KR101927181B1 - 엔진 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 - Google Patents

Abstract

엔진 시스템 및 이를 이용한 제어 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템은 엔진의 연소실로 공급되는 신기가 흐르는 흡기 라인; 상기 연소실에 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스의 일부를 상기 연소실로 재순환시키는 EGR 장치; 상기 배기 라인에 구비되고 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈과 상기 흡기 라인에 구비되고 상기 터빈과 연동하여 회전하고 외기를 압축하는 컴프레서 포함하는 터보차저; 상기 컴프레서 후단의 흡기 라인에 배치되는 인터쿨러; 상기 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인에서 상기 인터쿨러를 관통하여 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인; 및 상기 흡기 바이패스 라인에 배치되어 상기 컴프레서에 의해 압축된 흡기의 일부가 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 공급하거나, 또는 상기 흡기 라인에 잔존하는 잔류 배기 가스량에 따라 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 연소실로 흡기량을 조절하는 재순환 밸브;를 포함할 수 있다.

Description

엔진 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 {ENGINE SYSTEM AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 엔진 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기 가스 재순환 장치를 구비한 엔진에서 흡기 라인에 잔존하는 배기 가스량의 농도를 저감시킬 수 있는 엔진 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 배기가스에 포함된 질소산화물(nitrous oxide; NOx)은 산성비의 원인이 될 뿐 아니라 눈과 호흡기를 자극하며 식물을 고사시킨다. 이러한 NOx는 주요한 대기오염물질로 규제되고 있으며, 이러한 NOx의 배출을 줄이기 위한 많은 연구가 진행되고 있다.

배기가스 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 시스템은 유해 배기가스의저감을 위해 차량에 장착되는 시스템이다. 일반적으로, NOx는 혼합기 중에 공기의 비율이 높아서 연소가 잘될 때 증가한다. 따라서, 배기가스 재순환 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부(예를 들어 5~20%)를 다시 혼합기에 섞어 혼합기 속의 산소량을 줄이고 연소를 방해하여 NOx의 발생을 억제하는 시스템이다.

배기가스 재순환 시스템에는 점화를 지연시키고 공연비를 감소함으로써 NOx 뿐만 아니라 입자상 물질(particulate material; PM), 탄화수소(HC)도 동시에 저감시키는 온간 배기가스 재순환 시스템(hot EGR system)과 재순환되는 배기가스를 냉각시켜 연소실 내의 온도를 낮춤으로써 연소를 방해하는 냉간 배기가스 재순환 시스템(cooled EGR system)이 있다.

엔진으로 유입되는 전체 공기량(신기 + 재순환 가스) 중에서 배기가스 재순환 시스템을 통해 엔진으로 유입되는 재순환 가스량이 차지하는 비율을 EGR율이라고 한다. EGR율이 증가하면 연소실로 공급되는 산소의 농도가 감소하여 연소 온도가 낮아지고 질소 산화물의 양이 감소한다. 다만, 재순환되는 배기 가스 량이 지나치게 증가하면 엔진의 출력과 연비가 악화된다. 반면, EGR율이 감소하면 연소실로 공급되는 산소의 농도가 증가하여 연소 온도가 높아지고 질소 산화물의 양이 증가한다. 따라서, 재순환되는 배기 가스량은 적절하게 제어되어야 한다.

