KR102099478B1 - 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법 - Google Patents

배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 실린더를 포함하는 엔진과, 상기 엔진과 연결된 흡기 매니폴드와, 상기 흡기 매니폴드에 압축 공기를 공급하는 과급기와, 상기 엔진의 실린더와 연결된 배기 매니폴드와, 상기 엔진의 실린더에서 상기 배기 매니폴드로 배출된 배기가스를 상기 흡기 매니폴드로 재순환시키는 재순환 유로와, 상기 흡기 매니폴드의 온도를 측정하는 흡기 온도 센서와, 상기 흡기 매니폴드의 압력을 측정하는 흡기 압력 센서와, 상기 과급기가 상기 흡기 매니폴드로 공급하는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서와, 상기 흡기 매니폴드로부터 상기 엔진의 실린더에 충전되는 유체의 유량을 계산하는 실린더 흡기 유량 연산부를 포함하며 상기 흡기 온도 센서와 상기 유량 센서와 상기 흡기 압력 센서 그리고 상기 실린더 흡기 유량 연산부가 제공한 정보를 통해 상기 재순환 유로를 통해 재순환되는 배기가스의 유량을 산출하는 제어부를 포함한다.

Description

배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법{POWER PLANT WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM AND CONTROLLING METHOD FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION}
본 발명의 실시예는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재순환되는 배기 가스의 유량을 산출할 수 있는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 대부분의 디젤 엔진(diesel engine)에는 배기가스 규제에 대응하기 위해 배기가스 재순환 시스템이 설치된다.
배기가스 재순환 시스템은 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스의 일부를 엔진 실린더에 흡기를 공급하는 흡기 매니폴드로 되돌려 디젤 엔진의 연소 온도를 낮추고 질소산화물(NOx)의 발생량을 저감시킨다.
그런데 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation, EGR) 시스템에서 배기가스의 재순환을 제어하기 위해서는 재순환되는 배기가스의 유량을 알아야 한다.
이에, 종래의 배기가스 재순환 시스템에서는 재순환되는 배기가스의 유량을 계산하기 위하여 배기가스 유량을 조절하는 재순환 밸브의 전후단 온도와 압력, 그리고 재순환 밸브의 위치를 이용하여 재순환되는 배기가스의 유량을 계산하였다. 즉, 종래의 배기가스 재순환 시스템에서는 배기 매니폴드의 온도와 압력을 측정하여야 했다.
하지만, 배기 매니폴드는 고온 고압의 환경을 가질 뿐만 아니라 압력의 변화가 심하여 정밀한 센서 계측이 어려우며 센서의 수명에도 부정적인 영향을 미치므로 배기가스 재순환 시스템의 전체적인 내구성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 재순환되는 배기 가스의 유량을 효과적으로 산출할 수 있는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 실린더를 포함하는 엔진과, 상기 엔진과 연결된 흡기 매니폴드와, 상기 흡기 매니폴드에 압축 공기를 공급하는 과급기와, 상기 엔진의 실린더와 연결된 배기 매니폴드와, 상기 엔진의 실린더에서 상기 배기 매니폴드로 배출된 배기가스를 상기 흡기 매니폴드로 재순환시키는 재순환 유로와, 상기 흡기 매니폴드의 온도를 측정하는 흡기 온도 센서와, 상기 흡기 매니폴드의 압력을 측정하는 흡기 압력 센서와, 상기 과급기가 상기 흡기 매니폴드로 공급하는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서와, 상기 흡기 매니폴드로부터 상기 엔진의 실린더에 충전되는 유체의 유량을 계산하는 실린더 흡기 유량 연산부를 포함하며 상기 흡기 온도 센서와 상기 유량 센서와 상기 흡기 압력 센서 그리고 상기 실린더 흡기 유량 연산부가 제공한 정보를 통해 상기 재순환 유로를 통해 재순환되는 배기가스의 유량을 산출하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 흡기 온도 센서와, 상기 유량 센서, 그리고 상기 실린더 흡기 유량 연산부가 각각 제공하는 정보를 통해 상기 흡기 매니폴드의 압력을 산출하고, 상기 산출된 압력을 상기 흡기 압력 센서가 측정한 실측된 압력과 비교하여 관측 변수를 산출한 후, 상기 관측 변수와, 상기 흡기 매니폴드 내 유체의 기체상수 및 비열비, 그리고 상기 흡기 매니폴드의 체적 및 온도를 이용하여 상기 재순환 유로를 통해 재순환되는 배기가스의 유량을 산출할 수 있다.
