KR101198811B1 - 저압 이지알 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저압 이지알 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 엔진 회전수와 부하를 측정하는 단계; 상기 측정된 엔진 회전수와 부하에 따른 저압 이지알 밸브 전후단의 목표 차압을 설정하는 단계; 상기 저압 이지알 밸브 전후단의 현재 차압을 측정하는 단계; 상기 현재 차압과 목표 차압을 비교하는 단계; 상기 현재 차압이 상기 목표 차압보다 작은 경우에는 상기 저압 이지알 밸브의 개도를 조절하여 재순환 배기가스의 양을 조절함으로써 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템 제어방법 및
엔진으로 공급되는 공기가 통과하는 흡기 라인; 엔진에서 발생된 배기가스가 통과하는 배기 라인; 상기 배기 라인으로부터 분기되어 상기 흡기 라인과 연결되는 저압 이지알 라인; 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 상기 배기 라인에서 분기되는 이지알 가스의 양을 조절하는 저압 이지알 밸브; 상기 저압 이지알 밸브의 전후단에 설치된 압력 센서; 및 상기 압력 센서에 의해 측정된 차압을 이용하여 상기 저압 이지알 밸브의 개도를 조절하는 제어부; 를 포함하여 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템을 제공한다.

Description

저압 이지알 시스템 및 그 제어방법{LOW PRESSURE EGR SYSTEM AND THE CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 저압 이지알 시스템과 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진으로 재순환 배기가스의 역류를 방지하기 위한 저압 이지알 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에는 배기가스의 일부를 다시 흡기 라인으로 재순환시켜 연소시 최고 온도를 낮춤으로써 NOx의 발생을 억제하여 주는 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR)시스템이 장착된다.
엔진은 각각의 운전 영역에 따라 목표 공기량이 설정되고, EGR 듀티비를 제어함으로써 EGR 가스량과 신기(fresh air)의 흡입량을 조절한다. 상기 EGR 가스량은 각 운전 영역별로 미리 결정되어 있고, 현재의 운전 영역을 판정하여 EGR 밸브를 제어하여 재순환되는 배기가스의 양을 조절한다.
특히, 디젤 엔진에서는 공기의 충진효율을 높여 출력을 증대시키고, 에미션(Emission)을 안정화시키며, 연비 향상을 위해 배기가스를 이용하여 흡입공기를 압축 과급시키는 터보차져(Turbo Charger)가 장착된다.
또한, 에미션을 저감하기 위한 기술로써 저압 이지알(Low Pressure EGR) 장치가 개발되어 있는데, 엔진으로 공급되는 재순환하는 배기가스와 새로이 엔진으로 공급하기 위한 신기가 합류되는 지점에서 신기가 통과하는 부분에서의 압력이 매우 크다면 재순환하는 배기가스는 엔진으로 공급되지 못하고 오히려 신기가 저압 이지알 라인으로 흐르게 되는 역류 현상이 발생할 수 있다. 만약 저압 이지알 라인에서의 재순환 배기가스가 역류하게 되면 저압 이지알 시스템으로 NOx 발생 저감 및 연비 향상이라는 장점을 달성하지 못하게 된다.
따라서, 저압 이지알 라인에서의 재순환 배기가스의 역류를 판단해야 할 필요가 있었다.
