KR20060006429A

KR20060006429A - 이지알 온도제어방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20060006429A
Application number: KR1020040055459A
Authority: KR
Inventors: 하종률; 정성식; 강병무; 박우영; 윤수환; 이준희
Original assignee: 학교법인 동아대학교
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-01-19

Abstract

본 발명은 배기가스의 일부를 연소실로 재순환시켜 연소시 배출되는 유해물질인 질소산화물(NOx)을 저감시키는 배기가스 재순환 장치에 관한 것으로, 상세하게는 재순환되는 배기가스와 바이패스되는 배기가스의 유량을 조절하여 연소실로 재 유입되는 재순환 배기가스의 온도를 제어하는 방법과 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, EGR출구에서 재순환 배기가스의 목표온도를 설정하는 단계; EGR출구에서의 재순환 배기가스의 현재온도를 목표온도에 신속하고 정확하게 접근할 수 있도록 재순환 배기가스를 EGR냉각기를 거치는 량과 바이패스되는 량으로 분배하는 단계; 분배된 재순환 배기가스를 다시 합하여 목표온도에 맞추어 연소실로 송급하는 단계;를 포함하여 재순환 배기가스의 온도를 제어하는 이지알 온도제어방법 및 그 장치가 제공된다.

배기가스재순환장치, EGR, 냉각기

Description

이지알 온도제어방법 및 그 장치{A temperature controlling process and its apparatus for EGR}

도 1은 본 발명의 전체 구성도

도 2는 EGR 설정온도에 따른 입출구측의 온도차이를 나타낸 도표

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 배기관 2 : EGR입구

3 : EGR밸브 4 : 흡기관

5 : EGR출구 6 : 냉각라인

7 : EGR냉각기 8 : 바이패스라인

9 : 냉각라인제어밸브 10 : 바이패스라인제어밸브

11 : 온도센서 12 : 진공펌프

13 : 솔레노이드밸브 14 : EGR온도제어기

배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, 이하 EGR) 기술은 엔진에서 배출되는 질소산화물을 저감할 수 있는 가장 효과적인 방법중에 하나이다. 배기가스중의 질소산화물인 NOx는 연소온도가 높고 산소농도가 충분하면서 고온에서의 연소반응 기간이 길어질수록 배출량이 증가한다. EGR기술은 재순환되는 가스(불활성가스, 주로 질소, 이산화탄소, 수증기)를 이용하여 연소온도의 저하 및 산소농도의 감소를 통해 NOx를 저감시키는 방법이다. 그러나 EGR량을 증가시키면 NOx의 배출량은 감소하는 반면 미연 탄화수소(Total Hydro-carbon, 이하 THC), 매연 등의 배출량이 증가하기 때문에 엔진운전조건에 따라 EGR율이 제한된다.

이러한 문제를 해결한 것이 냉각기를 이용하여 재순환 배기가스를 냉각시켜 공급하는 냉각 EGR기술이다. 재순환 배기가스를 냉각함으로써 기존의 방법에 비해 흡입 신기량의 감소없이 제순환 가스량을 증가시킬 수 있기 때문에 냉각 EGR기술을 디젤엔진에 적용한 경우 NOx와 매연의 동시저감을 이룰 수 있다.

그러나 재순환 배기가스의 온도가 너무 낮아지면 오히려 NOx의 증가를 가져오고 저부하 영역에서는 과냉된 배기가스로 인해 THC가 증가하는 현상이 발생한다. 따라서 엔진 운전조건에 따라 NOx를 포함한 매연, HC 배출특성을 고려하여 EGR 온 도를 제어할 필요가 있다.

종래의 기술은 EGR 냉각기의 냉각효율을 높이는 방법 및 장치의 단순화에 대한 것이며 EGR 온도 제어에 관한 기술로는 라디에이터 입출구의 엔진 냉각수 온도차를 이용한 방법이 있지만 엔진 운전조건 변화에 따른 EGR 온도 제어의 응답성에 대한 요구가 필요하다.

