KR101910406B1 - 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치 및 방법 - Google Patents

내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 엔진으로부터 배출된 배기가스에 의해 회전하는 터빈, 및 터빈에 의해 회전되어 엔진으로 공급되는 흡입가스를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보 과급기, 연료탱크에서 발생한 증발가스를 포집하는 캐니스터, 캐니스터에 포집된 증발가스를 엔진의 흡기 매니폴드 및 컴프레서의 전단 중 어느 하나로 절환하여 퍼지하는 캐니스터 퍼지 밸브, 컴프레서의 전단의 압력 및 대기압 간의 차압을 생성하는 차압생성 밸브, 및 배기가스의 재순환을 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 모드의 활성 여부, 및 차압생성 밸브의 작동 여부에 따라 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하여 캐니스터에 포집된 증발가스가 흡기 매니폴드 및 컴프레서의 전단 중 어느 하나로 퍼지되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치 및 방법{APPARATUS FOR PURGE CONTROL OF FUEL EVAPORATION GAS IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캐니스터에 포집된 연료 증발가스에 대한 퍼지를 제어하기 위한 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 터보 과급기가 탑재된 내연 기관에서는 배기 라인에 터보 과급기의 터빈이 설치되고, 흡기 라인에 터보 과급기의 컴프레서가 설치된다. 터빈은 엔진으로부터 배출된 배기가스의 내부 에너지에 의해 회전되고, 컴프레서는 터빈에 의해 회전되어 흡기 라인을 통해 안내된 흡입가스를 압축한다. 이에 따라 압축된 흡입가스가 내연 기관의 각각의 실린더로 공급되어 내연 기관의 열효율이 향상되고, 내연 기관의 단위 배기량 당 엔진 출력이 효과적으로 상승하게 된다.
최근 들어, 터보 과급기가 탑재된 내연 기관에는 저압 EGR(Low Pressure Exhaust Gas Recirculation) 장치가 제공된다. 저압 EGR 장치는, 배기 라인에 설치된 터빈의 하류측에 형성되는 분기부로부터 흡기 라인에 설치된 컴프레서의 상류측에 형성되는 합류부로 배기가스의 일부를 재순환시켜서 배기가스의 일부를 흡입가스와 혼합시키는 장치다. 이에 따라 터보 효율을 높이면서 질소산화물의 생성과 펌핑 손실의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 연료탱크 내의 가솔린 및 디젤과 같은 연료는 주위 온도 증가와 연료 계통 내의 부압의 작용 등으로 인해 필연적으로 증발 가스를 발생시키게 되는데, 이러한 증발 가스가 대기로 방출되는 경우 대기를 오염시키는 문제가 발생한다. 이에 차량의 내연기관은 엔진이 정지되었을 때 캐니스터를 통해 연료탱크에서 발생하는 증발가스를 포집하고 엔진으로 공급하여 연소시키는 구조로 되어 있다. 캐니스터의 내부는 활성탄으로 채워져 있어, 엔진 정지 시 연료탱크에서 발생한 증발가스를 활성탄을 통해 흡수하여 포집한 후, 엔진이 다시 가동되어 주행이 시작되면 엔진 부압에 의하여 캐니스터에 포집된 증발가스가 엔진으로 공급된다.
