KR20230080719A - 통합 ehrs 응축수를 활용한 분사 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조에 관한 것이다. 본 발명은 차량의 엔진과 연결되고, 배기 매니폴더의 배출단으로부터 배기 머플러와 분기되어 EGR 및 EHRS가 통합되어 구성되는 통합 열교환부, 통합 열교환부의 후단으로부터 차량의 엔진까지 연장되고, 배기가스의 응축수가 이동되도록 구성되는 응축수 회로부, 통합 열교환부의 전단에 연결되고, 통합 열교환부에 운행조건에 따라 저온 냉각수가 선택적으로 유입되도록 개폐되는 3상 밸브, 통합 열교환부와 연결되고, 차량의 엔진에 응축수가 여과된 EGR 가스가 유입되도록 개폐되는 EGR 밸브, 통합 열교환부의 후단에 배기 머플러와 유체 연결되도록 위치하는 바이패스 밸브 및 운행조건에 따라 3상 밸브, EGR 밸브 및 바이패스 밸브의 개폐를 조절하도록 구성되는 제어부를 포함하도록 구성되는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.

Description

통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조{Injection structure using integrated EHRS condensate}
본 발명은 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조에 관한 것으로, 더 바람직하게, EGR 및 EHRS에서 생성되는 배기가스 내 응축수를 생성/저장하여 가솔린 엔진의 노킹 저감 기술인 물 분사기술로 활용하는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관은 작동 개시시 엔진의 낮은 온도로 인해 기계적 마찰이 증가하게 된다. 이로 인해 연료가 더 많이 소모되고 이산화탄소(CO2) 배출량은 증가하게 된다. 이러한 문제는 특히 비-하이브리드 차량의 내연기관에 비해 더 낮은 온도로 유지되는 "정지/시동" 상태들을 포함한 가솔린/전기식 하이브리드 차량에서 발생한다. 하이브리드 차량의 내연기관은 전기 모드에서 작동하고 있을 때와 같이 빈번한 셧-다운 발생으로 인해 더 낮은 온도로 유지된다.
따라서 내연기관의 온도 조절을 위해 열원으로 재순환 유체를 이용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 재순환 유체들을 이용하는 시스템으로써 배기가스 재순환(EGR: Exhaust Gas Recirculation, 이하 EGR)시스템 및 별도의 배기열 회수 시스템(EHRS: Exhaust Heat Recovery System, 이하 EHRS)이 사용되고 있다.
한편, 하이브리드 차량은 상기 엔진 냉각 시스템 이외에 발열 부품인 전장 부품, 예를 들면 PE부품으로서 HSG(Hybrid Starter and Generator), HPCU(Hybrid Power Control Unit) 등을 냉각시키기 위해 별도의 냉각회로가 추가로 설치되고 있다.
즉, 리저버 탱크로부터 냉각수를 펌핑하여 HSG로 공급해서 냉각수를 냉각시키고, HSG를 냉각한 냉각수를 저온 라디에이터로 공급하여 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각시키며, 이렇게 냉각된 냉각수를 HPUC로 공급하여 HPCU를 냉각한 다음에 다시 리저버 탱크로 순환시키는 발열부품 냉각회로가 추가로 설치되어 있다. 발열부품 냉각회로와 엔진 냉각회로는 냉각수를 서로 공유하지 않고 별개의 냉각회로를 구성하고 있다.
그런데, 종래의 하이브리드 차량의 2회로 냉각방식에 있어서, EGR 가스 EGR 쿨러에서 냉각수와의 열교환을 통해 냉각되게 되는데, 엔진이 웜업된 이후에 냉각수의 온도는 90도 이상으로 상승하고, 이러한 고온의 냉각수와 EGR 쿨러에서 열교환되어 냉각되는 EGR 가스의 온도도 최소한 90도 이상으로 상승하게 된다.
이와 같이 고온의 EGR 가스가 다른 경로를 통해 엔진으로 유입되는 흡기와 합쳐져서 엔진으로 유입될 경우에, 흡기의 흡입체적 효율이 감소하여 연비 개선 효과가 저하되고, 엔진에서 노킹(knocking)이 발생될 염려가 있었다.
한편, EGR 시스템의 경우 냉각수 온도가 낮은 경우 또는 외기온도의 저온 조건에서 EGR 가스 내 포함된 수분이 EGR 쿨러(Cooler)나 흡기 계통에서 응축수가 발생하여 연소실로 과다 유입에 따른 엔진 손상 및 응축수 산도에 의한 부식을 유발할 수 있어 실제 작동 조건을 제한하여 연비 개선에 한계가 있었다.
또한 냉각수 및 외기온도 조건에 따라 EGR 작동을 제한시키고 있으나, 응축수가 완전하게 억제되지 않아 응축수에 의한 관련부품 부식 등의 신뢰성 문제가 지속적으로 제기되고 있는 실정이다.
