KR20220123801A

KR20220123801A - 결빙 방지를 위한 egr 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220123801A
Application number: KR1020210027176A
Authority: KR
Inventors: 공정의; 최희용; 나일신
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-13
Also published as: US20220282689A1; DE102021127100A1; CN114992007A; US11614056B2

Abstract

본 발명은 밸브 하우징의 내부에 설치되며, 차량의 배터리로부터 전압이 인가됨에 따라 작동하는 열원부, 상기 차량의 외기온을 측정하는 외기온 측정부, 상기 배터리의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부 및 상기 차량의 시동 온(ON) 상태에서, 외기온 및 전압이 설정 조건을 만족함에 따라 선택적으로 상기 열원부의 작동을 제어하며, 상기 열원부의 작동 상태에서 외기온의 재비교를 통해 상기 열원부에 대한 작동 지속 여부를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR THROTTLE VALVE HEATING CONTROL OF EGR SYSTEM FOR PREVENTING FREEZING}

본 발명은 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저외기온 조건 하에서, EGR 시스템의 스로틀 밸브 내의 결빙 발생을 미연에 방지할 수 있는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근에는 강화되고 있는 환경규제에 따라 자동차로부터 배출되는 오염물질을 저감하는 것은 세계 각국의 자동차 업계의 최대의 주요 연구개발 목표이다.

특히, 질소 산화물(Nitrogen Oxide, 이하 NOx)은 산성비의 원인이 될 뿐만 아니라, 눈과 호흡기를 자극하며 식물을 고사시키는 주요한 대기오염물질이다.

따라서, 차량의 배기가스에 포함된 NOx의 저감을 위해 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, 이하 EGR) 시스템이 차량에 장착되며, 이러한 EGR 시스템은 배기가스의 일부(예를 들어 5 ~ 40%)를 재순환시켜 새로이 흡입된 외기와 혼합함으로써, 연소 시 최고 온도를 낮추고 NOx의 발생을 억제한다.

즉, 재순환된 배기가스(이하, EGR 가스)가 새로이 흡입된 외기의 일부와 치환되어 혼합되기 때문에, 혼합기의 열용량이 증대되어, 엔진의 실린더 내 연소가스 온도상승을 억제하고, 엔진의 실린더 내의 공기 과잉률을 낮추며, 이에 따라 Thermal NOx 생성을 억제함으로써, 전체 NOx 발생량을 저감시키는 것이다.

일반적으로, EGR 시스템에 적용되는 EGR 밸브는 터보차저의 전단에 설치되고, EGR 밸브 출력측에는 재순환되는 배기가스를 냉각시키는 EGR 쿨러가 설치되어 흡기라인과 연결된다.

그에 따라, 터보차저의 전단에 걸리는 고압의 배기가스는 EGR 밸브와 EGR 쿨러를 통해 엔진으로 재순환되어 엔진의 연소온도를 낮추어 줌으로써, NOx의 발생이 저감되도록 한다.

한편, EGR 가스의 경우 내부의 수분 함유량이 많으며, 이에 비해 터보차저와 인터쿨러를 통과한 외기는 일반적으로 낮은 온도를 형성하고, 특히 겨울철에는 초기 온도가 섭씨 0도 이하가 된다.

따라서, 온도가 낮은 외기와 수분함유량이 많은 EGR 가스가 흡기라인 내부에서 혼합되면, EGR 가스 내부의 수분이 외기의 낮은 온도로 인해 빙결되며, 이와 같이 빙결에 의해 발생된 얼음은 흡기라인 일측에 연결된 스로틀밸브의 샤프트를 고착시켜 스로틀밸브의 개폐를 방해하므로, 정상적인 차량 운행이 불가능한 문제점이 있었다.

