KR102406139B1 - 배기가스 재순환 장치의 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 제어 장치는 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 적어도 하나의 실린더를 포함하는 엔진, 상기 실린더에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기 라인에서 분기하여 상기 실린더로 공급되는 신기가 흐르는 흡기 라인으로 합류하는 재순환 라인, 상기 재순환 라인에 설치되는 재순환 쿨러, 및 상기 재순환 라인으로 공급되는 배기가스 유량을 조절하는 재순환 밸브를 포함하는 배기가스 재순환 장치, 상기 엔진을 경유하여 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수가 흐르는 냉각 라인에 설치되어 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수 유량을 조절하는 냉각수 조절 밸브, 및 상기 배기가스 재순환 장치의 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수가 흐르는 않는 유동 정지시에 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도를 계산하고, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도에 따라 상기 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배기가스 재순환 장치의 제어 장치 및 방법 {APPARATUS OF CONTROLLING EGR APPARATUS AND METHOD USING THE SAME}
본 발명은 배기가스 재순환 장치의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량의 시동 초기에 냉각수의 온도를 빠르게 증가시킬 수 있는 배기가스 재순환 장치의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진의 연소실에서 발생한 열의 일부는 연소실 헤드와 연소실 블록, 및 피스톤 등에 전달된다. 엔진을 구성하는 부품들의 온도는 적정한 수준에서 유지되어야 하기 때문에, 과열된 엔진 부품들은 냉각수에 의해 식혀진다.
즉, 구성 부품들의 온도가 과도하게 증가하면, 금속 재질로 형성된 각 구성 부품에 열 변형이 발생하거나 연소실 내벽의 유막이 손상되기 때문에 피스톤과 연소실 블록 사이의 윤활 작용이 나빠지는 열적 장애가 발생한다. 이러한 엔진의 열적 장애 현상은 엔진의 연소 불량, 노킹, 또는 조기 점화(preignition)과 같은 이상 연소를 발생시키고, 열효율이 저하되며, 이와 더불어 엔진의 출력도 저하되는 문제가 발생한다.
이와 반대로, 엔진의 냉각수의 온도가 과도하게 낮아지면, 엔진의 출력과 연비가 저하되는 문제가 발생하기 때문에 냉각수의 온도를 적절하게 제어할 필요가 있다. 또한, 연소실의 온도가 낮기 때문에 불완전 연소로 인해 배기 가스가 과다 방출되는 문제가 발생한다.
한편, 차량에는 배기 가스에 포함된 질소산화물(nitrous oxide; NOx)을 줄이기 위한 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 장치가 구비된다.
배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 장치는 유해 배기가스의 저감을 위해 차량에 장착되는 장치이다. 일반적으로, NOx는 혼합기 중에 공기의 비율이 높아서 연소가 잘될 때 증가한다. 따라서, 배기가스 재순환 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부(예를 들어 5~20%)를 다시 혼합기에 섞어 혼합기 속의 산소량을 줄이고 연소를 방해하여 NOx의 발생을 억제하는 장치이다.
대표적인 배기가스 재순환 시스템으로 LP??EGR(low pressure EGR) 장치가 있다. LP??EGR 장치에는 재순환되는 배기 가스를 냉각시키기 위한 EGR 재순환 쿨러가 구비된다. 이때, EGR 재순환 쿨러도 엔진의 냉각수를 통해 재순환되는 배기 가스를 냉각시킨다.
