KR20080027683A - 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템에 관한 것으로서, 바이패스용 EGR 밸브를 배제하고, 대신에 냉각수 온도에 따라 EGR 쿨러로 흐르는 냉각수의 공급을 제어하는 단순한 구조의 냉각수 제어용 밸브를 설치하여 차량 냉간 시에만 EGR 쿨러로의 냉각수의 공급을 차단함으로써, 캐빈히터(cabine heater)로 공급되는 냉각수의 유동을 막아 열적 손실이 저감됨에 따라 냉각수가 신속하게 워밍업되어 난방 성능이 개선될 뿐만 아니라, EGR 쿨러의 용적 확대를 통해 배기 규제의 대응을 원활하게 수행할 수 있는 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템에 관한 것이다.

자동차, 냉각수 제어, EGR 쿨러, 냉각수 제어용 밸브, ECU

Description

자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템{Engine coolant control system for Exhaust Gas Recirculation in automobile}

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템의 냉각수 회로를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 냉각수 제어용 밸브의 제어로직을 나타내는 플로우챠트,

도 3은 종래의 자동차용 배기가스 재순환장치를 나타내는 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 엔진본체 200 : 라디에이터

300 : EGR 쿨러 400 : 캐빈 히터

500 : 오일 쿨러 600 : 써모스타트

700 : 워터 펌프

10 : 냉각수 제어용 밸브 20 : ECU

본 발명은 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 냉간 시에만 EGR 쿨러로의 냉각수의 공급을 차단하여 캐빈히터(cabine heater)로 공급되는 냉각수의 유동을 막아 열적 손실이 저감됨에 따라 냉각수가 신속하게 워밍업되어 난방 성능이 개선될 뿐만 아니라, EGR 쿨러의 용적 확대를 통해 배기 규제의 대응을 원활하게 수행할 수 있는 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 배기가스 재순환장치(Exhaust Gas Recirculation ; 이하 EGR이라고 함)는 차량의 엔진에서 발생하는 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 수단으로 배기가스의 일부를 흡기 계통에 되돌려 혼합기가 연소할 때 최고 온도를 낮게 하고, 질소산화물(NOx)의 생성량을 적게 한다.

즉, 상기 EGR은 배기 매니폴드를 통해 외부로 배기되는 배기가스의 일정량을 흡기 매니폴드로 되돌리는바, 이 배기가스량은 스로틀밸브 부근의 부압이나 배기관 내의 배기압에 따라 제어되는 EGR 밸브에 의하여 적정량의 배기가스를 흡기 매니폴드로 되돌리게 된다.

이러한 종래의 자동차용 배기가스 재순환장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드와 흡기 매니폴드에 배기가스의 일부를 연소실 내로 유입시키기 위한 배기가스 순환파이프가 연결 설치되고, 이 배기가스 순환파이프에는 배기가스의 연소실 내 유입을 제어하는 EGR 밸브(310)가 설치된다.

따라서, 상기 자동차용 배기가스 재순환장치는 배기 매니폴드를 통해 배기되 는 배기가스 중의 일부가 배기가스 순환파이프를 통해 흡기 매니폴드로 유입되어 EGR 밸브(310)에 의해 적정량의 배기가스가 연소실 내로 유입되며, 이 배기가스에 포함된 탄산가스에 의해 재공급된 연소가스는 더 이상 연소작용을 하지 않게 되므로 연소실 내의 연소온도를 낮추게 되어 질소산화물(NOx)을 현저하게 감소시키게 된다.

이때, 차량 냉간 시 촉매장치의 활성 온도를 상승시키기 위하여 바이패스용 EGR 밸브(320)를 장착하게 되는바, 배기가스를 EGR 쿨러(300)로 통과시키지 않고, 바로 흡기 매니폴드로 바이패스 시킴으로써, 흡기 온도를 상승시켜 궁극적으로 배기가스 온도를 상승시키게 되므로 배기 규제를 만족하게 된다.

그런데, 상기 자동차용 배기가스 재순환장치에 장착되는 바이패스용 EGR 밸브(320)는 그 용적률이 큰바, 이러한 바이패스용 EGR 밸브(320)를 적용함에 따라 제한된 공간을 사용할 수밖에 없는 엔진의 레이아웃 상, EGR 쿨러(300)의 용적이 감소하게 된다.

