KR101978254B1 - Intake manifold temperature control device and methods for Exhaust Gas Recirculation system - Google Patents

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박주현
김진성
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Abstract

Disclosed is a temperature control device for an intake manifold to prevent generation of a condensate caused by a temperature difference between exhaust gas recirculation (EGR) gas and combustion fresh air in an intake manifold of an internal combustion engine using an EGR system. According to the present invention, the temperature control device for an intake manifold comprises: a thermoelectric device installed to surround all or a part of a surface of an intake manifold connected to a recirculation line which recirculates a part of exhaust gas to an intake side; and a controller using information acquired from sensors of the recirculation and intake lines to predict generation of a condensate in the intake manifold in which the exhaust gas and fresh gas are joined, and controlling the thermoelectric device in accordance with a condensate generation prediction result to control the temperature of the intake manifold.

Description

배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치 및 방법{Intake manifold temperature control device and methods for Exhaust Gas Recirculation system}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an intake manifold temperature control device and an exhaust gas recirculation system for an exhaust gas reflux system,

본 발명은 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치 및 방법 에 관한 것으로, 구체적으로는, 배기가스 환류시스템(EGR system)이 적용된 내연기관의 흡기 다기관 내 응축수 생성을 방지하여 배기가스 환류시스템(EGR system)의 실사용 구간을 확대할 수 있도록 한 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for controlling the temperature of an intake manifold for an exhaust gas recirculation system, and more particularly, to an exhaust gas recirculation system (EGR system) The present invention relates to an apparatus and method for controlling the temperature of an intake manifold for an exhaust gas reflux system.

질소산화물(NOx)은 고압, 고온 환경에서 산소와 질소가 결합하여 발생하는 환경 유해물로서, 이를 억제하기 위하여 대기 중으로 배출되는 배기가스의 일부를 다시 흡기계통으로 환류시켜 최고 연소온도를 낮추고, 산소 공급을 줄여 질소산화물의 생성을 저감시키는 기술을 일반적으로 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템이라 한다.Nitrogen oxides (NOx) are environmental hazards generated by the combination of oxygen and nitrogen in a high-pressure and high-temperature environment. In order to suppress this, some of the exhaust gas to the atmosphere is returned to the intake system to lower the maximum combustion temperature, To reduce the production of nitrogen oxides is generally referred to as an EGR (exhaust gas recirculation) system.

EGR 시스템을 통해 흡기 측으로 환류되는 배기가스의 양은 연소실 내에서의 연료의 연소상태를 좌우하며, 또한 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM) 배출에 매우 중요한 영향을 미치게 된다. 따라서 EGR(exhaust gas recirculation) 기술에서 엔진의 흡기 측으로 환류되는 배기가스의 양을 제어하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.The amount of exhaust gas recirculated to the intake side via the EGR system determines the combustion state of the fuel in the combustion chamber and also has a very important influence on the emission of nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM). Therefore, it is very important to control the amount of exhaust gas recirculated to the intake side of the engine in exhaust gas recirculation (EGR) technology.

도 1은 디젤 차량에 적용되는 종래 일반적인 EGR 시스템의 개략 구성도이다.1 is a schematic block diagram of a conventional general EGR system applied to a diesel vehicle.

도 1을 참조하면, EGR 시스템(100)은, 엔진(110)에서 발생한 배기가스가 배출되는 배출라인(122), 연소공기를 엔진(110)에 공급하는 흡기라인(121), EGR 파이프(131)를 통해 배기가스 배출라인(122)과 연결되는 EGR 밸브 어셈블리(140) 및 흡기라인(121)과 EGR 밸브 어셈블리(140)를 연결하는 다른 EGR 파이프(131)의 중간에 설치되는 EGR 쿨러(150) 등을 포함한다.1, the EGR system 100 includes an exhaust line 122 through which exhaust gas generated in the engine 110 is discharged, an intake line 121 that supplies combustion air to the engine 110, an EGR pipe 131 An EGR valve assembly 140 connected to the exhaust gas discharge line 122 via the EGR valve assembly 140 and an EGR cooler 150 installed in the middle of another EGR pipe 131 connecting the intake line 121 and the EGR valve assembly 140 ) And the like.

EGR 쿨러(150)의 입구와 출구에 상기 EGR 파이프(131)가 연결되고, 그 일측에는 엔진의 냉각수가 유입되는 유입구(151)가 형성되고, 타측에는 EGR 쿨러(150)를 통과하면서 배기가스에 대해 냉각작용을 한 냉각수가 배출되는 배출구(152)가 형성된다. 그리고 EGR 밸브 어셈블리(140)는 제어부(ECU)가 전달하는 전기신호로 작동되어 흡기 측에 대한 배기가스의 재순환 량을 조절한다.The EGR pipe 131 is connected to the inlet and the outlet of the EGR cooler 150. An inlet 151 through which the cooling water of the engine flows is formed at one side thereof and an inlet 151 is formed at the other side of the EGR cooler 150 through the EGR cooler 150 An outlet 152 through which the cooling water having a cooling action is discharged is formed. The EGR valve assembly 140 is operated by an electric signal transmitted from a control unit (ECU) to regulate the amount of exhaust gas recirculated to the intake side.

이러한 구성의 EGR 시스템(100)은, 제어부의 명령으로 EGR 밸브 어셈블리(110)가 개방 측으로 작동되면, 배출라인(122)을 흐르는 배기 가스 중 일부가 EGR 파이프(131)를 통해 흡입라인(121) 측으로 환류되어 흡기와 함께 엔진(110)의 연소실로 공급된다. 이때 EGR 파이프(131)를 통과하는 배기 가스는 EGR 쿨러(150)에 의해 소정 온도로 냉각된 채 연소실에 공급된다.When the EGR valve assembly 110 is operated to the open side in response to a command from the control unit, the EGR system 100 having such a configuration is configured such that a part of the exhaust gas flowing through the exhaust line 122 flows into the suction line 121 through the EGR pipe 131, And is supplied to the combustion chamber of the engine 110 together with the intake air. At this time, the exhaust gas passing through the EGR pipe 131 is supplied to the combustion chamber while being cooled to a predetermined temperature by the EGR cooler 150.

한편, 일반적인 EGR 시스템은 현재의 외기온도에 따라 제한적으로 구동되도록 설정되어 있다. 제조사에 따라 다소 편차는 있으나 대략 영상 15도에서 20도 이하의 온도에서는 사용을 중지하거나 못하도록 제한을 걸어두고 있다. 사용에 제한을 두는 가장 큰 이유는 저온 환경에서 환류 배기가스(EGR gas)와 흡기(Fresh air)가 혼합되는 지점에서 발생하는 응축수(Condensate) 때문이다.On the other hand, the general EGR system is set to be limitedly driven according to the current outside temperature. There is some deviation according to the maker, but it is restricted to stop or not to use at about 15 degrees to 20 degrees. The most important reason for limiting the use is the condensation occurring at the point where the reflux exhaust gas (EGR gas) and the fresh air are mixed at a low temperature environment.

저온 환경에서 EGR 시스템이 가동되면, 저온의 흡기와 고온의 배기가스가 만나는 흡기 다기관(Intake manifold) 내 특정 지점에 두 유체 간 온도 차이에 따른 응결작용으로 응축수가 생성되고 누적되며, 이때 생성된 응축수는 비압축성 유체로서 주행 중 엔진 연소실로 유입되어 엔진에 손상을 입히거나 잔여 응축수가 동결(Freezing)되어 커넥팅 로드 파손과 같은 치명적인 문제를 야기할 수 있다.When the EGR system is operated in a low-temperature environment, condensate is generated and accumulated at a certain point in the intake manifold where the low-temperature intake gas and the high-temperature exhaust gas meet, due to the temperature difference between the two fluids. Is an incompressible fluid that flows into the engine combustion chamber during running and damages the engine or freezing of the remaining condensed water may cause a fatal problem such as a broken connecting rod.