본 발명의 목적은 엔진 운전 조건에 따라 수냉식 EGR 냉각기를 통과하여 냉각된 EGR 유량과, EGR 냉각기를 바이패스 하는 냉각되지 않은 EGR 유량을 전자적으로 제어함으로써 EGR 온도를 제어할 수 있고 응답성을 향상시키는 EGR 온도제어방법 및 이에 사용되는 장치를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이지알 온도제어방법은 EGR출구(5)에서 재순환 배기가스의 목표온도를 설정하는 단계; EGR출구(5)에서의 재순환 배기가스의 현재온도를 목표온도에 신속하고 정확하게 접근할 수 있도록 재순환 배기가스를 EGR냉각기(7)를 거치는 량과 바이패스되는 량으로 분배하는 단계; 분배된 재순환 배기가스를 다시 합하여 목표온도에 맞추어 연소실로 송급하는 단계;를 포함하여 재순환 배기가스의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기의방법을 수행하는 본 발명의 장치는 배기관(1)의 EGR입구(2)에 설치된 EGR밸브(3)와, 상기 EGR밸브(3)와 흡기관(4)의 EGR출구(5)를 연결하는 냉각라인(6)과, 상기 냉각라인(6)에 설치된 EGR냉각기(7)와, 상기 EGR냉각기(7)의 양측에 양단부가 접속된 바이패스라인(8)과, 상기 냉각라인(6)과 바이패스라인(8)의 각각의 입구측 유량을 제어하는 냉각라인제어밸브(9) 및 바이패스라인제어밸브(10)와, 냉각라인(6)과 바이패스라인(8)이 분기되기 전의 부분과 분기후 다시 접속된 후의 부분에 각각 설치된 온도센서(11)와, 진공펌프(12)에 연결되어 상기 EGR밸브(3)와 냉각라인제어밸브(9) 및 바이패스라인제어밸브(10)에 부압을 작동시키는 각각의 솔레노이드밸브(13)와, 상기 온도센서(11)의 데이타를 수신하고 엔진운전조건을 판단하여 솔레노이드밸브(13)를 설정온도에 따라 제어하는 EGR온도제어기(14)를 포함하여 구성된다.

여기서의 EGR밸브(3), 냉각라인제어밸브(9), 바이패스라인제어밸브(10)는 다이아프램식 밸브로서 동일한 형식을 가지고, 각 밸브에는 진공펌프(12)의 부압을 공급 및 차단하는 솔레노이드밸브(13)가 연결되어 있다.

이와 같은 구성이 도 1에 도시되어 있는데, 이는 바이패스 타입 EGR냉각기(7)를 사용하여 EGR율과 EGR 온도를 제어하는 개략도이고, 상술하면 다음과 같다.

엔진에서 배출되는 배출가스의 일부는 EGR밸브(3)를 통하여 냉각라인(6)과 바이패스라인(8)으로 분기되었다가 다시 합쳐져 순환되게 된다. 따라서 본 발명은 냉각라인(6)과 바이패스라인(8)의 입구에 설치되어 있는 냉각라인제어밸브(9)와 바이패스라인제어밸브(10)의 열림량을 제어하여 냉각라인(6)과 바이패스라인(8)이 합쳐진 후의 출구에서의 EGR 온도를 제어하게 된다.

상기 밸브들의 열림량은 EGR온도제어기(14)가 솔레노이드밸브(13)를 제어하여 이에 작용하고 있는 진공펌프(12)의 부합을 각각의 밸브에 작용시켜 그 열림량을 제어하여 달성된다.

따라서 냉각라인(6)으로 흐르는 배기가스와 바이패스라인(8)으로 흐르는 배기가스의 량의 차이에 의해 출구에서의 온도가 달라지게 된다.

상기의 냉각라인(6)으로 흐르는 배기가스는 EGR냉각기(7)에 의해 냉각되는데, 이는 수냉식으로 구성되고, 엔진냉각수나 외부의 다른 냉각수를 이용하여 실시할 수 있다.

이와같이 EGR 온도의 제어는 다음과 같이 이루어 진다.

EGR밸브(3), 냉각라인제어밸브(9), 바이패스라인제어밸브(10)는 동일한 형식으로 다이아프램식 밸브이고, 각 밸브는 다이아프램에 가해지는 부압을 제어함으로써 밸브 열림량이 제어된다. 부압의 제어는 진공펌프(12)와 각 밸브 사이에 위치한 솔레노이드밸브(13)들의 동작을 듀티비로 제어함으로써 각각 독립적으로 이루어 진다.

냉각라인(6)과 바이패스라인(8)이 분기되기 전의 부분과 분기후 다시 접속된 후의 부분에 각각 설치된 온도센서(11)는 각 위치에서의 EGR 온도를 EGR온도제어기(14)에 입력하는 작용을 한다.