특허문헌1: 대한민국 등록특허 제10-2261380호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 배기가스 내의 응축수를 별도의 응축수 회로부를 구성하여 물분사 기술로 활용 가능한 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 제어부를 통해 3상 밸브, EGR 밸브 및 바이패스 밸브의 개폐를 조절하도록 구성하여 운행조건에 따라 물 분사에 필요한 응축수를 용이하게 생성할 수 있는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다. 또한 본 발명의 목적들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 다음과 같은 구성을 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 차량의 엔진과 연결되고, 배기 매니폴더의 배출단으로부터 배기 머플러와 분기되어 EGR 및 EHRS가 통합되어 구성되는 통합 열교환부; 상기 통합 열교환부의 후단으로부터 차량의 엔진까지 연장되고, 배기가스의 응축수가 이동되도록 구성되는 응축수 회로부; 상기 통합 열교환부의 전단에 연결되고, 상기 통합 열교환부에 운행조건에 따라 저온 냉각수가 선택적으로 유입되도록 개폐되는 3상 밸브; 상기 통합 열교환부와 연결되고, 차량의 엔진에 응축수가 여과된 EGR 가스가 유입되도록 개폐되는 EGR 밸브; 상기 통합 열교환부의 후단에 상기 배기 머플러와 유체 연결되도록 위치하는 바이패스 밸브; 및 운행조건에 따라 상기 3상 밸브, 상기 EGR 밸브 및 상기 바이패스 밸브의 개폐를 조절하도록 구성되는 제어부; 를 포함하도록 구성되는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 응축수 회로부는, 상기 통합 열교환부의 후단에 연결되고, 배기가스로부터 응축수를 여과하도록 구성되는 여과기; 상기 여과기에 연결되고, 여과된 응축수를 저장하도록 구성되는 응축수 탱크; 상기 응축수 탱크에 형성되고, 상기 응축수 탱크에 저장되는 응축수의 유량을 측정하도록 구성되는 레벨 센서; 및 상기 응축수 탱크의 후단에 연결되고, 상기 응축수 탱크로부터 배출되는 응축수를 차량의 엔진에 분사하도록 구성되는 분사기; 를 포함하도록 구성되는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 3상 밸브는 전장부품 냉각 시스템과 연결되고, 상기 제어부는, 고온 운행조건에서 상기 3상 밸브를 개방하여 상기 전장부품 냉각 시스템으로부터 저온의 냉각수가 상기 통합 열교환부로 유입되도록 제어하는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 제어부는, 시동 운행조건에서 상기 3상 밸브, 상기 EGR 밸브 및 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 상기 분사기가 작동되도록 제어하는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 제어부는, 저온 운행조건에서 상기 3상 밸브 및 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 상기 EGR 밸브의 개방정도를 조절하며, 상기 분사기가 작동되도록 제어하는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 제어부는, 고온 운행조건에서 상기 3상 밸브 및 상기 바이패스 밸브를 개방하고, 상기 EGR 밸브의 개방정도를 조절하며, 상기 분사기가 작동되도록 제어하는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 레벨 센서는, 상기 응축수 탱크에 위치하는 제 1 레벨 센서; 및 상기 제 1 레벨 센서보다 상기 응축수 탱크의 높이방향으로 더 높게 위치하는 제 2 레벨 센서; 를 포함하도록 구성되는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 1 레벨 센서로부터 제 1 신호를 수신받아 상기 분사기의 작동을 중지시키도록 제어하는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제 2 레벨 센서로부터 제 2 신호를 수신받아 상기 분사기를 작동시키도록 제어하는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조를 제공한다.
또한, 상기 응축수 탱크에 위치하고, 외부로부터 물을 충진 가능하도록 형성되는 유입구; 를 더 포함하도록 구성되는 통합 EHRS 응축수 분사 구조를 제공한다.
본 발명은 앞서 본 실시 예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
배기가스 내의 응축수를 별도의 응축수 회로부를 구성하여 물분사 기술로 활용 가능하여 엔진 노킹 억제를 통해 연비를 개선할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 제어부를 통해 3상 밸브, EGR 밸브 및 바이패스 밸브의 개폐를 조절하도록 구성하여 운행조건에 따라 물 분사에 필요한 응축수를 용이하게 생성할 수 있는바, 연소 온도의 저감으로 출력이 향상될 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 구성도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 시동 운행조건에서의 구성도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 저온 운행조건에서의 구성도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 고온 운행조건에서의 구성도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 응축수 탱크를 도시하고 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...라인", "...시스템" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 하드웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
또한, 명세서에 기재된 "상단"은 도면상의 높이방향으로 상단으로 이동되는 방향을 의미하고, "하단"은 도면상의 높이방향으로 하단으로 이동되는 방향을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 아울러, 어떤 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 발명은 일 실시 예로 가솔린 하이브리드 차량(HEV)에 적용될 수 있으나, 차량의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 본 발명의 냉각 시스템은 엔진 냉각 시스템 이외에 전장부품을 냉각시키기 위한 별도의 전장부품 냉각 시스템이 설치될 수 있다. 즉, 엔진 냉각 시스템과 전장부품 냉각 시스템은 서로 분리되어 전장부품 냉각 및 엔진의 냉각이 별도로 이루어지도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 고온 냉각수는 엔진 냉각수를 의미하고, 저온 냉각수는 전장부품 냉각수를 의미할 수 있다.