이처럼 종래의 일반적인 EGR 시스템은 외기온도에 따라 EGR 시스템의 사용에 제한을 두고 있다. 즉 특정온도 이하의 저온 환경에서는 EGR을 사용하지 못하도록 제한을 두고 있다. 때문에 시스템의 활용 범위가 제한적이라는 단점이 있으며, 이와 같은 제한으로 인하여 외기온도에 따라 실연비 편차가 크게 발생하는 문제가 있다.As described above, the conventional general EGR system limits the use of the EGR system according to the outside temperature. In other words, EGR is limited in a low temperature environment below a certain temperature. Therefore, there is a disadvantage that the utilization range of the system is limited, and there is a problem that a deviation of the actual fuel efficiency is large depending on the outside temperature due to the restriction.

이에, 외기온도에 따라 EGR 쿨러를 통과하는 냉각수의 유량을 조절하여 환류 배기가스 온도를 조절하는 방안이 제안된 바 있다. 그러나 냉각수의 유량 조절로는 환류 배기가스의 온도를 응축수 생성을 억제할 수 있을 정도로 정확하고 정밀하게 제어하는 것이 쉽지 않으며, 따라서 이에 대한 대안 마련이 시급한 실정이다.Accordingly, a method has been proposed in which the flow rate of the cooling water passing through the EGR cooler is adjusted according to the outside temperature to regulate the temperature of the reflux exhaust gas. However, it is not easy to accurately and precisely control the temperature of the reflux exhaust gas so as to suppress the generation of condensed water by controlling the flow rate of the cooling water.

한국공개특허 제2016-0070124호(공개일 2016. 06. 17)Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0070124 (published on June 06, 2016)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 열전소자를 이용한 흡기 다기관의 온도 제어를 통해 저온 환경에서의 흡기 다기관 내 응축수 생성을 방지하는 흡기 다기관의 온도 제어 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for controlling the temperature of an intake manifold to prevent the generation of condensed water in an intake manifold in a low temperature environment through temperature control of an intake manifold using a thermoelectric element.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 외기온도 환경에 맞는 최적의 흡기 다기관 온도 제어를 통해 EGR 시스템(배기가스 환류시스템)의 사용 제한을 최대한 줄이고 활용도를 극대화시키는 흡기 다기관의 온도 제어 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an intake manifold temperature control device and method for maximizing the utilization limit of the EGR system (exhaust gas reflux system) through the optimal intake manifold temperature control suited to the ambient temperature environment .

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,According to an aspect of the present invention,

EGR 시스템이 적용된 내연기관의 흡기 다기관 내부에 환류 배기가스(EGR gas)와 연소용 흡입공기(Fresh air) 사이의 온도 차이로 인하여 응축수가 생성되는 것을 방지하기 위한 장치로서, An apparatus for preventing the generation of condensed water due to a temperature difference between a reflux exhaust gas (EGR gas) and a fresh air for combustion inside an intake manifold of an internal combustion engine to which an EGR system is applied,

배기가스의 일부를 흡기 측에 환류시키는 환류라인이 연결된 상기 흡기 다기관의 표면 일부 또는 전체를 감싸도록 설치되는 열전소자; 및A thermoelectric element provided so as to surround part or all of the surface of the intake manifold to which a reflux line for refluxing a part of the exhaust gas to the intake side is connected; And

환류라인 및 흡기라인의 센서들로부터 획득된 정보를 활용하여 배기가스와 흡입공기가 합류하는 흡기 다기관 내 응축수의 생성을 예측하고, 응축수 생성 예측 결과에 따라 상기 열전소자를 통제하여 흡기 다기관의 온도를 제어하는 콘트롤러;를 포함하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치를 제공한다.It is possible to predict the generation of condensed water in the intake manifold where the exhaust gas and the intake air are combined using the information obtained from the sensors of the reflux line and the intake line and to control the temperature of the intake manifold by controlling the thermoelectric device according to the predicted result of the condensate generation. A temperature control device for an intake manifold for an exhaust gas recirculation system including a controller for controlling the temperature of the intake manifold.

본 발명의 일 측면에 적용된 상기 콘트롤러는, 상기 센서들로부터 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 획득하는 정보 수집부, 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 활용하여 흡기 다기관 내 응축수의 생성을 예측하는 응축수 생성 예측부, 상기 응축수 생성 예측부에 의한 응축수 생성 예측 결과에 따라 응축수가 생성될 것으로 예상되는 경우, 응축수의 생성을 방지할 수 있는 목표 온도를 설정하는 목표 온도 설정부, 설정된 목표 온도에 상응하는 전류 제어 값을 결정하고, 결정된 전류 제어 값으로 상기 열전소자를 통제하여 흡기 다기관 및 흡기 다기관 내부 공간에 대한 온도 제어를 수행하는 온도 제어부를 포함할 수 있다. The controller applied to one aspect of the present invention includes an information collecting unit for acquiring information necessary for predicting the generation of condensate from the sensors, a condensate generation prediction unit for predicting the generation of condensate in the intake manifold using the information required for the condensate generation prediction, A target temperature setting unit for setting a target temperature that can prevent the generation of condensed water when the condensed water is expected to be generated according to a result of the condensed water generation prediction by the condensed water generation predictor, And controlling the temperature of the intake manifold and the internal space of the intake manifold by controlling the thermoelectric element with the determined current control value.

이때 센서들로부터 획득되는 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보는, 흡입공기(Fresh air)의 상대습도와 유량, 온도, 환류 배기가스(EGR gas)의 유량과 온도, 그리고 합류부인 흡기 다기관의 내부 온도 및 압력에 관한 정보 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. The information required for the prediction of the condensed water obtained from the sensors may include at least one of a relative humidity and a flow rate of fresh air, a temperature and a flow rate and a temperature of a reflux exhaust gas (EGR gas), an internal temperature of an intake manifold, And may include some or all of the pressure information.

여기서 상기 응축수 생성 예측부는, 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 흡기 다기관의 온도 변화에 따른 포화수증기압의 변화를 데이터 형태로 저장한 포화수증기 맵의 정보와 비교하여 응축수의 생성을 예측할 수 있다.Here, the condensed water production predicting unit predicts the generation of the condensed water by comparing the information required for the condensed water production prediction with the information of the saturated steam map stored in the form of data in the change of the saturated steam pressure according to the temperature change of the intake manifold.

바람직하게는, 상기 응축수 생성 예측부는, 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보로부터 혼합기체(흡입공기+배기가스)의 수증기압을 산출하고, 산출된 수증기압을 흡기 다기관의 온도에 따라 상기 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관 내부의 포화수증기압과 비교하여 응축수의 생성을 예측할 수 있다.Preferably, the condensed water production predicting unit calculates the steam pressure of the mixed gas (intake air + exhaust gas) from the information required for the condensed water generation prediction, and determines the calculated steam pressure by the saturated steam map according to the temperature of the intake manifold The generation of condensed water can be predicted in comparison with the saturated water vapor pressure inside the intake manifold.

이때, 상기 혼합기체의 수증기압이 상기 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관 내부의 포화수증기압을 초과하면 응축수가 생성되는 것으로 예측할 수 있다.At this time, it can be predicted that when the water vapor pressure of the mixed gas exceeds the saturated water vapor pressure in the intake manifold determined by the saturated water vapor map, condensed water is generated.

또한 상기 목표 온도 설정부는, 흡입공기(Fresh air)와 환류 배기가스(EGR gas) 사이의 온도 편차와 흡기 다기관의 압력 값을 기초로 시뮬레이션 또는 반복 실험을 통해 도출된 응축수 미생성 온도 데이터를 이용하여 목표 온도를 설정할 수 있다.Also, the target temperature setting unit may use the non-condensed temperature data derived through simulation or repeated experiment based on the temperature deviation between the fresh air and the reflux exhaust gas (EGR gas) and the pressure value of the intake manifold The target temperature can be set.

또한 본 발명의 일 측면에 적용된 상기 콘트롤러는, 배기가스 환류시스템의 구동이 제한되는 온도 구간에서 상기 열전소자를 통해 흡기 다기관을 가열(Heating)하여 흡입공기(Fresh air)의 온도를 상승시키는 제어를 수행할 수 있다.Further, the controller applied to one aspect of the present invention controls the temperature of the intake air by raising the temperature of the intake manifold through the thermoelectric element at a temperature range during which the operation of the exhaust gas recirculation system is restricted, Can be performed.

