KR102417393B1

KR102417393B1 - 막힘이 방지되는 ｅｇｒ 필터

Info

Publication number: KR102417393B1
Application number: KR1020180068824A
Authority: KR
Inventors: 김종천
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2022-07-06
Anticipated expiration: 2038-06-15
Also published as: JP2019218942A; KR20190141960A; DE102019204976A1; JP7161390B2; US20190383244A1; US10677203B2; CN110608114B; CN110608114A

Abstract

본 발명은 유효공간이 확대되고 비대칭적으로 열팽창하여 카본이나 수트, 이물질에 의해 막히는 현상을 방지함으로써 EGR 가스의 유동성이 향상되도록 한 막힘이 방지되는 EGR 필터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 막힘이 방지되는 EGR 필터는, 엔진(10)으로부터 배출된 배기가스의 일부를 상기 엔진(10)으로 다시 순환시키는 EGR 라인에 설치되어, 상기 배기가스에 포함된 이물질을 필터링하는 EGR 필터 어셈블리에 장착되는 EGR 필터에 있어서, 상기 EGR 필터(71)는. 금속재질의 와이어로 이루어진 위사(71a)와 경사(71b)가 능직(綾織)으로 직조되는 것을 특징으로 한다.

Description

막힘이 방지되는 ＥＧＲ 필터 {EGR FILTER PREVENTING CLOGGING}

본 발명은 차량의 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템의 EGR 쿨러에 장착되는 EGR 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유효공간이 확대되고 비대칭적으로 열팽창하여 카본이나 수트, 이물질에 의해 막히는 현상을 방지함으로써 EGR 가스의 유동성이 향상되도록 한 막힘이 방지되는 EGR 필터에 관한 것이다.

차량에서 엔진으로부터 연소된 배기가스는 그 일부는 재순환시켜, 배기가스에 포함된 유해물질이 저감되도록 한다.

상기 배기가스를 재순환시키면, 엔진 내부에서 연소온도가 낮아, 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 저감되는데, 이는 배기가스 규제에 대응하는 방안중 하나이다.

상기 EGR 시스템은 장착 위치에 따라 LP-EGR(low pressure-EGR) 과 HP-EGR(high pressure-EGR)로 구분할 수 있다.

특히, 터보차저와 같이, 과급이 적용된 차량에서는 고압의 배기가스 특성으로 인하여, 배기매니폴드 후단에 장착된 HP-EGR(50)에 추가적으로 LP-EGR(60)을 후처리 장치(40)의 후단에 장착하여, 유압 확보를 통하여 정상적인 작동환경이 형성되도록 한다.

도 1에는 HP-EGR(50)과 LP-EGR(60)이 적용된 엔진의 배기시스템이 도시되어 있다.

외부에서 유입된 외기는 흡기라인(11)에 설치된 터보차저(30)의 컴프레서(32)와 인터쿨러(13) 및 흡기매니폴드(12)를 거쳐 엔진(10)의 각 실린더로 유입된다. 상기 엔진(10)에서 연소 후 발생한 배기가스는 배기매니폴드(22)를 거쳐 배기라인(21)에 설치된 터보차저(30)의 터빈(31)을 통과한 후, DPF(Diesel Particulate Filter)나 DOC(Disel Oxidation Catalyst)와 같은 후처리 장치(40)를 통과한 후 외부로 방출된다.

이때, 상기 배기매니폴드(22)와 상기 흡기매니폴드(12)가 연결되도록 고압 EGR 라인(51)을 설치하고, 상기 고압 EGR 라인(51)에 고압 EGR 밸브(52) 및 고압 EGR 쿨러(53)를 설치한다. 상기 고압 EGR 밸브(52)는 상기 고압 EGR 라인(51)을 통하여 재순환되는 배기가스의 양을 제어하고, 상기 고압 EGR 쿨러(53)는 재순환되는 배기가스를 냉각시킨다.

또한, 상기 후처리 장치(40)의 후단과 컴프레서(32)의 전단이 연결되도록 저압 EGR 라인(61)을 설치하고, 상기 저압 EGR 라인(61)에 저압 EGR 밸브(62) 및 저압 EGR 쿨러(63)를 설치한다. 마찬가지로, 상기 저압 EGR 밸브(62)는 상기 저압 EGR 라인(61)을 통하여 재순환되는 배기가스의 양을 제어하고, 상기 저압 EGR 쿨러(63)는 재순환되는 배기가스를 냉각시킨다.

