KR20040021937A

KR20040021937A - 터보차저의 배기가스 재순환 구조

Info

Publication number: KR20040021937A
Application number: KR1020020053705A
Authority: KR
Inventors: 정용진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-03-11

Abstract

본 발명은 터보차저의 콤프레서 측으로 배기매니폴드를 통과한 배기가스의 일부가 유입되도록 하므로서 배기가스 재순환을 실현하므로서, 종래의 가변식 터보차저를 적용한 경우보다 터보차저의 구성품이 단순하고, 내구성능이 향상되도록 하기 위한 터보차저의 배기가스 재순환 구조에 관한 것으로,

흡입공기의 가압을 위한 터보차저가 배기매니폴드의 일측에 장착되고, 배기가스의 일부를 흡기계로 유도시키기 위한 배기가스 재순환 구조에 있어서,

상기한 터보차저의 콤프레서에 마련되는 쓰로트의 일측에 환형상으로 형성되는 배기가스 재순환 포트와;

상기한 배기가스 재순환 포트를 흐르는 공기가 상기한 쓰로트의 디퓨저 전방측으로 흐르도록 외향 경사지게 형성되는 환형의 슬롯과;

상기한 배기가스 재순환 포트의 일측과 배기 매니폴드의 일측을 연결하여, 배기가스의 일부를 상기 배기가스 재순환 포트로 유도하기 위한 배기가스 재순환 라인과;

재순환되는 배기가스의 가스량을 조절하기 위해 상기 배기가스 재순환 라인의 도중에 형성되는 조정밸브와;

상기 조정밸브를 제어하기 위한 전자제어장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

터보차저의 배기가스 재순환 구조{Exhaust gas recirculation apparatus of turbo charger}

본 발명은 터보차저의 배기가스 재순환구조 및 제어방법에 관한 것으로, 터보차저의 콤프레서 측으로 배기매니폴드를 통과한 배기가스의 일부가 유입되도록 하므로서 배기가스 재순환을 실현하므로서, 종래의 가변식 터보차저를 적용한 경우보다 터보차저의 구성품이 단순하고, 내구성능이 향상되도록 하기 위한 터보차저의 배기가스 재순환 구조에 관한 것이다.

일반적으로 경유를 연료를 사용하는 디젤엔진에는 배기가스의 배출압력을 이용하여 흡입공기를 가압한 후, 가압된 흡입공기가 연소실로 공급되도록 하는 터보차저가 형성되어 있다.

도 2는 디젤엔진의 일반적인 흡입공기 공급시스템을 간략하게 도시한 것으로서, 엔진(11)으로 공급되는 흡입공기는 에어덕트(12)로 유입되어 에어클리너(13)에서 정화된 후, 배기가스의 배출압력으로 회전되는 터보차저(14)에 의해 가압된다. 그런데 상기한 터보차저(14)에서 가압되는 흡입공기의 온도조절은 인위적으로 불가능하므로서, 흡입공기의 온도는 필요이상으로 과다하게 상승된다. 따라서 흡입공기의 과다하게 상승된 상태로는 흡입공기가 밀도가 낮아져 엔진의 출력을 향상시키지 못하게 된다. 그래서 이를 개선하기 위해서 상기한 터보차저(14)에서 가압된 공기를 냉각하기 위한 인터쿨러(15)가 상기한 터보차저(14)와 흡기 매니폴드를 잇는 흡기라인의 도중에 형성된다.

그리고 상기한 인터쿨러(15)에서 냉각된 흡입공기는 운전자의 엑셀페달 의한 스포틀밸브의 개도량에 따라서 서지탱크(16)에서 스월을 일으키며 연소실로 유입된다.

한편, 일반적인 디젤엔진에서는 질소산화물(Nox)의 생성을 억제시키기 위해배기계로 배출되는 배기가스의 일부량을 흡기계로 재순환시키는 장치인 배기가스재순환장치(Exhaust Gas Recirculation)가 적용된다. 따라서 배기매니폴드에서 배출되는 고온의 배기가스의 일부가 상기한 흡기매니폴드로 유도되므로서 엔진의 연소효율을 향상시키게 된다. 즉, 배기가스 재순환에 위해 흡기계로 배기압력은 흡기압력보다 높아야 공기의 혼합이 원할하며, 연소효율이 상승되는 것이다.

