KR101459434B1 - 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템은, 외부공기를 흡입하는 흡기라인, 상기 흡기라인에서 공급된 에어와 연료의 혼합기를 연소시키는 연소실, 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인, 상기 흡기라인의 일측에 설치되는 제1압력센서, 상기 제1압력센서의 하류측에 설치되는 스로틀밸브, 상기 스로틀밸브의 하류측에 설치되는 제2압력센서, 상기 배기라인의 일측에서 분기되어 상기 흡기라인의 상기 스로틀밸브와 상기 사이로 합류되는 이지알라인, 및 상기 이지알라인에 설치되는 이지알밸브 및 이지알쿨러를 포함할 수 있다.
따라서, 흡기 매니폴드에 장착되어 있는 압력(Manifold Absolute Pressure) 센서를 이용하여 흡기 매니폴드로 재순환되는 EGR 가스의 양을 산출할 수 있고, EGR 가스의 양을 측정하기 위한 MAF(mass flow) 센서 등을 설치할 필요가 없다. 또한, 제1,2압력센서에서 제2압력센서가 고장나더라도, 제1압력센서를 통해서 흡기공기량을 연산하고, 이에 대응하여 이지알밸브와 엔진을 제어함으로써 보다 안정적으로 엔진을 제어할 수 있다.

Description

압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템{EGR SYSTEM OF ENGINE USING MAP SENSOR}

본 발명은 압력(Manifold Absolute Pressure) 센서를 이용하여 가스유량을 제어하는 엔진의 이지알 시스템에 관한 것이다.

엔진의 배기가스에는 CO, HC, NOx(질소화합물) 등과 같은 유해 성분이 다량 포함된다. 특히, 엔진의 연소 온도가 높아지면 NOx의 생성량이 증가하게 되므로, 배기가스 중에 NOx의 양을 줄이기 위해서는 엔진의 연소 온도를 저감시킬 필요가 있다.

엔진의 연소 온도를 높아지는 이유 중에서, 연소실 내에 공기/연료 혼합기의 공연비가 리치(rich)한 상태에서 점화 플러그에서 점화된 화염의 전파 속도가 빨라짐에 따라 순간적인 고온의 열이 발생되어 엔진의 연소 온도를 높이는 것이 가장 큰 원인이다.

배기가스 중에 NOx의 양을 줄이기 위해 엔진의 연소 온도를 낮추는 방법으로써, 배기가스의 일부를 신기(fresh air)와 혼합하여 연소실로 유입시킴으로써 혼합기의 자체 공연비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 엔진의 연소 온도를 낮추는 배기가스 재순환(EGR, Exhaust Gas Recirculation) 방법이 있다.

배기가스 재순환 방법은 배기가스 중의 NOx의 양을 줄일 뿐만 아니라, 가솔린 엔진의 연비를 향상시키기 위해 사용된다. 배기가스 재순환 방법을 사용함으로써, 연소실의 온도를 낮추어 NOx의 양을 저감하는 동시에 노킹(knocking) 발생영역을 피해 점화시기를 앞당길 수 있다. 이에 따라, 엔진의 출력을 향상시키고 연비를 향상시킬 수 있다.

배기가스 재순환의 정밀한 제어를 위해서는 흡기 매니폴드(manifold)로 재순환되는 EGR 가스의 양을 정확히 측정할 수 있어야 한다. EGR 가스의 양을 측정하는 방법으로는 EGR 파이프에 유량센서를 설치하여 EGR 가스의 유량을 측정하는 방법 등이 있다.

이와 같이, 흡기 매니폴드로 재순환되는 EGR 가스의 양을 측정하기 위하여 별도의 센서를 설치하게 되면 추가적인 부품이 사용됨에 따라 엔진 구성이 복잡해지고 제품의 단가가 상승하게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 장착되는 센서를 최소화 하면서도 흡기 매니폴드로 재순환되는 EGR 가스의 양을 산출하고, 이에 따른 제어가 가능한 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템을 제공함에 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템은, 외부공기를 흡입하는 흡기라인, 상기 흡기라인에서 공급된 에어와 연료의 혼합기를 연소시키는 연소실, 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인, 상기 흡기라인의 일측에 설치되는 제1압력센서, 상기 제1압력센서의 하류측에 설치되는 스로틀밸브, 상기 스로틀밸브의 하류측에 설치되는 제2압력센서, 상기 배기라인의 일측에서 분기되어 상기 흡기라인의 상기 스로틀밸브와 상기 제2압력센서 사이로 합류되는 이지알라인, 및 상기 이지알라인에 설치되는 이지알밸브 및 이지알쿨러를 포함할 수 있다.