또한, 엔진의 시동이 오프된 후에 재순환 가스와 신기가 흐르는 흡기 유로에 재순환 가스가 잔류하게 된다. 그리고 엔진이 재시동되면, 잔류 가스가 엔진의 연소실로 유입되는데, 이때, 노킹 또는 조기 점화와 같은 이상 연소가 발생하게 되는 문제가 발생한다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엔진의 시동이 오프된 후, 재순환 가스와 신기가 흐르는 흡기 유로에 잔존하는 잔류 배기 가스 농도를 저감시킬 수 있는 엔진 시스템 및 이를 이용한 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 흡기 라인에 잔존하는 잔류 가스를 제거함으로써, 노킹 또는 조기 점화와 같은 이상 연소가 발생하는 것을 방지하고, EGR율을 정확히 제어할 수 있는 엔진 시스템 및 제어 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템은 엔진의 연소실로 공급되는 신기가 흐르는 흡기 라인; 상기 연소실에 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인; 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스의 일부를 상기 연소실로 재순환시키는 EGR 장치; 상기 배기 라인에 구비되고 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈과 상기 흡기 라인에 구비되고 상기 터빈과 연동하여 회전하고 외기를 압축하는 컴프레서 포함하는 터보차저; 상기 컴프레서 후단의 흡기 라인에 배치되는 인터쿨러; 상기 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인에서 상기 인터쿨러를 관통하여 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인; 및 상기 흡기 바이패스 라인에 배치되어 상기 컴프레서에 의해 압축된 흡기의 일부가 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 공급하거나, 또는 상기 흡기 라인에 잔존하는 잔류 배기 가스량에 따라 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 연소실로 흡기량을 조절하는 재순환 밸브;를 포함할 수 있다.

상기 재순환 밸브는 상기 인터쿨러의 상단에 배치될 수 있다.

상기 재순환 밸브는 내부에 유로가 형성되는 하우징; 상기 유로와 연통하고 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인과 연통하는 제1 통로; 상기 유로와 연통하고 상기 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인과 연통하는 제2 통로; 상기 유로와 연통하고 상기 인터쿨러와 연결되는 흡기 라인과 연통하는 제3 통로; 상기 제1 통로를 선택적으로 차단하는 구동부;를 포함할 수 있다.

상기 구동부는 동력을 발생시키는 구동 모터; 및 상기 구동 모터의 동작에 따라 상기 제1 통로와 상기 제3 통로의 개도량을 조절하는 플랩;을 포함할 수 있다.

상기 재순환 밸브의 동작을 조절하는 제어기;를 더 포함하고, 상기 제어기는 엔진 시동 오프 후 상기 컴프레서와 상기 연소실 사이의 흡기 라인에 잔존하는 잔류 배기 가스량을 계산하고, 상기 잔류 배기 가스량이 최소 설정량과 최대 설정량 사이이면 엔진 재시동시 상기 잔류 배기 가스량에 따라 상기 제1 통로의 개도량 및 상기 제3 통로의 개도량이 조절되도록 상기 플랩을 제어할 수 있다.

상기 제어기는 상기 잔류 배기 가스량이 최대 설정량보다 많으면 엔진 재시동시 상기 플랩이 상기 제3 통로를 차단하도록 제어할 수 있다.

상기 제어기는 상기 잔류 배기 가스량이 많을수록 상기 제3 통로의 개도량과 비교하여 상기 제1 통로의 개도량이 증가하도록 상기 플랩을 제어할 수 있다.

상기 제어기는 EGR율(EGR ratio)과 상기 흡기 라인의 체적으로부터 잔류 배기 가스량을 계산할 수 있다.

상기 재순환 밸브의 동작을 조절하는 제어기;를 더 포함하고, 상기 제어기는 팁 아웃시 상기 재순환 밸브가 상기 제3 통로를 차단하도록 제어하여, 터보차저의 컴프레서에 의해 압축된 흡기 가스의 일부를 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 공급할 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 엔진의 제어 방법은 제어기에 의해, 엔진의 시동 오프 후 터보차저의 컴프레서와 흡기 매니폴드 사이의 흡기 라인에 잔존하는 잔류 배기 가스량을 계산하는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 잔류 배기 가스량에 따라 상기 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인에서 상기 인터쿨러를 관통하여 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인에 설치되는 재순환 밸브의 개도량을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 제어하는 단계는 상기 제어기에 의해, 상기 잔류 배기 가스량과 설정량을 비교하는 단계; 및 상기 제어기에 의해, 상기 잔류 배기 가스량이 최소 설정량과 최대 설정량 사이이면 엔진 재시동시 잔류 배기 가스량에 따라 상기 재순환 밸브의 플랩을 제어하여 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 단계;를 포함하고, 상기 흡기 바이패스 라인은 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인에서 인터쿨러를 관통하여 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류할 수 있다.