본 발명의 엔진 냉각 시스템은, 외기와의 열교환을 통해 고온 냉각수를 냉각시키는 고온 라디에이터와, 고온 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 펌핑하여 엔진에 공급하도록 고온 라디에이터와 연결된 워터 펌프(WP), 워터 펌프로부터 펌핑된 냉각수를 공급받아 냉각되는 엔진, 엔진을 냉각한 냉각수를 공급받도록 엔진과 연결되고 공급된 냉각수와 EGR 가스와 열교환시켜 EGR 가스를 냉각하는 통합 열교환부(100), EGR 가스를 냉각한 냉각수는 다시 워터 펌프로 유입되도록 차량의 실내 난방을 위한 히터(HTR)를 경유하여 워터 펌프와 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 전장부품 냉각 시스템은, 저온 냉각수를 전동식 워터 펌프(EWP)가 펌핑하여 전장부품에 공급해서 전장부품을 냉각하고, 전장부품을 냉각한 저온 냉각수는 저온 라디에이터로 공급되어 외기와의 열교환을 통해 냉각되도록 구성될 수 있다. 저온 라디에이터는 고온 라디에이터에 비해 상대적으로 저온의 냉각수가 유동할 수 있다.
본 명세서에서 운행조건은 차량의 운행상태에 따라 제어부(600)가 판단하는 조건일 수 있다. 운행조건은 시동 운행조건, 저온 운행조건 및 고온 운행조건으로 분류할 수 있다. 운행조건은 엔진회전수, 냉각수온, 대기압, 외기온도, 차속, 부스트압, 연료량의 정보를 적용하여 판단될 수 있다.
제어부(600)는 차량의 엔진이 냉간 시동시 시동 운행조건으로 판단할 수 있다. 시동 운행조건은 엔진 시동이 걸린 후 주행하기 건 상태를 의미할 수 있다. 제어부(600)는 엔진 냉각수의 온도가 미리 설정된 값 이하인 경우 저온 운행조건으로 판단할 수 있다. 일 실시 예로, 제어부(600)는 HEV 차량에서 초기 저부하 주행으로 엔진 발열량이 낮아 엔진 냉각수의 승온이 지연됨으로 인해 온도가 60도 이하일 때 저온 운행조건으로 판단할 수 있다.
제어부(600)는 엔진 냉각수의 온도가 미리 설정된 값 초과인 경우 고온 운행조건으로 판단할 수 있다. 일 실시 예로, 고온 운행조건은 차량의 고속 주행으로 엔진 냉각수의 온도가 60도 초과인 경우일 수 있다. 고온 운행조건은 엔진의 웜업이 최대로 된 경우 또는 고부하인 경우 등을 의미할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 구성도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 통합 열교환부(100), 응축수 회로부(200), 제어부(600) 및 제어부(600)에 의해 개폐되도록 조절되는 3상 밸브(300), EGR 밸브(400), 바이패스 밸브(500)를 포함하도록 구성될 수 있다.
통합 열교환부(100)는 차량의 엔진과 연결되고, 배기 매니폴더(700)의 배출단으로부터 배기 머플러(800)와 분기되어 EGR 및 EHRS가 통합되어 구성될 수 있다. 통합 열교환부(100)의 EGR 시스템은 배가가스의 일부를 다시 흡기계로 재순환시키도록 구성되는 시스템일 수 있다. 통합 열교환부(100)의 EHRS 시스템은 배기열을 회수하여 히터에 전달함으로써 난방 성능을 확보도롤 구성되는 시스템일 수 있다.
통합 열교환부(100)는 배기 매니폴더(700)의 배출단으로부터 머플러와 분기되는 유로에 위치할 수 있다. 통합 열교환부(100)는 냉각수가 유입되도록 구성될 수 있다. 더 바람직하게, 통합 열교환부(100)는 운행조건에 따라 고온 냉각수 또는 저온 냉각수가 선택적으로 유입되도록 구성될 수 있다. 3상 밸브(300)는 통합 열교환부(100)에 저온 냉각수를 선택적으로 유입하도록 개폐될 수 있다. 이를 통해, 엔진에 분사하기 위한 응축수의 생성량을 조절하도록 구성될 수 있다.
