KR102233165B1 - 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법은, 연료 종류별 목표 흡기 온도를 저장한 흡기온 모델링 맵 데이터를 활용하여 사용 연료에 맞는 목표 흡기 온도를 결정하는 단계, 냉각수온 센서의 검출값을 바탕으로 냉간 시동 여부를 판단하는 단계, 냉간 시동이 아니면, 인터쿨러에 냉각수를 순환시키는 단계, 냉각수 순환 후 상기 인터쿨러 출구 측 흡기온 센서에서 측정되는 흡기 온도가 상기 목표 흡기 온도에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계 및 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 도달한 경우, 흡기온 센서의 출력을 기초로 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 피드백 제어하여 흡기 온도를 목표 흡기 온도로 유지시키는 단계를 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 시스템{Engine Intake Temperature Control Method and System Using Water-cooled Intercooler}
본 발명은 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 다양한 운전 조건에서도 최적의 흡기 효율을 달성하고 EGR 실사용 구간을 확대하여 연비 향상을 가능하게 하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
엔진의 구동으로 동력을 발생시키는 과정에서 연소를 위해 외부의 공기를 충분히 공급하여야만 원하는 출력과 연소 효율을 얻을 수 있다. 이를 위해 연소용 공기를 과급시켜 주는 장치로서 터보차저(turbocharger)가 널리 사용되고 있다. 터보차저는 배기가스의 압력으로 터빈을 돌리고, 터빈의 회전력으로 컴프레서를 돌려 연소실로 고압의 공기를 공급함으로써 엔진의 출력을 높이는 장치이다.
터보차저에는 인터쿨러가 일반적으로 함께 장착된다. 인터쿨러는 터보차저의 컴프레서에서 압축된 공기를 냉각시켜 밀도를 크게 함으로써 연소실로 공급되는 흡입공기의 절대량을 늘리는 역할을 한다. 터보-인터쿨러 엔진은 자연흡기 엔진에 비해 출력이 30% 가까이 향상되어 탁월한 동력 성능이 발휘되고, 저속에서도 동일 출력을 내며, 연비 측면에서도 상당히 유리하다.
인터쿨러의 한 형태로서 공랭식 인터쿨러가 잘 알려져 있다. 그러나 공랭식 인터쿨러의 경우 차속에 따라 냉각 효율의 변동이 심하고 엔진 열의 영향을 상대적으로 크게 받는다. 따라서 공랭식 인터쿨러의 경우 초기 발진 시 흡기 냉각이 충분하지 않아 응답성이 떨어지고, 공연비 최적 제어에 있어서도 수냉식에 비해 불리한 단점이 있다.
한편, 질소산화물(NOx)은 고압, 고온 환경에서 산소와 질소가 결합하여 발생하는 환경 유해물질이다. 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.
EGR 시스템을 통해 흡기 측으로 환류되는 배기가스의 양은 연소실 내에서의 연료의 연소상태를 좌우하며, 또한 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM) 배출에 매우 중요한 영향을 미친다. 따라서 EGR(exhaust gas recirculation) 기술에서 엔진의 흡기 측으로 환류되는 배기가스의 양을 제어하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다.
일반적으로 EGR 시스템은 제조사에 따라 다소 편차는 있으나, 대략 영상 15도에서 20도 이하의 온도에서는 사용을 못하도록 제한을 걸어두고 있다. 신기(Fresh air) 대비 수분 함량이 높은 배기가스를 재순환하는 장치(EGR)가 달린 엔진의 경우, 환류 배기가스의 비율(EGR rate)과 혼합기의 온도 및 습도에 따라 응축수가 발생할 우려가 높아지기 때문이다.
참고로, 인터쿨러에서 발생하는 응축수는 배기가스에 포함된 황성분으로 인해 높은 산성을 띠므로, 저압 EGR 밸브의 부식, 저압 EGR 쿨러의 부식, 이멀전시 필터의 막힘, 인터쿨러 부식 등의 주된 원인이 되고, 비압축성 유체이기 때문에 연소실로 유입될 경우 엔진이 손상되거나 동절기 잔여 응축수가 동결(Freezing)되어 커넥팅 로드 파손 등 치명적인 문제가 야기될 수 있다.
이러한 문제점 해결을 위해 EGR 양을 제한하는 방식의 기술이 제안된 바 있다. 그러나 종래 EGR 양을 제한하는 방식은 저온 환경으로 갈수록 EGR 활용 측면에서 분명히 한계가 있고, 고속 주행과 같이 EGR을 적극 활용할 수 있는 운전 영역에서는 외기온에 가깝게 냉각된 흡기온의 상태로 인하여 실질적으로 EGR 유입으로 인한 연비 향상 효과를 기대하기 어려운 측면이 있다.
한국공개특허 제2016-0070124호(공개일 2016. 06. 17)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다양한 운전 조건에서도 최적의 흡기 효율을 달성하고, EGR 실사용 구간을 확대하여 연비 향상을 가능하게 하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 잦은 가감속 시 흡기온 변화에 의한 흡기효율 응답성 저하를 최소화하고, 터보차저 및 EGR 시스템 적용에 따른 응축수 생성 문제를 해소할 수 있는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
(a) 연료 종류별 목표 흡기 온도를 저장한 흡기온 모델링 맵 데이터를 활용하여 사용 연료에 맞는 목표 흡기 온도를 결정하는 단계;
(b) 냉각수온 센서의 검출값을 바탕으로 냉간 시동 여부를 판단하는 단계;
(c) 냉간 시동이 아니면, 인터쿨러에 냉각수를 순환시키는 단계;
(d) 냉각수 순환 후 상기 인터쿨러 출구 측 흡기온 센서에서 측정되는 흡기 온도가 상기 목표 흡기 온도에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계; 및
(e) 상기 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 도달한 경우, 상기 흡기온 센서의 출력을 기초로 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 피드백 제어하여 흡기 온도를 상기 목표 흡기 온도로 유지시키는 단계;를 포함하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법을 제공한다.