그리고, 빙결에 의해 발생된 얼음이 흡기라인 내부에 축적되면, 흡기라인의 내경이 축소되어, 출력저하 또는 가속불량 등 언더부스트(UNDER BOOST) 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 상기와 같은 빙결문제를 해소하기 위해, 엔진의 온도가 충분히 웜업될 때까지 공회전을 시키는 경우, 연비의 저하 및 운전자의 불편이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 밸브 하우징의 내부에 발열체를 설치하고, 엔진 시동이 걸린 상태에서 외기온이 설정 온도 이하이면서, 발열체 작동을 위해 인가되는 차량 배터리 전압이 설정 전압 이하인 경우, 발열체로 전압이 인가되게 하여 선택적으로 발열체의 작동이 이루어지도록 함으로써, 과전류로 인한 발열체의 파손 등과 같은 문제를 방지함에 동시에, 밸브 하우징의 내부에 결빙이 발생하는 문제를 방지할 수 있는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치는 밸브 하우징의 내부에 설치되며, 차량의 배터리로부터 전압이 인가됨에 따라 작동하는 열원부, 상기 차량의 외기온을 측정하는 외기온 측정부, 상기 배터리의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부 및 상기 차량의 시동 온(ON) 상태에서, 외기온 및 전압이 설정 조건을 만족함에 따라 선택적으로 상기 열원부를 작동을 제어하며, 상기 열원부의 작동 상태에서 외기온의 재비교를 통해 상기 열원부에 대한 작동 지속 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 열원부는 필름 형태의 PTC(Positive Temperature Coefficient)로 이루어져 상기 밸브 하우징의 내주면에 설치된다.

그리고, 상기 열원부는 상기 배터리의 전압이 인가됨에 따라, 상기 밸브 하우징의 밸브 유로 상에 회전 가능하게 설치된 회전 샤프트의 열전도부로 열전달이 이루어지게 한다.

한편, 본 발명에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법은 차량의 시동 온(ON) 상태에서, 외기온을 측정하여 제1설정 온도와 비교하는 외기온 비교 단계, 상기 외기온이 상기 제1설정 온도 이하이면, 상기 차량의 배터리 전압을 측정하여 설정 전압과 비교하는 배터리 전압 비교 단계 및 상기 외기온이 상기 제1설정 온도 이하이면서, 상기 배터리의 전압이 상기 설정 전압 이하이면, 상기 배터리의 전압이 밸브 하우징의 내부에 설치된 열원부에 선택적으로 인가되도록 제어하는 열원부 작동 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 상기 열원부 작동 제어 단계는 상기 배터리의 전압이 인가되면, 상기 외기온과 제2설정 온도를 비교하고, 상기 외기온이 상기 제2설정 온도 이하이면, 상기 배터리의 전압 인가가 유지되게 제어하며, 상기 배터리 전압 비교 단계가 반복적으로 수행되도록 제어하는 외기온 재비교 단계를 구비한다.

여기서, 상기 외기온 재비교 단계는 상기 외기온이 상기 제2설정 온도 이상이면, 상기 배터리의 전압 인가가 종료되도록 제어한다.

이때, 상기 제2설정 온도는 상기 제1설정 온도 보다 높은 온도로 설정된다.

그리고, 상기 열원부 작동 제어 단계는 상기 배터리의 전압이 상기 설정 전압 이상이면, 상기 배터리의 전압 인가 상태 여부를 판단하는 배터리 전압 인가 여부 판단 단계를 구비한다.

또한, 상기 배터리 전압 인가 여부 판단 단계는 상기 배터리에 전압이 인가된 상태인 것으로 판단되면, 상기 배터리 전압 비교 단계가 반복적으로 수행되는 시간을 포함한 상기 배터리의 전압 인가 시간을 설정 시간과 비교하여 선택적으로 상기 배터리에 전압이 인가되도록 제어하는 전압 인가 시간 비교 단계를 구비한다.

또한, 상기 전압 인가 시간 비교 단계는 상기 배터리의 전압 인가 시간이 상기 설정 시간 이상이면, 상기 배터리의 전압이 인가되도록 제어한다.

또한, 상기 전압 인가 시간 비교 단계는 상기 배터리의 전압 인가 시간이 상기 설정 시간 이하이면, 상기 배터리의 전압 인가가 종료되도록 제어한다.

