KR101355621B1

KR101355621B1 - Ｅｇｒ시스템

Info

Publication number: KR101355621B1
Application number: KR1020120146050A
Authority: KR
Inventors: 김승범
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-01-27

Abstract

배기라인에서 분기되어 흡기라인에 연결된 EGR라인; 상기 EGR라인에 구비된 EGR쿨러 및 EGR밸브; 상기 EGR라인에서 EGR밸브의 후단에 마련된 온도센서; 냉매펌프가 구비되고, 엔진과 EGR쿨러를 함께 순환하며 냉각하는 냉각라인; 및 상기 냉매펌프의 가동 또는 정지상태에서 EGR밸브를 오픈 또는 클로즈하며 온도센서를 통해 EGR가스의 온도를 측정하고, 측정결과의 비교를 통해 EGR밸브 또는 EGR쿨러의 고장을 검출하는 제어부;를 포함하는 EGR시스템이 소개된다.

Description

ＥＧＲ시스템 {EGR SYSTEM}

본 발명은 바이패스라인이 마련되지 않은 가솔린 EGR시스템의 경우에서 EGR밸브의 고장여부를 쉽게 알 수 있으며, 특히 EGR쿨러를 엔진 냉각과 겸용하는 경우 그 EGR쿨러의 막힘 등에 의한 고장을 쉽게 알 수 있는 EGR시스템에 관한 것이다.

가솔린엔진에의 NOX제거를 위해 EGR시스템의 적용에 따라 EGR가스의 온도를 결정하게 되는 EGR쿨러의 효율(작동성) 확인은 EGR시스템을 통해서 얻고자 하는 연비 및 배출가스 결과치에 영향을 주게 된다.

100℃ 이하의 EGR가스를 연소실에 유입시킴으로써 연소실 온도를 낮출 수 있고, 이를 통해 노킹 발생을 줄여 점화시기를 앞당길 수 있다. 또한, 점화시기가 앞당겨지면(진각) 토크가 증대되어 연비효과를 볼 수 있게 된다.

이와 같이 EGR쿨러의 모니터링은 고장신호 법규를 만족하기 위해서 꼭 필요한 고장진단 항목이다. 현재 EGR시스템을 적용하고 있는 디젤엔진의 경우 EGR쿨러에 바이패스밸브가 장착되어 EGR쿨러 후단의 온도센서를 통해 EGR가스가 쿨러를 지나서 나온 온도와 바이패스를 통해서 나온 온도의 비교를 통하여 EGR쿨러의 막힘 및 효율을 판단하게 된다.

그러나 현재 가솔린엔진에서 사용할 예정인 EGR쿨러의 경우 쿨드 EGR 조건이기에 EGR쿨러에 바이패스밸브가 없게 된다. 이렇기 때문에 EGR가스는 항상 EGR쿨러를 지나게 됨으로써 쿨러 후단 또는 EGR밸브 후단의 EGR가스 온도측정을 통하여 EGR쿨러의 효율 모니터링이 어렵게 되었다.

또한 EGR밸브의 클로즈 제어에 대한 리크 확인을 할 수 있는 진단방법도 없는 상태이다. 클로즈시 리크가 발생하여 원하지 않는 EGR가스가 연소실로 흡입되게 되면 연소안정성이 불안해져서 차량의 울컥거림 및 시동꺼짐이 발생할 수 있다.

종래의 KR10-2009-0060760 A "이지알 쿨러의 모니터링 시스템 및 그 방법"은 "엔진에 연결되는 배기관과 분기되어 배치되며, 재순환 배기가스를 냉각시키는 EGR 쿨러; 상기 EGR 쿨러의 출구에 배치되어 재순환 배기가스 양을 조정하는 EGR 밸브; 상기 EGR 쿨러의 입구측과 출구측을 연결하는 바이패스 라인의 소정 위치에 배치되어 재순환 배기가스의 바이패스 여부를 결정하는 바이패스 밸브; 스로틀 밸브를 통과한 신기와 EGR 쿨러 및 바이패스 라인을 통과한 재순환 배기가스가 혼합된 흡입공기의 온도를 검출하는 온도센서를 포함하며, 엔진이 EGR 제어의 아이들 상태이면 EGR 쿨러의 모니터링 모드로 진입하여 바이패스 밸브를 개방시킨 상태에서 흡입공기의 온도(T1)를 검출하고, 바이패스 밸브(120)를 폐쇄시킨 상태에서 흡입공기의 온도(T2)를 검출하여 두 온도 값의 비교를 통해 EGR 쿨러의 고장 여부를 진단하는 제어부를 더 포함하는 이지알 쿨러 모니터링 시스템"을 소개한다.

