KR101229461B1 - 배기가스 재순환 장치 밸브 고장진단 방법 - Google Patents

배기가스 재순환 장치 밸브 고장진단 방법 Download PDF

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Abstract

배기가스 재순환 장치 밸브의 고장진단 방법이 개시된다. 본 발명의 일 면에 따른 EGR 밸브의 고장진단 방법은 내연 기관의 배기 통로와 흡기 통로를 연통하는 EGR 통로와, 상기 EGR 통로를 개폐하는 EGR 밸브와 상기 EGR 밸브를 구동하는 구동 수단을 적어도 포함하는 EGR 조정 장치와, 상기 흡기 통로와, 상기 흡기 통로의 상류측에 마련되어 대기에 연통된 대기 도입 통로와, 상기 EGR 통로 내로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추기 위한 EGR 쿨러와, 상기 EGR 쿨러에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급 수단을 포함하는 배기가스 재순환 장치에서 수행된다. 본 발명의 일 면에 따른 EGR 밸브 고장진단 방법은 엔진 연료 차단 상태(Fuel cut off)에서 상기 EGR 쿨러에 제공되는 냉각수를 차단하는 단계, 상기 EGR 통로가 기 설정된 개도량을 갖도록 상기 EGR 조정장치를 제어하는 단계, 상기 흡기 통로에 구비된 센서를 이용하여, 상기 흡기 통로에 흡입된 배기 가스의 온도 및 압력을 측정하는 단계, 측정된 온도 및 압력에 관한 정보에 의거하여 상기 EGR 통로의 개도량을 추측하는 단계, 상기 기 설정된 개도량과 상기 추측된 개도량을 비교하여 상기 EGR 밸브의 고장을 진단하는 단계를 포함한다.

Description

배기가스 재순환 장치 밸브 고장진단 방법{Diagnosis Method of Exhaust Gas Recirculation valve}
본 발명은 배기가스 재순환 장치 밸브의 고장진단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 흡기 매니폴드에 구비된 맵 센서를 이용하여 배기가스 재순환 장치 밸브의 개도를 진단하는 방법에 관한 것이다.
배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation) 장치는 연소 초기과정에서 많이 발생하는 NOx를 저감시키는 방법의 일종이다. 디젤엔진의 연소과정에는 항상 공기 과잉 상태에서 이루어지기 때문에 연소되는 배기가스 중에는 NOx 등의 유해가스가 많이 발생한다. NOx는 엔진실린더에서 연소할 때 고온에 의해서 공기중의 질소와 산소가 결합하여 생성된다. EGR 장치는 연소가 끝난 배기가스를 흡입 매니폴드로 혼입시킴으로써, 연소를 완만하게 하여 최고 연소온도를 내리고, NOx를 저감하는 장치이다.
구체적으로, 배기가스 재순환 장치는 배기 매니폴드에서 추출한 배기가스를 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드의 압력 차이를 이용하여 흡기 매니폴드로 보내는 방식을 사용하고 있다. 이때, 흡기 매니폴드와 배기 매니폴드를 연결하는 부위에 EGR 밸브가 장착되어 있고, 이는 DC 모터에 의해 제어된다. 필요한 배기가스 순환율을 결정하기 위해서 ECU에서 밸브 타겟 값을 DC 모터로 전송하고, DC 모터는 전송된 타겟 값에 따라 EGR 밸브를 열어 배기가스를 순환시키게 된다. 이때, EGR 밸브의 열림 정도, 즉 개도는 DC 모터에서 측정되는 전압에 따라 결정되게 된다.
현재 EGR 밸브의 열림과 닫힘이 적절하게 이루어지고 있는지 여부는 DC 모터에서 측정되는 전압에 의해 판단된다. 만약 배기가스 재순환 장치 연결 와이어에 기계적인 문제가 발생하거나, 또는 노이즈 등으로 인해 신호 처리에서 문제가 발생하게 된다면, DC 모터에서 측정되는 전압 값에 신뢰성이 없으므로 EGR 밸브의 동작을 감시할 수 있는 방법이 없다. EGR 밸브 개도가 정확하게 제어되지 않으면 배기가스 재순환 장치 사용구간에서 엔진 부조나 미스 파이어 등의 문제가 생길 수 있다.