상기 잔류 배기 가스량이 최대 설정량보다 많으면 엔진 재시동시 상기 재순환 밸브의 플랩을 제어하여 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 연소실로 흡기가 최대가 되도록 제어할 수 있다.

상기 잔류 배기 가스량이 많을수록 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 연소실로 공급되는 흡기량을 증가시킬 수 있다.

EGR율(EGR ratio)과 상기 흡기 라인의 체적으로부터 잔류 배기 가스량을 계산할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 엔진 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 의하면, 연소실 전단의 흡기 라인에서 분기되어 터보차저의 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인에 설치되는 재순환 밸브를 통해 흡기 매니폴드로 공급되는 신기량을 증가시켜 흡기 라인에 잔존하는 잔류 배기 가스의 농도를 저감시킬 수 있다.

또한, 잔류 배기 가스의 농도를 저감시킴으로써, 연소실에서 이상 연소가 발생하는 것을 방지할 수 있고, EGR율을 정확하게 제어할 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 재순환 밸브의 구성을 도시한 개념도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템에서 재순환 밸브를 통과하는 흡기 가스의 흐름을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템에서 재순환 밸브를 통과하는 흡기 가스의 흐름을 도시한 다른 개념도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템에서 재순환 밸브를 통과하는 압축 공기의 흐름을 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 엔진 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템의 구성을 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 엔진 시스템은 엔진(20), 터보차저(70), EGR 장치(50), 인터쿨러(16), 재순환 밸브(14) 및 제어기(90)를 포함한다.

상기 엔진(20)은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 다수의 연소실(21)을 포함한다. 상기 엔진(20)에는 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기 가스가 흐르는 흡기 라인(10)과, 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인(30)이 구비된다.

상기 흡기 라인(10)에는 외부에서 유입되는 신기를 필터링하는 에어 클리너(11)가 구비된다.

상기 연소실의 전단에는 다수의 연소실로 공급되는 흡기를 배분하는 흡기 매니폴드가 구비되고, 상기 흡기 매니폴드의 전단에는 상기 흡기 매니폴드로 유입되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브(25)가 구비된다.

상기 배기 라인(30)에는 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스에 포함된 각종 유해 물질을 정화시키는 배기 가스 정화 장치(60)가 구비된다. 상기 배기 가스 정화 장치(60)는 질소 산화물을 정화하기 위한 LNT(lean NOx trap), 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst) 및 디젤 매연 필터(diesel particulate filter)를 포함할 수 있다.

상기 터보차저(70)는 상기 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 흡기 가스(외기+재순환 가스)를 압축하여 상기 연소실(21)로 공급한다. 상기 터보차저(70)는 상기 배기 라인(30)에 구비되고 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈(72), 및 상기 터빈(72)과 연동하여 회전하고 흡기 가스를 압축하는 컴프레서(74)를 포함한다.

상기 EGR 장치(50)는 상기 연소실(21)에서 배출되는 배기 가스의 일부를 상기 연소실(21)로 재순환시키는 장치이다. 상기 EGR 장치(50) (LP-EGR: low pressure exhaust gas recirculation apparatus)는 EGR 라인(52), EGR 쿨러(56), 및 EGR 밸브(54)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에서는 저압 EGR 장치를 예로 들어 설명하지만, 다른 유형의 EGR 장치(예를 들어, 고압 EGR 장치)가 적용될 수도 있다.

