KR100217460B1 - Forcast circuit and the method for mass flow/temperature of egr exhaust gas for an egr system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 효과적으로 배기가스 중의 유해가스를 줄이고 연소효율을 최적상태로 유지하며 플라스틱재로 이루어지는 흡기계의 손상을 방지하기 위해 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측에 관한 것이다.The present invention relates to the mass flow rate / temperature prediction of recycled exhaust gas for an EGR system in order to effectively reduce the harmful gas in the exhaust gas, keep the combustion efficiency at an optimum state and prevent damage to the intake system made of plastic material.

본 발명은 흡기 매니폴드의 압력(Pm)과 흡입공기의 질량유량 및 피드백되는 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)에 의하여 흡입공기 만의 압력(Pm.air)을 구하는 제1블록과, 상기 Pm.air를 주변압력(Penv)으로 나누기 위한 제산기와, 상기 제산기 출력을 이용하여 배기 매니폴드의 압력(Pexh)과 주변압력의 비를 구하기 위한 제2블록과, 상기한 Pexh/Penv에 다시 Penv를 곱하여 Pexh를 구하기 위한 제1승산기와, 상기 제산기 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 온도(Pexh)와 주변온도(Tenv)의 비를 구하기 위한 제3블록과, 상기한 Texh/Tenv에 다시 Tenv를 곱하여 Texh를 구하기 위한 제2승산기와, 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값, rpm 값을 사용하여 폴리트로픽 상수를 구하기 위한 제4블록과, 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값, rpm 값을 사용하여 EGR 파이프의 유효 단면적을 구하기 위한 제5블록과, 상기 Pexh, Texh, n 값에 의해 재순환 배기가스의 온도를 구하기 위한 제6블록과, 상기 Pexh, Texh, n, Aeff, 및 Pm 값에 의해 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)을 구하기 위한 제7블록으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention provides a first block for obtaining a pressure Pm.air only of intake air based on the pressure Pm of the intake manifold, the mass flow rate of the intake air, and the mass flow rate m'egr of the feedback exhaust gas. A divider for dividing Pm.air by ambient pressure (Penv), a second block for obtaining a ratio of the pressure (Pexh) to the ambient pressure of the exhaust manifold using the output of the divider, and the above-mentioned Pexh / Penv A first multiplier for multiplying Penv to obtain Pexh, a third block for obtaining a ratio of the temperature of Exe and the ambient temperature Tenv of the exhaust manifold using the divider output, and the Texh / Tenv A second multiplier for obtaining Texh by multiplying by Tenv, a fourth block for obtaining a polytropic constant using the Pm, the lift value of the EGR control valve, and the rpm value, and the lift of the Pm, the EGR control valve Effective section of an EGR pipe using the value, rpm A fifth block for finding the product, a sixth block for obtaining the temperature of the recycle exhaust gas by the values of Pexh, Texh, and n, and a mass flow rate of the recycle exhaust gas by the values of Pexh, Texh, n, Aeff, and Pm It is characterized by consisting of a seventh block for obtaining (m'egr).

Description

EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측회로 및 그 방법Mass flow rate / temperature prediction circuit for recirculated exhaust gas for EGR system and its method

본 발명은 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측회로 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 효과적으로 배기가스 중의 유해가스를 줄이고 연소효율을 최적상태로 유지하며 플라스틱재로 이루어지는 흡기계의 손상을 방지하기 위하여 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 제어밸브를 통하여 배기매니폴드로부터 흡기매니폴드로 재순환되는 정확한 배기가스의 질량유량과 가스온도를 예측할 수 있는 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측회로 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mass flow rate / temperature prediction circuit and a method for recirculating exhaust gas for an EGR system, and more particularly, to effectively reduce harmful gas in exhaust gas, to maintain an optimum combustion efficiency, and to prevent damage to an intake machine made of plastic. Mass flow rate / temperature prediction circuit of recycled exhaust gas for the EGR system that can predict the exact mass flow rate and gas temperature of the exhaust gas recycled from the exhaust manifold to the intake manifold through an exhaust gas recirculation (EGR) control valve. It is about a method.

자동차의 내연기관은 연소가 실린더 내에서 연소된 후 배기가스를 대기중으로 배출한다. 이러한 배기가스는 유해성 가스인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 납산화물, 탄소입자와 무해성 가스인 수증기(H2O), 이산화탄소(CO2)가 혼합되어 배출된다. 따라서 각국은 인체에 해로운 유해가스를 무해가스로 정화시켜 배출하도록 의무화하고 있다.The internal combustion engine of a vehicle emits exhaust gas into the atmosphere after combustion is combusted in a cylinder. The exhaust gas is discharged by mixing harmful gases such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), lead oxides, carbon particles, and harmful gases such as water vapor (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2). Therefore, countries are obliged to purify and discharge harmful gases harmful to humans.

이를 위해 일반적으로 배기관으로부터 배출되는 기체나 미립자에 함유되는 대기 오염 물질을 줄이는 촉매컨버터, 배기가스 재순환 (EGR) 시스템, 2차 공기 공급 장치 등으로 이루어지는 배기가스 정화 장치를 채용하고 있다.For this purpose, an exhaust gas purification device including a catalytic converter, an exhaust gas recirculation (EGR) system, a secondary air supply device, or the like, which generally reduces air pollutants contained in gas or particulates discharged from an exhaust pipe, is adopted.