또한 상기 콘트롤러는, 운전 상황에 따라 상기 흡기 다기관에 대한 온도 상승 제어가 불필요하거나 흡기 다기관의 온도를 낮출 필요가 있는 경우, 상기 열전소자를 통해 흡기 다기관을 냉각(Cooling)시켜 흡입공기(Fresh air)의 온도를 하강시키는 제어를 수행할 수도 있다.In addition, when the temperature rise control for the intake manifold is unnecessary or the temperature of the intake manifold needs to be lowered according to the driving situation, the controller may cool the intake manifold through the thermoelectric element to generate fresh air, May be performed.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention as a solution to the problem,

EGR 시스템이 적용된 내연기관의 흡기 다기관 내부에 환류 배기가스(EGR gas)와 연소용 흡입공기(Fresh air) 사이의 온도 차이로 인하여 응축수가 생성되는 것을 방지하기 위한 방법으로서, A method for preventing the generation of condensed water due to a temperature difference between a reflux exhaust gas (EGR gas) and a fresh air for combustion in an intake manifold of an internal combustion engine to which an EGR system is applied,

환류라인 및 흡기라인의 센서들로부터 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 획득하는 정보 수집 단계;An information collecting step of acquiring information necessary for prediction of condensate generation from sensors of the reflux line and the inspiration line;

상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 활용하여 흡기 다기관 내 응축수의 생성을 예측하는 응축수 생성 예측 단계;A condensation water generation prediction step of predicting the generation of condensation water in the intake manifold using the information necessary for the condensation generation prediction;

응축수 생성 예측 결과에 따라 응축수가 생성될 것으로 예상되는 경우, 응축수의 생성을 방지할 수 있는 목표 온도를 설정하는 목표 온도 설정 단계;A target temperature setting step of setting a target temperature that can prevent generation of condensed water when it is expected that condensed water will be generated according to the predicted result of condensate generation;

설정된 목표 온도에 상응하는 전류 제어 값을 결정하고, 결정된 전류 제어 값으로 흡기 다기관의 표면에 부착된 열전소자를 통제하여 흡기 다기관 및 흡기 다기관 내부 공간의 온도를 제어하는 온도 제어 단계;를 포함하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 방법을 제공한다.And a temperature control step of determining a current control value corresponding to the set target temperature and controlling the thermoelectric elements attached to the surface of the intake manifold with the determined current control value to control the temperature of the intake manifold and the internal space of the intake manifold A method for controlling the temperature of an intake manifold for a gas reflux system is provided.

여기서 센서들로부터 획득되는 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보는, 흡입공기(Fresh air)의 상대습도와 유량, 온도, 환류 배기가스(EGR gas)의 유량과 온도, 그리고 합류부인 흡기 다기관의 내부 온도 및 압력에 관한 정보 중 일부 또는 전부일 수 있다.Here, the information required for the prediction of the condensed water production obtained from the sensors includes at least one of the relative humidity of the fresh air, the flow rate and temperature of the fresh air, the flow rate and temperature of the EGR gas, the internal temperature of the intake manifold, May be some or all of the pressure information.

또한 상기 응축수 생성 예측 단계에서는, 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 흡기 다기관의 온도 변화에 따른 포화수증기압의 변화를 데이터 형태로 저장한 포화수증기 맵의 정보와 비교하여 응축수의 생성을 예측할 수 있다.Also, in the condensate generation prediction step, the information required for the prediction of the condensed water generation can be predicted by comparing the change of the saturated steam pressure according to the temperature change of the intake manifold with the information of the saturated steam map stored in the form of data.

바람직하게는, 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보로부터 혼합기체(흡입공기+배기가스)의 수증기압을 산출하고, 산출된 수증기압을 흡기 다기관의 온도에 따라 상기 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관 내부의 포화수증기압과 비교하여 응축수의 생성을 예측할 수 있다.Preferably, the water vapor pressure of the mixed gas (intake air + exhaust gas) is calculated from the information necessary for the prediction of the generation of the condensed water, and the calculated water vapor pressure is saturated with the saturation steam map determined by the saturated steam map according to the temperature of the intake manifold The generation of condensed water can be predicted as compared with the water vapor pressure.

더욱 바람직하게는, 상기 혼합기체의 수증기압이 상기 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관 내부의 포화수증기압을 초과하면 응축수가 생성되는 것으로 예측할 수 있다.More preferably, it can be predicted that condensate will be produced if the water vapor pressure of the mixed gas exceeds the saturated water vapor pressure inside the intake manifold determined by the saturated water vapor map.

또한 상기 목표 온도 설정 단계에서는, 흡입공기(Fresh air)와 환류 배기가스(EGR gas) 사이의 온도 편차와 흡기 다기관의 압력 값을 기초로 시뮬레이션 또는 반복 실험을 통해 도출된 응축수 미생성 온도 데이터를 이용하여 목표 온도를 설정할 수 있다.In addition, in the target temperature setting step, the condensate non-generated temperature data derived through simulation or repeated experiment is used based on the temperature deviation between the fresh air and the reflux exhaust gas (EGR gas) and the pressure value of the intake manifold So that the target temperature can be set.

본 발명에 따른 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치 및 방법에 의하면, 열전소자를 이용한 흡기 다기관의 온도 제어를 통해 저온 환경에서의 흡기 다기관 내 응축수 생성을 방지할 수 있으며, 이에 따라 EGR 시스템 구동 시 응축수로 인한 문제, 예를 들어 응축수의 동결(Freezing)로 엔진에 치명적 손상을 가하는 문제를 예방할 수 있다.According to the apparatus and method for controlling the temperature of the intake manifold for the exhaust gas recirculation system according to the present invention, it is possible to prevent the generation of condensed water in the intake manifold in a low temperature environment by controlling the temperature of the intake manifold using the thermoelectric element. It is possible to prevent the problems caused by the condensed water during the operation, for example, the freezing of the condensed water and the damage to the engine.

또한 본 발명의 실시 예에 따르면, 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 토대로 열전소자를 제어하여 흡기 다기관 내 온도를 제어함으로써, 외기온도 환경에 맞는 최적의 흡기 다기관 온도 제어가 가능하며, 이에 따라 EGR 시스템(배기가스 환류시스템)의 사용 범위를 확장시킬 수 있다. 즉 EGR 시스템의 활용성 관련 종래 기술의 문제점을 개선할 수 있다.Further, according to the embodiment of the present invention, it is possible to control the temperature in the intake manifold by controlling the thermoelectric elements based on the information necessary for the prediction of the generation of condensed water, thereby enabling the optimal intake manifold temperature control suited to the ambient temperature environment. Exhaust gas reflux system) can be extended. That is, the problems of the related art related to the utility of the EGR system can be improved.

또한, 열전소자의 사용으로 EGR 활용성 개선을 위해 추가적으로 소요되는 부품을 최소화하면서도 흡기 다기관의 가열, 냉각을 요구 환경에 적합하도록 제어 가능한 이점이 있으며, 열전소자의 사용으로 일방이 아닌 양방향 제어가 가능하므로, 흡기 다기관의 온도 제어뿐 아니라 고온 폐열(환류 배기가스에 포함된 열에너지)의 활용을 통한 흡기효율 향상 등을 기대할 수 있다. In addition, by using thermoelectric elements, it is possible to control the heating and cooling of the intake manifold to be suitable for the required environment while minimizing the additional parts required for the improvement of the EGR utilization, and the bidirectional control , It is expected that not only the temperature control of the intake manifold but also the improvement of the intake efficiency by utilizing the high-temperature waste heat (heat energy included in the reflux exhaust gas) can be expected.

