KR20110109439A - 엔진의 이지알 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스가 흡기매니폴드를 오염시켜서 연소실로 흡입되는 공기의 유동에 장애가 되지 않도록 하면서도, 배기가스를 연소실로 재순환시킬 수 있도록 함은 물론, 연소실내부에 새로운 공기와 EGR가스가 성층화된 분포를 가지도록 하는 성층화 EGR을 구현할 수 있도록 한다.

Description

엔진의 이지알 시스템{Exhaust Gas Recirculation System of Engine}

본 발명은 엔진의 EGR 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 흡기계통으로 EGR가스를 공급하는 기술에 관한 것이다.

EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템은, 엔진의 연소실 내에 배기가스의 일부를 재순환 시킴으로써, 고온 조건과 높은 산소 농도 조건에서 쉽게 발생되는 질소산화물을 저감시키도록 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 엔진의 이지알 시스템의 일예를 설명한 것으로서, 엔진의 각 연소실(502)로 흡기매니폴드(500)를 통해 공기가 공급되고, 상기 흡기매니폴드(500)에는 배기가스 중의 일부를 공급할 수 있도록 EGR파이프(504)가 연결되어, 연소실(502)로부터의 배기가스 중의 일부가 상기 흡기매니폴드(500)를 통해 연소실(502)로 재 유입될 수 있는 구성을 갖추고 있다.

참고로, 도 1의 각 연소실(502)에는 2개씩의 흡기포트가 구비되어 있는데, 이들 중 하나에는 연소실(502) 내부에 스월을 형성하기 위한 스월컨트롤밸브(506)가 구비되어 있다.

상기한 바와 같은 구조의 EGR 시스템을 구비한 엔진에서는 상기 EGR파이프(504)로부터 공급되는 배기가스가 상기 흡기매니폴드(500) 내에서 새로 유입되는 공기와 혼합되어 각 연소실(502)로 공급되게 된다.

그런데, 상기한 바와 같이 흡기매니폴드(500)의 합류부 지점으로 EGR가스가 공급되도록 된 종래의 구조에서는, 상기 배기가스가 흡기매니폴드(500) 내에서 공기와 혼합되면서, 흡기매니폴드(500) 자체를 오염시키는 현상이 발생한다.

즉, 상기 흡기매니폴드(500)로 공급되는 배기가스 중에 포함되어 있는 SOOT 등이 흡기매니폴드(500)의 벽면과 각 흡기포트 및 스월컨트롤밸브(506)를 오염시키고 그 표면에 누적되어 흡기 유동의 장애요인으로 작용할 염려가 있는 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 종래와 같이 배기가스가 흡기매니폴드를 오염시켜서 연소실로 흡입되는 공기의 유동에 장애가 되지 않도록 하면서도, 배기가스를 연소실로 재순환시킬 수 있도록 함은 물론, 연소실 내부에 새로운 공기와 EGR가스가 성층화된 분포를 가지도록 하는 성층화 EGR을 구현할 수 있도록 한 엔진의 이지알 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 이지알 시스템은

엔진의 각 연소실로 공기를 공급하도록 구비된 흡기매니폴드와;

상기 흡기매니폴드와는 별도의 경로를 이루면서, 배기가스를 상기 각 연소실로 공급할 수 있도록 구비된 EGR레일;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 배기가스가 흡기매니폴드를 오염시켜서 연소실로 흡입되는 공기의 유동에 장애가 되지 않도록 하면서도, 배기가스를 연소실로 재순환시킬 수 있도록 함은 물론, 연소실내부에 새로운 공기와 EGR가스가 성층화된 분포를 가지도록 하는 성층화 EGR을 구현할 수 있도록 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 엔진의 이지알 시스템을 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 엔진의 이지알 시스템을 설명한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 엔진의 이지알 시스템의 실제 적용상태를 예시한 도면,
도 4는 도 3의 측면도,
도 5는 엔진의 저속 저부하 운전에 따른 EGR영역에서 본 발명의 작용과 효과를 설명한 도면,
도 6은 엔진의 고속 운전에 따른 EGR 비사용 영역에서 본 발명의 작용과 효과를 도 5에 비교하여 설명한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 실시예는 엔진의 각 연소실(1)로 공기를 공급하도록 구비된 흡기매니폴드(3)와; 상기 흡기매니폴드(3)와는 별도의 경로를 이루면서, 배기가스를 상기 각 연소실(1)로 공급할 수 있도록 구비된 EGR레일(5)을 포함하여 구성된다.