그러나 이러한 방법에 따르더라도 바이패스라인이 마련되지 않은 가솔린 EGR시스템의 경우에는 EGR밸브의 고장여부를 쉽게 알 수 없으며 특히 EGR쿨러를 엔진 냉각과 겸용하는 경우 그 EGR쿨러의 막힘 등에 의한 고장을 쉽게 알 수 없는 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2009-0060760

A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 바이패스라인이 마련되지 않은 가솔린 EGR시스템의 경우에서 EGR밸브의 고장여부를 쉽게 알 수 있으며, 특히 EGR쿨러를 엔진 냉각과 겸용하는 경우 그 EGR쿨러의 막힘 등에 의한 고장을 쉽게 알 수 있는 EGR시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 EGR시스템은, 배기라인에서 분기되어 흡기라인에 연결된 EGR라인; 상기 EGR라인에 구비된 EGR쿨러 및 EGR밸브; 상기 EGR라인에서 EGR밸브의 후단에 마련된 온도센서; 냉매펌프가 구비되고, 엔진과 EGR쿨러를 함께 순환하며 냉각하는 냉각라인; 및 상기 냉매펌프의 가동 또는 정지상태에서 EGR밸브를 오픈 또는 클로즈하며 온도센서를 통해 EGR가스의 온도를 측정하고, 측정결과의 비교를 통해 EGR밸브 또는 EGR쿨러의 고장을 검출하는 제어부;를 포함한다.

상기 EGR라인에는 배기라인에서 분기된 측에서부터 EGR쿨러, EGR밸브, 온도센서의 순으로 마련될 수 있다.

상기 제어부는 냉매펌프 정지/EGR밸브 오픈시 온도를 T1, 냉매펌프 정지/EGR밸브 클로즈시 온도를 T2, 냉매펌프 가동/EGR밸브 오픈시 온도를 T3, 냉매펌프 가동/EGR밸브 클로즈시 온도를 T4로 저장할 수 있다.

상기 제어부는 T1＞T2인 경우 EGR밸브 정상으로 판단할 수 있다.

상기 제어부는 T3＞T4인 경우 EGR밸브 정상으로 판단할 수 있다.

상기 제어부는 T1＞T3인 경우 EGR쿨러 정상으로 판단할 수 있다.

상기 제어부는 T1≤T2인 경우 EGR밸브 고장으로 판단할 수 있다.

상기 제어부는 T3≤T4인 경우 EGR밸브 고장으로 판단할 수 있다.

상기 제어부는 T1≤T3인 경우 EGR쿨러 고장으로 판단할 수 있다.

상기 EGR라인은 바이패스라인 및 바이패스밸브가 구비되지 않은 비분기식 EGR라인일 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 EGR시스템에 따르면, EGR쿨러의 바이패스가 없는 사양을 사용하면서 원가 절감을 할 수 있고 문제되는 EGR쿨러 고장진단을 해결할 수 있다. 또한, EGR밸브의 밀폐에 대한 진단도 병행하여 밸브의 카본퇴적에 대해서 판단할 수 있다. 그리고, EGR 유량제어의 고장진단 및 모니터링을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR시스템의 제어 블록도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 EGR시스템에 대하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR시스템의 구성도이다. 본 발명의 EGR시스템은, 배기라인(EX)에서 분기되어 흡기라인(IN)에 연결된 EGR라인(RE); 상기 EGR라인(RE)에 구비된 EGR쿨러(100) 및 EGR밸브(200); 상기 EGR라인(RE)에서 EGR밸브(200)의 후단에 마련된 온도센서(300); 냉매펌프(400)가 구비되고, 엔진(10)과 EGR쿨러(100)를 함께 순환하며 냉각하는 냉각라인(CL); 및 상기 냉매펌프(400)의 가동 또는 정지상태에서 EGR밸브(200)를 오픈 또는 클로즈하며 온도센서(300)를 통해 EGR가스의 온도를 측정하고, 측정결과의 비교를 통해 EGR밸브(200) 또는 EGR쿨러(100)의 고장을 검출하는 제어부(500);를 포함한다.

본 발명의 경우 상기 엔진(10)은 가솔린엔진이며, 상기 EGR라인(RE)은 바이패스라인 및 바이패스밸브가 구비되지 않은 비분기식 EGR라인일 경우 그 효과가 매우 크다고 할 수 있다. 즉, 종래의 디젤엔진시스템의 경우 EGR라인에 바이패스라인 및 바이패스밸브를 구비하고 이를 주라인과 온도로 비교함으로써 EGR쿨러 또는 EGR밸브의 고장여부를 검출하였는바, 이러한 시설이 구비되지 않는 가솔린 EGR시스템에서 상당히 유용한 것이다.