이에 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, DC 모터에서 측정되는 전압에 의해 EGR 밸브의 고장 여부를 진단하는 방법을 보완하여 흡기 매니폴드에 구비된 맵 센서를 이용하여 EGR 밸브의 개도를 진단할 수 있는 배기가스 재순환 장치 밸브 고장진단 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 EGR 밸브의 고장진단 방법은 내연 기관의 배기 통로와 흡기 통로를 연통하는 EGR 통로와, 상기 EGR 통로를 개폐하는 EGR 밸브와 상기 EGR 밸브를 구동하는 구동 수단을 적어도 포함하는 EGR 조정 장치와, 상기 흡기 통로와, 상기 흡기 통로의 상류측에 마련되어 대기에 연통된 대기 도입 통로와, 상기 EGR 통로 내로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추기 위한 EGR 쿨러와, 상기 EGR 쿨러에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급 수단을 포함하는 배기가스 재순환 장치에서 수행된다.
본 발명의 일 면에 따른 EGR 밸브 고장진단 방법은 엔진 연료 차단 상태(Fuel cut off)에서 상기 EGR 쿨러에 제공되는 냉각수를 차단하는 단계, 상기 EGR 통로가 기 설정된 개도량을 갖도록 상기 EGR 조정장치를 제어하는 단계, 상기 흡기 통로에 구비된 센서를 이용하여, 상기 흡기 통로에 흡입된 배기 가스의 온도 및 압력을 측정하는 단계, 측정된 온도 및 압력에 관한 정보에 의거하여 상기 EGR 통로의 개도량을 추측하는 단계, 상기 기 설정된 개도량과 상기 추측된 개도량을 비교하여 상기 EGR 밸브의 고장을 진단하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 개도량을 추측하는 단계는 실험을 통해 기 구축된 온도 및 압력에 대한 상기 EGR 통로의 개도량 데이터에서 측정된 온도 및 압력에 해당하는 개도량을 독출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 EGR 밸브의 고장을 진단하는 단계는 상기 추측된 개도량이 상기 기 설정된 개도량에서 기 설정된 오차 범위 밖에 있는 경우, 상기 EGR 밸브에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고장 진단 결과, 상기 EGR 밸브가 정상인 경우, 측정된 온도 및 압력에 대하여 추측된 상기 EGR 통로의 개도량을 학습하고, 학습된 내용을 상기 EGR 통로의 개도량 데이터에 업데이트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, DC 모터에서 측정되는 전압을 사용하여 EGR 밸브의 고장 여부를 진단하는 방법과 더불어 Fuel-cut off 영역에서 2차적으로 맵 센서를 이용하여 EGR 밸브의 고장 여부를 진단함으로써, DC 모터에 문제가 발생한 경우에도 EGR 밸브의 고장 여부를 정확하게 파악할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 EGR 밸브 고장진단 방법을 도시한 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 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. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 장치 밸브(이하, EGR 밸브) 고장진단 방법을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 배기가스 재순환 장치의 구체적인 구성의 일 예를 도시한 예시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 밸브 고장진단 방법은, 내연 기관의 배기 통로(1)와 흡기 통로(2)를 연통하는 EGR 통로(3)와, 상기 EGR 통로(3)를 개폐하는 EGR 밸브(4)와 상기 EGR 밸브(4)를 구동하는 구동 수단(5)을 적어도 포함하는 EGR 조정 장치와, 상기 흡기 통로(2)와, 상기 흡기 통로(2)의 상류 측에 마련되어 대기에 연통된 대기 도입 통로(6)와, 상기 EGR 통로(3) 내로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추기 위한 EGR 쿨러(7)와, 상기 EGR 쿨러(7)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급 수단(8)을 포함하는 배기가스 재순환 장치에서 수행된다.