이때, 터보 과급기가 장착된 내연기관의 경우, 과급 운전 영역에서는 흡기 매니폴드의 압력이 매우 높기 때문에, 캐니스터에 포집된 증발가스를 흡기 매니폴드를 통해 퍼지시키기 용이하지 않은 문제점이 존재한다. 이에 따라 증발가스의 누설로 인한 대기 오염 문제가 발생한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-1998-0036338호(1998.08.05 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 터보 과급기가 장착된 내연기관의 과급 운전 영역에서 캐니스터에 포집된 증발가스를 효과적으로 퍼지하기 위한 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치는, 엔진으로부터 배출된 배기가스에 의해 회전하는 터빈, 및 상기 터빈에 의해 회전되어 상기 엔진으로 공급되는 흡입가스를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보 과급기, 연료탱크에서 발생한 증발가스를 포집하는 캐니스터, 상기 캐니스터에 포집된 증발가스를 상기 엔진의 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 어느 하나로 절환하여 퍼지하는 캐니스터 퍼지 밸브, 상기 컴프레서의 전단의 압력 및 대기압 간의 차압을 생성하는 차압생성 밸브, 및 상기 배기가스의 재순환을 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 모드의 활성 여부, 및 상기 차압생성 밸브의 작동 여부에 따라 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하여 상기 캐니스터에 포집된 증발가스가 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 어느 하나로 퍼지되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 EGR 모드가 활성화되어 상기 차압생성 밸브가 작동하는 경우, 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 더 큰 부압이 형성된 곳으로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 EGR 모드가 활성화되어 작동하는 상기 차압생성 밸브는, 상기 배기가스의 재순환에 요구되는 상기 컴프레서의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 EGR 모드가 비활성화된 경우로서 미리 설정된 차압생성 밸브 작동 조건에 따라 상기 차압생성 밸브가 작동하는 경우, 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 더 큰 부압이 형성된 곳으로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 차압생성 밸브 작동 조건은, 상기 엔진의 부하율에 근거하여 결정되는 상기 차압생성 밸브의 개폐 조건, 및 상기 증발가스의 퍼지에 요구되는 상기 컴프레서의 전단의 부압을 형성하기 위한 상기 차압생성 밸브의 개도 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 차압생성 밸브가 작동하지 않는 경우, 상기 흡기 매니폴드로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법은, 제어부가, 캐니스터에 포집된 증발가스의 퍼지가 필요한지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 증발가스의 퍼지가 필요한 경우, 상기 제어부가 엔진으로부터 배출된 배기가스의 재순환을 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 모드의 활성 여부, 및 터보 과급기에 구비된 컴프레서의 전단의 압력 및 대기압 간의 차압을 생성하는 차압생성 밸브의 작동 여부에 따라 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하여 상기 캐니스터에 포집된 증발가스가 상기 엔진의 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 어느 하나로 퍼지되도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제어하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 EGR 모드가 활성화되어 상기 차압생성 밸브가 작동하는 경우, 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 더 큰 부압이 형성된 곳으로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 EGR 모드가 활성화되어 작동하는 상기 차압생성 밸브는, 상기 배기가스의 재순환에 요구되는 상기 컴프레서의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제어하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 EGR 모드가 비활성화된 경우로서 미리 설정된 차압생성 밸브 작동 조건에 따라 상기 차압생성 밸브가 작동하는 경우, 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 더 큰 부압이 형성된 곳으로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 상기 차압생성 밸브 작동 조건은, 상기 엔진의 부하율에 근거하여 결정되는 상기 차압생성 밸브의 개폐 조건, 및 상기 증발가스의 퍼지에 요구되는 상기 컴프레서의 전단의 부압을 형성하기 위한 상기 차압생성 밸브의 개도 정보를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 제어하는 단계에서, 상기 제어부는, 상기 차압생성 밸브가 작동하지 않는 경우, 상기 흡기 매니폴드로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 EGR 시스템 및 터보 과급기가 탑재된 내연기관에서 흡기 매니폴드를 통한 증발가스의 퍼지가 어려운 상황에서도 차압생성 밸브를 통해 컴프레서 전단의 부압을 형성하여 증발가스가 컴프레서 전단으로 퍼지되도록 제어함으로써 캐니스터에 포집된 증발가스를 효과적으로 퍼지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치에서 컴프레서 전단으로 증발가스가 퍼지되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법에서 증발가스의 퍼지가 제어되는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치 및 방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치를 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치에서 컴프레서 전단으로 증발가스가 퍼지되는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 터보 과급기(TURBOCHARGER)는 엔진(ENGINE)으로부터 배출된 배기가스에 의해 회전하는 터빈(TURBINE), 및 터빈(TURBINE)에 의해 회전되어 엔진(ENGINE)으로 공급되는 흡입가스를 압축하는 컴프레서(COMPRESSOR)를 포함한다. 즉, 터빈(TURBINE)은 배기 라인(40) 상에 설치되며, 컴프레서(COMPRESSOR)는 흡기 라인(30) 상에 설치된다. 한편, 본 실시예에서 엔진(ENGINE)은 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진 등으로 구현될 수 있으며, 특정 방식의 엔진으로 제한되지 않는다.