상기한 EGR 시스템은 배출가스를 줄이고 연료소모 저감, 운전성 향상, 및 배기가스중의 질소산화물(NOx)을 감소시키는 수단으로서 배기가스의 일부를 흡기계통으로 다시 순환시켜서, 특히 혼합기가 연소할 때 최고온도를 낮추어 NOx의 생성량을 적게 해주는 역할을 한다.The EGR system circulates some of the exhaust gas back into the intake cylinder as a means to reduce emissions, reduce fuel consumption, improve operability, and reduce NOx in the exhaust gas, especially when the mixer is burning. It lowers the maximum temperature and reduces the amount of NOx produced.

상기와 같은 EGR 시스템은 예를들어 도 1에 도시된 바와같이 흡기매니폴드(1)와 배기매니폴드(3) 사이에 연결된 EGR 파이프(5) 중에 EGR 제어밸브(7)를 구비하고 스로틀 밸브 부근의 부압이나 배기매니폴드(3) 내의 배기압에 의해 이를 제어하여 배기가스의 귀환량을 조절하고 있다.Such an EGR system includes, for example, an EGR control valve 7 in an EGR pipe 5 connected between an intake manifold 1 and an exhaust manifold 3 as shown in FIG. This is controlled by the negative pressure and the exhaust pressure in the exhaust manifold 3 to adjust the return amount of the exhaust gas.

또다른 EGR 시스템에서는 EGR 제어밸브를 진공식이 아닌 전자식(솔레노이드 구동 또는 스텝모터 구동) 방식으로 전자 제어 장치(ECU)에서 직접 밸브의 개폐를 제어하여 배기가스의 귀환량을 조절하고 있다.In another EGR system, the EGR control valve is controlled electronically (solenoid drive or step motor drive) instead of vacuum to control the opening and closing of the exhaust gas directly by controlling the opening and closing of the valve directly in the electronic control unit (ECU).

상기한 ECU에 의한 전자식 EGR 제어밸브(7)를 제어하는 경우 종래에는 전적으로 rpm값과 엔진의 부하량으로서 흡입공기의 압력 또는 흡기매니폴드의 압력에 따라 룩업 테이블(look-up table)로부터 구하여지는 운전조건에 기초하여 제어가 이루어졌다.In the case of controlling the electronic EGR control valve 7 by the above-described ECU, conventionally, operation obtained from a look-up table according to the pressure of the intake air or the pressure of the intake manifold as the rpm value and the engine load. Control was made based on the conditions.

그런데 EGR 시스템을 적용하여 최대의 효과를 얻으려면 흡입되는 프레시 에어(fresh air)의 유동에 영향을 미치는 재순환되는 배기가스의 질량유량을 정확하게 알아야 하나 종래에는 상기와 같이 정확한 재순환되는 배기가스의 질량유량을 알 수 없는 문제점이 있다. 즉, 흡기량을 측정하는 에어 플로우 센서 또는 매니폴드의 압력을 측정하는 MAP센서는 정확한 배기가스만의 질량유량을 검출할 수 없었다. 이경우 허용 가능한 EGR의 최대값을 넘게되면 연소효율이 저감되며, 재순환되는 배기가스의 온도 때문에 경량화를 위해 플라스틱재로 이루어지는 흡기계의 경우는 손상이 될 수 도 있다.However, in order to obtain the maximum effect by applying the EGR system, it is necessary to accurately know the mass flow rate of the recycled exhaust gas which affects the flow of fresh air to be sucked. There is an unknown problem. That is, the air flow sensor that measures the intake air amount or the MAP sensor that measures the pressure of the manifold could not detect the mass flow rate of only the exhaust gas. In this case, if the maximum allowable EGR is exceeded, the combustion efficiency is reduced, and in case of the intake system made of plastic material for weight reduction due to the temperature of the exhaust gas being recycled, it may be damaged.

따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 효과적으로 배기가스 중의 유해가스를 줄이고 연소효율을 최적상태로 유지하며 플라스틱재로 이루어지는 흡기계의 손상을 방지하기 위하여 EGR 제어밸브를 통하여 배기매니폴드로부터 흡기매니폴드로 재순환되는 정확한 배기가스의 질량유량과 가스온도를 예측할 수 있는 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측회로 및 그 방법을 제공하는데 있다.Therefore, the present invention has been made in view of the problems of the prior art, the purpose of which is to effectively reduce the harmful gas in the exhaust gas, to maintain the optimum combustion efficiency and to prevent damage to the intake machine made of plastic material EGR control valve The present invention provides a mass flow rate / temperature prediction circuit for recycled exhaust gas for an EGR system capable of predicting the exact mass flow rate and gas temperature of the exhaust gas recycled from the exhaust manifold to the intake manifold.