본 발명에서의 배기가스 재순환 장치의 흡기 통로(2)에는 EGR 통로(3)를 통해 재순환되어 유입되는 배기가스의 온도 및 압력을 측정하기 위한 센서(이하, 맵 센서; 2_1)가 구비되어 있으며, 맵 센서(2_1)에서 측정된 온도 및 압력에 관한 정보는 제어부(미도시)로 전송되어, EGR 밸브(4)의 고장진단 여부를 판단하기 위한 기초로 활용된다.
도 2는 본 발명에 따른 EGR 밸브 고장진단 방법을 도시한 순서도이다.
도시된 바와 같이, 먼저 엔진 연료 차단 상태(Fuel cut off)에 진입하게 되면 제어부는 EGR 쿨러(7)에 제공되는 냉각수를 차단한다(S210). 배기가스 재순환(EGR)은 배기 통로(1)와 흡기 통로(2) 사이의 압력차이를 이용하여 흡기 통로(2)로 배기가스를 유입시키는 방식을 이용하는데, 일반적으로 배기가스는 온도 및 압력이 매우 크기 때문에 고온 고압의 배기가스가 흡기 통로(2)에 직접적으로 유입되는 경우 발생될 수 있는 폭발 등의 위험을 방지하기 위하여, 배기가스의 온도 및 압력을 어느 정도 떨어뜨릴 필요가 있다. 이를 위해, EGR 통로(3) 내로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추기 위한 EGR 쿨러(7)와, 상기 EGR 쿨러(7)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급 수단(8)이 구비되어 있다.
본 발명은 맵 센서(2_1)에서 측정되는 배기가스의 온도 및 압력 변화에 따른 EGR 통로(3)의 개도량 변화를 이용하여 EGR 밸브 고장 여부를 진단하는 방법에 관한 것으로서, 배기가스의 온도 및 압력 변화에 따른 EGR 통로(3)의 개도량 변화 추이를 보다 정확하게 모니터링하기 위해서는 어느 정도 높은 압력 및 온도의 배기가스를 필요로 한다. 따라서, EGR 쿨러(7)에 제공되는 냉각수를 차단할 필요가 있으며, 이는 밸브 제어 등을 통해 수행될 수 있다.
그리고 제어부는 상기 EGR 통로(3)가 기 설정된 개도량을 갖도록 상기 EGR 조정장치(5)를 제어한다(S220). 여기서, EGR 조정장치(5)는 DC 모터일 수 있고, 특정 배기가스 순환율을 얻기 위한 밸브 타겟 값은 제어부에서 연산되어 DC 모터로 전송된다. DC 모터는 전송된 타겟 값만큼 EGR 밸브(4)를 열어서 배기가스를 순환시키게 된다. 이 때, EGR 밸브(4)의 열림 정도는 DC 모터에 가해지는 전압에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 제어부는 EGR 통로(3)가 100% 개도량을 갖도록 이에 해당하는 전압을 DC 모터에 전송하고, DC 모터는 이에 따라 동작하여 EGR 밸브(4)를 완전히 열게 된다. 즉, 제어부는 DC 모터에 가해지는 전압 제어를 통해 EGR 통로(3)의 개도량을 결정할 수 있는 것이다.
기 설정된 개도량 만큼 열린 EGR 통로(3)로부터 배기가스는 흡기 통로(2)로 유입되고, 흡기 통로(2)에 구비된 맵 센서(2_1)는 유입된 배기가스의 온도 및 압력을 측정한다(S230). 유입되는 배기가스의 양에 따라 온도 및 압력에 대한 측정 값은 변화한다. 즉, 유입되는 배기가스의 양이 많아질수록 온도 및 압력에 대한 측정 값은 선형적 또는 기하급수적으로 증가하게 된다. 맵 센서(2_1)에서 측정된 배기가스의 온도 및 압력 값은 제어부로 전송되고, 이는 EGR 밸브의 고장진단을 하기 위한 기초 자료로 사용된다.