본 실시예의 상기 엔진은 복수개의 연소실(1)을 구비한 일반적인 경우를 예로 하고 있으며, 상기 흡기매니폴드(3)는 상기 복수개의 연소실(1)에 각각 2개의 통로로 공기를 공급하도록 형성되고, 상기 EGR레일(5)은 상기 흡기매니폴드(3)로부터 각 연소실(1)로 연결되는 2개의 통로 중 어느 하나에 연통되어 배기가스를 공급하도록 설치된다.

즉, 상기 흡기매니폴드(3)는 각 연소실(1)로 연통되는 2개씩의 통로(11)를 구비한 엔진연결부(7)와, 상기 엔진연결부(7)를 이루는 상기 통로들이 모두 함께 연통되도록 하여 새로운 공기를 상기 엔진연결부(7)로 공급하도록 하는 합류부(9)가 일체로 형성된 구조이다.

따라서, 상기 흡기매니폴드(3)는 실린더헤드에 상기 엔진연결부(7)가 장착되어, 실린더헤드의 흡기포트들에 상기 통로들이 연결됨으로써, 상기 흡기매니폴드(3)로 유입된 공기가 상기 연소실(1)로 공급되게 된다.

상기 EGR레일(5)은 배기가스를 공급받는 하나의 유입부(13)와, 상기 각 연소실(1) 별로 상기 엔진연결부(7)의 통로에 연결되는 다수의 공급부(15)와, 상기 유입부(13)와 공급부(15)를 모두 연통시키는 하나의 관로로 이루어진 레일부(17)로 이루어진 구조로서, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 흡기매니폴드(3)에 상기 유입부(13)가 결합되는 구조를 취하였다.

한편, 상기 흡기매니폴드(3)는 각 연소실(1)로 연결되는 2개씩의 통로 중 어느 하나에 당해 통로를 개폐하는 조절밸브(19)가 구비되고, 상기 EGR레일(5)의 공급부(15)는 상기 조절밸브(19)가 구비된 통로(11)에 연결되며, 그 연결위치는 상기 조절밸브(19)와 연소실(1) 사이 이다.

즉, 상기한 바와 같은 구성은 종래의 흡기매니폴드(3)의 스월컨트롤밸브를 상기 조절밸브(19)로 대응시키고 상기 스월컨트롤밸브와 연소실(1) 사이로 EGR가스를 공급할 수 있도록 한 것에 상응한다고 볼 수도 있을 것인데, 여기서 상기 조절밸브(19)는 후술하는 바와 같이 상기 스월컨트롤밸브의 기능과는 다른 기능을 추가적으로 수행하게 된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명 엔진의 이지알 시스템의 작용을 도 5와 도 6을 참조하여 살펴본다. 참고로 도면의 A로 표현된 원은 상기 EGR레일(5)의 유입부(13)로부터 흡기매니폴드(3)로 EGR가스가 유입되는 부분을 표현한다.

도 5은 엔진의 저속 저부하 운전 상태로서, EGR가스를 연소실(1)로 재순환시키는 상태이다. EGR가스를 연소실(1)로 공급해야 하므로 상기 EGR레일(5)의 유입부(13) 전방의 EGR밸브를 개방하여 상기 유입부(13)를 통해 상기 레일부(17) 내에 배기가스가 충진되도록하고, 상기 조절밸브(19)를 폐쇄시킨다.