도 1은 일반적인 EGR 시스템을 보여주는 개략 구성도,1 is a schematic block diagram showing a general EGR system,

도 2는 rpm의 변화에 따른 Pm.air/Penv와 Pexh/Penv 사이의 관계를 나타낸 그래프,2 is a graph showing a relationship between Pm.air / Penv and Pexh / Penv according to a change in rpm;

도 3은 rpm의 변화에 따른 Pm.air/Penv와 Texh/Tenv 사이의 관계를 나타낸 그래프,3 is a graph showing the relationship between Pm.air / Penv and Texh / Tenv according to the change of rpm;

도 4는 Pm/Penv의 변화에 대한 폴리트로픽 상수(n)에 대한 변화를 나타낸 그래프,4 is a graph showing a change in polytropic constant (n) with respect to a change in Pm / Penv,

도 5는 본 발명에 따른 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량 및 온도 예측회로를 보여주는 블록도이다.5 is a block diagram showing a mass flow rate and a temperature prediction circuit of recycle exhaust gas for an EGR system according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 흡기 매니폴드 3 : 배기 매니폴드1: intake manifold 3: exhaust manifold

5 : EGR 파이프 7 : EGR 제어밸브5: EGR pipe 7: EGR control valve

11 : 제1블록 12 : 제산기11: first block 12: divider

13 : 제2블록 14 : 승산기13: second block 14: multiplier

15 : 제3블록 16 : 승산기15: third block 16: multiplier

18 : 제4블록 19 : 제5블록18: fourth block 19: fifth block

20 : 제6블록 30 : 제7블록20: sixth block 30: seventh block

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배기 매니폴드로부터 EGR 파이프를 통하여 흡기 매니폴드로 배기가스의 재순환량을 제어하는 EGR 제어밸브를 구비한 EGR 시스템에서 재순환 배기가스의 질량유량/온도를 예측하기 위한 예측회로에 있어서, 상기 흡기 매니폴드의 압력(Pm)과 흡입공기의 질량유량(m'air) 및 피드백되는 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)에 의하여 흡입공기 만의 압력(Pm.air)을 구하는 제1블록과, 상기 Pm.air를 주변압력(Penv)으로 나누기 위한 제산기와, 상기 제산기 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 압력(Pexh)과 주변압력의 비(Pexh/Penv)를 구하기 위한 제2블록과, 상기한 Pexh/Penv에 다시 Penv를 곱하여 Pexh를 구하기 위한 제1승산기와, 상기 제산기 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 온도(Pexh)와 주변온도(Tenv)의 비(Texh/Tenv)를 구하기 위한 제3블록과, 상기한 Texh/Tenv에 다시 Tenv를 곱하여 Texh를 구하기 위한 제2승산기와, 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값(Legr), N(rpm 값)를 사용하여 폴리트로픽 상수(n)를 구하기 위한 제4블록과, 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값(Legr), N(rpm 값)를 사용하여 EGR 파이프의 유효 단면적(Aeff)을 구하기 위한 제5블록과, 상기 Pexh, Texh, n 값에 의해 재순환 배기가스의 온도(Tegr)를 구하기 위한 제6블록과, 상기 Pexh, Texh, n, Aeff, 및 Pm 값에 의해 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)을 구하기 위한 제7블록으로 구성되는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측회로를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention predicts the mass flow rate / temperature of recycle exhaust gas in an EGR system equipped with an EGR control valve that controls the exhaust gas recycle amount from the exhaust manifold to the intake manifold through the EGR pipe. In the prediction circuit for performing the above, the pressure Pm. Of the intake air alone is determined by the pressure Pm of the intake manifold, the mass flow rate m'air of the intake air, and the mass flow rate m'egr of the feedback exhaust gas. a first block for obtaining air, a divider for dividing the Pm.air by an ambient pressure Penv, and a ratio of the pressure Pexh to the ambient pressure Pex / A second block for obtaining Penv, a first multiplier for obtaining Pexh by multiplying Pexh / Penv again with Penv, and a temperature Pexh and an ambient temperature Tenv of the exhaust manifold using the divider output Find the ratio of (Texh / Tenv) A third block, a second multiplier for multiplying the above Texh / Tenv by Tenv, and a Txh to obtain Texh, and a polytropic constant using Pm, the lift value Legr and N (rpm value) of the EGR control valve. a fourth block for obtaining (n), a fifth block for obtaining an effective cross-sectional area Aeff of the EGR pipe using the Pm, the lift value Legr of the EGR control valve, and the N (rpm value); The sixth block for obtaining the temperature (Tegr) of the recycle exhaust gas by the Pexh, Texh, n value, and the mass flow rate (m'egr) of the recycle exhaust gas by the Pexh, Texh, n, Aeff, and Pm values A mass flow rate / temperature prediction circuit for recirculating exhaust gas for an EGR system, comprising a seventh block for obtaining, is provided.