한편, 저압 EGR 라인(61)에는 배기가스가 상기 컴프레서의 전단으로 유입되므로, 상기 컴프레서(32)의 부품, 예컨대 블레이드, 컴프레서 휠 등을 보호하기 위한 EGR 필터 어셈블리(170)가 설치된다.

상기 EGR 필터 어셈블리(170)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(172)의 내부에 와이어를 직조한 EGR 필터(71)가 장착된다. 종래기술에 따른 EGR 필터 어셈블리(170)에서 상기 EGR 필터(71)는 상기 와이어를 위사(緯絲)와 경사(經絲)로 하여 직조하여 제조된다. 상기 위사(171a)와 상기 경사(171b)를 평직(平織), 즉 상기 위사(171a)와 상기 경사(171b)를 서로 번갈아 교차되도록 직조하여 제조된다. 상기 EGR 필터(71)가 동일한 재질의 와이어를 위사(171a)와 경사(171b)로 하여 평직되기 때문에, 수트(soot), 카본이나 다른 이물질에 의해 상기 EGR 필터(71)의 메시에 막힘이 발생하는 문제점이 있다. 상기 위사(171a)와 상기 경사(171b)는 평직되기 때문에, 짜임새가 단단하고, 상기 위사(171a)와 상기 경사(171b)가 동일한 재질의 와이어이기 때문에 열팽창시에도 상기 위사(171a)와 상기 경사(171b)가 동일한 열팽창계수만큼 열팽창한다. 이에 따라, 상기 EGR 필터의 메시 사이에 낀 수트, 카본 또는 다른 이물질은 상기 EGR 필터(71)에 퇴적되고, 이는 쉽게 상기 EGR 필터(71)에서 제거되지 않아 막힘을 유발한다.

이렇게 상기 EGR 필터(71)에 막힘이 발생하면, 상기 LP-EGR 라인(61)에서 차압이 증가하여, 상기 LP-EGR 쿨러(63)의 냉각성능이 저하되는 문제점이 있다.

한편, 하기의 선행기술문헌에는 '배기가스 재순환 장치'에 관한 기술이 개시되어 있다.

KR 10-2017-0119843 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 내부의 유효공간이 확대되고, 퇴적물의 자가청소를 위해 비대칭 열팽창되도록 한 EGR 필터가 장착됨으로써, 상기 EGR 필터가 카본이나 수트, 이물질에 의해 막히는 현상을 방지할 수 있도록 한 막힘이 방지되는 EGR 필터를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 막힘이 방지되는 EGR 필터는, 엔진으로부터 배출된 배기가스의 일부를 상기 엔진으로 다시 순환시키는 EGR 라인에 설치되어, 상기 배기가스에 포함된 이물질을 필터링하는 EGR 필터 어셈블리에 장착되는 EGR 필터에 있어서, 상기 EGR 필터는. 금속재질의 와이어로 이루어진 위사와 경사가 능직으로 직조되는 것을 특징으로 한다.

상기 위사는, 정해진 개수의 경사들을 통과 하고, 그 다음번 경사와 교차되는 것을 특징으로 한다.

서로 인접한 위사는 서로 다른 경사와 교차되는 것을 특징으로 한다.

상기 위사와 상기 경사는 서로 다른 열팽창율을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 경사는 상기 위사보다 열팽창율이 큰 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 위사는 SUS 300 계열을 재질로 하고, 상기 경사는 SUS 400 계열을 재질로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 EGR 필터 어셈블리는 저압 EGR 라인에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 막힘이 방지되는 EGR 필터에 따르면, 위사와 경사를 능직 구조로 EGR 필터를 직조함으로써, 유효공간율이 증대되어 카본이나 수트, 이물질이 퇴적되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, EGR 필터를 구성하는 위사와 경사가 서로 다른 열팽창율을 갖고 있기 때문에, 퇴적된 카본이나 수트, 이물질이 쉽게 제거됨으로써 자가 청소가 가능해진다.

