KR20030048749A

KR20030048749A - 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 ｅｇｒ 시스템과 그제어방법

Info

Publication number: KR20030048749A
Application number: KR1020010078760A
Authority: KR
Inventors: 윤성일
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-12-13
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2003-06-25

Abstract

본 발명은 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템과 그 제어방법에 관한 것으로서, 배기파이프를 통해 외부로 배출되는 배기가스를 흡기 매니폴드로 재순환시켜 혼합기가 연소할 때 최고온도를 낮추도록함으로써 배기가스의 질소산화물(NOx)을 저감시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation; 배기가스 재순환)시스템에 있어서, 기존의 EGR시스템은 냉각수 온도가 30도 미만 즉, 자동차의 냉간시동시나 아이들시에서는 배기가스가 재순환되지 못하도록 되어 있어 히터에 의한 디프로스트 작동이 불가하므로 이를 해결하기 위해 배기 매니폴드에서 배출되는 배기가스를 자동차의 냉간시동시나 아이들시, EGR쿨러를 흐른후, 리턴라인을 통해 외부로 배출되도록 함으로써, 모든 영역에서 상기 EGR쿨러를 통과하는 엔진 냉각수의 온도를 상승시켜 히터장치에 의해 디프로스트 성능을 개선시킬 수 있는 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템과 그 제어방법을 제공하고자 한다.

Description

자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 ＥＧＲ 시스템과 그 제어방법{Exhaust gas recirculation system and it's control method for rising defrosting efficiency of automobile}

본 발명은 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템과 그 제어방법에 관한 것으로서, 기존의 EGR시스템은 자동차의 냉간시동시나 아이들시에는 작동되지 않아, 냉각수 가열에 의한 디프로스트 작동을 기대할 수 없는 문제가 있으며, 이를 해결하기 위해 배기가스가 흡기 매니폴드로 재유입되는 EGR라인의 흡기측에 EGR밸브를 추가/설치하여 EGR쿨러로 유입되어 소정의 가열작용을 수행한 배기가스가 흡기 매니폴드로 재순환되지 않고 배기파이프를 통해 외부로 배출될 수 있도록 그 배기라인과 연결된 리턴라인을 설치한다.

이로써, 자동차의 냉간시동시나 아이들시, 배기가스가 흡기 매니폴드로 재순환되지 않는 상태에서, 상기 EGR쿨러를 통과하는 엔진 냉각수의 온도를 배기가스로 가열시켜 디프로스트 성능을 개선시킬 수 있도록 함으로써, 자동차의 정상주행시와 마찬가지로 냉간시동시나 아이들시에도 우수한 디프로스트 성능을 도모할 수 있는 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템과 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 배기 재순환(Exhaust Gas Recirculation;EGR)시스템은 배기가스 중의 일부를 흡기 매니폴드로 공급되도록 하여 연료와 공기의 혼합기와 혼합되도록 한다음, 이를 다시 연소실로 공급시켜 재연소시킬 수 있는 시스템이다.

배기가스가 재순환되면 새 혼합기의 충진율은 낮아지게 되고, 재공급된 배기가스는 질소에 비해서 열 용량이 큰 탄산가스를 다량으로 함유하게 되므로 더 이상 연소작용을 할 수 없게 되며, 이로 인해 동력 행정시의 연소온도를 낮게 형성시키면서 질소산화물(NOx)의 생성을 현저하게 감소시키게 된다.

이와 같은 EGR시스템을 이용하여 겨울철에 자동차의 윈도우에 서리는 성에를 제거할 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(110)에서 배출되는 배기가스의 일부를 ECU(150)의 신호에 의해 작동하는 EGR밸브(160)를 통해 EGR라인(130)으로 유입되도록 하여 흡기 매니폴드(120)로 공급되도록 함으로써, 상기 EGR라인(130)에 설치된 EGR쿨러(140)를 흐르는 엔진 냉각수의 온도를 상승시켜 히터장치(200)의 작동시, 상승된 온도의 냉각수로 디프로스트 성능을 개선할 수 있게 된다.

여기서, 미설명부호 170은 배기파이프를, 190은 연소실을 각각 나타낸다.

상기와 같이 이루어진 종래의 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템(100)의 EGR밸브(160)는 30도 이상의 냉각수 온도에서 ECU(150)의 신호에 의해 개방되고, 이러한 냉각수 온도 조건이 만족되면 엔진 회전수(RPM) 및 엔진 가속장치의 궤도 즉, 스로틀밸브의 개폐량에 따라 상기 EGR밸브의 개폐량이 조절된다.