이후, 제어부는 측정된 온도 및 압력에 관한 정보에 의거하여 상기 EGR 통로(3)의 개도량을 추측한다(S240). 상술한 바와 같이, EGR 통로(3)의 개도량과 측정된 배기가스의 온도 및 압력 값은 상관 관계가 있다. 이와 같은 상관 관계를 바탕으로 온도 및 압력에 대한 EGR 통로(3)의 개도량 데이터는 실험을 통해 기 구축된다.
제어부는 기 구축된 데이터에서 측정된 온도 및 압력에 해당하는 개도량을 독출함으로써, EGR 통로(3)의 개도량을 추측할 수 있게 된다.
다음으로, 제어부는 상기 기 설정된 개도량과 상기 추측된 개도량을 비교하여 상기 EGR 밸브(4)의 고장을 진단한다. 이는 상기 추측된 개도량이 상기 기 설정된 개도량에서 기 설정된 오차 범위 내에 있는지 여부를 판단하여 수행될 수 있다(S250).
예를 들어, 기 설정된 개도량이 100%이면 EGR 밸브(4)는 완전히 열리고, 그EGR 통로(3)를 통해 배기가스는 흡기 통로(2)로 유입된다. 맵 센서(2_1)는 유입된 배기가스의 온도 및 압력을 측정하고, 제어부는 측정된 온도 및 압력값에 기초하여 EGR 통로(3)의 개도량을 기 구축된 개도량 데이터에서 독출한다. 만약, 독출된 개도량이 95%이고, 사용자가 설정한 오차가 6%인 경우에는, 기 설정된 개도량과 추측된 개도량의 오차가 5%이므로, 오차 범위 내에 있어 EGR 밸브(4)는 정상으로 진단된다(S261). 이와 반대인 경우, 즉 기 설정된 개도량과 추측된 개도량의 오차가 오차범위를 벗어난 경우에는 EGR 밸브(4)는 고장으로 진단된다(262).
만약, EGR 밸브(4)가 정상으로 진단된 경우라면, 제어부는 측정된 배기가스의 온도 및 압력에 대하여 추측된 상기 EGR 통로(3)의 개도량을 학습하고, 학습된 내용을 상기 EGR 통로(3)의 개도량 데이터에 업데이트한다(S270).
한편, 본 발명에서 EGR 밸브의 고장진단은 순차적으로 진행될 수도 있다. 예를 들어, 제어부에서 순차적으로 EGR 통로(3)의 개도량을 설정하고, 설정된 개도량만큼 EGR 밸브(4)는 열리거나 닫혀, 이에 따라 측정된 배기가스의 온도 및 압력에 대한 개도량은 순차적으로 추측된다. 즉, 개도량은 100%에서 10%까지 일정한 간격으로 순차적으로 설정될 수 있고, 이에 따라 제어부에서 추측되는 개도량도 달라지게 된다. 제어부는 순차적으로 설정된 개도량과 이에 따라 순차적으로 추측된 개도량 각각을 S250 단계의 방법을 이용하여 비교함으로써, 각각의 개도량 추측값에 대한 고장진단 결과를 출력한다. 각각의 고장진단 결과는 EGR 밸브(4)의 최종 고장진단 결과를 산출하기 위한 기초가 될 수 있는데, 어느 하나의 고장진단 결과가 Fail(고장인 것을 의미 함)인 경우, 제어부는 최종적으로 EGR 밸브(4) 고장으로 판단할 수 있고, 각각의 고장진단 결과의 과반수가 Fail인 경우에 최종적으로 EGR 밸브(4) 고장으로 판단할 수 있다. 이는 사용자의 설정에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 내연 기관의 배기 통로와 흡기 통로를 연통하는 EGR 통로와, 상기 EGR 통로를 개폐하는 EGR 밸브와 상기 EGR 밸브를 구동하는 구동 수단을 적어도 포함하는 EGR 조정 장치와, 상기 흡기 통로와, 상기 흡기 통로의 상류측에 마련되어 대기에 연통된 대기 도입 통로와, 상기 EGR 통로 내로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추기 위한 EGR 쿨러와, 상기 EGR 쿨러에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급 수단을 포함하는 배기가스 재순환 장치가 수행하는 EGR 밸브의 고장진단 방법에 있어서,