여기서 상기 (b) 단계를 통한 판단 결과, 냉간 시동이면 인터쿨러에 대한 냉각수 순환을 차단한다.
본 발명의 일 측면에 따른 엔진 흡기 온도 제어 방법은 또한,
(f) 상기 (e) 단계에서의 목표 흡기 온도 유지를 위한 제어 중 배기가스 재순환 장치(EGR 장치)의 작동 여부를 확인하는 단계;
(g) 배기가스 재순환 장치가 작동된 것으로 확인되면, 상기 흡기온 센서의 출력에 기초하여 인터쿨러에서 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율을 산출하는 단계;
(h) 산출된 최대 EGR율을 차량 운전 조건에 따라 EGR 맵이 출력하는 목표 EGR율과 비교하는 단계;
(i) 목표 EGR율이 상기 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율보다 크면, 상기 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따른 추가적인 EGR율 확보 및 그에 따른 연비 이득과 목표 흡기 온도 상향 조정으로 인한 엔진 출력 손실을 비교하여 최적 흡기 온도를 도출하고, 인터쿨러의 냉각수 순환량을 조절하여 흡기 온도를 도출된 최적 흡기 온도로 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 (g) 단계에서는, 재순환 배기가스에 포함된 수증기량과 신기(Fresh air)에 포함된 수증기량, 그리고 인터쿨러로 유입되는 혼합기(배기가스+신기)의 온도에 따른 포화 수증기압으로부터 인터쿨러에서 응축수가 발생하지 않는 상기 최대 EGR율을 산출할 수 있다.
또한 상기 (i) 단계에서는, 목표 흡기 온도 상향 조정으로 추가 확보되는 EGR율과 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따라 손실되는 엔진 출력을 정량화하여 매트릭스 구조의 테이블 형태로 데이터화 한 엔진 효율화 맵을 활용하여 상기 최적 흡기 온도를 도출할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 엔진 흡기 온도 제어 방법은 또한,
(j) 최적 흡기 온도 제어 중 APS(Accelerate Position Sensor) 또는 차속 센서의 출력을 바탕으로 가속 여부를 판단하는 단계; 및
(k) 가속으로 판단 시 냉각수 순환펌프를 급속 제어하여 인터쿨러를 순환하는 냉각수 순환량을 증대시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
배기라인을 따라 흐르는 배기가스의 일부를 흡기라인으로 환류시키기 위한 배기가스 재순환 장치;
상기 흡기라인에 설치되어 터보차저의 컴프레서에 의해 압축된 공기를 냉각시키며, 냉각수 순환라인을 통해 라디에이터와 냉각수 순환 가능하게 연결되는 인터쿨러;
상기 라디에이터와 인터쿨러를 연결하는 냉각수 순환라인에 설치되는 냉각수 순환펌프;
상기 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브;
상기 인터쿨러를 통과해 연소실로 공급될 흡기 온도를 제어하는데 필요한 정보를 검출하는 데이터 검출부; 및
상기 데이터 검출부로부터 흡기 온도를 제어하는데 필요한 정보를 수신하고, 상기 유량조절밸브와 냉각수 순환펌프의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하며,
상기 제어기는,
상기 데이터 검출부로부터 수신된 흡기 온도를 제어하는데 필요한 정보에 기초하여, 상기 유량조절밸브의 개폐 및 개도량을 조절하고 냉각수 순환펌프의 동작을 제어하여 상기 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 조절함으로써 엔진 연소실로 공급되는 흡기 온도를 제어하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치를 제공한다.
여기서 상기 데이터 검출부는, 상기 냉각수 순환라인의 냉각수 온도를 측정하는 냉각수온 센서와, 상기 인터쿨러의 흡기 출구에서 흡기 온도를 측정하는 흡기온 센서와, 상기 배기가스 재순환 장치의 환류 배기가스 유량을 검출하는 유량검출센서와, APS(Accelerate Position Sensor) 또는 차속을 검출하는 차속 센서 등을 포함할 수 있다.
또한 상기 제어기는, 연료 종류별 목표 흡기 온도를 저장한 흡기온 모델링 맵 데이터를 활용하여 사용 연료에 맞는 목표 흡기 온도를 결정하며, 데이터 검출부가 제공하는 냉각수온 검출값을 바탕으로 냉간 시동 여부를 판단하고, 냉간 시동이 아니면, 상기 유량조절밸브를 개방하고 냉각수 순환펌프를 가동시켜 인터쿨러에 냉각수를 순환시킴으로써 상기 목표 흡기 온도에 추종하도록 흡기 온도를 제어할 수 있다.
또한 상기 제어기는, 상기 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 도달한 경우, 흡기 온도가 상기 목표 흡기 온도로 유지되도록 데이터 검출부가 제공하는 흡기 온도 정보에 기초하여 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 피드백 제어할 수 있다.
또한 상기 제어기는, 냉간 시동이면, 상기 유량조절밸브를 차단하여 인터쿨러에 대한 냉각수 순환을 차단할 수 있다.
