KR102119778B1 - Ｅｇｒ용 과급시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 엔진에서 배출되는 배기가스에 의해 메인터빈이 회전하고, 상기 메인터빈과 연동하여 회전하는 메인압축기에 의해 공기를 압축하여 엔진에 공급하는 메인터보차져; 및 상기 배기가스에 의해 EGR터빈이 회전하고, 상기 EGR터빈과 연동하여 회전하는 EGR압축기에 의해 EGR가스를 압축하여 엔진에 공급하는 EGR터보차져;를 포함하여 구성되는 EGR용 과급시스템이 소개된다.

Description

ＥＧＲ용 과급시스템{BOOSTING SYSTEM FOR EXHAUST-GAS RECIRCULATION}

본 발명은 EGR용 과급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터보차져를 이용한 EGR가스의 공급을 통해 EGR사용 자유도를 높이도록 한 EGR용 과급시스템에 관한 것이다.

EGR시스템은 배기가스 내의 NOx를 저감하는 방법의 하나로, 불활성인 배기가스의 일부를 흡입 계통으로 재순환시키게 됨으로써, 엔진에 흡입되는 혼합 가스에 혼합시켜 연소 시의 최고 온도를 내리게 되고, 이로 인해 NOx의 생성을 저감하는 것이다.

이러한, EGR시스템은 도 1과 같이 흡기매니폴드(101)와 배기매니폴드(103) 사이에 EGR통로(105)가 마련되고, 상기 EGR통로(105)에 설치된 EGR밸브(107)를 제어하여, 엔진에 재순환되는 EGR량을 조절하게 된다.

일례로, 미리 설정된 특성곡선에서 엔진의 운전조건에 따라 EGR밸브의 전/후단 압력 차이가 발생되는데, 이 같은 압력 차이에 의해 EGR밸브의 개폐량을 결정함으로써, EGR률을 제어하는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 EGR시스템은 엔진 운전조건에 의해 EGR사용이 가능한 주행영역이 자연적으로 결정되는바, EGR사용이 가능한 주행영역의 압력 수준을 벗어나는 경우에는 EGR사용이 불가능한 문제가 있었다.

즉, 차량의 고과급압이 필요한 주행영역이나, 저속 저부하 주행영역과 같이 EGR밸브의 전/후단 압력차이가 미소한 경우에는, EGR의 사용이 가능한 압력수준을 벗어나게 됨으로써, EGR의 사용 자유도가 떨어지는 문제가 있는 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2003-0020839 A

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 터보차져를 이용한 EGR가스의 공급을 통해 EGR사용 자유도를 높이도록 한 EGR용 과급시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 엔진에서 배출되는 배기가스에 의해 메인터빈이 회전하고, 상기 메인터빈과 연동하여 회전하는 메인압축기에 의해 공기를 압축하여 엔진에 공급하는 메인터보차져; 및 상기 배기가스에 의해 EGR터빈이 회전하고, 상기 EGR터빈과 연동하여 회전하는 EGR압축기에 의해 EGR가스를 압축하여 엔진에 공급하는 EGR터보차져;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 메인터보차져의 전단에 EGR터보차져가 배치되고, 상기 EGR터빈에 유입되는 배기가스의 유량을 조절하도록 과급압조절기가 설치되며, 상기 EGR터보차져는 메인터보차져보다 과급용량이 작은 것일 수 있다.

상기 엔진에서 EGR터빈 및 메인터빈의 출구 측으로 이어지도록 배기라인이 연결되고, 상기 메인터빈의 출구 측으로 이어진 배기라인의 일부에는 상기 EGR압축기로 분기되는 EGR라인이 연결되며, 상기 EGR라인에 EGR밸브가 설치될 수 있다.

상기 메인터빈의 출구측에 연결된 배기라인에서 상기 EGR라인으로 분기되는 지점의 전단에 후처리장치가 설치될 수 있다.

외부의 공기가 메인터빈에 유입되도록 흡기라인이 마련되고, 상기 흡기라인의 일부에는 상기 EGR밸브로 분기되는 흡기분기라인이 연결될 수 있다.