또한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 배기 매니폴드로부터 EGR 파이프를 통하여 흡기 매니폴드로 배기가스의 재순환량을 제어하는 EGR 제어밸브를 구비한 EGR 시스템에서 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측방법에 있어서, 상기 흡기 매니폴드의 압력(Pm)과 흡입공기의 질량유량(m'air) 및 피드백되는 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)에 의하여 흡입공기 만의 압력(Pm.air)을 구하는 제1단계와, 상기 Pm.air를 주변압력(Penv)으로 나누기 위한 제2단계와, 상기 제2단계에서 얻어진 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 압력(Pexh)과 주변압력의 비(Pexh/Penv)를 구하기 위한 제3단계와, 상기한 Pexh/Penv에 다시 Penv를 곱하여 Pexh를 구하기 위한 제4단계와, 상기 제산기 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 온도(Pexh)와 주변온도(Tenv)의 비(Texh/Tenv)를 구하기 위한 제5단계와, 상기한 Texh/Tenv에 다시 Tenv를 곱하여 Texh를 구하기 위한 제6단계와, 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값(Legr), N(rpm 값)를 사용하여 폴리트로픽 상수(n)를 구하기 위한 제7단계와, 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값(Legr), N(rpm 값)를 사용하여 EGR 파이프의 유효 단면적(Aeff)을 구하기 위한 제8단계와, 상기 Pexh, Texh, n 값에 의해 재순환 배기가스의 온도(Tegr)를 구하기 위한 제9단계와, 상기 Pexh, Texh, n, Aeff, 및 Pm 값에 의해 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)을 구하기 위한 제10단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for estimating mass flow rate / temperature of recycle exhaust gas in an EGR system having an EGR control valve for controlling the exhaust gas recycle amount from the exhaust manifold to the intake manifold through the EGR pipe. And a first air pressure (Pm.air) for obtaining only the intake air pressure based on the pressure Pm of the intake manifold, the mass flow rate m'air of the intake air, and the mass flow rate m'egr of the feedback exhaust gas. And a second step for dividing the Pm.air by an ambient pressure Penv, and a ratio of the pressure Pexh to the ambient pressure Pexh / Penv of the exhaust manifold using the output obtained in the second step. And a fourth step for obtaining Pexh by multiplying the above Pexh / Penv by Penv, and using the divider output to determine the temperature of the exhaust manifold (Pexh) and the ambient temperature (Tenv). The fifth step to find the ratio (Texh / Tenv) And a sixth step for obtaining Texh by multiplying the Texh / Tenv by Tenv again, and using the Pm, the lift value Legr and N (rpm value) of the EGR control valve. A seventh step for obtaining the P8, an eighth step for obtaining an effective cross-sectional area Aeff of the EGR pipe using the Pm, the lift value Legr and the N (rpm value) of the EGR control valve, and the Pexh and Texh , the ninth step for obtaining the temperature (Tegr) of the recycled exhaust gas by the value of n, and the mass flow rate (m'egr) of the recycled exhaust gas by the values of Pexh, Texh, n, Aeff, and Pm It provides a mass flow rate / temperature prediction method of the recycle exhaust gas for the EGR system, characterized in that consisting of 10 steps.

상기한 바와같이 본 발명에서는 EGR 제어밸브를 통하여 배기매니폴드로부터 흡기매니폴드로 재순환되는 정확한 배기가스의 질량유량과 가스온도를 예측할 수 있어 효과적으로 배기가스 중의 유해가스를 줄이고 연소효율을 최적상태로 유지하며 플라스틱재로 이루어지는 흡기계의 손상을 방지할 수 있게 되었다.As described above, in the present invention, the mass flow rate and gas temperature of the exhaust gas recycled from the exhaust manifold to the intake manifold can be predicted through the EGR control valve, thereby effectively reducing the harmful gas in the exhaust gas and maintaining the combustion efficiency at the optimum state. In addition, it is possible to prevent damage to the intake system made of plastic.

(실시예)(Example)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도 1은 일반적인 EGR 시스템을 보여주는 개략 구성도, 도 2는 rpm의 변화에 따른 Pm.air/Penv와 Pexh/Penv 사이의 관계를 나타낸 그래프, 도 3은 rpm의 변화에 따른 Pm.air/Penv와 Texh/Tenv 사이의 관계를 나타낸 그래프, 도 4는 Pm/Penv의 변화에 대한 폴리트로픽 상수(n)에 대한 변화를 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명에 따른 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량 및 온도 예측회로를 보여주는 블록도이다.1 is a schematic block diagram showing a general EGR system, FIG. 2 is a graph showing a relationship between Pm.air / Penv and Pexh / Penv according to a change in rpm, and FIG. 3 is a Pm.air / 4 is a graph showing the relationship between Penv and Texh / Tenv, FIG. 4 is a graph showing a change in polytropic constant (n) with respect to a change in Pm / Penv, and FIG. 5 is a mass of recycle exhaust gas for an EGR system according to the present invention. A block diagram showing a flow rate and temperature prediction circuit.

도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량 및 온도 예측회로가 도 5에 도시된 바와같이 구성되어야 하는 이유를 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 1 to 4 will be described why the mass flow rate and temperature prediction circuit of the recycle exhaust gas for the EGR system according to the present invention should be configured as shown in FIG.

일반적으로 EGR 파이프(5)에서 발생하는 열역학적 상태는 폴리트로픽(polytropic) 변환으로 가정할 수 있으며, 이 경우 폴리트로픽 상수는 음함수적으로 기하학적인 열전달적 특성을 고려하여 결정된다.In general, the thermodynamic state occurring in the EGR pipe 5 can be assumed to be a polytropic transformation, in which case the polytropic constant is determined in consideration of implicitly geometric heat transfer properties.

