KR101846873B1

KR101846873B1 - 엔진 시스템

Info

Publication number: KR101846873B1
Application number: KR1020160052107A
Authority: KR
Inventors: 김한상; 최추생; 김성식; 한봉훈; 박정주; 김우태
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2018-05-24
Also published as: US10415516B2; CN107339168B; US20170314517A1; CN107339168A; KR20170123018A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진; 상기 연소실로 공급되는 신기가 유입되는 흡기 라인; 상기 흡기 라인을 통해 공급되는 상기 다수의 연소실로 공급하는 흡기 매니폴드; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인; 상기 배기 라인에서 분기되어 상기 흡기 라인으로 합류하는 재순환 라인; 및 상기 재순환 라인과 상기 흡기 라인이 합류하는 지점에 설치되는 연결 파이프; 및 상기 연결 파이프와 상기 흡기 매니폴드를 연결하고 상기 연결 파이프에서 생성된 응축수가 흐르는 워터 라인;을 포함할 수 있다.

Description

엔진 시스템 {ENGINE SYSTEM}

본 발명은 엔진 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 EGR 가스와 신기가 만나는 터보차저에서 발생하는 응축수를 엔진의 연소실로 분사하는 엔진 시스템에 관한 것이다.

자동차의 엔진은 외부로부터 유입된 공기를 연료와 적절한 비율로 혼합하여 연소시켜 동력을 발생한다.

엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 이를 위해, 엔진의 연소 효율을 높이기 위해 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보차저 (turbocharger)가 사용되고 있다.

일반적으로 터보차저는 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 터빈을 돌린 후, 그 회전력을 이용하여 연소실로 고압의 공기를 공급하여 엔진의 출력을 높이는 장치이다. 터보차저는 대부분의 디젤 엔진에 적용되고 있으며, 최근에는 가솔린 엔진에도 적용되고 있다.

또한, 배기 가스에 포함된 질소산화물(nitrous oxide; NOx)은 주요한 대기오염물질로 규제되고 있으며, 이러한 NOx의 배출을 줄이기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.

배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 시스템은 유해 배기가스의저감을 위해 차량에 장착되는 시스템이다. 일반적으로, NOx는 혼합기 중에 공기의 비율이 높아서 연소가 잘될 때 증가한다. 따라서, 배기가스 재순환 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부(예를 들어 5~20%)를 다시 혼합기에 섞어 혼합기 속의 산소량을 줄이고 연소를 방해하여 NOx의 발생을 억제하는 시스템이다.

대표적인 배기가스 재순환 시스템으로 저압 EGR(low pressure EGR) 장치가 있다. 저압 EGR 장치는 터보차저의 터빈을 통과한 배기가스를 컴프레서 전단의 흡기 통로로 재순환시킨다.

그러나 배기가스 재순환 시스템에 의해 재순환되는 배기 가스는 일반적으로 온도와 습도가 매우 높다. 따라서, 재순환되는 고온의 배기 가스와 외부에서 유입되는 저온의 신기가 혼합될 때, 응축수가 발생한다. 이때, 발생하는 응축수는 배기 가스에 포함된 각종 유해 성분으로 인해 산성도가 매우 높다.

이러한 응축수가 고속으로 회전하는 컴프레서 휠에 부딪혀 컴프레서 휠을 파손시키는 문제가 발생한다. 종래에는, 컴프레서 휠이 파손되는 것을 방지하기 위해 컴프레서 휠에 파손과 부식을 방지를 위한 코팅을 하는데, 코팅 비용의 발생으로 인해 차량의 제조 원가가 상승하는 문제가 발생한다.

또한, 산성도가 높은 응축수로 인해 배기 가스가 흐르는 주변 부품이 부식되는 문제가 발생하며, 응축수가 엔진의 연소실로 유입되면, 연소가 불안정해지는 문제가 발생한다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 재순환되는 배기 가스와 신기에 의해 발생하는 응축수를 배출시킬 수 있는 엔진 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진; 상기 연소실로 공급되는 신기가 유입되는 흡기 라인; 상기 흡기 라인을 통해 공급되는 상기 다수의 연소실로 공급하는 흡기 매니폴드; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인; 상기 배기 라인에서 분기되어 상기 흡기 라인으로 합류하는 재순환 라인; 및 상기 재순환 라인과 상기 흡기 라인이 합류하는 지점에 설치되는 연결 파이프; 및 상기 연결 파이프와 상기 흡기 매니폴드를 연결하고 상기 연결 파이프에서 생성된 응축수가 흐르는 워터 라인;을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템은 상기 워터 라인에 구비되어 상기 워터 라인을 선택적으로 차단하는 워터 밸브;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템은 상기 연결 파이프에서 생성된 응축수를 상기 엔진의 연소실로 분사하는 분사 장치;를 더 포함할 수 있다.