도 1은 엔진의 개략도.
도 2는 종래기술에 따른 EGR 필터의 단면도.
도 3은 종래기술에 따른 EGR 필터의 직조상태를 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 EGR 필터의 직조상태를 도시한 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 EGR 필터에서 유효공간율이 증가한 상태를 도시한 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 EGR 필터에서 열팽창 상태를 도시한 개략도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 본 발명에 따른 EGR 필터에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명의 EGR 필터(71)가 장착되는 EGR 필터 어셈블리는, 엔진(10)으로부터 배출된 배기가스의 일부를 상기 엔진(10)으로 다시 순환시키는 EGR 라인, 특히 저압 EGR 라인(61)에 설치되어, 상기 배기가스에 포함된 이물질을 필터링한다.

상기 EGR 필터 어셈블리는 하우징의 내부에 위사와 경사가 직조된 EGR 필터(71)가 장착된다.

본 발명에서 EGR 필터(71)를 와이어를 이용하여 직조시, 위사(71a)와 경사(71b)가 능직(綾織)으로 직조되도록 한다.

금속의 와이어를 이용하여 상기 EGR 필터(71)를 직조하는데, 위사와 경사가 매번 서로 교차하는 평직(平織) 대신에, 위사(71a)와 경사(71b)가 2올 이상을 건너 뛰어 교차되도록 하는 능직으로 직조되도록 함으로써, 카본이나 수트, 이물질이 쉽게 분리되도록 하여 상기 EGR 필터(71)가 막히지 않도록 한다. 상기 능직은 위사와 경사로 직조시, 2올 이상을 건너 서로 교차되도록 함으로써, 상기 위사와 상기 경사가 교차되는 교차점이 경사방향으로 형성된다. 한편, 평직에서는 매번 위사와 경사가 교차하기 때문에 위사와 경사가 교차하는 교차점도 격자 형태로 형성된다.

상기 능직에서는 위사가 2올 이상을 건넌 후 경사와 교차되기 때문에, 능직으로 직조된 직물은 평직에 의한 직물에 비해 신축성이 좋다.

상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)를 직조함에 있어서, 상기 위사(71a)는 2 이상 정해진 개수의 경사(71b)를 통과하고, 그 다음번 경사(71b)에서 교차되도록 하고, 이러한 패턴이 반복되어, 상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)가 능직으로 직조된다.

예컨대, 도 4에서 상기 위사(71a)는 3개의 경사(71b)를 통과한 후, 그 다음 경사(71b)에서 교차되고, 다시 3개의 경사(71b)를 통과한 한 그 다음 경사(71b)에서 직조하는 방식이 반복되는 형식으로 직조된다.

특히, 상기 위사(71a)는 서로 인접한 다른 위사(71a)와는 다른 경사(71b)에서 교차되도록 한다. 즉, 도 4에서 1번째 위사(71a)는 3번째 경사(71b)와 교차되고, 2번째 위사(71a)는 4번째 경사(71b)와 교차되며, 3번째 위사(71a)는 2번째 경사(71b)와 교차되며, 4번재 위사(71a)는 1번째 경사(71b)와 교차될 수 있다.

상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)가 능직으로 직조되어 있기 때문에, 평직으로 직조되는 경우보다, 유효공간이 증가하여, 카본이나 수트, 이물질의 배출이 용이해져 필터 막힘을 방지할 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 위사(171a)와 경사(171b)가 평직으로 직조되면, 서로 인접한 위사간의 간격 및 서로 인접한 경사간의 간격으로 형성되는 면적(A)이 유효공간이 된다. 따라서, 도 5에서 2개의 위사(171a)와 4개의 경사(171b)로 직조되면, 면적이 A인 공간이 3개가 형성된다. 여기서 유효공간이라함은 필터의 면적에서 개방된 공간의 선과 선 사이의 공간이 된다.

하지만, 상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)가 능직으로 직조되면, 서로 인접한 위사, 또는 서로 인접한 경사에 의해 형성되는 면적이 아니라, 위사(71a)와 경사(71b)가 교차하는 지점을 연결하는 사각형으로 형성되는 면적(A')이 유효공간이 된다. 이에 따라, 2개의 위사(71a)와 4개의 경사(71b)로 직조되면, 도 5에서 경사(71b)간 간격의 3배를 가로로 하고, 서로 인접한 위사(71a)간의 간격을 높이로 하는 직사각형의 면적이 유효공간이 된다.

