KR20030042248A - 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

엔진의 열해리에 의한 매연의 발생량을 줄이며, 분사된 물에 의하여 엔진의 출력을 증대시킬 수 있도록 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법를 제공할 목적으로,
디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치에서, 흡기통로와 연결되는 EGR 관로의 일측에 형성되는 벤츄리부와; 상기 벤츄리부에 물 공급관을 통하여 연결되며, 내부에는 물을 저장하는 물탱크와; 상기 물 공급관의 일측에 장착되어 ECU의 제어신호에 의해 물 공급관을 개폐 작동시키는 개폐밸브와; EGR 관로의 일측에 장착되어 EGR 관로를 통하여 흡기통로로 재순환되는 재순환 가스의 압력을 검출하여 상기 ECU에 EGR 압력신호를 출력하는 EGR 압력센서로 구성되는 물 분사수단을 더 포함하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법을 제공한다.

Description

디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법{EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM FOR DIESEL ENGINE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스 재순환 장치(이하, EGR이라고 명명함. EGR; EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM )의 EGR 관로 일측에 벤츄리부를 형성하고, EGR 작동시점에 물입자가 배기가스와 함께, 연소실로 공급되도록 함으로서, 디젤 엔진의 매연감소를 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 디젤 엔진은 실린더 안에 공기만을 흡입, 압축하여 공기의 온도가 높아졌을 때, 연료를 무화 상태의 입자로 고압 분사함으로서, 이 분사연료가 공기의 압축열에 의하여 자기착화되어 연소된다.
이러한 디젤 엔진은 피스톤-크랭크샤프트 기구를 구비하는 엔진본체와, 이에 부속된 윤활, 냉각, 연료, 흡배기, 전기장치 등으로 이루어져 있고, 특히 가솔린엔진에 사용되는 전기 점화장치 대신에 연료분사장치가 사용된다.
그리고 디젤 엔진은 엔진회전수에 따라서 공기가 항상 과잉 공급되고 있으며, 특히, 저부하 쪽에서는 공기 과잉율이 크므로 다량의 질소 산화물이 배출된다.
그러나, 최근에는 환경문제에 대한 심각성이 날로 증대되어 자동차에 의한 유해성분의 규제법규가 강화되는 추세로, 배기가스를 다시 흡기쪽으로 재순환시켜서 연소시의 배기가스 내에 존재하는 산소의 함유량을 저감시키는 것에 의해 질소 산화물의 배출량을 저감시키는 배기가스 재순환 장치(EGR)의 사용이 급증되는 추세이다.
도 4는 이러한 종래의 EGR 장치의 한 실시예를 도시한 도면으로서, 디젤 엔진용 EGR 장치는 엔진룸 내측에 설치되어 흡입공기를 정화하는 에어 클리너(101)가 흡기통로(103)와 연결되고, 상기한 흡기통로(103)는 엔진(105)의 연소실(미도시)과 연결되며, 이 연소실의 반대쪽으로는 연소된 배기가스가 배출되는 배기통로(107)와 연결된다.
이때, 그 배기통로(107)에는 상기한 흡기통로(103)로 연결되는 EGR 관로 (109)가 분기되며, 상기 EGR 관로(109) 사이에는 엔진의 상태에 따라 선택적으로 그 EGR 관로(109)의 개폐를 제어하는 EGR 밸브(111)가 설치된다.
상기한 EGR 밸브(111)은 EGR제어밸브(113)에 의해 개폐되는 부압관로(115)를 통하여 버큠펌프(117)와 연결되며, 상기 EGR제어밸브(113)는 ECU(119)와 전기적으로 연결되어 그 개폐시기를 결정하게 된다.
상기한 ECU(119)는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 엔진 회전수 센서(121, RPM센서) 등과 연결되어 엔진회전수(엔진 RPM)신호 및 연료량 신호등을 검출하여 (S100), 상기 엔진 회전수 및 연료량이 EGR조건 내에 있는가를 판단함으로서 (S110), 상기 EGR 밸브(111)의 개폐시기들을 연산하여 제어신호를 출력하게 된다.
