부품의 내구성을 향상시켜 상품성을 높일 수 있다.
Figure R1020080123583
EGR, 배기가스, 재순환, 시스템, LP EGR, HP EGR, 정화장치

Description

배기가스 재순환 시스템{EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM}
본 발명은 배기가스 재순환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기 라인에서 흡기 라인으로 배기가스를 재순환시키는 배기가스 재순환 시스템에 관한 것이다.
트럭이나 대형 차량에 탑재되는 대부분의 디젤엔진(diesel engine)에는 배기가스 규제에 대응하기 위해 배기가스 재순환 시스템이 설치된다.
배기가스 재순환 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 실린더의 흡기 장치로 되돌림으로써 엔진의 연소 온도를 내리고, NOx의 발생량을 저감시킨다.
유럽과 북미의 배출가스 규제가 더욱 강화됨에 따라 질소산화물(NOx)의 제거가 더욱 중요해지고 있고, 재순환가스(이지알 가스)의 온도와 유량을 효율적으로 제어하기 위하여 고압 이지알시스템(HP EGR system)과 더불어 저압 이지알시스템(LP EGR system)이 사용되고 있다.
한편, 이지알시스템과 더불어 터보차저, 인터 쿨러, 및 이지알 밸브 등을 보호하기 위하여 이지알라인에는 입자상 물질을 걸러내기 위한 이지알필터가 적용되 고 있다.
그러나, 배기가스 후처리장치를 재생할 때 발생되는 HC/CO가 이지알시스템에 유입되는 경우, 관련된 중요 부품들의 작동에 부작용을 초래할 수 있다.
HC의 일부는 상대적으로 저온의 표면에 부착되는 성질을 가지고 있어서 쿨러와 밸브 류의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 공기중의 산소와 반응하여 터보차저의 컴퓨레서에 열화/열충격을 주어 구조적인 손상을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 이지알시스템으로 유입되는 HC/CO를 저감시켜 관련된 부품들의 손상을 미연에 방지하고 안정적으로 작동되도록 하는 배기가스 재순환 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배기가스 재순환 시스템은, 엔진 내부에 형성된 실린더 내로 연소용 공기가 통과하는 흡기 라인, 상기 실린더에서 발생된 배기가스가 통과하는 배기 라인, 상기 배기 라인을 통과하는 배기가스를 상기 흡기 라인으로 재순환시키는 저압 이지알 라인, 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 상기 흡기 라인으로 재순환되는 배기가스에 포함된 유해배기가스 중 HC/CO를 정화하는 정화장치, 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 냉각 기능을 수행하는 이지알쿨러, 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 일물질을 필터링하는 이지알필터, 및 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 재순환 배기가스 흐름을 제어하는 이지알 밸브; 를 포함하고, 상기 흡기 라인과 상기 저압 이지알 라인이 합류하는 지점에서 상기 흡기 라인의 하류측으로 터보차저의 펌프가 장착되고, 상기 배기 라인과 상기 저압 이지알 라인이 분기되는 지점에서 상기 배기 라인의 상류측으로 상기 터보차저의 터빈이 장착된다.
상기 저압 이지알 라인이 분기되는 분기점과 상기 터빈 사이 상기 배기 라인에 디젤필터촉매(DPF: diesel particulate filter)가 배치되고, 상기 분기점 하류측에 NOx 정화장치가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 터보차저의 상기 터빈 상류측 상기 배기 라인에서 분기되어 스로틀밸브의 하류측 상기 흡기 라인으로 합류되는 고압 이지알 라인을 더 포함한다.
상기 저압 이지알 라인은 상기 터보장치의 상기 펌프의 상류측 상기 흡기라인으로 합류되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 재순환 시스템에 의하면, 이지알시스템으로 HC/CO의 유입이 저감되어 이지알시스템의 열화, 터보차저의 콤퓨레서 손상, 및 엔진제어불안정 등을 개선할 수 있다.