상기 EGR 라인(52)은 상기 터빈(72) 후단의 배기 라인(30)에서 분기되어 상기 컴프레서(74) 전단의 흡기 라인(10)으로 합류한다. 상기 EGR 쿨러(56)는 상기 EGR 라인(52)에 배치되고, 상기 EGR 라인(52)을 흐르는 배기 가스를 냉각시킨다. 상기 EGR 밸브(54)는 상기 EGR 라인(52)과 상기 흡기 라인(10)이 합류하는 지점에 배치되고, 상기 EGR 라인(52)을 통해 흡기 라인(10)으로 유입되는 배기 가스량을 조절한다. 여기서, 상기 EGR 라인(52)을 통해 상기 흡기 라인(10)으로 공급되는 배기 가스를 재순환 가스(recirculation gas)라고 한다.

상기 인터쿨러(16)는 상기 흡기 라인(10)을 통해 유입되는 흡기 가스를 냉각수와의 열 교환을 통해 냉각시킨다. 즉, 상기 터보차저(70)에 의해 압축된 흡기 가스는 온도가 높아져 팽창하기 때문에, 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기 가스의 산소 밀도가 낮아지고, 이로 인해, 상기 엔진(20)에서 요구하는 토크를 출력하기 어렵다. 따라서, 상기 인터쿨러(16)를 통해 흡기 가스를 냉각시켜 흡기 가스의 밀도를 증가시켜 엔진(20)의 연소 효율을 향상시킨다.

상기 컴프레서(74) 후단의 흡기 라인(10)에서 분기되어 상기 컴프레서(74) 전단의 흡기 라인(10)으로 합류하는 흡기 바이패스 라인(12)이 형성된다. 이때, 상기 흡기 바이패스 라인(12)는 상기 컴프레서와 상기 흡기 매니폴드 사이에 구비되는 상기 인터쿨러(16)의 입구 또는 출구에서 분기되어 상기 컴프레서(74) 전단의 흡기 라인으로 합류할 수 있다.

상기 흡기 바이패스 라인(12)에는 재순환 밸브(14)가 설치된다. 바람직하게는, 상기 재순환 밸브(14)는 상기 인터쿨러(16)의 입구 또는 출구에 상기 인터쿨러(16)와 일체로 구비될 수 있다. 상기 재순환 밸브(14)는 상기 제어기(90)의 제어 신호에 의해 개폐된다.

상기 제어기(90)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.

도 2를 참조하면, 상기 재순환 밸브(14)는 하우징(41), 제1 통로(42), 제2 통로(43), 제3 통로(44), 및 구동부를 포함한다.

상기 하우징(41)은 상기 인터쿨러(16)의 상측에 구비되는 흡기 라인(10)에 설치되고 상기 하우징(41)의 내부에는 유로가 형성된다.

상기 제1 통로(42)는 상기 하우징(41)에 형성되고, 상기 유로와 연통하고 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인과 연통한다. 상기 제2 통로(43)는 상기 하우징(41)에 형성되고, 상기 유로와 연통하고 상기 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인과 연통한다. 상기 제3 통로(44)는 상기 하우징(41)에 형성되고, 상기 유로와 연통하고 상기 인터쿨러와 연결되는 흡기 라인과 연통한다.

상기 구동부는 동력을 발생시키는 구동 모터(45), 및 상기 구동 모터(45)의 동작에 의해 동작되고 상기 제1 통로(42)와 상기 제3 통로(44)의 개도량을 조절하는 플랩(46)을 포함한다. 상기 구동 모터(45)는 직류 모터(DC motor)일 수 있고, 상기 플랩(46)은 상기 구동 모터(45)의 회전축에 연결될 수 있다.

즉, 상기 제어기(90)는 상기 구동 모터(45)를 제어하여 상기 플랩(46)이 상기 제1 통로(42) 또는 상기 제3 통로(44)의 개도량을 조절할 수 있다.

상기 컴프레서(74) 후단으로부터 스로틀 밸브(25)의 전단 사이의 흡기 라인(10)에 잔류 배기 가스가 잔존하는 경우, 상기 제어기(90)는 상기 재순환 밸브(14)의 구동 모터(45)를 제어하여 상기 흡기 바이패스 라인(12)를 통해 상기 연소실(21)로 흡기를 추가로 공급한다.