상기 EGR시스템(100)의 목적은 고온의 연소온도에서 발생하는 질소산화물(NOx)의 생성을 저하시키기 위해 배기가스를 재순환시키는데 있고, 저온에서는 오히려 입자상물질(PM)의 증가를 가져오기 때문에 위와 같은 30도 이상에서의 EGR밸브 개폐조건이 필요하다.

이러한 EGR밸브(160)의 작동 조건은 상기와 같이, 1차적으로 30도 이상의 냉각수 온도에서 작동을 시작하며, 엔진 회전수(RPM) 및 엔진 가속장치의 궤도 즉, 스로틀밸브의 개폐량에 따라서 EGR밸브의 개폐량을 조절한다.

따라서, 상기 EGR밸브(160)가 작동되는 작동시점은 자동차의 냉간시동시나 아이들시와 정상주행시로 나누게 되는 기준시점이 된다.

그런데, 상기와 같은 온도 미만 즉, 자동차의 냉간시동시나 아이들시에서는 EGR밸브(160)가 구동이 되지않아 배기가스로 냉각수온도를 상승시킬 수 있는 여건이 못되므로, 이때에는 히터장치(200)에 의한 디프로스트 작동을 기대할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 배기가스가 흡기 매니폴드로 재유입되는 EGR라인의 흡기측에 EGR밸브를 추가/설치하고, EGR쿨러로 유입된 배기가스가 흡기 매니폴드로 재순환되지 않고 전량 이곳을 충분히 경유한 후 배기파이프를 통해 외부로 배출될 수 있도록 그 배기라인과 연결된 리턴라인을 설치한다.

이로써, 자동차의 냉간시동시나 아이들시, 배기가스가 흡기 매니폴드로 재순환되지 않는 상태에서, 상기 EGR쿨러를 통과하는 엔진 냉각수의 온도를 배기가스로 가열시켜 디프로스트 성능을 개선시킬 수 있도록 함으로써, 자동차의 정상주행시와 마찬가지로 냉간시동시나 아이들시에도 우수한 디프로스트 성능을 도모할 수 있는자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템과 그 제어방법을 제공하는데 그 안출의 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 냉간시동시나 아이들시에서의 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템을 나타내는 개략도

도 2는 본 발명에 따른 엔진의 정상 주행조건에서의 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템을 나타내는 개략도

도 3은 본 발명에 따른 작동상태를 나타내는 순서도

도 4는 종래의 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템을 나타내는 개략도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : EGR시스템11 : 배기 매니폴드

12 : 흡기 매니폴드13 : EGR라인

14 : EGR쿨러15 : ECU

16a, 16b : EGR밸브17 : 배기파이프

18 : 리턴라인19 : 연소실

20 : 히터장치

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 배기파이프(170)를 통해 외부로 배출되는 배기가스를 흡기 매니폴드(120)로 재순환시키는 EGR시스템(100)에 있어서, 상기 EGR시스템(10)은 배기 매니폴드(11)의 일부 배기가스가 흡기 매니폴드(12)로 재순환되도록 하는 통로인 EGR라인(13)과, 상기 EGR라인(13)의 중간에 설치되어 열교환 작용을 수행하는 EGR쿨러(14)와, 상기 EGR쿨러(14)가 장착된 EGR라인(13) 상의 전측과 후측에 설치되어 ECU(15)의 신호에 의해 EGR가스의 흐름을 단속하는 EGR밸브(16a, 16b)와, 배기가스가 상기 EGR쿨러(14)를 거쳐 배기파이프(17)로 리턴될 수 있도록 하는 리턴라인(18)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

자동차의 냉간시동시나 아이들시 즉, 냉각수 온도가 30도 미만시에 각각의 EGR밸브(16a, 16b)는 배기가스가 배기파이프(17)를 통해 외부로 배출되지 않도록 차단하고, 흡기 매니폴드(12)로 유입되지 않도록 차단하는 동시에, 그 배기가스를 EGR쿨러(14)를 거치도록 하고, 히터장치(20)의 디프로스트 수단인 냉각수의 온도를 상승시키고, 리턴라인(18)을 통해 외부로 배출되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 자동차의 정상 주행시 즉, 냉각수 온도가 30도 이상이며, 엔진 회전수(RPM) 및 스로틀밸브의 개폐량에 따라 상기 EGR밸브(16a, 16b)의 개폐량을 조절시, 상기 EGR밸브(16a, 16b)가 개방되어 배기가스의 일부는 외부로 배출되고, 일부는 EGR쿨러(14)를 거쳐 흡기 매니폴드(12)로 재순환되며, 이때 상기 흡기 매니폴드(12)측으로 유입되는 배기가스는 EGR쿨러(14)를 통과하면서 냉각수 온도를 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 냉간시동시나 아이들시에서의 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엔진의 정상 운전조건에서의 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템을 나타내는 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 작동상태를 나타내는 순서도이다.

