KR101362053B1 - 차량의 이지알 유량 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 이지알 유량 제어장치로, 배기 맥동에 따라 전자밸브의 열림시간과 열림량을 능동적으로 조정하여 EGR 유량을 제어하는 것이다.

본 발명은 이지알 밸브의 작동이 실행되는지 판단하는 과정, 이지알 밸브의 작동 상태에서 엔진회전수 및 부하를 검출하여 전자밸브의 작동주기 및 열림량을 결정하고, 전자밸브를 동작시켜 재순환되는 배기가스 유량을 조정하는 과정을 포함한다.

EGR 유량, EGR 밸브, 전자밸브, 배기 맥동압력

Description

차량의 이지알 유량 제어장치 및 방법{APPARATUS FOR CONTROL EXHAUST GAS RECIRCULATION FLOW ON VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 차량의 이지알(Exhaust Gas Recirculation : 이하, EGR 이라 한다.) 유량 제어장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 배기 맥동에 따라 전자밸브의 열림시간과 열림량을 능동적으로 조정하여 EGR 유량을 제어하는 차량의 이지알 유량 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

차량에는 연소실의 연소온도를 낮추기 위해 배기가스의 일부를 엔진으로 재순환시켜 NOx(질소산화물)의 발생을 감소시키는 EGR 밸브가 적용되고 있으며, 유럽(EURO-5, 6) 및 북미(BIN-5)의 배기가스 규제가 더욱 강화됨에 따라 EGR 밸브에 의한 NOx 저감의 중요성이 더욱 높아지고 있다.

배기가스를 엔진으로 재순환시키기 위해서는 배기가스의 압력이 흡입공기의 압력 보다 높아야 압력차이에 의해 배기가스를 재순환시킬 수 있다.

도 1은 종래의 차량에 적용되고 있는 이지알 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스를 재순환시키는 EGR 밸 브(11)가 터보차저(20)의 전단에 설치되고, EGR 밸브(12)의 출력측에 재순환되는 배기가스를 냉각시키는 EGR쿨러(12)가 설치되어 흡기라인과 연결된다.

따라서, 터보차저(20)의 전단에 걸리는 고압의 배기가스는 EGR 밸브(12)와 EGR 쿨러(12)를 통해 엔진(10)으로 재순환되어 엔진(10)의 연소온도를 낮추어줌으로써, NOx의 발생이 저감되도록 한다.

현재 개발되고 있는 고출력 엔진에서는 출력 향상과 저연비 달성 및 배기가스의 규제에 대응하기 위해 다량의 흡입 공기를 연소실로 공급시키는 고효율, 고압력비의 터보차저를 적용하고 있다.

또한, 연소 효율을 증대하기 위해 배기 압력 최대한 낮추고 흡입공기의 압력을 높여 신선한 공기가 최대한 많이 연소실로 들어가도록 개발을 하고 있으며, 이에 따라 강화되는 배기 규제 항목 중 특히 Nox저감을 위해 배기가스를 재순환하는 방법이 다양한 방안들로 개발되어 적용되고 있다.

가장 일반적인 배기가스 재순환방법은 배기가스의 평균 압력을 높이기 위해 배기가스가 나가는 통로의 면적을 줄여 배압을 증대시키면서 배기가스의 압력 맥동을 이용하는 방법이다.

4행정 내연기관은 흡입 → 압축 → 팽창(연소)→ 배기의 사이클로 회전하며, 4기통 엔진은 1-3-4-2 순서로 기통별 연소가 진행되고, 6기통 엔진은 1-5-3-6-2-4 순서로 기통별 연소가 진행된다.

이때, 배기가스는 기통별로 주기적인 압력파를 갖고 배출되므로, 이러한 압력 특성을 이용하여 배기가스를 재순환시킬 수 있도록 하기 위해 EGR쿨러와 흡기 매니폴더의 사이에 일방향 밸브를 장착하고 있다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 배기가스의 평균 압력(b)은 흡기 압력(c) 보다 낮은 영역에 있으나 흡기 압력(c)보다 높은 배기 맥동압력(d)에서 순간적으로 배기가스의 재순환이 실행된다.

그러나, 상기한 방법은 엔진회전수 및 부하에 따라 맥동압력의 크기가 서로 다르고 재순환되는 배기가스의 유량, 즉 EGR 유량에도 많은 차이가 발생되므로 최대의 EGR 율을 얻는데 많은 문제가 발생된다.

일방향 밸브는 배기가스의 맥동압력에 따라 유동판의 빈번한 작동과 반복운동으로 내구성을 확보하기 위해 고정판이 설치되는데, 이 고정판에 의해 열림량이 제한되어 EGR율을 증대시키는데 한계가 발생하며, 반복운동에 따라 유동판의 복원력이 상실되어 기밀성이 떨어지고 이에 따라 가스의 리크가 발생되는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 일방향 밸브의 장착 위치에 전자밸브를 장착하고, 배기 맥동에 따라 전자밸브의 열림시간과 열림량을 능동적으로 조정하여 최대의 EGR 율을 얻을 수 있도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량의 이지알 유량 제어장치는,

배기가스의 재순환을 온/오프하는 이지알 밸브;

이지알 라인에 장착되며, 재순환되는 배기가스의 유량을 조정하는 전자밸브;

엔진회전수와 부하에 따라 전자밸브의 열림시기와 열림량을 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 특징에 따른 차량의 이지알 제어방법은,

이지알 밸브의 작동이 실행되는지 판단하는 과정;

이지알 밸브의 작동 상태에서 엔진회전수 및 부하를 검출하여 전자밸브의 작동주기 및 열림량을 결정하는 과정;

상기 결정된 작동주기 및 열림량으로 전자밸브를 동작시켜 재순환되는 배기가스 유량을 조정하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 배기가스 재순환에서 최대의 EGR율을 얻을 수 있어 NOx 에미션을 안정화하고, 동일한 엔진 회전수에서 부하에 따라 맥동 압력이 크기가 다른 경우 전자밸브의 열림량을 튜닝하여 흡입 공기가 역류하는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이지알 유량 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 동력원인 엔진(100)과 필터(101), 공기량센서(102), 터보차저(103), 촉매(104), 인터쿨러(105), EGR 밸브(106), EGR 쿨러(107), 전자밸브(108) 및 제어부(200)를 포함한다.