통합 열교환부(100)는 배기 매니폴더(700)의 배출단으로부터 배기가스가 유입되도록 구성될 수 있다. 통합 열교환부(100)는 배기 매니폴더(700)로부터 배출된 배기가스가 통과하여 응축수가 생성되도록 구성될 수 있다.
일 실시 예로, 배기 매니폴더(700)의 배출단은 분기되어 상부의 통합 열교환부(100)로 향하는 라인과 하부의 배기 머플러(800)로 바로 배출되는 라인으로 연결될 수 있다. 배기 매니폴더(700)로부터 배출된 배기가스는 배기 머플러(800) 측으로 유동하거나 통합 열교환부(100)를 거쳐 유동할 수 있다. 제어부(600)는 운행조건에 따라 배기 머플러(800)로 유동하는 배기가스 유량을 조절하도록 구성될 수 있다.
응축수 회로부(200)는 통합 열교환부(100)의 후단으로부터 차량의 엔진까지 연장될 수 있다. 더 바람직하게, 응축수 회로부(200)는 통합 열교환부(100)의 후단에 연결되는 여과기(210), 여과된 응축수를 저장하는 응축수 탱크(220) 및 엔진에 응축수를 분사하는 분사기(240)까지 연결된 구성을 의미할 수 있다.
응축수 회로부(200)는 배기가스의 응축수가 이동되도록 구성될 수 있다. 더 바람직하게, 응축수 회로부(200)는 펌프를 포함하여 여과된 응축수를 이동시켜 엔진 연소실로 응축수가 분사되도록 구성될 수 있다. 응축수 회로부(200)는 엔진에 응축수를 분사시키도록 구성되어 연소 온도를 저감시키고, 엔진노크가 개선되도록 구성될 수 있다.
통합 열교환부(100)는 배기가스가 열교환되는 과정에서 응축수가 생성되도록 구성될 수 있다. 일 실시 예로, 통합 열교환부(100)에서 발생하는 응축수 발생량은 배기가스에 포함된 수증기량에서 열교환으로 하강한 온도에서의 포화 수증기량을 뺀 값에 배기가스의 유량을 곱하여 산정될 수 있다.
응축수 회로부(200)는 여과기(210), 응축수 탱크(220), 레벨 센서(230) 및 분사기(240)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여과기(210)는 통합 열교환부(100)의 후단에 연결되고, 배기가스로부터 응축수를 여과하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예로, 여과기(210)는 원심식으로 구성될 수 있으나 본 발명은 여과 방식에 대해 특별히 제한하지 않는다. 여과기(210)의 후단에는 EGR 유입라인과 배기 머플러(800) 측으로 향하는 라인으로 분기되도록 구성될 수 있다.
응축수 탱크(220)는 여과기(210)에 연결되고, 여과된 응축수를 저장하도록 구성될 수 있다. 레벨 센서(230)는 응축수 탱크(220)에 형성되고, 응축수 탱크(220)에 저장되는 응축수의 유량을 측정하도록 구성될 수 있다. 분사기(240)는 응축수 탱크(220)의 후단에 연결되고, 응축수 탱크(220)로부터 배출되는 응축수를 차량의 엔진에 분사하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 여과기(210)의 하단에는 여과된 응축수가 모여 외부로 배출되고, 배출된 응축수는 응축수 탱크(220)에 포집되도록 구성될 수 있다. 응축수 탱크(220)는 포집된 응축수를 저장하도록 구성될 수 있다. 레벨 센서(230)는 응축수 탱크(220)에 저장된 응축수의 양을 측정하도록 구성될 수 있다. 레벨 센서(230)는 응축수 탱크(220)의 높이방향으로 다른 위치에 복수개가 형성될 수 있다.
응축수 탱크(220)의 하단에는 저장된 응축수가 외부로 배출되는 라인이 형성될 수 있다. 저장된 응축수가 외부로 배출되는 라인의 일단에는 응축수를 가압하여 분사기(240)에 공급하도록 구성되는 펌프가 더 형성될 수 있다. 분사기(240)는 응축수 탱크(220)로부터 공급받은 응축수를 엔진의 각 기통별로 분사하도록 구성될 수 있다.
3상 밸브(300)는 통합 열교환부(100)의 전단에 연결될 수 있다. 더 바람직하게, 3상 밸브(300)는 전단에 전장부품 냉각 시스템과 연결되고, 통합 열교환부(100)의 전단과 연결되도록 구성될 수 있다. 3상 밸브(300)는 통합 열교환부(100)에 운행조건에 따라 저온 냉각수가 선택적으로 유입되도록 개폐될 수 있다. 제어부(600)는 고온 운행조건에서 3상 밸브(300)를 개방하여 전장부품 냉각 시스템으로부터 저온의 냉각수가 통합 열교환부(100)로 유입되도록 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 3상 밸브(300)는 3개의 포트를 구비하여 저온 냉각수가 3방향(3-way)으로 유동이 가능하도록 구성될 수 있다. 3상 밸브(300)의 제 1 포트는 전장부품 냉각 시스템과 연결되어 전장부품을 냉각한 저온 냉각수가 유입될 수 있다. 3상 밸브(300)의 제 2 포트는 전장부품을 냉각한 저온 냉각수가 통합 열교환부(100) 쪽으로 공급되게 하는 유출 포트일 수 있다. 3상 밸브(300)의 제 3 포트는 전장부품을 냉각한 저온 냉각수가 저온 라디에이터로 순환되도록 구성되는 유출 포트일 수 있다. 저온 라디에이터는 외기와의 열교환을 통해 저온 냉각수를 냉각시키도록 구성될 수 있다.