본 발명에 따른 EGR시스템(10)은 배기 매니폴드(11)에서 배출되는 일부 배기가스가 흡기 매니폴드(12)로 재순환되도록 하는 통로인 EGR라인(13)과, 상기 EGR라인(13)의 중간에 설치되어 열교환 작용을 수행하는 EGR쿨러(14)와, 상기 EGR쿨러(14)가 장착된 EGR라인(13) 상의 전측과 후측에 설치되면서 ECU(15)의 신호에 의해 흡기 매니폴드(12)측과 배기파이프(17)측으로 보내지는 EGR가스의 흐름을 단속하는 EGR밸브(16a, 16b)와, 배기가스가 상기 EGR쿨러(14)를 거쳐 배기파이프(17)로 리턴될 수 있도록 하는 리턴라인(18)으로 구성된다.

이때, 냉각수는 상기 EGR쿨러(14)를 거쳐 히터장치(20)로 유입될 수 있게 된다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(11)로 부터 배출되는 배기 가스중 일부를 흡기 매니폴드(12)로 재순환시키는 통로인 EGR라인(13)은 배기파이프(17)측에서 분기되어 배기가스가 상기 배기 매니폴드(11)에서 흡기 매니폴드(12)로 유도될 수 있도록 서로 연결되어 있다.

상기 EGR라인(13)상에는 배기가스를 냉각시키는 EGR쿨러(14)가 장착되어 있는데 이때, 엔진의 냉각수가 상기 EGR쿨러(14)를 통해 히터장치(20)로 유입될 수 있도록 연결되어 있다.

엔진의 냉각수는 상기 EGR쿨러(14)를 통과하여 흐르면서 배기가스와 열교환이 이루어져, 상대적으로 온도가 상승되므로 그로인해 히터장치(20)를 가동할 수 있는 것이다.

이러한 히터장치(20)는 온도조절장치의 디프로스트 모드로 전환될 수 있도록 조절하여 자동차의 윈도우에 서리는 성에를 제거할 수 있다.

이때, 배기가스가 재순환되는 EGR라인(13)에는 ECU(15)의 신호에 의해 작동되는 EGR밸브(16a, 16b)가 설치되어 EGR라인(13)을 통해 재순환되는 배기가스량 즉, EGR가스량을 조절하는바, 이러한 EGR가스는 엔진의 연소실(19)에 공급되어 연료를 연소시켜 연소실(19)의 온도를 낮추고, 이를 통한 연소실(19)의 온도 저하로 질소 산화물(NOx)의 발생이 억제되기 때문에 차량 외부로 배출되는 배기가스중의 질소 산화물의 농도는 저하되게 된다.

이때, 상기 ECU(15)는 혼합가스의 불완전 연소로 인해 배기 매니폴드(11)를통해 배출되는 배기가스에 함유된 입자상 물질(PM)과 질소산화물(NOx)을 좀더 철저히 재연소시킬수 있도록 상기 EGR밸브(16a, 16b)를 1차적으로 냉각수 온도가 30도이상에서 개방하도록 하고, 2차적으로 냉각수 온도조건이 만족시에 엔진 회전수(RPM) 및 엔진 가속장치의 궤도 즉, 스로틀밸브의 개폐량에 따라 상기 EGR밸브(16a, 16b)의 개폐량을 조절할 수 있도록 설정된다.