상기 제1압력센서에서 감지되는 압력값을 이용하여 흡기유량을 연산하고, 상기 제2압력센서가 고장난 것으로 판단되면, 상기 제1압력센서를 통해서 연산된 흡기유량을 이용하여 상기 이지알라인을 흐르는 이지알가스의 유량을 상기 이지알밸브를 통해서 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 제2압력센서가 고장난 것으로 판단되고, 엔진이 아이들 상태로 운전되는 것으로 판단되면, 상기 제어부는, 상기 스로틀밸브를 최대로 오픈시키고, 상기 이지알밸브로 제1PWM듀티 전원을 공급하고, 상기 제1압력센서에서 감지되는 제1맵신호를 감지하고, 상기 이지알밸브로 제2PWM듀티 전원을 공급하고, 상기 제1압력센서에서 감지되는 제2맵신호를 감지하며, 상기 제1맵신호와 상기 제2맵신호 사이에 차이값이 발생하면, 상기 이지알밸브가 정상적으로 동작되는 것으로 판단할 수 있다.

상기 제1맵신호와 상기 제2맵신호 사이에 차이값이 발생하지 않으면, 상기 이지알밸브가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단할 수 있다.

상기 제어부는 크랭크센서를 통해서 엔진의 알피엠을 감지하고, 상기 제1압력센서 및 상기 제2압력센서의 압력으로부터 흡기유량을 연산하고, 상기 이지알밸브의 포지센센서를 통해서 상기 이지알밸브의 개도를 감지하고, 이러한 감지되는 운행조건을 기초로 상기 이지알라인을 흐르는 이지알가스의 목표유량을 설정하며, 상기 이지알가스의 목표유량과 상기 이지알밸브의 개도를 통해서 상기 이지알밸브 전후단의 압력비를 연산할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템은, 외부공기를 흡입하는 흡기라인, 상기 흡기라인에서 공급된 에어와 연료의 혼합기를 연소시키는 연소실, 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인, 상기 흡기라인의 일측에 설치되는 스로틀밸브, 상기 스로틀밸브의 하류측에 설치되는 제1압력센서, 상기 배기라인의 일측에서 분기되어 상기 흡기라인의 상기 스로틀밸브와 상기 사이로 합류되는 이지알라인, 상기 이지알라인에 설치되는 이지알밸브 및 이지알쿨러, 및 상기 이지알라인에서 상기 이지알밸브의 하류측에 설치되는 제2압력센서를 포함할 수 있다.

상기 제2압력센서를 통해서 감지된 압력값을 이용하여 상기 이지알라인을 흐르는 이지알가스의 실제유량을 연산하고, 상기 제1압력센서를 통해서 연산된 흡기공기량 및 운행조건에 따른 목표이지알유량과 상기 실제이지알유량을 비교하여 상기 이지알밸브의 개도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템은, 외부공기를 흡입하는 흡기라인, 상기 흡기라인에서 공급된 에어와 연료의 혼합기를 연소시키는 연소실, 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인, 상기 흡기라인의 일측에 설치되는 제1압력센서, 상기 제1압력센서의 하류측에 설치되는 스로틀밸브, 상기 배기라인의 일측에서 분기되어 상기 흡기라인의 상기 스로틀밸브와 상기 사이로 합류되는 이지알라인, 및 상기 이지알라인에 설치되는 이지알밸브 및 이지알쿨러를 포함할 수 있다.