아울러, 재순환되는 배기가스에 포함된 HC의 저감으로 이지알시스템과 관련된 각종 부품의 내구성을 향상시켜 상품성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명 하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 배기 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배기 시스템은, 엔진(100), 흡기 라인(105), 배기 라인(110), 저압 이지알 라인(115), 고압 이지알 라인(117), 인터 쿨러(120), 스로틀 밸브(125), DPF(130), NOx 정화장치(135), HC/CO 정화장치(140), 저압 이지알 쿨러(145), 필터(150), 저압 이지알 밸브(155), 터보차저(160), 터빈(160a)과 펌프(160b)를 포함하는 터보차저(160), 고압 이지알 밸브(165), 및 고압 이지알 쿨러(170)를 포함한다.
외부공기가 엔진으로 유입되는 상기 흡기 라인(105)에는 상기 인터 쿨러(120)와 상기 스로틀 밸브(125)가 순차적으로 배치되고, 상기 배기 라인에는 상기 DPF와 상기 NOx 정화장치가 순차적으로 배치된다.
그리고, 상기 DPF(130)의 상류측에는 상기 터보차저(160)의 상기 터빈(160a)이 장착되고, 상기 인터 쿨러(120)의 하류측에는 상기 터빈(160a)에 의해서 작동되는 상기 펌프(160b)가 장착된다.
저압의 배기가스가 재순환되는 상기 저압 이지알 라인(115)은 상기 DPF(130)와 상기 NOx 정화장치(135) 사이 상기 배기 라인(110)에서 분기되어 상기 펌프(160b)의 하류측 상기 흡기 라인(105)으로 합류된다.
상기 저압 이지알 라인(115)에는 상기 HC/CO 정화장치(140), 상기 저압 이지알 쿨러(145), 상기 필터(150), 및 상기 저압 이지알 밸브(155)가 순차적으로 배치 된다. 배치순서는 실시예에 따라서 변경될 수 있음은 당연하다.
고압의 배기가스가 재순환되는 상기 고압 이지알 라인(117)은 상기 터보차저(160)의 상기 터빈(160a)의 상류측 상기 배기 라인(110)에서 분기되어 상기 스로틀 밸브(125)의 하류측 상기 흡기 라인(105)으로 합류된다.
그리고, 상기 고압 이지알 라인(117)에는 상기 고압 이지알 쿨러(170)와 상기 고압 이지알 밸브(165)가 순차적으로 배치된다.
상기 배기 라인(110)을 통해서 흐르는 배기가스의 일부는 상기 저압 이지알 라인(115)을 통해서 상기 흡기 라인(105)으로 재순환되는데, 이 재순환되는 배기가스는 상기 저압 이지알 쿨러(145), 상기 필터(150), 상기 저압 이지알 밸브(155), 상기 펌프(160b), 상기 인터 쿨러(120), 및 상기 스로틀 밸브(125)를 거쳐 상기 엔진(100)으로 유입된다.
특히, 상기 DPF(130)를 재생시키기 위해서 연료가 더 분사되는 경우 재순환되는 배기가스에는 HC/CO가 다량 함유되어 있으며, 이러한 HC/CO의 일부는 상기 저압 이지알 라인(115)과 상기 흡기 라인(105)에 배치된 각종 부품표면에 부착되거나 산소와 연소 반응하여 부품에 열 충격을 줄 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 저압 이지알 라인(115)의 입구측에 상기 HC/CO 정화장치(140)가 배치되고, 상기 HC/CO 정화장치(140)는 재순환되는 배기가스에 포함된 HC/CO를 촉매성분을 이용하여 제거하게 된다.
상기 저압 이지알 라인(115)과 상기 흡기 라인(105)에 설치된 각종 부품들을 보호하기 위해서 상기 필터(150)가 장착되지만, 상기 필터(150)는 메쉬 타입으로써 입자크기가 큰 입자상 물질을 포집하지만, 재순환되는 배기가스에 포함된 HC/CO를 제거하지 못하는 단점을 가지고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 고압 이지알 라인(117)에는 별도의 정화장치가 배치되지 않으나, 실시예에 따라서 배기가스 정화장치가 추가로 장착될 수 있음은 당연하다.