도 1은 디젤 차량에 적용되는 종래 일반적인 EGR 시스템의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치의 개념도.
도 3은 도 2의 온도 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개략 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 흡기 다기관의 온도 제어 방법을 구현하기 위해 적용되는 개략적인 제어 순서도.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 흡기 다기관의 온도 제어 방법을 구현하기 위해 적용되는 구체적인 제어 알고리즘을 포함하는 흐름도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic block diagram of a conventional general EGR system applied to a diesel vehicle. FIG.
2 is a conceptual diagram of an apparatus for controlling the temperature of an intake manifold for an exhaust gas recirculation system according to an aspect of the present invention.
Fig. 3 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of the temperature control device of Fig. 2; Fig.
FIG. 4 is a schematic control flowchart applied to implement a method for controlling the temperature of an intake manifold according to another aspect of the present invention. FIG.
5 is a flow chart that includes a specific control algorithm applied to implement a method of temperature control of an intake manifold according to another aspect of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In describing the present invention, the terminology used in the following description is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the present invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It is also to be understood that the terms such as " comprises " or " having " in this specification are intended to specify the presence of stated features, integers, But do not preclude the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the terms " part, " " unit, " " module, " and the like, which are described in the specification, refer to a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software .

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals will be given to the same constituent elements, and redundant description of the same constituent elements will be omitted. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치의 개념도이며, 도 3은 도 2의 온도 제어 장치의 구성을 개략적으로 도시한 개략 구성도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram of an apparatus for controlling the temperature of an intake manifold for an exhaust gas recirculation system according to an aspect of the present invention, and FIG. 3 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of the temperature control apparatus of FIG.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치는, EGR 시스템(30)이 적용된 내연기관의 흡기 다기관(50) 내부에 환류 배기가스(EGR gas)와 연소용 흡입공기(Fresh air) 사이의 온도 차이로 인하여 응축수가 생성되는 것을 방지하기 위한 장치로서, 콘트롤러(20)의 통제를 받아 흡기 다기관(50)에 열을 가하는 열전소자(10, Thermo Electric module)를 포함한다.2 and 3, an apparatus for controlling the temperature of an intake manifold for an exhaust gas recirculation system according to an aspect of the present invention includes an intake manifold 50 in which an EGR system 30 is applied, (10) for applying heat to the intake manifold (50) under the control of the controller (20) to prevent the generation of condensed water due to the temperature difference between the EGR gas and the fresh air, , Thermo Electric module).

열전소자(10)는 바람직하게, 고농도 전도성 고분자 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : Poly(4-styrenesulfonate)) 막에 의한 열전변환 소자로서, 종이와 같이 유연한 소재 위에 형성시켜 흡기 다기관(50)의 외형 굴곡에 맞춰 유연하게 구부러질 수 있는 구성일 수 있으며, 연소의 결과물인 배기가스 일부를 흡기 측에 환류시키는 환류라인(32)이 연결된 상기 흡기 다기관(50)의 표면 일부 또는 전체를 감싸도록 설치될 수 있다.The thermoelectric element 10 is preferably a thermoelectric conversion element made of a highly conductive polymer PEDOT: PSS (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)) film and formed on a flexible material such as paper, A part or whole of the surface of the intake manifold 50 to which the reflux line 32 connected to reflux a part of the exhaust gas as a result of combustion to the intake side is connected, As shown in FIG.

열전소자(10)는 앞서도 언급했듯이 콘트롤러(20)의 통제를 받아 작동된다. 콘트롤러(20)는 환류라인(32) 및 흡기라인(52)에 장착된 센서(40~42)들로부터 획득된 정보를 활용하여 환류 배기가스와 흡입공기가 합류하는 지점, 즉 환류라인(32)의 배출단이 연결된 흡기 다기관(50) 내에서의 응축수 생성을 예측한다. 그리고 응축수 생성 예측 결과에 따라 상기 열전소자(10)를 통제하여 흡기 다기관(50)의 온도를 제어한다.The thermoelectric element 10 is operated under the control of the controller 20 as mentioned above. The controller 20 utilizes the information obtained from the sensors 40 to 42 mounted on the reflux line 32 and the intake line 52 to detect the point where the reflux exhaust gas and the intake air join, To predict the generation of condensate in the intake manifold 50 to which the discharge end of the intake manifold 50 is connected. The temperature of the intake manifold 50 is controlled by controlling the thermoelectric element 10 according to the prediction result of the condensed water production.

콘트롤러(20)는 도 2의 예시와 같이, 정보 수집부(22)를 포함한다. 정보 수집부(22)는 흡기라인(52) 및 환류라인(32) 상의 상기 센서들로부터 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 획득한다. 응축수 생성 예측에 필요한 정보는, 흡입공기의 상대습도와 유량, 온도, 환류 배기가스의 유량과 온도, 합류부인 흡기 다기관(50)의 내부 온도와 압력에 관한 정보 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. The controller 20 includes an information collecting unit 22, as in the example of Fig. The information collecting unit 22 acquires information necessary for prediction of the condensed water production from the sensors on the intake line 52 and the reflux line 32. [ The information necessary for the prediction of the condensed water production may include some or all of the information on the relative humidity and flow rate of the intake air, the temperature, the flow rate and temperature of the reflux exhaust gas, and the internal temperature and pressure of the intake manifold 50 .

정보 수집부(22)에 의한 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보는 응축수 생성 예측부(24)에 제공된다. 그리고 응축수 생성 예측부(24)는 제공받은 정보를 활용하여 흡기 다기관(50) 내 응축수의 생성을 예측한다. 바람직하게는, 제공받은 정보를 기록장치에 저장된 포화수증기 맵의 정보와 비교하여 응축수의 생성을 예측한다.The information required for the condensate generation prediction by the information collection unit 22 is provided to the condensed water generation predicting unit 24. The condensed water generation predicting unit 24 predicts the generation of condensed water in the intake manifold 50 by using the provided information. Preferably, the provided information is compared with the information of the saturated steam map stored in the recording device to predict the generation of condensed water.

응축수 생성 예측부(24)는 구체적으로, 정보 수집부(22)로부터 제공받은 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보로부터 흡기 다기관(50) 내에서의 혼합기체(흡입공기+환류 배기가스)의 수증기압을 산출하고, 산출된 수증기압을 흡기 다기관(50)의 온도 정보에 따라 상기 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관(50) 내부의 포화수증기압과 비교하여 응축수의 생성을 예측할 수 있다. Specifically, the condensed water generation predicting unit 24 calculates the steam pressure of the mixed gas (intake air + reflux exhaust gas) in the intake manifold 50 from the information required for the condensed water generation prediction provided from the information collecting unit 22 And the generated water vapor pressure is compared with the saturated water vapor pressure in the intake manifold 50 determined by the saturated water vapor map according to the temperature information of the intake manifold 50 to predict the generation of the condensed water.

좀 더 구체적으로는, 상기 제공받은 정보로부터 산출된 혼합기체의 수증기압이 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관(50) 내부의 포화수증기압을 초과하면 응축수가 생성되는 것으로 예측할 수 있다. 흡기 다기관(50) 내에서의 혼합기체의 수증기압이 흡기 다기관(50) 내부의 포화수증기압을 초과하면 수증기 포화상태가 되어 응결작용(응축수 생성)이 일어나는 원리 때문이다.More specifically, it can be predicted that condensed water is generated when the water vapor pressure of the mixed gas calculated from the provided information exceeds the saturated water vapor pressure in the intake manifold 50 determined by the saturated water vapor map. (Condensation water generation) occurs when the water vapor pressure of the mixed gas in the intake manifold 50 exceeds the saturated water vapor pressure in the intake manifold 50 because the water vapor is saturated.

