KR101294387B1 - 배기가스 재순환 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 최소 온도, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도를 초과하면, 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 낮춤으로써 흡기 매니폴드 시스템의 손상을 방지하고, 인터쿨러를 부식을 방지할 수 있는 배기가스 재순환 방법에 관한 것이다.
매연 여과 장치, 배기가스 재순환 장치, 터보차저, 컴프레셔, 온도

Description

배기가스 재순환 방법{Method for recirculation of exhaust gas}
본 발명은 배기가스 재순환 방법에 관한 것으로, 특히 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 최소 온도, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도를 초과하면, 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 낮춤으로써 흡기 매니폴드 시스템의 손상을 방지하고, 인터쿨러를 부식을 방지할 수 있는 배기가스 재순환 방법에 관한 것이다.
매연 여과 장치는 미연소에 의한 배기가스에 포함된 퇴적물을 포집하고, 포집한 퇴적물을 촉매 등을 이용하여 태움(이하, 재생)으로써, 배기가스에 미연소에 의한 퇴적물 등이 포함되지 않도록 하는 장치이다. 그리고, 배기가스 재순환 장치는 매연 여과 장치를 통과하여 배출되는 배기가스를 흡기관으로 재주입시키는 장치이다. 배기가스 재순환 장치에 의하여 흡기관을 재주입되는 배기가스는 매연 여과 장치의 후단의 압력과 터보차저의 컴프레셔 전단의 압력차에 의하여 흡기관으로 유입된다. 그런데, 매연 여과 장치가 배기가스에 포함된 퇴적물을 태움에 따라, 매 연 여과 장치를 통과한 배기가스는 그 온도가 높아진다. 따라서, 배기가스 재순환 장치에 의하여 흡기관을 재주입되는 배기가스의 온도 또한 올라간다. 배기가스 재순환 장치에 의하여 흡기관을 재주입되는 배기가스의 온도가 적정 온도 이상으로 올라가면, 터보차저의 컴프레셔 등을 포함하는 흡기 매니폴드 시스템은 적정 온도 이상으로 올라간 배기가스에 의하여 손상될 수 있다. 그리고, 배기가스 재순환 장치에 의하여 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 배기가스는 인터쿨러를 통과하는데, 인터쿨러를 통과하는 배기가스의 온도가 적정 온도 이상으로 올라가면, 인터쿨러 내에 응축수를 발생시킴으로써 인터쿨러를 부식시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 최소 온도, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도를 초과하면, 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 낮춤으로써 흡기 매니폴드 시스템의 손상을 방지하고, 인터쿨러를 부식을 방지할 수 있는 배기가스 재순환 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 방법은 매연 여과 장치의 후단에 적정 수준 이상의 퇴적물이 포집되면, 전자 제어 유닛은 상기 매연 여과 장치의 후단에 포집된 퇴적물을 재생시키는 단계와; 상기 매연 여과 장치의 후단에 포집된 퇴적물을 재생시키는 동안 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 추정하는 단계와; 추정된 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 정도이거나, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도를 초과하는가를 판단하는 단계와; 추정한 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 상기 최소 온도를 초과하면, 배기가스 재순환 장치로부터 상기 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 배기가스를 감소시키는 단계를 포함한다.
터보차저의 컴프레셔 후단의 온도는,
Figure 112013045978449-pat00011
를 이용하여 추정하며,
여기서, P1은 상기 터보차저의 컴프레셔 전단의 압력, T1은 상기 터보차저의 컴프레셔 전단의 온도, P2는 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 압력, T2는 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도이다.
상기 터보차저의 컴프레셔 전단의 압력은 대기압이며, 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 압력은 상기 터보차저의 컴프레셔에 의한 부스트 압력이며, 상기 터보차저의 컴프레셔 전단의 온도는,
Figure 112007087624233-pat00002
Figure 112007087624233-pat00003
를 이용하여 계산하며,
여기서, C : 상수, Ma : 흡기량, Ta : 흡기온도, Te : 실험적으로 정해지는 값(예를 들어 100℃, 차종마다 다르게 설정함), Me : 전체공기량(Ma * 연료량) - Ma이다.