또한 상기 제어기는, 목표 흡기 온도에 추종하도록 흡기 온도를 제어하는 도중 배기가스 재순환 장치가 작동되면, 데이터 검출부에 포함된 흡기온 센서의 출력에 기초하여 인터쿨러에서 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율을 산출하고, 산출된 최대 EGR율을 차량 운전 조건에 따라 EGR 맵이 출력하는 목표 EGR율과 비교하며, 목표 EGR율이 상기 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율보다 크면, 상기 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따른 추가적인 EGR율 확보 및 그에 따른 연비 이득과 목표 흡기 온도 상향 조정으로 인한 엔진 출력 손실을 비교하여 최적 흡기 온도를 도출하고, 인터쿨러의 냉각수 순환량을 조절하여 흡기 온도를 도출된 최적 흡기 온도로 제어할 수 있다.
이때 상기 제어기는, 재순환 배기가스에 포함된 수증기량과 신기(Fresh air)에 포함된 수증기량, 그리고 인터쿨러로 유입되는 혼합기(배기가스+신기)의 온도에 따른 포화 수증기압으로부터 인터쿨러에서 응축수가 발생하지 않는 상기 최대 EGR율을 산출할 수 있다.
또한 상기 제어기는, 목표 흡기 온도 상향 조정으로 추가 확보되는 EGR율과 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따라 손실되는 엔진 출력을 정량화하여 매트릭스 구조의 테이블 형태로 데이터화 한 엔진 효율화 맵을 활용하여 상기 최적 흡기 온도를 도출할 수 있다.
또한 상기 제어기는, 최적 흡기 온도 제어 중 차량이 가속되면, 상기 냉각수 순환펌프를 급속 제어하여 인터쿨러를 순환하는 냉각수 순환량을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 장치에 의하면, 인터쿨러 출구 측에서 검출된 흡기온 정보를 바탕으로 냉각수 순환량을 조절하여 흡기온을 최적으로 조절함으로써, 다양한 운전 조건에서도 최적의 흡기 효율을 달성할 수 있다.
또한, 냉각수 순환 제어를 통한 흡기온 제어 중 차량 가속이 감지되면, 냉각수 순환펌프의 회전속도를 빠르게 하여 가속에 따른 흡기온 상승에 대응함으로써, 잦은 가감속 시 흡기온 변화에 의한 흡기효율 응답성 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 냉각수 순환 제어를 통한 흡기온 제어 중 EGR 장치의 작동이 감지되면, 현재 운전 조건에서 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율을 산출하고, 목표 EGR율이 산출된 최대 EGR율보다 크면, 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따른 추가적인 EGR율 확보와, 목표 흡기 온도 상향 조정으로 인한 엔진 출력 손실을 고려하여 도출되는 최적 흡기 온도에 맞춰 냉각수 순환량을 제어한다.
이에 따라, 터보차저 및 EGR 시스템 적용에 따른 응축수 생성 문제를 해소하면서도, EGR 실사용 구간을 종래 EGR 양을 단순히 제한하는 방식에 비해 크게 확대할 수 있어서 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법을 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
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.
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.
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.
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.
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.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치의 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진(30) 흡기 온도 제어 장치는, 엔진(30), 엔진 연소실(31)로 공급될 공기(흡입 공기)가 흐르는 흡기라인(10), 그리고 연소실(31)에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기라인(40)을 포함한다. 또한 상기 배기라인(40)에 설치되는 터빈(62)과 상기 흡기라인(10)에 설치되는 컴프레서(64)를 포함하는 터보차저(60)를 구비한다.
엔진(30)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(30)은 흡기 매니폴드(36)에 연결되어 연소실(31) 내부로 연소용 공기가 유입되며, 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드(38)에 모인 후 배기라인(40)을 통해 대기로 배출된다. 그리고 연소실(31)에는 인젝터(도시 생략)가 장착되어 연료를 연소실 내부로 분사한다.
배기라인(40)은 상기 배기 매니폴드(38)에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 배기라인(40)에는 이 배기라인(40)을 흐르는 배기가스의 압력으로 회전운동을 하는 상기 터보차저(60)의 터빈(62)이 배치되며, 터빈(62)의 회전력으로 회전운동을 하면서 엔진 연소실(31)로 공급되는 흡기를 압축시키는 상기 터보차저(60)의 컴프레서(64)가 배치된다.
본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진(30) 흡기 온도 제어 장치는 또한, 배기가스 재순환 장치(이하, 'EGR 장치(50)'라 함)를 포함한다. EGR 장치(50)는 배기라인(40)을 따라 흐르는 배기가스의 일부를 다시 흡기라인(10)으로 환류시킴으로써 최고 연소온도를 낮추고, 산소 공급을 줄여 질소산화물의 생성을 저감시키는 역할을 한다.
EGR 장치(50)는 도면의 예시와 같이, 배기가스의 유동방향을 기준으로 터보차저(60)의 상기 터빈(62) 후방의 배기라인(40)과 흡입공기(이하, '흡기'라 함)의 유동방향을 기준으로 터보차저(60)의 컴프레서(64) 전방의 흡기라인(10)을 연결하는 EGR 라인(51)을 포함하며, EGR 라인(51) 중간에 환류 배기가스(EGR)의 온도를 적정수준으로 냉각시켜 흡기 측으로 공급하도록 EGR 쿨러(52)가 장착된다.
