KR20050023486A - Heating apparatus using EGR cooler and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 EGR 쿨러를 이용한 히터 성능향상장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기온이 저온인 경우 및 엔진의 아이들 운전시에도 EGR가스의 온도를 식히기 위한 EGR 쿨러 측으로 EGR 가스가 통과되도록 하고, EGR 쿨러에서 가열된 냉각수를 히터 측으로 유도하여 히터 성능이 향상되도록 하기 위한 EGR 쿨러를 이용한 히터 성능향상장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heater performance improving apparatus using the EGR cooler and a control method thereof. More specifically, the EGR gas passes to the EGR cooler to cool the temperature of the EGR gas even when the air temperature is low and the engine is idle. The present invention relates to a heater performance improving apparatus and control method using the EGR cooler to improve the heater performance by guiding the cooling water heated in the EGR cooler to the heater side.
엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 흡기계로 환류시켜 실린더 안의 연소가스 온도를 떨어뜨림으로서 NOx의 생성이 억제되도록 하는 시스템을 이른바 배기가스 재순환장치(EGR장치)라고 한다. 디젤엔진의 NOx가 EGR 장치에 의해서 경감되는 이유는 실린더내 공기의 일부가 배기가스 속의 비열이 증가하는 것, 그리고 산소농도의 저하에 의하여 연소가 완만하게 된다는 것 등을 들 수 있다.A system in which a part of the exhaust gas discharged from the engine is returned to the intake machine to reduce the combustion gas temperature in the cylinder to suppress the generation of NOx is called an exhaust gas recirculation device (EGR device). The reason why the NOx of the diesel engine is reduced by the EGR device is that some of the air in the cylinder increases the specific heat in the exhaust gas, and the combustion is slowed down by the decrease of the oxygen concentration.
도 5는 EGR 장치가 적용된 일반적인 엔진의 구성도로서, 엔진(10)의 배기 매니폴드(12)에서 방출되는 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드(11)로 유도하기 위해 배기가스 재순환관(14)이 형성된다.5 is a configuration diagram of a general engine to which the EGR apparatus is applied, and the exhaust gas recirculation pipe 14 is used to guide a part of the exhaust gas emitted from the exhaust manifold 12 of the engine 10 to the intake manifold 11. Is formed.
또한, 상기한 배기가스 재순환관(14)의 도중에는 전자제어장치에 의해 제어되는 EGR 밸브(15)가 형성된다.In the middle of the exhaust gas recirculation pipe 14, an EGR valve 15 controlled by an electronic controller is formed.
그리고 상기한 EGR 밸브(15)의 일측에는 재순환되는 배기가스의 온도를 적정하게 유지시켜 주기 위한 EGR 쿨러(20)가 장착되어 있다. 즉 엔진으로 입력되는 대기온이 전자제어부가 감지하여 EGR 밸브를 자동으로 개방시켜 엔진의 배기 매니폴드로 배기되는 배기가스의 일부가 배기가스 재순환관을 통해 재순환되어진다. 그리고 상기한 EGR 쿨러(20)에서는 재순환되는 배기가스의 온도가 적정수준으로 유지된 상태로 흡기 매니폴드(11)로 유입시켜 재연소되도록 함으로서, 대기중으로 방출되는 탄화수소, NOx 등의 유해물질의 배출량이 저감되도록 하였다.One side of the EGR valve 15 is equipped with an EGR cooler 20 for maintaining the temperature of the exhaust gas recycled appropriately. That is, the air temperature input to the engine is sensed by the electronic controller to automatically open the EGR valve, and a part of the exhaust gas exhausted to the exhaust manifold of the engine is recycled through the exhaust gas recirculation pipe. In addition, the EGR cooler 20 discharges harmful substances such as hydrocarbons and NOx released into the atmosphere by introducing them into the intake manifold 11 so that the temperature of the exhaust gas being recycled is maintained at an appropriate level. This was to be reduced.