본 발명은, 밸브 하우징의 내부에 발열체를 설치하고, 엔진 시동이 걸린 상태에서 외기온이 설정 온도 이하이면서, 발열체 작동을 위해 인가되는 차량 배터리 전압이 설정 전압 이하인 경우, 발열체로 전압이 인가되게 하여 선택적으로 발열체의 작동이 이루어지도록 함으로써, 과전류로 인한 발열체의 파손 등과 같은 문제를 방지함에 동시에, 밸브 하우징의 내부에 결빙이 발생하는 문제를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 발열체에 차량 배터리 전압이 인가된 상태에서, 또 다른 설정 온도와 외기온 비교를 통해 차량 배터리 전압 인가의 지속 여부를 판단하도록 함으로써, 차량 배터리 전압의 인가가 불필요한 외기온 조건에서는 발열체 작동이 종료되도록 하는 효과를 갖는다.

그에 따라, 본 발명은 발열체 작동을 위한 외기온 설정 온도와, 작동 종료를 위한 외기온 설정 온도를 각각 설정하여 차량 배터리 전압 인가 또는 종료 여부를 판단하기 때문에, 하나의 임계 온도에서 빈번한 온/오프의 히스테리시스가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명은 일반적인 엔진 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치에 대한 구성을 보여주기 위한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치에 대한 열원부를 보여주기 위한 사시 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치에 대한 열원부의 작동을 보여주기 위한 사시 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법에 대한 제어를 순차적으로 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명은 일반적인 엔진 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면이고, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치에 대한 구성을 보여주기 위한 도면이다.

그리고, 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치에 대한 열원부를 보여주기 위한 사시 단면도이며, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치에 대한 열원부의 작동을 보여주기 위한 사시 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 차량용 엔진 시스템(이하, '엔진 시스템'이라고 함)은 엔진(20), 터보차저(30) 및 EGR 시스템(Exhaust Gas Recirculation system)을 포함한다.

엔진(20)은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실(21)을 포함한다.

엔진(20)에는 연소실(21)로 공급되는 흡기 가스가 흐르는 흡기 라인(10)과, 연소실(21)에서 배출되는 배기가스가 흐르는 배기 라인(30)이 구비된다.

이러한 배기 라인(30)에는 연소실(21)에서 배출되는 배기가스에 포함된 각종 유해 물질을 정화시키는 배기가스 후처리 장치(40)가 구비되며, 더 바람직하게는 WCC(Warm up Catalytic Converter) 후처리 장치(40)를 이용하여 배기가스로부터 유입되는 질소 산화물, 카본 퇴적물 및 PM(particulate material)을 정화하도록 구성된다.

터보차저(50)는 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 흡기 가스(외기 + 재순환 가스)를 압축하여 연소실(21)로 공급한다.

이러한 터보차저(50)는 배기 라인(30)에 구비되고, 연소실(21)에서 배출되는 배기가스에 의해 회전하는 터빈(51) 및 터빈(51)과 연동하여 회전하고 흡기 가스를 압축하는 컴프레셔(52)를 포함한다.

한편, EGR 시스템은 재순환 라인(70), EGR 쿨러(60), EGR 밸브(80), EM 필터(90) 및 스로틀 밸브(120)를 포함한다.

재순환 라인(70)은 터보차저(50) 후단의 배기 라인(30)에서 분기되어 흡기 라인(10)으로 합류한다.

EGR 쿨러(60)는 재순환 라인(70)에 배치되고, 재순환 라인(70)을 따라 흐르는 재순환 가스(배기가스)를 냉각시킨다.

EGR 쿨러(60)의 일단에는 EGR 시스템으로 유동하는 재순환 가스(배기가스)의 유량을 제어하도록 개폐가 가능한 EGR 밸브(80)를 포함하고, EGR 밸브(80)의 일단에는 재순환 가스(배기가스)에 포함되어 있는 잔류 탄소 산화물, 질소 산화물 및 PM을 정화하기 위해 구성되는 EM 필터(90)를 포함한다.

이러한 EM 필터(90)는 촉매와 같은 부품이 파손되었을 경우를 대비하여 이물질을 걸러주기 위한 구성이다.