즉, 엔진의 냉각수는 엔진의 구성부품뿐만 아니라, 차량에 구비된 다양한 재순환 쿨러로 공급된다. 따라서, 엔진의 냉각수 온도를 빠르게 증가시켜야 하는 경우(예를 들어, 차량의 냉간 시동의 경우 등)에 차량에 구비된 다양한 종류의 재순환 쿨러에 엔진의 냉각수가 공급되면, 냉각수의 온도를 증가시키는데 많은 시간이 소요되는 문제가 발생한다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 시동 초기에 냉각수의 온도를 빠르게 증가시킬 수 있는 배기가스 재순환 장치의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 제어 장치는 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 적어도 하나의 실린더를 포함하는 엔진, 상기 실린더에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기 라인에서 분기하여 상기 실린더로 공급되는 신기가 흐르는 흡기 라인으로 합류하는 재순환 라인, 상기 재순환 라인에 설치되는 재순환 쿨러, 및 상기 재순환 라인으로 공급되는 배기가스 유량을 조절하는 재순환 밸브를 포함하는 배기가스 재순환 장치, 상기 엔진을 경유하여 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수가 흐르는 냉각 라인에 설치되어 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수 유량을 조절하는 냉각수 조절 밸브, 및 상기 배기가스 재순환 장치의 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수가 흐르는 않는 유동 정지시에 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도를 계산하고, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도에 따라 상기 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도가 설정 온도를 초과하면 상기 냉각수 조절 밸브가 개방되도록 제어할 수 있다.
상기 제어부는 상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 유량, 및 상기 냉각수의 비열로부터 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도를 계산할 수 있다.
상기 제어부는
Figure 112017122113923-pat00001
의 수식으로부터 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도(
Figure 112017122113923-pat00002
)를 계산하고, 여기서,
Figure 112017122113923-pat00003
는 재순환 가스의 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00004
는 재순환 가스의 비열이고,
Figure 112017122113923-pat00005
는 재순환 쿨러로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00006
는 재순환 쿨러에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00007
는 재순환 쿨러 내부의 냉각수 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00008
는 냉각수의 비열일 수 있다.
상기 제어부는 상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러 바디의 열계수, 및 재순환 가스와 재순환 쿨러 바디의 접촉 면적으로부터 상기 재순환 쿨러 바디의 온도를 계산할 수 있다.
상기 제어부는
Figure 112017122113923-pat00009
의 수식으로부터 상기 재순환 쿨러 바디의 온도(
Figure 112017122113923-pat00010
)를 계산하고, 여기서, 여기서,
Figure 112017122113923-pat00011
는 재순환 가스의 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00012
는 재순환 가스의 비열이고,
Figure 112017122113923-pat00013
는 재순환 쿨러로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00014
는 재순환 쿨러에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00015
는 재순환 쿨러 바디의 열계수이고,
Figure 112017122113923-pat00016
는 재순환 쿨러 바디와 재순환 가스가 접촉하는 면적일 수 있다.
상기 제어부는 상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량을 산출하고, 상기 질소산화물의 발생량에 따라 상기 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어할 수 있다.
상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량은 실험에 의해 도출되어 맵 데이터 형식으로 상기 제어부에 미리 저장될 수 있다.
상기 제어부는 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도, 재순환 쿨러 바디의 온도, 또는 상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량 중의 어느 하나가 기준값을 초과하면 상기 냉각수 조절 밸브가 개방되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 배기가스 재순환 장치의 제어 방법은 제어부에 의해, 배기가스 재순환 장치의 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수가 흐르지 않는 유동 정지시에 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도를 계산하는 단계, 상기 제어부에 의해, 상기 재순환 쿨러의 재순환 쿨러 바디의 온도를 계산하는 단계, 상기 제어부에 의해, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도에 따라 상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 냉각수 유량을 조절하는 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제어하는 단계는 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도가 설정 온도를 초과하면 상기 냉각수 조절 밸브가 개방되도록 제어할 수 있다.
상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도는 상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 유량, 및 상기 냉각수의 비열로부터 계산될 수 있다.
상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도(
Figure 112017122113923-pat00017
)는
Figure 112017122113923-pat00018
의 수식으로부터 계산되고, 여기서,
Figure 112017122113923-pat00019
는 재순환 가스의 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00020
는 재순환 가스의 비열이고,
Figure 112017122113923-pat00021
는 재순환 쿨러로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00022
는 재순환 쿨러에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00023
는 재순환 쿨러 내부의 냉각수 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00024
는 냉각수의 비열일 수 있다.
상기 재순환 쿨러 바디의 온도는 상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러 바디의 열계수, 및 재순환 가스와 재순환 쿨러 바디의 접촉 면적으로부터 계산될 수 있다.