3상 밸브(300)는 통합 열교환부(100)의 후단의 냉각 라인을 분기하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 3상 밸브(300)의 제 3 포트가 개방되는 경우 통합 열교환부(100)의 후단의 냉각 라인은 히터로 향하도록 구성될 수 있다. 반면, 3상 밸브(300)의 제 2 포트가 개방되는 경우 통합 열교환부(100)의 후단의 냉각 라인은 전동식 워터 펌프(EWP)를 거쳐 저온 라디에이터와 연결되도록 구성될 수 있다. 전동식 워터 펌프(EWP)는 제 2 포트가 개방된 경우의 3상 밸브(300)의 후단이면서 통합 열교환부(100)의 후단과 합류된 이후의 냉각 라인에 위치할 수 있다.
제어부(600)는 운행조건에 따라 3상 밸브(300)의 개폐를 조절하도록 구성될 수 있다. 더 바람직하게, 제어부(600)는 시동 운행조건 및 저온 운행조건에서 3상 밸브(300)의 제 1 포트 및 제 3 포트가 개방되고 제 2 포트는 폐쇄되도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어부(600)는 시동 운행조건 및 저온 운행조건에서는 고온 냉각수를 통합 열교환부(100)로 유입시켜 응축수를 생성하도록 구성될 수 있다.
반면, 제어부(600)는 고온 운행조건에서 3상 밸브(300)의 제 1 포트 및 제 2 포트가 개방되고, 제 3 포트는 폐쇄되도록 제어할 수 있다. 이를 통해, 제어부(600)는 고온 운행조건에서는 저온 냉각수를 통합 열교환부(100)로 유입시켜 응축수를 생성하도록 구성될 수 있다.
EGR 밸브(400)는 통합 열교환부(100)와 연결될 수 있다. 더 바람직하게, EGR 밸브(400)는 통합 열교환부(100)의 후단에 연결되어 차량의 엔진에 응축수가 여과된 EGR 가스가 유입되도록 개폐될 수 있다. 제어부(600)는 운행조건에 따라 EGR 밸브(400)의 개폐를 조절하도록 구성될 수 있다.
시동 운행조건에서, 제어부(600)는 EGR 밸브(400)가 폐쇄되도록 제어할 수 있다. 더 바람직하게, 제어부(600)는 차량 주행 이전의 시동 운행조건에서 엔진에 EGR 가스가 유입되지 않도록 EGR 밸브(400)를 폐쇄시킬 수 있다. EGR 밸브(400)가 폐쇄된 경우 배기가스는 배기 머플러(800)를 통해 모두 토출되도록 구성될 수 있다.
저온 운행조건 및 고온 운행조건에서, 제어부(600)는 EGR 밸브(400)가 개방되도록 제어할 수 있다. 더 바람직하게, 제어부(600)는 차량 주행중인 저온 운행조건 및 고온 운행조건에서 엔진에 EGR 가스가 유입되도록 EGR 밸브(400)를 개방시킬 수 있다. EGR 밸브(400)가 개방된 경우 배기가스는 다시 엔진으로 재순환되거나 배기 머플러(800)를 통해 토출되도록 구성될 수 있다. 제어부(600)는 재순환이 필요한 배기가스 양을 산출하여 EGR 밸브(400)의 개도량을 조절하도록 구성될 수 있다.
바이패스 밸브(500)는 통합 열교환부(100)의 후단에 배기 머플러(800)와 유체 연결되도록 위치할 수 있다. 더 바람직하게, 바이패스 밸브(500)는 배기가스가 배기 머플러(800)로 향하는 라인과 통합 열교환부(100) 후단의 라인이 합류되는 곳에 위치할 수 있다. 여과기(210)를 거쳐 응축수가 제거된 배기가스는 EGR 밸브(400) 측으로 향하거나 배기 머플러(800) 측으로 향하도록 구성될 수 있다.