한편, 상기한 종래의 EGR 쿨러(20)는 도 6과 같이 길이가 긴 원통형의 케이스(21) 양측으로 배기가스 재순환관(14)과 연결되기 위한 플랜지(22,23)가 형성되고, 상기 케이스(21)의 내부는 냉각수 통로가 되는 챔버(24)가 형성된다. 상기 케이스(21)에 형성된 챔버(24)의 일측으로는 냉각수가 유입되는 냉각수 입구(25)와 냉각수 출구(26)가 연결되어 있다. 또한, 상기 챔버(24)의 내측으로는 배기가스가 통과되면 냉각수에 의해 배기가스의 온도를 낮추기 위한 다수의 냉각튜브(27)들이 길이방향으로 형성되어 있다. 즉, 배기가스의 입구측(28)에서 유입된 배기가스는 냉각튜브(27)들을 통과하게 되면서 냉각수의 온도에 의해 적정수준의 온도로 조절되어 출구측(29)을 통과하게 된다.Meanwhile, the conventional EGR cooler 20 has flanges 22 and 23 formed at both sides of a long cylindrical case 21 as shown in FIG. 6 to be connected to the exhaust gas recirculation pipe 14. The inside of the chamber 21 is formed with a chamber 24 serving as a cooling water passage. One side of the chamber 24 formed in the case 21 is connected to the coolant inlet 25 and the coolant outlet 26 through which the coolant flows. In addition, when the exhaust gas passes through the chamber 24, a plurality of cooling tubes 27 are formed in the longitudinal direction to lower the temperature of the exhaust gas by the cooling water. That is, the exhaust gas introduced from the inlet side 28 of the exhaust gas passes through the cooling tubes 27 and is adjusted to an appropriate level by the temperature of the cooling water to pass through the outlet side 29.
그리고 상기한 EGR 쿨러(20)를 통과하며 가열된 냉각수는 히터(30) 측으로 제공되어 히터(30)의 가열성능이 향상되도록 구성되어 있다.And the cooling water heated through the EGR cooler 20 is provided to the heater 30 side is configured to improve the heating performance of the heater (30).
그런데 상기한 EGR 장치가 적용된 엔진의 경우에 EGR 밸브는 엔진 주변의 대기온의 온도가 설정온도(일반적으로 대기온 30℃) 이상일 경우에만 개방작동되도록 설정되는데, 대기온이 설정온도 이하인 경우에는 EGR 밸브가 닫힌 상태가 되므로서 EGR 쿨러 측에서 가열되어 히터 측으로 제공되는 냉각수의 순환은 멈추게되어 EGR 쿨러를 통한 히터의 성능향상이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.However, in the case of the engine to which the above EGR device is applied, the EGR valve is set to open only when the temperature of the ambient temperature around the engine is higher than the set temperature (generally, the air temperature is 30 ° C). Since the valve is in a closed state, the circulation of the coolant that is heated on the EGR cooler side and provided to the heater is stopped, and thus the performance of the heater is not improved through the EGR cooler.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 대기온이 저온인 경우 및 엔진의 아이들 운전시에도 EGR가스의 온도를 식히기 위한 EGR 쿨러 측으로 EGR 가스가 통과되도록 하고, EGR 쿨러에서 가열된 냉각수를 히터 측으로 유도하여 히터 성능이 향상되도록 하기 위한 EGR 쿨러를 이용한 히터 성능향상장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made in order to solve the above problems, the EGR gas is passed to the EGR cooler side to cool the temperature of the EGR gas even when the air temperature is low temperature and the engine idle operation, and heated in the EGR cooler It is an object of the present invention to provide a heater performance improving apparatus using the EGR cooler and a control method thereof by using the EGR cooler to guide the cooling water to the heater side to improve the heater performance.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서,The present invention as a means for achieving the above object,