EGR 쿨러(52)와 상기 컴프레서(64) 사이의 상기 EGR 라인(51)에는 흡기 측으로 환류되는 배기가스의 양을 조절하는 전자제어식 솔레노이드 밸브 방식의 EGR 밸브(54)가 설치될 수 있으며, 환류 배기가스의 유동방향을 기준으로 EGR 밸브(54)의 전단과 후단에는, EGR 밸브(54)의 전단과 후단 압력 차를 측정하여 환류량을 피드백 제어하기 위한 한 쌍의 차압센서(도시 생략)가 설치될 수 있다.
흡기의 유동을 기준으로 컴프레서(64)의 후방에는 인터쿨러(20)가 설치된다. 인터쿨러(20)는 상기 컴프레서(64)의 작동으로 온도가 상승된 압축공기를 냉각시켜 공기 밀도를 크게 한다. 이로 인해 연소실(31)에 공급되는 흡기의 절대량이 증가하여 엔진(30) 출력이 향상된다. 인터쿨러(20)는 냉각수 순환라인(80)을 통해 라디에이터(70)와 냉각수 순환 가능하게 연결되는 수냉식 인터쿨러(20)가 적용된다.
여기서, 라디에이터(70)는 엔진에서 발생한 열을 냉각수를 통해 대기 중으로 방출하는 보편적인 차량의 라디에이터이거나, 이러한 보편적인 라디에이터와는 별개로 상기 수냉식 인터쿨러(20)만을 위한 인터쿨러 전용 라디에이터일 수 있다.
라디에이터(70)와 상기 인터쿨러(20)를 연결하는 냉각수 순환라인(80)에는 냉각수 순환펌프(84)와 유량조절밸브(84)가 설치된다. 냉각수 순환펌프(84)는 후술하는 제어기(90)의 통제를 받아 구동 또는 정지 되거나, 차속에 맞춰 회전 속도가 조절되는 구성일 수 있으며, 유량조절밸브(84)는 상기 제어기(90) 통제를 받아 상기 인터쿨러(20)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절함으로써 흡기 온도를 제어한다.
제어기(90)는 데이터 검출부(100)로부터 상기 흡기 온도를 제어하는데 필요한 정보를 수신한다. 그리고 그 수신된 정보로부터 유량조절밸브(84)와 냉각수 순환펌프(84)의 제어값을 결정하고, 결정된 제어값으로 유량조절밸브(84)와 냉각수 순환펌프(84)의 동작을 제어함으로써 차량 상태 또는 조건에 따라 연소실(31)로 공급될 흡기 온도를 최적으로 제어한다.
데이터 검출부(100)는 인터쿨러(20)를 통과해 연소실(31)로 공급될 흡기 온도를 제어하는데 필요한 정보를 검출한다. 이러한 데이터 검출부(100)에는, 냉각수온 센서(102), 인터쿨러(20)의 흡기 출구에서 흡기 온도를 측정하는 흡기온 센서(104), 배기가스 재순환 장치의 환류 배기가스 유량을 검출하는 유량검출센서(106), APS(Accelerate Position Sensor) 또는 차속을 검출하는 차속 센서(108) 등이 포함될 수 있다.
제어기(90)는 바람직하게, 상기 데이터 검출부(100)가 제공하는 흡기 온도 제어에 필요한 정보를 기초로, 상기 유량조절밸브(84)의 개폐 및 개도량을 조절하고 냉각수 순환펌프(84)의 동작을 제어한다. 이를 통해 인터쿨러(20)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절함으로써 상기 인터쿨러(20)를 통과하여 엔진 연소실(31)로 공급되는 흡기 온도를 제어한다.
엔진 연소실로 공급될 흡기 온도를 인터쿨러를 이용하여 제어하는 제어기의 기능에 대해 이하 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
제어기(90)는 먼저, 현재 사용하는 연료에 맞는 목표 흡기 온도를 결정한다. 상기 목표 흡기 온도는 연료 종류별 목표 흡기 온도를 저장한 흡기온 모델링 맵 데이터로부터 결정될 수 있다. 즉 제어기(90)는 연료 종류별 목표 흡기 온도를 저장한 흡기온 모델링 맵 데이터를 활용하여 현재 사용 연료에 맞는 목표 흡기 온도를 도출한다.
흡기온 모델링 맵 데이터로부터 현재 사용 연료에 맞는 목표 흡기 온도가 도출되면 제어기(90)는 계속해서, 전술한 데이터 검출부(100)가 제공하는 냉각수온 검출값을 바탕으로 냉간 시동(또는 저온 환경에서의 온간 시동) 여부를 판단한다. 예를 들어 냉간 시동을 위한 기준냉각수온이 영하 6도로 설정된 경우, 제어기(90)는 냉각수온이 영하 6도 이하이면 냉간 시동으로 판단할 수 있다.
냉간 시동 판단 결과 냉간 시동이 아니면 제어기(90)는, 상기 유량조절밸브(84)에 개방신호를 인가하고 냉각수 순환펌프(84)에 가동 명령을 인가하여 인터쿨러(20)에 연결된 냉각수 순환라인(80)을 따라 냉각수가 순환되도록 한다. 즉 제어기(90)는 냉간 시동이 아니면, 유량조절밸브(84)를 개방하고 냉각수 순환펌프(84)를 가동시켜 인터쿨러(20)에 냉각수를 순환시킴으로써 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 추종하도록 한다.