필터(101)는 흡기 덕트에 설치되어 대기로부터 흡입되는 공기에 포함되어 있는 불순물 및 수분을 제거한다.

공기량센서(102)는 필터(101)를 통해 공급되는 흡입 공기량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(200)에 제공한다.

터보차저(103)는 터빈과 컴프레서로 구성되며, 엔진(100)에서 배출되는 배기가스의 열에너지에 의해 동작되어 흡입되는 공기를 과급하며, 제어부(200)에서 인가되는 제어신호에 의해 베인의 각도가 조정되어 과급되는 압력을 가변시킨다.

촉매(104)는 배출가스에 포함된 유해물질인 NOx, HC, 입자상 물질(PM), 그을음(Soot) 등을 정화하여 에미션을 안정화시킨다.

인터쿨러(105)는 터보차저(103)에서 인가되는 부스트 공기를 냉각시켜 안정된 산소의 분포로 엔진(100)에 공급한다.

EGR 밸브(106)는 제어부(200)의 제어신호에 따라 배기가스의 재순환을 온/오프한다.

EGR 쿨러(107)는 EGR(106)를 통해 엔진(100)으로 재순환되는 배기가스를 냉 각시킨다.

전자밸브(108)는 엔진(100)과 EGR 밸브(106)의 사이에 장착되며, 제어부(200)의 제어신호에 따라 작동되어 엔진(100)으로 재순환되는 배기가스의 유량, 즉 EGR율을 조정한다.

제어부(200)는 EGR 밸브(106)가 작동되는 상태에서 엔진회전수와 부하에 따라 전자밸브(108)의 열림시기 및 열림궤도(열림량)을 결정한 다음 전자밸브(108)를 제어하여 EGR율을 제어한다.

또한, 상기 제어부(200)에는 동일한 엔진회전수에서 맥동의 주기는 동일하나 부하에 따라 연소실내의 압력 차이가 발생되어 맥동 압력의 크기가 다르므로 전자밸브(108)의 열림량이 도 4와 같이 배기 맥동압에 준하여 전자밸브(108)의 열림량이 튜닝된다.

전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

엔진 시동이 온을 유지하는 상태에서(S101) 제어부(200)는 공기량, 엔진회전수 및 부하 등을 포함하는 운전정보를 검출하여(S102), EGR 밸브(106)의 작동 온을 만족하는지 판단한다(S103).

상기 S103에서 EGR 밸브(106)의 작동 온을 만족하지 않으면 리턴되고, EGR 밸브(106)의 작동 온이 만족되면 엔진 회전수 및 엔진 부하를 검출하여 전자밸브(108)의 작동주기 및 열림량을 결정한다(S105).

엔진 운전시 배기 맥동은 엔진 회전수에 비례하여 규칙적으로 발생하며, 엔 진 부하별로 연소실내 압력에 차이가 발생되므로 맥동의 크기에 차이가 발생된다.

따라서, 도 5와 같이 튜닝되는 맵핑을 이용하여 엔진 회전수 및 엔진 부하에 따라 전자밸브(108)의 작동주기 및 열림량을 결정한다.

상기와 같이 전자밸브(108)의 작동주기와 열림량이 결정되면, 제어부(200)는 전자밸브(108)의 동작을 제어하여(S106) 재순환되는 배기가스 유량, 즉 EGR 유량을 조정한다(S107).

따라서, 전자밸브(108)의 열림량은 배기 맥동압을 추종하여 재순환되는 배기가스 유량을 조정한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 종래의 차량에 적용되고 있는 이지알 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 차량에서 적용되고 있는 배기 맥동을 이용한 이지알 유량 제어를 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이지알 유량 제어장치를 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 이지알 유량 제어절차를 도시한 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 이지알 유량 제어 결과를 도시한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 엔진 101 : 필터

102 : 공기량센서 103 : 터보차저

104 : 촉매 105 : 인터쿨러

106 : EGR 밸브 107 : EGR 쿨러

108 : 전자밸브 200 : 제어부

Claims (3)

1. 배기가스의 재순환을 온/오프하는 이지알 밸브;

   이지알 라인에 장착되며, 재순환되는 배기가스의 유량을 조정하는 전자밸브;

   엔진회전수와 부하에 따라 전자밸브의 열림량을 제어하는 제어부;

   를 포함하는 차량의 이지알 유량 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 이지알 밸브의 작동이 실행되는 상태에서 전자밸브의 작동을 제어하는 차량의 이지알 유량 제어장치.
3. 이지알 밸브의 작동이 실행되는지 판단하는 과정;

   이지알 밸브의 작동 상태에서 엔진회전수 및 부하를 검출하여 전자밸브의 작동주기 및 열림량을 결정하는 과정;

   상기 결정된 작동주기 및 열림량으로 전자밸브를 동작시켜 재순환되는 배기가스 유량을 조정하는 과정;

   을 포함하는 차량의 이지알 유량 제어방법.

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