제어부(600)는 운행조건에 따라 바이패스 밸브(500)의 개폐를 조절하도록 구성될 수 있다. 더 바람직히게, 제어부(600)는 시동 운행조건 및 저온 운행조건에서 바이패스 밸브(500)를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 반면, 제어부(600)는 고온 운행조건에서 바이패스 밸브(500)를 개방하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제어부(600)는 시동 운행조건 및 저온 운행조건에서 배기열 회수가 필요한 조건으로 판단하여 바이패스 밸브(500)를 폐쇄할 수 있다. 바이패스 밸브(500)가 폐쇄된 경우 배기가스가 통합 열교환부(100)를 거쳐 배기열을 회수할 수 있도록 구성될 수 있다. 반면, 제어부(600)는 고온 운행조건에서 배기열 회수가 불필요한 조건으로 판단하여 바이패스 밸브(500)를 개방할 수 있다. 바이패스 밸브(500)가 개방된 경우 배기가스가 배기 머플러(800) 측으로 향하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 시동 운행조건에서의 구성도를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 제어부(600)는 시동 운행조건에서 3상 밸브(300), EGR 밸브(400) 및 바이패스 밸브(500)를 폐쇄하고, 분사기(240)가 작동되도록 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 시동 운행조건에서 제어부(600)는 전장부품 냉각 시스템으로부터 저온 냉각수 유입이 불필요한 것으로 판단하여 3상 밸브(300)를 폐쇄하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 엔진 시동직후 고온 냉각수를 통합 열교환부(100)로 유입시켜 응축수를 생성하도록 구성될 수 있다.
또한, 시동 운행조건에서 제어부(600)는 배기가스의 재순환이 불필요한 것으로 판단하여 EGR 밸브(400)를 폐쇄하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 차량의 주행 전에는 엔진에 EGR 가스가 유입되지 않도록 구성될 수 있다.
또한, 시동 운행조건에서 제어부(600)는 배기열의 회수가 필요한 것으로 판단하여 바이패스 밸브(500)를 폐쇄하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 냉간 시동시 통합 열교환부(100)를 통한 배기열 회수가 가능하도록 구성될 수 있다.
한편, 제어부(600)는 시동 운행조건에서 분사기(240)가 작동되도록 제어할 수 있다. 분사기(240)는 응축수 탱크(220)의 후단에 연결되어 응축수를 차량의 엔진에 분사하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 분사기(240)는 엔진 연소실의 각 기통에 응축수를 분사할 수 있도록 구성될 수 있다. 분사기(240)는 응축수 탱크(220)로부터 배출된 응축수를 공급받아 엔진에 분사하도록 구성될 수 있다. 더 바람직하게, 응축수 탱크(220)로부터 배출된 응축수는 펌프로 가압되어 분사기(240)로 공급될 수 있다.
시동 운행조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조에 의하면, 통합 열교환부(100)를 통해 배기열을 회수하면서 응축수가 여과되고, 여과된 응축수를 연소실에 분사함으로써 연소온도 저감을 통해 노킹현상이 억제되어 연비가 개선될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 저온 운행조건에서의 구성도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 제어부(600)는 저온 운행조건에서 3상 밸브(300) 및 바이패스 밸브(500)를 폐쇄하고, EGR 밸브(400)의 개방정도를 조절하며, 분사기(240)가 작동되도록 제어할 수 있다. 제어부(600)는 엔진 냉각수의 온도가 미리 설정된 값 이하인 경우 저온 운행조건으로 판단할 수 있다. 일 실시 예로, 제어부(600)는 엔진 냉각수의 온도가 60도 이하인 경우 저온 운행조건으로 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 저온 운행조건에서 제어부(600)는 전장부품 냉각 시스템으로부터 저온 냉각수 유입이 불필요한 것으로 판단하여 3상 밸브(300)를 폐쇄하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 저온 운행조건에서 고온 냉각수를 통합 열교환부(100)로 유입시켜 응축수를 생성하도록 구성될 수 있다.
또한, 저온 운행조건에서 제어부(600)는 배기가스의 재순환이 필요한 것으로 판단하여 EGR 밸브(400)의 개방 정도를 제어할 수 있다. 더 바람직하게, 제어부(600)는 재순환이 필요한 배기가스의 양을 산출하여 EGR 밸브(400)의 개도량을 조절하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 저온 운행조건에서 연소 상태에 따라 엔진에 적정량의 EGR 가스가 유입되도록 구성될 수 있다.
또한, 저온 운행조건에서 제어부(600)는 배기열의 회수가 필요한 것으로 판단하여 바이패스 밸브(500)를 폐쇄하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 저온 운행조건에서 통합 열교환부(100)를 통한 배기열 회수가 가능하도록 구성될 수 있다.