본 발명의 실시예들은 저압 이지알 라인에서 재순환 배기가스의 역류를 판단하는 시스템 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 저압 이지알 라인에서 흡입공기의 지속적인 역류 발생시 저압 이지알 시스템을 보호하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 엔진 회전수와 부하를 측정하는 단계; 상기 측정된 엔진 회전수와 부하에 따른 저압 이지알 밸브 전후단의 목표 차압을 설정하는 단계; 상기 저압 이지알 밸브 전후단의 현재 차압을 측정하는 단계; 상기 현재 차압과 목표 차압을 비교하는 단계; 상기 현재 차압이 상기 목표 차압보다 작은 경우에는 상기 저압 이지알 밸브의 개도를 조절하여 재순환 배기가스의 양을 조절함으로써 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템 제어방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 목표 차압은 상기 저압 이지알 라인에서 재순환 배기가스의 역류를 방지할 수 있는 최소 차압인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 저압 이지알 밸브의 개도 조절 후에 상기 현재 차압과 상기 목표 차압을 다시 비교하는 단계; 상기 비교 단계에서 현재 차압이 목표 차압보다 작은 경우에는 일정시간 동안 디바운스를 수행하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 디바운스를 수행하는 동안 지속적으로 에러 발생시 상기 저압 이지알 시스템을 정지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 저압 이지알 시스템을 정지시키는 단계는 경고등에 의해 경고를 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 엔진으로 공급되는 공기가 통과하는 흡기 라인; 엔진에서 발생된 배기가스가 통과하는 배기 라인; 상기 배기 라인으로부터 분기되어 상기 흡기 라인과 연결되는 저압 이지알 라인; 상기 저압 이지알 라인에 설치되어 상기 배기 라인에서 분기되는 이지알 가스의 양을 조절하는 저압 이지알 밸브; 상기 저압 이지알 밸브의 전후단에 설치된 압력 센서; 및 상기 압력 센서에 의해 측정된 차압을 이용하여 상기 저압 이지알 밸브의 개도를 조절하는 제어부; 를 포함하여 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 제어부는 상기 압력 센서에 의해 측정된 현재 차압이 기설정된 목표 차압보다 작은 경우, 상기 저압 이지알 밸브의 개도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 저압 이지알 밸브를 통해 유입된 배기가스를 냉각시키는 저압 이지알 쿨러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 압력 센서는 상기 저압 이지알 밸브의 전단 및 상기 저압 이지알 쿨러의 후단에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 저압 이지알 밸브의 후단에는 에머전시 필터가 더 추가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 저압 이지알 밸브는 삼방향 밸브인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 저압 이지알 라인의 전단에는 촉매가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 촉매는 디젤필터촉매 또는 디젤산화촉매를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 저압 이지알 시스템에서 재순환 배기가스의 역류 발생시 저압 이지알 밸브의 개도량을 조절함으로써 엔진 부조 및 에미션 악화를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 시스템 이상으로 지속적인 역류 발생시 저압 이지알 시스템을 정지시킴으로써 시스템을 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이지알 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재순환 배기가스의 역류를 방지하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명한다.
이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이지알 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저압 이지알 시스템(100)은 엔진에 공급되는 신기(fresh air)를 공급하는 흡기 라인(180)과, 엔진으로부터 발생된 배기가스를 외부로 배출하도록 형성된 배기 라인(110)과, 상기 배기 라인(110)으로부터 분기되어 상기 흡기 라인(180)과 연결되어 배기가스가 재순환할 수 있도록 통로를 제공하는 저압 이지알 라인(140)과, 상기 저압 이지알 라인(140)에 설치되어 재순환하는 배기가스의 양을 조절하는 저압 이지알 밸브(130)와, 상기 저압 이지알 밸브(130)의 전후단에 설치되어 상기 저압 이지알 밸브(130)의 전후단의 압력 차이를 측정하는 압력 센서(121, 122, 123, 124) 및 상기 측정된 압력 차이를 이용하여 상기 저압 이지알 밸브(130)의 개도를 조절하는 제어부(500)를 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 저압 이지알 밸브(130)는 삼방향 밸브(3-way valve)로써 상기 배기 라인(110)으로부터 배기가스 일부는 외부로 배출되고, 일부의 배기가스는 상기 배기 라인(110)으로부터 분기되는 저압 이지알 라인(140)으로 유입될 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 상기 배기 라인(110)에는 촉매(120)가 설치되어 있는데, 상기 촉매(120)는 디젤필터촉매(DPF: diesel particulate filter)와 디젤산화촉매(DOC: diesel oxidation catalyst)를 포함할 수 있으며, 상기 저압 이지알 밸브(130)는 상기 촉매(120) 후단에 설치된다. 상기 DPF는 엔진 배기 매니폴드(exhaust manifold)(410)에 연결된 배기 라인(110)상에서 가장 상류측에 배치되고 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 포집하는 역할을 하고, 상기 DOC는 상기 DPF의 하류에 설치되고 배기가스에 포함된 유해물질 중 탄화수소, 일산화탄소, 입자상 물질 중의 용해성 유기물질(SOF)을 산화시켜 이산화탄소와 물로 변환시키는 기능을 수행한다.