흡기 라인(30)에는 컴프레서(COMPRESSOR)와 함께 에어 클리너(AIRCLEANER), 인터쿨러(INTERCOOLER) 및 스로틀 밸브(THROTTLE_VALVE)가 설치된다. 에어 클리너(AIRCLEANER)는 외부로부터 유입되는 공기에 포함된 먼지와 같은 고체 입자상 물질(이물질)을 제거한다. 인터쿨러(INTERCOOLER)는 컴프레서(COMPRESSOR)에 의해 압축되어 고온을 갖는 흡입가스를 팽창시킴으로써 흡입가스를 냉각시킨다. 스로틀 밸브(THROTTLE_VALVE)는 엔진(ENGINE)으로 공급되는 흡입가스의 양을 조절하기 위해 후술할 제어부(ECU)에 의해 그 개도가 제어된다.
EGR(Exhaust Gas Recirculation) 라인은 배기 라인(40)과 흡기 라인(30)을 연통하여 설치된다. 구체적으로, EGR 라인(50)은 터빈(TURBINE)의 후단 측 배기 라인(40)으로부터 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단 측 흡기 라인(30) 사이를 연통하여 설치된다. 이에 따라, EGR 라인(50)은 엔진(ENGINE)으로부터 배출된 배기가스 중 일부를 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단 측의 흡기 라인(30)으로 재순환시켜 흡기가스와 혼합되도록 하는 역할을 수행한다. EGR 라인(50) 상에는 제어부(ECU)의 제어에 의해 EGR 라인(50)을 개폐하여 EGR 라인(50)을 통해 재순환되는 배기가스의 양을 조절하는 EGR 밸브(EGR_VALVE)가 설치된다.
흡기 라인(30) 상에는 차압생성 밸브(DPV)가 설치된다. 차압생성 밸브(DPV)는 에어 클리너(AIRCLEANER) 및 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단 사이를 연결하는 흡기 라인(30) 상에 설치되어, 엔진(ENGINE)의 정상 운전 상태(Normal Driving)에서는 도 2(a)에 도시된 것과 같이 개방 상태를 유지하여 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 압력이 대기압으로 유지되도록 하고, 후술할 것과 같이 EGR 모드가 활성화 되거나 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스의 퍼지가 필요한 경우에는 도 2(b) 및 도 2(c)에 도시된 것과 같이 그 개도가 조절되어 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 압력 및 대기압 간의 차압을 생성하는(즉, 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단에 부압을 형성하는) 역할을 수행한다. 차압생성 밸브(DPV)의 동작에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
캐니스터(CANISTER)는 연료탱크에서 발생한 증발가스를 포집한다. 전술한 것과 같이 엔진(ENGINE) 정지 시 연료탱크에서 발생한 증발가스는 캐니스터(CANISTER)의 내부에 채워진 활성탄을 통해 흡수되어 포집된 후, 엔진(ENGINE)이 다시 가동되어 주행이 시작되면 엔진(ENGINE) 부압에 의하여 엔진(ENGINE)으로 공급되어 연소된다. 캐니스터(CANISTER)의 일측에는 외부공기가 유입되는 유입구가 형성되어 있으며, 이에 따라 캐니스터(CANISTER) 내부로 유입된 외부공기를 통해 캐니스터(CANISTER) 내부의 활성탄에 흡착된 증발가스가 활성탄으로부터 용이하게 분리될 수 있다. 한편, 캐니스터(CANISTER)는 연료 이송 모듈 및 연료 탱크 압력 센서(FDM(Fuel Delivery Module) & TPS(Tank Pressure Sensor))와 연결되어 있다.
캐니스터(CANISTER)는 제1 퍼지 라인(10)을 통해 흡기 매니폴드와 연결되며, 제2 퍼지 라인(20)을 통해 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단과 연결된다. 제1 및 제2 퍼지 라인(10, 20) 상에는 역류 방지용 체크 밸브(CHECK_VALVE)가 설치된다. 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)는 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스를 제1 및 제2 퍼지 라인(10, 20) 간의 절환을 통해 엔진(ENGINE)의 흡기 매니폴드 및 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단 중 어느 하나로 퍼지한다. 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)는 솔레노이드 밸브로 구현될 수 있다.