한편, 제어부(600)는 저온 운행조건에서 분사기(240)가 작동되도록 제어할 수 있다. 저온 운행조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조에 의하면, 통합 열교환부(100)를 통해 배기열을 회수하면서 응축수가 여과되고, 여과된 응축수를 연소실에 분사함으로써 연소온도 저감을 통해 노킹현상이 억제되어 연비가 개선될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 저온 운행조건에서 응축수가 여과된 EGR 가스 유입을 통해 연비를 저감할 수 있는 효과를 갖는다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 고온 운행조건에서의 구성도를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 제어부(600)는 고온 운행조건에서 3상 밸브(300) 및 바이패스 밸브(500)를 개방하고, EGR 밸브(400)의 개방정도를 조절하며, 분사기(240)가 작동되도록 제어할 수 있다. 제어부(600)는 엔진 냉각수의 온도가 미리 설정된 값 초과인 경우 고온 운행조건으로 판단할 수 있다. 일 실시 예로, 제어부(600)는 엔진 냉각수의 온도가 60도 초과인 경우 고온 운행조건으로 판단할 수 있다.
보다 구체적으로, 고온 운행조건에서 제어부(600)는 전장부품 냉각 시스템으로부터 저온 냉각수 유입이 필요한 것으로 판단하여 3상 밸브(300)를 개방하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 고온 운행조건에서 저온 냉각수를 통합 열교환부(100)로 유입시켜 응축수를 생성하도록 구성될 수 있다.
또한, 고온 운행조건에서 제어부(600)는 배기가스의 재순환이 필요한 것으로 판단하여 EGR 밸브(400)의 개방 정도를 제어할 수 있다. 더 바람직하게, 제어부(600)는 재순환이 필요한 배기가스의 양을 산출하여 EGR 밸브(400)의 개도량을 조절하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 고온 운행조건에서 연소 상태에 따라 엔진에 적정량의 EGR 가스가 유입되도록 구성될 수 있다.
또한, 고온 운행조건에서 제어부(600)는 배기열의 회수가 불필요한 것으로 판단하여 바이패스 밸브(500)를 개방하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조는 고온 운행조건에서 통합 열교환부(100)를 통한 배기열 회수가 이루어지지 않도록 구성될 수 있다.
한편, 제어부(600)는 고온 운행조건에서 분사기(240)가 작동되도록 제어할 수 있다. 고온 운행조건에서 본 발명의 일 실시 예에 따르는 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조에 의하면, 저온 냉각수를 이용해 통합 열교환부(100)에서 여과된 응축수를 연소실에 분사함으로써 연소온도 저감을 통해 노킹현상이 억제되어 연비가 개선될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고온 운행조건에서 응축수가 여과된 EGR 가스 유입을 통해 연비를 저감할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 일 실시 에에 따르면, 고온 운행조건에서 고온 냉각수가 통합 열교환부(100)로 유입되지 않도록 통합유량제어밸브(ITM: Integrated Thermal Management Valve, 이하 ITM)가 구성될 수 있다. ITM은 제어부(600)와 연계하여 엔진의 운전 상태에 맞춰 개폐되도록 구성될 수 있다. 고온 운행조건에서 통합 열교환부(100)의 전단과 연결되는 ITM의 포트는 폐쇄되어 고온 냉각수가 통합 열교환부(100)로 유입되지 않도록 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예로써, 통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조의 응축수 탱크(220)를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예를 따르는 레벨 센서(230)는 제 1 레벨 센서(231) 및 제 1 레벨 센서(231)보다 응축수 탱크(220)의 높이방향으로 더 높게 위치하는 제 2 레벨 센서(232)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제 1 레벨 센서(231)는 응축수 탱크(220)에 위치할 수 있다. 더 바람직하게, 제 1 레벨 센서(231)는 응축수 탱크(220)의 일단에 위치하여 응축수의 저장량을 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.
제어부(600)는 제 1 레벨 센서(231)로부터 제 1 신호를 수신받아 분사기(240)의 작동을 중지시키도록 제어할 수 있다. 제 1 신호는 응축수 탱크(220) 내의 응축수 저장량이 분사기(240)를 통해 분사를 필요로 하는 응축수의 양보다 적은 경우 생성될 수 있다. 제어부(600)는 제 1 신호를 수신하는 경우 분사기(240)의 미작동에 따른 연소를 제어할 수 있다.
제 2 레벨 센서(232)는 제 1 레벨 센서(231)보다 응축수 탱크(220)의 높이방향으로 더 높게 위치할 수 있다. 제어부(600)는 제 2 레벨 센서(232)로부터 제 2 신호를 수신받아 분사기(240)를 작동시키도록 제어할 수 있다. 제 2 신호는 응축수 탱크(220) 내의 응축수 저장량이 분사기(240)를 통해 분사를 필요로 하는 응축수의 양보다 많은 경우 생성될 수 있다. 제어부(600)는 제 2 신호를 수신하는 경우 여과기(210)로의 응축수 역류를 방지하기 위해 EGR 및 EHRS 작동을 중단한 후 분사기(240)를 작동시켜 응축수 분사량을 증가시키도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 통합 EHRS 응축수 분사 구조는 응축수 탱크(220)에 위치하고, 외부로부터 물을 충진 가능하도록 형성되는 유입구(221)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예로, 유입구(221)는 필요로 하는 분사량만큼 외부에서 응축수 탱크(220)에 물(Pure water)을 별도로 충진할 수 있도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 응축수 탱크(220)에는 포집된 응축수와 외부 공급된 물이 혼합되어 저장될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 예로써 응축수 탱크(220)에 유입구(221)가 형성됨으로써 응축수 분사에 필요한 응축수의 양이 충분하여 엔진에 응축수를 분사할 수 있는 영역을 확대할 수 있다.