나아가 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 저압 이지알 밸브(130)를 통해 유입되는 배기가스를 냉각시켜 재순환시키는 저압 이지알 쿨러(160)가 상기 저압 이지알 밸브(130)의 후단에 설치되며, 상기 저압 이지알 밸브(130)의 후단에는 상기 이지알 가스에 포함되어 있는 이물질을 제거하기 위한 에머전시 필터(Emergency filter)(150)가 설치되어 있는데, 상기 에머전시 필터(150)는 상기 저압 이지알 쿨러(160)의 전단에 설치된다.
상기 압력 센서(121, 122, 123, 124)는 상기 저압 이지알 밸브(130)의 전후단에 설치하는데, 구체적으로는 상기 촉매(120) 후단, 즉 제1압력 센서(121)는 상기 저압 이지알 밸브(130)와 상기 촉매(120)의 사이에 설치되고, 나머지 압력 센서(122, 123, 124)는 상기 에머전시 필터(150)의 전단(122) 또는 상기 저압 이지알 쿨러(160)의 전단(123) 또는 후단(124)에 설치될 수도 있다. 즉, 상기 저압 이지알 밸브(130)의 후단에 설치되는 압력 센서(122, 123, 124)는 상기 저압 이지알 밸브(130)의 전후단에서의 압력 차이를 구하기 위한 것이므로 상기 저압 이지알 밸브(130)의 후단과 흡입되는 신기와 혼합되기 전의 어느 위치에 설치해도 된다.
이 때, 상기 배기 라인(110)과 상기 흡기 라인(180)에 연결된 터보 차져(170)(Turbo Charger)가 설치되어 있다. 상기 터보 차져(170)는 배기 라인(110)과 연결되어 외부로 향하는 배기가스를 통과시켜 에너지를 발생시키는 터빈(171)과 상기 터빈(171)과 연결되고 상기 터빈(171)에 의해 발생된 에너지에 의하여 상기 흡기 라인(180)과 연결되어 재순환되는 배기가스와 신기를 엔진에 공급하기 위하여 압축하는 컴프레서(172)로 구성된다.
상기 흡기 라인(180)을 통과하는 재순환 배기가스와 신기는 인터쿨러(300)를 통과하면서 보다 더 냉각되어 엔진에 공급된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 재순환 배기가스의 역류는 주로 저압 이지알 라인(140)에서 발생되므로 저압 이지알 라인(140)을 위주로 설명하겠지만, 고압 이지알 라인(220)에서도 재순환 배기가스의 역류 현상이 발생한다면 동일하게 적용될 수 있을 것이다.
고압 이지알 시스템(200)은 배기 매니폴드(410)로부터 배출되는 고온 고압의 배기가스 일부를 분기시켜 고압 이지알 라인(220)을 통과시키고, 고압 이지알 라인(220)을 통과한 고온 고압의 배기가스를 냉각시키기 위하여 고압 이지알 쿨러(230)를 통과시킨 다음, 냉각된 재순환 배기가스를 상기 터보 차져(170)를 통과한 공기와 혼합되어 흡기 매니폴드(intake manifold)(420)를 거쳐 엔진(400)에 공급되도록 한다.