한편, 본 발명의 EGR시스템은 우선 배기라인(EX)에서 분기되어 흡기라인(IN)에 연결된 EGR라인(RE)이 구비된다.

그리고 EGR라인(RE)에는 EGR쿨러(100)가 구비되어 재순환되는 EGR가스를 냉각함으로써 연소효율과 연비를 상승시키도록 한다. 그리고 EGR라인(RE)에는 EGR밸브(200)가 마련되어 재순환여부를 개도조절을 통해 제어하도록 한다.

한편, 상기 EGR라인(RE)에서 EGR밸브(200)의 후단에는 온도센서(300)가 마련된다. 이를 통하여 EGR밸브(200)의 후단에서 EGR가스의 온도를 측정하며, EGR가스가 재순환되지 않아야 할 상황에서의 온도를 측정하고 데이터 비교를 통하여 EGR밸브(200) 내지 EGR쿨러(100)의 고장을 검출하도록 하는 것이다.

그리고 냉매펌프(400)가 구비되고, 엔진(10)과 EGR쿨러(100)를 함께 순환하며 냉각하는 냉각라인(CL)이 마련된다. 이를 통하여 엔진(10)과 함께 EGR쿨러(100)가 라디에이터(20)를 순환하는 냉매를 공유하는 것으로서 효과적인 냉각 효율을 갖게 된다. 또한, 그러한 설계를 통하여 EGR밸브(200)와 냉매펌프(400)의 제어 및 온도센서의 측정만으로도 EGR밸브(200) 또는 EGR쿨러(100)의 고장여부를 알 수 있는 것이다.

또한, 제어부(500)는 상기 냉매펌프(400)의 가동 또는 정지상태에서 EGR밸브(200)를 오픈 또는 클로즈하며 온도센서(300)를 통해 EGR가스의 온도를 측정하고, 측정결과의 비교를 통해 EGR밸브(200) 또는 EGR쿨러(100)의 고장을 검출하도록 한다.

구체적으로, 상기 EGR라인(RE)에는 배기라인(EX)에서 분기된 측에서부터 EGR쿨러(100), EGR밸브(200), 온도센서(300)의 순으로 마련되어 구성되도록 한다.

그리고, 상기 제어부(500)는 냉매펌프(400) 정지/EGR밸브(200) 오픈시 온도를 T1, 냉매펌프(400) 정지/EGR밸브(200) 클로즈시 온도를 T2, 냉매펌프(400) 가동/EGR밸브(200) 오픈시 온도를 T3, 냉매펌프(400) 가동/EGR밸브(200) 클로즈시 온도를 T4로 저장하도록 한다. 이를 표로 간단히 정리하면 아래와 같다.

이와 같이, 제어부(500)는 EGR밸브(200) 또는 냉매펌프(400)를 각각 온오프하며 경우의 수를 따져 총 4가지의 경우에서 EGR가스의 온도를 EGR밸브(200) 후단에서 측정한다.

그에 따라 제어부(500)에서는 각 상황을 EGR라인이 가동되지 않는 경우에서 임의적으로 조작하여 생성한 후 각 시점에서 온도를 측정한다.

만약, T1＞T2인 경우라면, 냉매펌프(400)가 가동되지 않는 경우에서는 EGR밸브(200)를 오픈한 경우가 클로즈한 경우보다 EGR밸브(200)의 정상작동시 EGR가스 온도에 의해 당연히 온도가 높을 것이다. 따라서, EGR밸브(200)를 정상으로 판단한다.

한편, 상기 제어부(500)는 T3＞T4인 경우 EGR밸브(200) 정상으로 판단한다. 즉, 냉매펌프의 구동시에도 마찬가지로 EGR밸브(200)가 오픈시에는 EGR가스에 의해 온도가 높아지는 것이 당연하기 때문이다. 따라서, 이 경우에도 EGR밸브(200)의 오픈이 정상이라고 판정한다.

또한, 상기 제어부(500)는 T1＞T3인 경우 EGR쿨러(100) 정상으로 판단한다. 이 경우에는 EGR밸브(100)가 오픈되어 EGR가스가 순환되는 경우로서 냉매펌프(400)를 가동한다면 냉각이 더욱 잘 일어날 것이기 때문에, 냉매펌프(400)를 가동하지 않은 경우의 온도가 더 높은 것이 정상이다. 따라서, 이 경우에는 EGR쿨러(100)가 막히지 않고 제대로 작동하고 있다는 것을 나타낸다.