이는 상기 EGR 쿨러(300)의 성능을 저하시켜 배기 규제에 대응하기에 심각한 문제를 야기한다.

또한, 상기 바이패스용 EGR 밸브(320)를 작동시키기 위한 진공 액츄에이터 및 모듈레이터 등의 적용이 필요하여 엔진 구조의 복잡화를 가속시키며, 이로 인하여 비용 상승의 문제가 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 냉각수 온도에 따라 EGR 쿨러로 흐르는 냉각수의 공급을 제어하는 단순한 구조의 냉각수 제어용 밸브를 설치하여 차량 냉간 시에만 EGR 쿨러로의 냉각수의 공급을 차단함으로써, 캐빈히터(cabine heater)로 공급되는 냉각수의 유동을 막아 열적 손실이 저감됨에 따라 냉각수가 신속하게 워밍업되어 난방 성능이 개선될 뿐만 아니라, EGR 쿨러의 용적 확대를 통해 배기 규제의 대응을 원활하게 수행할 수 있는 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 자동차용 배기가스 재순환장치에 있어서,

동작상태 검출수단이 정상 상태인 경우, EGR 쿨러(300)를 흐르는 냉각수의 온도를 검출하여 그 냉각수온에 따라 선택적으로 온/오프 구동하는 냉각수 제어용 밸브(10)와;

상기 동작상태 검출수단에서 검출되어 인가되는 신호를 판단하여 상기 냉각수 제어용 밸브를 제어하는 ECU(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예에 있어서, 상기 동작상태 검출수단은 자동차의 속도, 기어 상태, 엔진 회전수, 오일 압력 및 EGR 쿨러(300)의 냉각수온을 검출하는 것을 특징으로 한다.

특히, 자동차의 냉간 및 열간을 판단하는 상기 냉각수온은 50℃인 것을 특징 으로 한다.

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

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템의 냉각수 회로를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 디젤 엔진의 냉각수 회로 구성은 3가지로 분류할 수 있는바, 엔진본체(100) → 라디에이터(200) → 써모스타트(thermostat)(600) → 워터펌프(700)로 이루어진 제1회로와;

엔진본체(100) → EGR 쿨러(300) → 캐빈 히터(400) → 써모스타트(600) → 워터펌프(700)로 이루어진 제2회로와;

엔진본체(100) → 오일 쿨러(500) → 써모스타트(600) → 워터펌프(700)로 이루어진 제 3회로로 구성되어 있다.

이때, 상기 제2 및 제3회로는 엔진 구동시 상시 냉각수가 순환하는 경로이다.

본 발명의 바람직한 구현예는 자동차용 배기가스 재순환시스템으로 흐르는 냉각수 유동을 선택적으로 제어하여 캐빈 히터(400)로 통하는 냉각수의 흐름을 막아 열적 손실을 방지하므로 냉각수가 신속하게 워밍업되어 난방 성능을 개선하도록 하는데 주안점이 있다.

이때, 상기 냉각수의 흐름을 제어하는 냉각수 제어용 밸브(10)를 상기 EGR 쿨러(300)의 후방에 장착하게 되는바, 일정 온도 이하의 냉각수가 상기 EGR 쿨 러(300)를 통과할 경우, 그 냉각수 제어용 밸브(10)를 제어하여 냉각수의 흐름을 차단하게 되는 것이다.

이를 위하여, 상기 EGR 쿨러(300)의 타단에는 그 EGR 쿨러(300)를 흐르는 냉각수의 온도를 검출할 수 있는 온도 센서, 즉 동작상태 검출수단이 구비되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 냉각수 제어용 밸브(10)는 EGR 쿨러(300)를 통과하는 냉각수의 유동을 제어하는바, 엔진을 순환하는 냉각수의 온도에 따라 그 동작 상태가 ECU(20)에 의해 제어되어 온/오프 구동하게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 냉각수 제어용 밸브의 제어로직을 나타내는 플로우챠트로서, 자동차의 동작상태 검출수단은 자동차의 동작 상태의 변화에 따라 가변되는 자동차의 동작상태 및 EGR 쿨러(300)의 냉각수의 온도 변화를 검출하게 된다.