예를 들면, 상기 EGR 장치(50)를 통해 연소실(21)로 재순환 가스를 공급하다가 엔진의 시동이 오프되는 경우, 상기 컴프레서(74)와 상기 연소실(21) 사이의 흡기 라인(10)에 배기 가스가 잔존하게 된다. 그리고 엔진(20)이 재시동되면, 상기 흡기 라인(10)에 잔존하는 잔류 배기 가스가 연소실(21)로 공급되기 때문에, 잔류 배기 가스로 인해 노킹 또는 조기 점화와 같은 이상 연소가 발생한다.

이와 같은 이상 연소를 방지하기 위해 상기 제어기(90)는 엔진(20)의 시동 오프 후 잔류 배기 가스량을 계산하고, 잔류 배기 가스량이 최소 설정량과 최대 설정량 사이이면 엔진 재시동시 상기 잔류 배기 가스량에 따라 상기 제1 통로(42)의 개도량과 상기 제3 통로(44)의 개도량이 조절되도록 상기 제어기(90)는 상기 플랩(46)을 제어한다.

구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제어기(90)는 잔류 배기 가스량이 많을수록 상기 제3 통로(44)의 개도량과 비교하여 상기 제1 통로(42)의 개도량이 증가하도록 상기 플랩(46)을 제어한다.

이와 같이, 잔류 배기 가스량이 많을수록 상기 제1 통로(42)의 개도량을 증가시킴으로써, 상기 흡기 라인(10)에 의해 형성되는 제1 흡기 경로(에어 클리너(11) -> 컴프레서(74) -> 인터쿨러(16) -> 스로틀 밸브(25))를 통해 상기 연소실(21)로 흡기가 공급되고, 또한 상기 흡기 라인(10)과 상기 흡기 바이패스 라인(12)에 의해 형성되는 제2 흡기 경로(에어 클리너(11) -> 재순환 밸브(40) -> 스로틀 밸브(25))를 통해 추가적으로 흡기가 연소실(21)로 공급될 수 있다.

상기 제2 흡기 경로를 통해 상기 연소실(21)로 추가로 공급되는 흡기량이 증가하기 때문에, 연소실(21)로 공급되는 흡기에 포함된 잔류 배기 가스의 농도를 감소시킬 수 있다.

만약, 잔류 배기 가스량이 최대 설정량보다 많으면 엔진 재시동시에 상기 플랩(46)이 상기 제3 통로(44)를 차단하도록 상기 구동 모터(45)를 제어한다.

도 5를 참조하면, 상기 플랩(46)이 상기 제3 통로(44)를 차단하면, 따라서, 상기 제2 흡기 경로를 통해 연소실(21)로 공급되는 흡기량이 최대한 증가하고, 이로 인해 연소실(21)로 공급되는 흡기에 포함된 잔류 배기 가스의 농도를 빠르게 감소시킬 수 있고 이상 연소가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

일반적으로 연소실(21)로 공급되는 흡기는 제1 흡기 경로를 통해 공급되는데, 잔류 배기 가스량이 최소 설정량보다 큰 경우, 상기 재순환 밸브(40)의 플랩(46)을 제어하여, 상기 제2 흡기 경로를 통해 연소실(21)로 공급되는 흡기량을 증가시켜 흡기에 포함된 잔류 배기 가스의 농도를 감소시킬 수 있다. 이때, 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 연소실로 유입되는 흡기의 경로는 기존의 흡기 라인(10)을 통한 흡기의 경로보다 짧기 때문에, 연소실로 유입되는 잔류 배기 가스의 농도를 빠르게 저감시킬 수 있다.

특히, 상기 재순환 밸브(40)는 상기 인터쿨러(16)의 상단에 배치되기 때문에, 엔진의 시동 오프되고 재시동되는 경우, 상기 인터쿨러(16)의 아래쪽에 잔존하는 많은 양의 잔류 배기 가스가 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 연소실(21)로 공급되는 것을 늦출 수 있다.

