KR101509819B1 - 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기 분할 밸브를 이용하여 1,2차 과급기 측으로 공급되는 배기가스의 유량을 분할 공급할 수 있도록 한 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

그 장치는 외부 공기를 압축하여 엔진측으로 공급하는 1차 컴프레셔를 갖는 1차 과급기와, 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 공급받아 매연여과장치(DPF : Diesel Particulate Filter trap)측으로 저압 배기 순환가스를 공급하는 2차 터빈을 가지며 산화촉매장치와 매연여과장치를 통과한 배기가스를 1차 과급기의 컴프레셔 측으로 공급하는 2차 컴프레셔를 갖는 2차 과급기와, 1,2차 과급기의 터빈 측에 배기가스를 각각 공급하며 저압 배기가스의 사용 유무에 따라 공급되는 배기량을 가변되게 분할 공급하는 배기 분할 밸브를 구비한 것이다.

이에 따르면 본 발명은 배기 압력이 저감되어 펌핑 손실을 예방할 수 있으며, 이로 인해 연비를 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환장치 및 그 제어방법{Low pressure EGR apparatus in vehicle and control method thereof}

본 발명은 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배출되는 배기 가스 중에는 CO, HC, 및 NOx(질소화합물) 등과 같은 유해 성분이 다량 포함되어 있어, 오염물질인 NOx와 같은 에미션(Emission)을 줄이기 위해서 배기 가스 재 순환장치(EGR)를 적용하게 된다.

이와 같은 배기 가스 재 순환 장치인 EGR 장치는 연소 후 배출되는 배기 가스의 일부를 흡입 혼합 기에 포함시켜 연소 실로 유입시킴으로써, 혼합기의 자체 공연 비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키는 특성을 갖게 된다.

즉, 상기 EGR 장치는 엔진의 운전 상태에 따라 NOx와 같은 에미션(Emission)을 저감시킬 필요가 있을 때, 배기 가스의 일부를 EGR 밸브를 통하여 흡기 인테이크에 제공하여 혼합기와 함께 연소 실로 유입시키면, 상기 연소실로 유입된 배기 가스는 불활성 가스로서 흡입 가스의 체적은 변화하지 않으므로 상대적으로 혼합기 의 밀도가 저하되어 화염의 전파 속도를 저하시킴으로써 연소속도가 저하되고, 이에 따라 연소 온도의 상승을 방지하여 NOx와 같은 에미션(Emission)의 발생을 줄여 주게 된다.

이와 같은 EGR 장치는 전 영역에서 닫힘(Close Loop) 제어로서, 목표 공기 량을 실제 공기 량이 추종하기 위해 PID 제어를 구현함과 더불어, 연소 온도가 높아지면 그 발생 양도 증가하는 NOx와 같은 에미션(Emission)의 특성에 따라, 통상 EGR제어 장치에는 재 순환되는 배기 가스의 온도를 낮추는 EGR 쿨러(EGR Cooler)를 사용해 시스템을 구축하게 된다.

하지만, 이러한 EGR 제어 장치는 과급기(Turbo Charger)의 전단을 흐르는 배기 가스를 뽑아 이용함에 따라, 고온 배기 가스가 통과하는 EGR 쿨러의 온도 저감 효과에 한계가 있으며, 또한 여과되지 않은 배기 가스 이용으로 인해 에미션(Emission) 저감에 한계가 있다.

본 발명의 목적은 배기 분할 밸브를 이용하여 펌프 손실을 예방하고 연비를 향상시킬 수 있도록 한 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환방법 및 그 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 저압 배기가스의 사용 유무를 판단 하는 단계와,

엔진에서 배출되는 배기가스를 배기 분할 밸브를 이용하여 1차 과급기 측과 2차 과급기 측의 터빈을 통해 저압 배기가스를 매연여과장치측으로 공급하는 과정에서 상기 저압 배기가스의 사용 유무에 따라 배기량을 분할 공급하는 단계와,

상기 저압 배기가스의 사용시 상기 2차 과급기의 후단 압력이 대기압보다 높을 경우 상기 2차 과급기의 터빈측으로 공급되는 상기 저압 배기가스의 공급량을 감소시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 저압 배기가스의 공급량을 감소시키는 단계는 상기 고압 배기가스의 유량으로 보상하는 단계를 더 구비한다.