상기 제어부는 상기 재순환되는 배기가스의 유량을 아래의 수학식으로 산출할 수 있다.
Figure 112013106402304-pat00001
여기서,
Figure 112013106402304-pat00002
은 재순환되는 배기가스의 유량,
Figure 112013106402304-pat00003
는 관측 변수,
Figure 112013106402304-pat00004
는 흡기 매니폴드의 체적,
Figure 112013106402304-pat00005
는 비열비,
Figure 112013106402304-pat00006
은 흡기 매니폴드 내 유체의 기체상수,
Figure 112013106402304-pat00007
는 흡기 매니폴드 내 유체의 온도이다.
상기 제어부는 상기 관측 변수의 고주파 성분을 제거하고 상기 재순환되는 배기가스의 유량을 산출할 수 있다.
상기한 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치는 상기 재순환 유로 상에 설치된 재순환 밸브를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제어부는 상기 산출된 재순환되는 배기가스의 유량에 따라 상기 재순환 밸브를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배기 매니폴드로 배출된 배기가스가 흡기 매니폴드로 재순환되는 유량을 제어하기 위한 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation, EGR) 제어 방법은 과급기가 흡기 매니폴드로 공급하는 유체의 유량과, 상기 흡기 매니폴드의 온도, 그리고 상기 흡기 매니폴드로부터 엔진 실린더에 충전되는 유체의 유량을 가지고 상기 흡기 매니폴드의 압력을 산출하는 단계와, 상기 흡기 매니폴드의 압력을 실측하는 단계와, 상기 흡기 매니폴드의 산출된 압력과 실측된 압력을 비교하여 관측 변수를 산출하는 단계, 그리고 상기 관측 변수와 상기 흡기 매니폴드 내 유체의 기체상수 및 비열비 그리고 상기 흡기 매니폴드의 체적 및 온도를 이용하여 재순환되는 배기가스의 유량을 산출하는 단계를 포함한다.
상기 재순환되는 배기가스의 유량은 아래의 수학식으로 산출할 수 있다.
Figure 112013106402304-pat00008
여기서,
Figure 112013106402304-pat00009
은 재순환되는 배기가스의 유량,
Figure 112013106402304-pat00010
는 관측 변수,
Figure 112013106402304-pat00011
는 흡기 매니폴드의 체적,
Figure 112013106402304-pat00012
는 비열비,
Figure 112013106402304-pat00013
은 흡기 매니폴드 내 유체의 기체상수,
Figure 112013106402304-pat00014
는 흡기 매니폴드 내 유체의 온도이다.
상기한 배기가스 재순환 제어 방법은 상기 관측 변수의 신호 잡음을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 배기가스 재순환 제어 방법은 상기 산출된 재순환되는 배기가스의 유량에 따라 상기 재순환되는 배기 가스의 유량을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치 및 배기가스 재순환 제어 방법은 재순환되는 배기 가스의 유량을 효과적으로 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 제어부의 일부를 확대 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 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 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 엔진(200), 흡기 매니폴드(manifold)(310), 배기 매니폴드(320), 과급기(350), 재순환 유로(400), 흡기 온도 센서(610), 흡기 압력 센서(620), 유량 센서(660), 및 제어부(700)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 재순환 밸브(450)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 EGR 쿨러(480) 및 인터 쿨러(355)를 더 포함할 수 있다.