상기 재순환 쿨러 바디의 온도(
Figure 112017122113923-pat00025
)는
Figure 112017122113923-pat00026
의 수식으로부터 계산되고, 여기서,
Figure 112017122113923-pat00027
는 재순환 가스의 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00028
는 재순환 가스의 비열이고,
Figure 112017122113923-pat00029
는 재순환 쿨러로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00030
는 재순환 쿨러에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00031
는 재순환 쿨러 바디의 열계수이고,
Figure 112017122113923-pat00032
는 재순환 쿨러 바디와 재순환 가스가 접촉하는 면적일 수 있다.
상기 제어부에 의해, 상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량을 산출하는 단계; 및 상기 제어부에 의해, 상기 질소산화물의 발생량에 따라 상기 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량은 실험에 의해 도출되어 맵 데이터 형식으로 상기 제어부에 미리 저장될 수 있다.
상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도, 재순환 쿨러 바디의 온도, 또는 상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량 중의 어느 하나가 기준값을 초과하면 상기 냉각수 조절 밸브가 개방되도록 제어할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 재순환 장치의 제어 장치 및 방법에 의하면, 배기가스 재순환 장치를 통해 재순환되는 배기가스의 유량과 냉각수 유량으로부터 재순환 쿨러의 온도와 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도를 예측하여 배기가스 재순환 장치로 공급되는 냉각수 유량을 조절함으로써, 차량의 시동 초기에 냉각수의 온도를 빠르게 증가시킬 수 있다.
또한, 시동 초기에 냉각수의 온도가 빠르게 증가함으로써, 엔진의 출력을 증가시킬 수 있고 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량에 따라 배기가스 재순환 장치로 공급되는 냉각수 유량을 조절함으로써, 질소산화물의 발생량을 최소화할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 제어 장치가 적용되는 엔진의 냉각수와 배기가스가 흐르는 모습을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 재순환 쿨러 제어 방법을 도시한 순서도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 재순환 장치의 제어 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치의 제어 장치가 적용되는 엔진의 냉각수와 배기가스가 흐르는 모습을 도시한 개념도이다. 도 2에서 실선은 배기가스의 흐름을 나타내고, 점선은 냉각수의 흐름을 나타낸다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 배기가스 재순환 장치의 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템은 엔진, 배기가스 재순환 장치(50), 및 제어부(90)를 포함할 수 있다.
엔진은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 실린더(21)를 포함한다. 엔진에는 실린더(21)로 공급되는 흡기 가스가 흐르는 흡기 라인(10), 및 실린더(21)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인(30)이 구비된다. 실린더(21)는 실린더 블록과 실린더 헤드를 포함하고, 실린더 블록과 실린더 헤드가 협력하여 연소실을 형성한다. 실린더 블록과 실린더 헤드에는 냉각수가 흐르는 냉각 유로가 형성된다.
엔진에는 고온의 엔진(실린더 블록과 실린더 헤드)을 냉각시키기 위한 냉각수가 흐르는 냉각 라인(40)이 구비된다. 냉각 라인(40)을 흐르는 냉각수는 라디에이터를 경유하여 냉각된다.
배기 라인(30)에는 실린더(21)에서 배출되는 배기가스에 포함된 각종 유해 물질을 정화하는 배기 가스 정화 장치가 구비된다. 상기 배기 가스 정화 장치는 질소 산화물을 정화하기 위한 LNT(lean NOx trap), 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst) 및 디젤 매연 필터(diesel particulate filter)를 포함할 수 있다.
배기가스 재순환 장치(50)는 실린더(21)에서 배출되는 배기가스를 실린더(21)로 재순환시키는 장치이다. 대표적인 배기가스 재순환 장치(50)로는 저압??EGR 장치(low pressure exhaust gas recirculation apparatus)가 있다.