상기한 폴리트로픽 변환을 수식적으로 표현하면, 하기 수학식 1로 표현된다.When the polytropic transformation is expressed mathematically, it is represented by the following equation (1).

Figure kpo00001
Figure kpo00001

여기서 n은 폴리트로픽 상수, P는 압력, T는 온도이다.Where n is the polytropic constant, P is the pressure, and T is the temperature.

따라서 상기 수학식 1에 의해 EGR 제어밸브(7)의 양측에 대하여 적용하면 하기 수학식 2가 얻어진다.Therefore, when applied to both sides of the EGR control valve 7 by the above equation (1), the following equation (2) is obtained.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

여기서 Pm은 흡기 매니폴드의 압력으로서 MAP 센서로부터 구할 수 있고, Pexh는 배기 매니폴드의 압력, Texh는 배기 매니폴드의 온도를 나타낸다.Here, Pm can be obtained from the MAP sensor as the pressure of the intake manifold, Pexh represents the pressure of the exhaust manifold, and Texh represents the temperature of the exhaust manifold.

이를 다시 정리하면 재순환 배기가스의 온도(Tegr)는 하기 수학식 3에 의해 얻을 수 있다.In summary, the temperature (Tegr) of the recycle exhaust gas can be obtained by Equation 3 below.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

한편, 유효 단면적이 Aeff인 오리피스(즉, EGR 파이프)를 통과하는 유체의 시간당 변화율인 질량유량(m'egr)은 하기 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.Meanwhile, the mass flow rate m'egr, which is the rate of change of the fluid passing through the orifice having the effective cross-sectional area Aeff (that is, the EGR pipe), may be expressed by Equation 4 below.

Figure kpo00004
Figure kpo00004

여기서 Φ(ξ)는 하기 수학식 5및 6과 같이 정의된다.Where Φ (ξ) is defined as in Equations 5 and 6 below.

Figure kpo00005
Figure kpo00005

Figure kpo00006
Figure kpo00006

이때 ξ= Pm/Pexh 이고, ρ(밀도) = Pexh/(R·Texh) 이며, 여기서 R은 기체상수를 가리킨다.Where ξ = Pm / Pexh and ρ (density) = Pexh / (R · Texh), where R indicates a gas constant.

상기한 바와같이 상기 수학식 3과 수학식 4를 보면, EGR 가스의 온도 및 가스의 질량유량을 예측할 수 있음을 알 수 있다.As described above, it can be seen from Equations 3 and 4 that the temperature of the EGR gas and the mass flow rate of the gas can be predicted.

그러나 일반적으로 배기가스의 온도(Texh)와 압력(Pexh)은 이들에 대한 측정센서가 없기 때문에 양산 엔진으로부터 직접적으로 구하기 곤란하다However, in general, the temperature (Texh) and the pressure (Pexh) of the exhaust gas are difficult to obtain directly from the production engine because there is no measuring sensor for them.

따라서 이러한 경우 모델링 방법으로 배기가스의 온도(Texh)와 압력(Pexh)을 구할 수 있으며, 이 경우 모델의 검증은 반복적인 실험으로 그 타당성을 확인할 수 있다.Therefore, in this case, the temperature (Texh) and the pressure (Pexh) of the exhaust gas can be obtained by the modeling method. In this case, the validation of the model can be confirmed by repeated experiments.

배기가스의 열역학적 조건은 연소를 통해 발생되는 열량에 좌우된다. 즉, 흡기 매니폴드(1) 내의 공기질량에 의존하게 된다. EGR이 존재하게 되면 흡기 매니폴드(1) 내의 공기질량은 공기만의 압력에 의존하게 된다. 만약 EGR 유량을 알고, 흡기 매니폴드(1)의 압력을 알고 있다면, 공기만의 압력(Pm.air)을 알 수 있게 된다.The thermodynamic conditions of the exhaust gases depend on the amount of heat generated through combustion. That is, it depends on the air mass in the intake manifold 1. When EGR is present, the air mass in the intake manifold 1 depends on the pressure of air only. If the EGR flow rate is known and the pressure of the intake manifold 1 is known, the air pressure (Pm.air) can be known.

일반적으로 배기가스의 압력(Pexh)과 온도(Texh)는 공기유량에 비례하여 큰값을 갖게 된다. 그러나, 온도(Texh)의 경우 EGR 유량이 커지면 Texh는 감소한다.In general, the pressure Pexh and the temperature Texh of the exhaust gas have a large value in proportion to the air flow rate. However, in the case of temperature Texh, Texh decreases as the EGR flow rate increases.

실험적으로 볼때 rpm의 변화에 따른 Pm.air/Penv와 Pexh/Penv 사이의 관계는 도 2에 도시된 바와같이 rpm(N)이 높을 경우 Pm.air/Penv 비값이 증가함에 따라 Pexh/Penv 비값도 크게 증가하는 경향이 있다. 여기서 Penv는 주변압력(environment pressure)을 가리킨다.Experimentally, the relationship between Pm.air / Penv and Pexh / Penv according to the change of rpm is shown in FIG. 2 as the Pm.air / Penv ratio increases when the rpm (N) is high. It tends to increase significantly. Where Penv is the environmental pressure.