배기가스 재순환관의 도중에 EGR 가스의 온도를 낮추기 위한 EGR 쿨러가 형성되어지되, 상기 EGR 쿨러를 통과하며 EGR 가스와 열교환되어 가열된 냉각수는 히터 측으로 전달되어 히터의 가열성능이 향상되도록 구성되는 EGR 장치에 있어서,EGR cooler is formed in the middle of the exhaust gas recirculation pipe to reduce the temperature of the EGR gas, the cooling water passing through the EGR cooler and heat exchanged with the EGR gas is transferred to the heater side to improve the heating performance of the heater To
상기한 EGR 쿨러의 출력측이 위치되는 배기가스 재순환관의 도중과, 배기 라인의 도중을 연결하는 바이패스 라인과;A bypass line connecting the middle of the exhaust gas recirculation pipe in which the output side of the EGR cooler is located, and the middle of the exhaust line;
상기한 바이패스 라인과 상기 배기가스 재순환관이 연결되는 지점에 상기 EGR 쿨러를 통과한 EGR 가스의 흐름방향이 선택작동되도록 형성되는 체크 밸브와;A check valve configured to selectively operate the flow direction of the EGR gas passing through the EGR cooler at a point where the bypass line and the exhaust gas recirculation pipe are connected;
상기한 체크 밸브 및 EGR 밸브의 작동을 제어하기 위한 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.A control unit for controlling the operation of the check valve and the EGR valve; Characterized in that comprises a.
이하, 본 발명에 의해 형성된 EGR 쿨러에 의한 히터 성능향상장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the configuration and operation of the heater performance improving apparatus by the EGR cooler formed by the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의해 형성된 히터 성능향상장치의 구성도이고, 도 2 내지 도 3은 본 발명에 의한 히터 성능향상장치의 작동상태도이고, 도 4는 본 발명에 의한 히터 성능향상장치의 구동을 위한 플로우 차트이다.1 is a configuration diagram of a heater performance improving apparatus formed by the present invention, Figures 2 to 3 is an operating state diagram of the heater performance improving apparatus according to the present invention, Figure 4 is a driving performance of the heater performance improving apparatus according to the present invention Flow chart for
도면 중에 표시되는 도면부호 40은 본 발명에 의해 형성되는 바이패스 라인을 지시하는 것이고, 일부의 도면부호는 종래기술의 설명에서 사용된 부호가 그대로 인용된다.Reference numeral 40, which is shown in the drawings, indicates a bypass line formed by the present invention, and some of the reference numerals are referred to as symbols used in the description of the prior art.
상기한 바이패스 라인(40)은 엔진의 배기 라인(13)의 도중과, 상기 배기 라인(13)으로부터 흡기계 측으로 EGR 가스를 유도하기 위한 배기가스 재순환관(14)의 도중을 잇는 것이다. 상기 바이패스 라인(40)의 일단은 상기 EGR 쿨러(20)가 위치된 후방측의 배기가스 재순환관(14)의 도중에 연결되고, 다른 일단은 상기 배기 라인(13)에 배기가스 재순환관(14)의 일단이 연결되는 후방측에 연결된다. 즉, 상기한 바이패스 라인(40)은 상기 배기가스 재순환관(14)으로 유도된 일부의 배기가스가 흡기계 측으로 유도되지 않고, 배기가스 재순환관(14)의 도중에 마련된 EGR 쿨러(20)를 통과한 다음에 다시 원래 흐르던 배기 라인(13)으로 유도되도록 하기 위한 것이다.The bypass line 40 connects the middle of the engine exhaust line 13 with the middle of the exhaust gas recirculation pipe 14 for guiding EGR gas from the exhaust line 13 to the intake side. One end of the bypass line 40 is connected in the middle of the exhaust gas recirculation tube 14 on the rear side where the EGR cooler 20 is located, and the other end of the bypass line 40 is connected to the exhaust line 13. End is connected to the rear side to which it is connected. That is, the bypass line 40 is a part of the exhaust gas guided to the exhaust gas recirculation pipe 14 is not guided to the intake side, and the EGR cooler 20 provided in the middle of the exhaust gas recirculation pipe 14. It is intended to be guided to the exhaust line 13 which flowed again after passing.