본 발명의 다른 특징은 외부 공기를 압축하여 엔진측으로 공급하는 1차 컴프레셔를 갖는 1차 과급기와,

엔진으로부터 배출되는 배기가스를 공급받아 매연여과장치측으로 저압 배기 순환가스를 공급하는 2차 터빈을 가지며 상기 매연여과장치를 통과한 배기가스를 상기 1차 과급기의 컴프레셔 측으로 공급하는 2차 컴프레셔를 갖는 2차 과급기와,

상기 1,2차 과급기의 터빈 측에 상기 엔진의 배기가스를 각각 공급하며 저압 배기가스의 사용 유무에 따라 공급되는 배기량을 가변되게 분할 공급하는 배기 분할 밸브를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 배기 분할 밸브를 이용하여 1,2차 과급기 측으로 공급되는 배기가스의 유량을 분할 공급한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 배기 압력이 저감되어 펌핑 손실을 예방할 수 있으며, 이로 인해 연비를 향상시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

디젤 엔진으로 압축된 외부 공기(Air)를 공급하도록, 배출되는 배기 가스가 구동력을 부가하는 과급기와, 과급기의 터빈(Turbine)쪽에서 이어져 배기 가스를 외부로 배출하는 배기 관에 설치된 후 처리 장치인 촉매, 촉매의 후단에서 배기 관으로부터 분기되어져, 과급기의 컴프레서(Compressor)쪽으로 이어진 저압 배기 가스 재 순환 장치(LP-EGR) 및 상기 저압 배기 가스 재 순환 장치(LP-EGR)를 통해 공급되는 배기 가스 바이패스(Bypass)량을 제어하도록, 촉매의 후단에서 분기된 배기관부위로 설치된 EGR 밸브 앗세이를 PID 제어하는 ECU로 구성된다.

이러한 저압 배기가스 재 순환장치는 LP-EGR 배압밸브를 닫아서 매연여과장치의 후단 압력을 상승시킨 후에 과급기의 컴프레셔 전단부와 압력 차이를 발생시킨 후에, 그 차압에 따른 유동 형성하고, 저압 EGR를 공급하도록 되어 있다.

이 경우에는 배압밸브를 닫은 상태에서도 컴프레셔의 펌핑 동작이 이어지게 되므로 불필요한 펌핑 손실이 발생하게 되고, 이로 인해 연비가 저하될 우려가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환장치 및 그 제어방법은, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 그 장치는 외부 공기를 압축 하여 엔진(10)측으로 공급하는 1차 컴프레셔(40)를 갖는 1차 과급기와, 엔진(10)으로부터 배기관(12)을 통해 배출되는 배기가스를 공급받아 매연여과장치(90)(DPF : Diesel Particulate Filter trap)측으로 저압 배기 순환가스를 공급하는 2차 터빈(55)을 가지며 산화촉매장치(95)와 매연여과장치(90)를 통과한 배기가스를 1차 과급기의 1차 컴프레셔(40) 측으로 공급하는 2차 컴프레셔(50)를 갖는 2차 과급기와, 1,2차 과급기의 터빈(30,55) 측에 배기가스를 각각 공급하며 저압 배기가스의 사용 유무에 따라 공급되는 배기량을 가변되게 분할 공급하는 배기 분할 밸브(100)를 구비한 것이다.

2차 과급기는 EGR 가스를 1차 과급기의 컴프레셔 전단부측으로 공급하기 위한 것으로서, 2차 과급기의 2차 컴프레셔(50) 후단 압력이 에어 클리너(80)와 열선식 에어플로미터(85)를 통과한 외부 공기의 대기압력보다 높을 경우 외기의 유입이 이루어지지 않게 되므로 2차 과급기로 공급되는 배기가스 측에 상대적으로 낮은 배기 분할량이 공급되는 것이 바람직하다.

배기 분할 밸브(100)는 상기한 경우를 고려하여 분할 공급하고, 저압 배기가스(LP-EGR)의 원활한 공급을 달성할 수 있으면서 배기 압력의 상승량이 최소화되어 연비를 개선할 수 있다.

매연여과장치(90)를 통과한 배기가스는 일부가 2차 과급기의 컴프레셔측으로 공급되고, 나머지는 머플러 측으로 공급되어 외부로 배출된다.