한편, 상기 제어부(500)는 T1≤T2인 경우 EGR밸브(200) 고장으로 판단한다. 즉, EGR밸브(200)를 클로즈한 경우가 온도가 같거나 더 높게 측정되는 경우는 EGR밸브(200) 자체의 밀폐성이 떨어지거나 하는 등의 고장일 경우이기 때문이다.

그리고, 상기 제어부(500)는 T3≤T4인 경우 EGR밸브(200) 고장으로 판단한다. 이 경우도 마찬가지로 EGR밸브(200)를 클로즈한 경우가 온도가 같거나 더 높게 측정되는 경우는 EGR밸브(200) 자체의 밀폐성이 떨어지거나 하는 등의 고장일 경우이기 때문이다.

한편, 상기 제어부(500)는 T1≤T3인 경우 EGR쿨러(100) 고장으로 판단한다. 이 경우에는 냉매펌프(400)를 가동한 경우가 그렇지 않은 경우와 온도가 마찬가지이거나 오히려 높은 경우로서, 이 경우에는 온도가 낮아야 정상인바, EGR쿨러(100)에 문제가 발생한 것으로 판단하는 것이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR시스템의 제어 블록도로서, 먼저 EGR밸브를 클로즈하고 냉매펌프(EWP)의 작동을 살핀다. 냉매펌프가 작동되지 않는 경우라면 EGR밸브의 오픈 전후로 하여 T1,T2를 입력받는다. 그리고 냉매펌프를 작동한 후 EGR밸브의 오픈 전후로 하여 T3,T4를 입력받는다. 그리고 나서 T1/T2, T3/T4, T1/T3간의 온도를 비교하고, EGR밸브 또는 EGR쿨러의 고장을 검출하도록 하는 것이다.

한편, 이러한 과정은 EGR밸브를 클로즈하고 냉매펌프(EWP)의 작동을 살핀후, 냉매펌프가 작동되는 경우에도 동일하게 마찬가지로 수행하는 것이다.

이와 같이 냉매펌프 작동과 EGR밸브의 작동시 EGR밸브 후단의 온도센서의 값을 상호 비교하여 EGR밸브의 리크 및 EGR쿨러의 모니터링을 진행할 수 있다. 단, 모니터링은 EGR제어를 사용하지 않는 영역인 FUEL CUT구간에서 모니터링을 한다. 왜냐하면, 사용영역에서는 EGR유량 제어가 필요하기 때문이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : EGR쿨러 200 : EGR밸브
300 : 온도센서 400 : 냉매펌프
500 : 제어부

Claims

배기라인(EX)에서 분기되어 흡기라인(IN)에 연결된 EGR라인(RE);
상기 EGR라인(RE)에 구비된 EGR쿨러(100) 및 EGR밸브(200);
상기 EGR라인(RE)에서 EGR밸브(200)의 후단에 마련된 온도센서(300);
냉매펌프(400)가 구비되고, 엔진(10)과 EGR쿨러(100)를 함께 순환하며 냉각하는 냉각라인(CL); 및
상기 냉매펌프(400)의 가동 또는 정지상태에서 EGR밸브(200)를 오픈 또는 클로즈하며 온도센서(300)를 통해 EGR가스의 온도를 측정하고, 측정결과의 비교를 통해 EGR밸브(200) 또는 EGR쿨러(100)의 고장을 검출하는 제어부(500);를 포함하는 EGR시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 EGR라인(RE)에는 배기라인(EX)에서 분기된 측에서부터 EGR쿨러(100), EGR밸브(200), 온도센서(300)의 순으로 마련된 것을 특징으로 하는 EGR시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부(500)는 냉매펌프(400) 정지/EGR밸브(200) 오픈시 온도를 T1, 냉매펌프(400) 정지/EGR밸브(200) 클로즈시 온도를 T2, 냉매펌프(400) 가동/EGR밸브(200) 오픈시 온도를 T3, 냉매펌프(400) 가동/EGR밸브(200) 클로즈시 온도를 T4로 저장하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부(500)는 T1＞T2인 경우 EGR밸브(200) 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부(500)는 T3＞T4인 경우 EGR밸브(200) 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부(500)는 T1＞T3인 경우 EGR쿨러(100) 정상으로 판단하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부(500)는 T1≤T2인 경우 EGR밸브(200) 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부(500)는 T3≤T4인 경우 EGR밸브(200) 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제어부(500)는 T1≤T3인 경우 EGR쿨러(100) 고장으로 판단하는 것을 특징으로 하는 EGR시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 EGR라인(RE)은 바이패스라인 및 바이패스밸브가 구비되지 않은 비분기식 EGR라인인 것을 특징으로 하는 EGR시스템.