EGR 밸브(80)는 배기파이프와 연결되며, 열림 또는 닫힘 동작을 통해 EGR 가스가 선택적으로 이동하도록 하며, 스로틀 밸브(120)는 밸브 유로(110)가 형성된 밸브 하우징(100a)과, 밸브 유로(110)에 장착되어 열림 또는 닫힘을 통해 외기가 유입되도록 한다.

이러한 밸브 하우징(100a)에는 스로틀 밸브(120)를 작동시키는 모터와, ECU로부터 신호를 수신하고 모터에 전력을 인가하는 회로도, 스로틀 밸브(120)의 작동상태를 계측하는 센서가 장착될 수 있다.

스로틀 밸브(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 유로(110) 상에 회전 가능하게 장착된 회전 샤프트(122)와, 회전 샤프트(122)에 장착된 원반 형태의 플랩(124)을 포함하여 개폐가 이루어지며, 또한 밸브 하우징(100a) 내부에 설치되는 열원부(100)를 포함한다.

열원부(100)는 차량의 배터리로부터 전압이 인가됨에 따라 작동할 수 있다.

즉, 통상 EGR 밸브(80)의 경우, 밸브 전단이 항시 80도 내지 180도의 EGR 가스에 노출되어 있고, 이러한 EGR 가스의 흐름으로 저기온의 외기가 EGR 밸브(80) 측으로 유동이 쉽지 않기 때문에, 결빙 현상이 발생하지 않는다. 하지만, 스로틀 밸브(120)는 EGR 가스와 외기의 온도차로 인하여 쉽게 결빙이 발생될 수 있으며, 이를 위해 본 실시예에서는 열원부(100)를 설치하여 스로틀 밸브(120) 상에 발열이 발생되게 할 수 있다.

바람직하게는, 열원부(100)는 소정의 두께를 가진 필름 형태의 PTC(Positive Temperature Coefficient)로 이루어져 밸브 하우징(100a)의 내주면에 설치된다.

열원부(100)는 배터리로부터 전압이 인가되면, 발열이 이루어지기 때문에, 알루미늄 재질로 이루어진 밸브 하우징(100a)의 내부에 열이 전달되도록 한다.

더 바람직하게는, 회전 샤프트(122)에는 바(bar) 형상의 열전도부(102)가 열원부(100)와 접하게 설치되기 때문에(도 3 및 도 4 참조), 배터리의 전압이 열원부(100)로 인가되면, 열원부(100)의 열에 의해 열전달이 이루어질 수 있다.

즉, 차량의 외기온이 저외기온 조건이면서, 차량 배터리에 대한 전압 조건이 미리 설정된 조건에 해당함에 따라, 제어부(400)를 통해 선택적으로 열원부(100)가 작동될 수 있으며, 열원부(100)가 작동됨에 따라 전달된 열에 의해 열전도부(102) 또한 발열이 이루질 수 있기 때문에, 회전 샤프트(122) 및 회전 샤프트(122)에 설치된 플랩(124)에 결빙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

다시 말해, ??20도 내지 ??10도와 같은 저외기온 조건에서 밸브 하우징(100a) 내부로 외기가 유입되게 되면, 높은 온도의 배기가스와 낮은 온도의 외기 사이의 높은 온도차로 인해 플랩(124) 상에 결빙이 발생될 수 있다.

이와 같이, 결빙이 발생하게 되면, EGR 밸브(80)의 작동 시 밸브 하우징(100a)의 내부에서 마찰로 작용하여 제어의 문제가 발생될 뿐만 아니라, 연결된 터보차저(50)로 결빙 덩어리가 유입되게 되어 파손을 발생시킬 수 있다.

이를 위해, 본 실시예에서는 소정의 설정 조건을 만족함에 따라 선택적으로 배터리의 전압이 열원부(100)로 인가되면, 열원부(100)에서 발생된 열에 의해 열전도부(102)로 열전달이 이루어지게 하여 상기와 같은 결빙의 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

여기서, 열전도부(102)는 배터리에 의해 직접적으로 발열이 이루어지는 것이 아니라, 열원부(100)로부터 전달된 열에 의해 발열이 이루어지기 때문에, 장기간 노출 시 발생할 수 있는 열화 및 열응력 반복하중으로 발생하는 물성치 변화에 자유로울 수 있다.