따라서, 엔진(105)의 연소실에서 연소된 배기가스는 일부는 배기통로(107)를 통해 배출되고, 나머지는 EGR 관로(109)로 유입된다.
이 때, 그 EGR 관로(109)상에 위치한 EGR 밸브(111)는 상기한 ECU(119)의 전기적 신호에 따라 EGR제어밸브(113)의 개방에 의해 버큠펌프(117)로부터의 부압이 작용하여 작동하게 된다.
이는 상기 엔진 회전수 센서(121) 등의 감지값을 인가받은 ECU(119)가 미리 EGE 맵(MAP)에 설정된 설정값과 감지값을 비교 연산하여 연소실 내의 공기함유량이 많다고 판정하면, 전기적신호를 보내어 EGR 밸브(111)를 개방시키는 것이다.(S120)
이에 따라, 그 EGR 밸브(111)가 개방되어 미연소 산소를 다량 함유하는 배기가스는 EGR 관로(109)를 통하여 흡기통로(103) 내로 재순환된다.
또한, 반대로 상기한 ECU(119)가 배기가스의 미연소 산소 함유량이 미소하다고 판정되면, EGR 밸브(111)를 폐쇄하여 배기가스는 모두 배기통로(107) 측으로 배출되는 것이다.(S130)
그러나 내연기관의 연소가스 온도는 거의 3,000℃에 달하고, 연소가스인 이산화탄소, 수증기 등은 온도가 1,400℃를 넘으면 열해리를 일으키게 되는데, 이러한 열해리는 고온에 의해 탄산가스, 수증기 등이 일산화탄소, 수소 및 물분자로 분해되는 것으로, 온도가 높을수록 더욱 증가되며, 열해리가 일어나면, 연소시 발생하는 많은 열에너지가 화학적 에너지로 변화되어 결과적으로 내연기관에 큰 열손실을 일으키게 된다.
특히, 고온의 연소된 배기가스를 재순환하여 사용하는 종래의 EGR 장치에 의하면, EGR 작동시점에서 특히, 매연의 발생량이 증가하고, 실린더 및 피스톤 등에 작용하여 국부과열, 열충격, 조기점화 등 많은 문제점을 내포하고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 EGR 관로 일측에 벤츄리부를 형성하고, EGR 작동시점에 물입자가 배기가스와 함께, 연소실로 공급되도록 함으로서, 엔진의 열해리에 의한 매연의 발생량을 줄이며, 동시에 분사된 물에 의하여 고압의 증기압을 발생시켜 연소실내의 압력을 높여줌으로서 엔진의 출력을 증대시킬 수 있도록 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 종래의 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치를 도시한 구성도이다.
도 5는 종래의 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.