포화수증기 맵은 바람직하게, 흡기 다기관(50)의 온도 변화에 따른 포화수증기압의 변화를 데이터 형태로 저장한 맵일 수 있다. 구체적으로는, 동일하게 모사된 실험 조건에서의 반복된 실험 또는 사전 시뮬레이션을 통해 흡기 다기관(50) 내 온도 구간별 포화수증기압의 평균 값을 도출하고, 도출된 결과물들을 온도에 대해 테이블 형태로 데이터화한 것일 수 있다.The saturated vapor map may preferably be a map that stores the change of the saturated water vapor pressure in the form of data in accordance with the temperature change of the intake manifold 50. [ Specifically, the average value of the saturated steam pressures in the intake manifold 50 is derived from the repeated experiment or the pre-simulation under the same simulated experimental conditions, and the obtained results are converted into tabular data for the temperature Lt; / RTI >

응축수 생성 예측부(24)에 의한 응축수 생성 예측 결과는 목표 온도 설정부(26)에 제공된다. 목표 온도 설정부(26)는 응축수 생성 예측 결과에 기초하여 흡기 다기관(50)에 대한 목표 온도를 설정한다. 구체적으로, 응축수 생성 예측 결과 목표 응축수가 생성될 것으로 예상되는 경우, 상기 응축수의 생성을 방지할 수 있는 목표 온도를 설정한다. The predicted result of the condensed water generation by the condensed water generation predicting unit 24 is provided to the target temperature setting unit 26. [ The target temperature setting section 26 sets the target temperature for the intake manifold 50 based on the result of the condensed water generation prediction. Specifically, when the target condensate is expected to be generated as a result of the condensate generation prediction, the target temperature that can prevent the generation of the condensed water is set.

목표 온도 설정부(26)는 현재 흡입공기(Fresh air)와 환류 배기가스(EGR gas) 사이의 온도 편차와 흡기 다기관(50)의 현재 압력 값에 기초하여 응축수 생성을 방지할 수 있는 최소한의 온도로 목표 온도를 설정한다. 목표 온도 설정에는 상기 온도 편차와 압력 값을 변수로 하여 반복 실험이나 사전 시뮬레이션을 통해 도출된 결과물인 응축수 미생성 온도 데이터를 활용하는 방법이 고려될 수 있다.The target temperature setting section 26 sets the target temperature to the minimum temperature that can prevent the generation of condensed water based on the temperature deviation between the current fresh air and the reflux exhaust gas (EGR gas) and the present pressure value of the intake manifold 50 To set the target temperature. As the target temperature setting, a method of utilizing the condensed water non-generated temperature data derived from the repeated experiment or pre-simulation using the temperature deviation and the pressure value as variables may be considered.

예를 들어, 목표 온도 설정부(26)는 현재의 혼합기체 온도와 흡기 다기관(50)의 현재 압력 값을 가지고 상기 응축수 미생성 온도 데이터로부터 현재 흡기 다기관(50)의 포화수증기압을 현재 혼합기체의 수증기압보다 높여 응결작용이 일어나지 않도록 하는 온도 최저 값을 찾아내고, 찾아낸 온도 정보(응축수 미생성 최저 온도 값)를 후술하는 온도 제어부(28)에 제공할 수 있다.For example, the target temperature setting unit 26 sets the saturation water vapor pressure of the current intake manifold 50 from the current non-condensing temperature data to the current mixed gas temperature and the current pressure value of the intake manifold 50, It is possible to find the temperature minimum value that prevents the condensation action from occurring due to the water vapor pressure being higher than the water vapor pressure and provide the detected temperature information (the lowest temperature value without condensation) to the temperature control unit 28 described later.

물론, 이처럼 맵 형태의 정보를 활용하는 방안 외에도, 반복실험이나 시뮬레이션을 통해 획득된 데이터를 활용하여 흡입공기와 환류 배기가스 각각의 유량과 온도 편차, 흡기 다기관(50)의 압력 값과 포화 수증기압 사이의 소정의 관계식을 도출하고, 그 도출된 관계식을 이용하여 수증기압과 포화 수증기압이 구해지면 자동으로 목표 온도를 연산 출력하는 프로그램을 이용하는 방안을 비롯해 실용적으로 도출 가능한 모든 방법이 고려될 수 있다.Of course, in addition to the method of utilizing the map-type information, the flow rate and the temperature deviation of each of the intake air and the reflux exhaust gas, the difference between the pressure value of the intake manifold 50 and the saturated water vapor pressure And a program for automatically calculating and outputting the target temperature when the water vapor pressure and the saturated water vapor pressure are obtained by using the derived relational expression can be considered as well as all practical methods that can be derived.

목표 온도 설정부(26)에 의해 설정된 목표 온도 정보는 온도 제어부(28)에 전달된다. 온도 제어부(28)는 위와 같은 과정을 통해 설정된 목표 온도에 상응하는 열전소자(10) 전류 제어 값을 결정한다. 그리고 그 결정된 전류 제어 값으로 상기 열전소자(10)를 통제하여 흡기 다기관(50) 및 흡기 다기관(50) 내부 공간에 대한 온도 제어를 수행한다.The target temperature information set by the target temperature setting section 26 is transmitted to the temperature control section 28. [ The temperature control unit 28 determines the current control value of the thermoelectric element 10 corresponding to the set target temperature through the above process. Then, the thermoelectric element 10 is controlled with the determined current control value to perform temperature control on the internal space of the intake manifold 50 and the intake manifold 50.

예를 들어, 현재 흡기 다기관(50)의 온도(T1)에 대하여 설정 목표 온도(T2)가 소정온도(T3, T3=T2 - T1)만큼 높게 설정된 경우, 높게 설정된 온도 값(T3)만큼 흡기 다기관(50)의 온도를 상승시키는데 필요한 열전소자(10)의 전류 제어 값을 맵 또는 실험으로 도출 가능한 소정의 관계식을 이용하여 구하고, 구해진 전류 제어 값으로 열전소자(10)를 통제하여 흡기 다기관(50)의 온도를 T3만큼 상승시킨다. For example, when the set target temperature T2 is set higher than the temperature T1 of the intake manifold 50 by the predetermined temperature T3, T3 = T2 - T1, The temperature of the thermoelectric element 10 required for raising the temperature of the thermoelectric element 10 is calculated by using a predetermined relation formula that can be derived from a map or an experiment and the thermoelectric element 10 is controlled by the obtained current control value, ) Is increased by T3.

콘트롤러(20)는 한편, 응축수 생성을 방지할 수 있는 온도 구간을 벗어난 예외 구간, 예컨대 냉간시동과 같이 배기가스 환류시스템의 구동이 제한되는 온도 구간에서는 흡기 다기관(50)에 열을 가하여(Heating) 흡입공기(Fresh air)의 온도를 에미션(Emission) 저감에 적합한 온도로 상승시켜 상기 에미션(Emission) 저감효과 발휘되도록 상기 열전소자(10)를 제어할 수도 있다.On the other hand, the controller 20 applies heat to the intake manifold 50 in a temperature range during which the driving of the exhaust gas recirculation system is restricted, such as an exceptional period outside the temperature range that can prevent the generation of condensed water, The temperature of the fresh air may be raised to a temperature suitable for emission reduction to control the thermoelectric element 10 to exhibit the emission reduction effect.

경우에 따라서는 상기 흡기 다기관(50)에 대한 온도 상승 제어가 불필요하거나 반대로 흡기 다기관(50)의 온도를 낮출 필요가 있는 경우도 있다. 차량 발진 상황에서 토크 우선 제어가 필요한 상황이 그러한 경우이다. 이 경우 콘트롤러(20)는, 열전소자(10)가 반대로 흡열작용을 하여 흡기 다기관(50)을 냉각(Cooling)시켜 흡입공기(Fresh air)의 온도를 하강시키도록 제어할 수도 있다.In some cases, the temperature rise control for the intake manifold 50 may not be necessary, or the temperature of the intake manifold 50 may need to be lowered. This is the case in which the torque priority control is required in the vehicle starting state. In this case, the controller 20 may control the thermoelectric element 10 to reverse the temperature of the fresh air by cooling the intake manifold 50 by the endothermic action.

이하, 전술한 일 측면에 따른 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치에 의해 행해지는 온도 제어 과정을 흐름도를 참조하여 살펴보기로 한다.Hereinafter, a temperature control process performed by the temperature control apparatus for an intake manifold for an exhaust gas recirculation system according to one aspect will be described with reference to a flowchart.