도 2에 도시된 그래프에서 (Pexh/Penv)와 (Pm.air/Penv)의 경향은 하기 수학식 7과 같이 쉽게 다항식(3차식)으로 모델링이 가능하다. 이 경우 종속변수를 (Pm.air/Penv)와 엔진회전수(N)로 택하면 된다.The trends of (Pexh / Penv) and (Pm.air / Penv) in the graph shown in FIG. 2 can be easily modeled as polynomials (tertiary equations) as shown in Equation 7 below. In this case, select the dependent variable (Pm.air / Penv) and the engine speed (N).

Figure kpo00007
Figure kpo00007

여기서 a3,a2,a1,a0는 커브 피팅(curve fitting) 상수를 나타낸다. 상기한 수학식 7을 각각의 엔진 회전수(N)에 대하여 적용하여 모델링 식을 구할 수 있다.Where a 3, a 2, a 1, and a 0 represent curve fitting constants. The above equation (7) can be applied to each engine speed (N) to obtain a modeling equation.

한편 Pm.air/Penv와 Texh/Tenv 사이의 관계는 도 3에 도시된 바와같이 rpm(N)이 높을 경우 Pm.air/Penv 비값이 증가함에 따라 Pexh/Penv 비값도 증가하는 경향이 있다.On the other hand, the relationship between Pm.air / Penv and Texh / Tenv tends to increase the Pexh / Penv ratio as the Pm.air / Penv ratio increases as rpm (N) is high.

도 3에 도시된 그래프에서 (Texh/Tenv)와 (Pm.air/Penv)의 경향도 하기 수학식 8과 같이 쉽게 다항식(3차식)으로 모델링이 가능하다. 이 경우 종속변수를 (Pm.air/Penv)와 엔진회전수(N)로 택하면 된다.In the graph shown in FIG. 3, the trends of (Texh / Tenv) and (Pm.air / Penv) can also be easily modeled as polynomials (tertiary) as shown in Equation 8. In this case, select the dependent variable (Pm.air / Penv) and the engine speed (N).

Figure kpo00008
Figure kpo00008

한편, 상기 수학식 1에 언급된 폴리트로픽 상수(n)는 하기 수학식 9와 같이 유도될 수 도 있다.Meanwhile, the polytropic constant n mentioned in Equation 1 may be derived as in Equation 9 below.

Figure kpo00009
Figure kpo00009

여기서 a는 Pm의 상수, b는 EGR 제어밸브(7)의 리프트(lift) 값, c는 엔진 회전수에 따라 정해지는 상수를 나타내며, 이 값들은 실험 데이터의 커브 피팅에 의해 구할 수 있다.Where a is a constant of Pm, b is a lift value of the EGR control valve 7, c is a constant determined according to the engine speed, and these values can be obtained by curve fitting of experimental data.

상기한 수학식 9를 그래프로 나타내면 도 4와 같이 표시된다.The above Equation 9 is represented as a graph as shown in FIG.

상기한 바와같이 재순환 배기가스의 온도(Tegr)는 상기한 수학식 3에 따라 구할 수 있으며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와같이 실험 데이터로부터 모델링한 것에 따라 Pexh와 Texh를 각각의 rpm, 즉 부하별로 얻을 수 있기 때문이다.As described above, the temperature (Tegr) of the recycle exhaust gas can be obtained according to Equation 3, and Pexh and Texh are respectively rpm, ie, modeled from experimental data as shown in FIGS. 2 and 3. This can be obtained by load.

또한 상기한 수학식 4에 따라 질량유량(m'egr)도 쉽게 구할 수 있다.In addition, according to Equation 4, the mass flow rate m'egr can also be easily obtained.

즉, 상기식에서 Pm은 MAP 센서로부터 구하고, Pexh와 Texh는 상기한 모델로부터 구하며, Aeff는 하기 수학식 10에 따라 커브 피팅방법으로 실험적으로 미리 구할 수 있다.That is, in the above equation, Pm is obtained from the MAP sensor, Pexh and Texh are obtained from the model described above, and Aeff can be experimentally obtained in advance by the curve fitting method according to Equation 10 below.

Figure kpo00010
Figure kpo00010

상기한 이론에 입각하여 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)과 온도(Tegr)를 예측하는 회로를 구성하면 도 5와 같이 구성될 수 있다.Based on the above theory, if the circuit for predicting the mass flow rate m'egr and the temperature Tegr of the recycle exhaust gas can be configured as shown in FIG.

먼저 Pm와 m'air에 의하여 하기 수학식 11을 실행하는 제1블록(11)에 의해 Pm.air를 구한다First, Pm.air is obtained by the first block 11 which executes the following Equation 11 using Pm and m'air.

Figure kpo00011
Figure kpo00011

이 경우 처음에 Pm.air를 구할때에는 m'egr은 초기 설정값을 사용하여 구하고, 두번째 Pm.air를 구할때에는 종전에 구해진 m'egr를 사용하여 구한다.In this case, the first time Pm.air is obtained, m'egr is obtained using the initial setting value, and the second Pm.air is obtained using the previously obtained m'egr.