이 때, 만약 상기 인터쿨러(300)를 통과한 이지알 가스 및 공급되는 신기가 상기 고압 이지알 라인(220)으로 역류하게 된다면, 상기 저압 이지알 라인(140)의 경우와 유사하게 고압 이지알 라인(220)에 설치되어 고압 이지알 가스의 양을 조절하는 고압 이지알 밸브(210)의 전후단에 압력 센서를 설치하여 역류를 방지할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 제어부(500)는 상기 압력 센서에 의해 측정된 현재 차압이 기설정된 목표 차압보다 작은 경우에는 상기 저압 이지알 밸브(130)의 개도를 조절함으로써 재순환 배기가스의 역류를 방지할 수 있다. 즉, 저압 이지알 밸브(130)의 전후단의 차압을 증가시키기 위해서 저압 이지알 밸브(130)의 개도량을 작게 한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 재순환 배기가스의 역류를 방지하기 위한 저압 이지알 시스템(100)의 제어방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재순환 배기가스의 역류를 방지하기 위한 저압 이지알 시스템(100)을 제어하는 순서도이다.
먼저, 엔진 스피드와 부하를 측정(S10)하고, 상기 측정한 엔진 스피드 및 부하에 따른 저압 이지알 밸브(130) 전후단의 최소 목표 차압을 설정(S20)한다.
그리고, 저압 이지알 밸브(130) 전후단의 현재의 차압을 측정(S30)한다. 상기 측정된 현재 차압과 목표 차압을 비교(S40)하여, 만약, 현재 차압이 목표 차압보다 크다면 저압 이지알 시스템(100)이 정상적으로 작동하는 것으로 판단(S90)하여 상기 S10 단계로 리턴하여 다시 엔진 스피드와 부하를 측정하지만, 현재 차압이 목표 차압보다 작은 경우에는 저압 이지알 밸브(130)의 개도를 조절하여 현재 차압을 상승시킨다.(S50) 즉, 저압 이지알 밸브(130)의 개도량을 감소시켜 저압 이지알 밸브(130) 전후단의 차압을 증가시킨다.
상기와 같이 현재 차압을 상승시킨 후에 다시 현재 차압과 목표 차압의 크기를 비교(S60)하여 현재 차압이 목표 차압보다 커진 경우에는 저압 이지알 시스템(100)이 정상 작동하는 것으로 판단하여 상기 S10 단계로 리턴하여 엔진 스피드와 부하를 측정하지만, 현재 차압을 상승시킨 후에도 계속하여 현재 차압이 목표 차압보다 크다면 일정 시간을 유지한다.(S70) 상기와 같이 일정 시간을 유지하는 이유는 순간적인 시스템의 비정상 작동에 의해 현재 차압이 목표 차압보다 작게 되는 경우를 대비하여 일정 시간동안 계속하여 에러가 검출되는지를 확인하기 위함이다. 이를 디바운스 타임(Debounce time)이라 한다.
이 때, 상기 목표 차압은 상기 저압 이지알 라인(140)에서 재순환 배기가스의 역류를 방지할 수 있는 최소 차압을 의미한다.
또한, 상기 저압 이지알 밸브(130)의 개도를 조절하여 현재 차압을 상승시켰더라도 현재 차압이 목표 차압보다 작아 디바운스를 수행한 경우, 디바운스를 수행하는 동안 지속적으로 에러 발생하는 경우, 즉 상기 저압 이지알 밸브(130)의 개도를 조절하였음에도 불구하고 현재 차압이 목표 차압보다 작은 경우에는 재순환 배기가스의 역류를 방지하기 위하여 저압 이지알 시스템(100)을 정지시켜야 한다. 이 때, 상기 저압 이지알 시스템(100)은 경고등과 같은 경고장치에 의해 작업자에게 경고를 할 수 있도록 하여 시스템의 오작동을 미연에 방지할 수 있다.(S80)
만약, 재순환 배기가스가 역류되는 경우에는 공기량 제어가 불안정하여 흡입되는 공기의 양이 매우 불규칙적이다. 그러나, 저압 이지알 밸브(130) 전후단의 압력 센서에 의한 신호에 의해 상기 저압 이지알 밸브(130)의 개도를 조절하여 역류 방지를 위하여 개도의 크기를 보상하면 실제 차압이 증가하게 되어 흡입되는 공기의 양이 보다 안정적으로 공급되게 된다.