평직시 유효공간의 면적인 A보다 능직시 유효공간의 면적인 A'가 당연히 클 뿐만 아니라 평직시 유효공간 면적의 합(3A)보다 능직시 유효공간의 면적인 A'가 크기 때문에, 상기 EGR 필터(71)에서, 카본, 수트 및 이물질에 의한 필터막힘을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)가 서로 다른 재질의 와이어로 이루어지도록 한다. 특히, 상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)는 서로 다른 열팽창율을 갖는 와이어로 이루어지도록 함으로써, 열간시 상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)가 비대칭 열팽창하도록 한다.

구체적으로는 상기 위사(71a)는 SUS 400계열을 재질로 하는 와이어로 이루어지도록 하고, 상기 경사(71b)는 SUS 300계열을 재질로 하는 와이어로 이루어지도록 한다. SUS 300 계열의 금속과 SUS 400 계열의 금속은 서로 열팽창율은 서로 다르고, 특히, SUS 300 계열의 금속은 SUS 400 계열의 금속보다 열팽창율이 약 3배정도 크다. 따라서, 상기 배기가스가 상기 EGR 필터(71)로 공급되어 상기 EGR 필터(71)의 온도가 높아지면 상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)가 열팽창하고, 상기 엔진이 정지된 후 상기 EGR 필터(71)가 냉각되면 상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)는 열수축한다. 이때, 상기 경사(71b)의 열팽창율이 상기 위사(71a)의 열팽창율보다 크기 때문에, 상기 경사(71b)의 변형량이 더 크게 변형되므로, 상기 EGR 필터(71)의 내부에 카본, 수트 및 이물질 등이 쉽게 분리될 수 있다.

한편, 상기 위사(71a)의 재질이 상기 경사(71b)보다 열팽창율이 큰 재질로 할 수도 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 EGR 필터(71)는 위사(71a)와 경사를 직조함에 있어서, 유효공간이 확대되도록 능직(綾織)으로 직조되도록 하였고, 경사(71b)가 위사(71a)보다 열팽창율이 더 높은 재질로 하여 가열시 비대칭 열팽창되도록 함으로써, 카본, 수트 및 이물질의 자가 청소가 가능해진다.

10 : 엔진 11 : 흡기라인
12 : 흡기매니폴드 13 : 인터쿨러
21 : 배기라인 22 : 배기매니폴드
30 : 터보차저 31 : 터빈
32 : 컴프레서 40 : 후처리 장치
50 : 고압 EGR 51 : 고압 EGR 라인
52 : 고압 EGR 밸브 53 : 고압 EGR 쿨러
60 : 저압 EGR 61 : 저압 EGR 라일
62 : 저압 EGR 밸브 63 : 저압 EGR 쿨러
71 : EGR 필터 71a : 위사
71b : 경사 170 : EGR 필터 어셈블리
171 : EGR 필터 171a : 위사
171b : 경사

Claims

엔진으로부터 배출된 배기가스의 일부를 상기 엔진으로 다시 순환시키는 EGR 라인에 설치되어, 상기 배기가스에 포함된 이물질을 필터링하는 EGR 필터 어셈블리에 장착되는 EGR 필터에 있어서,
상기 EGR 필터는.
금속재질의 와이어로 이루어진 위사와 경사가 능직(綾織)으로 직조되고,
열간시 상기 위사(71a)와 상기 경사(71b)가 비대칭 열팽창하도록 상기 위사와 상기 경사는 서로 다른 열팽창율을 갖는 것을 특징으로 하는 막힘이 방지되는 EGR 필터.
제1항에 있어서,
상기 위사는,
정해진 개수의 경사들을 통과 하고, 그 다음번 경사와 교차되는 것을 특징으로 하는 막힘이 방지되는 EGR 필터.
제2항에 있어서,
서로 인접한 위사는 서로 다른 경사와 교차되는 것을 특징으로 하는 막힘이 방지되는 EGR 필터.
삭제
제1항에 있어서,
상기 경사는 상기 위사보다 열팽창율이 큰 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 막힘이 방지되는 EGR 필터.
제5항에 있어서,
상기 위사는 SUS 300 계열을 재질로 하고,
상기 경사는 SUS 400 계열을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 막힘이 방지되는 EGR 필터.
제1항에 있어서,
상기 EGR 필터 어셈블리는 저압 EGR 라인에 설치되는 것을 특징으로 하는 막힘이 방지되는 EGR 필터.