상기한 바와 같은 목적을 이루기 위한 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치는, 엔진의 연소실로 신기를 공급하는 흡기통로와; 상기 연소실에서 연소된 연소 배기가스가 배출되는 배기통로와; 상기 배기통로에서 분기되어 상기 흡기통로와 연결되는 EGR 관로와; 상기 EGR 관로 상에 구성되어 엔진의 상태에 따라 선택적으로 EGR 관로의 개폐를 제어하는 EGR 밸브와; 상기 EGR 밸브와 EGR제어밸브에 의해 개폐되는 부압관로를 통하여 연결되는 버큠펌프와; 상기 EGR제어밸브와 전기적으로 연결되어 제어신호를 출력하는 ECU와; 엔진의 회전수를 검출하여 상기 ECU에 그 신호를 출력하는 엔진 회전수 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치에서,
상기 흡기통로와 연결되는 EGR 관로의 일측에 형성되는 벤츄리부와; 상기 벤츄리부에 물 공급관을 통하여 연결되며, 내부에는 물을 저장하는 물탱크와; 상기 물 공급관의 일측에 장착되어 ECU의 제어신호에 의해 물 공급관을 개폐 작동시키는 개폐밸브와; 상기 EGR 관로의 일측에 장착되어 EGR 관로를 통하여 흡기통로로 재순환되는 재순환 가스의 압력을 검출하여 상기 ECU에 EGR 압력신호를 출력하는 EGR 압력센서로 구성되는 물 분사수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기한 바와 같은 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치를 제어하기 위한 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치의 제어방법은, 엔진 회전수 센서 및 EGR 압력센서로부터 엔진 RPM신호 및 EGR 압력신호 및 자체 맵(MAP)화된 연료량 신호를 검출하는 단계(S10)와; 상기 단계(S10)로부터 검출된 엔진 RPM 및 연료량이 ECU 내에 맵(MAP)화 된 EGR 조건내에 있는가를 판단하는 단계(S20)와; 상기 단계(S20)로부터 엔진 RPM 및 연료량이 EGR 조건내에 있지 않으면, 상기 단계(S10)로 리턴되며, 엔진 RPM 및 연료량이 EGR 조건내에 있는 것으로 판단되면, EGR 밸브를 작동시켜 EGR 관로를 통하여 배기가스를 흡기통로로 재순환시키는 단계(S30)와; 상기 단계(S30)의 진행 중, 상기 EGR 압력센서로부터 검출된 EGR 압력신호에 의한 재순환 가스의 압력이 설정압 이상인가를 판단하는 단계(S40)와; 상기 단계(S40)에서, 재순환 가스의 압력이 설정압 이상인 것으로 판단되면, 상기 EGR 관로 상에 벤츄리부를 통하여 물탱크의 물을 공급하기 위한 개폐밸브를 온(ON) 작동시키는 단계(S50)와; 상기 단계(S50)에서, 재순환 가스의 압력이 설정압 미만인 것으로 판단되면, 상기 EGR 관로 상에 벤츄리부를 통하여 물탱크의 물을 공급하기 위한 개폐밸브를 오프(OFF) 작동시키는 단계(S60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치를 도시한 구성도로서, 본 발명에 따른 디젤 엔진용 EGR 장치는 엔진룸 내측에 설치되어 흡입공기를 정화하는 에어 클리너(1)가 흡기통로(3)와 연결되고, 상기한 흡기통로(3)는 엔진(5)의 연소실(미도시)과 연결되며, 이 연소실의 반대쪽으로는 연소된 배기가스가 배출되는 배기통로(7)와 연결된다.
이 때, 그 배기통로(7)에는 상기한 흡기통로(3)로 연결되는 EGR 관로(9)가 분기되며, 상기 EGR 관로(9) 사이에는 엔진의 상태에 따라 선택적으로 그 EGR 관로 (9)의 개폐를 제어하는 EGR 밸브(11)가 설치된다.
상기한 EGR 밸브(11)은 EGR제어밸브(13)에 의해 개폐되는 부압관로(15)를 통하여 버큠펌프(17)와 연결되며, 상기 EGR제어밸브(13)는 ECU(19)와 전기적으로 연결되어 그 개폐시기를 결정하게 된다.
상기 ECU(19)는, 엔진 회전수 센서(21, RPM센서) 등과 연결되어 엔진회전수(엔진 RPM)신호 및 자체 맵(MAP)화된 연료량 신호등을 검출하여 EGR 제어를 이루게 된다.
이러한 구성을 갖는 EGR 장치에서, 본 발명은 상기 흡기통로(3)로 재순환되는 배기가스와 함께, 물 입자가 연소실로 공급될 수 있도록, 물 분사수단을 포함하게 되는데, 상기 물 분사수단의 구성은, 먼저 도 2에서 도시한 바와 같이, 상기 흡기통로(3)와 연결되는 EGR 관로(9)의 일측에는 벤츄리부(23)가 형성되고, 상기 벤츄리부(23)에는 물 공급관(25)을 통하여 물탱크(27)와 연결되며, 상기 물탱크(27)는 그 내부에 물을 저장하게 된다.