이와는 다르게, 냉간 시동 판단 결과 냉간 시동(또는 저온 환경에서의 온간 시동)인 것으로 판단된 경우, 예를 들어 앞서 예로 언급한 바와 같이 냉각수온이 영하 20도 이하인 경우 제어기(90)는, 상기 유량조절밸브(84)를 차단하여 인터쿨러(20)를 냉각수가 순환하지 못하도록 차단한다. 즉 냉각수온에 기초한 냉간 시동 여부 판단 결과 냉간 시동이면, 냉각수 순환을 차단함으로써 흡기온 저하를 방지한다.
인터쿨러(20)에 냉각수가 순환됨으로써 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 도달한 경우 제어기(90)는, 흡기 온도가 상기 목표 흡기 온도로 유지되도록 냉각수의 유량을 적절히 조절한다. 좀 더 구체적으로는, 데이터 검출부(100)가 제공하는 흡기 온도 정보에 기초하여 유량조절밸브(84)를 피드백 제어하여 인터쿨러(20)로 유입되는 냉각수의 유량을 적절히 조절함으로써, 흡기 온도가 목표 흡기 온도로 유지되도록 한다.
제어기(90)는 또한, 목표 흡기 온도에 추종하도록 흡기 온도를 제어하는 도중 상기 EGR 장치(50)의 작동 여부를 모니터링 한다. 모니터링 중 EGR 장치(50)가 작동되면(상기 EGR 밸브(54) 신호로부터 EGR 장치(50)의 작동 여부를 알 수 있음), 데이터 검출부(100)에 포함된 흡기온 센서(104)의 출력에 기초하여 인터쿨러(20)에서 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율을 산출한다.
제어기(90)는 구체적으로, EGR 라인(51) 상의 습도센서 출력으로 알 수 있는 재순환 배기가스의 수증기량과, 흡기라인(10) 상의 습도센서 출력으로 알 수 있는 신기의 수증기량, 인터쿨러(20)로 유입되는 혼합기(배기가스+신기)의 온도(흡기온 센서(104) 출력)에 따른 포화 수증기압으로부터 상기 최대 EGR율을 산출하고, 산출된 최대 EGR율(재순환 가스량/혼합기량)에 따라 상기 EGR 밸브(54)의 개도량을 조절한다.
최대 EGR율이 산출되면 제어기(90)는, 산출된 최대 EGR율을 차량 운전 조건에 따라 EGR 맵이 출력하는 목표 EGR율과 비교한다. 비교 결과, 목표 EGR율이 상기 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율보다 작으면, 전술한 목표 흡기 온도가 계속해서 유지되도록 흡기온 센서(104) 출력을 바탕으로 상기 유량조절밸브(84)를 피드백 제어한다.
이와는 다르게, 목표 EGR율이 상기 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율보다 크면, 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따른 추가적인 EGR율 확보 및 그에 따른 연비 이득과, 목표 흡기 온도 상향 조정으로 인한 엔진(30) 출력 손실을 비교하여 최적 흡기 온도를 도출하며, 흡기 온도가 도출된 최적 흡기 온도에 추종하도록 유량조절밸브(84)를 통해 인터쿨러(20)의 냉각수 순환량을 조절한다..
여기서, 최적 흡기 온도 도출은, 목표 흡기 온도 상향 조정으로 추가 확보되는 EGR율과 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따라 손실되는 엔진(30) 출력을 정량화하여 매트릭스 구조의 테이블 형태로 데이터화 한 엔진(30) 효율화 맵을 활용하는 방안이 고려될 수 있다.
한편 제어기(90)는, 최적 흡기 온도 제어 중 차량의 가속 여부를 모니터링 한다. 이때 차량 가속 여부는 전술한 APS 출력값 또는 차속 센서(108) 출력값 변화로부터 어렵지 않게 알 수 있으며, 차량 가속이 감지되면, 냉각수 순환펌프(84)를 급속 제어하여 단위 시간당 인터쿨러(20)를 순환하는 냉각수 순환량을 증대시킴으로써 가속에 따른 흡기 온도 상승에 대응한다.
도 1에서 미설명 도면부호 86은 냉각수가 한 방향으로만 유동되도록 냉각수 순환라인(80) 상에 설치되는 냉각수 체크밸브이며, 88은 냉각수 리저브 탱크를 가리킨다.
이하, 전술한 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치에 의한 엔진 흡기 온도 제어 방법을 도 2의 흐름도를 참조하여 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 전술한 도 1에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법은, 연료 종류에 따라 목표 흡기 온도를 결정하는 단계(S100)부터 시작한다. S100 단계에서는 바람직하게, 연료 종류별 목표 흡기 온도를 저장한 흡기온 모델링 맵 데이터를 활용하여 사용 연료에 맞는 목표 흡기 온도를 결정할 수 있다.
목표 흡기 온도가 결정되면, 다음 단계로 냉간 시동 여부(또는 저온 환경에서의 온가 시동 여부)를 판단하는 단계(S200)가 진행된다. S200 단계에서는 냉각수온 센서(102)의 검출값을 바탕으로 냉간 시동 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 냉간 시동 판단을 위한 기준냉각수온이 영하 6도로 설정된 경우, 냉각수온이 영하 6도 이하이면 제어기(90)가 냉간 시동으로 판단할 수 있다.
S200 단계를 통한 판단 결과, 냉간 시동인 것으로 판단된 경우, 예를 들어 앞서 예로 언급한 바와 같이 냉각수온이 영하 6도 이하인 경우 제어기(90)는, 상기 유량조절밸브(84)를 차단하여 인터쿨러(20)를 냉각수가 순환하지 못하도록 차단한다(S250). 즉 냉각수온에 기초한 냉간 시동 여부 판단 결과 냉간 시동이면, 냉각수 순환을 차단함으로써 흡기온 저하를 방지한다.