열원부(100)는 외기온 및 전압이 설정된 조건을 만족함에 따라 선택적으로 작동되며, 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 외기온 측정부(200) 및 배터리 전압 측정부(300)로부터 각각 외기온 및 전압의 정보를 전달받아 제어부(400)를 통해 열원부(100)의 동작 제어가 이루어지도록 한다.

이러한 외기온 측정부(200)는 차량의 외기온을 측정하도록 구성되며, 또한 배터리 전압 측정부(300)는 차량의 배터리에 대한 전압을 측정하도록 구성된다.

제어부(400)는 차량의 시동 온(ON) 상태에서, 외기온 및 전압이 설정 조건을 만족함에 따라 차량의 배터리 전압이 선택적으로 열원부(100)로 인가될 수 있도록 그 작동을 제어하며, 열원부(100)의 작동 상태에서 설정 조건과 외기온의 재비교를 통해 열원부(100)에 대한 작동 지속 여부를 판단하도록 한다.

즉, 제어부(400)는 차량의 시동 온(ON) 상태에서, 외기온 측정부(200)로부터 전달된 외기온이 설정 온도 이하이면서, 배터리 전압 측정부(300)로부터 전달된 차량의 배터리 전압이 설정 전압 이하의 조건을 만족하게 되면, 외기온이 저외기온 상태이므로 열원부(100)를 작동시켜야 하지만, 그 상태에서의 배터리 전압이 설정 전압 이상이면, 과전압 상태에서 전압 인가 시 초기 저항 값이 낮아 과전류로 인한 열원부(100)의 파손의 문제가 발생할 수 있기 때문에, 배터리 전압이 정상 전압에 해당하는 경우에만 선택적으로 열원부(100)가 작동되도록 제어한다.

여기서, 외기온 측정부(200)에서 측정되는 외기온 정보의 경우, 만일 외기온 측정부(200)에 이상이 발생되면, 흡기온 센서를 통해 측정된 흡기온 정보로 대체 가능할 수 있다.

한편, 제어부(400)는 열원부(100)의 작동 상태에서 설정 온도와 외기온과의 재비교를 통해 열원부(100)에 대한 작동 지속 여부를 판단하도록 한다.

여기서, 외기온과 재비교가 이루어지는 설정 온도의 경우, 이전에 비교가 이루어지는 설정 온도 보다 높은 온도로 설정되는 것이 바람직하다.

이는, 상대적으로 높은 외기온으로 변화하게 되면, 열원부(100)의 동작이 불필요하기 때문에, 상기와 같은 외기온과, 또 다른 설정 온도의 재비교를 통해 배터리의 전압 인가가 선택적으로 종료되도록 하기 위함이다.

결국, 본 실시예에서는 열원부(100)의 작동을 위한 외기온과, 열원부(100)의 작동 종료를 위한 외기온을 각각 서로 다른 설정 온도와 비교하여 배터리의 전압 인가 지속 또는 전압 인가 종료 여부가 결정되도록 하기 때문에, 종래와 같이 하나의 경계 온도에서 빈번한 ON/OFF의 히스테리시스를 방지할 수 있다.

이하, 도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치에 대한 제어를 순차적으로 보여주는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 밸브 발열 제어 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차량의 시동 온(ON) 상태에서, 외기온 측정부(200)를 통해 외기온을 측정하여 제1설정 온도와 비교한다(S100).

여기서, 제어부(400)는 외기온이 제1설정 온도 이상이면, 배기가스와 외기의 온도차가 낮으므로, 결빙이 발생할 가능성이 낮기 때문에, 열원부(100)의 작동이 이루어지지 않도록 한다.

이때, 만일 외기온이 제1설정 온도 이하이면(S100), 배터리 전압 측정부(300)를 통해 차량의 배터리 전압을 측정하여 설정 전압과 비교한다(S200).

이때, 제어부(400)는 외기온이 제1설정 온도 이하이면서(S100), 배터리의 전압이 설정 전압 이하이면(S200), 외기온이 저기온 상태이므로 결빙이 발생될 수 있지만, 배터리의 전압이 설정 전압 이하이므로, 과전류로 인한 열원부(100)의 파손을 방지할 수 있기 때문에, 전압이 열원부(100)로 인가되도록 제어한다(S300).