또한, 상기 물 공급관(25)의 일측에는 개폐밸브(29)가 장착되어 ECU(19)의 제어신호에 의해 물 공급관(25)을 개폐 작동시키게 된다.
여기서, 상기 개폐밸브(29)는 상기 ECU(19)의 제어신호에 의해 작동하는 솔레노이드 밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 상기 EGR 관로(9) 상에서, 상기 벤츄리부(23)와 흡기통로(3) 연결부 사이의 일측에는 EGR 압력센서(31)가 장착되어 EGR 관로(9)를 통하여 흡기통로(3)로 재순환되는 재순환 가스의 압력을 검출하여 상기 ECU(19)에 EGR 압력신호를 출력하게 된다.
따라서, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치를 제어하기 위한 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치의 제어방법은, 도 3에서 도시한 바와 같이, 먼저, 엔진 회전수 센서(21) 및 EGR 압력센서(31)로부터 엔진 RPM신호 및 EGR 압력신호 및 자체 맵(MAP)화된 연료량 신호를 검출한다(S10)
그리고 상기에서 검출된 엔진 RPM 및 연료량이 ECU(19) 내에 맵(MAP)화 된 EGR 조건내에 있는가를 판단하게 되며(S20), 상기 단계(S20)로부터 엔진 RPM 및 연료량이 EGR 조건내에 있지 않으면, 최초 단계(S10)로 리턴되며, 만약 엔진 RPM 및 연료량이 EGR 조건내에 있는 것으로 판단되면, 상기 ECU(19)는 제어신호를 출력하여 EGR 제어밸브(13)를 온(ON) 작동시켜 부압관로(15)를 개방시킴으로서, EGR 관로(9)를 통하여 배기가스가 흡기통로(3)로 재순환되도록 EGR 밸브(11)에 버큠펌프(17)의 부압이 작동되도록 하여 EGR 관로(9)를 개방시키게 된다(S30).
상기 단계(S30)에서 EGR 관로(9)가 개방되어 배기가스가 재 순환되는 되는 과정에서, ECU(19)는 상기 EGR 압력센서(31)로부터 검출된 EGR 압력신호에 의한 재순환 가스의 압력이 설정압 이상인가를 판단하게 된다(S40).
이때, 상기 단계(S40)에서, 재순환 가스의 압력이 설정압 이상인 것으로 판단되면, ECU(19)는 상기 EGR 관로(9) 상에 벤츄리부(23)를 통하여 물탱크(27)의 물이 공급되도록 물 공급관(25) 상의 개폐밸브(29)를 온(ON) 작동시키게 되고(S50), 상기 단계(S50)에서, 재순환 가스의 압력이 설정압 미만인 것으로 판단되면, 상기 ECU(19)는 상기 EGR 관로(9) 상에 벤츄리부(23)를 통하여 물탱크(27)의 물이 공급되지 않도록 물 공급관(25) 상의 개폐밸브(29)를 오프(OFF) 작동시켜, 상기 물 공급관(25)을 차단하게 되며, 동시에 상기 EGR 제어밸브(13)를 오프(OFF) 작동시켜 부압관로(15)를 차단시킴으로서, EGR 관로(9)를 통하여 배기가스가 흡기통로(3)로 재순환되지 않도록 EGR 밸브(11)에 버큠펌프(17)의 부압이 작동되지 않도록 하여 EGR 관로(9)를 폐쇄시키게 된다(S60).
