KR101126233B1 - Ｅｇｒ 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 EGR 시스템은, 엔진의 배기구와 상기 엔진의 흡기구를 연결하는 고압 EGR 라인, 상기 고압 EGR 라인에 구비된 고압 EGR 밸브, 터보챠저로 유입되는 공기에 배기가스를 공급하도록 매연 필터 후방과 상기 엔진의 배기구에 연결된 터보챠저 전방을 연결하는 저압 EGR 라인, 상기 저압 EGR 라인에 구비된 저압 EGR 밸브 및 상기 고압 EGR 밸브와 상기 저압 EGR 밸브를 제어하는 ECU를 포함한다.
EGR 시스템, HP EGR, LP EGR

Description

ＥＧＲ 시스템 및 그 제어방법{EGR SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 EGR 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 운전 상태에 따라 HP EGR과 LP EGR을 효율적으로 이용하여 응답성을 향상시킬 수 있는 EGR 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
디젤자동차의 주된 대기오염 물질은 질소산화물(NOx)과 입자상물질(Particulate matter)이다. 따라서, 이들은 디젤자동차 배기가스 규제의 주요한 대상물질이 되고 있다.
질소산화물(NOx) 저감을 위한 배기 가스 재 순환 장치 (EGR; Exhaust Recirculation)는 연소 후 배출되는 배기 가스의 일부를 흡입 혼합 기에 포함시켜 연소 실로 유입시킴으로써, 혼합기의 자체 공연 비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키는 특성을 갖게 된다.
즉, 상기 EGR 장치는 엔진의 운전 상태에 따라 NOx와 같은 에미션(Emission)을 저감시킬 필요가 있을 때, 배기 가스의 일부를 EGR 밸브를 통하여 흡기 인테이크에 제공하여 혼합기와 함께 연소 실로 유입시키면, 상기 연소 실로 유입된 배기 가스는 불활성 가스로서 흡입 가스의 체적은 변화하지 않으므로 상대적으로 혼합기의 밀도가 저하되어 화염의 전파 속도를 저하시킴으로써 연소속도가 저하되고, 이에 따라 연소 온도의 상승을 방지하여 NOx와 같은 에미션(Emission)의 발생을 줄여 주게 된다.
이러한 EGR은 터보 챠져의 터빈을 지난 배기가스를 컴프레셔 전단의 흡기통로로 재순환시키는 저압 EGR(LP-EGR; low pressure EGR)과 배기 매니폴드와 터빈 사이에서 배기가스를 추출하여 컴프레셔 및 인터쿨러를 지난 흡기통로로 재순환시키는 고압 EGR(HP-EGR; high pressure EGR)로 나뉠 수 있다.
도3은 HP EGR시스템과 LP EGR 시스템의 반응 속도 차이를 도시한 그래프이다.
도3에 도시된 바와 같이, EGR의 응답성 측면에서 보면 LP-EGR 시스템은 고속 고부하에서의 응답성이 빠르고 HP-EGR 시스템은 저속 저부하에서의 응답성이 빠르다. 그러나 LP-EGR system은 터빈을 지나서 배기가스를 추출하므로 터보 챠져에 영향을 주지 않으며, 배기가스 에너지를 모두 사용할 수 있기 때문에 터보 챠져의 응답성 향상, 즉 운전성에 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 목적은 HP EGR시스템과 LP EGR 시스템을 동시에 구비하여 엔진의 작동 상태에 따라 HP EGR시스템과 LP EGR 시스템을 동시에 제어하여 응답성을 향상시키며 연비를 개선할 수 있는 EGR시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 EGR 시스템은 엔진의 배기구와 상기 엔진의 흡기구를 연결하는 고압 EGR 라인, 상기 고압 EGR 라인에 구비된 고압 EGR 밸브, 터보챠저로 유입되는 공기에 배기가스를 공급하도록 매연 필터 후방과 상기 엔진의 배기구에 연결된 터보챠저 전방을 연결하는 저압 EGR 라인, 상기 저압 EGR 라인에 구비된 저압 EGR 밸브 및 상기 고압 EGR 밸브와 상기 저압 EGR 밸브를 제어하는 ECU를 포함하되, 상기 고압 EGR 밸브와 상기 저압 EGR 밸브 중 어느 하나는 엔진의 작동 상태에 따라 폐쇄 루프 콘트롤(close loop control)로 제어되고, 다른 하나는 개방 루프 콘트롤(open loop control) 제어될 수 있다.