이와는 달리 냉간 시동이 아니면, 인터쿨러(20)에 냉각수를 순환시키는 단계(S300)가 진행된다. S300 단계에서는 구체적으로, 제어기(90)가 유량조절밸브(84)에 개방신호를 인가하여 유량조절밸브(84)를 개방시키고, 냉각수 순환펌프(84)에 가동 명령을 인가하여 냉각수 순환펌프(84)를 가동시킴으로써 인터쿨러(20)에 연결된 냉각수 순환라인(80)을 따라 냉각수가 흐르도록 한다.
S300 단계의 냉각수 순환 제어에 따라 냉각수가 순환되면, 인터쿨러(20) 출구 측 흡기온 센서(104)에서 측정되는 흡기 온도를 바탕으로 흡기 온도의 목표 흡기 온도에 도달 여부를 판단한다(S400). 그 결과, 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 도달한 경우 이후 S500 단계로 넘어가고, 그렇지 않으면 상기 S300 단계로 돌아가 흡기 온도가 목표 흡기 온도가 될 때까지 냉각수 순환 제어를 반복한다.
인터쿨러(20)에 냉각수가 순환됨으로써 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 도달하면, 제어기(90)는 흡기 온도가 상기 목표 흡기 온도로 유지되도록 냉각수의 유량 적절히 조절한다(S500). 구체적으로는, 데이터 검출부(100)가 제공하는 흡기 온도 정보에 기초하여 유량조절밸브(84)를 피드백 제어하여 인터쿨러(20)로 유입되는 냉각수의 유량을 조절함으로써, 흡기 온도가 목표 흡기 온도로 유지되도록 제어한다.
계속해서, S500 단계에서의 목표 흡기 온도 유지를 위한 제어 중 배기가스 재순환 장치(EGR 장치(50))의 작동 여부를 확인하는 과정(S600)이 수행된다. 확인 결과, EGR 장치(50) 미작동 상태이면 직전 단계(S500)로 돌아가고, EGR 장치(50)의 장치의 작동이 감지되면, 상기 흡기온 센서(104)의 출력에 기초하여 인터쿨러(20)에서 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율을 산출하는 단계(S700)가 진행된다.
S700 단계에서는 구체적으로, EGR 라인(51) 상의 습도센서 출력으로 알 수 있는 재순환 배기가스의 수증기량과, 흡기라인(10) 상의 습도센서 출력으로 알 수 있는 신기의 수증기량, 인터쿨러(20)로 유입되는 혼합기(배기가스+신기)의 온도(흡기온 센서(104) 출력)에 따른 포화 수증기압으로부터 상기 최대 EGR율을 산출하고, 산출된 최대 EGR율에 따라 EGR 밸브(54)의 개도량을 조절한다.
최대 EGR율이 산출되면, 산출된 최대 EGR율을 차량 운전 조건에 따라 EGR 맵이 출력하는 목표 EGR율과 비교하는 단계(S800)가 진행된다. S800 단계에서의 비교 결과, 목표 EGR율이 상기 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율보다 작으면, 상기 S500 단계로 돌아가 목표 흡기 온도가 계속해서 유지되도록 흡기온 센서(104) 출력을 바탕으로 유량조절밸브(84)를 피드백 제어한다.
이와는 다르게, 목표 EGR율이 상기 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율보다 크면, 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따른 추가적인 EGR율 확보 및 그에 따른 연비 이득과, 목표 흡기 온도 상향 조정으로 인한 엔진(30) 출력 손실을 비교하여 최적 흡기 온도를 도출하며(S900), 흡기 온도가 도출된 최적 흡기 온도에 추종하도록 유량조절밸브(84)를 통해 인터쿨러(20)의 냉각수 순환량을 조절한다..
여기서 최적 흡기 온도 도출은, 목표 흡기 온도 상향 조정으로 추가 확보되는 EGR율과 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따라 손실되는 엔진(30) 출력을 정량화하여 매트릭스 구조의 테이블 형태로 데이터화 한 엔진(30) 효율화 맵을 활용하는 방안이 고려될 수 있다.
한편, 최적 흡기 온도 제어 중 차량의 가속 여부를 판단한다(S1000). 이때 차량 가속 여부는 전술한 APS 출력값 또는 차속 센서(108) 출력값 변화로부터 어렵지 않게 알 수 있으며, 차량 가속이 감지되면, 냉각수 순환펌프(84)를 급속 제어(S1100)하여 단위 시간당 인터쿨러(20)를 순환하는 냉각수 순환량을 증대시킴으로써 가속에 따른 흡기 온도 상승에 대응한다.
이와는 다르게, S1000 단계에서 차량 가속이 감지되지 않으면, 냉각수 순환펌프(84)를 완속 제어(S1200)하여 전장 부하에 의한 동력 손실이 최소화되도록 한다.
인터쿨러에서의 응축수 발생을 방지하는 방법 중 종래 EGR 양을 제한하는 방식은 저온 환경으로 갈수록 EGR 활용 측면에서 분명히 한계가 있고, 고속 주행과 같이 EGR을 적극 활용할 수 있는 운전 영역에서는 외기온에 가깝게 냉각된 흡기온의 상태로 인하여 실질적으로 EGR 유입으로 인한 연비 향상 효과를 기대하기 어려운 측면이 있다.