그런데 고마력 고출력의 엔진에서는 흡기공기량 증대시키다보면 과급압력이 배기압보다 높은 영역이 존재하게 되며, 이런 영역에서는 배기가스의 재순환이 불가능하게 된다. 한편, 상기한 현상을 줄이기 위해 과급압을 낮추게 되면 엔진의 출력저하 및 연비성능 등이 불리하게 된다.

따라서 상기한 문제를 해결하기 위해서 종래의 일부 엔진에서는 터보차저에 가변되는 배기가스통로를 형성시키므로서, 배출되는 배기가스의 배압이 증대된 상태에서 배기가스 재순환이 이루어지도록 하고 있다. 이와 같이 적용되는 엔진의 형식을 일반적으로 가변식 터보차저(Variable Geometry Turbocharger, VGT)이라 한다.

그러나 상기와 같은 가변식 터보차저가 적용되는 장치는 터보차저를 구성하는 부품들이 많아 엔진의 레이아웃에 불리하게 작용하였으며, 엔진의 내구성 및 신뢰성 측면에서 불리하였다. 또한, 과급압과 배기압의 조정을 위해서는 엔진개발과정에서 수많은 시험데이터를 확보해야만 하는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서,터보차저의 콤프레서 측으로 배기매니폴드를 통과한 배기가스의 일부가 유입되도록 하므로서 배기가스 재순환을 실현하므로서, 종래의 가변식 터보차저를 적용한 경우보다 터보차저의 구성품이 단순하고, 내구성능이 향상되도록 하기 위한 터보차저의 배기가스 재순환 구조를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 제공하기 수단으로서,

도 1은 본 발명에 의한 터보차저의 배기가스 재순환 구조의 구성도.

도 2는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 터보차저 21 : 메인 하우징

22 : 회전축 23 : 콤프레서

24 : 터빈 25 : 콤프레서 하우징

26 : 터빈 하우징 27 : 쓰로트

28 : 디퓨저 30 : 배기가스 재순환 포트

31 : 슬롯 32 : 배기 매니폴드

33 : 배기가스 재순환 라인 34 : 조정밸브

35 : 전자제어장치

이하, 본 발명에 의해 형성되는 배기가스 재순환 구조 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 형성되는 터보차저의 배기가스 재순환 구조의 구성도이고, 도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의해 형성되는 터보차저를 지시하는 것이다.

상기한 터보차저(20)는 종래의 일반적인 터보차저와 마찬가지로 메인 하우징(21)의 일측으로 콤프레서(23)와 터빈(24)이 마련되고, 메인 하우징(21)의 중앙으로 콤프레서(23)와 터빈(24)을 동축으로 연결하는 회전축(22)이 형성된다. 그리고 상기한 콤프레서(23)와 터빈(24)의 외주연에는 각각 콤프레서(23)와 터빈(24)을 감싸며, 흡입공기 및 배기가스의 유로를 안내하기 위한 콤프레서 하우징(25)과 터빈 하우징(26)이 형성된다. 콤프레서 하우징(25) 및 터빈 하우징(26)에 마련되는 가압공기 통로(25a) 및 배기가스 통로(26a)는 환형상으로 이루어진다.

특히, 상기한 콤프레서 하우징(25)의 내측에는 콤프레서(23)에서 가압된 흡입공기가 상기한 가압공기 통로(26a)로 유도될 수 있도록 쓰로트(Throat)(27)가 형성되는데, 상기 가압공기 통로(25a)와 연결되는 쓰로트(27)의 끝부를 설명의 편의상 디퓨저(28)라 하기로 한다.

한편, 본 발명에 의해 형성되는 메인 하우징(21)의 일측, 즉 상기한 콤프레서(23)와 연결되는 측에는 상기한 쓰로트(27) 측으로 배기가스의 일부가 유도될 수 있도록 하는 배기가스 재순환 포트(30)가 환형상으로 형성된다. 그리고 상기한 배기가스 재순환 포트(30)를 흐르는 공기가 상기 디퓨저(28)를 거쳐 가압공기 통로(25a)로 유도될 수 있도록 하는 슬롯(31)이 형성되는데, 상기 슬롯(31)은 배기가스 재순환 포트(30) 쪽에서 디퓨저(28) 쪽을 향해 점점 확장되는 경사진 홀로 형성된다. 특히, 상기한 배기가스 재순환 포트(30) 및 슬롯(31)은 상기한 메인 하우징(21)을 주형하는 과정에서 살빼기 방식에 의해 성형되는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 배기가스 재순환 포트(30)의 일측과 배기 매니폴드(32)의 일측을 연결하는 배기가스 재순환 라인(33)이 형성되는데, 상기 배기가스 재순환 라인(33)은 배기가스의 일부를 상기 재순환 포트(30)로 유도하기 위한 것이다.