제어부(ECU)는 배기가스의 재순환을 위한 EGR 모드의 활성 여부, 및 차압생성 밸브(DPV)의 작동 여부에 따라 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어하여 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스가 흡기 매니폴드 및 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단 중 어느 하나로 퍼지되도록 제어한다.
상술한 구조에 기초하여, 본 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치의 동작 과정을 설명한다.
먼저, 제어부(ECU)는 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스의 퍼지가 필요한지 여부를 판단한다. 즉, 제어부(ECU)는 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스를 소모시킬 필요가 있는지 여부를 우선적으로 판단하며, 이를 위해 제어부(ECU)는 캐니스터(CANISTER) 또는 연료탱크의 압력이 미리 설정된 일정 압력에 도달하였는지 여부, 또는 엔진(ENGINE) 정지 시간의 적산값이 미리 설정된 일정값에 도달하는지 여부 등을 판단하여 증발가스의 퍼지가 필요한지 여부를 판단할 수 있다.
증발가스의 퍼지가 필요한 것으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 배기가스의 재순환을 위한 EGR 모드가 활성화되어 있는지 판단한다(즉, 현재 EGR 밸브(EGR_VALVE)가 개방되어 배기가스의 재순환이 이루어지고 있는지 판단한다.).
EGR 모드의 활성 여부를 판단하는 과정이 갖는 의미를 설명하면, EGR 모드가 활성화된 경우, 제어부(ECU)는 배기가스의 재순환에 요구되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도를 갖도록 차압생성 밸브(DPV)를 제어한다. 이를 통해, EGR 라인(50)을 통한 배기가스의 재순환이 이루어지는 동시에 배가가스 재순환을 위해 형성된 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 활용하여 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스의 퍼지도 수행될 수 있다.
반면, EGR 모드가 비활성화된 경우, 배기가스의 재순환이 이루어지고 있는 상태가 아니므로, 제어부(ECU)는 배가가스의 재순환에 요구되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압이 아닌, 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스를 퍼지시키기 위한 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도를 갖도록 차압생성 밸브(DPV)를 제어한다.
즉, 터보 과급기(TURBOCHARGER)의 과급 운전 영역에서 높은 흡기 매니폴드의 압력으로 인한 퍼지의 어려움을 해소하기 위해, 본 실시예의 제어부(ECU)는 차압생성 밸브(DPV)를 작동시켜 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성함으로써 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단으로 증발가스가 퍼지되도록 유도하는 퍼지 제어를 수행하며, 배기가스의 재순환 및 증발가스의 퍼지를 병행하기 위해 EGR 모드의 활성 여부에 따른 차별적인 퍼지 제어를 수행함으로써 보다 효과적인 증발가스의 퍼지가 이루어질 수 있다.
EGR 모드의 활성 여부에 따라 증발가스의 퍼지가 제어되는 과정을 보다 구체적으로 설명한다.
제어부(ECU)는, EGR 모드가 활성화되어 차압생성 밸브(DPV)가 작동하고 있는 경우, 흡기 매니폴드의 부압 및 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 비교하여 더 큰 부압이 형성된 곳으로 증발가스가 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어한다.
즉, EGR 모드가 활성화되어 있는 경우, 제어부(ECU)는 배기가스의 재순환에 요구되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도를 갖도록 차압생성 밸브(DPV)를 제어한다. 이때 차압생성 밸브(DPV)의 개도는 EGR 기반의 개도로서, 배기가스의 재순환량을 고려하여 제어부(ECU)에 미리 설정되는 조건에 따라 결정될 수 있다.
EGR 모드가 활성화되어 차압생성 밸브(DPV)가 작동하는 경우, 도 2의 (b)에 도시된 것과 같이 배기가스의 재순환 및 증발가스의 퍼지가 동시에 수행되며, 즉 배기가스의 재순환을 위해 차압생성 밸브(DPV)가 작동함으로써 형성되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 활용하여 증발가스의 퍼지 또한 동시에 수행될 수 있다.
다음으로, 제어부(ECU)는, EGR 모드가 비활성화된 경우로서 미리 설정된 차압생성 밸브 작동 조건에 따라 차압생성 밸브(DPV)가 작동하는 경우, 흡기 매니폴드의 부압 및 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 비교하여 더 큰 부압이 형성된 곳으로 증발가스가 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어한다.