배기가스 재순환 장치(50)는 배기 라인(30)에서 분기하여 흡기 라인(10)으로 합류하는 재순환 라인(56), 재순환 라인(56)에 설치되는 재순환 쿨러(54), 및 재순환 라인(56)에 설치되는 재순환 밸브(52)를 포함한다. 배기 라인(30)을 통해 배출되는 배기 가스 중의 일부는 재순환 라인(56)을 통해 실린더(21)로 공급된다. 이때, 재순환되는 배기가스(이하, '재순환 가스'라 한다)의 유량은 재순환 밸브(52)의 개도량을 통해 조절된다.
재순환 쿨러(54)는 금속 재질의 재순환 쿨러(54) 바디로 형성되고, 재순환 쿨러(54) 바디의 내부에는 엔진의 실린더(21)를 경유한 냉각수가 흐르도록 냉각 유로(도시는 생략)가 형성된다. 따라서 재순환 쿨러(54)를 통과하는 재순환 가스는 냉각수와의 열교환을 통해 온도가 낮아지고 밀도가 높아진 상태로 실린더(21)로 유입된다. 재순환 쿨러(54)에는 냉각 라인(40)에 설치되어 재순환 쿨러(54)로 공급되는 냉각수 유량을 조절하는 냉각수 조절 밸브(58)가 구비된다.
본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템은 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 신기와 배기가스 재순환 장치(50)를 통해 재순환되는 재순환 가스를 압축하여 실린더(21)로 공급하는 터보차저(70)를 포함할 수 있다. 터보차저(70)는 배기 라인(30)에 구비되고 실린더(21)에서 배출되는 배기가스에 의해 회전하는 터빈(72), 및 흡기 라인(10)에 구비되고 터빈(72)과 연동하여 회전하고 재순환 가스와 신기를 압축하는 컴프레서(74)를 포함한다.
터빈(72)은 터빈(72) 하우징과 터빈(72) 하우징의 내부에 설치되어 실린더(21)에서 배출되는 배기가스에 의해 회전하는 터빈(72) 휠을 포함한다. 컴프레서(74)는 컴프레서(74) 하우징과 상기 컴프레서(74) 하우징의 내부에 설치되고 터빈(72) 휠과 연동하여 회전하는 컴프레서(74) 휠을 포함한다. 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 신기와 재순환 라인(56)을 통해 유입되는 재순환 가스는 컴프레서(74) 휠의 회전에 의해 압축되고, 압축된 공기는 실린더(21)로 공급된다.
제어부(90)는 엔진, 배기가스 재순환 장치(50)의 재순환 밸브(52)와 냉각수 조절 밸브(58), 터보차저(70)의 동작을 제어한다. 이를 위해, 제어부(90)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치(50)의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
배기가스와 냉각수의 흐름에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 배기가스의 흐름은 다음과 같다. 실린더(21)에서 배출되는 배기가스는 배기 매니폴드로 배출되고, 배기가스 정화 장치(60)를 거쳐 외부로 배출된다. 이때, 일부 배기가스는 배기가스 재순환 장치(50)를 통해 실린더(21)로 재유입된다.
냉각수의 흐름은 다음과 같다. 냉각수의 흐름은 워터 펌프의 동작에 의해 이루어진다. 냉각수는 연료의 연소에 의해 뜨거워진 실린더 블록과 실린더 헤드 내부의 냉각 유로를 통과하면서 실린더 블록과 실린더 헤드를 냉각시킨다. 그리고 냉각 라인(40)을 통해 재순환 쿨러(54)의 냉각 유로로 유입되고, 재순환 쿨러(54)를 경유한 냉각수는 히터를 경유하여 차량의 온도를 증가시킨다. 뜨거워진 냉각수는 라디에이터를 경유하여 그 온도가 낮아진다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 재순환 장치(50)의 제어 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치(50)의 재순환 쿨러(54) 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 차량의 시동이 온 되면(S10), 제어부(90)는 재순환 쿨러(54)로 냉각수가 공급되지 않도록 냉각수 조절 밸브(58)를 차단한다(S20). 여기서, 재순환 쿨러(54)로 냉각수가 공급되지 않는 구간을 유량 정지 구간이라고 한다.
