KR20120008202A - 저압 ｅｇｒ시스템 제어장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 운행지역의 외기 온도로부터 상대습도를 추출하고, 운전자의 행동으로부터 습도가 높은 조건을 유추하여 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하도록 하는 저압 EGR 시스템 제어장치 및 방법이다.
본 발명은 운행지역의 외기 온도를 검출하여 설정온도와 비교하는 과정, 외기 온도가 설정온도를 초과하면 상대습도를 추출하는 과정, 상대습도가 추출되면 다습 조건인지 판단하는 과정, 다습 조건이면 저압 EGR시스템을 제한 제어하는 과정을 포함한다.

Description

저압 ＥＧＲ시스템 제어장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROL LOW PRESSURE EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM}
본 발명은 운행지역의 외기 온도로부터 상대습도를 추출하고, 운전자의 행동으로부터 습도가 높은 조건을 유추하여 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하도록 하는 저압 EGR 시스템 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
내연기관에는 배가가스의 일부를 다시 흡기계로 재순환시켜 연소시 최고 온도를 낮추어 줌으로써 Nox의 발생을 억제하여 주는 EGR시스템이 장착되고 있다.
도 1은 내연기관에 장착되는 EGR시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(100)의 배기 매니폴더에 연결되는 터보 차저(102) 전단의 배기가스를 흡기계로 재순환시키는 고압 EGR시스템(110)과 촉매(103) 후단의 배기가스를 컴프레셔의 전단으로 재순환시키는 저압 EGR시스템(120)이 장착된다.
고압 EGR시스템(110)은 엔진(100)의 운전조건에 따라 듀티 제어되어 터보 차저(102) 전단 배기가스의 재순환 양을 조절하는 제1EGR밸브(111)와, 제1EGR밸브(111)를 통해 재순환되는 배기가스를 냉각시켜 흡기 매니폴더로 유입시키는 제1EGR쿨러(112)를 포함한다.
또한, 저압 EGR시스템(120)은 엔진(100)의 운전조건에 따라 듀티 제어되어 촉매(103) 후단 배기가스의 재순환 양을 조절하는 제2EGR밸브(121)와 제1EGR밸브(121)를 통해 재순환되는 배기가스를 냉각시키는 제2EGR쿨러(122) 및 필터(123)를 포함한다.
저압 EGR시스템(120)은 터보 차저(102) 후단의 배기가스를 재순환시킴으로써, 고속 고부하의 운전조건에서도 터보 효율을 약화시키지 않고 다량의 배기가스를 공급할 수 있어 NOx 저감 및 연비저감의 효과가 제공된다.
그러나, 저압 EGR시스템은 재순환되는 배기가스가 EGR쿨러 및 인터쿨러를 통과하여 열교환되는 과정에서 응축수를 발생시키며, 응축수 발생량은 다음과 같이 결정된다.
응축수 발생량 = 배기가스에 포함된 수증기량(g) - 하강한 온도에서의 포화 수증기량(g/㎥) × 배기가스 유량(㎥)
도 2는 저압 EGR시스템에서 응축수 발생 관련인자와 문제점을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 저압 EGR시스템에서 응축수 발생에 간접적으로 작용하는 인자로는 냉각수 온도, 저압 EGR쿨러 효율, 차압, 부하, 연료량, 외기온도, 차속, 대기압, 부스트압, 인터쿨러 효율, 상대습도, 저압과 고압의 EGR비율 등을 포함한다.
그리고, 응축수 발생에 직접적으로 작용하는 인자로는 상기의 간접적인 인자의 영향을 받는 저압 EGR쿨러 후단온도, 저압 EGR쿨러 통과유량, 작동유체 내부 수증기량, 인터쿨러 후단온도, 인터쿨러 통과유량 등을 포함한다.
따라서, 상기한 간접적인 인자와 직접적인 인자에 의해 저압 EGR쿨러와 인터쿨러에 응축수가 발생된다.
저압 EGR쿨러에서 발생되는 응축수는 터보 차저의 컴프레서 휠을 손상시키고, 저압 EGR밸브와 저압 EGR쿨러를 부식시키며, 필터 막힘을 발생시킨다.
그리고, 인터쿨러에서 발생되는 응축수는 인터쿨러를 부식시키고, 연소실에 구성되는 부품을 손상시키는 문제점을 발생시킨다.
미국특허등록(US6,301,887)에서는 인터쿨러에서 발생되는 응축수를 리저버 탱크에 저장하고, 응축수가 일정량에 도달하면 전자식 밸브를 동작시켜 응축수를 자동 배출시키는 기술이 기재되어 있다.