상기 EGR압축기에 의해 압축된 EGR가스는 상기 메인압축기에 공급되어, 상기 메인압축기에 의해 압축된 공기와 함께 엔진에 공급될 수 있다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 2개의 터보차져 중 과급용량이 작은 EGR터보차져를 이용하여 EGR가스를 압축하여 메인압축기에 공급하고, 메인압축기에서는 공기 및 EGR가스를 함께 압축하여 엔진에 과급함으로써, 엔진운전조건에 따른 EGR밸브의 전/후단 압력 차이가 미소한 운전영역에서도 EGR가스의 공급이 가능하고, 이에 따라 EGR사용 가능영역을 확장하여 EGR사용에 따른 효율을 더욱 향상시키는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 EGR시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 EGR과급시스템의 전체적인 구성과, EGR가스의 공급 흐름을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 EGR용 과급시스템은 크게, 메인터보차져(20) 및 EGR터보차져(30)를 포함하여 구성된다.

도 2를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 먼저 상기 메인터보차져(20)는 메인터빈(21)과 메인압축기(23)가 동심축을 이루어 결합된 것으로, 엔진(1)에서 배출되는 배기가스에 의해 메인터빈(21)이 회전하면, 상기 메인터빈(21)과 연동하여 메인압축기(23)가 회전하면서 상기 메인압축기(23)에 의해 공기를 압축하게 되고, 이처럼 압축된 공기가 엔진(1)으로 공급된다.

특히, EGR터보차져(30)는 EGR터빈(31)과 EGR압축기(33)가 동심축을 이루어 결합된 것으로, 엔진(1)에서 배출되는 배기가스에 의해 EGR터빈(31)이 회전하면, 상기 EGR터빈(31)과 연동하여 EGR압축기(33)가 회전하면서 상기 EGR압축기(33)에 의해 EGR가스를 압축하게 되고, 이처럼 압축된 EGR가스가 엔진(1)으로 공급된다.

즉, 상기한 구성과 같이, 2개의 터보차져 중 1개의 터보차져를 이용하여 EGR가스를 압축 및 과급함으로써, 엔진운전조건에 따라 EGR밸브(40)의 전/후단 압력 차이가 미소하더라도 EGR가스를 공급하게 되는바, EGR사용 가능영역을 확장하여 NOx 저감 성능을 향상시키게 되는 것이다.

더불어, 본 발명에서는 상기 메인터보차져(20)의 전단에 EGR터보차져(30)가 배치된다. 또한, 상기 EGR터빈(31)에 유입되는 배기가스의 유량을 조절하도록 과급압조절기(35)가 설치된다.

예컨대, 상기 엔진(1)의 배기매니폴드에서 배출된 배기가스가 EGR터빈(31) 및 메인터빈(21)의 출구측으로 이어지도록 배기라인(11)이 형성되며, 상기 배기라인(11)에는 상기 배기가스가 제2터빈을 우회 가능하도록 바이패스라인(13)이 연결되고, 상기 바이패스라인(13)에 과급압조절기(35)가 설치되어 제2터빈에 유입되는 배기가스량을 조절한다.

아울러, 상기한 EGR터보차져(30)는 메인터보차져(20)보다 과급용량이 작은 것을 사용하게 된다.

즉, 저속 저부하영역의 경우 과급용량이 작은 EGR터빈(31)이 과급에 활용됨으로써, EGR터보차져(30)를 통해 압축된 EGR가스를 엔진(1)에 과급하게 되고, 이로 인해 차량의 저속 저부하 주행영역에서도 EGR을 사용할 수 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 일실시예로서, EGR압축기(33)에 의해 압축된 EGR가스는 상기 메인압축기(23)에 공급되어, 상기 메인압축기(23)에 의해 압축된 공기와 함께 엔진(1)에 공급될 수 있다.

즉, 고속 고부하영역의 경우, 과급압조절기(35)를 개방하여 과급용량이 큰 메인터보차져(20)를 통해 공기를 압축하여 엔진(1)에 과급하게 되는데, 이때에 과급용량이 작은 EGR터보차져(30)를 통해서도 EGR가스가 압축되어 메인압축기(23)에 공급되는바, 상기 메인압축기(23)에서 공기와 EGR가스를 엔진(1)에 과급하게 된다. 따라서, 상기한 고속 고부하 주행영역에서도 EGR을 사용할 수 있는 것이다.