특히, 상기 EGR밸브(16a, 16b)는 EGR쿨러(14)가 장착된 EGR라인(13)상의 전측과 후측에 각각 설치되어 ECU(15)에 의해 그 개폐량이 조절되는바, 상기 EGR라인(13)의 후측에 설치된 EGR밸브(16b)는 흡기 매니폴드(12)로 유입되는 배기가스를 단속하고, 이를 통해 EGR쿨러(14)로 공급되는 배기가스는 배기라인으로 연결된 리턴라인(18)을 통해 외부로 배출될 수 있도록 되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자동차의 냉간시동시나 아이들시 즉, 냉각수 온도가 30도 미만시에 EGR밸브(16a, 16b)는 각각 배기가스가 배기파이프(17)를 통해 외부로 배출되지 않도록 차단하고, 흡기 매니폴드(12)로 유입되지 않도록 차단하는데, 이때 배기 매니폴드(11)로 부터 배출되는 배기가스는 EGR쿨러(14)를 거쳐 냉각수의 온도를 상승시키고, 리턴라인(18)을 통해 외부로 배출된다.

따라서, 온도가 상승된 냉각수는 히터장치(20)의 디프로스트 모드를 통해 성에를 제거하는 역할을 한다.

한편, 첨부한 도 2는 자동차의 정상 주행시 즉, 냉각수 온도가 30도 이상이며, 엔진 회전수(RPM) 및 엔진 가속장치의 궤도 즉, 스로틀밸브의 개폐량에 따라 상기 EGR밸브(16a, 16b)의 개폐량을 조절시, 상기 EGR밸브(16a, 16b)가 개방되어배기가스의 일부는 외부로 배출되고, 일부는 흡기 매니폴드(12)로 재순환한다.

이때, 상기 흡기 매니폴드(12)측으로 유입되는 배기가스는 EGR쿨러(14)를 통과하여 냉각수 온도를 상승시키므로 냉각수 온도의 상승으로 인한 디프로스트 성능을 개선한다.

이 영역에서는 또한, 디프로스트 성능 향상은 물론, 배출가스 법규 규제를 동시에 만족시킬 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템과 그 제어방법은 자동차의 냉간시동시나 아이들시, 배기가스의 대부분을 EGR쿨러로 순환되게 하여 상기 EGR쿨러를 흐르는 냉각수의 온도를 상승되도록 함으로써, 자동차의 정상 주행조건 상태 뿐만 아니라 초기 주행상태에서도 디프로스트 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

배기파이프(170)를 통해 외부로 배출되는 배기가스를 흡기 매니폴드(120)로 재순환시키는 EGR시스템(100)에 있어서, 상기 EGR시스템(10)은 배기 매니폴드(11)의 일부 배기가스가 흡기 매니폴드(12)로 재순환되도록 하는 통로인 EGR라인(13)과, 상기 EGR라인(13)의 중간에 설치되어 열교환 작용을 수행하는 EGR쿨러(14)와, 상기 EGR쿨러(14)가 장착된 EGR라인(13) 상의 전측과 후측에 각각 설치되어 ECU(15)의 신호에 의해 EGR가스의 흐름을 단속하는 EGR밸브(16a, 16b)와, 배기가스가 상기 EGR쿨러(14)를 거쳐 배기파이프(17)로 리턴될 수 있도록 하는 리턴라인(18)을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템.
자동차의 냉간시동시나 아이들시 히터 디프로스트 스위치의 온/오프 여부를 판단하는 단계와, 히터 디프로스트 스위치의 온상태에서 냉각수 온도가 30도 미만이면 각각의 EGR밸브(16a, 16b)는 배기가스가 배기파이프(17)를 통해 외부로 직접 배출되지 않도록 차단하는 동시에, 흡기 매니폴드(12)로 유입되지 않도록 차단하고, 배기가스를 전량 EGR쿨러(14)를 거치도록 하여 냉각수에 대한 열교환을 수행한 후, 리턴라인(18)을 통해 외부로 배출되도록 하는 단계와, 히터 디프로스트 스위치의 온상태에서 냉각수 온도가 30도 이상이면 ECU(15)의 제어하에 각각의EGR밸브(16a, 16b)를 일정량 개폐하여 배기가스가 일부는 직접 배출되게 하고, 일부는 EGR쿨러(14)를 거쳐 냉각수에 대한 열교환을 수행한 후 흡기 매니폴드(12)로 재순환되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템의 제어방법.
제 2항에 있어서, 상기 ECU(15)를 통해 2개의 EGR밸브(16a, 16b)의 개폐량을 제어하는 단계에서는 엔진 회전수(RPM) 및 스로틀밸브의 개폐량에 따라 상기 EGR밸브(16a, 16b)의 개폐량을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 디프로스트 성능개선을 위한 EGR시스템의 제어방법.