가솔린 엔진의 EGR 통로는 흡기관의 스로틀 밸브 이후의 통로와 배기관과 연결되어 있다. 흡기측의 압력은 부압으로 배기관 압력(정압) 보다 낮기 때문에 배기가스 재순환이 용이하며, 통로 중간에 설치되어 있는 EGR 밸브 개폐 면적과 흡배기관 압력차이에 따라 EGR량을 조절한다.
디젤 엔진에서는 흡기관에 스로틀 밸브가 설치되어 있지 않기 때문에 흡배기관 압력차이의 변화가 그리 크지 않아 유량조절에 어려움이 크다. 더욱이 터보차저나 슈퍼차저를 사용하는 과급엔진의 경우 배기관 압력보다 흡기관 압력이 높아 EGR 통로와 방법을 특별하게 설계할 필요가 있다.
1. EGR 시스템의 종류
2. EGR 시스템 구성
1. EGR 시스템의 종류
과급 디젤 엔진의 EGR 방식 중 저압루트는 터빈 출구에서 컴프레서 입구로 EGR 통로를 설치한 방식(low pressure route)으로 압력차가 크기 때문에 엔진의 넓은 작동영역에서 EGR량을 제어할 수 있다. 그러나 배기가스가 콤프레셔와 인터쿨러를 통과하기 때문에 이들의 내구성과 신뢰성에 문제를 야기하며 또한 흡기 온다가 콤프레셔의 설계온도를 초과할 수도 있다. 고압루트의 경우 터빈 입구 이전의 엔진 배기관에서 콤프레셔 이후의 흡기관을 연결한 high pressure route 방식은 배기가스가 컴프레셔와 인터쿨러를 지나가지 않기 때문에 이들 장치에 큰 영향을 미치지 않는다. 이 방식은 디젤 승용차용 과급엔진에 사용되고 있으나 엔진의 고부하 작동 시 흡기관 측 압력이 배기관측 압력보다 높아 EGR을 사용할 수 없고 따라서 엔진의 저부하 영역으로 사용이 제한된다. 이방식에서는 약 30% 부하 이상에서는 흡기관 측이 배기관 측보다 압력이 높은 것을 알 수 있다. 따라서 이 시스템을 대형 디젤 엔진에 적용하기 위해서는 high pressure route에 추가로 강제적으로 EGR가스를 공급할 수 있는 EGR 펌프가 필요하다.
2. EGR 시스템 구성
EGR 시스템의 구성은 EGR 밸브, EGR 쿨러, 엄격한 배기규제에 대응하기 위해 EGR제어를 빠르게 하기 위해 과거에는 기계식 방식이 사용되었으나, 현재는 전자제어 솔레노이드 방식 EGR밸브가 사용되고 있다.
- EGR 쿨러
EGR 통로에 열교환기를 설치하여 엔진냉각수를 이용해 EGR가스의 온도를 떨어뜨리는 장치이다. 이것은 적은 비용으로
연비와 PM의 증가 없이 NOx를 효과적으로 저감 시킬 수 있는 방법이다.
EGR 쿨러는 700도의 배기가스 온도를 150~200도까지 떨어뜨려야 하고, 콤팩트하게 설계할 필요가 있으며, 압력강하가
크면 EGR량을 공급하기 어려우므로 적절한 압력강하 등을 필요로 한다.
- EGR 밸브
EGR 밸브는 재순환 통로상에 설치되어 엔진의 운전상태에 따라 EGR률을 조절하는 역할을 한다. EGR 밸브는 작동방법
상으로 크게 기계식, 전자식의 두 종류로 나눌 수 있다. EGR 밸브는 지금까지 기계식이 사용되어 왔으나 배기규제가
계속 엄격해지면서 보다 정밀한 제어와 신속한 작동이 요구되어 전자제어 엔진에서는 전자제어식 EGR(E-EGR) 밸브가
사용되고 있다. E-EGR 시스템은 엔진회전속도와 부하, 냉각수 온도 등을 감지하여 엔진 작동상태를 파악하여 전자식
모터나 전자식 밸브로서 EGR 밸브를 구동하여 재순환가스 양을 제어한다.
1. 기계식 EGR 밸브 : 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드를 연결하는 EGR 통로상에 설치되어 흡기의 부압을 도입하기 위한
다이어프램실과 통로를 개폐하는 밸브체로 구성되어 있다. 기계식은 엔진 부압에 따라 개폐되는
구조이기 때문에 밸브의 응답성이 느리고 엔진이 충분한 부압을 발생시키지 못하는 구동 초기에는
작동이 어려워 원활하게 재순환시킬 수 없다. 또 부압라인 설계에 따른 설치 공간상의 문제와 엔진
상태에 따라 정밀한 제어가 어렵다는 단점이 있다.
2. 전자식 EGR 밸브 : 기계식의 단점을 본완한 보다 정밀하고 응답성이 우수하게 제어하기 위해서 흡기 부압라인을 없애고
밸브의 구동을 모터나 솔레노이드에 의해 제어하는 구조이다. 이는 엔진의 각종 운전상태를 입력
받은 ECU가 최적의 EGR율을 산출하여 밸브의 개폐시간이나 개도율을 제어함으로써 우수한 EGR
제어를 수행할 수 있다.
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