한편, 상기 재순환 밸브(40)는 상기 컴프레서(74) 후단으로부터 스로틀 밸브(25)의 전단에서 형성되는 높은 압력을 상기 컴프레서(74) 전단의 흡기 라인(10)으로 선택적으로 배출시킬 수 있다.

예를 들면, 차량이 가속 중에 운전자가 팁아웃(tip-out)하는 경우, 제어기(90)는 엔진(20)의 출력을 줄이기 위해 상기 연소실(21)로 공급되는 것을 차단하도록 제어기(90)는 상기 스로틀 밸브(25)를 차단한다. 이때, 상기 컴프레서(74) 후단과 상기 스로틀 밸브(25) 사이의 흡기 라인(10)에는 상기 터보차저(70)에 의해 과급압이 형성된다.

따라서, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제어기(90)는 상기 재순환 밸브(40)를 개방 제어하여 상기 컴프레서(74) 후단과 상기 스로틀 밸브(25) 사이의 흡기 라인(10)에 형성된 과급압을 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 상기 컴프레서(74) 전단의 흡기 라인(10)으로 배출시킨다.

만약, 상기 컴프레서(74) 후단과 상기 스로틀 밸브(25) 사이의 흡기 라인(10)에 과급압이 잔존하면, 스로틀 밸브(25)가 다시 열릴 때 서징(surging) 충격이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 제어기(90)는 상기 재순환 밸브(40)를 개방시켜 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 흡기 라인(10)의 과급압을 배출시킨다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 엔진 시스템의 제어 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 제어 방법을 도시한 순서도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제어기(90)는 엔진(20)의 시동이 오프되었는지 여부를 판단한다(S10).

엔진(20) 시동이 오프되면, 상기 제어기(90)는 컴프레서(74)와 흡기 매니폴드(23) 사이의 흡기 라인(10)에 잔존하는 잔류 배기 가스량을 계산한다(S20). 이때, 상기 제어기(90)는 EGR율(exhaust gas recirculation ratio)과 흡기 라인(10)의 체적으로부터 잔류 배기 가스량을 계산할 수 있다.

EGR율은 엔진(20)의 시동 오프 전, 상기 EGR 장치(50)를 통해 연소실(21)로 공급되는 재순환 가스량을 의미하고 흡기 라인(10)의 체적은 설계적으로 미리 정해지기 때문에, EGR율과 흡기 라인(10)의 체적으로부터 잔류 배기 가스량을 계산할 수 있다.

상기 제어기(90)는 엔진(20)이 재시동되면, 상기 제어기(90)는 잔류 배기 가스량을 설정량과 비교한다(S30, S40).

상기 잔류 배기 가스량이 설정량 이하이면, 상기 제어기(90)는 상기 재순환 밸브(40)의 구동 모터(45)를 제어하여, 상기 플랩(46)이 상기 제1 통로(42)를 차단하도록 제어한다(S32). 상기 플랩(46)이 상기 제1 통로(42)를 차단하면, 연소실(21)로 공급되는 흡기는 제1 흡기 경로를 통해서만 유입된다.

S30 단계에서, 잔류 배기 가스량이 최소 설정량과 최대 설정량 사이이면(S30, S40), 상기 제어기(90)는 엔진이 재시동되었을 때 잔류 배기 가스량에 따라 상기 재순환 밸브(40)의 플랩(46)을 제어하여 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기량을 조절한다(S42). 상기 제어기(90)는 잔류 배기 가스량이 많을수록 상기 흡기 바이패스 라인(12)을 통해 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기량을 증가시킨다.