상기 분사 장치는 상기 연결 파이프와 상기 흡기 매니폴드를 연결하고 상기 연결 파이프에서 생성된 응축수가 흐르는 워터 라인; 상기 워터 라인에 구비되어 상기 연결 파이프에서 발생한 응축수를 펌핑하는 워터 펌프; 및 상기 워터 펌프를 통해 펌핑된 응축수를 상기 흡기 매니폴드로 분사하는 인젝터;를 포함할 수 있다.

상기 흡기관에는 다수의 연통홀이 형성되고, 상기 재순환관은 상기 연통홀을 통해 상기 흡기관과 연통할 수 있다.

상기 흡기관은 일정한 직경을 갖는 원통 형상으로 형성되는 상류부; 상기 상류부의 직경보다 작은 직경의 원통 형상으로 형성되는 하류부; 및 상기 상류부와 상기 하류부를 연결하는 연결부;를 포함하고, 상기 연통홀은 상기 연결부와 상기 하류부가 맞닿는 부분에 형성될 수 있다.

상기 연통홀의 전체 면적은 상기 재순환 라인의 단면적과 동일하게 형성될 수 있다.

상기 흡기관의 외주에는 냉각 핀이 형성될 수 있다.

상기 냉각 핀은 상기 연결부와 상기 하류부의 외주면에 형성될 수 있다.

상기 배기 라인에 구비되고 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈; 및 상기 흡기 라인에 구비되고 상기 터빈과 연동하여 회전하고 외기를 압축하는 컴프레서;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 엔진 시스템에 의하면, 재순환 가스와 신기에 의해 발생하는 응축수를 엔진의 연소실로 분사함으로써, 응축수에 의해 주변 부품이 부식되는 것을 방지하고 엔진의 연소 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 재순환 가스와 신기에 의해 발생하는 응축수를 엔진의 연소실로 분사함으로써, 연소실을 온도를 낮추고 카본 퇴적물을 제거함으로써 노킹과 같은 비정상 연소가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연결 파이프의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연결 파이프의 구성을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡기관의 해석 결과를 도시한 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 엔진 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 엔진 시스템(이하, '엔진 시스템'이라 한다)은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실(21)을 포함하는 엔진(20), 상기 연소실(21)로 공급되는 신기가 유입되는 흡기 라인(10), 상기 흡기 라인(10)을 통해 공급되는 상기 다수의 연소실(21)로 공급하는 흡기 매니폴드(12), 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인(30), 상기 배기 라인(30)에서 분기되어 상기 흡기 라인(10)으로 합류하는 재순환 라인(40), 상기 재순환 라인(40)과 상기 흡기 라인(10)을 연결하는 연결 파이프(100), 및 상기 연결 파이프(100)와 상기 흡기 매니폴드(12)를 연결하고 상기 연결 파이프에서 생성된 응축수가 흐르는 워터 라인(210)을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템은 상기 워터 라인에 구비되어 상기 워터 라인을 선택적으로 차단하는 워터 밸브(240)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 워터 밸브(240)가 개방되는 상기 워터 라인(210)을 따라 상기 흡기 매니폴드(12)로 응축수가 공급되고, 상기 워터 밸브(240)가 차단되면 상기 워터 라인(210)을 따라 상기 흡기 매니폴드(12)로 응축수가 공급되지 않는다.

상기 워터 밸브(240)는 엔진이 정상적인 동작을 할 때 개방될 수 있고, 연소실 내부의 부압에 의해 상기 연결 파이프에서 생성된 응축수는 상기 워터 라인(210)을 거쳐 상기 흡기 매니폴드(12)로 이동하고, 연소실(21) 내부로 공급될 수 있다.

그리고 상기 워터 펌프(240)는 엔진이 아이들 상태이거나, 고부하 영역이거나, 또는 연결 파이프(100)에 생성된 응축수량이 많을 때 부압이 충분하지 않기 때문에 상기 흡기 매니폴드(12) 내부에 응축수가 고여있을 수 있다. 따라서, 상기 워터 밸브(240)는 차단될 수 있다.