또한, 일본공개특허공보(JP2008-002351)에서는 저압 EGR쿨러부에 응축수를 배출하기 위한 별도의 배기통로를 더 구성하여 발생되는 응축수가 배기관을 통해 배출될 수 있도록 하는 기술이 기재되어 있다.
이러한 종래의 기술은 추가적인 시스템이 구성됨에 따라 전체 시스템의 가격을 상승시키는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 운행지역의 외기온도와 운전자의 행동으로부터 다습 조건을 유추하고, 다습조건인 경우 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하여 응축수가 발생되지 않도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 운행지역의 외기 온도를 검출하는 외기온도 검출부; 에어컨 시스템의 온/오프 선택정보를 출력하는 에어컨 스위치; 와이퍼의 작동 온/오프 선택정보를 출력하는 와이퍼 스위치; 외기 온도를 분석하여 상대습도를 추출하고, 에어컨 스위치 및 와이퍼 스위치의 정보를 분석하여 습도조건을 유추하며, 다습조건으로 유추되면 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하여 응축수가 발생되지 않도록 하는 제어부를 포함하는 저압 EGR시스템 제어장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 운행지역의 외기 온도를 검출하여 설정온도와 비교하는 과정; 외기 온도가 설정온도를 초과하면 상대습도를 추출하는 과정; 상대습도가 추출되면 다습 조건인지 판단하는 과정; 다습 조건이면 저압 EGR시스템을 제한 제어하는 과정을 포함하는 저압 EGR시스템 제어방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 에어컨 혹은 와이퍼의 작동 온이 검출되는 경우 다습 조건으로 판정하고, 외기 온도가 설정온도를 초과하지 않는 상태이거나 다습 조건이 아니면 저압 EGR시스템을 정상 제어하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR시스템 제어방법을 제공한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 단순한 제어로직의 적용으로 저압 EGR 시스템에서 응축수가 발생되는 것을 방지함으로써, 저압 EGR쿨러, 인터쿨러 및 연소실 부품의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 습도센서 등 별도의 센서가 적용되지 않아 원가절감이 제공되므로, 가격 경쟁력을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 내연기관에 적용되는 EGR시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 저압 EGR시스템에서 응축수 발생 관련인자와 문제점을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저압 EGR시스템 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저압 EGR시스템의 제어절차를 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 특정 국가의 월별 평균 최저기온(℃)을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 특정 국가의 월별 평균 상대습도(%)를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 특정 국가의 월별 평균 누적강우량(mm)을 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저압 EGR시스템 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 외기온도 검출부(10), 에어컨 스위치(11), 와이퍼 스위치(12), 제어부(13) 및 저압 EGR밸브(14)를 포함한다.
외기온도 검출부(10)는 운행되는 지역의 외기 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(13)에 제공한다.
에어컨 스위치(11)는 운전자에 의한 에어컨 시스템의 온/오프 선택정보를 출력하여 제어부(13)에 제공한다.
와이퍼 스위치(12)는 운전자에 의한 와이퍼의 작동 온/오프 선택정보를 출력하여 제어부(13)에 제공한다.
제어부(13)는 운행되는 지역의 외기 온도를 분석하여 상대습도를 추출하고, 운전자의 행동인 에어컨 스위치(11)의 온/오프 접점의 정보와 와이퍼 스위치(12)의 온/오프 접점의 정보를 분석하여 다습 조건을 판단한다.
그리고, 운행 환경에 따른 상대습도와 운전자 행동으로부터 다습 조건이 유추되면 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하여 응축수가 발생되지 않도록 한다.
상기 제어부(13)에는 도 5와 같은 특정지역의 월별 평균 최저기온(℃), 도 6과 같은 특정지역의 월별 평균 상대습도(%), 도 7과 같은 특정지역의 월별 평균 누적 강우량(mm)에 대한 맵핑 정보가 설정된다.
상기 맵핑 정보는 일 예를 들어 대한민국의 정보를 설정한 것이나, 운행되는 지역에 따라 각기 상이하므로, 해당 지역에 대한 정보로 매핑되어 설정될 수 있다.
저압 EGR시스템(14)은 상기 제어부(13)에서 인가되는 듀티 신호에 따라 동작되어 배기가스를 재순환시킨다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 저압 EGR시스템의 동작은 다음과 같이 실행된다.
본 발명이 적용되는 내연기관의 운전이 실행되면 제어부(13)는 외기온도 검출부(10)를 통해 운행되는 지역의 외기 온도 정보, 에어컨 스위치(11)의 접점 온/오프 정보, 와이퍼 스위치(12)의 접점 온/오프 정보를 포함하는 제반적인 운전정보를 검출한다(S101).
이후, 상기 제어부(13)는 검출되는 정보를 분석하여 외기 온도가 설정된 일정온도를 초과하는지 판단한다(S102).