이와 같이, 열원부(100)로 배터리의 전압이 인가됨에 따라(S300), 열원부(100) 및 열전도부(102)가 발열됨을 통해 배기가스와 외기의 온도차로 인한 결빙의 발생을 미연에 방지할 수 있다.

이후, 제어부(400)는 배터리의 전압이 열원부(100)로 인가되면, 외기온과 제2설정 온도를 비교하고(S400), 외기온이 제2설정 온도 이하이면, 배터리의 전압 인가가 유지되도록 제어하며(S410), 이와 같이 배터리의 전압 인가가 지속되는 상태에서는 배터리 전압 비교 단계(S200)가 반복적으로 수행되도록 제어한다.

이는, 배터리의 전압 인가 지속 상태에서, 반복적으로 배터리 전압을 비교, 배터리의 전압이 높아짐에 따라 선택적으로 열원부(100)로 인가되는 배터리의 전압 인가가 종료되게 함으로써, 과전류로 인한 열원부(100)의 파손을 미연에 방지하기 위함이다.

만일, 제어부(400)는 외기온의 측정 결과, 외기온이 제1설정 온도 보다 높게 설정된 제2설정 온도 이상이면, 배기가스와 외기의 온도차가 낮아 결빙 발생의 가능성이 낮을 것으로 판단하여 배터리의 전압 인가를 종료, 열원부(100)에 대한 전압 미인가 상태가 유지되도록 제어한다(S500).

한편, 제어부(400)는 외기온이 제1설정 온도 이하이면서(S100), 배터리의 전압이 설정 전압 이상이면(S200), 배터리의 전압 인가 상태 여부를 판단하도록 제어한다(S310).

배터리의 전압 인가가 지속되는 상태에서 배터리 전압 비교 단계(S200)가 반복적으로 수행됨에 있어서, 배터리의 전압이 설정 전압 이상이 되면(S200), 과전류로 인한 열원부(100) 파손이 발생될 수 있기 때문에, 이 상태에서 배터리의 전압 인가 상태 인지 여부를 판단함으로써(S310), 열원부(100) 파손 문제를 미연에 방지할 수 있다.

이때, 제어부(400)는 배터리의 전압 인가 상태여부를 판단 결과(S310), 만일 전압 인가 상태인 것으로 판단되면, 배터리 전압 비교 단계(S200)가 반복적으로 수행되는 시간을 포함한 배터리의 전압 인가 시간을 설정 시간과 비교하여(S320), 그 이상인 경우 열원부(100)에 배터리의 전압이 인가되도록 제어한다.

이는, 배터리의 전압 인가 시간이 설정 시간 이상으로 작동되면, 작동되는 시간이 경과함에 따라 배터리의 온도가 높아지게 되고, 이러한 경우 저항이 높으며 전류가 낮은 상태인 것으로 판단할 수 있으므로, 이러한 상태에서 열원부(100)로 전압을 인가하게 되면, 과전류 인가에 따른 파손 문제가 발생되지 않기 때문이다.

바람직하게는, 설정 시간은 열원부(100)의 용량에 따라 서로 다르게 설정된 정상 상태(STEADY STATE)에 도달하기 까지 소요되는 시간으로 미리 설정될 수 있다.

이와는 반대로, 제어부(400)는 배터리 전압 비교 단계(S200)가 반복적으로 수행되는 시간을 포함한 배터리의 전압 인가 시간을 설정 시간과 비교하여(S320), 그 이하인 경우, 배터리의 온도가 상대적으로 낮은 상태이며, 이러한 경우 저항이 낮고 전류가 높은 상태, 즉 열원부(100)로 과전류가 인가될 수 있으므로, 배터리의 전압 인가를 종료, 열원부(100)에 대한 전압 미인가 상태가 유지되게 제어함으로써, 과전류 인가에 따른 파손 문제의 문제를 미연에 방지할 수 있다.