이러한 경우, 상기 워터 밸브(240)를 개방하고 후술할 분사 장치(200)를 통해 강제적으로 응축수를 흡기 매니폴드(12)를 통해 연소실(21)로 공급할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템은 상기 연결 파이프에서 생성된 응축수를 상기 엔진의 연소실로 분사하는 분사 장치(200)를 더 포함할 수 있다.

상기 배기 라인(30)에는 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스에 포함된 각종 물질을 정화시키는 배기 가스 정화 장치가 구비된다. 상기 배기 가스 정화 장치는 질소 산화물을 정화하기 위한 LNT(lean NOx trap), 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst) 및 디젤 매연 필터(diesel particulate filter)를 포함할 수 있다.

상기 엔진 시스템은 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스를 상기 연소실(21)로 재순환시키는 EGR 장치(exhaust gas recirculation apparatus)를 포함한다. 상기 EGR 장치는 상기 배기 라인(30)에서 분기하여 상기 흡기 라인(10)으로 합류하는 재순환 라인(40), 상기 재순환 라인(40)에 설치되는 EGR 쿨러(54), 및 상기 재순환 라인(40)에 설치되는 EGR 밸브(52)를 포함한다. 상기 EGR 쿨러(54)는 상기 재순환 라인(40)을 통해 재순환되는 배기 가스(이하, '재순환 가스'라 한다)를 냉각시킨다. 상기 EGR 밸브(52)를 통해 상기 재순환 라인(40)을 통해 재순환 되는 재순환 가스량이 조절된다.

상기 엔진 시스템은 상기 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 신기와 EGR 장치를 통해 재순환되는 재순환 가스를 압축하여 상기 연소실(21)로 공급하는 터보차저(70)를 포함한다. 상기 터보차저(70)는 상기 배기 라인(30)에 구비되고 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈(71), 및 상기 흡기 라인(10)에 구비되고 상기 터빈(71)과 연동하여 회전하고 재순환 가스와 흡기를 압축하는 컴프레서(73)를 포함한다.

상기 터빈(71)은 터빈 하우징과 상기 터빈 하우징의 내부에 설치되어 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈 휠을 포함한다. 상기 컴프레서(73)는 컴프레서 하우징과 상기 컴프레서 하우징의 내부에 설치되고 상기 터빈 휠과 연동하여 회전하는 컴프레서 휠을 포함한다. 상기 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 신기와 상기 재순환 라인(40)을 통해 유입되는 재순환 가스는 상기 컴프레서 휠의 회전에 의해 압축되고, 압축된 공기는 상기 연소실(21)로 공급된다.

이하에서는, 상기 흡기 라인(10)과 상기 재순환 라인(40)을 연결하는 연결 파이프(100)의 구성에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연결 파이프(100)의 구성을 도시한 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연결 파이프(100)의 구성을 도시한 평면도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연결 파이프(100)는 상기 재순환 라인(40)과 상기 흡기 라인(10)이 합류하는 지점에 설치된다.

상기 연결 파이프(100)는 상기 흡기 라인(10)과 연통하는 흡기관(110), 및 상기 재순환 라인(40)과 연통하고 상기 흡기부의 외주를 감싸도록 형성되며 상기 흡기관(110)과 연통하는 재순환관(130)을 포함한다. 상기 흡기관(110)의 외측과 상기 재순환관(130)의 사이에는 공간이 형성된다.

상기 흡기관(110)은 일정한 직경을 갖는 원통 형상으로 형성되는 상류부(111), 상기 상류부(111)의 직경보다 작은 직경의 원통 형상으로 형성되는 하류부(115), 및 상기 상류부(111)와 상기 하류부(115)를 연결하는 연결부(113)를 포함한다.

상기 흡기관(110)에는 다수의 연통홀(120)이 형성되고, 상기 재순환관(130)은 상기 연통홀(120)을 통해 상기 흡기관(110)과 연통한다. 이때, 상기 다수의 연통홀(120)은 상기 연결부(113)와 상기 하류부(115)가 맞닿는 부분에 형성되는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡기관의 해석 결과를 도시한 도면이다. 도 4는 상기 흡기관(110)을 흐르는 신기의 압력을 해석한 결과이다.