상기와 같이 바이패스 라인(40)을 추가로 설치하는 것은, EGR 밸브(15)가 개방되지 않아도 되는 엔진의 운전영역에서도 상기 배기가스 재순환관(14)으로 배기가스의 일부를 유도하여 그 도중에 마련된 EGR 쿨러(20)의 냉매(냉각수)가 가열되도록 구성되는 것이다.The additional installation of the bypass line 40 as described above leads a part of the exhaust gas to the exhaust gas recirculation pipe 14 in the operating region of the engine where the EGR valve 15 does not need to be opened. The refrigerant (cooling water) of the EGR cooler 20 is configured to be heated.
상기 EGR 밸브(15)는 종래기술의 설명에서와 같이 배기 라인(13)에서 배기가스 재순환관(14)이 분지되는 위치에 형성된다. 또한, 상기한 EGR 쿨러(20)는 종래기술의 설명에서와 같이, EGR 가스가 통과되는 하우징의 내측으로 냉각수가 통과되는 다수의 튜브가 마련되고, 이 튜브를 통과하며 EGR 가스와 열교환되어 가열된 냉각수는 히터(30) 측으로 공급되도록 구성된다.The EGR valve 15 is formed at a position where the exhaust gas recirculation pipe 14 is branched in the exhaust line 13 as described in the prior art. In addition, the EGR cooler 20 is provided with a plurality of tubes through which the coolant passes through the inside of the housing through which the EGR gas passes, as described in the prior art, and heat exchanged with the EGR gas through the tubes. Cooling water is configured to be supplied to the heater 30 side.
한편, 상기한 배기가스 재순환관(14)의 도중에 이어지는 바이패스 라인(40)이 연결되는 분지부에는 EGR 가스의 흐름방향이 선택되도록 하기 위한 체크 밸브(50)가 형성된다. 즉, 상기 체크 밸브(50)는 엔진의 운전영역이 EGR 장치의 작동영역에 해당되는 경우에는 열림작동되도록 설정되어 상기 바이패스 라인(40)으로 EGR 가스가 바이패스되는 것이 차단되도록 구성되는 것이다. 그리고 상기 체크 밸브(50)는 엔진의 운전영역이 EGR 장치의 작동영역이 아닌 경우에 해당되지만, 히터(30)의 스위치가 ON작동된 상태이고 냉각수의 온도가 설정온도 이하인 경우에는 닫힘작동되어 상기 배기가스 재순환관(14)으로 유도된 EGR 가스는 상기 바이패스 라인(40)으로 바이패스되도록 구성되는 것이다.On the other hand, a check valve 50 for selecting the flow direction of the EGR gas is formed in the branch portion to which the bypass line 40 connected in the middle of the exhaust gas recirculation pipe 14 is connected. That is, the check valve 50 is configured to open when the operating region of the engine corresponds to the operating region of the EGR device is configured to block the bypass of the EGR gas to the bypass line 40. The check valve 50 corresponds to the case where the operating region of the engine is not the operating region of the EGR device, but is closed when the switch of the heater 30 is ON and the temperature of the coolant is lower than the set temperature. The EGR gas directed to the exhaust gas recirculation pipe 14 is configured to be bypassed to the bypass line 40.
상기와 같이 엔진의 운전영역이 EGR 장치의 작동영역에 해당되지 않음에도 불구하고 상기 배기가스 재순환관(14)으로 일부의 배기가스가 유도되도록 하기 위해서 상기 EGR 밸브(15)는 상기 체크 밸브(50)와 함께 제어부(60)의 제어에 의해서 작동되도록 설정된다. 즉, 상기 EGR 밸브(15)는 엔진의 운전영역이 EGR 장치의 작동영역에 해당되지 않더라도 운전자가 히터(30)의 스위치를 ON작동시킨 상태에서 냉각수의 온도가 제어부(60)에 설정된 설정온도 이하로 판단되면 개방작동되도록 설정되는 것이다.Even though the operating region of the engine does not correspond to the operating region of the EGR apparatus as described above, the EGR valve 15 may be configured to allow the exhaust gas to be introduced into the exhaust gas recirculation pipe 14. ) Is set to be operated by the control of the control unit 60 together. That is, the temperature of the coolant is less than or equal to the set temperature set in the controller 60 in a state where the driver turns on the heater 30 even if the driving region of the engine does not correspond to the operating region of the EGR device. If it is determined that the open operation is set.