또한, 상기한 배기가스 재순환 라인(33)을 통해 배기 매니폴드(32)에서 콤프레서(23) 측으로 흐르는 배기가스량을 조절하기 위한 조정밸브(34)가 상기한 배기가스 재순환 라인(33)의 도중에 형성되는데, 상기 조정밸브(34)는 엔진의 회전수 및 엔진 부하 등의 엔진의 운전환경에 따라서 전자제어장치(35)에 의해 조절될 수 있도록 구성된다.

이상과 같이 형성되는 본 발명의 구성에 대해서 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 터보차저의 배기가스 재순환 구조가 적용된 엔진이 시동되면, 상기한 전자제어장치(35)에서는 엔진회전수, 엔진부하, 냉각수 온도 등 엔진의 모든 운전상황을 체크하게 된다.

따라서 전자제어장치(35)에서는 엔진 설계과정에서 미리 설정된 양의 배기가스가 재순환 될 수 있도록 상기한 조정밸브(34)를 제어하게 된다.

그래서 상기한 조정밸브(34)가 개방되면 상기 배기 매니폴드(32)로 흐르는 배기가스의 일부량이 상기한 배기가스 재순환 포트(30)로 유도되고, 배기가스 재순환 포트(30)로 유입된 재순환 배기가스는 환형의 포트를 회전하면서 상기 슬롯(31)을 통해 디퓨저(28)로 공급되어지는 것이다.

특히, 고출력 디젤 엔진의 흡배압의 특성상 엔진의 일정회전수 이상에서는 흡기압이 배기압보다 커서 일반적인 종래의 터보차저에서는 배기가스의 재순환이 불가능하였으나, 본 발명에 의한 터보차저(20)의 경우에는 쓰로트(27)부와 디퓨저(28)의 압력 상승부에 배기가스를 재순환되는 것이다.

따라서 본 발명에 의한 장치에 의해 배기가스 재순환 장치를 실현하게 되면, 종래기술의 경우에 배기가스 재순환을 위해서 복잡하게 구성되었던 구조들이 삭제되므로서 엔진의 개발 비용이 저감되고, 엔진 개발의 일정이 단축된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 배기매니폴드 측으로 배출되는 일부의 배기가스를 흡기계로 유도하여 질소산화물의 생성을 억제하고 연소효율을 향상시키기 위한 배기가스 재순환 장치에 있어서, 터보차저의 콤프레서 일측에 마련되는 스로트 및 디퓨저 측으로 배기계에서 유도되는 재순환 가스가 유도되도록 하므로서 토보차저에서도 배기가스 재순환이 이루어질 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다. 또한, 터보차저에 배기가스 재순환 구조가 장치되므로서 종래의 기술에서 배기가스 재순환을 위해서 복잡하게 구성되었던 많은 구조들이 삭제되는 장점이 있는 것이다.

Claims

흡입공기의 가압을 위한 터보차저가 배기매니폴드의 일측에 장착되고, 배기가스의 일부를 흡기계로 유도시키기 위한 배기가스 재순환 구조에 있어서,

상기한 터보차저의 콤프레서(23)에 마련되는 쓰로트(27)의 일측에 환형상으로 형성되는 배기가스 재순환 포트(30)와;

상기한 배기가스 재순환 포트(30)를 흐르는 공기가 상기한 쓰로트(27)의 디퓨저(28) 전방측으로 흐르도록 외향 경사지게 형성되는 환형의 슬롯(31)과;

상기한 배기가스 재순환 포트(30)의 일측과 배기 매니폴드(32)의 일측을 연결하여, 배기가스의 일부를 상기 배기가스 재순환 포트(30)로 유도하기 위한 배기가스 재순환 라인(33)과;

재순환되는 배기가스의 가스량을 조절하기 위해 상기 배기가스 재순환 라인(33)의 도중에 형성되는 조정밸브(34)와;

상기 조정밸브(34)를 제어하기 위한 전자제어장치(35); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 배기가스 재순환 구조.
제 1 항에 있어서,

상기한 배기가스 재순환 포트(30) 및 슬롯(31)은 터보차저(20)의 메인 하우징(21)에 일체로 성형되는 것을 특징으로 하는 터보차저의 배기가스 재순환 구조.