즉, 상기 ECU(20)는 상기 자동차의 동작상태 검출수단에서 검출되어 인가되는 자동차의 속도, 기어 상태, 엔진 회전수, 오일 압력 및 EGR 쿨러(300)의 냉각수온을 입력받게 되며, 상기 자동차의 속도, 기어 상태, 엔진 회전수, 오일 압력 등이 정상상태에 있는지 판단하고 난 후, 설정된 EGR 쿨러(300)의 냉각수 온도와 실제 EGR 쿨러(300)의 냉각수 온도를 비교 판단하게 된다.

상기와 같이 실제 EGR 쿨러(300)의 냉각수 온도와 EGR 쿨러(300)의 냉각수 기준 설정 온도와의 차이가 산출됨에 따라 ECU(20)는 상기 산출된 EGR 쿨러(300)의 냉각수 온도가 소정의 기준 온도보다 높은지 낮은지를 판단하여 높을 경우는 전술한 바와 같이 제1 ~ 제3회로를 통해 냉각수가 정상적으로 흐르도록 한다.

반면에, 상기 산출된 EGR 쿨러(300)의 냉각수 온도가 기준 온도보다 낮을 경우는 냉각수 제어용 밸브(10)를 온(on) 구동시켜 EGR 쿨러(300)로 유입된 냉각수를 차단하도록 한다.

따라서, 엔진본체(100) → EGR 쿨러(300) → 캐빈 히터(400) → 써모스타트(600) → 워터펌프(700)로 이루어진 제2회로를 통과하는 냉각수 회로는 상기 EGR 쿨러(300)의 후방에 장착된 냉각수 제어용 밸브(10)로 인하여 냉각수의 흐름이 차단된다.

이로써, 차량의 냉간 시, 즉 엔진으로부터 공급되는 냉각수의 온도가 50℃이하일 경우, EGR 쿨러(300)를 거쳐 캐빈 히터(400)로 유동하는 냉각수의 흐름을 차단하므로 전체적인 냉각수 회로에서의 열적 손실이 저감되면서 신속하게 워밍업되므로 난방 성능이 개선된다.

따라서, 기존의 바이패스용 EGR 밸브에서, 자동차의 냉간 시 배기가스를 EGR 쿨러로 통과시키지 않고 바로 흡기 매니폴드로 바이패스시켜 홉기 온도를 상승시키는 작동원리를, 본 발명에서 EGR 쿨러를 통과하는 냉각수의 흐름을 제어하는 것으로 전환하여 동일한 효과를 구현할 수 있도록 한 것이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

1) 바이패스용 EGR 밸브가 필요 없어 EGR 쿨러의 용적 저감 문제가 발생하지 않는다.

2) 바이패스용 EGR 밸브 및 제어장치를 배제하고, 대신에 ECU에서 구동되는 냉각수 제어용 밸브만 적용하게 되므로 구조의 단순화 및 원가 절감이 가능하다.

3) 차량 냉간 시 EGR 쿨러의 냉각수 제어용 밸브를 차단하게 되므로 캐빈히터(cabine heater)로 공급되는 냉각수를 막아 열적 손실이 저감됨에 따라 냉각수가 빨리 워밍업되어 난방 성능이 개선되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 자동차용 배기가스 재순환장치에 있어서,

   동작상태 검출수단이 정상 상태인 경우, EGR 쿨러(300)를 흐르는 냉각수의 온도를 검출하여 그 냉각수온에 따라 선택적으로 온/오프 구동하는 냉각수 제어용 밸브(10)와;

   상기 동작상태 검출수단에서 검출되어 인가되는 신호를 판단하여 상기 냉각수 제어용 밸브를 제어하는 ECU(20)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 동작상태 검출수단은 자동차의 속도, 기어 상태, 엔진 회전수, 오일 압력 및 EGR 쿨러(300)의 냉각수온을 검출하는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   자동차의 냉간 및 열간을 판단하는 상기 냉각수온은 50℃인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 재순환장치용 냉각수 제어시스템.

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