구체적으로, EGR 모드가 비활성화되어 있는 경우, 배기가스의 재순환에 요구되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압 형성은 필요하지 않으며, 터보 과급 조건에서의 높은 흡기 매니폴드의 압력으로 인한 증발가스의 퍼지 곤란성을 해소하기 위해 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단으로 증발가스를 퍼지시키기 위한 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압 형성만이 필요하다. 이를 위해 제어부(ECU)는 우선적으로 현재 내연기관의 상태가 미리 설정된 차압생성 밸브 작동 조건을 만족하는지 판단한다. 차압생성 밸브 작동 조건은 엔진(ENGINE)의 부하율에 근거하여 결정되는 차압생성 밸브(DPV)의 개폐 조건, 및 증발가스의 퍼지에 요구되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성하기 위한 차압생성 밸브(DPV)의 개도 정보를 포함한다.
구체적으로, 제어부(ECU)는 엔진(ENGINE)의 부하율에 따라 차압생성 밸브(DPV)를 개폐시킬지 결정한다. 엔진(ENGINE)이 아이들(idle) 상태 또는 저부하 상태에 있는 경우, 차압생성 밸브(DPV)를 작동시켜(폐쇄시켜) 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단에 부압을 형성하면 엔진(ENGINE) 스톨(engine stall) 현상이 발생할 가능성이 있으므로 제어부(ECU)는 차압생생 밸브를 작동시키지 않는다. 반대로, 엔진(ENGINE)이 고부하 상태에 있는 경우, 차압생성 밸브(DPV)를 작동시켜 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단에 부압을 형성해도 컴프레서(COMPRESSOR)의 동작 및 스로틀 밸브(THROTTLE_VALVE)의 개방 상태에 비추어 엔진(ENGINE) 스톨 현상이 발생할 가능성이 낮으므로 제어부(ECU)는 차압생성 밸브(DPV)를 작동시킨다.
엔진(ENGINE)이 고부하 상태에 있어 차압생성 밸브(DPV)가 작동하는 경우, 제어부(ECU)는 차압생성 밸브 작동 조건에 따라 증발가스의 퍼지에 요구되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도를 갖도록 차압생성 밸브(DPV)를 제어한다. 이때 차압생성 밸브(DPV)의 개도는 퍼지 기반의 개도로서, 증발가스의 퍼지량을 고려하여 제어부(ECU)에 미리 설정되는 조건에 따라 결정될 수 있다.
EGR 모드가 비활성화된 상태로서 차압생성 밸브(DPV)가 작동하는 경우, 도 2의 (c)에 도시된 것과 같이 증발가스의 퍼지만이 수행되며, 즉 배기가스의 재순환이 수행되지 않더라도 차압생성 밸브 작동 조건에 따라 차압생성 밸브(DPV)를 추가적으로 작동시켜 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성함으로써 보다 효과적인 증발가스의 퍼지가 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
본 실시예에서는 차압생성 밸브(DPV)를 작동시켜 증발가스를 일률적으로 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단으로 퍼지시키는 것이 아닌, 차압생성 밸브(DPV)를 작동시켜 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성한 후, 흡기 매니폴드의 부압과 비교하여 더 큰 부압이 형성된 곳으로 증발가스를 퍼지시키는 실시예를 채용한다. 이에 따라, 과급 운전 영역을 포함한 모든 운전 영역에서 언제나 높은 부압이 형성된 유로를 통해 증발가스가 퍼지되도록 제어함으로써 보다 효과적인 증발가스의 퍼지 제어를 수행할 수 있다.
한편 제어부(ECU)는, 차압생성 밸브(DPV)가 작동하지 않는 경우, 흡기 매니폴드로 증발가스가 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어한다.
구체적으로, EGR 모드가 활성화된 경우라도 내연기관의 상태에 따라 차압생성 밸브(DPV)가 작동하지 않는 경우가 발생할 수 있으며, EGR 모드가 비활성화된 경우로서 엔진(ENGINE)이 아이들 또는 저부하 상태에 있는 경우 전술한 차압생성 밸브 작동 조건에 따라 차압생성 밸브(DPV)가 작동하지 않는다. 상기와 같이 차압생성 밸브(DPV)가 작동하지 않는 경우에는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단에 대기압 수준의 압력이 형성됨으로 인해 증발가스의 퍼지가 용이하지 않으므로, 제어부(ECU)는 흡기 매니폴드로 증발가스가 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법에서 증발가스의 퍼지가 제어되는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법을 설명하면, 먼저 제어부(ECU)는 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스의 퍼지가 필요한지 여부를 판단한다(S10). 즉, 제어부(ECU)는 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스를 소모시킬 필요가 있는지 여부를 우선적으로 판단한다.