엔진(200)은 폭발 행정이 발생하는 실린더를 하나 이상 포함하며, 본 발명의 일 실시예에서 엔진(200)은 디젤 엔진으로 차량 및 건설 기계 등에 주동력원으로 사용된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서, 엔진(200)은 질소산화물(NOx) 등 환경 규제 물질을 함유한 배기가스를 배출한다.
흡기 매니폴드(310)는 엔진(200)의 실린더와 연결되어 엔진(200)의 실린더에 유체를 공급한다.
과급기(350)는 흡기 매니폴드(310)에 압축 공기를 공급한다. 과급기(350)는 엔진(200)의 실린더에 유입되는 공기의 양과 속도를 증가시켜서 엔진(200)의 효율성을 향상시킨다.
인터 쿨러(355)는 과급기(350)와 흡기 매니폴드(310) 사이에 배치되어 과급기(350)가 흡입한 공기를 냉각시킨다.
배기 매니폴드(320)는 엔진(200)의 실린더와 연결된다. 즉, 엔진(200)의 실린더로부터 배기 매니폴드(320)로 배기가스가 배출된다. 배기 매니폴드(320)에는 폭발 행정이 발생하는 실린더로부터 배출된 배기가스가 유입되므로, 배기 매니폴드(320)는 고온 고압의 환경일 뿐만 아니라 압력의 변동이 매우 크게 일어난다.
재순환 유로(400)는 엔진(200)의 실린더에서 배기 매니폴드(320)로 배출된 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드(310)로 재순환(exhaust gas recirculation, EGR)시킨다.
재순환 밸브(450)는 재순환 유로(400) 상에 설치되어 재순환 유로(400)를 통과하는 배기가스의 유량을 조절한다.
EGR 쿨러(480)는 재순환 유로(400)에 설치되어 재순환 유로(400)를 통과하는 배기가스의 온도를 낮춘다.
흡기 온도 센서(610)는 흡기 매니폴드(310)의 온도를 측정한다. 구체적으로, 흡기 온도 센서(610)는 흡기 매니폴드(310) 내부의 유체 온도를 측정한다.
흡기 압력 센서(620)는 흡기 매니폴드(310)의 압력을 측정한다. 구체적으로, 흡기 압력 센서(620)는 흡기 매니폴드(310) 내부의 유체 압력을 측정한다.
본 발명의 일 실시예에서, 유량 센서(660)는 과급기(350)가 흡기 매니폴드(310)로 공급하는 유체의 유량을 측정한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 흡기 매니폴드(310)에는 과급기(350)가 공급하는 신선한 공기와 재순환 유로(400)를 통해 유입된 배기가스가 혼합된 유체가 존재할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어부는 ECU(electronic control unit)일 수 있다. 제어부(700)는 흡기 매니폴드(310)에서 엔진(200)의 실린더에 충전되는 유체의 유량을 입력된 정보를 통해 연산하여 산출한다. 즉, 제어부(700)는 실린더 흡기 유량 연산부를 포함한다. 실린더 흡기 유량 연산부는 후술할 수학식 3을 통해 엔진의 실린더에 충전되는 유체의 유량을 산출할 수 있다.
또한, 제어부(700)는 흡기 온도 센서(610와, 유량 센서(660)와, 흡기 압력 센서(620)가 제공한 정보, 그리고 실린더 흡기 유량 연산부가 산출한 실린더에 충전되는 유체의 유량 정보를 통해 재순환 유로(400)를 따라 재순환되는 배기가스의 유량을 산출한다. 그리고 제어부(700)는 산출된 재순환되는 배기가스의 유량에 따라 재순환 밸브(450)를 조절하여 재순환되는 배기가스의 유량을 제어한다.