앞에서 설명한 바와 같이, 일반적으로 연소실(21)로 공급되는 흡기는 제1 흡기 경로를 통해 연소실(21)로 공급되는데, 잔류 배기 가스량이 최소 설정량과 최대 설정량 사이이면, 상기 재순환 밸브(40)의 플랩(46)이 상기 제1 통로(42)를 일정량 개방하도록 제어한다(S42). 여기서, 상기 플랩(46)이 제1 통로(42)를 일정량 개방한다는 것은 상기 플랩(46)에 의해 흡기 바이패스 라인이 일정량 개방되는 것을 의미한다. 이때, 상기 플랩(46)에 의한 제1 통로(42)의 개도량은 잔류 배기 가스량에 따라 증가하도록 제어한다.

상기 S40 단계에서, 잔류 배기 가스량이 최대 설정량보다 많으면, 상기 제어기는 엔진 재시동시에 상기 플랩(46)이 상기 제3 통로(44)를 차단하고 제1 통로(42)를 최대로 개방하도록 제어한다. 따라서, 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 연소실로 공급되는 흡기가 최대가 되도록 제어한다(S44). 여기서, 상기 플랩(46)이 제1 통로(42)를 최대로 개방하고 제3 통로(44)를 차단한다는 것은 상기 플랩(46)에 의해 흡기 바이패스 라인이 최대로 개방되는 것을 의미한다.

즉, 잔류 배기 가스량이 최대 설정량보다 많은 경우에는, 상기 연소실(21)로 공급되는 흡기량이 최대가 되도록 상기 제1 흡기 경로와 상기 제2 흡기 경로를 통해 연소실(21)로 흡기가 공급되도록 한다. 이때, 상기 제1 통로(42)를 최대로 개방하고 상기 제3 통로(44)를 차단하도록 함으로써, 제1 흡기 경로보다 거리가 짧은 제2 흡기 경로를 통해 흡기가 연소실로 공급되기 때문에, 흡기 중에 포함된 배기 가스량의 농도를 빠르게 감소시킬 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10: 흡기 라인 11: 에어 클리너
12: 흡기 바이패스 라인 16: 인터쿨러
20: 엔진 21: 연소실
23: 흡기 매니폴드 25: 스로틀 밸브
30: 배기 라인 40: 재순환 밸브
41: 하우징 42: 제1 통로
43: 제2 통로 44: 제3 통로
45: 구동 모터 46: 플랩
50: EGR 장치 52: EGR 라인
54: EGR 밸브 56: EGR 쿨러
60: 배기 가스 정화 장치 70: 터보차저
72: 터빈 74: 컴프레서
90: 제어기

Claims (14)