상기 제1압력센서에서 감지되는 압력값을 이용하여 흡기유량을 연산하고, 상기 제1압력센서를 통해서 연산된 흡기유량을 이용하여 상기 이지알라인을 흐르는 이지알가스의 유량을 상기 이지알밸브를 통해서 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

엔진이 아이들 상태로 운전되는 것으로 판단되면, 상기 제어부는, 상기 스로틀밸브를 최대로 오픈시키고, 상기 이지알밸브로 제1PWM듀티 전원을 공급하고, 상기 제1압력센서에서 감지되는 제1맵신호를 감지하고, 상기 이지알밸브로 제2PWM듀티 전원을 공급하고, 상기 제1압력센서에서 감지되는 제2맵신호를 감지하며, 상기 제1맵신호와 상기 제2맵신호 사이에 차이값이 발생하면, 상기 이지알밸브가 정상적으로 동작되는 것으로 판단할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템은, 흡기 매니폴드에 장착되어 있는 압력(Manifold Absolute Pressure) 센서를 이용하여 흡기 매니폴드로 재순환되는 EGR 가스의 양을 산출할 수 있고, EGR 가스의 양을 측정하기 위한 MAF(mass flow) 센서 등을 설치할 필요가 없다.

또한, 제1,2압력센서에서 제2압력센서가 고장나더라도, 제1압력센서를 통해서 흡기공기량을 연산하고, 이에 대응하여 이지알밸브와 엔진을 제어함으로써 보다 안정적으로 엔진을 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템을 제어하는 방법을 보여주는 제1플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템을 제어하는 방법을 보여주는 제2플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템의 개략적인 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템은 배기라인(155), 에어크리너(100), 제1압력센서(110), 스로틀밸브(120), 제2압력센서(130), 연소실(135), 가변밸브기구(137), 배기라인(155), 배기가스정화유닛(160), 이지알라인(145), 이지알쿨러(150), 이지알밸브(140), 및 제어부(180)를 포함한다.

상기 흡기라인(105)에는 상기 에어크리너(100), 상기 제1압력센서(110), 상기 스로틀밸브(120), 및 상기 제2압력센서(130)가 순서대로 배치되고, 상기 스로틀밸브(120)는 상기 제어부(180)에 의해서 능동적으로 제어되는 전자식 스로틀밸브 타입이다.

상기 배기라인(155)에는 상기 배기가스정화유닛(160)가 배치되고, 상기 이지알라인(145)은 상기 배기가스정화유닛(160)의 상류측의 상기 배기라인(155)에서 분기되고, 상기 스로틀밸브(120)와 상기 제2압력센서(130) 사이의 상기 흡기라인(105)으로 합류된다.

상기 이지알라인(145)에는 이지알가스의 흐름방향으로 상기 이지알쿨러(150)와 상기 이지알밸브(140)가 순차적으로 배치된다.

엔진에는 흡기포트와 배기포트에 대응하여 흡기밸브와 배기밸브가 배치되고, 상기 흡기밸브와 상기 배기밸브는 상기 흡기밸브와 상기 배기밸브를 설정된 시기에 설정된 리프트만큼 개방하며, 각각 가변밸브기구(137)에 의해서 타이밍과 리프트가 가변적으로 제어된다.

상기 제어부(180)는 상기 제1압력센서(110)로부터 압력신호를 감지하고 상기 제2압력센서(130)로부터 압력신호를 감지하며, 압력신호로부터 흡기에어의 유량을 연산한다. 아울러, 상기 제2압력센서(130)로부터 감지되는 압력신호를 이용하여 상기 이지알라인(145)을 통해서 공급되는 이지알가스의 유량을 연산할 수 있다.

아울러, 상기 흡기에어의 유량 및 운행조건들에 따라서 상기 제어부(180)는 상기 이지알라인(145)을 통해서 공급되는 이지알가스의 유량을 상기 이지알밸브(140)를 통해서 제어한다.

본 발명의 실시예에서, MAF센서를 대신하여 맵(압력)센서를 사용함으로써 비용을 절약한다. 아울러, 상기 제2압력센서(130)가 고장나더라도 상기 제1압력센서(110)를 통해서 상기 이지알라인(145)을 흐르는 이지알가스를 제어함으로써 전체적인 시스템의 안정성을 향상시킨다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제2압력센서(130)가 고장나는 경우, 상기 제1압력센서(110)를 통해서 감지되는 압력신호를 이용하여 상기 이지알밸브(140)를 제어할 수 있다.

좀 더 상세하게 설명하면, 상기 가변밸브기구(137)를 통해서 흡입되는 공기를 제어하면서, 엔진이 아이들상태에서 상기 스로틀밸브(120)는 최대로 개방한다.