이와 같이 엔진의 운전영역이 EGR 장치의 가동영역이 아닌 경우에도 EGR 쿨러(20) 측으로 EGR 가스를 순환시키게 되므로서, 상기 EGR 쿨러(20)를 통과하는 냉매가 가열되어 히터(30) 측으로 가열된 냉각수가 유입되도록 하기 위한 것이다. 즉, 히터(30)를 가열하기 위한 원래의 냉각수 라인에 상기와 같이 EGR 쿨러(20)를 통과하며 가열된 냉각수가 추가되므로서, EGR 장치의 작동영역이 아님에도 히터(30)측으로 EGR 쿨러(20)에서 가열된 냉각수가 유도되어 히터(30)의 가열성능이 향상되도록 구성되는 것이다.In this way, even when the operating region of the engine is not the operating region of the EGR device, the EGR gas is circulated to the EGR cooler 20, so that the refrigerant passing through the EGR cooler 20 is heated to the heater 30. To allow the coolant to flow. That is, since the coolant heated while passing through the EGR cooler 20 as described above is added to the original coolant line for heating the heater 30, the EGR cooler (not the operating region of the EGR device) toward the heater 30. Cooling water heated in 20 is induced to be configured to improve the heating performance of the heater (30).
상기와 같은 작동을 위해서, 상기한 제어부(60)에는 도 4에 도시된 플로우 차트에 따른 각 단계의 작동이 설정된다.For the operation as described above, the operation of each step according to the flow chart shown in FIG.
즉, 운전자가 히터(30)의 스위치를 ON작동시켰는지를 판단하고, 냉각수의 온도를 측정하여 측정된 냉각수의 온도가 설정온도값보다 이하인가를 판단하는 단계를 거치도록 설정된다.That is, it is determined whether the driver has turned on the switch of the heater 30, and the temperature of the coolant is measured to determine whether the measured coolant temperature is lower than or equal to the set temperature value.
그리고 엔진 회전수 등의 운전정보를 기초로 하여 엔진의 운전영역이 EGR 작동영역에 해당되는지를 판단하는 단계를 거치게 된다.And based on the driving information, such as the engine speed is determined whether the operating region of the engine corresponds to the EGR operating region.
상기한 단계를 통해 얻어진 차량의 운전정보에서, 히터(30)의 스위치가 ON작동되고 냉각수온이 설정온도(예를들어 20℃) 이상이며 엔진(10)의 운전영역이 EGR 장치를 작동시켜야 될 영역인 것으로 판단되며, 상기한 EGR 밸브(15)와 체크 밸브(50)를 열림작동시키도록 설정된다. 즉, 원래의 EGR 장치가 가동되도록 설정되는 것이다.In the driving information of the vehicle obtained through the above steps, the switch of the heater 30 is turned ON, the cooling water temperature is higher than the set temperature (for example, 20 ° C), and the operating region of the engine 10 should operate the EGR device. It is judged that it is an area, and it is set to open the above-mentioned EGR valve 15 and the check valve 50. In other words, the original EGR device is set to operate.