구체적으로, 제어부(700)는 재순환되는 배기가스의 질량 유랑을 산출하는 재순환 유량 관측부와, 재순환 유량 관측부에서 산출된 유량에 따라 재순환 밸브(450)를 조절하여 엔진(200)의 실린더로 재순환시킬 배기가스의 유량을 제어하는 재순환 유량 제어부를 포함한다. 이러한 실린더 흡기 유량 연산부, 재순환 유량 관측부, 및 재순환 유량 제어부는 제어부(700) 내에 알고리즘 형태로 내장된다.
재순환 유량 관측부는, 도 2에 도시한 바와 같이, 흡기 매니폴드 압력 산출부(711)와, 비교부(712)와, 관측 변수 계산부(715)와, 신호 잡음 제거부(716), 그리고 배기가스 재순환 유량 계산부(717)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 재순환 유량 관측기(710)의 흡기 매니폴드 압력 산출부(711)는 흡기 온도 센서(610)와, 유량 센서(660), 그리고 실린더 흡기 유량 연산부가 산출한 실린더에 충전되는 유체의 유량 정보를 통해 흡기 매니폴드(310)의 압력을 산출한다.
비교부(712)는 산출된 압력을 흡기 압력 센서(620)가 측정한 실측된 압력과 비교하고, 관측 변수 계산부(715)는 비교부(712)가 비교하여 발생된 오차를 가지고 관측 변수를 산출한다.
신호 잡음 제거부(716)는 관측 변수 계산부(715)가 산출한 관측 변수의 신호 잡음을 제거한다. 일례로, 신호 잡음 제거부(716)는 로우 패스 필터(low pass filter)를 사용하여 고주파 성분을 제거하는 방법으로 신호 잡음을 제거할 수 있다.
배기가스 재순환 유량 계산부(717)는 신호 잡음이 제거된 관측 변수와, 흡기 매니폴드(310) 내 유체의 기체상수 및 비열비, 그리고 흡기 매니폴드(310)의 체적 및 온도를 이용하여 재순환 유로(400)를 통해 재순환되는 배기가스의 유량을 산출한다.
재순환 유량 관측기(710)가 재순환되는 배기가스의 유량을 산출하는 더욱 구체적인 방법은 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 제어 방법에서 상세히 설명한다.
재순환 유량 제어기(720)는 전술한 바와 같이 재순환 유량 관측기(710)가 산출한 재순환되는 배기가스의 유량을 가지고 엔진(200)의 실린더로 재순환시킬 배기가스의 유량을 재순환 밸브(450)를 통해 조절한다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 재순환되는 배기 가스의 유량을 효과적으로 산출할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)는 배기 매니폴드(320)의 압력과 온도를 별도의 센서를 이용하여 측정하지 않고도 재순환 유로(400)를 따라 재순환되는 배기가스의 유량을 산출하여 산출할 수 있다.
이에, 고온 고압일 뿐만 아니라 압력의 변동이 큰 배기 매니폴드(320)에 압력 센서 및 온도 센서를 설치하는 것을 생략할 수 있으므로, 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치(101)의 전체적인 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제어부(700)는 산출된 재순환되는 배기가스의 유량에 따라 재순환 밸브(450)를 조절하여 재순환되는 배기가스의 유량을 효과적이고 안정적으로 제어할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 재순환 제어 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 제어 방법에서, 재순환되는 배기가스의 유량은 슬라이딩 모드 관측기(sliding mode observer)라는 추정 기법을 응용하여 산출할 수 있다.
슬라이딩 모드 관측기에 대해 아래 수학식 1을 예로 들어 설명한다.
[수학식 1]
Figure 112013106402304-pat00015
여기서, y와 z는 알고 있는 변수이고 x는 미지의 변수가 된다. 즉, 수학식 1은 알고 있는 변수들을 이용하여 미지의 변수를 추정하는 함수이다.
본 발명의 일 실시예에서, 과급기(350)가 흡기 매니폴드(310)로 공급하는 유체의 유량과, 흡기 매니폴드(310)의 온도, 그리고 흡기 매니폴드(310)로부터 엔진(200) 실린더에 충전되는 유체의 유량은 후술할 연산식(수학식 3)을 통해 산출이 가능하다.