1. 엔진의 연소실로 공급되는 신기가 흐르는 흡기 라인;
   상기 연소실에 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인;
   상기 연소실에서 배출되는 배기 가스의 일부를 상기 연소실로 재순환시키는 EGR 장치;
   상기 배기 라인에 구비되고 상기 연소실에서 배출되는 배기 가스에 의해 회전하는 터빈과 상기 흡기 라인에 구비되고 상기 터빈과 연동하여 회전하고 외기를 압축하는 컴프레서 포함하는 터보차저;
   상기 컴프레서 후단의 흡기 라인에 배치되는 인터쿨러;
   상기 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인에서 상기 인터쿨러를 관통하여 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인; 및
   상기 흡기 바이패스 라인에 배치되어 상기 컴프레서에 의해 압축된 흡기의 일부가 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 공급하거나, 또는 상기 흡기 라인에 잔존하는 잔류 배기 가스량에 따라 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 연소실로 흡기량을 조절하는 재순환 밸브;
   를 포함하고,
   상기 재순환 밸브는
   내부에 유로가 형성되는 하우징; 상기 유로와 연통하고 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인과 연통하는 제1 통로; 상기 유로와 연통하고 상기 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인과 연통하는 제2 통로; 상기 유로와 연통하고 상기 인터쿨러와 연결되는 흡기 라인과 연통하는 제3 통로; 및 상기 제1 통로를 선택적으로 차단하는 구동부;를 포함하는 엔진 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 재순환 밸브는 상기 인터쿨러의 상단에 배치되는 엔진 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 구동부는
   동력을 발생시키는 구동 모터; 및
   상기 구동 모터의 동작에 따라 상기 제1 통로와 상기 제3 통로의 개도량을 조절하는 플랩;
   을 포함하는 엔진 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 재순환 밸브의 동작을 조절하는 제어기;를 더 포함하고,
   상기 제어기는
   엔진 시동 오프 후 상기 컴프레서와 상기 연소실 사이의 흡기 라인에 잔존하는 잔류 배기 가스량을 계산하고, 상기 잔류 배기 가스량이 최소 설정량과 최대 설정량 사이이면 엔진 재시동시 상기 잔류 배기 가스량에 따라 상기 제1 통로의 개도량 및 상기 제3 통로의 개도량이 조절되도록 상기 플랩을 제어하는 엔진 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 잔류 배기 가스량이 최대 설정량보다 많으면 엔진 재시동시 상기 플랩이 상기 제3 통로를 차단하도록 제어하는 엔진 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 잔류 배기 가스량이 많을수록 상기 제3 통로의 개도량과 비교하여 상기 제1 통로의 개도량이 증가하도록 상기 플랩을 제어하는 엔진 시스템.
8. 제5항에 있어서,
   상기 제어기는
   EGR율(EGR ratio)과 상기 흡기 라인의 체적으로부터 잔류 배기 가스량을 계산하는 엔진 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 재순환 밸브의 동작을 조절하는 제어기;를 더 포함하고,
   상기 제어기는
   팁 아웃시 상기 재순환 밸브가 상기 제3 통로를 차단하도록 제어하여, 터보차저의 컴프레서에 의해 압축된 흡기 가스의 일부를 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 공급하는 엔진 시스템.
10. 내부에 유로가 형성되는 하우징, 상기 유로와 연통하고 터보차저의 컴프레서 전단의 흡기 라인과 연통하는 제1 통로, 상기 유로와 연통하고 연소실로 공급되는 흡기량을 조절하는 스로틀 밸브 전단의 흡기 라인과 연통하는 제2 통로, 상기 유로와 연통하고 인터쿨러와 연결되는 흡기 라인과 연통하는 제3 통로, 및 상기 제1 통로와 상기 제3 통로를 선택적으로 차단하는 구동부를 포함하는 재순환 밸브가 구비된 엔진의 제어 방법으로써,
    제어기에 의해, 엔진의 시동 오프 후 상기 컴프레서와 흡기 매니폴드 사이의 상기 흡기 라인에 잔존하는 잔류 배기 가스량을 계산하는 단계; 및
    상기 제어기에 의해, 상기 잔류 배기 가스량에 따라 상기 스로틀 밸브 전단의 상기 흡기 라인에서 상기 인터쿨러를 관통하여 상기 컴프레서 전단의 흡기 라인으로 합류하는 흡기 바이패스 라인에 설치되는 상기 재순환 밸브의 개도량을 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제어하는 단계는
    상기 잔류 배기 가스량이 최소 설정량 이하이면, 상기 제1 통로가 차단되도록 제어하는 단계;
    상기 잔류 배기 가스량이 상기 최소 설정량과 최대 설정량 사이면, 엔진이 재시동되었을 때 상기 잔류 배기 가스량에 따라 상기 제1 통로가 일정량 개방되도록 제어하는 단계; 및
    상기 잔류 배기 가스량이 상기 최대 설정량보다 많으면, 엔진 재시동시 상기 제3 통로를 차단하고, 상기 제1 통로가 최대로 개방되도록 제어하는 단계;
    를 포함하는 엔진의 제어 방법.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 통로가 일정량 개방되도록 제어하는 단계에서,
    상기 잔류 배기 가스량이 많을수록 상기 흡기 바이패스 라인을 통해 상기 연소실로 공급되는 흡기량을 증가시키는 엔진의 제어 방법.
14. 제10항에 있어서,
    EGR율(EGR ratio)과 상기 흡기 라인의 체적으로부터 잔류 배기 가스량을 계산하는 엔진의 제어 방법.

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