그외에도 고압-EGR과 저압-EGR의 쿨러(20)(60)가 각각 구비된다.

미설명 부호 "110"은 배기 분할 밸브(100)에서 2차 과급기측으로 배기 분할 량을 공급하는 공급배관을 나타낸 것이고, "36"은 1차 과급기의 터빈에서 산화촉매장치측으로 배기가스를 공급하도록 연결된 연결배관을 나타낸 것이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환방법은 저압 배기가스의 사용 유무를 판단하고, 엔진에서 배출되는 배기가스를 배기 분할 밸브를 이용하여 1차 과급기 측과 2차 과급기 측의 터빈을 통해 저압 배기가스를 매연여과장치측으로 공급하는 과정에서 상기 저압 배기가스의 사용 유무에 따라 배기량을 분할 공급하며, 저압 배기가스의 사용시 2차 과급기의 후단 압력이 대기압보다 높을 경우 상기 2차 과급기의 터빈측으로 공급되는 상기 저압 배기가스의 공급량을 감소시키고 고압 배기가스의 유량으로 보상함으로써, 2차 과급기의 컴프레셔 후단 압력이 대기압보다 높을 경우 외기가 역류하는 현상을 예방할 수 있다.

이때, 배기 분할 밸브는 2개의 Partition을 3-way 타입의 밸브로 제어하는 방식으로서, 1차 과급기측으로 유량이 공급되는 1차 배기 분할량과, 2차 과급기 측으로 유량이 공급되는 2차 배기 분할량으로 구분할 수 있다.

저압 배기가스 재순환장치(LP-EGR)를 사용하지 않을 경우에는 2차 배기 분할량이 0%가 되고, 배기 분할 밸브가 2차 과급기 측으로 유량이 분할되지 않도록 닫는다.

이후 저압 배기가스 재순환장치(LP-EGR)를 사용할 경우에는 우선적으로 2차 과급기 측으로 공급되는 2차 배기 분할량을 1차 배기 분할량보다 많은 유량을 확보 하도록 한다.

이는, LP-EGR의 원활한 확보로 NOx 가스의 배출을 저감시키기 위함이다.

이후, 2차 배기 분할량이 고정되면, 나머지 1차 배기 분할량의 유량을 이용하여 1차 과급기의 부스트 압력을 제어한다.

도 1은 본 발명에 따른 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환방법을 순차적으로 나타낸 플로우 챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 엔진 30 : 1차 터빈

40 : 1차 컴프레셔 50 : 2차 컴프레셔

55 : 2차 터빈 90 : 매연여과장치

100 : 배기 분할 밸브

Claims (3)

1. 저압 배기가스의 사용 유무를 판단하는 단계와,

   엔진에서 배출되는 배기가스를 배기 분할 밸브를 이용하여 1차 과급기 측과 2차 과급기 측의 터빈을 통해 저압 배기가스를 매연여과장치측으로 공급하는 과정에서 상기 저압 배기가스의 사용 유무에 따라 배기량을 분할 공급하는 단계와,

   상기 저압 배기가스의 사용시 상기 2차 과급기의 후단 압력이 대기압보다 높을 경우 상기 2차 과급기의 터빈측으로 공급되는 상기 저압 배기가스의 공급량을 감소시키는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 저압 배기가스의 공급량을 감소시키는 단계는 고압 배기가스의 유량으로 보상하는 단계를 더 구비한 것을 특징으로 하는 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환 제어방법.
3. 외부 공기를 압축하여 엔진 측으로 공급하는 1차 컴프레셔를 갖는 상기 1차 과급기와,

   상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 공급받아 매연여과장치 측으로 저압 배기 순환가스를 공급하는 2차 터빈을 가지며 상기 매연여과장치를 통과한 배기가스를 상기 1차 과급기의 컴프레셔 측으로 공급하는 2차 컴프레셔를 갖는 상기 2차 과급기와,

   상기 1,2차 과급기의 상기 터빈 측에 상기 엔진의 배기가스를 각각 공급하며 상기 저압 배기가스의 사용 유무에 따라 공급되는 배기량을 가변되게 분할 공급하는 상기 배기 분할 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 배기 분할 밸브를 이용한 저압 배기가스 재 순환장치.

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