따라서, 과급기(350)가 흡기 매니폴드(310)로 공급하는 유체의 유량과, 흡기 매니폴드(310)의 온도, 그리고 흡기 매니폴드(310)로부터 엔진(200) 실린더에 충전되는 유체의 유량을 가지고 흡기 매니폴드(310)의 압력을 산출할 수 있다.
일례로, 아래의 수학식 2는 전술한 수학식 1을 응용하여 흡기 매니폴드(310)의 압력을 산출하기 위한 수학식이다.
[수학식 2]
Figure 112013106402304-pat00016
여기서,
Figure 112013106402304-pat00017
는 흡기 매니폴드(310)의 산출 압력(
Figure 112013106402304-pat00018
)을 나타내며,
Figure 112013106402304-pat00019
는 관측기 이득(observer gain)이고,
Figure 112013106402304-pat00020
은 부호함수(sign function)을 의미한다.
또한,
Figure 112013106402304-pat00021
은 흡기 매니폴드(310) 내 유체의 기체상수,
Figure 112013106402304-pat00022
는 흡기 매니폴드(310) 내 유체의 온도,
Figure 112013106402304-pat00023
는 과급기(350)가 흡기 매니폴드(310)에 공급하는 유체의 유량,
Figure 112013106402304-pat00024
는 엔진(200) 실린더에 충전되는 유체의 유량, 그리고
Figure 112013106402304-pat00025
는 흡기 매니폴드(310)의 체적을 나타낸다.
그리고 엔진(200) 실린더에 충전되는 유체의 유량(
Figure 112013106402304-pat00026
)은 아래의 수학식 3을 통해 산출할 수 있다. 수학식 3은 스피드 덴시티 방법(speed density method)으로 실린더 내 흡입되는 공기량을 계산하는데 많이 사용되는 해당 기술분야의 종사자에게 공지된 수식이다. 스피드 덴시티 방법은 엔진이 흡입하는 공기량을 간접적으로 계측하는 방법의 하나이다. 이와 같이, 스피드 덴시티 방법을 통해 흡기관의 압력과 엔진 회전 속도로부터 흡입 공기량을 추정하여 연료의 양을 조절할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112013106402304-pat00027
여기서,
Figure 112013106402304-pat00028
은 실린더 흡입 공기의 체적 효율을 의미하며, Vdisp.는 행정 체적을 의미한다. 또한, RPM은 엔진(200)의 회전수를 의미한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 흡기 매니폴드(310)의 압력은 실측할 수 있다(S200).
그리고 산출된 흡기 매니폴드(310)의 압력과 실측된 흡기 매니폴드(310)의 압력을 비교하여 관측 변수를 산출할 수 있다(S300).
이와 같은, 관측 변수의 산출은, 일례로, 아래 수학식 4와 수학식 5를 통해 산출될 수 있다.
아래의 수학식 4와 같이, 수학식 2을 통해 산출된 흡기 매니폴드(310)의 압력과 실측된 흡기 매니폴드(310)의 압력을 비교하여 오차를 계산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112013106402304-pat00029
여기서,
Figure 112013106402304-pat00030
은 산출 압력과 실측 압력 간의 오차이고, z와
Figure 112013106402304-pat00031
은 흡기 매니폴드(310)의 실측 압력을 나타낸다.
이어서, 상기한 수학식 4로 계산된 오차를 이용하여 관측 변수를 산출할 수 있다.
아래의 수학식 5는 산출된 관측 변수를 나타낸다.
[수학식 5]
Figure 112013106402304-pat00032
여기서,
Figure 112013106402304-pat00033
는 관측 변수이고,
Figure 112013106402304-pat00034
는 관측기 이득(observer gain)이고,
Figure 112013106402304-pat00035
은 부호함수(sign function)을 의미한다. 수학식 5에서의 관측기 이득은 수학식 1에 적용된 것과 동일하다.