도 4와 도 5는 각각 본 발명의 다른 측면에 따른 흡기 다기관의 온도 제어 방법을 구현하기 위해 적용되는 개략적인 제어 순서도 및 구체적인 제어 알고리즘을 포함하는 흐름도이다.FIG. 4 and FIG. 5 are flowcharts each including a schematic control flowchart and a specific control algorithm applied to implement the method of controlling the temperature of the intake manifold according to another aspect of the present invention.

도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 흡기 다기관의 온도 제어 방법은, 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 수집하는 정보 수집 단계, 수집된 정보로부터 응축수의 생성을 예측하는 응축수 생성 예측 단계, 응축수 생성 예측 결과로부터 목표 온도를 설정하는 목표 온도 설정 단계 및 최종 흡기 다기관에 대한 온도 제어 단계 등 크게 총 4단계로 구성될 수 있다.4 to 5, a method for controlling an intake manifold according to another aspect of the present invention includes an information collecting step of collecting information necessary for prediction of condensate generation, a condensate generation prediction A target temperature setting step of setting a target temperature from the predicted result of condensation generation, and a temperature control step of the final intake manifold.

먼저, 현재 외기의 온도가 응축수 생성을 방지할 수 있는 온도 구간에 속하는지를 판단한다(S50). 다른 표현으로는, 현재 외기의 온도가 EGR 시스템을 구동시키는 데에 적합한 온도 구간에 있는지를 먼저 판단한다. 외기의 온도가 너무 낮으면, 흡기 다기관에 대한 온도 제어에 의하더라도 응축수 생성을 효과적으로 억제할 수 없기 때문이다. First, it is determined whether the temperature of the present outside air belongs to a temperature zone that can prevent the generation of condensed water (S50). In other words, it is first determined whether the temperature of the present outdoor air is in a temperature range suitable for driving the EGR system. If the temperature of the outside air is too low, the generation of condensed water can not be effectively suppressed even by the temperature control on the intake manifold.

외기 온도 판단 결과, 응축수 생성을 방지할 수 있는 온도 구간인 것으로 판단되면 다음 프로세스를 진행한다. 구체적으로는, 외기 온도 판단 결과 현재의 외기 온도가 응축수 생성을 방지할 수 있는 온도 구간에 속하는 것으로 판단되면 정보 수집 단계(S100)로 넘어 간다. As a result of the determination of the outside air temperature, if it is determined that the temperature is within the temperature range for preventing the generation of condensed water, the following process is performed. Specifically, if it is determined that the outdoor air temperature is within the temperature range that can prevent the generation of condensed water, the flow proceeds to the information collection step S100.

정보 수집 단계(S100)에서는 흡기라인 및 환류라인 상의 상기 센서들로부터 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 획득한다. 응축수 생성 예측에 필요한 정보는 앞서도 언급했듯이, 흡입공기의 상대습도와 유량, 온도, 환류 배기가스의 유량과 온도, 합류부인 흡기 다기관의 내부 온도와 압력에 관한 정보 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. In the information collection step S100, information necessary for prediction of the condensed water production is obtained from the sensors on the intake line and the return line. The information necessary for predicting the condensation generation may include some or all of the information on the relative humidity and flow rate of the intake air, the temperature and the flow rate and temperature of the reflux exhaust gas, and the internal temperature and pressure of the intake manifold as the confluent part .

정보 수집 단계(S100)에서 수집된 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보는 응축수 생성 단계(S200)에서 응축수 생성 예측에 활용된다. 응축수 생성 예측 단계(S200)에서는 응축수 생성 예측에 필요한 정보로부터 흡기 다기관 내 응축수의 생성을 예측한다. 바람직하게는, 제공받은 정보를 기록장치에 기 저장된 포화수증기 맵의 정보와 비교하여 응축수의 생성을 예측한다.The information necessary for the prediction of the condensed water collected in the information collection step (S100) is utilized in the condensed water generation prediction in the condensed water generating step (S200). In the prediction step (S200) of condensate generation, the generation of condensed water in the intake manifold is predicted from information necessary for prediction of condensate generation. Preferably, the provided information is compared with information in the saturated vapor map previously stored in the recording device to predict the generation of condensed water.

응축수 생성 예측부 단계(S200)에서는 구체적으로, 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보로부터 흡기 다기관 내에서의 혼합기체(흡입공기+환류 배기가스)의 수증기압을 산출하고, 산출된 수증기압을 흡기 다기관의 온도 정보에 따라 상기 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관 내부의 포화수증기압과 비교하여 응축수의 생성을 예측할 수 있다. Specifically, in the condensation water production predicting step S200, the water vapor pressure of the mixed gas (intake air + reflux exhaust gas) in the intake manifold is calculated from the information necessary for the condensation generation prediction, and the calculated water vapor pressure is stored in the temperature information of the intake manifold The generation of condensed water can be predicted in comparison with the saturated water vapor pressure inside the intake manifold determined by the saturated water vapor map.

바람직하게는, 상기 제공받은 정보로부터 산출된 혼합기체의 수증기압이 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관 내부의 포화수증기압을 초과하면 응축수가 생성되는 것으로 예측할 수 있다. 흡기 다기관 내에서의 혼합기체의 수증기압이 흡기 다기관 내부의 포화수증기압을 초과하면 수증기 포화상태가 되어 응결작용(응축수 생성)이 일어나기 때문이다.Preferably, the condensed water is generated when the water vapor pressure of the mixed gas calculated from the provided information exceeds the saturated water vapor pressure in the intake manifold determined by the saturated water vapor map. If the water vapor pressure of the mixed gas in the intake manifold exceeds the saturated water vapor pressure in the intake manifold, the water vapor saturates and condensation (condensation) occurs.

응축수 생성 예측 결과(S210), 응축수가 생성될 것으로 예측되면 다음 단계인 목표 온도 설정 단계(S300)로 넘어간다. 목표 온도 설정 단계(S300)에서는 응축수 생성 예측 결과에 기초하여 흡기 다기관에 대한 목표 온도를 설정한다. 구체적으로는, 응축수 생성 예측 결과 목표 응축수가 생성될 것으로 예상되는 경우, 상기 응축수의 생성을 방지할 수 있는 목표 온도를 설정한다. If it is predicted that the condensed water will be generated (S210), the process proceeds to the target temperature setting step S300, which is the next step. In the target temperature setting step (S300), the target temperature for the intake manifold is set based on the result of the condensed water generation prediction. Specifically, when the target condensate is expected to be generated as a result of the prediction of the generation of the condensed water, a target temperature capable of preventing the generation of the condensed water is set.

목표 온도 설정 단계(S300)에서는 현재 흡입공기(Fresh air)와 환류 배기가스(EGR gas) 사이의 온도 편차와 흡기 다기관의 현재 압력 값에 기초하여 응축수 생성을 방지할 수 있는 온도 값 중 최소 값을 목표 온도로 설정하는 알고리즘이 사용될 수 있다. 목표 온도 설정에는 온도 편차와 압력 값을 변수로 하는 반복 실험이나 시뮬레이션을 통해 도출된 결과물인 응축수 미생성 온도 데이터를 활용하는 방법이 고려될 수 있다.In the target temperature setting step S300, the minimum value of the temperature values that can prevent the generation of condensed water based on the temperature deviation between the present fresh air and the reflux exhaust gas (EGR gas) and the present pressure value of the intake manifold An algorithm for setting the target temperature may be used. For the target temperature setting, it is possible to consider a method that utilizes the result of the repeated experiment using the temperature deviation and the pressure value as variables, and the result of condensation non-generated temperature data obtained through the simulation.

예를 들어, 현재의 혼합기체 온도와 흡기 다기관의 현재 압력 값을 가지고 상기 응축수 미생성 온도 데이터로부터 현재 흡기 다기관의 포화수증기압을 현재 혼합기체의 수증기압보다 높여 응결작용이 일어나지 않도록 하는 온도 값 중 최저 값을 찾아내고, 찾아낸 온도 정보(응축수 미생성 최저 온도 값)가 후술하는 온도 제어단계에서 활용되도록 제공할 수 있다.For example, if the current mixed gas temperature and the current pressure value of the intake manifold are taken as the lowest value among the temperature values for preventing the condensation action from occurring by increasing the saturated steam pressure of the present intake manifold higher than the water vapor pressure of the present mixed gas from the non- And finds the detected temperature information (the lowest temperature value without condensation) to be utilized in the temperature control step described later.