도 4를 참조하면, 상기 흡기관(110)을 흐르는 유체(외부에서 유입되는 신기)는 연결부(113)와 하류부(115)가 만나는 부분('X' 표시부 참조)에서 압력이 작아지는 것을 알 수 있다. 이는 상기 하류부(115)의 직경이 상기 상류부(111)의 직경보다 작기 때문에, 상기 연결부(113)와 상기 하류부(115)가 만나는 지점에서 신기의 속도가 빨라지지만 신기의 압력은 감소하는 일종의 베르누이 효과가 발생하기 때문이다.

이와 같이, 상기 연결부(113)와 상기 하류부(115)가 만나는 지점에서 신기의 압력이 감소하기 때문에 상기 재순환관(130)을 통해 유입되는 상대적으로 높은 압력의 재순환 가스가 상기 연통홀(120)을 통해 상기 흡기관(110)으로 원활하게 유입될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연통홀(120)과 재순환 라인(40)의 단면적과의 관계를 도시한 그래프이다. 도 5에서 가로축은 상기 전체 연통홀(120)의 면적과 상기 재순환 라인(40)의 단면적의 면적 비율(즉, 전체 연통홀(120)의 면적/재순환 라인(40)의 단면적)이고, 세로축은 상기 연통홀(120)을 통해 상기 흡기관(110)으로 유입되는 재순환 가스의 양을 나타낸다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 면적 비율이 증가할수록 상기 연통홀(120)을 통해 상기 흡기관(110)으로 유입되는 재순환 가스의 양이 증가하다가, 상기 면적 비율이 100%이상인 경우에는 상기 연통홀(120)을 통해 상기 흡기관(110)으로 유입되는 재순환 가스의 양의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다.

상기 면적 비율이 100% 이상이면, 상기 흡기관(110)의 강성이 약해질 수 있기 때문에, 상기 다수의 연통홀(120)의 전체 면적은 상기 재순환 라인(40)의 단면적과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

다시, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 흡기관(110)의 외주에는 다수의 냉각 핀(117)이 형성된다. 상기 냉각 핀(117)은 상기 흡기관(110)의 외주를 따라 원판 형상으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 냉각 핀(117)은 다른 모양으로 형성될 수 있음은 물론이다.

상기 냉각 핀(117)은 상기 연결부(113)와 상기 하류부(115)의 외주면에 형성될 수 있다. 상기 냉각 핀(117)에 의해 상기 재순환 라인(40)을 통해 유입되는 고온(예를 들어, 섭씨 100~150도) 다습한 재순환 가스가 상대적으로 저온(예를 들어, 섭씨 25도)의 신기가 흐르는 흡기 라인(10)과 접촉할 때 응축수 발생이 원활하게 이루어진다.

즉, 상기 냉각 핀(117)에 의해 상대적으로 고온 다습한 재순환 가스가 상대적으로 저온의 신기가 흐르는 흡기 라인(10)과 접촉하는 접촉 면적이 증가하기 때문에, 재순환 가스에 포함된 습기에 의해 응축수 발생이 원활하게 이루어진다.

한편, 상기 분사 장치(200)는 워터 라인(210), 상기 워터 라인(210)이 구비되는 워터 펌프(220), 및 상기 워터 라인(210)을 흐르는 응축수를 흡기 매니폴드(12)의 내부로 분사하는 인젝터(230)를 포함한다.

상기 워터 라인(210)은 상기 연결 파이프의 재순환관(130)과 상기 흡기 매니폴드(12)를 연결하고, 상기 워터 라인(210)에는 상기 연결 파이프(100)의 재순환관(130)의 하부에 고인 응축수가 흐르게 된다.

상기 워터 펌프(220)는 상기 워터 라인(210)에 장착되어 상기 연결 파이프(100)의 재순환관(130)에 고인 응축수를 상기 인젝터(230)로 펌핑한다. 일반적으로, 엔진의 운전 영역에 따라 흡기 매니폴드(12)에 상기 응축수를 공급하기 위한 충분한 부압이 형성되지 않는 경우(예를 들어, 고부하 영역)가 있기 때문에, 상기 워터 펌프(220)를 통해 응축수를 펌핑한다.