상기 엔진의 작동 상태는 엔진 회전수, 연료 유입량, 가속 패달 개도각 변화를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 고압 EGR과 저압 EGR을 포함하는 EGR 시스템의 제어방법은 엔진의 작동 상태를 판단하는 단계, 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상인지 판단하는 단계, 엔진의 작동 상태에 따라 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역인지 판단하는 단계 및 상기 고압 EGR과 저압 EGR 중 어느 하나는 엔진의 작동 상태에 따라 폐쇄 루프 콘트롤(close loop control)로 제어하고, 다른 하나는 개방 루프 콘트롤(open loop control) 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상으로 판정되고, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역으로 판정되는 경우, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하고, 상기 고압 EGR을 개방 루프 콘트롤을 통해 고압 EGR 듀티(duty) 값으로 제어할 수 있다.
상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어할 때, 계산된 저압 EGR 목표 공기량에 설정비율을 더한 값으로 제어할 수 있다.
상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상으로 판정되고, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역이 아닌 것으로 판정되는 경우, 상기 저압 EGR을 개방 루프 콘트롤을 통해 저압 EGR 듀티(duty) 값으로 제어하고, 상기 고압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어할 수 있다.
상기 저압 EGR 듀티(duty) 값은 계산된 값에서 설정된 값을 더한 값으로 할수 있다.
상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상이 아닌 것으로 판정되고, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역으로 판정되는 경우, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하여 저압 EGR 목표 공기량을 제어하고, 상기 고압 EGR을 개방 루프 콘트롤로 제어할 수 있다.
상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상이 아닌 것으로 판정되고, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역이 아닌 것으로 판정되는 경우, 상기 저압 EGR을 개방 루프 콘트롤로 제어하고, 상기 고압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하여 고압 EGR 목표 공기량을 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 의한 고압 EGR과 저압 EGR을 포함하는 EGR 시스템 및 그 제어방법에 의하면, HP EGR시스템과 LP EGR 시스템을 동시에 구비하여 엔진의 작동 상태에 따라 HP EGR시스템과 LP EGR 시스템을 동시에 제어하여 응답성을 향상시키며 연비를 개선할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 EGR 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 EGR 시스템은 엔진(10)의 배기구(13)와 상기 엔진(10)의 흡기구(15)를 연결하는 고압 EGR 라인(60), 상기 고압 EGR 라인(60)에 구비된 고압 EGR 밸브(65), 터보 챠저(30)로 유입되는 공기에 배기가스를 공급하도록 매연 필터 후방(40)과 상기 엔진의 배기구(13)에 연결된 터보 챠저(30) 전방을 연결하는 저압 EGR 라인(50), 상기 저압 EGR 라인(50)에 구비된 저압 EGR 밸브(55) 및 상기 고압 EGR 밸브(65)와 상기 저압 EGR 밸브(55)를 제어하는 ECU(20)를 포함한다.
상기 고압 EGR 밸브(65)와 상기 저압 EGR 밸브(55) 중 어느 하나는 엔진(10)의 작동 상태에 따라 폐쇄 루프 콘트롤(close loop control)로 제어되고, 다른 하나는 개방 루프 콘트롤(open loop control) 제어된다.
상기 ECU(20)는 엔진 회전수 센서(70), 연료 유입량 센서(80) 및 가속 패달 개도각 센서(90)를 포함하는 각종 센서와 연결되어 엔진 회전수, 연료 유입량, 가속 패달 개도각 변화를 포함하는 엔진의 작동상태 정보를 입수하여 상기 고압 EGR 밸브(65)와 상기 저압 EGR 밸브(55)를 제어한다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 EGR 시스템의 제어방법을 도시한 플로우 챠트이다.