상기 스로틀밸브(120)가 최대로 개방되면, 상기 제2압력센서(130)가 아니라 상기 제1압력센서(110)로부터 감지되는 압력신호를 통해서 이지알가스에 의한 압력상승을 감지할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 제2압력센서가 고장난 경우가 고려되었다. 따라서, 상기 제2압력센서가 설치되지 않은 경우를 실시예로 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템을 제어하는 방법을 보여주는 제1플로우차트이다.

도 2를 참조하면, S300에서 엔진이 가동되고, S310에서 제2압력센서(압력2)가 고장인지 판단된다. 고장나지 않은 것으로 판단되면, S320에서 정상적으로 이지알밸브(140)가 제어된다.

상기 제2압력센서(130)가 고장난 것으로 판단되면, S330에서 상기 제2압력센서(130)의 신호는 무시되고, S340에서 상기 이지알밸브(140)의 유량제어는 오프된다.

그리고, S350에서 상기 스로틀밸브(120)(ETC: electric throttle control)의 상류측에 설치되는 제1압력센서(110)(압력1)에 의한 흡기유량을 연산한다.

S360에서, 연산된 흡기유량에 따라서 엔진의 점화시기와 밸브의 열림/닫힘 시기 및 리프트 등을 제어하여 밸브오버랩제어를 정상적으로 수행한다.

그리고, S370에서 엔진이 아이들 상태로 진입하였는지 판단한다. 다음 제어방법은 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템을 제어하는 방법을 보여주는 제2플로우차트이다.

도 3을 참조하면, S400에서 엔진의 가변밸브기구(137)를 통해서 CVVL제어을 수행하고, 상기 스로틀밸브(120)(ETC)를 최대로 개방한다.

S410에서 상기 이지알밸브(140)를 Step1으로 개방한다. 여기서, 상기 이지알밸브(140)로 PWM듀티 5%의 전원이 공급된다. 그리고, S420에서 상기 제1압력센서(110)의 제1맵신호(압력1_1)를 감지한다.

그리고, S430에서 상기 이지알밸브(140)를 Step2로 개방한다. 여기서, 상기 이지알밸브(140)로 PWM듀티 10%의 전원이 공급된다. 그리고, S440에서 상기 제1압력센서(110)의 제2맵신호(압력1_2)를 감지한다.

그리고, S450에서 상기 제1맵신호(압력1_1)와 상기 제2맵신호(압력1_2)의 크기를 비교하여, 상기 제2맵신호(압력1_2)가 상기 제1맵신호(압력1_1)보다 큰 것으로 판단되면, S470을 수행하고, 그렇지 않으면 S460에서 상기 이지알밸브(140)가 오동작하는 것으로 판단한다.

S470에서, 상기 이지알밸브(140)가 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, S480에서 상기 엔진이 아이들 상태에 있는지 판단한다.

아이들 상태가 아닌 것으로 판단되면, S490에서 정상적으로 상기 이지알밸브(140)를 제어한다. 아이들 상태로 판단되면, 다시 S400으로 복귀하여 상기 이지알밸브(140)의 고장을 반복해서 판단한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 4를 참조하면, 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템은 배기라인(155), 스로틀밸브(120), 제1압력센서(110), 연소실(135), 가변밸브기구(137), 배기라인(155), 배기가스정화유닛(160), 이지알라인(145), 이지알쿨러(150), 이지알밸브(140), 제2압력센서(130), 및 제어부(180)를 포함한다.

상기 흡기라인(105)에는 상기 스로틀밸브(120), 및 상기 제1압력센서(110)가 순서대로 배치되고, 상기 스로틀밸브(120)는 상기 제어부(180)에 의해서 능동적으로 제어되는 전자식 스로틀밸브 타입이다.

상기 배기라인(155)에는 상기 배기가스정화유닛(160)가 배치되고, 상기 이지알라인(145)은 상기 배기가스정화유닛(160)의 상류측의 상기 배기라인(155)에서 분기되고, 상기 스로틀밸브(120)와 상기 제1압력센서(110) 사이의 상기 흡기라인(105)으로 합류된다.