상기 흡기 매니폴드로 유입되는 흡기의 온도 및 유량은 차량에 장착된 흡기 의 온도 센서 및 유량 센서를 통하여 감지하며, 상기 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 상기 배기가스의 온도는 상기 매연 여과 장치 후단의 온도를 이용하고, 상기 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 상기 배기가스의 유량은 전체 흡기량에서 실린더로 주입되는 흡기량을 제외한 것이다.
상기 배기가스 재순환 방법은 상기 매연 여과 장치의 전단의 압력과 상기 매연 여과 장치의 후단의 압력 차를 감지하는 차압 센서가 상기 매연 여과 장치의 전단 및 후단의 압력을 측정하여, 상기 매연 여과 장치의 후단에 적정 수준 이상의 퇴적물이 포집된 것을 감지하여 상기 전자 제어 유닛으로 이에 대한 신호를 전송하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 방법은 터보차저의 컴프레셔 전단의 압력, 터보차저의 컴프레셔 전단의 온도, 및 터보차저의 컴프레셔 후단의 압력을 이용하여 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 추정하고, 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 정도이거나, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도를 초과하면, 배기가스 재순환 장치로부터 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 배기가스량을 감소시킨다. 배기가스 재순환 장치로부터 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 배기가스량이 감소되면, 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 공기의 압력이 낮아짐으로 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 낮아진다. 이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 방법은 터보차저의 컴 프레셔 후단의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 정도이거나, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도를 초과하면, 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 낮춤으로써 흡기 매니폴드 시스템의 손상을 방지하고, 인터쿨러를 부식을 방지할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 방법은 매연 여과 장치의 전단의 압력과 매연 여과 장치의 후단의 압력 차를 감지하는 차압 센서가 매연 여과 장치의 전단 및 후단의 압력을 측정하여, 매연 여과 장치의 후단에 적정 수준 이상의 퇴적물이 포집되었다고 전자 제어 유닛(ECU)로 전송하면(S12), ECU는 매연 여과 장치에 포집된 퇴적물을 촉매 등을 이용하여 재생시킨다(S14). 이어서, 본 발명의 배기가스 재순환 방법은 상기 S14 단계가 수행되는 동안 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 하기 수학식 1을 이용하여 추정한다(S16). 여기서, 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 추정하는 이유는, 터보차저의 컴프레셔에 의해 유입 공기가 압축됨에 따라 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 터보차저의 컴프레셔 전단의 온도보다 높아지기 때문으로, 터보차저의 컴프레셔 후단의 높은 온도에 의하여 흡기 매니폴드 시스템이 손상되거나, 인터쿨러가 부식되기 때문이다.
따라서, 본 발명의 배기가스 재순환 방법은 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 추정하여 이를 모니터링한다.
Figure 112013045978449-pat00012
여기서, P1 : 터보차저의 컴프레셔 전단의 압력, T1 : 터보차저의 컴프레셔 전단의 온도, P2 : 터보차저의 컴프레셔 후단의 압력, T2 : 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도.
터보차저의 컴프레셔 전단의 압력(P1)은 대기압과 거의 동일하다. 따라서, 터보차저의 컴프레셔 전단의 압력(P1)은 1기압이다. 그리고, 터보차저의 컴프레셔 후단의 압력(P2)은 터보차저의 컴프레셔에 의한 부스트 압력과 동일하다. 따라서, 터보차저의 컴프레셔의 부스트 압력을 이용한다. 또한, 터보차저의 컴프레셔 전단의 온도(T1)는 흡기 매니폴드로 유입되는 흡기의 온도 및 유량과, 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 배기가스의 온도 및 유량으로 하기 수학식 2를 이용하여 추정한다.
Figure 112007087624233-pat00005
Figure 112007087624233-pat00006
여기서, C : 상수, Ma : 흡기량, Ta : 흡기온도,
Te : 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 배기가스의 온도로 실험적으로 정해지는 값(예를 들어 100℃, 차종마다 다르게 설정함), Me : 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 배기가스의 유량.