물론, 맵 형태의 정보를 활용하는 방안 외에도, 반복실험이나 시뮬레이션을 통해 획득된 데이터를 활용하여 흡입공기와 환류 배기가스 각각의 유량과 온도 편차, 흡기 다기관의 압력 값과 포화 수증기압 사이의 소정의 관계식을 도출하고, 그 도출된 관계식을 이용하여 수증기압과 포화 수증기압이 구해지면 자동으로 목표 온도를 연산 출력하는 프로그램을 이용하는 방안을 비롯해 실용적으로 도출 가능한 모든 방법이 고려될 수 있다.Of course, in addition to the method of utilizing the map-type information, the flow rate and the temperature deviation of each of the intake air and the reflux exhaust gas, the pressure difference of the intake manifold, and the saturated water vapor pressure, And a program for automatically calculating and outputting the target temperature when the water vapor pressure and the saturated water vapor pressure are obtained by using the derived relational expression, and all practical methods can be considered.

목표 온도 설정 단계(S300)에서 설정된 목표 온도 정보는 온도 제어 단계(S400)에서 온도 제어에 중요한 정보로 활용된다. 온도 제어 단계(S400)에서는 위와 같은 과정을 통해 설정된 목표 온도에 상응하는 열전소자 전류 제어 값을 결정한다. 그리고 그 결정된 전류 제어 값으로 상기 열전소자를 통제하여 흡기 다기관 및 흡기 다기관 내부 공간에 대한 온도 제어가 행해진다.The target temperature information set in the target temperature setting step S300 is used as important information for the temperature control in the temperature control step S400. In the temperature control step S400, a thermoelectric current control value corresponding to the set target temperature is determined through the above process. Then, the thermoelectric element is controlled by the determined current control value to perform temperature control for the intake manifold and the intake manifold internal space.

예를 들어, 현재 흡기 다기관의 온도(T1)에 대하여 설정 목표 온도(T2)가 소정온도(T3, T3=T2 - T1)만큼 높게 설정된 경우, 높게 설정된 온도 값(T3)만큼 흡기 다기관의 온도를 상승시키는데 필요한 열전소자의 전류 제어 값을 맵 또는 소정의 관계식을 이용하여 구하고, 구해진 전류 제어 값으로 열전소자를 통제하여 흡기 다기관의 온도를 T3만큼 상승시키는 제어가 행해질 수 있다. For example, when the set target temperature T2 is set to be higher by a predetermined temperature (T3, T3 = T2 - T1) with respect to the temperature T1 of the intake manifold, the temperature of the intake manifold is increased by the set temperature value T3 Control can be performed by obtaining a current control value of the thermoelectric element necessary for raising the temperature of the intake manifold by using a map or a predetermined relational expression, controlling the thermoelectric element by the obtained current control value, and raising the temperature of the intake manifold by T3.

다음, 열전소자를 통한 흡기 다기관에 대한 온도 제어로 흡기 다기관이 목표 온도에 도달했는지를 열전소자나 센서(예컨대, 흡기 다기관에 설치되는 온도감시센서)로부터 피드백되는 정보를 가지고 판단하며(S410), 목표 온도에 도달한 것으로 판단되면 흡기 다기관에 대한 온도 제어 프로세스를 종료하고, 그렇지 않은 경우 계속해서 열전소자를 통제하여 흡기 다기관의 온도를 제어한다.Next, it is determined whether the intake manifold reaches the target temperature by temperature control for the intake manifold through the thermoelectric element (S410) with information fed back from a thermoelectric element or a sensor (for example, a temperature monitoring sensor installed in the intake manifold) When it is determined that the target temperature has been reached, the temperature control process for the intake manifold is terminated. Otherwise, the temperature of the intake manifold is controlled by continuously controlling the thermoelectric device.

한편, 응축수 생성을 방지할 수 있는 온도 구간을 벗어난 예외 구간, 예컨대 냉간시동과 같이 배기가스 환류시스템의 구동이 제한되는 온도 구간에서는 흡기 다기관에 열을 가하여(Heating) 흡입공기(Fresh air)의 온도를 에미션(Emission) 저감에 적합한 온도로 상승시켜 상기 에미션(Emission) 저감효과 발휘되도록 상기 열전소자를 제어할 수도 있다(S500).On the other hand, in a temperature range during which the operation of the exhaust gas recirculation system is restricted, such as an exceptional period outside the temperature range in which condensate generation can be prevented, for example, a cold start, heat is applied to the intake manifold, The temperature of the thermoelectric element may be raised to a temperature suitable for the reduction of the emission to control the thermoelectric element to exhibit the emission reduction effect (S500).

경우에 따라서는 상기 흡기 다기관에 대한 온도 상승 제어가 불필요하거나 흡기 다기관의 온도를 낮출 필요가 있는 경우도 있다. 차량 발진 상황에서 토크 우선 제어가 필요한 상황이 그러한 경우이다. 이 경우에는 도시하지는 않았으나, 열전소자가 반대로 흡열작용을 하여 흡기 다기관을 냉각(Cooling)시켜 흡입공기(Fresh air)의 온도를 하강시키도록 제어할 수도 있다.In some cases, the temperature rise control for the intake manifold may not be necessary or the temperature of the intake manifold may need to be lowered. This is the case in which the torque priority control is required in the vehicle starting state. In this case, though not shown, the thermoelectric element may function as an endothermic function in reverse to control cooling of the intake manifold to lower the temperature of the fresh air.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따르면, 열전소자를 이용한 흡기 다기관의 온도 제어를 통해 저온 환경에서의 흡기 다기관 내 응축수 생성을 방지할 수 있다. 이에 따라 EGR 시스템 구동 시 응축수로 인한 문제, 예를 들어 응축수의 동결(Freezing)로 인해 엔진에 치명적 손상이 가해지는 문제를 확실하게 예방할 수 있다.According to the embodiments of the present invention described above, it is possible to prevent the generation of condensed water in the intake manifold in a low temperature environment by controlling the temperature of the intake manifold using the thermoelectric element. Accordingly, it is possible to reliably prevent a problem caused by the condensed water when the EGR system is driven, for example, a problem of lethal damage to the engine due to freezing of the condensed water.

또한, 열전소자를 이용한 흡기 다기관의 온도 제어에 의하여 저온 환경에서도 외기온도에 크게 구애됨이 없이 EGR 시스템을 사용할 수 있도록 하는 효과가 있다. 즉 외기온도에 따라 제한적으로 사용되던 EGR 시스템(배기가스 환류시스템)의 사용 범위를 확장시킬 수 있으며, 이를 통해 연비 향상 효과도 기대할 수 있다. Further, by controlling the temperature of the intake manifold using the thermoelectric element, it is possible to use the EGR system without significantly affecting the outside temperature even in a low temperature environment. In other words, the range of use of the EGR system (exhaust gas reflux system), which was limited according to the outside temperature, can be extended and the fuel efficiency improvement effect can be expected.

또한, 열전소자의 사용으로 EGR 활용성 개선을 위해 추가적으로 소요되는 부품을 최소화하면서도 흡기 다기관의 가열, 냉각을 요구 환경에 적합하도록 제어 가능한 이점이 있으며, 열전소자의 사용으로 일방이 아닌 양방향 제어가 가능하므로, 흡기 다기관의 온도 제어뿐 아니라 고온 폐열(환류 배기가스에 포함된 열에너지)의 활용을 통한 흡기효율 향상 등을 기대할 수 있다. In addition, by using thermoelectric elements, it is possible to control the heating and cooling of the intake manifold to be suitable for the required environment while minimizing the additional parts required for the improvement of the EGR utilization, and the bidirectional control , It is expected that not only the temperature control of the intake manifold but also the improvement of the intake efficiency by utilizing the high-temperature waste heat (heat energy included in the reflux exhaust gas) can be expected.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the foregoing detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific forms thereof, which are to be considered as being limited to the specific embodiments, but on the contrary, the intention is to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. .