다음, 관측 변수의 신호 잡음을 제거한다(S400).
본 발명의 일 실시예에서, 관측 변수의 신호 잡음은 로우 패스 필터(low pass filter)를 사용하여 고주파 성분을 제거하는 것을 의미한다.
일례로, 아래의 수학식 6은 관측 변수의 신호 잡음을 제거하기 위한 수학식이다.
[수학식 6]
Figure 112013106402304-pat00036
여기서,
Figure 112013106402304-pat00037
는 로우 패스 필터(low pass filter)의 시상수이다.
다음, 신호 잡음이 제거된 관측 변수를 이용하여 재순환되는 배기가스의 유량을 산출한다(S500).
본 발명의 일 실시예에서, 재순환되는 배기가스의 유량은 아래의 수학식 7을 통해 산출될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112013106402304-pat00038
여기서,
Figure 112013106402304-pat00039
은 재순환되는 배기가스의 유량을 나타내며,
Figure 112013106402304-pat00040
는 비열비를 나타낸다.
수학식 6에서 계산된
Figure 112013106402304-pat00041
을 적분하여 수학식 7에 적용하면, 재순환되는 배기가스의 유량을 산출할 수 있다.
다음, 산출된 재순환되는 배기가스의 유량에 따라 재순환되는 배기가스의 유량을 제어한다(S600).
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 재순환 제어 방법은 재순환되는 배기가스의 유량을 산출함에 있어, 관측 변수를 적용하여 더욱 정밀한 산출이 가능해졌다.
또한, 재순환되는 배기가스의 유량을 산출하는데 배기 매니폴드(320)의 압력과 온도를 사용할 필요가 없으므로, 고온 고압일 뿐만 아니라 압력의 변화가 심한 배기 매니폴더(320)에 센서를 장착할 경우 소모되었던 비용을 절감시킬 수 있으며 전체적인 내구성도 향상시킬 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예와 비교예를 살펴본다.
실험예는 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 재순환되는 배기가스의 유량을 나타내고, 비교예는 배기 매니폴드의 압력과 온도를 실측하여 계산된 재순환되는 배기가스의 유량을 나타낸다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 산출된 재순환되는 배기가스의 유량과, 배기 매니폴드의 온도와 압력을 실측하여 계산된 재순환되는 배기 가스의 유량이 차이가 미미함을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 매니폴드의 온도와 압력을 실측하지 않아도 재순환되는 배기가스의 유량을 효과적으로 산출할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 배기가스 재순환 시스템을 포함하는 동력 장치
200: 엔진 310: 흡기 매니폴드
320: 배기 매니폴드 400: 재순환 유로
450: 재순환 밸브 480: 에어 쿨러
610: 흡기 매니폴드 온도 센서 620: 흡기 매니폴드 압력 센서
660: 유량 센서 700: 제어부
711: 흡기 매니폴드 압력 산출부 712: 비교부
715: 관측 변수 계산부 716: 신호 잡음 제거부
717: 배기가스 재순환 유량 계산부

Claims (9)

  1. 실린더를 포함하는 엔진;
    상기 엔진과 연결된 흡기 매니폴드;
    상기 흡기 매니폴드에 압축 공기를 공급하는 과급기;
    상기 엔진의 실린더와 연결된 배기 매니폴드;
    상기 엔진의 실린더에서 상기 배기 매니폴드로 배출된 배기가스를 상기 흡기 매니폴드로 재순환시키는 재순환 유로;
    상기 흡기 매니폴드의 온도를 측정하는 흡기 온도 센서;
    상기 흡기 매니폴드의 압력을 측정하는 흡기 압력 센서;
    상기 과급기가 상기 흡기 매니폴드로 공급하는 유체의 유량을 측정하는 유량 센서;
    상기 재순환 유로 상에 설치된 재순환 밸브;