이때, 흡기 매니폴드로 유입되는 흡기의 온도 및 유량은 기존에 차량에 장착된 흡기의 온도 센서 및 유량 센서를 통하여 감지한다. 그리고, 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 배기가스의 온도는 매연 여과 장치 후단의 온도와 배기가스 재순환 장치 후단의 온도가 동일하므로 이를 이용하고, 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 배기가스의 유량은 공연비 정보에서 연료량에 대비하여 전체 흡기량을 계산할 수 있고, 전체 흡기량에서 실린더로 주입되는 흡기량을 제외하여 계산한다.
본 발명의 배기가스 재순환 방법은 상기 S16 단계에서 추정한 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 정도이거나, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도인 160℃를 초과하는가를 판단한다(S18). 상기 S18 단계의 판단 결과, 상기 S16 단계에서 추정한 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 상기 최소 온도를 초과하면, 본 발명의 배기가스 재순환 방법은 배기가스 재순환 장치로부터 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 배기가스량을 감소시킨다(S20). 배기가스 재순환 장치로부터 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 배기가스량이 감소되 면, 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 공기의 압력이 낮아짐으로 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 낮아진다.
이와 같이, 본 발명의 배기가스 재순환 방법은 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 정도이거나, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도를 초과하면, 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 낮춤으로써 흡기 매니폴드 시스템의 손상을 방지하고, 인터쿨러를 부식을 방지할 수 있다.
한편, 상기 S16 단계에서 추정한 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 상기 최소 온도를 초과하지 않으면, 본 발명의 배기가스 재순환 방법은 매연 여과 장치에 포집된 퇴적물의 재생이 종료되었는가를 판단하고(S22), 매연 여과 장치에 포집된 퇴적물의 재생이 종료되지 않는 동안 상기 S16 단계 내지 상기 S18 단계를 수행한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 방법을 나타내는 순서도이다.

Claims (5)

  1. 매연 여과 장치의 후단에 적정 수준 이상의 퇴적물이 포집되면, 전자 제어 유닛은 상기 매연 여과 장치의 후단에 포집된 퇴적물을 재생시키는 단계와;
    상기 매연 여과 장치의 후단에 포집된 퇴적물을 재생시키는 동안 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도를 추정하는 단계와;
    추정된 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 흡기 매니폴드 시스템을 손상시킬 수 있는 정도이거나, 인터쿨러를 부식시킬 수 있는 최소 온도를 초과하는가를 판단하는 단계와;
    추정한 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도가 상기 최소 온도를 초과하면, 배기가스 재순환 장치로부터 상기 터보차저의 컴프레셔로 유입되는 배기가스를 감소시키는 단계를 포함하고,
    상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도는,
    Figure 112013045978449-pat00013
    를 이용하여 추정(여기서, P1은 상기 터보차저의 컴프레셔 전단의 압력, T1은 상기 터보차저의 컴프레셔 전단의 온도, P2는 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 압력, T2는 상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 온도)하는 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 터보차저의 컴프레셔 전단의 압력은 대기압이며,
    상기 터보차저의 컴프레셔 후단의 압력은 상기 터보차저의 컴프레셔에 의한 부스트 압력이며,
    상기 터보차저의 컴프레셔 전단의 온도는
    Figure 112013045978449-pat00008
    Figure 112013045978449-pat00009
    를 이용하여 계산하며,
    여기서, C : 상수, Ma : 흡기량, Ta : 흡기온도,
    Te : 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 배기가스의 온도로 실험적으로 정해지는 값, Me : 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 배기가스의 유량인 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드로 유입되는 흡기의 온도 및 유량은 차량에 장착된 흡기의 온도 센서 및 유량 센서를 통하여 감지하며,
    상기 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 상기 배기가스의 온도는 상기 매연 여과 장치 후단의 온도를 이용하고,
    상기 배기가스 재순환 장치에서 배출되는 상기 배기가스의 유량은 전체 흡기량에서 실린더로 주입되는 흡기량을 제외한 것을 특징으로 하는 배기가스 재순환 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 매연 여과 장치의 전단의 압력과 상기 매연 여과 장치의 후단의 압력 차를 감지하는 차압 센서가 상기 매연 여과 장치의 전단 및 후단의 압력을 측정하여, 상기 매연 여과 장치의 후단에 적정 수준 이상의 퇴적물이 포집된 것을 감지하여 상기 전자 제어 유닛으로 이에 대한 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 배기가스 재순환 방법.
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