이어서, 제어부(ECU)는 증발가스의 퍼지가 필요한 경우, 엔진(ENGINE)으로부터 배출된 배기가스의 재순환을 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 모드의 활성 여부, 및 터보 과급기(TURBOCHARGER)에 구비된 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 압력 및 대기압 간의 차압을 생성하는 차압생성 밸브(DPV)의 작동 여부에 따라 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어하여 캐니스터(CANISTER)에 포집된 증발가스가 엔진(ENGINE)의 흡기 매니폴드 및 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단 중 어느 하나로 퍼지되도록 제어한다(S20).
도 4를 참조하여 S20 단계를 보다 구체적으로 설명한다.
S10 단계에서 증발가스의 퍼지가 필요하다고 판단된 경우, 제어부(ECU)는 배기가스의 재순환을 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 모드가 활성화되어 있는지 판단한다(S21).
S21 단계에서 EGR 모드가 활성화되어 있는 것으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 차압생성 밸브(DPV)가 작동하고 있는지 판단한다(S22).
S22 단계에서 차압생성 밸브(DPV)가 작동하고 있지 않은 것으로 판단된 경우, 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단에 대기압 수준의 압력이 형성됨으로 인해 증발가스의 퍼지가 용이하지 않으므로, 제어부(ECU)는 흡기 매니폴드로 증발가스가 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어한다(S27).
S22 단계에서 차압생성 밸브(DPV)가 작동하고 있는 것으로 판단된 경우(이때 차압생성 밸브(DPV)의 개도는 배기가스의 재순환에 요구되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도이다.), 제어부(ECU)는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압 및 흡기 매니폴드의 부압을 비교한다(S23).
S23 단계의 비교 결과, 제어부(ECU)는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압이 더 큰 경우에는 증발가스가 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단으로 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어하고(S24), 흡기 매니폴드의 부압이 더 큰 경우에는 증발가스가 흡기 매니폴드로 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어한다(S27).
한편, S21 단계에서 EGR 모드가 비활성화되어 있는 것으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 내연기관의 상태가 미리 설정된 차압생성 밸브 작동 조건을 충족하는지 판단한다(S25). 차압생성 밸브 작동 조건은 엔진(ENGINE)의 부하율에 근거하여 결정되는 차압생성 밸브(DPV)의 개폐 조건, 및 증발가스의 퍼지에 요구되는 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 형성하기 위한 차압생성 밸브(DPV)의 개도 정보를 포함한다.
S25 단계에서 내연기관의 상태가 차압생성 밸브 작동 조건을 충족하는 것으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 차압생성 밸브 작동 조건에 따른 개도를 갖도록 차압생성 밸브(DPV)를 작동시킨다(S26).
S26 단계 이후, 흡기 매니폴드의 부압 및 컴프레서(COMPRESSOR)의 전단의 부압을 비교하는 S23 단계가 수행되고, 더 큰 부압이 형성된 곳으로 증발가스가 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브(CPV)의 절환을 제어하는 S24 단계 또는 S27 단계가 수행된다.
한편, S25 단계에서 내연기관의 상태가 차압생성 밸브 작동 조건에 충족하지 않는 것으로 판단된 경우, 제어부(ECU)는 차압생성 밸브(DPV)가 작동시키지 않고 증발가스가 흡기 매니폴드로 퍼지되도록 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어한다(S27).