그리고 히터(30)의 스위치가 ON 작동된 상태이며 냉각수의 온도는 설정온도 이하이고 엔진(10)의 운전영역이 EGR 장치를 작동시키지 않아야 될 영역인 것으로 판단되면, 상기한 EGR 밸브(15)를 개방작동시키고 상기 체크 밸브(50)를 폐쇄작동을 시켜 상기한 배기가스 재순환관(14)을 통해 EGR 쿨러(20) 측으로 EGR 가스가 유도되고, 이렇게 유도된 EGR 가스는 바이패스 라인(40)을 통해 원래의 배기 라인(13)으로 순환될 수 있도록 설정된다.If it is determined that the switch of the heater 30 is ON and the temperature of the coolant is lower than the set temperature and the operating region of the engine 10 is an area in which the EGR device should not be operated, the EGR valve 15 is By opening and closing the check valve 50, the EGR gas is induced to the EGR cooler 20 through the exhaust gas recirculation pipe 14, and the induced EGR gas is connected to the bypass line 40. It is set to be circulated to the original exhaust line 13 through.
한편, 히터(30)의 스위치가 OFF작동된 상태에서, 냉각수의 온도가 설정온도 이상이며 엔진(10)의 운전영역이 EGR 장치의 작동영역인 경우에는, 상기한 EGR 밸브(15)와 체크 밸브(50)를 모두 개방작동시켜 EGR장치가 정상적으로 작동되도록 설정된다.On the other hand, when the temperature of the coolant is equal to or higher than the set temperature and the operating region of the engine 10 is the operating region of the EGR device while the heater 30 is switched off, the above-described EGR valve 15 and check valve By opening all 50 operations, the EGR device is set to operate normally.
그리고 히터(30)의 스위치가 OFF작동된 상태에서, 냉각수의 온도가 설정온도 이하이거나, 냉각수의 온도는 설정온도 이상이지만 엔진(10)의 운전영역이 EGR 장치의 작동영역이 아닌 경우에는 상기한 EGR 밸브(15)가 닫히도록 설정된다. 즉, 이 경우에는 모든 배기가스는 배기 라인(13)으로 배출되어진다.When the temperature of the coolant is lower than or equal to the set temperature, or the coolant is higher than or equal to the set temperature but the operating area of the engine 10 is not the operating area of the EGR device, the heater 30 is switched off. The EGR valve 15 is set to close. That is, in this case, all the exhaust gas is discharged to the exhaust line 13.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 엔진의 운전영역이 EGR 장치를 미작동시키는 영역에 해당되는 상태에서 운전자가 히터 스위치를 ON작동시키고 엔진의 냉각수 온도가 설정값 온도 이하인 경우에, 배기가스 재순환 가스에 의해서 EGR 쿨러를 통과하는 냉각수를 가열한 후 히터 측으로 유도되도록 하므로서, 히터의 가열성능이 향상되는 커다란 장점이 있는 것이다.According to the present invention configured as described above, when the driver turns on the heater switch in a state where the operating region of the engine corresponds to the region in which the EGR device is not operated, the exhaust gas recirculation is performed when the coolant temperature of the engine is lower than or equal to the set value temperature. By heating the cooling water passing through the EGR cooler by the gas to the heater side, there is a great advantage that the heating performance of the heater is improved.
도 1은 본 발명에 의해 형성된 히터 성능향상장치의 구성도.1 is a block diagram of a heater performance improving apparatus formed by the present invention.
도 2 내지 도 3은 본 발명에 의한 히터 성능향상장치의 작동상태도.2 to 3 is an operating state of the heater performance improving apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명에 의한 히터 성능향상장치의 구동을 위한 플로우 차트.Figure 4 is a flow chart for driving the heater performance improving apparatus according to the present invention.
도 5 내지 도 6은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.5 to 6 are views for explaining the conventional technology.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
10 : 엔진 12 : 배기 매니폴드10 engine 12 exhaust manifold
13 : 배기 라인 14 : 배기가스 재순환관13 exhaust line 14 exhaust gas recirculation pipe
15 : EGR 밸브 20 : EGR 쿨러15: EGR valve 20: EGR cooler
30 : 히터 40 : 바이패스 라인30: heater 40: bypass line
50 : 체크 밸브 60 : 제어부50: check valve 60: control unit
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2003
- 2003-08-28 KR KR1020030059733A patent/KR20050023486A/en not_active Application Discontinuation
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