정리하면, 본 발명은 배기가스 내의 응축수를 별도의 응축수 회로부(200)를 구성하여 물분사 기술로 활용 가능하고, 제어부(600)를 통해 3상 밸브(300), EGR 밸브(400) 및 바이패스 밸브(500)의 개폐를 조절하도록 구성하여 운행조건에 따라 물 분사에 필요한 응축수를 용이하게 생성할 수 있는 통합 EHRS 응축수 분사 구조를 제공한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 기술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 기술한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 통합 열교환부
200: 응축수 회로부
210: 여과기
220: 응축수 탱크
221: 유입구
230: 레벨 센서
231: 제 1 레벨 센서
232: 제 2 레벨 센서
240: 분사기
300: 3상 밸브
400: EGR 밸브
500: 바이패스 밸브
600: 제어부
700: 배기 매니폴더
800: 배기 머플러

Claims (10)

  1. 차량의 엔진과 연결되고, 배기 매니폴더의 배출단으로부터 배기 머플러와 분기되어 EGR 및 EHRS가 통합되어 구성되는 통합 열교환부;
    상기 통합 열교환부의 후단으로부터 차량의 엔진까지 연장되고, 배기가스의 응축수가 이동되도록 구성되는 응축수 회로부;
    상기 통합 열교환부의 전단에 연결되고, 상기 통합 열교환부에 운행조건에 따라 저온 냉각수가 선택적으로 유입되도록 개폐되는 3상 밸브;
    상기 통합 열교환부와 연결되고, 차량의 엔진에 응축수가 여과된 EGR 가스가 유입되도록 개폐되는 EGR 밸브;
    상기 통합 열교환부의 후단에 상기 배기 머플러와 유체 연결되도록 위치하는 바이패스 밸브; 및
    운행조건에 따라 상기 3상 밸브, 상기 EGR 밸브 및 상기 바이패스 밸브의 개폐를 조절하도록 구성되는 제어부; 를 포함하도록 구성되는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응축수 회로부는,
    상기 통합 열교환부의 후단에 연결되고, 배기가스로부터 응축수를 여과하도록 구성되는 여과기;
    상기 여과기에 연결되고, 여과된 응축수를 저장하도록 구성되는 응축수 탱크;
    상기 응축수 탱크에 형성되고, 상기 응축수 탱크에 저장되는 응축수의 유량을 측정하도록 구성되는 레벨 센서; 및
    상기 응축수 탱크의 후단에 연결되고, 상기 응축수 탱크로부터 배출되는 응축수를 차량의 엔진에 분사하도록 구성되는 분사기; 를 포함하도록 구성되는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 3상 밸브는 전장부품 냉각 시스템과 연결되고,
    상기 제어부는,
    고온 운행조건에서 상기 3상 밸브를 개방하여 상기 전장부품 냉각 시스템으로부터 저온의 냉각수가 상기 통합 열교환부로 유입되도록 제어하는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    시동 운행조건에서 상기 3상 밸브, 상기 EGR 밸브 및 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 상기 분사기가 작동되도록 제어하는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    저온 운행조건에서 상기 3상 밸브 및 상기 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 상기 EGR 밸브의 개방정도를 조절하며, 상기 분사기가 작동되도록 제어하는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    고온 운행조건에서 상기 3상 밸브 및 상기 바이패스 밸브를 개방하고, 상기 EGR 밸브의 개방정도를 조절하며, 상기 분사기가 작동되도록 제어하는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 레벨 센서는,
    상기 응축수 탱크에 위치하는 제 1 레벨 센서; 및
    상기 제 1 레벨 센서보다 상기 응축수 탱크의 높이방향으로 더 높게 위치하는 제 2 레벨 센서; 를 포함하도록 구성되는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 레벨 센서로부터 제 1 신호를 수신받아 상기 분사기의 작동을 중지시키도록 제어하는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 2 레벨 센서로부터 제 2 신호를 수신받아 상기 분사기를 작동시키도록 제어하는
    통합 EHRS 응축수를 활용한 분사 구조.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 응축수 탱크에 위치하고,
    외부로부터 물을 충진 가능하도록 형성되는 유입구; 를 더 포함하도록 구성되는
    통합 EHRS 응축수 분사 구조.
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