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법에 의하면, EGR 관로 일측에 벤츄리부를 형성하고, EGR 작동시점에 물입자가 배기가스와 함께, 연소실로 공급되도록 함으로서, 엔진의 열해리에 의한 매연의 발생량을 줄이며, 동시에 분사된 물에 의하여 고압의 증기압을 발생시켜 연소실내의 압력을 높여줌으로서 엔진의 출력을 증대시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
특히, 고온의 연소된 배기가스를 재순환하여 사용하는 종래의 EGR 장치에 비
하여 EGR 작동시점에서의 매연의 발생량이 현저히 줄어들게 되며, 실린더 및 피스톤 등에 국부과열, 열충격, 조기점화 등의 많은 문제점을 해소할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 엔진의 연소실로 신기를 공급하는 흡기통로와; 상기 연소실에서 연소된 연소 배기가스가 배출되는 배기통로와; 상기 배기통로에서 분기되어 상기 흡기통로와 연결되는 EGR 관로와; 상기 EGR 관로 상에 구성되어 엔진의 상태에 따라 선택적으로 EGR 관로의 개폐를 제어하는 EGR 밸브와; 상기 EGR 밸브와 EGR제어밸브에 의해 개폐되는 부압관로를 통하여 연결되는 버큠펌프와; 상기 EGR제어밸브와 전기적으로 연결되어 제어신호를 출력하는 ECU와; 엔진의 회전수를 검출하여 상기 ECU에 그 신호를 출력하는 엔진 회전수 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치에 있어서,
    상기 흡기통로와 연결되는 EGR 관로의 일측에 형성되는 벤츄리부와;
    상기 벤츄리부에 물 공급관을 통하여 연결되며, 내부에는 물을 저장하는 물탱크와;
    상기 물 공급관의 일측에 장착되어 ECU의 제어신호에 의해 물 공급관을 개폐 작동시키는 개폐밸브와;
    상기 EGR 관로의 일측에 장착되어 EGR 관로를 통하여 흡기통로로 재순환되는 재순환 가스의 압력을 검출하여 상기 ECU에 EGR 압력신호를 출력하는 EGR 압력센서로 구성되는 물 분사수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 개폐밸브는
    솔레노이드 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 EGR 압력센서는
    상기 EGR 관로 상에서, 상기 벤츄리부와 흡기통로 연결부 사이에 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치.
  4. 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치를 제어하기 위한 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치의 제어방법에 있어서,
    엔진 회전수 센서 및 EGR 압력센서로부터 엔진 RPM신호 및 EGR 압력신호 및 자체 맵(MAP)화된 연료량 신호를 검출하는 단계(S10)와;
    상기 단계(S10)로부터 검출된 엔진 RPM 및 연료량이 ECU 내에 맵(MAP)화 된 EGR 조건내에 있는가를 판단하는 단계(S20)와;
    상기 단계(S20)로부터 엔진 RPM 및 연료량이 EGR 조건내에 있지 않으면, 상기 단계(S10)로 리턴되며, 엔진 RPM 및 연료량이 EGR 조건내에 있는 것으로 판단되면, EGR 밸브를 작동시켜 EGR 관로를 통하여 배기가스를 흡기통로로 재순환시키는 단계(S30)와;
    상기 단계(S30)의 진행 중, 상기 EGR 압력센서로부터 검출된 EGR 압력신호에 의한 재순환 가스의 압력이 설정압 이상인가를 판단하는 단계(S40)와;
    상기 단계(S40)에서, 재순환 가스의 압력이 설정압 이상인 것으로 판단되면, 상기 EGR 관로 상에 벤츄리부를 통하여 물탱크의 물을 공급하기 위한 개폐밸브를 온(ON) 작동시키는 단계(S50)와;
    상기 단계(S50)에서, 재순환 가스의 압력이 설정압 미만인 것으로 판단되면, 상기 EGR 관로 상에 벤츄리부를 통하여 물탱크의 물을 공급하기 위한 개폐밸브를 오프(OFF) 작동시키는 단계(S60)와;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치의 제어방법.
KR1020010072933A 2001-11-22 2001-11-22 디젤 엔진용 배기가스 재순환 장치 및 그 제어방법 KR20030042248A (ko)

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KR (1) KR20030042248A (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR980002752A (ko) * 1996-06-28 1998-03-30 김영귀 자동차 엔진의 물분사장치
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KR19980046188A (ko) * 1996-12-11 1998-09-15 박병재 자동차의 연비 향상장치
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