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.
100: 저압 이지알 시스템
110: 배기 라인
120: 촉매
121, 122, 123, 124: 압력 센서
130: 저압 이지알 밸브
140: 저압 이지알 라인
150: 에머전시 필터
160: 저압 이지알 쿨러
170: 터보차져
171: 터빈
172: 컴프레서
180: 흡기 라인
200: 고압 이지알 시스템
210: 고압 이지알 밸브
220: 고압 이지알 라인
230: 고압 이지알 쿨러
300: 인터쿨러
400: 엔진
410: 배기 매니폴드
420: 흡기 매니폴드
500: 제어부

Claims (13)

  1. 엔진 회전수와 부하를 측정하는 단계;
    상기 측정된 엔진 회전수와 부하에 따른 저압 이지알 밸브 전후단의 목표 차압을 설정하는 단계;
    상기 저압 이지알 밸브 전후단의 현재 차압을 측정하는 단계;
    상기 현재 차압과 목표 차압을 비교하는 단계;
    상기 현재 차압이 상기 목표 차압보다 작은 경우에는 상기 저압 이지알 밸브의 개도를 조절하여 재순환 배기가스의 양을 조절함으로써 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 목표 차압은 상기 저압 이지알 라인에서 재순환 배기가스의 역류를 방지할 수 있는 최소 차압인 것을 특징으로 하는 저압 이지알 시스템 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저압 이지알 밸브의 개도 조절 후에 상기 현재 차압과 상기 목표 차압을 다시 비교하는 단계;
    상기 비교 단계에서 현재 차압이 목표 차압보다 작은 경우에는 일정시간 동안 디바운스를 수행하는 단계;
    를 더 포함하는 저압 이지알 시스템 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 디바운스를 수행하는 동안 지속적으로 에러 발생시 상기 저압 이지알 시스템을 정지시키는 단계를 더 포함하는 저압 이지알 시스템 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 저압 이지알 시스템을 정지시키는 단계는 경고등에 의해 경고를 하는 단계를 더 포함하는 저압 이지알 시스템 제어방법.
  6. 엔진으로 공급되는 공기가 통과하는 흡기 라인;
    엔진에서 발생된 배기가스가 통과하는 배기 라인;
    상기 배기 라인으로부터 분기되어 상기 흡기 라인과 연결되는 저압 이지알 라인;
    상기 저압 이지알 라인에 설치되어 상기 배기 라인에서 분기되는 이지알 가스의 양을 조절하는 저압 이지알 밸브;
    상기 저압 이지알 밸브의 전후단에 설치된 압력 센서; 및
    상기 압력 센서에 의해 측정된 차압을 이용하여 상기 저압 이지알 밸브의 개도를 조절하는 제어부;
    를 포함하여 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 압력 센서에 의해 측정된 현재 차압이 기설정된 목표 차압보다 작은 경우, 상기 저압 이지알 밸브의 개도를 조절하는 것을 특징으로 하는 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 저압 이지알 밸브를 통해 유입된 배기가스를 냉각시키는 저압 이지알 쿨러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 저압 이지알 밸브의 전단 및 상기 저압 이지알 쿨러의 후단에 설치되는 것을 특징으로 하는 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 저압 이지알 밸브의 후단에는 에머전시 필터가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 저압 이지알 밸브는 삼방향 밸브인 것을 특징으로 하는 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 저압 이지알 라인의 전단에는 촉매가 설치되는 것을 특징으로 하는 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 촉매는 디젤필터촉매 또는 디젤산화촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 재순환 배기가스의 역류를 방지하는 저압 이지알 시스템.
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