EGR온도제어기(14)에서 EGR밸브(3)의 열림량을 조절하여 EGR율을 제어한 후 EGR출구(5)측 온도를 EGR온도제어기(14)로 설정하면 제어알고리즘에 따라 EGR냉각기(7)를 통과하는 재순환 배기가스의 유량을 냉각라인제어밸브(9)가 조절하고, 바 이패스라인(8)을 통과하는 재순환 배기가스는 바이패스라인제어밸브(10)가 조절하게 된다. 물론 이 때에는 상기 각각의 밸브에 연결된 솔레노이드밸브(13)의 듀티율을 결정하여 EGR 온도를 제어하게 된다.

여기서 EGR율은 { (Q₀-Q_e)/Q₀ } ×100이고, Q₀ 는 EGR 0%시 흡입공기량(kg/hr)이고, Q_e는 EGR시 흡입공기량(kg/hr)이다.

성기의 EGR온도제어기(14)의 제어알고리즘은 다음과 같다.

EGR출구(5)에서의 목표온도를 설정하면 목표온도와 현재온도를 비교한 값과 이전 온도와 현재 온도의 차이를 비교하여 목표온도에 신속하고 정확하게 접근할 수 있도록 냉각라인제어밸브(9)와 바이패스라인제어밸브(10)의 듀티비를 설정한다.

EGR온도제어기(14)는 프로그램을 통해 설정된 목표온도 즉 EGR출구(5)측 온도와 현재온도와의 차이를 구하고 일정시간 간격으로 이전 EGR출구(5) 온도와 현재 EGR출구(5) 온도의 차이를 비교하게 된다. 이 두 온도 차이값에 설정된 증폭값을 곱한 수치와 기본 듀티비를 합한 것이 최종 듀티비가 된다.

이와 같이 본 발명의 EGR냉각기(7)를 적용하면 도 3과 같은 결과를 얻을 수 있다. 도 3은 엔진운전조건에 따라 EGR출구(5) 온도를 임의로 설정한 상태에서 측정된 EGR입구(2)와 EGR출구(5)의 온도차를 나타낸 것이다. 엔진 운전조건에서 EGR입구(2)와 EGR출구(5)의 최대 온도차이는 250도 정도이고, EGR 냉각온도를 130~170도 정도 유지할 수 있다. 또한 최대최소 EGR 온도 범위내에서 EGR온도의 제어가 가능함을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명은 EGR냉각기(7)로 흐르는 배기가스의 양과 바이패스라인(8)으로 흐르는 배기가스의 량을 조절함으로써, EGR출구(5)측의 온도를 제어할 수 있므으로써, 엔진운전조건에 따른 응답성이 향상되고, 배기가스의 배출을 최소화할 수 있게 된다.

Claims

EGR출구(5)에서 재순환 배기가스의 목표온도를 설정하는 단계; EGR출구(5)에서의 재순환 배기가스의 현재온도를 목표온도에 신속하고 정확하게 접근할 수 있도록 재순환 배기가스를 EGR냉각기(7)를 거치는 량과 바이패스되는 량으로 분배하는 단계; 분배된 재순환 배기가스를 다시 합하여 목표온도에 맞추어 연소실로 송급하는 단계;를 포함하여 재순환 배기가스의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 이지알 온도제어방법.
배기관(1)의 EGR입구(2)에 설치된 EGR밸브(3)와, 상기 EGR밸브(3)와 흡기관(4)의 EGR출구(5)를 연결하는 냉각라인(6)과, 상기 냉각라인(6)에 설치된 EGR냉각기(7)와, 상기 EGR냉각기(7)의 양측에 양단부가 접속된 바이패스라인(8)과, 상기 냉각라인(6)과 바이패스라인(8)의 각각의 입구측 유량을 제어하는 냉각라인제어밸브(9) 및 바이패스라인제어밸브(10)와, EGR입구(2)측과 EGR출구(5)측에 각각 설치된 온도센서(11)와, 진공펌프(12)에 연결되어 상기 EGR밸브(3)와 냉각라인제어밸브(9) 및 바이패스라인제어밸브(10)에 부압을 작동시키는 각각의 솔레노이드밸브(13)와, 상기 온도센서(11)의 데이타를 수신하고 엔진운전조건을 판단하여 솔레노이드밸브(13)를 설정온도에 따라 제어하는 EGR온도제어기(14)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이지알 온도제어장치.
제 1항에 있어서, EGR냉각기(7)는 엔진냉각수를 이용한 이지알 온도제어장치.