제어부(90)는 유동 정지 구간에서 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 온도 계산한다(S30). 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 온도는 배기가스 재순환 장치(50)로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 유량, 및 상기 냉각수의 비열로부터 계산될 수 있다.
구체적으로 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 온도(
Figure 112017122113923-pat00033
)는 다음 수학식 1로부터 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017122113923-pat00034
수학식 1에서,
Figure 112017122113923-pat00035
는 재순환 가스의 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00036
는 재순환 가스의 비열이고,
Figure 112017122113923-pat00037
는 재순환 쿨러(54)로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00038
는 재순환 쿨러(54)에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00039
는 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00040
는 냉각수의 비열이다.
재순환 가스의 유량은 유량 센서로부터 측정될 수 있고, 또는 재순환 밸브(52)의 개도량으로부터 모델링되어 결정될 수도 있다. 재순환 가스의 비열은 제어부(90)에 미리 저장된다. 재순환 쿨러(54)로 유출입되는 재순환 가스의 온도는 온도 센서로부터 측정되고, 제어부(90)로 전송된다. 냉각수의 비열은 제어부(90)에 미리 저장된다. 긔리고 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 유량은 엔진 회전수에 따라 결정되며, 엔진 회전수에 따른 냉각수 유량은 맵 테이블 형식으로 제어부(90)에 미리 저장된다.
제어부(90)는 유동 정지 구간에서 재순환 쿨러(54)의 재순환 쿨러(54) 바디의 온도를 계산한다(S40). 재순환 쿨러(54) 바디의 온도는 배기가스 재순환 장치(50)로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러(54) 바디의 열계수, 및 재순환 가스와 재순환 쿨러(54) 바디의 접촉 면적으로부터 계산될 수 있다.
구체적으로 재순환 쿨러(54) 바디의 온도(
Figure 112017122113923-pat00041
)는 다음 수학식 2로부터 계산될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017122113923-pat00042
수학식 2에서,
Figure 112017122113923-pat00043
는 재순환 가스의 유량이고,
Figure 112017122113923-pat00044
는 재순환 가스의 비열이고,
Figure 112017122113923-pat00045
는 재순환 쿨러(54)로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00046
는 재순환 쿨러(54)에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
Figure 112017122113923-pat00047
는 재순환 쿨러(54) 바디의 열계수이고,
Figure 112017122113923-pat00048
는 재순환 쿨러(54) 바디와 재순환 가스가 접촉하는 면적이다.
재순환 가스의 유량은 유량 센서로부터 측정될 수 있고, 또는 재순환 밸브(52)의 개도량으로부터 모델링되어 결정될 수도 있다. 재순환 가스의 비열은 제어부(90)에 미리 저장된다. 재순환 쿨러(54)로 유출입되는 재순환 가스의 온도는 온도 센서로부터 측정되고, 제어부(90)로 전송된다. 냉각수의 비열은 제어부(90)에 미리 저장된다. 재순환 쿨러(54) 바디의 열계수는 재순환 쿨러(54)의 재질로부터 결정되는 것으로 차량의 설계시에 미리 결정되어 제어부(90)에 저장된다. 재순환 쿨러(54) 바디와 재순환 가스가 접촉하는 면적은 차량의 설계시에 미리 결정되어 제어부(90)에 저장된다.
제어부(90)는 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량을 산출한다(S50). 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량은 실험에 의해 도출되어 맵 데이터 형식으로 제어부(90)에 미리 저장된다.
제어부(90)는 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러(54) 바디의 온도를 기준 온도와 비교하고, 또는 질소산화물의 발생량을 기준값과 비교한다(S60).
S60 단계에서, 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러(54) 바디의 온도가 기준 온도를 초과하거나, 또는 질소산화물의 발생량이 기준값을 초과하면, 제어부(90)는 냉각수 조절 밸브(58)가 개방되도록 제어하여 재순환 쿨러(54)로 냉각수가 유입되도록 제어한다(S70).