이하, 도2를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 고압 EGR과 저압 EGR을 포함하는 EGR 시스템의 제어방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 의한 고압 EGR과 저압 EGR을 포함하는 EGR 시스템의 제어방법은 엔진의 작동 상태를 판단하는 단계(S10), 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상인지 판단하는 단계(S20), 상기 고압 EGR과 저압 EGR 중 어느 하나는 엔진의 작동 상태에 따라 폐쇄 루프 콘트롤(close loop control)로 제어하고, 다른 하나는 개방 루프 콘트롤(open loop control) 제어하는 단계(S100)를 포함한다.
상기 가속 패달 개도각 변화의 설정치는 배출가스, 연비 등을 고려하여 실험에 의해 결정되는 값으로, 운전자가 일정 수준 이상의 가속을 요구하는 것으로 정의되며, 엔진의 사양 등에 따라 달리 정해질 수 있다.
상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상으로 판정되는 경우, 엔진의 작동 상태에 따라 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역인지 판단(S30)한다.
저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역은 엔진 운전 영역에 대한 맵핑(maping)을 통해 구할 수 있다.
상기 맵핑은 엔진의 작동 상태에 따라 상기 고압 EGR과 저압 EGR의 제어 영역을 실험을 통해 정해 놓은 것을 의미하며, 엔진의 사양 등에 따라 달리 정해질 수 있다.
상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역으로 판정되는 경우, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하고, 상기 고압 EGR을 개방 루프 콘트롤을 통해 고압 EGR 듀티(duty) 값으로 제어한다(S40).
상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어할 때, 계산된 저압 EGR 목표 공기량에 설정비율( Δ1)을 더한 값으로 제어할 수 있다(S40).
도3에 도시된 바와 같이, EGR의 응답성 측면에서 보면 LP-EGR 시스템은 고속 고부하에서의 응답성이 빠르고 HP-EGR 시스템은 저속 저부하에서의 응답성이 빠르다. 그러나 LP-EGR system은 터빈을 지나서 배기가스를 추출하므로 터보 챠져에 영향을 주지 않으며, 배기가스 에너지를 모두 사용할 수 있기 때문에 터보 챠져의 응답성 향상, 즉 운전성에 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 EGR 시스템의 제어방법은 EGR 응답성 측면을 고려하여 저속 저부하 영역에서는 HP-EGR을 close loop control로 제어하고 LP-EGR을 open loop control로 사용하며, 고속 고부하 영역에서는 LP-EGR을 close loop control로 제어하며 HP-EGR을 open loop control로 제어하여 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 여기에 추가하여 계산된 저압 EGR 목표 공기량에 설정비율(Δ1)을 더한 값으로 제어하게 되면 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상인 영역에서 보다 빠른 응답을 기대할 수 있다.
즉, 운전자가 일정수준이상의 가속을 요구하는 경우에는, 터보챠져의 응답성을 향상시킬 수 있는 LP-EGR시스템을 원래 설정된 비율보다 추가함으로써 터보챠져의 응답성을 향상시킬 수 있다.
상기 설정 비율(Δ1)은 속도나 가속 패달 개도각 변화에 따라 달리 정할 수 있으며, 계산된 값의 5~10%로 정할 수 있다.
다시, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역이 아닌 것으로 판정되는 경우, 상기 저압 EGR을 개방 루프 콘트롤을 통해 저압 EGR 듀티(duty) 값으로 제어하고, 상기 고압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어한다(S50).
상기 저압 EGR 듀티(duty) 값은 계산된 값에서 설정된 값(Δ2)을 더한 값으로 할 수 있다.
상술한 상기 설정 비율(Δ1)과 마찬가지로 속도나 가속 패달 개도각 변화에 따라 달리 정할 수 있으며, 운전영역에 따라 미리 입력된 값으로 정할 수 있다.
상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상이 아닌 것으로 판정되는 경우, 엔진의 작동 상태에 따라 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역인지 판단한다(S60).
상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역으로 판정되는 경우, 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하여 저압 EGR 목표 공기량을 제어하고, 상기 고압 EGR을 개방 루프 콘트롤로 제어한다(S70).
상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역이 아닌 것으로 판정되는 경우, 상기 저압 EGR을 개방 루프 콘트롤로 제어하고, 상기 고압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하여 고압 EGR 목표 공기량을 제어한다(S80).