상기 이지알라인(145)에는 이지알가스의 흐름방향으로 상기 이지알쿨러(150), 상기 이지알밸브(140), 및 상기 제2압력센서(130)가 순차적으로 배치된다.

엔진에는 흡기포트와 배기포트에 대응하여 흡기밸브와 배기밸브가 배치되고, 상기 흡기밸브와 상기 배기밸브는 상기 흡기밸브와 상기 배기밸브를 설정된 시기에 설정된 리프트만큼 개방하며, 각각 가변밸브기구(137)에 의해서 타이밍과 리프트가 가변적으로 제어된다.

상기 제어부(180)는 상기 제1압력센서(110)로부터 압력신호를 감지하고, 감지된 압력신호로부터 흡기에어의 유량을 연산한다. 아울러, 상기 제2압력센서(130)로부터 감지되는 압력신호를 이용하여 상기 이지알라인(145)을 통해서 공급되는 이지알가스의 유량을 연산한다.

상기 제어부(180)는, 상기 제2압력센서(130)를 통해서 감지된 압력값을 이용하여 상기 이지알라인(145)을 흐르는 이지알가스의 실제유량을 연산하고, 상기 제1압력센서(110)를 통해서 연산된 흡기공기량 및 운행조건에 따른 목표이지알유량과 상기 실제이지알유량을 비교하여 상기 이지알밸브(140)의 개도를 보다 정밀하게 제어한다.

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: 에어크리너 105: 흡기라인
110: 제1압력센서 120: 스로틀밸브
130: 제2압력센서 135: 연소실
137: 가변밸브기구 140: 이지알밸브
145: 이지알라인 150: 이지알쿨러
155: 배기라인 160: 배기가스정화유닛
180: 제어부

Claims (10)

1. 외부공기를 흡입하는 흡기라인;
   상기 흡기라인에서 공급된 에어와 연료의 혼합기를 연소시키는 연소실;
   상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인;
   상기 흡기라인의 일측에 설치되는 제1압력센서;
   상기 제1압력센서의 하류측에 설치되는 스로틀밸브;
   상기 스로틀밸브의 하류측에 설치되는 제2압력센서;
   상기 배기라인의 일측에서 분기되어 상기 흡기라인의 상기 스로틀밸브와 상기 제2압력센서 사이로 합류되는 이지알라인;
   상기 이지알라인에 설치되는 이지알밸브 및 이지알쿨러; 및
   상기 제1압력센서에서 감지되는 압력값을 이용하여 흡기유량을 연산하되,
   상기 제2압력센서가 고장난 것으로 판단되면, 상기 제1압력센서를 통해서 연산된 흡기유량을 이용하여 상기 이지알라인을 흐르는 이지알가스의 유량을 상기 이지알밸브를 통해서 제어하는 제어부; 를 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 제2압력센서가 고장난 것으로 판단되고, 엔진이 아이들 상태로 운전되는 것으로 판단되면, 상기 스로틀밸브를 최대로 오픈시키고, 상기 이지알밸브로 제1PWM듀티 전원을 공급하고, 상기 제1압력센서에서 감지되는 제1맵신호를 감지하고, 상기 이지알밸브로 제2PWM듀티 전원을 공급하고, 상기 제1압력센서에서 감지되는 제2맵신호를 감지하며, 상기 제1맵신호와 상기 제2맵신호 사이에 차이값이 발생하면, 상기 이지알밸브가 정상적으로 동작되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 제1맵신호와 상기 제2맵신호 사이에 차이값이 발생하지 않으면, 상기 이지알밸브가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템.
5. 제1항에서,
   상기 제어부는
   크랭크센서를 통해서 엔진의 알피엠을 감지하고, 상기 제1압력센서 및 상기 제2압력센서의 압력으로부터 흡기유량을 연산하고, 상기 이지알밸브의 포지센센서를 통해서 상기 이지알밸브의 개도를 감지하고,
   이러한 감지되는 운행조건을 기초로 상기 이지알라인을 흐르는 이지알가스의 목표유량을 설정하며, 상기 이지알가스의 목표유량과 상기 이지알밸브의 개도를 통해서 상기 이지알밸브 전후단의 압력비를 연산하는 것을 특징으로 하는 압력센서를 이용한 엔진의 이지알 시스템.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images