상기한 바와 같이 조절밸브(19)를 폐쇄시키면, 상기 EGR레일(5)의 레일부(17)로 공급된 배기가스는 당해 통로를 통해 연소실(1)로 공급되게 되며, 상기 흡기매니폴드(3)의 나머지 한 통로로는 상기 연소실(1)로 새로운 공기를 공급하게 된다.

즉, 상기 흡기매니폴드(3)로부터 상기 한 연소실(1)로 연결되는 두 통로 중 상기 EGR레일(5)이 연결된 통로로는 EGR가스가 공급되고 나머지 한 통로로는 상기 흡기매니폴드(3)의 합류부(9)를 통해 유입된 새로운 공기가 연소실(1)로 공급되게 되는 것이다.

이와 같이 한 연소실(1)로 연결되는 두 통로를 통해 각각 새로운 공기와 EGR가스가 공급되면, 상기 연소실(1) 내부에서는 공기와 EGR가스가 서로 층을 이루어 분포됨으로써, 성층화 EGR을 구현할 수 있게 된다.

물론, 상기 성층화 EGR은 상기 조절밸브(19)의 개폐 조작에 의해 엔진의 운전상태에 적합하도록 적절히 조절될 수 있도록 하여 성층화 EGR기술의 장점을 발휘하도록 할 수 있을 것이다.

한편, 도 6을 참조하면, 엔진이 고속 운전하는 상태로서, EGR가스를 연소실(1)로 순환시키지 않는 상태이다.

이때에는, 상기 EGR레일(5)의 유입부(13) 전방의 EGR밸브를 폐쇄하여, 상기 EGR레일(5)로 배기가스가 유입되는 것을 차단하고, 상기 조절밸브(19)를 개방한다.

따라서, 상기 EGR레일(5)에는 배기가스가 존재하지 않는 상태가 유지되므로 상기 조절밸브(19)를 통해서 공급된 새로운 공기는 그대로 연소실(1)로 공급되어, 나머지 한 통로와 함께 연소실(1)에서 필요로 하는 새로운 공기만을 원활하게 공급하는 상태를 형성하여 필요로 하는 엔진출력을 쉽게 얻을 수 있도록 한다.

1; 연소실
3; 흡기매니폴드
5; EGR레일
7; 엔진연결부
9; 합류부
11; 통로
13; 유입부
15; 공급부
17; 레일부
19; 조절밸브

Claims (4)

1. 엔진의 각 연소실로 공기를 공급하도록 구비된 흡기매니폴드와;
   상기 흡기매니폴드와는 별도의 경로를 이루면서, 배기가스를 상기 각 연소실로 공급할 수 있도록 구비된 EGR레일;
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 이지알 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 엔진은 복수개의 연소실을 구비하며;
   상기 흡기매니폴드는 상기 복수개의 연소실에 각각 2개의 통로로 공기를 공급하도록 형성되고;
   상기 EGR레일은 상기 흡기매니폴드로부터 각 연소실로 연결되는 2개의 통로 중 어느 하나에 연통되어 배기가스를 공급하도록 설치된 것;
   을 특징으로 하는 엔진의 이지알 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 흡기매니폴드는 각 연소실로 연통되는 2개씩의 통로를 구비한 엔진연결부와, 상기 엔진연결부를 이루는 상기 통로들이 모두 함께 연통되도록 하여 새로운 공기를 상기 엔진연결부로 공급하도록 하는 합류부가 일체로 형성되고;
   상기 EGR레일은 배기가스를 공급받는 하나의 유입부와, 상기 각 연소실 별로 상기 엔진연결부의 통로에 연결되는 다수의 공급부와, 상기 유입부와 공급부를 모두 연통시키는 하나의 관로로 이루어진 레일부로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 엔진의 이지알 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 흡기매니폴드는 각 연소실로 연결되는 2개씩의 통로 중 어느 하나에 당해 통로를 개폐하는 조절밸브가 구비되고;
   상기 EGR레일의 공급부는 상기 조절밸브가 구비된 통로에 연결되며, 그 연결위치는 상기 조절밸브와 연소실 사이인 것
   을 특징으로 하는 엔진의 이지알 시스템.

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