그러나 S60 단계에서, 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 온도와 재순환 쿨러(54) 바디의 온도가 기준 온도이하이고, 질소산화물의 발생량이 기준값 이하이면 제어부(90)는 냉각수 조절 밸브(58)가 차단되도록 제어하여 재순환 쿨러(54)로 냉각수가 유입되지 않도록 제어한다(S80).
즉, 재순환 쿨러(54) 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러(54) 바디의 온도가 기준 온도를 초과하는 경우에만 재순환 쿨러(54)로 냉각수를 공급하도록 함으로써, 재순환 쿨러(54)의 유동 정지 구간을 최대화할 수 있다. 이로 인해 시동 초기에 냉각수가 엔진의 실린더(21)로만 공급되도록 함으로써, 냉각수 온도를 빠르게 증가시킬 수 있고, 이로 인해 엔진의 출력과 연비를 향상시킬 수 있다.
또한 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량이 기준값을 초과하는 경우, 재순환 쿨러(54)로 냉각수를 공급함으로써, 시동 초기에 질소산화물이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 흡기 라인
20: 엔진
21: 실린더
30: 배기 라인
40: 냉각 라인
50: 배기가스 재순환 장치
52: 재순환 밸브
54: 재순환 쿨러
56: 재순환 라인
58: 냉각수 조절 밸브
60: 배기가스 정화 장치
70: 터보차저
72: 터빈
74: 컴프레서
90: 제어부

Claims (18)

  1. 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 적어도 하나의 실린더를 포함하는 엔진;
    상기 실린더에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기 라인에서 분기하여 상기 실린더로 공급되는 신기가 흐르는 흡기 라인으로 합류하는 재순환 라인, 상기 재순환 라인에 설치되는 재순환 쿨러, 및 상기 재순환 라인으로 공급되는 배기가스 유량을 조절하는 재순환 밸브를 포함하는 배기가스 재순환 장치;
    상기 엔진을 경유하여 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수가 흐르는 냉각 라인에 설치되어 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수 유량을 조절하는 냉각수 조절 밸브; 및
    상기 배기가스 재순환 장치의 상기 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수가 흐르지 않는 유동 정지시에 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도를 계산하고, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도에 따라 상기 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 유량, 및 상기 냉각수의 비열로부터 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도를 계산하는 배기가스 재순환 장치의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도가 설정 온도를 초과하면 상기 냉각수 조절 밸브가 개방되도록 제어하는 배기가스 재순환 장치의 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    Figure 112022006933436-pat00049

    의 수식으로부터 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도(
    Figure 112022006933436-pat00050
    )를 계산하고,
    여기서,
    Figure 112022006933436-pat00051
    는 재순환 가스의 유량이고,
    Figure 112022006933436-pat00052
    는 재순환 가스의 비열이고,
    Figure 112022006933436-pat00053
    는 재순환 쿨러로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
    Figure 112022006933436-pat00054
    는 재순환 쿨러에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
    Figure 112022006933436-pat00055
    는 재순환 쿨러 내부의 냉각수 유량이고,
    Figure 112022006933436-pat00056
    는 냉각수의 비열인 배기가스 재순환 장치의 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러 바디의 열계수, 및 재순환 가스와 재순환 쿨러 바디의 접촉 면적으로부터 상기 재순환 쿨러 바디의 온도를 계산하는 배기가스 재순환 장치의 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는
    Figure 112017122113923-pat00057
    의 수식으로부터 상기 재순환 쿨러 바디의 온도(
    Figure 112017122113923-pat00058
    )를 계산하고,
    여기서, 여기서,
    Figure 112017122113923-pat00059
    는 재순환 가스의 유량이고,
    Figure 112017122113923-pat00060
    는 재순환 가스의 비열이고,
    Figure 112017122113923-pat00061
    는 재순환 쿨러로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
    Figure 112017122113923-pat00062
    는 재순환 쿨러에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
    Figure 112017122113923-pat00063
    는 재순환 쿨러 바디의 열계수이고,
    Figure 112017122113923-pat00064
    는 재순환 쿨러 바디와 재순환 가스가 접촉하는 면적인 배기가스 재순환 장치의 제어 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량을 산출하고, 상기 질소산화물의 발생량에 따라 상기 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 배기가스 재순환 장치의 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량은 실험에 의해 도출되어 맵 데이터 형식으로 상기 제어부에 미리 저장되는 배기가스 재순환 장치의 제어 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도, 재순환 쿨러 바디의 온도, 또는 상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량 중의 어느 하나가 기준값을 초과하면 상기 냉각수 조절 밸브가 개방되도록 제어하는 배기가스 재순환 장치의 제어 장치.