반면 본 발명의 실시 예에 따른 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법 및 장치는, 인터쿨러 출구 측에서 검출된 흡기온 정보를 바탕으로 냉각수 순환량을 조절하여 흡기온을 최적으로 조절함으로써, 다양한 운전 조건에서도 최적의 흡기 효율을 달성할 수 있다.
또한, 냉각수 순환 제어를 통한 흡기온 제어 중 차량 가속이 감지되면, 냉각수 순환펌프의 회전속도를 빠르게 하여 가속에 따른 흡기온 상승에 대응함으로써, 잦은 가감속 시 흡기온 변화에 의한 흡기효율 응답성 저하를 최소화할 수 있다.
또한, 냉각수 순환 제어를 통한 흡기온 제어 중 EGR 장치의 작동이 감지되면, 현재 운전 조건에서 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율을 산출하고, 목표 EGR율이 산출된 최대 EGR율보다 크면, 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따른 추가적인 EGR율 확보와, 목표 흡기 온도 상향 조정으로 인한 엔진 출력 손실을 고려하여 도출되는 최적 흡기 온도에 맞춰 냉각수 순환량을 제어한다.
이에 따라, 터보차저 및 EGR 시스템 적용에 따른 응축수 생성 문제를 해소하면서도, EGR 실사용 구간을 종래 EGR 양을 단순히 제한하는 방식에 비해 크게 확대할 수 있어서 연비 향상에도 기여할 수 있다.
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.
10: 흡기 라인 20 : 수냉식 인터쿨러
30 : 엔진 31 : 연소실
36 : 흡기 매니폴드 38 : 배기 매니폴드
40 : 배기 라인 50 : EGR 장치
51 : EGR 라인 52 : EGR 쿨러
54 : EGR 밸브 60 : 터보 차저
62 : 터빈 64 : 컴프레서
70 : 라디에이터 80 : 냉각수 순환라인
82 : 냉각수 순환펌프 84 : 유량조절밸브
90 : 제어기 100 : 데이터 검출부

Claims (15)

  1. (a) 연료 종류별 목표 흡기 온도를 저장한 흡기온 모델링 맵 데이터를 활용하여 사용 연료에 맞는 목표 흡기 온도를 결정하는 단계;
    (b) 냉각수온 센서의 검출값을 바탕으로 냉간 시동 여부를 판단하는 단계;
    (c) 냉간 시동이 아니면, 인터쿨러에 냉각수를 순환시키는 단계;
    (d) 냉각수 순환 후 상기 인터쿨러 출구 측 흡기온 센서에서 측정되는 흡기 온도가 상기 목표 흡기 온도에 도달하였는지 여부를 판단하는 단계;
    (e) 상기 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 도달한 경우, 상기 흡기온 센서의 출력을 기초로 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 피드백 제어하여 흡기 온도를 상기 목표 흡기 온도로 유지시키는 단계;
    (f) 상기 (e) 단계에서의 목표 흡기 온도 유지를 위한 제어 중 배기가스 재순환 장치(EGR 장치)의 작동 여부를 확인하는 단계;
    (g) 배기가스 재순환 장치가 작동된 것으로 확인되면, 상기 흡기온 센서의 출력에 기초하여 인터쿨러에서 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율을 산출하는 단계;
    (h) 산출된 최대 EGR율을 차량 운전 조건에 따라 EGR 맵이 출력하는 목표 EGR율과 비교하는 단계; 및
    (i) 목표 EGR율이 상기 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율보다 크면, 상기 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따른 추가적인 EGR율 확보 및 그에 따른 연비 이득과 목표 흡기 온도 상향 조정으로 인한 엔진 출력 손실을 비교하여 최적 흡기 온도를 도출하고, 인터쿨러의 냉각수 순환량을 조절하여 흡기 온도를 도출된 최적 흡기 온도로 제어하는 단계;를 포함하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계를 통한 판단 결과, 냉간 시동이면 인터쿨러에 대한 냉각수 순환을 차단하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (g) 단계에서는,
    재순환 배기가스에 포함된 수증기량과 신기(Fresh air)에 포함된 수증기량, 그리고 인터쿨러로 유입되는 혼합기(배기가스+신기)의 온도에 따른 포화 수증기압으로부터 인터쿨러에서 응축수가 발생하지 않는 상기 최대 EGR율을 산출하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (i) 단계에서는,
    목표 흡기 온도 상향 조정으로 추가 확보되는 EGR율과 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따라 손실되는 엔진 출력을 정량화하여 매트릭스 구조의 테이블 형태로 데이터화 한 엔진 효율화 맵을 활용하여 상기 최적 흡기 온도를 도출하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    (j) 최적 흡기 온도 제어 중 APS(Accelerate Position Sensor) 또는 차속 센서의 출력을 바탕으로 가속 여부를 판단하는 단계; 및
    (k) 가속으로 판단 시 냉각수 순환펌프를 급속 제어하여 인터쿨러를 순환하는 냉각수 순환량을 증대시키는 단계;를 더 포함하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 방법.