    상기 흡기 매니폴드로부터 상기 엔진의 실린더에 충전되는 유체의 유량을 계산하는 실린더 흡기 유량 연산부를 포함하며, 상기 흡기 온도 센서와 상기 유량 센서와 상기 흡기 압력 센서 그리고 상기 실린더 흡기 유량 연산부가 제공한 정보를 통해 상기 재순환 유로를 통해 재순환되는 배기가스의 유량을 산출하고, 상기 산출된 재순환되는 배기가스의 유량에 따라 상기 재순환 밸브를 제어하는 제어부
    를 포함하는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    상기 흡기 온도 센서와, 상기 유량 센서, 그리고 상기 실린더 흡기 유량 연산부가 각각 제공하는 정보를 통해 상기 흡기 매니폴드의 압력을 산출하고;
    상기 산출된 압력을 상기 흡기 압력 센서가 측정한 실측된 압력과 비교하여 관측 변수를 산출한 후;
    상기 관측 변수와, 상기 흡기 매니폴드 내 유체의 기체상수 및 비열비, 그리고 상기 흡기 매니폴드의 체적 및 온도를 이용하여 상기 재순환 유로를 통해 재순환되는 배기가스의 유량을 산출
    하는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제어부는 상기 재순환되는 배기가스의 유량을 아래의 수학식으로 산출하는 배기가스 재순환 시스템을 포함한 동력 장치.
    Figure 112013106402304-pat00042

    여기서,
    Figure 112013106402304-pat00043
    은 재순환되는 배기가스의 유량,
    Figure 112013106402304-pat00044
    는 관측 변수,
    Figure 112013106402304-pat00045
    는 흡기 매니폴드의 체적,
    Figure 112013106402304-pat00046
    는 비열비,
    Figure 112013106402304-pat00047
    은 흡기 매니폴드 내 유체의 기체상수,
    Figure 112013106402304-pat00048
    는 흡기 매니폴드 내 유체의 온도이다.
  4. 엔진에서 배기 매니폴드로 배출된 배기가스가 재순환 유로를 통해 흡기 매니폴드로 재순환되는 유량을 제어하기 위한 배기가스 재순환(exhaust gas recirculation, EGR) 제어 방법에 있어서,
    과급기가 흡기 매니폴드로 공급하는 유체의 유량과, 상기 흡기 매니폴드의 온도, 그리고 상기 흡기 매니폴드로부터 엔진 실린더에 충전되는 유체의 유량을 가지고 상기 흡기 매니폴드의 압력을 산출하는 단계;
    상기 흡기 매니폴드의 압력을 실측하는 단계;
    상기 흡기 매니폴드의 산출된 압력과 실측된 압력을 비교하여 관측 변수를 산출하는 단계; 및
    상기 관측 변수와, 상기 흡기 매니폴드 내 유체의 기체상수 및 비열비, 그리고 상기 흡기 매니폴드의 체적 및 온도를 이용하여 재순환되는 배기가스의 유량을 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 재순환되는 배기가스의 유량에 따라 상기 재순환 유로 상에 설치된 재순환 밸브를 제어하여 상기 재순환되는 배기가스의 유량을 제어하는 단계
    를 포함하는 배기가스 재순환 제어 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 재순환되는 배기가스의 유량은 아래의 수학식으로 산출하는 배기가스 재순환 제어 방법.
    Figure 112019124149645-pat00049

    여기서,
    Figure 112019124149645-pat00050
    은 재순환되는 배기가스의 유량,
    Figure 112019124149645-pat00051
    는 관측 변수,
    Figure 112019124149645-pat00052
    는 흡기 매니폴드의 체적,
    Figure 112019124149645-pat00053
    는 비열비,
    Figure 112019124149645-pat00054
    은 흡기 매니폴드 내 유체의 기체상수,
    Figure 112019124149645-pat00055
    는 흡기 매니폴드 내 유체의 온도이다.
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