상기 인젝터(230)는 상기 워터 펌프(220)를 통해 펌핑된 응축수를 상기 흡기 매니폴드(12) 내부로 분사한다. 상기 인젝터(230)는 상기 워터 펌프(220)를 통해 펌핑된 응축수를 무화(atomization)시켜 상기 흡기 매니폴드(12) 내부로 분사한다. 이와 같이, 상기 인젝터(230)를 통해 분사되는 응축수는 상기 흡기 매니폴드(12) 내부의 카본 퇴적물을 제거함으로써, 연소실에서 발생하는 노킹(knocking)과 같은 이상 연소가 발생하여 엔진의 연소 안정성 및 연비를 향상시킬 수 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템의 동작에 대해 구체적으로 설명한다.

상기 엔진(20)의 연소실(21)에서는 연료의 연소에 의해 구동력이 발생되고, 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스는 상기 배기 라인(30)을 통해 배출된다.

상기 배기 라인(30)을 흐르는 배기 가스의 일부는 상기 배기 라인(30)에서 분기되어 상기 흡기 라인(10)으로 합류하는 재순환 라인(40)으로 유입된다.

상기 재순환 라인(40)을 흐르는 재순환 가스는 상기 흡기 라인(10)을 흐르는 신기와 혼합되어 상기 엔진(20)의 연소실(21)로 공급된다. 이때, 상기 재순환 가스와 신기는 터보차저(70)의 컴프레서(73)에 의해 압축되어 상기 엔진(20)의 연소실(21)로 공급될 수 있다.

한편, 상기 재순환 라인(40)을 흐르는 재순환 가스는 외부에서 유입되는 신기에 비해 상대적으로 고온 다습하고, 상기 흡기 라인(10)을 통해 외부에서 유입되는 신기는 상대적으로 저온이다.

따라서, 상기 재순환 라인(40)을 통해 상기 재순환관(130)으로 유입된 고온 다습한 재순환 가스가 신기가 흐르는 상대적으로 저온의 상기 흡기 라인(10)과 접촉하면서 응축수가 발생하게 된다. 이때, 상기 흡기관(110)의 외주면에 형성되는 다수의 냉각 핀(117)에 의해 재순환 가스와 흡기관(110)의 접촉 면적이 커져 응축수 발생이 원활하게 이루어진다.

이때, 발생한 응축수는 상기 재순환관(130)의 하부에 고이게 되고, 상기 워터 라인(210)을 통해 상기 연소실(21)로 공급된다.

엔진이 정상작동 중일 때는, 상기 워터 라인(210)에 구비된 워터 밸브(240)를 개방하고 부압에 의해 응축수가 워터 라인(210)과 흡기 매니폴드(12)를 거쳐 연소실로(12)로 공급될 수 있다.

만약, 엔진이 아이들 상태이거나 응축수 량이 많을 경우, 응축수는 상기 분사 장치(200)를 통해 흡기 매니폴드(12)와 연소실(12) 내부로 분사된다.

한편, 응축수 발생으로 인해 상대적으로 습도가 낮아진 재순환 가스는 상기 흡기관(110)에 형성된 다수의 연통홀(120)을 통해 상기 흡기관(110)으로 유입되고 외부에서 유입되는 신기와 혼합된다. 이때, 상기 연통홀(120)이 상기 연결부(113)와 상기 하류부(115)가 맞닿는 부분(즉, 흡기 라인(10)을 흐르는 신기의 압력이 가장 작은 부분)에 형성되기 때문에, 재순환관(130)을 흐르는 재순환 가스가 상기 흡기관(110)으로 원활하게 유입될 수 있다.

재순환 가스와 혼합된 신기는 상기 흡기 라인(10)을 따라 상기 터보차저(70)의 컴프레서(73)로 유입되어 압축되고, 압축된 재순환 가스와 신기는 상기 연소실(21)로 공급된다.

이와 같이, 고온 다습한 재순환 가스가 신기와 혼합되기 전에 차가운 흡기관(110)과 접촉하여 응축수가 발생하도록 함으로써, 재순환 가스의 습도를 낮출 수 있다. 습도가 낮아진 재순환 가스가 신기와 혼합될 때, 응축수가 거의 발생하지 않기 때문에 컴프레서 휠과 같은 주변 부품을 부식시키거나 컴프레서 휠을 파손시키는 문제를 발생할 수 있다.

한편, 상기 재순환관(130)의 하부에 고인 응축수는 상기 워터 펌프(220)를 통해 상기 인젝터(230)로 펌핑된다.