본 발명은, 밸브 하우징의 내부에 발열체를 설치하고, 엔진 시동이 걸린 상태에서 외기온이 설정 온도 이하이고, 발열체를 작동시키기 위해 인가되는 차량 배터리 전압이 설정된 전압 이하인 경우, 발열체로 전압을 인가, 선택적으로 발열체의 작동이 이루어지도록 함으로써, 과전류로 인한 발열체의 파손 등과 같은 문제를 방지함에 동시에, 밸브 하우징의 내부에 결빙이 발생하는 문제를 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

그에 따라, 본 발명은 발열체 작동을 위한 외기온 설정 온도와, 작동 종료를 위한 외기온 설정 온도를 각각 설정하여 차량 배터리 전압 인가 또는 종료 여부를 판단하기 때문에, 하나의 경계 온도에서 빈번한 온/오프의 히스테리시스가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

100 : 열원부 102 : 열전도부
200 : 외기온 측정부 300 : 배터리 전압 측정부
400 : 제어부

Claims

밸브 하우징의 내부에 설치되며, 차량의 배터리로부터 전압이 인가됨에 따라 작동하는 열원부;
상기 차량의 외기온을 측정하는 외기온 측정부;
상기 배터리의 전압을 측정하는 배터리 전압 측정부; 및
상기 차량의 시동 온(ON) 상태에서, 외기온 및 전압이 설정 조건을 만족함에 따라 선택적으로 상기 열원부의 작동을 제어하며, 상기 열원부의 작동 상태에서 외기온의 재비교를 통해 상기 열원부에 대한 작동 지속 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 열원부는,
필름 형태의 PTC(Positive Temperature Coefficient)로 이루어져 상기 밸브 하우징의 내주면에 설치되는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 열원부는,
상기 배터리의 전압이 인가됨에 따라, 상기 밸브 하우징의 밸브 유로 상에 회전 가능하게 설치된 회전 샤프트의 열전도부로 열전달이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 장치.
차량의 시동 온(ON) 상태에서, 외기온을 측정하여 제1설정 온도와 비교하는 외기온 비교 단계;
상기 외기온이 상기 제1설정 온도 이하이면, 상기 차량의 배터리 전압을 측정하여 설정 전압과 비교하는 배터리 전압 비교 단계; 및
상기 외기온이 상기 제1설정 온도 이하이면서, 상기 배터리의 전압이 상기 설정 전압 이하이면, 상기 배터리의 전압이 밸브 하우징의 내부에 설치된 열원부에 선택적으로 인가되도록 제어하는 열원부 작동 제어 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 열원부 작동제어 단계는,
상기 배터리의 전압이 인가되면, 상기 외기온과 제2설정 온도를 비교하고, 상기 외기온이 상기 제2설정 온도 이하이면, 상기 배터리의 전압 인가가 유지되게 제어하며, 상기 배터리 전압 비교 단계가 반복적으로 수행되도록 제어하는 외기온 재비교 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 외기온 재비교 단계는,
상기 외기온이 상기 제2설정 온도 이상이면, 상기 배터리의 전압 인가가 종료되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 제2설정 온도는,
상기 제1설정 온도 보다 높은 온도로 설정되는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 열원부 작동 제어 단계는,
상기 배터리의 전압이 상기 설정 전압 이상이면, 상기 배터리의 전압 인가 상태 여부를 판단하는 배터리 전압 인가 여부 판단 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 배터리 전압 인가 여부 판단 단계는,
상기 배터리에 전압이 인가된 상태인 것으로 판단되면, 상기 배터리 전압 비교 단계가 반복적으로 수행되는 시간을 포함한 상기 배터리의 전압 인가 시간을 설정 시간과 비교하여 선택적으로 상기 배터리에 전압이 인가되도록 제어하는 전압 인가 시간 비교 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 전압 인가 시간 비교 단계는,
상기 배터리의 전압 인가 시간이 상기 설정 시간 이상이면, 상기 배터리의 전압이 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 전압 인가 시간 비교 단계는,
상기 배터리의 전압 인가 시간이 상기 설정 시간 이하이면, 상기 배터리의 전압 인가가 종료되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지를 위한 EGR 시스템의 스로틀 밸브 발열 제어 방법.