10 : 열전소자
20 : 콘트롤러
22 : 정보 수집부
24 : 응축수 생성 판단부
26 : 목표 온도 설정부
28 : 온도 제어부
30 : EGR 시스템
32 : 환류라인
40~42 : 센서
50 : 흡기 다기관
52 : 흡기라인
10: thermoelectric element
20: Controller
22: Information collecting section
24: Condensate generation determination unit
26: target temperature setting unit
28:
30: EGR system
32: reflux line
40 ~ 42: Sensor
50: intake manifold
52: Intake line

Claims (15)

EGR 시스템이 적용된 내연기관의 흡기 다기관 내부에 환류 배기가스(EGR gas)와 연소용 흡입공기(Fresh air) 사이의 온도 차이로 인하여 응축수가 생성되는 것을 방지하기 위한 장치로서,
배기가스의 일부를 흡기 측에 환류시키는 환류라인이 연결된 상기 흡기 다기관의 표면 일부 또는 전체를 감싸도록 설치되는 열전소자와, 환류라인과 흡기라인에 각각 설치되는 센서, 그리고 센서들로부터 획득된 정보를 활용하여 배기가스와 흡입공기가 합류하는 흡기 다기관 내 응축수의 생성을 예측하고, 응축수 생성 예측 결과에 따라 상기 열전소자를 통제하여 흡기 다기관의 온도를 제어하는 콘트롤러를 포함하되,
상기 콘트롤러는,
상기 센서들로부터 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 획득하는 정보 수집부;
상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보와 포화수증기 맵을 활용하여 흡기 다기관 내 응축수의 생성을 예측하는 응축수 생성 예측부;
상기 응축수 생성 예측부에 의한 응축수 생성 예측 결과에 따라 응축수가 생성될 것으로 예상되는 경우, 응축수의 생성을 방지할 수 있는 목표 온도를 설정하는 목표 온도 설정부;
설정된 목표 온도에 상응하는 전류 제어 값을 결정하고, 결정된 전류 제어 값으로 상기 열전소자를 통제하여 흡기 다기관 및 흡기 다기관 내부 공간에 대한 온도 제어를 수행하는 온도 제어부;를 포함하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치.
An apparatus for preventing the generation of condensed water due to a temperature difference between a reflux exhaust gas (EGR gas) and a fresh air for combustion inside an intake manifold of an internal combustion engine to which an EGR system is applied,
A thermoelectric element provided so as to surround part or all of the surface of the intake manifold to which a reflux line for refluxing a part of the exhaust gas to the intake side is connected; a sensor provided in each of the reflux line and the intake line; And a controller for controlling the temperature of the intake manifold by controlling the thermoelectric element according to a result of the prediction of the generation of condensed water, wherein the controller controls the temperature of the intake manifold,
The controller includes:
An information collecting unit for acquiring information required for prediction of condensate generation from the sensors;
A condensation water generation predicting unit for predicting the generation of condensation water in the intake manifold using the information necessary for the prediction of the condensation generation and the saturated water vapor map;
A target temperature setting unit for setting a target temperature that can prevent the generation of condensed water when it is expected that condensed water will be generated according to a result of the condensed water generation prediction by the condensed water generation predictor;
And a temperature control unit for determining a current control value corresponding to the set target temperature and controlling the temperature of the intake manifold and the internal space of the intake manifold by controlling the thermoelectric element with the determined current control value, Temperature control device of manifolds.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
센서들로부터 획득되는 상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보는,
흡입공기(Fresh air)의 상대습도와 유량, 온도, 환류 배기가스(EGR gas)의 유량과 온도, 그리고 합류부인 흡기 다기관의 내부 온도 및 압력에 관한 정보 중 일부 또는 전부를 포함하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치.
The method according to claim 1,
The information required for the condensate generation prediction, which is obtained from the sensors,
An exhaust gas recirculation system including a part or all of information on the relative humidity of the fresh air, the flow rate and temperature of the fresh air, the flow rate and temperature of the EGR gas, and the internal temperature and pressure of the intake manifold, Temperature control device for intake manifold.
제 1 항에 있어서,
상기 응축수 생성 예측부는,
상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보를 흡기 다기관의 온도 변화에 따른 포화수증기압의 변화를 데이터 형태로 저장한 포화수증기 맵의 정보와 비교하여 응축수의 생성을 예측하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치.
The method according to claim 1,
The condensed water production predicting unit predicts,
A temperature control device for an intake manifold for an exhaust gas recirculation system for predicting the generation of condensed water by comparing the information required for the prediction of the condensed water production with the information of the saturated steam map stored in the form of data in accordance with the change in the saturated steam pressure according to the temperature change of the intake manifold .
제 4 항에 있어서,
상기 응축수 생성 예측부는,
상기 응축수 생성 예측에 필요한 정보로부터 혼합기체(흡입공기+배기가스)의 수증기압을 산출하고, 산출된 수증기압을 흡기 다기관의 온도에 따라 상기 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관 내부의 포화수증기압과 비교하여 응축수의 생성을 예측하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치.
5. The method of claim 4,
The condensed water production predicting unit predicts,
The steam pressure of the mixed gas (intake air + exhaust gas) is calculated from the information required for the condensed water production prediction, and the calculated steam pressure is compared with the saturated steam pressure inside the intake manifold determined by the saturated steam map according to the temperature of the intake manifold An apparatus for controlling the temperature of an intake manifold for an exhaust gas reflux system which predicts the generation of condensed water.
제 5 항에 있어서,
상기 혼합기체의 수증기압이 상기 포화수증기 맵에 의해 결정되는 흡기 다기관 내부의 포화수증기압을 초과하면 응축수가 생성되는 것으로 예측하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치.
6. The method of claim 5,
And estimates that condensed water is generated when the water vapor pressure of the mixed gas exceeds a saturated water vapor pressure inside the intake manifold determined by the saturated water vapor map.
제 1 항에 있어서,
상기 목표 온도 설정부는,
흡입공기(Fresh air)와 환류 배기가스(EGR gas) 사이의 온도 편차와 흡기 다기관의 압력 값을 기초로 시뮬레이션 또는 반복 실험을 통해 도출된 응축수 미생성 온도 데이터를 이용하여 목표 온도를 설정하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the target temperature setting unit includes:
Exhaust gas setting the target temperature using the condensate non-generating temperature data derived through simulation or repeated experiment based on the temperature deviation between the fresh air and the reflux exhaust gas (EGR gas) and the pressure value of the intake manifold Temperature control device for intake manifold for reflux system.
제 1 항에 있어서,
상기 콘트롤러는,
배기가스 환류시스템의 구동이 제한되는 온도 구간에서 상기 열전소자를 통해 흡기 다기관을 가열(Heating)하여 흡입공기(Fresh air)의 온도를 상승시키는 제어를 수행하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치.
The method according to claim 1,
The controller includes:
Temperature control of an intake manifold for an exhaust gas recirculation system that performs control to increase the temperature of fresh air by heating the intake manifold through the thermoelectric element at a temperature range during which the operation of the exhaust gas recirculation system is restricted Device.
제 1 항에 있어서,
상기 콘트롤러는,
운전 상황에 따라 상기 흡기 다기관에 대한 온도 상승 제어가 불필요하거나 흡기 다기관의 온도를 낮출 필요가 있는 경우, 상기 열전소자를 통해 흡기 다기관을 냉각(Cooling)시켜 흡입공기(Fresh air)의 온도를 하강시키는 제어를 수행하는 배기가스 환류시스템용 흡기 다기관의 온도 제어 장치.
The method according to claim 1,
The controller includes:
If the temperature rise control for the intake manifold is not required or the temperature of the intake manifold needs to be lowered according to the driving situation, the temperature of the intake air is lowered by cooling the intake manifold through the thermoelectric element Temperature control device for an intake manifold for an exhaust gas reflux system that performs control.
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