  10. 제어부에 의해, 배기가스 재순환 장치의 재순환 쿨러로 공급되는 냉각수가 흐르지 않는 유동 정지시에 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도를 계산하는 단계;
    상기 제어부에 의해, 상기 재순환 쿨러의 재순환 쿨러 바디의 온도를 계산하는 단계;
    상기 제어부에 의해, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도에 따라 상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 냉각수 유량을 조절하는 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도는
    상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 유량, 및 상기 냉각수의 비열로부터 계산되는 배기가스 재순환 장치의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어하는 단계는
    상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도 또는 재순환 쿨러 바디의 온도가 설정 온도를 초과하면 상기 냉각수 조절 밸브가 개방되도록 제어하는 배기가스 재순환 장치의 제어 방법.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도(
    Figure 112022006933436-pat00065
    )는
    Figure 112022006933436-pat00066

    의 수식으로부터 계산되고,
    여기서,
    Figure 112022006933436-pat00067
    는 재순환 가스의 유량이고,
    Figure 112022006933436-pat00068
    는 재순환 가스의 비열이고,
    Figure 112022006933436-pat00069
    는 재순환 쿨러로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
    Figure 112022006933436-pat00070
    는 재순환 쿨러에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
    Figure 112022006933436-pat00071
    는 재순환 쿨러 내부의 냉각수 유량이고,
    Figure 112022006933436-pat00072
    는 냉각수의 비열인 배기가스 재순환 장치의 제어 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 재순환 쿨러 바디의 온도는
    상기 배기가스 재순환 장치로 공급되는 재순환 가스의 유량, 재순환 가스의 비열, 설정된 시간 동안의 재순환 가스의 온도 차이, 상기 재순환 쿨러 바디의 열계수, 및 재순환 가스와 재순환 쿨러 바디의 접촉 면적으로부터 계산되는 배기가스 재순환 장치의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 재순환 쿨러 바디의 온도(
    Figure 112017122113923-pat00073
    )는
    Figure 112017122113923-pat00074
    의 수식으로부터 계산되고,
    여기서,
    Figure 112017122113923-pat00075
    는 재순환 가스의 유량이고,
    Figure 112017122113923-pat00076
    는 재순환 가스의 비열이고,
    Figure 112017122113923-pat00077
    는 재순환 쿨러로 유입되는 재순환 가스의 온도이고,
    Figure 112017122113923-pat00078
    는 재순환 쿨러에서 배출되는 재순환 가스의 온도이고,
    Figure 112017122113923-pat00079
    는 재순환 쿨러 바디의 열계수이고,
    Figure 112017122113923-pat00080
    는 재순환 쿨러 바디와 재순환 가스가 접촉하는 면적인 배기가스 재순환 장치의 제어 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제어부에 의해, 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량을 산출하는 단계; 및
    상기 제어부에 의해, 상기 질소산화물의 발생량에 따라 상기 냉각수 조절 밸브가 개방 또는 폐쇄되도록 제어하는 단계;
    를 더 포함하는 배기가스 재순환 장치의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량은 실험에 의해 도출되어 맵 데이터 형식으로 상기 제어부에 미리 저장되는 배기가스 재순환 장치의 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 재순환 쿨러 내부의 냉각수 온도, 재순환 쿨러 바디의 온도, 또는 상기 재순환 가스의 온도에 따른 질소산화물의 발생량 중의 어느 하나가 기준값을 초과하면 상기 냉각수 조절 밸브가 개방되도록 제어하는 배기가스 재순환 장치의 제어 방법.
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