상기 외기 온도와 비교되는 일정온도는 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 상대습도가 고려되는 구간으로 예를 들어 15℃로 설정된다.
상기 S102에서 외기 온도가 설정된 일정온도를 초과하는 것으로 판단되면 외기 온도의 상관관계로부터 상대습도를 추출한다.
예를 들어 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 외기 온도가 설정된 일정온도를 초과하면 5월 내지 10월 사이의 운행으로 판단하고, 도 6을 적용하여 온도에 따른 상대습도를 추출한다.
상대습도란 그 온도에서 최대로 포함할 수 있는 습기에 대한 비율로서 50% 이하인 경우에는 건조하다고 느끼며 75%이상이 경우는 습하다고 느끼게 된다.
상기 S102의 판단에서 외기 온도가 설정된 일정온도 미만이면 상대습도가 낮아 응축수를 발생시키지 않는 조건이므로, 제어부(13)는 저압 EGR시스템을 정상적으로 제어한다(S103).
그러나, 상기 S102의 판단에서 외기 온도가 설정된 일정온도를 초과하여 상대습도가 추출되면 운전자의 행동성향을 판단하기 위하여 에어컨 작동이 선택되었는지를 판단한다(S104).
상기 S104에서 에어컨 작동이 선택된 것으로 판단되면 운행되는 차량의 실내온도를 낮추고 습도를 떨어뜨리기 위해 에어컨을 작동시킨 것이므로, 다습조건으로 판단한다(S107).
통상적으로 에어컨의 작동은 5월 내지 10월 사이에 이루어진다.
따라서, 제어부(13)는 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하여 다습한 운전조건에서 응축수가 발생되지 않도록 한다(S108).
또한, 상기 S104에서 에어컨의 작동이 검출되지 않으면 와이퍼의 작동이 선택되었는지를 판단한다(S105).
상기 S105의 판단에서 와이퍼의 작동이 선택되지 않은 상태이면 저압 EGR시스템을 정상적으로 제어하고(S106), 와이어의 작동이 선택된 상태이면 비가 오는 우천의 상황이므로, 외기온도가 설정된 일정온도를 초과하는 구간에서 와이퍼가 작동되면 습도가 매우 높은 상태로 판단한다(S107).
따라서, 제어부(13)는 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하여 다습한 운전조건에서 응축수가 발생되지 않도록 한다(S108).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 외기 온도와 상관관계를 이용하여 상대온도를 검출하고, 에어컨의 작동 혹은 와이퍼의 작동을 검출하여 다습 조건으로 판정되면 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하여 응축수가 발생되지 않도록 함으로써, 응축수에 의한 손상 가능 부품에 대한 내구성을 높여 신뢰성을 제공한다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 추가, 삭제 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 외기온도 검출부 11 : 에어컨 스위치
12 : 와이퍼 스위치 13 : 제어부

Claims (5)

  1. 내연기관에 적용되는 저압 EGR시스템에 있어서,
    운행지역의 외기 온도를 검출하는 외기온도 검출부;
    에어컨 시스템의 온/오프 선택정보를 출력하는 에어컨 스위치;
    와이퍼의 작동 온/오프 선택정보를 출력하는 와이퍼 스위치;
    외기 온도를 분석하여 상대습도를 추출하고, 에어컨 스위치 및 와이퍼 스위치의 정보를 분석하여 습도조건을 유추하며, 다습조건으로 유추되면 저압 EGR시스템의 작동을 제한 제어하여 응축수가 발생되지 않도록 하는 제어부;
    를 포함하는 저압 EGR시스템 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 특정지역의 월별 평균 최저기온(℃), 월별 평균 상대습도(%), 월별 평균 누적 강우량(mm)에 대한 정보가 맵핑되어 설정되는 것을 특징으로 하는 저압 EGR시스템 제어장치.
  3. 운행지역의 외기 온도를 검출하여 설정온도와 비교하는 과정;
    외기 온도가 설정온도를 초과하면 상대습도를 추출하는 과정;
    상대습도가 추출되면 다습 조건인지 판단하는 과정;
    다습 조건이면 저압 EGR시스템을 제한 제어하는 과정;
    을 포함하는 저압 EGR시스템 제어방법.
  4. 제2항에 있어서,
    에어컨 혹은 와이퍼의 작동 온이 검출되는 경우 다습 조건으로 판정하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR시스템 제어방법.
  5. 제2항에 있어서,
    외기 온도가 설정온도를 초과하지 않는 상태이거나 다습 조건이 아니면 저압 EGR시스템을 정상 제어하는 것을 특징으로 하는 저압 EGR시스템 제어방법.
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