그러나, 상기 고압 이지알 라인(117)을 지나는 배기가스는 상기 흡기 라인(105)에 구비된 상기 펌프(160b), 상기 인터 쿨러(120), 및 상기 스로틀 밸브(125)를 지나지 않기 때문에 기능과 비용측면에서 유리하지 않다고 판단된다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 DPF(130)는 Diesel Particulate Filter의 약자로써, 디젤촉매필터라고도 불리우며 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 설정된 온도에서 포집된 입자상 물질을 내부에 함유된 촉매를 이용하여 제거하는 기능을 수행한다.
상기 DPF(130)의 구조와 화학적인 기능은 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 아울러, 상기 HC/CO 정화장치(140)와 상기 NOx 정화장치(135)에 대한 구조와 기능도 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
이지알시스템과 엔진으로 HC/CO의 유입이 저감되어 이지알시스템의 열화, 터보차저의 콤퓨레서 손상, 및 엔진제어불안정 등을 개선할 수 있다. 아울러, 이지알시스템과 관련된 각종 부품의 내구성을 향상시켜 차량의 내구성과 상품성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 NOx 정화장치(135)는, LNT, NSR, UREA-SCR, 및 HC-SCR을 포함하여 다른 종류로 적용될 수 있음은 당연하다.
그리고, UREA 또는 HC 분사를 위한 분사모듈, 후 분사를 위한 포스트인젝터가 추가로 적용될 수 있다.
상기 HC/CO 정화장치(140)는 트랩(trap)형태에 촉매(catalyst) 성분을 함유함으로써 상기 저압 이지알 라인(115)으로 유입되는 HC/CO를 제거하여 시스템의 내구성과 엔진 제어 안정성을 확보한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 배기 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 엔진
105: 흡기 라인
110: 배기 라인
115: 저압 이지알 라인
117: 고압 이지알 라인
120: 인터 쿨러
125: 스로틀 밸브
130: DPF
135: NOx 정화장치
140: HC/CO 정화장치
145: 저압 이지알 쿨러
150: 필터
155: 저압 이지알 밸브
160: 터보차저
160a: 터빈
160b: 펌프
165: 고압 이지알 밸브
170: 고압 이지알 쿨러

Claims (4)

  1. 엔진 내부에 형성된 실린더 내로 연소용 공기가 통과하는 흡기 라인;
    상기 실린더에서 발생된 배기가스가 통과하는 배기 라인;
    상기 배기 라인을 통과하는 배기가스를 상기 흡기 라인으로 재순환시키는 저압 이지알 라인;
    상기 저압 이지알 라인에 설치되어 상기 흡기 라인으로 재순환되는 배기가스에 포함된 유해배기가스 중 HC/CO를 정화하는 정화장치;
    상기 저압 이지알 라인에 설치되어 냉각 기능을 수행하는 이지알쿨러;
    상기 저압 이지알 라인에 설치되어 일물질을 필터링하는 이지알필터; 및
    상기 저압 이지알 라인에 설치되어 재순환 배기가스 흐름을 제어하는 이지알 밸브; 를 포함하고,
    상기 흡기 라인과 상기 저압 이지알 라인이 합류하는 지점에서 상기 흡기 라인의 하류측으로 터보차저의 펌프가 장착되고, 상기 배기 라인과 상기 저압 이지알 라인이 분기되는 지점에서 상기 배기 라인의 상류측으로 상기 터보차저의 터빈이 장착되는 배기가스 재순환 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 저압 이지알 라인이 분기되는 분기점과 상기 터빈 사이 상기 배기 라인에 디젤필터촉매(DPF: diesel particulate filter)가 배치되고, 상기 분기점 하류 측에 NOx 정화장치가 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 터보차저의 상기 터빈 상류측 상기 배기 라인에서 분기되어 스로틀밸브의 하류측 상기 흡기 라인으로 합류되는 고압 이지알 라인을 더 포함하는 배기가스 재순환 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 저압 이지알 라인은 상기 터보차저의 상기 펌프의 상류측 상기 흡기라인으로 합류되는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 시스템.
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