더불어, 본 발명은, 상기 메인터빈(21)의 출구측으로 이어지는 배기라인(11)의 일부에는 상기 EGR압축기(33)로 분기되는 EGR라인(15)의 일측이 연결되고, 상기 EGR라인(15)의 타측은 EGR압축기(33)에 연결된다. 그리고, 상기 EGR라인(15)에는 EGR밸브(40)가 설치되며, 상기 EGR밸브(40)의 전단에는 EGR가스의 냉각을 위한 EGR쿨러가 설치될 수 있다.

즉, 상기 메인터빈(21)에서 배출되는 배기가스의 일부가 EGR라인(15)으로 유입되어 EGR압축기(33)에 공급될 수 있으며, 상기 EGR밸브(40)를 통해 EGR이 불필요한 영역에서는 EGR을 사용하지 않도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 배기라인(11)에서 상기 EGR라인(15)으로 분기되는 지점의 전단에는 DPF(Diesel Particulate Filter) 등의 배기가스 후처리장치(41)가 설치될 수 있다.

즉, 상기 메인터빈(21)에서 배출되는 배기가스 중의 PM 등이 포집 및 제거된 배기가스가 EGR라인(15)으로 유입됨으로써, 엔진(1)의 연소 효율을 향상시키게 된다.

그리고, 외부의 공기가 메인압축기(23)에 유입되도록 에어클리너와 메인압축기(23) 사이에 흡기라인(17)이 마련되고, 상기 흡기라인(17)의 일부에는 상기 EGR밸브(40)로 분기되는 흡기분기라인(17a)이 연결될 수 있다. 또한, 상기 메인압축기(23)에서 엔진(1)으로 공기 및 EGR가스를 과급하는 과급라인(19)에는 인터쿨러가 설치될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 2개의 터보차져 중 과급용량이 작은 EGR터보차져(30)를 이용하여 EGR가스를 압축하여 메인압축기(23)에 공급하고, 메인압축기(23)에서 공기 및 EGR가스를 함께 압축하여 엔진(1)에 과급함으로써, 엔진(1)운전조건에 따른 EGR밸브(40)의 전/후단 압력 차이가 미소한 운전영역에서도 EGR가스의 공급이 가능한바, EGR사용 가능영역을 확장하여 NOx 저감 성능을 향상시키게 되는 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 엔진 11 : 배기라인
13 : 바이패스라인 15 : EGR라인
17 : 흡기라인 17a : 흡기분기라인
19 : 과급라인 20 : 메인터보차져
21 : 메인터빈 23 : 메인압축기
30 : EGR터보차져 31 : EGR터빈
33 : EGR압축기 35 : 과급압조절기
40 : EGR밸브 41 : 후처리장치

Claims (6)

1. 엔진에서 배출되는 배기가스에 의해 메인터빈이 회전하고, 상기 메인터빈과 연동하여 회전하는 메인압축기에 의해 공기를 압축하여 엔진에 공급하는 메인터보차져; 및
   상기 배기가스에 의해 EGR터빈이 회전하고, 상기 EGR터빈과 연동하여 회전하는 EGR압축기에 의해 EGR가스를 압축하여 엔진에 공급하는 EGR터보차져;를 포함하고,
   상기 메인터보차져의 전단에 EGR터보차져가 배치되며,
   상기 EGR터보차져는 메인터보차져보다 과급용량이 작고,
   상기 엔진에서 EGR터빈 및 메인터빈의 출구 측으로 이어지도록 배기라인이 연결되고, 상기 메인터빈의 출구 측으로 이어진 배기라인의 일부에는 상기 EGR압축기로 분기되는 EGR라인이 연결되며, 상기 EGR라인 상에 EGR밸브가 설치되며,
   외부의 공기가 메인압축기에 유입되도록 흡기라인이 마련되고, 상기 흡기라인의 일부에는 상기 EGR밸브로 분기되는 흡기분기라인이 연결된 것을 특징으로 하는 EGR용 과급시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 EGR터빈에 유입되는 배기가스의 유량을 조절하도록 과급압조절기가 설치되는 것을 특징으로 하는 EGR용 과급시스템.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 메인터빈의 출구측에 연결된 배기라인에서 상기 EGR라인으로 분기되는 지점의 전단에 후처리장치가 설치된 것을 특징으로 하는 EGR용 과급시스템.
5. 삭제
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 EGR압축기에 의해 압축된 EGR가스는 상기 메인압축기에 공급되어, 상기 메인압축기에 의해 압축된 공기와 함께 엔진에 공급되는 것을 특징으로 하는 EGR용 과급시스템.

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