상기 인젝터(230)는 상기 워터 펌프(220)를 통해 펌핑된 응축수를 무화시켜 상기 흡기 매니폴드(12)와 연소실(12)의 내부로 분사한다. 상기 인젝터(230)에 의해 분사된 응축수는 상기 흡기 매니폴드(12)와 연소실(12) 내부의 카본 퇴적물을 제거한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템은 고온 다습한 재순환 가스와 상대적으로 저온의 신기에 의해 발생하는 응축수를 흡기 매니폴드(12)로 무화시켜 분사함으로써, 응축수에 의해 발생하는 터보차저의 컴프레서 휠과 같은 주변 부품의 부식과 컴프레서 휠의 파손을 방지할 수 있다.

또한, 재순환 가스와 신기의 혼합에 의해 발생하는 응축수를 인젝터(230)를 통해 흡기 매니폴드(12) 내부로 분사함으로써, 흡기 라인과 흡기 매니폴드(12)의 카본 퇴적물을 주기적으로 세척할 수 있고, 이로 인해, 연소실에서 노킹과 같은 이상 연소 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 흡기 라인
12: 흡기 매니폴드
20: 엔진
21: 연소실
30: 배기 라인
40: 재순환 라인
52: EGR 밸브
54: EGR 쿨러
70: 터보차저
71: 터빈
73: 컴프레서
100: 연결 파이프
110: 흡기관
111: 상류부
113: 연결부
115: 하류부
117: 냉각 핀
120: 연통홀
130: 재순환관
200: 분사 장치
210: 워터 라인
220: 워터 펌프
230: 인젝터
240: 워터 밸브

Claims

연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실을 포함하는 엔진;
상기 연소실로 공급되는 신기가 유입되는 흡기 라인;
상기 흡기 라인을 통해 공급되는 상기 다수의 연소실로 공급하는 흡기 매니폴드;
상기 연소실에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인;
상기 배기 라인에서 분기되어 상기 흡기 라인으로 합류하는 재순환 라인;
상기 재순환 라인과 상기 흡기 라인이 합류하는 지점에 설치되는 연결 파이프; 및
상기 연결 파이프와 상기 흡기 매니폴드를 연결하고 상기 연결 파이프에서 생성된 응축수가 흐르는 워터 라인;
를 포함하고,
상기 연결 파이프는
상기 흡기 라인과 연통하는 흡기관; 및
상기 재순환 라인과 연통하고 상기 흡기관의 외주를 감싸도록 형성되어 상기 흡기관과 연통하는 재순환관;
을 포함하는 엔진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 워터 라인에 구비되어 상기 워터 라인을 선택적으로 차단하는 워터 밸브;
를 더 포함하는 엔진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 연결 파이프에서 생성된 응축수를 상기 엔진의 연소실로 분사하는 분사 장치;
를 더 포함하는 엔진 시스템.
제3항에 있어서,
상기 분사 장치는
상기 워터 라인에 구비되어 상기 연결 파이프에서 발생한 응축수를 펌핑하는 워터 펌프; 및
상기 워터 펌프를 통해 펌핑된 응축수를 상기 흡기 매니폴드로 분사하는 인젝터;
를 포함하는 엔진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 흡기관에는 다수의 연통홀이 형성되고,
상기 재순환관은 상기 연통홀을 통해 상기 흡기관과 연통하는 엔진 시스템.
제5항에 있어서,
상기 흡기관은
일정한 직경을 갖는 원통 형상으로 형성되는 상류부;
상기 상류부의 직경보다 작은 직경의 원통 형상으로 형성되는 하류부; 및
상기 상류부와 상기 하류부를 연결하는 연결부;
를 포함하고,
상기 연통홀은 상기 연결부와 상기 하류부가 맞닿는 부분에 형성되는 엔진 시스템.
제5항에 있어서,
상기 연통홀의 전체 면적은 상기 재순환 라인의 단면적과 동일하게 형성되는 응축수 배출을 위한 엔진 시스템.
제6항에 있어서,
상기 흡기관의 외주에는 냉각 핀이 형성되는 엔진 시스템.
제8항에 있어서,
상기 냉각 핀은
상기 연결부와 상기 하류부의 외주면에 형성되는 엔진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 배기 라인에 구비되고 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈; 및
상기 흡기 라인에 구비되고 상기 터빈과 연동하여 회전하고 외기를 압축하는 컴프레서;
를 포함하는 엔진 시스템.