    엔진 연료 차단 상태(Fuel cut off)에서 상기 EGR 쿨러에 제공되는 냉각수를 차단하는 단계;
    상기 EGR 통로가 기 설정된 개도량을 갖도록 상기 EGR 조정장치를 제어하는 단계;
    상기 흡기 통로에 구비된 센서를 이용하여, 상기 흡기 통로에 흡입된 배기 가스의 온도 및 압력을 측정하는 단계;
    측정된 온도 및 압력에 관한 정보에 의거하여 상기 EGR 통로의 개도량을 추측하는 단계; 및
    상기 기 설정된 개도량과 상기 추측된 개도량을 비교하여 상기 EGR 밸브의 고장을 진단하는 단계
    를 포함하는 EGR 밸브의 고장진단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개도량을 추측하는 단계는,
    실험을 통해 기 구축된 온도 및 압력에 대한 상기 EGR 통로의 개도량 데이터에서 측정된 온도 및 압력에 해당하는 개도량을 독출하는 단계를 포함하는 것
    인 EGR 밸브의 고장진단 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 EGR 밸브의 고장을 진단하는 단계는,
    상기 추측된 개도량이 상기 기 설정된 개도량에서 기 설정된 오차 범위 밖에 있는 경우, 상기 EGR 밸브에 고장이 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것
    인 EGR 밸브의 고장진단 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고장 진단 결과, 상기 EGR 밸브가 정상인 경우, 측정된 온도 및 압력에 대하여 추측된 상기 EGR 통로의 개도량을 학습하고, 학습된 내용을 상기 EGR 통로의 개도량 데이터에 업데이트하는 단계
    를 더 포함하는 EGR 밸브의 고장진단 방법.
  5. 내연 기관의 배기 통로와 흡기 통로를 연통하는 EGR 통로와, 상기 EGR 통로를 개폐하는 EGR 밸브와 상기 EGR 밸브를 구동하는 구동 수단을 적어도 포함하는 EGR 조정 장치와, 상기 흡기 통로와, 상기 흡기 통로의 상류측에 마련되어 대기에 연통된 대기 도입 통로와, 상기 EGR 통로 내로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추기 위한 EGR 쿨러와, 상기 EGR 쿨러에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급 수단을 포함하는 배기가스 재순환 장치가 수행하는 EGR 밸브의 고장진단 방법에 있어서,
    엔진 연료 차단 상태(Fuel cut off)에서 상기 EGR 쿨러에 제공되는 냉각수를 차단하는 단계;
    상기 EGR 통로가 순차적으로 기 설정된 개도량을 갖도록 상기 EGR 조정장치를 제어하는 단계;
    상기 흡기 통로에 구비된 센서를 이용하여, 상기 흡기 통로에 흡입된 배기 가스의 온도 및 압력을 순차적으로 측정하는 단계;
    순차적으로 측정된 온도 및 압력에 관한 정보를 분류하고, 분류된 온도 및 압력 정보 각각에 해당하는 상기 EGR 통로의 개도량을 추측하는 단계
    순차적으로 기 설정된 개도량과 추측된 개도량을 각각 비교하여 상기 EGR 밸브의 고장을 진단하는 단계
    를 포함하는 EGR 밸브의 고장진단 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 개도량을 추측하는 단계는,
    실험을 통해 기 구축된 온도 및 압력에 대한 상기 EGR 통로의 개도량 데이터에서 측정된 온도 및 압력에 해당하는 개도량을 독출하는 단계를 포함하는 것
    인 EGR 밸브의 고장진단 방법.
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