  7. 배기라인을 따라 흐르는 배기가스의 일부를 흡기라인으로 환류시키기 위한 배기가스 재순환 장치;
    상기 흡기라인에 설치되어 터보차저의 컴프레서에 의해 압축된 공기를 냉각시키며, 냉각수 순환라인을 통해 라디에이터와 냉각수 순환 가능하게 연결되는 인터쿨러;
    상기 라디에이터와 인터쿨러를 연결하는 냉각수 순환라인에 설치되는 냉각수 순환펌프;
    상기 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 조절하는 유량조절밸브;
    상기 인터쿨러를 통과해 연소실로 공급될 흡기 온도를 제어하는데 필요한 정보를 검출하는 데이터 검출부; 및
    상기 데이터 검출부로부터 흡기 온도를 제어하는데 필요한 정보를 수신하고, 상기 유량조절밸브와 냉각수 순환펌프의 동작을 제어하는 제어기;를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 데이터 검출부가 제공하는 흡기 온도를 제어에 필요한 정보를 기초로, 상기 유량조절밸브의 개폐 및 개도량을 조절하고 냉각수 순환펌프의 동작을 제어하여 상기 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 조절함으로써 엔진 연소실로 공급되는 흡기 온도를 제어하되,
    연료 종류별 목표 흡기 온도를 저장한 흡기온 모델링 맵 데이터를 활용하여 사용 연료에 맞는 목표 흡기 온도를 결정하고, 데이터 검출부가 제공하는 냉각수온 검출값을 바탕으로 냉간 시동 여부를 판단하며, 냉간 시동이 아니면 상기 유량조절밸브를 개방하고 냉각수 순환펌프를 가동시켜 인터쿨러에 냉각수를 순환시킴으로써 상기 목표 흡기 온도에 추종하도록 흡기 온도를 제어하고,
    목표 흡기 온도에 추종하도록 흡기 온도를 제어하는 도중 배기가스 재순환 장치가 작동되면, 데이터 검출부에 포함된 흡기온 센서의 출력에 기초하여 인터쿨러에서 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율을 산출하고, 산출된 최대 EGR율을 차량 운전 조건에 따라 EGR 맵이 출력하는 목표 EGR율과 비교하며, 목표 EGR율이 상기 응축수가 발생하지 않는 최대 EGR율보다 크면, 상기 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따른 추가적인 EGR율 확보 및 그에 따른 연비 이득과 목표 흡기 온도 상향 조정으로 인한 엔진 출력 손실을 비교하여 최적 흡기 온도를 도출하고, 인터쿨러의 냉각수 순환량을 조절하여 흡기 온도를 도출된 최적 흡기 온도로 제어하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 데이터 검출부는,
    상기 냉각수 순환라인의 냉각수 온도를 측정하는 냉각수온 센서와,
    상기 인터쿨러의 흡기 출구에서 흡기 온도를 측정하는 흡기온 센서와,
    상기 배기가스 재순환 장치의 환류 배기가스 유량을 검출하는 유량검출센서와,
    APS(Accelerate Position Sensor) 또는 차속을 검출하는 차속 센서를 포함하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치.
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 흡기 온도가 목표 흡기 온도에 도달한 경우, 흡기 온도가 상기 목표 흡기 온도로 유지되도록 데이터 검출부가 제공하는 흡기 온도 정보에 기초하여 인터쿨러로 유입되는 냉각수의 유량을 피드백 제어하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    냉간 시동이면, 인터쿨러에 대한 냉각수 순환을 차단하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치.
  12. 삭제
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    재순환 배기가스에 포함된 수증기량과 신기(Fresh air)에 포함된 수증기량, 그리고 인터쿨러로 유입되는 혼합기(배기가스+신기)의 온도에 따른 포화 수증기압으로부터 인터쿨러에서 응축수가 발생하지 않는 상기 최대 EGR율을 산출하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    목표 흡기 온도 상향 조정으로 추가 확보되는 EGR율과 목표 흡기 온도를 상향 조정함에 따라 손실되는 엔진 출력을 정량화하여 매트릭스 구조의 테이블 형태로 데이터화 한 엔진 효율화 맵을 활용하여 상기 최적 흡기 온도를 도출하는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어기는, 최적 흡기 온도 제어 중 차량이 가속되면, 상기 냉각수 순환펌프를 급속 제어하여 인터쿨러를 순환하는 냉각수 순환량을 증대시키는 수냉식 인터쿨러를 이용한 엔진 흡기 온도 제어 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116704846A (zh) * 2023-08-01 2023-09-05 应急管理部四川消防研究所 火灾模拟实验平台及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045530A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御方法
JP2016065508A (ja) * 2014-09-25 2016-04-28 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
KR20160070124A (ko) 2013-11-12 2016-06-17 도요타지도샤가부시키가이샤 인터쿨러 내 흡기 가스의 응축을 방지하는 내연기관용 제어 장치
JP2017137828A (ja) * 2016-02-04 2017-08-10 いすゞ自動車株式会社 吸気温度制御システム
KR20180053102A (ko) * 2016-11-11 2018-05-21 현대자동차주식회사 응축수 제거를 위한 엔진 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045530A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の制御方法
KR20160070124A (ko) 2013-11-12 2016-06-17 도요타지도샤가부시키가이샤 인터쿨러 내 흡기 가스의 응축을 방지하는 내연기관용 제어 장치
JP2016065508A (ja) * 2014-09-25 2016-04-28 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
JP2017137828A (ja) * 2016-02-04 2017-08-10 いすゞ自動車株式会社 吸気温度制御システム
KR20180053102A (ko) * 2016-11-11 2018-05-21 현대자동차주식회사 응축수 제거를 위한 엔진 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116704846A (zh) * 2023-08-01 2023-09-05 应急管理部四川消防研究所 火灾模拟实验平台及其应用
CN116704846B (zh) * 2023-08-01 2023-10-31 应急管理部四川消防研究所 火灾模拟实验平台及其应用

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