이와 같이 본 실시예는, EGR 시스템 및 터보 과급기가 탑재된 내연기관에서 흡기 매니폴드로 증발가스의 퍼지가 어려운 상황에서도 차압생성 밸브를 통해 컴프레서의 전단의 부압을 형성하여 증발가스가 컴프레서 전단으로 퍼지되도록 제어함으로써 캐니스터에 포집된 증발가스를 효과적으로 퍼지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
TURBOCHARGER: 터보 과급기
COMPRESSOR: 컴프레서
TURBINE: 터빈
ENGINE: 엔진
AIRCLEANER: 에어 클리너
DPV: 차압생성 밸브
EGR_VALVE: EGR 밸브
INTERCOOLER: 인터쿨러
THROTTLE_VALVE: 스로틀 밸브
CANISTER: 캐니스터
CPV: 캐니스터 퍼지 밸브
CHECK_VALVE: 체크 밸브
ECU: 제어부
10: 제1 퍼지 라인
20: 제2 퍼지 라인
30: 흡기 라인
40: 배기 라인
50: EGR 라인

Claims (12)

  1. 엔진으로부터 배출된 배기가스에 의해 회전하는 터빈, 및 상기 터빈에 의해 회전되어 상기 엔진으로 공급되는 흡입가스를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보 과급기;
    연료탱크에서 발생한 증발가스를 포집하는 캐니스터;
    상기 캐니스터에 포집된 증발가스를 상기 엔진의 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 어느 하나로 절환하여 퍼지하는 캐니스터 퍼지 밸브;
    상기 컴프레서의 전단의 압력 및 대기압 간의 차압을 생성하는 차압생성 밸브; 및
    상기 배기가스의 재순환을 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 모드의 활성 여부, 및 상기 차압생성 밸브의 작동 여부에 따라 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하여 상기 캐니스터에 포집된 증발가스가 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 어느 하나로 퍼지되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 EGR 모드가 비활성화된 경우로서 미리 설정된 차압생성 밸브 작동 조건에 따라 상기 차압생성 밸브가 작동하는 경우, 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 더 큰 부압이 형성된 곳으로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하고,
    상기 차압생성 밸브 작동 조건은, 상기 엔진의 부하율에 근거하여 결정되는 상기 차압생성 밸브의 개폐 조건, 및 상기 증발가스의 퍼지에 요구되는 상기 컴프레서의 전단의 부압을 형성하기 위한 상기 차압생성 밸브의 개도 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 EGR 모드가 활성화되어 상기 차압생성 밸브가 작동하는 경우, 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 더 큰 부압이 형성된 곳으로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 EGR 모드가 활성화되어 작동하는 상기 차압생성 밸브는, 상기 배기가스의 재순환에 요구되는 상기 컴프레서의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 차압생성 밸브가 작동하지 않는 경우, 상기 흡기 매니폴드로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 장치.
  7. 제어부가, 캐니스터에 포집된 증발가스의 퍼지가 필요한지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 증발가스의 퍼지가 필요한 경우, 상기 제어부가 엔진으로부터 배출된 배기가스의 재순환을 위한 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 모드의 활성 여부, 및 터보 과급기에 구비된 컴프레서의 전단의 압력 및 대기압 간의 차압을 생성하는 차압생성 밸브의 작동 여부에 따라 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하여 상기 캐니스터에 포집된 증발가스가 상기 엔진의 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 어느 하나로 퍼지되도록 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제어하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 EGR 모드가 비활성화된 경우로서 미리 설정된 차압생성 밸브 작동 조건에 따라 상기 차압생성 밸브가 작동하는 경우, 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 더 큰 부압이 형성된 곳으로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하고,
    상기 차압생성 밸브 작동 조건은, 상기 엔진의 부하율에 근거하여 결정되는 상기 차압생성 밸브의 개폐 조건, 및 상기 증발가스의 퍼지에 요구되는 상기 컴프레서의 전단의 부압을 형성하기 위한 상기 차압생성 밸브의 개도 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 EGR 모드가 활성화되어 상기 차압생성 밸브가 작동하는 경우, 상기 흡기 매니폴드 및 상기 컴프레서의 전단 중 더 큰 부압이 형성된 곳으로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 EGR 모드가 활성화되어 작동하는 상기 차압생성 밸브는, 상기 배기가스의 재순환에 요구되는 상기 컴프레서의 전단의 부압을 형성하기 위한 개도를 갖는 것을 특징으로 하는 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제어하는 단계에서, 상기 제어부는,
    상기 차압생성 밸브가 작동하지 않는 경우, 상기 흡기 매니폴드로 상기 증발가스가 퍼지되도록 상기 캐니스터 퍼지 밸브의 절환을 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 증발가스 퍼지 제어 방법.
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