그후 제산기(12)에서 Pm.air를 Penv로 나눈값을 이용하여 제2블록(13)에서 상기한 수학식 7에 따라 Pexh/Penv를 구한다.Then, in the second block 13, Pexh / Penv is calculated using the value obtained by dividing Pm.air by Penv in the divider 12.

이어서 승산기(14)에서 상기한 Pexh/Penv에 다시 Penv를 곱하여 Pexh를 구한다.Next, the multiplier 14 multiplies Pexh / Penv by Penv again to find Pexh.

상기와 유사하게 Pm.air를 Penv로 나눈값을 이용하여 제3블록(15)에서 상기한 수학식 8에 따라 Texh/Tenv를 구한다.Similarly, Texh / Tenv is obtained according to Equation 8 described above in the third block 15 using Pm.air divided by Penv.

이어서 승산기(16)에서 상기한 Texh/Tenv에 다시 Tenv를 곱하여 Texh를 구한다.Next, Texh is obtained by multiplying the above Texh / Tenv by Tenv in the multiplier 16.

한편 제4블록(18)에서 Pm, Legr(EGR 제어밸브의 리프트 값), N(rpm 값)를 사용하여 상기한 수학식 9에 따라 n을 구하고, 제5블록(19)에서 수학식(10)에 따라 Aeff를 구한다.Meanwhile, n is obtained according to Equation 9 using Pm, Legr (lift value of ERG control valve), N (rpm value) in the fourth block 18, and Equation (10) in the fifth block 19. Find Aeff according to

따라서 제6블록(20)에서 Pexh, Texh, n 값에 의해 상기한 수학식 3에 따라 Tegr를 구하게 된다.Therefore, in the sixth block 20, Tegr is obtained according to Equation 3 above using Pexh, Texh, and n values.

또한 제7블록(30)에서 Pexh, Texh, n, Aeff, 및 Pm 값에 의해 상기한 수학식 4에 따라 m'egr를 구하게 된다.Further, in the seventh block 30, m'egr is obtained according to Equation 4 by Pexh, Texh, n, Aeff, and Pm values.

상기한 바와같이 본 발명에서는 EGR 제어밸브를 통하여 배기매니폴드로부터 흡기매니폴드로 재순환되는 정확한 배기가스의 질량유량과 가스온도를 예측할 수 있어 효과적으로 배기가스 중의 유해가스를 줄이고 연소효율을 최적상태로 유지하며 플라스틱재로 이루어지는 흡기계의 손상을 방지할 수 있게 된다.As described above, in the present invention, the mass flow rate and gas temperature of the exhaust gas recycled from the exhaust manifold to the intake manifold can be predicted through the EGR control valve, thereby effectively reducing the harmful gas in the exhaust gas and maintaining the combustion efficiency at the optimum state. And it is possible to prevent damage to the intake machine made of plastic material.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.In the above, the present invention has been illustrated and described with reference to specific preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is not limited to the spirit of the present invention. Various changes and modifications can be made by those who have

Claims (4)