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 본 발명의 실시예에 의한 고압 EGR과 저압 EGR을 포함하는 EGR 시스템 및 그 제어방법에 의하면, HP EGR시스템과 LP EGR 시스템을 동시에 구비하여 엔진의 작동 상태에 따라 HP EGR시스템과 LP EGR 시스템을 동시에 제어하여 응답성을 향상시키며 연비를 개선할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 EGR 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 EGR 시스템의 제어방법을 도시한 플로우 챠트이다.
도3은 HP EGR시스템과 LP EGR 시스템의 반응 속도 차이를 도시한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 엔진 13: 배기구
15: 흡기구 20: ECU
30: 터보 챠져 40: 디젤 매연 촉매 여과 필터(CPF)
50: 저압 EGR 라인 55: 저압 EGR 밸브
60: 고압 EGR 라인 65: 고압 EGR 밸브
70: 엔진 회전수 센서 80: 연료 유입량 센서
90: 가속 패달 개도각 센서

Claims (9)

  1. 엔진의 배기구와 상기 엔진의 흡기구를 연결하는 고압 EGR 라인;
    상기 고압 EGR 라인에 구비된 고압 EGR 밸브;
    터보챠저로 유입되는 공기에 배기가스를 공급하도록 매연 필터 후방과 상기 엔진의 배기구에 연결된 터보챠저 전방을 연결하는 저압 EGR 라인;
    상기 저압 EGR 라인에 구비된 저압 EGR 밸브; 및
    상기 고압 EGR 밸브와 상기 저압 EGR 밸브를 제어하는 ECU;
    를 포함하되,
    상기 고압 EGR 밸브와 상기 저압 EGR 밸브 중 어느 하나는 엔진의 작동 상태에 따라 폐쇄 루프 콘트롤(close loop control)로 제어되고, 다른 하나는 개방 루프 콘트롤(open loop control) 제어되는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 엔진의 작동 상태는
    엔진 회전수, 연료 유입량, 가속 패달 개도각 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템.
  3. 고압 EGR과 저압 EGR을 포함하는 EGR 시스템의 제어방법에서,
    엔진의 작동 상태를 판단하는 단계;
    가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상인지 판단하는 단계;
    엔진의 작동 상태에 따라 상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역인지 판단하는 단계; 및
    상기 고압 EGR과 저압 EGR 중 어느 하나는 엔진의 작동 상태에 따라 폐쇄 루프 콘트롤(close loop control)로 제어하고, 다른 하나는 개방 루프 콘트롤(open loop control) 제어하는 단계;
    를 포함하는 고압 EGR과 저압 EGR을 포함하는 EGR 시스템의 제어방법.
  4. 제3항에서,
    상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상으로 판정되고,
    상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역으로 판정되는 경우,
    상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하고,
    상기 고압 EGR을 개방 루프 콘트롤을 통해 고압 EGR 듀티(duty) 값으로 제어하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어방법.
  5. 제4항에서,
    상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어할 때,
    계산된 저압 EGR 목표 공기량에 속도 또는 가속 패달 개도각 변화에 기초한 설정비율을 더한 값으로 제어하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어방법.
  6. 제3항에서,
    상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상으로 판정되고,
    상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역이 아닌 것으로 판정되는 경우,
    상기 저압 EGR을 개방 루프 콘트롤을 통해 저압 EGR 듀티(duty) 값으로 제어하고,
    상기 고압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어방법.
  7. 제6항에서,
    상기 저압 EGR 듀티(duty) 값은 계산된 값에서 설정된 값을 더한 값인 것을특징으로 하는 EGR 시스템의 제어방법.
  8. 제3항에서,
    상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상이 아닌 것으로 판정되고,
    상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역으로 판정되는 경우,
    상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하여 저압 EGR 목표 공기량을 제어하고,
    상기 고압 EGR을 개방 루프 콘트롤로 제어하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어방법.
  9. 제3항에서,
    상기 가속 패달 개도각 변화가 설정치 이상이 아닌 것으로 판정되고,
    상기 저압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하는 영역이 아닌 것으로 판정되는 경우,
    상기 저압 EGR을 개방 루프 콘트롤로 제어하고,
    상기 고압 EGR을 폐쇄 루프 콘트롤로 제어하여 고압 EGR 목표 공기량을 제어하는 것을 특징으로 하는 EGR 시스템의 제어방법.
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