배기 매니폴드로부터 EGR 파이프를 통하여 흡기 매니폴드로 배기가스의 재순환량을 제어하는 EGR 제어밸브를 구비한 EGR 시스템에서 재순환 배기가스의 질량유량/온도를 예측하기 위한 예측회로에 있어서,In the prediction circuit for estimating the mass flow rate / temperature of the recirculated exhaust gas in an EGR system having an EGR control valve for controlling the recirculation amount of the exhaust gas from the exhaust manifold to the intake manifold through the EGR pipe, 상기 흡기 매니폴드의 압력(Pm)과 흡입공기의 질량유량(m'air) 및 피드백되는 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)에 의하여 흡입공기 만의 압력(Pm.air)을 구하는 제1블록과,A first block for obtaining the pressure Pm.air only of the intake air based on the pressure Pm of the intake manifold, the mass flow rate m'air of the intake air, and the mass flow rate m'egr of the feedback exhaust gas. and, 상기 Pm.air를 주변압력(Penv)으로 나누기 위한 제산기와,A divider for dividing the Pm.air by the ambient pressure Penv; 상기 제산기 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 압력(Pexh)과 주변압력의 비(Pexh/Penv)를 구하기 위한 제2블록과,A second block for obtaining a ratio Pexh / Penv of the pressure Pexh and the ambient pressure of the exhaust manifold using the divider output; 상기한 Pexh/Penv에 다시 Penv를 곱하여 Pexh를 구하기 위한 제1승산기와,A first multiplier for obtaining Pexh by multiplying Pexh / Penv by Penv again, 상기 제산기 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 온도(Pexh)와 주변온도(Tenv)의 비(Texh/Tenv)를 구하기 위한 제3블록과,A third block for obtaining a ratio (Texh / Tenv) of the temperature Pex of the exhaust manifold and the ambient temperature Tenv by using the divider output; 상기한 Texh/Tenv에 다시 Tenv를 곱하여 Texh를 구하기 위한 제2승산기와,A second multiplier for multiplying Texh / Tenv by Tenv to obtain Texh, 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값(Legr), N(rpm 값)를 사용하여 폴리트로픽 상수(n)를 구하기 위한 제4블록과,A fourth block for obtaining a polytropic constant n using the Pm, the lift value Legr and N (rpm value) of the EGR control valve, 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값(Legr), N(rpm 값)를 사용하여 EGR 파이프의 유효 단면적(Aeff)을 구하기 위한 제5블록과,A fifth block for obtaining an effective cross-sectional area Aeff of the EGR pipe using the Pm, the lift value Legr and the N (rpm value) of the EGR control valve; 상기 Pexh, Texh, n 값에 의해 재순환 배기가스의 온도(Tegr)를 구하기 위한 제6블록과,A sixth block for obtaining a temperature (Tegr) of recycle exhaust gas based on the values of Pexh, Texh, and n, 상기 Pexh, Texh, n, Aeff, 및 Pm 값에 의해 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)을 구하기 위한 제7블록으로 구성되는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측회로.Mass flow rate / temperature prediction of the recycle exhaust gas for an EGR system, comprising a seventh block for obtaining the mass flow rate m'egr of the recycle exhaust gas based on the values of Pexh, Texh, n, Aeff, and Pm. Circuit. 배기 매니폴드로부터 EGR 파이프를 통하여 흡기 매니폴드로 배기가스의 재순환량을 제어하는 EGR 제어밸브를 구비한 EGR 시스템에서 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측방법에 있어서,In the EGR system having an EGR control valve for controlling the recycle amount of the exhaust gas from the exhaust manifold to the intake manifold through the EGR pipe, the mass flow rate / temperature prediction method of the recycle exhaust gas, 상기 흡기 매니폴드의 압력(Pm)과 흡입공기의 질량유량(m'air) 및 피드백되는 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)에 의하여 흡입공기 만의 압력(Pm.air)을 구하는 제1단계와,The first step of obtaining the pressure Pm.air only of the intake air based on the pressure Pm of the intake manifold, the mass flow rate m'air of the intake air, and the mass flow rate m'egr of the fed back recycled exhaust gas Wow, 상기 Pm.air를 주변압력(Penv)으로 나누기 위한 제2단계와,A second step of dividing the Pm.air by an ambient pressure Penv; 상기 제2단계에서 얻어진 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 압력(Pexh)과 주변압력의 비(Pexh/Penv)를 구하기 위한 제3단계와,A third step of obtaining a ratio Pexh / Penv of the pressure Pexh and the ambient pressure of the exhaust manifold using the output obtained in the second step; 상기한 Pexh/Penv에 다시 Penv를 곱하여 Pexh를 구하기 위한 제4단계와,A fourth step for obtaining Pexh by multiplying Pexh / Penv by Penv again; 상기 제산기 출력을 이용하여 상기 배기 매니폴드의 온도(Pexh)와 주변온도(Tenv)의 비(Texh/Tenv)를 구하기 위한 제5단계와,A fifth step of obtaining a ratio (Texh / Tenv) of the temperature Pex of the exhaust manifold and the ambient temperature Tenv by using the divider output; 상기한 Texh/Tenv에 다시 Tenv를 곱하여 Texh를 구하기 위한 제6단계와,A sixth step of obtaining Texh by multiplying the Texh / Tenv by Tenv again; 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값(Legr), N(rpm 값)를 사용하여 폴리트로픽 상수(n)를 구하기 위한 제7단계와,A seventh step for obtaining a polytropic constant n using the Pm, the lift value Legr and the N (rpm value) of the EGR control valve; 상기 Pm, 상기 EGR 제어밸브의 리프트 값(Legr), N(rpm 값)를 사용하여 EGR 파이프의 유효 단면적(Aeff)을 구하기 위한 제8단계와,An eighth step for obtaining the effective cross-sectional area Aeff of the EGR pipe using the Pm, the lift value Legr and the N (rpm value) of the EGR control valve; 상기 Pexh, Texh, n 값에 의해 재순환 배기가스의 온도(Tegr)를 구하기 위한 제9단계와,A ninth step of obtaining a temperature (Tegr) of recycle exhaust gas based on the values of Pexh, Texh, and n, 상기 Pexh, Texh, n, Aeff, 및 Pm 값에 의해 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)을 구하기 위한 제10단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측방법.Mass flow rate / temperature prediction of the recycle exhaust gas for the EGR system, comprising the tenth step for obtaining the mass flow rate m'egr of the recycle exhaust gas based on the values of Pexh, Texh, n, Aeff, and Pm. Way. 제 2항에 있어서, 상기 재순환 배기가스의 온도(Tegr)는The method of claim 2, wherein the temperature (Tegr) of the recycle exhaust gas is
Figure kpo00012
에 따라 얻어지는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측방법.
Figure kpo00012
Mass flow rate / temperature prediction method of recirculated exhaust gas for an EGR system, characterized in that obtained according to the method. 제 2항에 있어서, 상기 재순환 배기가스의 질량유량(m'egr)은The mass flow rate (m'egr) of the recycle exhaust gas is
Figure kpo00013
에 따라 얻어지는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템용 재순환 배기가스의 질량유량/온도 예측방법.
Figure kpo00013
Mass flow rate / temperature prediction method of recirculated exhaust gas for an EGR system, characterized in that obtained according to the method.
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